JP3900496B2

JP3900496B2 - Metal film manufacturing method and metal film manufacturing apparatus

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Publication number: JP3900496B2
Application number: JP2003194066A
Authority: JP
Inventors: 謙小椋; 仁志坂本
Original assignee: 株式会社オングストロームテクノロジーズ
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: JP2005029817A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の位置のみに成膜する方法及び装置、例えば、パターン化された膜の埋め込み部（溝等）のみに金属膜を形成する金属膜作製方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体等の製造においては、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である（例えば、下記、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特願平２−２１７５４９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて金属薄膜等を作製する場合、平板の基板に対しては比較的均一に成膜することができるが、配線用等の溝が形成された基板に対しては所望の薄膜を成膜することができない場合がある。すなわち、基板表面に均一に成膜されてしまうため、基板上にパターン形成された配線用の溝のみに金属薄膜を成膜することができない場合があり、成膜後、例えばシリカ微粒子を含む溶液中で機械的圧力を加え基板表面を研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）：化学的機械的研磨）して不要な薄膜を除去するプロセスが必要となる。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、所望の位置のみに成膜する金属膜作製方法及びその装置、特に、パターン化された膜の埋め込み部（溝等）のみに金属膜を形成する金属膜作製方法及びその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】
上記課題を解決する第１の発明に係る金属膜作製方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガスを供給し、当該ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンプラズマを発生させ、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製方法において、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御すると共に、前記チャンバ内部への不動態形成ガスの供給により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製方法である。
【０００７】
上記課題を解決する第２の発明に係る金属膜作製方法は、
基板が収容されるチャンバの内部に連通する外部プラズマ発生室にハロゲンガスを供給し、当該ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンプラズマを発生させ、
前記チャンバの内部に前記ハロゲンプラズマを供給し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製方法において、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御すると共に、前記外部プラズマ発生室への不動態形成ガスの供給により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記チャンバの内部に供給して前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製方法である。
【０００８】
上記課題を解決する第３の発明に係る金属膜作製方法は、第１又は第２の発明に係る金属膜作製方法において、
前記基板は、表面に溝が形成された基板であり、
前記基板における所定の部分は、前記溝以外の部分であることを特徴とする金属膜作製方法である。
【０００９】
上記課題を解決する第４の発明に係る金属膜作製方法は、第１ないし第３のいずれかの発明に係る金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスの供給量の制御、前記チャンバ内の圧力の制御、前記被エッチング部材の温度の制御又は前記基板の温度の制御のいずれか一以上の制御を行うことによって、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるようにすることを特徴とする金属膜作製方法である。
【００１０】
上記課題を解決する第５の発明に係る金属膜作製方法は、第１ないし第４のいずれかの発明に係る金属膜作製方法において、
前記不動態形成ガスは、窒素ガス、酸素ガス、または、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスであることを特徴とする金属膜作製方法である。
【００１１】
上記課題を解決する第６の発明に係る金属膜作製方法は、第１ないし第５のいずれかの発明に係る金属膜作製方法において、
前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜した後に、
更に、前記被エッチング部材を前記ハロゲンプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記基板における所定の部分以外の部分に前記前駆体の金属成分を成膜することを特徴とする金属膜作製方法である。
【００１２】
上記課題を解決する第７の発明に係る金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製装置である。
【００１３】
上記課題を解決する第８の発明に係る金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部に連通する外部プラズマ発生室と、
当該外部プラズマ発生室にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガスを前記外部プラズマ発生室においてプラズマ化すると共に前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記チャンバの内部に供給された前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記外部プラズマ発生室に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記外部プラズマ発生室へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製装置である。
【００１４】
上記課題を解決する第９の発明に係る金属膜作製装置は、
基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバの開口を密閉すると共に前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製装置である。
【００１５】
上記課題を解決する第１０の発明に係る金属膜作製装置は、
基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
前記チャンバの開口を密閉する絶縁材製の天井板と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記天井板の外方に配設した平面リング形状のコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板と前記天井板との間における前記チャンバの径方向に延びると共に前記平面リング形状のコイルに流れる電流の流れ方向に対して不連続な状態で配置されるように周方向に複数配置した被エッチング部材と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製装置である。
【００１６】
上記課題を解決する第１１の発明に係る金属膜作製装置は、
アースされた基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバの開口を密閉すると共に前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記被エッチング部材と当該被エッチング部材に給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製装置である。
【００１７】
上記課題を解決する第１２の発明に係る金属膜作製装置は、
基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
前記チャンバの開口を密閉する絶縁材製のチャンバ外方側に湾曲した凸形状の天井板と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記天井板の外方周囲に配設した円錐リング形状のコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製装置である。
【００１８】
上記課題を解決する第１３の発明に係る金属膜作製装置は、
基板が収容される筒状のチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部に連通する筒状の通路と、
当該筒状の通路にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスを前記筒状の通路においてプラズマ化すると共に前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記チャンバの内部に供給された前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記筒状の通路に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記筒状の通路へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することを特徴とする金属膜作製装置である。
【００１９】
上記課題を解決する第１４の発明に係る金属膜作製装置は、第７ないし第１３のいずれかの発明に係る金属膜作製装置において、
前記基板は、表面に溝が形成された基板であり、
前記基板における所定の部分は、前記溝以外の部分であることを特徴とする金属膜作製装置である。
【００２０】
上記課題を解決する第１５の発明に係る金属膜作製装置は、第７ないし第１４のいずれかの発明に係る金属膜作製装置において、
前記制御手段は、前記ハロゲンガスの供給量の制御、前記チャンバ内の圧力の制御、前記被エッチング部材の温度の制御又は前記基板の温度の制御のいずれか一以上の制御を行うことを特徴とする金属膜作製装置である。
【００２１】
上記課題を解決する第１６発明に係る金属膜作製装置は、第７ないし第１５のいずれかの発明に係る金属膜作製装置において、
前記不動態形成ガスは、窒素ガス、酸素ガス、または、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスであることを特徴とする金属膜作製装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る金属膜作製方法を実施する金属膜作製装置の概略透視断面図である。また、図２は、基板上に形成された溝の内部における前駆体及びガスラジカルの濃度分布を示す図である。これらの図に基づいて第１の実施形態に係る金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。
【００２６】
図１に示すように、筒形状に形成された、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が設けられ、基板３の温度を所定の温度に制御（温度制御手段）することができる。
【００２７】
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）の板状の天井板２５によって塞がれている。天井板２５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発生手段としてのプラズマアンテナ２７が設けられ、プラズマアンテナ２７は天井板２５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２７には整合器１０及び電源１１が接続されて高周波電力が供給される。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。
【００２８】
天井板２５の直下方には、高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属（本実施形態では銅）で形成される被エッチング部材２０がチャンバ１の壁面において挟持されている。被エッチング部材２０は、突起部２１とリング部２２とからなり、チャンバ１内で基板３に対向する位置に設置され、チャンバ１の側壁周方向に亘り複数に分割すると共に各分割部分である突起部２１が円筒状のチャンバ１に沿って設置されるリング部２２から中心側に向かって突出した構造となっている。
【００２９】
すなわち、突起部２１は、チャンバ１の内壁から径方向中心に向かうと共に円周方向に複数設けられ、突起部２１同士の間には切欠部（空間）が存在しているため、プラズマアンテナ２７に流れる電流の流れ方向に対して不連続な状態で配置されるように天井板２５の直下方に配置されている。また、被エッチング部材２０には図示しない温度制御手段（例えば、ヒーター等）が設けられており、被エッチング部材２０の加熱及び冷却を行う。
【００３０】
支持台２よりもやや高い位置におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガス１８（Ｈｅ，Ａｒ等で塩素濃度が５０％以下、好ましくは１０％程度に希釈された塩素ガス）及び不動態を形成するためのガス（不動態形成ガス）であるＮ₂ガス１９を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２は被エッチング部材２０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１８及びＮ₂ガス１９が送られる。ここで、不動態とは、金属が常態よりも貴金属性を帯びた状態にあることをいい、化学的、物理的反応が停止するような特殊な表面状態をいう。すなわち、金属表面が不動態化され不動態膜となった場合には、当該表面は化学的、物理的反応に対して不活性な表面常態となるため、これらの反応は起こりにくい表面となる。
【００３１】
基板３上に不動態の膜を形成する際（下記「第１工程」）には、原料ガス１８及びＮ₂ガス１９がチャンバ１内において基板３側から被エッチング部材２０側に送られる。また、金属膜を成膜する際（下記「第２工程」）には、Ｎ₂ガス１９の供給を中止して原料ガス１８のみを供給する。成膜に関与しないガス等は成膜を妨げることがあり、その分圧を下げるため、真空排気専用の排気口１７から排気される。すなわち、真空装置８は原料ガス１８（又は原料ガス１８とＮ₂ガス１９）を供給する際のチャンバ１内の圧力制御を主目的とし、排気口１７は各成膜工程前に成膜に関与しないガスをチャンバ内から取り除くことを主目的としている。なお、真空装置８と排気口１７とを１つの装置で兼用することも可能である。ノズル１２と流量制御器１３とによりハロゲンガス供給手段及び不動態形成ガス供給手段が構成されている。
【００３２】
制御手段６は、被エッチング部材２０の温度を制御する機能と、流量制御手段１３を制御する機能と、真空装置８を制御する機能と、支持台２（基板３）の温度を制御する機能とを有する。
【００３３】
上述した金属膜作製装置では、以下に詳説する方法で金属薄膜１６の成膜を行う。なお、本実施形態では銅（Ｃｕ）製の被エッチング部材を例として説明する。本実施形態で説明する成膜工程は、第１工程である「基板３の表面の不動態化」と、第２工程である「基板３に形成された溝９内への金属膜の成膜」とからなる。
【００３４】
＜第１工程「基板３の表面の不動態化」＞
まず、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガス１８及びＮ₂ガス１９を供給すると共に、プラズマアンテナ２７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、原料ガス１８中の塩素ガスとＮ₂ガス１９とをイオン化して塩素プラズマ（ハロゲンプラズマ）と窒素プラズマ（不動態形成ガスプラズマ）を発生させる。プラズマは、プラズマ１４で図示する領域に発生する。このときの反応は、主として、次式で表すことができる。
Ｃｌ₂ → ２Ｃｌ^* ・・・・・・（１）
Ｎ₂ → ２Ｎ^* ・・・・・・（２）
ここで、Ｃｌ^*は塩素ラジカル、Ｎ^*は窒素ラジカルを表す。
【００３５】
プラズマアンテナ２７の下部には導電体である被エッチング部材２０が存在しているが、上述するように被エッチング部材２０の突起部２１はプラズマアンテナ２７に流れる電流の流れ方向に対して不連続な状態で配置されているので、被エッチング部材２０付近のみならず、被エッチング部材２０と基板３との間、すなわち、被エッチング部材２０の下側にもプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００３６】
このプラズマ１４による被エッチング部材２０への作用と、被エッチング部材２０に設けられた温度制御手段とにより、被エッチング部材２０が加熱され、被エッチング部材２０にエッチング反応が生じる。このときの反応は、例えば、次式で表される。
Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ^* → ＣｕＣｌ（ｇ）・・・・（３）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。上記（３）式は、被エッチング部材２０のＣｕ成分がプラズマ１４によりエッチングされ、銅と塩素とからなるガス状の前駆体１５となった状態を表す。前駆体１５は、ガス化したＣｕＣｌ及びこれと組成比が異なる物質（Ｃｕ_X1Ｃｌ_Y1）である。
【００３７】
プラズマ１４の作用及び温度制御手段により被エッチング部材２０を加熱し、更にヒータ４又は冷媒流通手段５の調整により基板３の温度を被エッチング部材２０の温度よりも低い温度に設定する。この結果、前駆体１５は基板３に吸着する。このときの反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ） → ＣｕＣｌ（ａｄ）・・・・（４）
ここで、ａｄは吸着状態を表す。
【００３８】
基板３に吸着した前駆体１５は、塩素ラジカルにより還元されてＣｕ成分となると共に、該Ｃｕ成分は上記（２）式で示した反応により生じた窒素ラジカルの作用により窒素化され、窒素化された銅の薄膜（不動態の膜）が基板３上に成膜される。このときの反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ^* → Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ₂↑ ・・（５）
Ｃｕ（ｓ）＋ＸＮ^* → ＣｕＮ_X（ｓ）・・・・（６）
窒素化された銅の薄膜は不動態の膜として機能し、基板３の表面を不活性状態とすることができる。
【００３９】
ここで、図２（ａ）に示すように、基板３の表面には溝９がパターン形成されているため、基板３の表面は平坦な表面ではない。このため、以下詳細に説明する制御手段６による制御を行わない場合には、基板３の最表面（「基板における所定の部分」）のみでなく、溝９の内壁面（底面を含む）にまで窒素化された銅の薄膜が形成されることになる。
【００４０】
本実施形態では、制御手段６による被エッチング部材２０の温度制御と、チャンバ１内へのガス流量制御（流量制御手段１３の制御）と、チャンバ１内の圧力制御（真空装置８の制御）と、支持台２（基板３）の温度制御とにより、窒素化された銅の薄膜を基板３の溝９の内部には成膜することなく、主として基板３の最表面（「基板における所定の部分」）のみに成膜することができる。
【００４１】
上記（１）式により生成した塩素ラジカルの溝９内部における濃度は、一般的に図２（ａ）に示すように、溝９の底部に行くほど低くなる。これは、溝９の内部に侵入したＣｌ^*は、その底部に至るまでのあいだに溝９の内壁面に衝突して消滅するためである。すなわち、溝９の底部に行けば行くほど、Ｃｌ^*＋Ｃｌ^*→Ｃｌ₂で表される反応が起こる確率が高く、塩素ラジカルは消滅して濃度が低くなる。
【００４２】
これに対し、上記（３）式により生成した前駆体１５の溝９内部における濃度は、同図に示すように、底部に近づくほど低くなるものの、その減少率は塩素ラジカルの減少率ほどではない。これは、前駆体１５は比較的容易に溝９の底部に到達できるためである。
【００４３】
このように、溝９の内部における塩素ラジカルの濃度と前駆体１５の濃度とが異なるため、塩素ラジカルの濃度が高い基板３の最表面に近い領域では、上記（５）式に示す還元反応に必要な塩素ラジカル以上の量の塩素ラジカルが存在し、当該過剰な塩素ラジカルが、成膜された金属成分をエッチングして除去してしまう（成膜がされない）領域となる。一方、塩素ラジカルの濃度が低く前駆体１５の濃度が高い溝９の底部に近い領域では、塩素ラジカルによる還元反応速度に比べて前駆体１５の吸着速度が速く、前駆体１５がそのまま成膜されてしまう領域となる。
【００４４】
すなわち、塩素ラジカルの濃度と前駆体１５の濃度について、基板３に吸着した前駆体１５を塩素ラジカルにより適当に還元することができる濃度条件（図２（ａ）における「成膜点」、ただし同図にはＣｕＣｌ_XのＸ＝１のときを示してある）のときに、上記（５）式が成立して金属成分が成膜され、更に上記（６）式により窒素化が行われる。
【００４５】
したがって、塩素ラジカルの濃度と前駆体１５の濃度とを制御することにより「成膜点」の高さを調整することができ、図２（ｂ）に示すように「成膜点」を基板３の最表面となるように制御することで、基板３の最表面のみにおいて上記（５）式に基づく金属成分の成膜及び上記（６）式に基づく窒素化が行われ、主として基板３の最表面のみに窒素化された銅の薄膜（不動態の膜）を成膜することができる。
【００４６】
ここで、図２（ｂ）に示す濃度条件では、溝９の内部においては塩素ラジカルの濃度が低く前駆体１５の濃度が高いため、前駆体１５の成膜が進行するおそれがある。しかしながら、制御手段６により支持台２（基板３）の温度を比較的高めに設定することにより、前駆体１５が揮発しやすい条件として、前駆体１５の成膜を防止することができる。
【００４７】
主として基板３の最表面のみに窒素化された銅の薄膜を成膜することができるように塩素ラジカルの濃度と前駆体１５の濃度とを制御するためには、例えば以下の基準に基づいて制御手段６を機能させることにより容易に実現し得る。
【００４８】
（Ａ）チャンバ１内への原料ガス１８の供給量を少なくすることにより、基本的には塩素ラジカル及び前駆体１５共にチャンバ１内における濃度が低くなるが、溝９の内部における塩素ラジカル及び前駆体１５の濃度は更に低下する（図２（ｂ）における塩素ラジカル及び前駆体１５の濃度曲線を両曲線の相対的関係はそのままで低濃度側（図面の左）に平行移動させた状態）ため、溝９の内部における成膜を抑制しつつ基板３の最表面に成膜することができる。
【００４９】
（Ｂ）チャンバ１内部の圧力を比較的高くすることにより、プラズマ密度は天井板２５側で高く、基板３側で低くすることができ、塩素ラジカル及び前駆体１５共に基板３の表面における濃度が低くなるため、上記（Ａ）の原料ガス１８の供給量を少なくしたときと同様の作用により、溝９の内部における成膜を抑制しつつ基板３の最表面に成膜することができる。
【００５０】
（Ｃ）被エッチング部材２０の温度により前駆体１５の生成量を変化させることができる（部材２０の温度を高くすると前駆体１５の生成量は多くなる）ため、図２（ｂ）に示す曲線関係となるように前駆体１５の濃度を調整し、基板３の最表面が成膜点となるように調整することができる。
【００５１】
（Ｄ）上記（Ａ）〜（Ｃ）により塩素ラジカルの濃度と前駆体１５の濃度とを制御して基板３の最表面が成膜点となるように調整すると共に、支持台２（基板３）の温度を比較的高めに設定することにより、溝９内部における前駆体１５が揮発しやすい条件として、主として基板３の最表面のみに成膜することができる。
【００５２】
なお、図２に示す塩素ラジカル及び前駆体１５の濃度分布は一例であり、溝９の形状やスケール等によりこの濃度分布は異なる。しかしながら、上記（Ａ）〜（Ｄ）に例示した基準に基づいて濃度を制御することで、基板３の最表面のみにおける成膜が可能となる。
【００５３】
なお、窒素化された銅の薄膜の成膜に寄与する反応としては、上記（４）〜（６）式に示す反応以外にも次のような反応が挙げられる。すなわち、上記（３）式において発生したガス化した塩化銅の一部は、基板３に吸着する（上記（４）式を参照）前に、塩素ラジカルにより還元されてガス状態のＣｕとなる。このときの反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ^* → Ｃｕ（ｇ）＋Ｃｌ₂↑ ・・（７）
この後、ガス状態の銅は、基板３に吸着すると共に、上記（６）式に示す反応により窒素化された銅の薄膜として成膜される。
【００５４】
＜第２工程「基板３に形成された溝９内への金属膜の成膜」＞
【００５５】
チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガス１８を供給すると共に、プラズマアンテナ２７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、原料ガス１８中の塩素ガスをイオン化して塩素プラズマを発生させる。プラズマは、プラズマ１４で図示する領域に発生する（上記（１）式を参照。）。
【００５６】
このプラズマ１４による被エッチング部材２０への作用と、被エッチング部材２０に設けられた温度制御手段とにより、被エッチング部材２０が加熱され、被エッチング部材２０にエッチング反応が生じる（上記（３）式を参照。）。
【００５７】
プラズマ１４の作用及び温度制御手段により被エッチング部材２０を加熱し、更にヒータ４又は冷媒流通手段５の調整により基板３の温度を被エッチング部材２０の温度よりも低い温度に設定する。この結果、前駆体１５は基板３に吸着する（上記（４）式を参照。）。
【００５８】
ここで、第１工程により基板３はその最表面のみに窒素化された銅の薄膜（不動態の膜）が成膜され、不活性状態となっているため、前駆体１５は基板３の最表面よりも溝９の内部に吸着する。
【００５９】
基板３に形成された溝９の内部に吸着した前駆体１５は、塩素ラジカルにより還元されてＣｕ成分となることで、溝９内部に金属薄膜１６（Ｃｕ薄膜）が形成される（上記（５）式を参照。）。
【００６０】
また、上記（７）式に基づいて、上記（３）式において発生したガス化した塩化銅の一部が基板３の溝９の内部に吸着する前に、塩素ラジカルにより還元されてガス状態のＣｕとなる。その後、ガス状態のＣｕが選択的に溝９の内部に成膜されることによっても溝９内部の成膜が行われる。
【００６１】
以上説明した第１工程による基板表面の選択的な不動態化及び第２工程による基板表面への選択的な成膜により、主として基板３にパターン形成された溝９の内部のみに金属薄膜の形成を行うことができる。
【００６７】
なお、上記各実施形態における基板上に予め成膜する不動態の膜について、その成膜状態や膜厚等を検出しながら成膜することにより、所望の薄膜が形成されているか確認するようにしてもよい。例えば、基板に向けてレーザー等を入射し、その反射強度から基板上の薄膜の表面状態を検出することができる。
【００６８】
また、不動態を形成するガスとしては窒素ガスに限られずに、金属と化合して不動態を形成するガスであればよく、例えば酸素ガス等も使用することができる。
【００６９】
また、上記各実施形態においては、原料ガス１８として、Ｈｅ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プラズマが生成されるが、銅製の被エッチング部材のエッチングにより生成される前駆体は塩化銅である。したがって、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、ＨＣｌガスとＣｌ₂ガスとの混合ガスを用いることも可能である。さらに、一般的には塩素に限らず、ハロゲンガスであれば原料ガスとして利用することができる。ハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素などを適用することが可能である。
【００７０】
また、被エッチング部材は銅に限らず、例えばＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ等の高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属であれば同様に用いることができる。この場合、前駆体はＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ等の塩化物（ハロゲン化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ等となる。
更に、これらの金属を複数種類含む複合金属、例えばＩｎとＣｕとの合金を被エッチング部材とすることもできる。また、前記金属にＳ、Ｓｅ等の非金属元素を含む複合金属、例えばＣｕＩｎＳｅ₂、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ等の合金を被エッチング部材とすることもできる。この場合、前駆体は金属塩化物及び非金属元素の塩化物であり、基板３の表面には複合金属の薄膜が生成される。
【００７１】
また、基板に金属薄膜を成膜する装置及び方法としては、図１に示す装置のほかに、チャンバ１の筒部の側壁外周囲にコイル状のプラズマアンテナを設置してプラズマを発生させる金属膜作製装置、基板３をアースすると共に天井板２５を金属製の被エッチング部材として、被エッチング部材に給電することにより基板３と天井の被エッチング部材との間に容量型のプラズマを発生させる金属膜作製装置、天井板２５の形状をチャンバ外方側に湾曲した凸形状とすると共にプラズマアンテナ２７を凸形状の天井板の外方周囲に円錐リング形状として配設してプラズマを発生させる金属膜作製装置、チャンバ１の内部に連通する筒状の通路（外部プラズマ発生室）の周囲にコイル状のプラズマアンテナを設置してチャンバ外部にて発生させたプラズマを成膜に利用する金属膜作製装置等が挙げられる。
【００７２】
【発明の効果】
第１の発明に係る金属膜作製方法によれば、
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガスを供給し、当該ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンプラズマを発生させ、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製方法において、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御すると共に、前記チャンバ内部への不動態形成ガスの供給により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００７３】
第２の発明に係る金属膜作製方法によれば、
基板が収容されるチャンバの内部に連通する外部プラズマ発生室にハロゲンガスを供給し、当該ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンプラズマを発生させ、
前記チャンバの内部に前記ハロゲンプラズマを供給し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製方法において、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御すると共に、前記外部プラズマ発生室への不動態形成ガスの供給により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記チャンバの内部に供給して前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
金属成膜時に外部に設置したプラズマ発生室からのプラズマを使用するため、基板に損傷を与えることなく、所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００７４】
第３の発明に係る金属膜作製方法によれば、第１又は第２の発明に係る金属膜作製方法において、
前記基板は、表面に溝が形成された基板であり、
前記基板における所定の部分は、前記溝以外の部分であることとしたので、
前記基板に形成された溝のみに選択的に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００７５】
第４の発明に係る金属膜作製方法によれば、第１ないし第３のいずれかの発明に係る金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスの供給量の制御、前記チャンバ内の圧力の制御、前記被エッチング部材の温度の制御又は前記基板の温度の制御のいずれか一以上の制御を行うことによって、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるようにすることとしたので、
精度良くかつ効率的に、基板における所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００７６】
第５の発明に係る金属膜作製方法によれば、第１ないし第４のいずれかの発明に係る金属膜作製方法において、
前記不動態形成ガスは、窒素ガス、酸素ガス、または、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスであることとしたので、
基板における所定の部分のみをより不活性な表面とすることができ、基板における所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００７７】
第６の発明に係る金属膜作製方法によれば、第１ないし第５のいずれかの発明に係る金属膜作製方法において、
前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜した後に、
更に、前記被エッチング部材を前記ハロゲンプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記基板における所定の部分以外の部分に前記前駆体の金属成分を成膜することとしたので、
基板における所望の位置に金属薄膜が成膜された基板を得ることができる。
【００７８】
第７の発明に係る金属膜作製装置によれば、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００７９】
第８の発明に係る金属膜作製装置によれば、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部に連通する外部プラズマ発生室と、
当該外部プラズマ発生室にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガスを前記外部プラズマ発生室においてプラズマ化すると共に前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記チャンバの内部に供給された前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記外部プラズマ発生室に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記外部プラズマ発生室へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
金属成膜時に外部に設置したプラズマ発生室からのプラズマを使用するため、基板に損傷を与えることなく、所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００８０】
第９の発明に係る金属膜作製装置によれば、
基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバの開口を密閉すると共に前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
第７の発明の効果に加えて、チャンバ上方の自由度を大きくすることができる。
【００８１】
第１０の発明に係る金属膜作製装置によれば、
基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
前記チャンバの開口を密閉する絶縁材製の天井板と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記天井板の外方に配設した平面リング形状のコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板と前記天井板との間における前記チャンバの径方向に延びると共に前記平面リング形状のコイルに流れる電流の流れ方向に対して不連続な状態で配置されるように周方向に複数配置した被エッチング部材と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
第７の発明の効果に加えて、チャンバ側周囲の自由度を大きくすることができる。
【００８２】
第１１の発明に係る金属膜作製装置によれば、
アースされた基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバの開口を密閉すると共に前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記被エッチング部材と当該被エッチング部材に給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
第７の発明の効果に加えて、プラズマ発生用のアンテナをなくすことができ、チャンバ周囲の自由度を大きくすることができる。
【００８３】
第１２の発明に係る金属膜作製装置によれば、
基板が収容されると共に一端側が開口する筒状のチャンバと、
前記チャンバの開口を密閉する絶縁材製のチャンバ外方側に湾曲した凸形状の天井板と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記天井板の外方周囲に配設した円錐リング形状のコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記チャンバ内部へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
第７の発明の効果に加えて、安定にプラズマを発生させることができる。
【００８４】
第１３の発明に係る金属膜作製装置によれば、
基板が収容される筒状のチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの内部に連通する筒状の通路と、
当該筒状の通路にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とを有し、前記ハロゲンガスを前記筒状の通路においてプラズマ化すると共に前記チャンバの内部にハロゲンプラズマを供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記チャンバの内部に供給された前記ハロゲンプラズマにより、前記被エッチング部材をエッチングして金属成分とハロゲンとの前駆体を生成させると共に前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する金属膜作製装置において、
前記筒状の通路に不動態形成ガスを供給する不動態形成ガス供給手段と、
前記ハロゲンプラズマの濃度と前記前駆体の濃度とを前記基板における所定の部分の高さ位置で等しくして、前記基板における所定の部分のみに金属成分が成膜されるように制御する制御手段とを設け、
前記筒状の通路へ不動態形成ガスを供給し、前記プラズマ発生手段により前記ハロゲンプラズマと共に発生させた不動態形成ガスプラズマを前記金属成分に作用させることにより、前記基板における所定の部分のみに前記金属成分を不動態膜として成膜することとしたので、
金属成膜時に外部に設置したプラズマ発生室からのプラズマを使用するため、第７の発明に比べて更に基板に損傷を与えることなく、所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００８５】
第１４の発明に係る金属膜作製装置によれば、第７ないし第１３のいずれかの発明に係る金属膜作製装置において、
前記基板は、表面に溝が形成された基板であり、
前記基板における所定の部分は、前記溝以外の部分であることとしたので、
前記基板に形成された溝のみに選択的に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００８６】
第１５の発明に係る金属膜作製装置によれば、第７ないし第１４のいずれかの発明に係る金属膜作製装置において、
前記制御手段は、前記ハロゲンガスの供給量の制御、前記チャンバ内の圧力の制御、前記被エッチング部材の温度の制御又は前記基板の温度の制御のいずれか一以上の制御を行うこととしたので、
精度良くかつ効率的に、基板における所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【００８７】
第１６発明に係る金属膜作製装置によれば、第７ないし第１５のいずれかの発明に係る金属膜作製装置において、
前記不動態形成ガスは、窒素ガス、酸素ガス、または、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスであることとしたので、
基板における所定の部分のみをより不活性な表面とすることができ、基板における所望の位置に金属薄膜を成膜可能な基板を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る金属膜作製方法を実施する金属膜作製装置の概略透視断面図である。
【図２】基板上に形成された溝の内部における前駆体及びガスラジカルの濃度分布を示す図である。
【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制御手段
８真空装置
９溝
１０整合器
１１電源
１２ノズル
１３流量制御器
１４プラズマ
１５前駆体
１６金属薄膜
１７排気口
１８原料ガス
１９Ｎ₂ガス
２０被エッチング部材
２１突起部
２２リング部
２５天井板
２７プラズマアンテナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for forming a film only at a desired position, for example, a metal film manufacturing method and apparatus for forming a metal film only in a buried portion (groove or the like) of a patterned film.
[0002]
[Prior art]
At present, in the manufacture of semiconductors and the like, film formation using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is known. A plasma CVD apparatus is a plasma reaction of a gas such as an organometallic complex that becomes a material of a film introduced into a chamber by a high frequency incident from a high frequency antenna, and a chemical reaction on the substrate surface by active excited atoms in the plasma. Is an apparatus for forming a metal thin film or the like by promoting (see, for example, Patent Document 1 below).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2-217549
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a metal thin film or the like is produced using a conventional plasma CVD apparatus, it can be formed relatively uniformly on a flat substrate, but desired for a substrate on which a groove for wiring or the like is formed. It may be impossible to form a thin film. That is, since the film is uniformly formed on the surface of the substrate, the metal thin film may not be formed only in the wiring groove patterned on the substrate. After the film formation, for example, a solution containing silica fine particles A process of removing unnecessary thin films by applying mechanical pressure to polish the substrate surface (CMP (Chemical Mechanical Polish)) is required.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described situation, and a metal film manufacturing method and apparatus for forming a film only at a desired position, in particular, a metal film is formed only on a buried portion (groove or the like) of a patterned film. It is an object of the present invention to provide a metal film manufacturing method and an apparatus therefor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The metal film manufacturing method according to the first invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
Halogen gas is supplied into the chamber in which the substrate is accommodated, and the halogen gas is turned into plasma to generate halogen plasma.
A metal component and a precursor of a halogen are formed by etching a member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film preparation method of forming a metal component of the precursor on the substrate,
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate, The metal component is controlled to be deposited only on a predetermined portion of the substrate, and the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by supplying the passivating gas into the chamber is used as the metal component. In this method, the metal component is formed as a passive film only on a predetermined portion of the substrate by acting.
[0007]
The metal film manufacturing method according to the second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
Halogen gas is supplied to an external plasma generation chamber communicating with the inside of the chamber in which the substrate is accommodated, and the halogen gas is converted into plasma to generate halogen plasma,
Supplying the halogen plasma into the chamber;
A metal component and a precursor of a halogen are formed by etching a member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film preparation method of forming a metal component of the precursor on the substrate,
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control is performed so that a metal component is deposited only on a predetermined portion of the substrate, and a passivation forming gas plasma generated together with the halogen plasma by supplying a passivation forming gas to the external plasma generation chamber is provided in the chamber. The metal component is formed as a passive film only on a predetermined portion of the substrate by being supplied to the inside of the substrate and acting on the metal component.
[0008]
A metal film manufacturing method according to a third invention for solving the above-described problem is the metal film manufacturing method according to the first or second invention,
The substrate is a substrate having grooves formed on the surface,
The metal film manufacturing method is characterized in that the predetermined portion of the substrate is a portion other than the groove.
[0009]
A metal film manufacturing method according to a fourth invention for solving the above-described problems is the metal film manufacturing method according to any one of the first to third inventions,
A predetermined portion of the substrate is controlled by controlling one or more of the supply amount of the halogen gas, the pressure in the chamber, the temperature of the member to be etched, or the temperature of the substrate. In this method, the metal component is formed only on the metal film.
[0010]
A metal film manufacturing method according to a fifth invention for solving the above-described problems is the metal film manufacturing method according to any one of the first to fourth inventions.
In the metal film manufacturing method, the passivating gas is nitrogen gas, oxygen gas, or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas.
[0011]
A metal film manufacturing method according to a sixth invention for solving the above-described problems is the metal film manufacturing method according to any one of the first to fifth inventions,
After forming the metal component as a passive film only on a predetermined portion of the substrate,
Furthermore, a metal component and a halogen precursor are formed by etching the member to be etched with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
A metal film manufacturing method comprising depositing a metal component of the precursor on a portion other than a predetermined portion of the substrate.
[0012]
A metal film manufacturing apparatus according to a seventh invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
Plasma generating means for converting the halogen gas into plasma and generating halogen plasma inside the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. Is a metal film manufacturing apparatus characterized by forming a film as a passive film.
[0013]
A metal film manufacturing apparatus according to an eighth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
An external plasma generation chamber communicating with the interior of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the external plasma generation chamber;
Plasma generating means for converting the halogen gas into plasma in the external plasma generation chamber and supplying halogen plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal film manufacturing apparatus that forms a precursor of a metal component and a halogen by etching the member to be etched by the halogen plasma supplied into the chamber and forms the metal component of the precursor on the substrate. In
A passivating gas supply means for supplying a passivating gas to the external plasma generation chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas to the external plasma generation chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the passivating gas is applied only to a predetermined portion of the substrate. A metal film manufacturing apparatus characterized in that a metal component is formed as a passive film.
[0014]
A metal film manufacturing apparatus according to a ninth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A member to be etched which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, seals the opening of the chamber and is provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A plasma generating means that has a coil wound around the chamber and a power supply unit that supplies power to the coil, and converts the halogen gas into plasma to generate halogen plasma inside the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. Is a metal film manufacturing apparatus characterized by forming a film as a passive film.
[0015]
A metal film manufacturing apparatus according to a tenth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A ceiling plate made of an insulating material for sealing the opening of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A planar ring-shaped coil disposed outside the ceiling plate and a power supply unit for supplying power to the coil, and plasma generating means for generating halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma,
It is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, extends in the radial direction of the chamber between the substrate and the ceiling plate, and is discontinuous with respect to the flow direction of the current flowing in the planar ring-shaped coil. A plurality of members to be etched arranged in the circumferential direction so as to be arranged in a state;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film manufacturing apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. Is a metal film manufacturing apparatus characterized by forming a film as a passive film.
[0016]
A metal film manufacturing apparatus according to an eleventh invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A cylindrical chamber in which a grounded substrate is accommodated and one end side is open;
A member to be etched which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, seals the opening of the chamber and is provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
Plasma generating means for generating a halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma by having the member to be etched and a power supply unit for supplying power to the member to be etched;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film manufacturing apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. Is a metal film manufacturing apparatus characterized by forming a film as a passive film.
[0017]
A metal film manufacturing apparatus according to a twelfth invention for solving the above-described problems is
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A convex ceiling plate curved outwardly from the chamber made of an insulating material that seals the opening of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A conical ring-shaped coil disposed on the outer periphery of the ceiling plate, and a power supply unit for supplying power to the coil, and plasma generating means for generating halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma. ,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film manufacturing apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. Is a metal film manufacturing apparatus characterized by forming a film as a passive film.
[0018]
A metal film manufacturing apparatus according to a thirteenth invention for solving the above-mentioned problems is
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
A cylindrical passage communicating with the interior of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the cylindrical passage;
Plasma that has a coil wound around the cylindrical passage and a power supply unit that supplies power to the coil, and converts the halogen gas into plasma in the cylindrical passage and supplies halogen plasma into the chamber Generating means;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal film manufacturing apparatus that forms a precursor of a metal component and a halogen by etching the member to be etched by the halogen plasma supplied into the chamber and forms the metal component of the precursor on the substrate. In
A passivating gas supply means for supplying a passivating gas to the cylindrical passage;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas to the cylindrical passage and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the passivating gas is applied only to a predetermined portion of the substrate. A metal film manufacturing apparatus characterized in that a metal component is formed as a passive film.
[0019]
A metal film manufacturing apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention for solving the above problems is the metal film manufacturing apparatus according to any of the seventh to thirteenth aspects of the invention.
The substrate is a substrate having grooves formed on the surface,
The metal film manufacturing apparatus is characterized in that the predetermined portion of the substrate is a portion other than the groove.
[0020]
A metal film manufacturing apparatus according to a fifteenth aspect of the present invention for solving the above problems is the metal film manufacturing apparatus according to any of the seventh to fourteenth aspects of the invention.
The control means controls at least one of control of the supply amount of the halogen gas, control of pressure in the chamber, control of the temperature of the member to be etched, and control of the temperature of the substrate. This is a metal film manufacturing apparatus.
[0021]
A metal film manufacturing apparatus according to a sixteenth aspect of the present invention for solving the above problems is the metal film manufacturing apparatus according to any of the seventh to fifteenth inventions,
In the metal film manufacturing apparatus, the passivating gas is nitrogen gas, oxygen gas, or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic perspective cross-sectional view of a metal film production apparatus for performing the metal film production method according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing the concentration distribution of precursors and gas radicals inside the groove formed on the substrate. The metal film manufacturing method and metal film manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described based on these drawings.
[0026]
As shown in FIG. 1, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of a chamber 1 made of, for example, ceramics (made of an insulating material), and a substrate 3 is placed on the support base 2. . The support 2 is provided with a heater 4 and a refrigerant flow means 5, and can control the temperature of the substrate 3 to a predetermined temperature (temperature control means).
[0027]
The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 25 made of an insulating material (for example, ceramic). Above the ceiling plate 25, a plasma antenna 27 is provided as a plasma generating means for converting the inside of the chamber 1 into plasma. The plasma antenna 27 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 25. The plasma antenna 27 is connected to the matching unit 10 and the power supply 11 and supplied with high frequency power. The interior of the chamber 1 closed by the ceiling plate 25 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8.
[0028]
A member to be etched 20 formed of a metal (copper in this embodiment) capable of forming a high vapor pressure halide is sandwiched between the wall surfaces of the chamber 1 immediately below the ceiling plate 25. The member 20 to be etched is composed of a protrusion 21 and a ring 22, is installed at a position facing the substrate 3 in the chamber 1, and is divided into a plurality of portions along the circumferential direction of the side wall of the chamber 1. The part 21 has a structure protruding toward the center from a ring part 22 installed along the cylindrical chamber 1.
[0029]
That is, a plurality of protrusions 21 are provided in the circumferential direction from the inner wall of the chamber 1 and are provided in the circumferential direction, and there are notches (spaces) between the protrusions 21. It arrange | positions directly under the ceiling board 25 so that it may arrange | position in the discontinuous state with respect to the flow direction of the flowing electric current. The member to be etched 20 is provided with a temperature control means (for example, a heater or the like) (not shown), and the member to be etched 20 is heated and cooled.
[0030]
A cylindrical portion of the chamber 1 at a position slightly higher than the support 2 is provided with a source gas 18 containing chlorine gas as a halogen gas inside the chamber 1 (He, Ar, etc., the chlorine concentration is 50% or less, preferably 10 Chlorine gas diluted to about%) and N for forming a passive state (passive forming gas) ₂ A nozzle 12 for supplying a gas 19 is connected. The nozzle 12 opens toward the member 20 to be etched, and the nozzle 12 is supplied with the source gas 18 and N via the flow rate controller 13. ₂ Gas 19 is sent. Here, “passive” means that the metal is more precious than the normal state, and means a special surface state in which chemical and physical reactions stop. That is, when the metal surface is passivated to form a passive film, the surface becomes a surface normal state that is inactive to chemical and physical reactions, so that these reactions hardly occur.
[0031]
When forming a passive film on the substrate 3 (the “first step” below), the source gas 18 and N ₂ A gas 19 is sent from the substrate 3 side to the member to be etched 20 side in the chamber 1. Further, when forming a metal film (the “second step” below), N ₂ The supply of the gas 19 is stopped and only the raw material gas 18 is supplied. Gases or the like that are not involved in the film formation may interfere with the film formation, and are exhausted from the exhaust port 17 dedicated to vacuum exhaust in order to reduce the partial pressure. That is, the vacuum device 8 is supplied with the source gas 18 (or the source gas 18 and N ₂ The main purpose is to control the pressure in the chamber 1 when supplying the gas 19), and the exhaust port 17 is mainly intended to remove the gas not involved in the film formation from the chamber before each film forming step. Note that the vacuum device 8 and the exhaust port 17 may be used as a single device. The nozzle 12 and the flow rate controller 13 constitute a halogen gas supply means and a passivating gas supply means.
[0032]
The control means 6 has a function for controlling the temperature of the member 20 to be etched, a function for controlling the flow rate control means 13, a function for controlling the vacuum device 8, and a function for controlling the temperature of the support base 2 (substrate 3). Have
[0033]
In the metal film manufacturing apparatus described above, the metal thin film 16 is formed by the method described in detail below. In the present embodiment, a member to be etched made of copper (Cu) will be described as an example. The film formation process described in the present embodiment includes a first process “passivation of the surface of the substrate 3” and a second process “deposition of a metal film in the groove 9 formed in the substrate 3. It consists of.
[0034]
<First step "passivation of the surface of the substrate 3">
First, the source gas 18 and N from the nozzle 12 are introduced into the chamber 1. ₂ While supplying the gas 19 and making electromagnetic waves enter the chamber 1 from the plasma antenna 27, chlorine gas in the source gas 18 and N ₂ The gas 19 is ionized to generate chlorine plasma (halogen plasma) and nitrogen plasma (passive forming gas plasma). The plasma is generated in the region shown by the plasma 14. The reaction at this time can be mainly represented by the following formula.
Cl ₂ → 2Cl ^* (1)
N ₂ → 2N ^* (2)
Where Cl ^* Is chlorine radical, N ^* Represents a nitrogen radical.
[0035]
The member to be etched 20 that is a conductor is present below the plasma antenna 27. However, as described above, the protrusion 21 of the member to be etched 20 is discontinuous with respect to the flow direction of the current flowing through the plasma antenna 27. Therefore, the plasma 14 is stably generated not only in the vicinity of the member to be etched 20 but also between the member to be etched 20 and the substrate 3, that is, below the member to be etched 20. ing.
[0036]
The member to be etched 20 is heated by the action of the plasma 14 on the member to be etched 20 and the temperature control means provided in the member to be etched 20, and an etching reaction occurs in the member to be etched 20. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
Cu (s) + Cl ^* → CuCl (g) (3)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. The above expression (3) represents a state in which the Cu component of the member to be etched 20 is etched by the plasma 14 to become a gaseous precursor 15 made of copper and chlorine. The precursor 15 includes gasified CuCl and a material having a different composition ratio (Cu _X1 Cl _Y1 ).
[0037]
The member to be etched 20 is heated by the action of the plasma 14 and the temperature control means, and the temperature of the substrate 3 is set to a temperature lower than the temperature of the member to be etched 20 by adjusting the heater 4 or the coolant circulation means 5. As a result, the precursor 15 is adsorbed on the substrate 3. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (g) → CuCl (ad) (4)
Here, ad represents an adsorption state.
[0038]
The precursor 15 adsorbed on the substrate 3 is reduced by chlorine radicals to become a Cu component, and the Cu component is nitrogenated and nitrogenated by the action of nitrogen radicals generated by the reaction shown in the above formula (2). A copper thin film (passive film) is formed on the substrate 3. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (ad) + Cl ^* → Cu (s) + Cl ₂ ↑ ・・（５）
Cu (s) + XN ^* → CuN _X (S) ... (6)
The nitrided copper thin film functions as a passive film, and the surface of the substrate 3 can be inactivated.
[0039]
Here, as shown in FIG. 2A, since the grooves 9 are patterned on the surface of the substrate 3, the surface of the substrate 3 is not a flat surface. For this reason, when control by the control means 6 described in detail below is not performed, not only the outermost surface (“predetermined portion of the substrate”) of the substrate 3 but also the inner wall surface (including the bottom surface) of the groove 9. A nitrided copper thin film will be formed.
[0040]
In this embodiment, the temperature control of the member 20 to be etched by the control means 6, the gas flow rate control into the chamber 1 (control of the flow rate control means 13), the pressure control within the chamber 1 (control of the vacuum device 8), By controlling the temperature of the support base 2 (substrate 3), a nitrided copper thin film is not formed inside the groove 9 of the substrate 3, but mainly on the outermost surface of the substrate 3 (“predetermined portion on the substrate”). )) Only.
[0041]
The concentration of chlorine radicals generated by the above equation (1) inside the groove 9 is generally lower toward the bottom of the groove 9 as shown in FIG. This is because Cl that has entered the inside of the groove 9 ^* This is because it collides with the inner wall surface of the groove 9 until it reaches the bottom and disappears. That is, the closer to the bottom of the groove 9, the more Cl ^* + Cl ^* → Cl ₂ Is highly likely to occur, and the chlorine radicals disappear and the concentration decreases.
[0042]
On the other hand, the concentration of the precursor 15 generated by the above formula (3) inside the groove 9 decreases as it approaches the bottom as shown in the figure, but the decrease rate is not as high as the decrease rate of chlorine radicals. . This is because the precursor 15 can reach the bottom of the groove 9 relatively easily.
[0043]
As described above, since the concentration of the chlorine radical in the groove 9 and the concentration of the precursor 15 are different, in the region close to the outermost surface of the substrate 3 where the concentration of the chlorine radical is high, the reduction reaction represented by the above formula (5) is performed. An amount of chlorine radicals greater than the necessary chlorine radicals is present, and the excess chlorine radicals become a region where the deposited metal component is removed by etching (not formed). On the other hand, in the region near the bottom of the groove 9 where the concentration of the chlorine radical is low and the concentration of the precursor 15 is high, the adsorption rate of the precursor 15 is higher than the reduction reaction rate by the chlorine radical, and the precursor 15 is formed as it is. It becomes an area that ends up.
[0044]
That is, with respect to the concentration of the chlorine radical and the concentration of the precursor 15, the concentration conditions (the “film formation point” in FIG. 2A) where the precursor 15 adsorbed on the substrate 3 can be appropriately reduced by the chlorine radical, but the same The figure shows CuCl _X (When X = 1 is shown), the above equation (5) is established to form a metal component, and further, nitrogenation is performed according to the above equation (6).
[0045]
Therefore, the height of the “deposition point” can be adjusted by controlling the concentration of the chlorine radical and the concentration of the precursor 15, and the “deposition point” is set to the substrate 3 as shown in FIG. By controlling so as to be the outermost surface of the substrate 3, film formation of the metal component based on the above equation (5) and nitrogenation based on the above equation (6) are performed only on the outermost surface of the substrate 3. A nitrided copper thin film (passive film) can be formed only on the surface.
[0046]
Here, under the concentration condition shown in FIG. 2B, the concentration of the chlorine radical is low and the concentration of the precursor 15 is high inside the groove 9, so that the film formation of the precursor 15 may proceed. However, by setting the temperature of the support 2 (substrate 3) to be relatively high by the control means 6, film formation of the precursor 15 can be prevented as a condition that the precursor 15 is likely to volatilize.
[0047]
In order to control the concentration of chlorine radicals and the concentration of the precursor 15 so that a nitrided copper thin film can be formed mainly only on the outermost surface of the substrate 3, for example, the control is performed based on the following criteria: It can be easily realized by making the means 6 function.
[0048]
(A) By reducing the supply amount of the source gas 18 into the chamber 1, the concentrations of both the chlorine radicals and the precursor 15 are basically reduced in the chamber 1, but the chlorine radicals and precursors inside the groove 9 are reduced. The concentration of the body 15 is further reduced (the state in which the concentration curve of the chlorine radical and the precursor 15 in FIG. 2B is translated to the low concentration side (left of the drawing) without changing the relative relationship between the two curves). The film can be formed on the outermost surface of the substrate 3 while suppressing the film formation inside the groove 9.
[0049]
(B) By making the pressure inside the chamber 1 relatively high, the plasma density can be high on the ceiling plate 25 side and low on the substrate 3 side. Both the chlorine radicals and the precursor 15 have a concentration on the surface of the substrate 3. Therefore, the film can be formed on the outermost surface of the substrate 3 while suppressing the film formation inside the groove 9 by the same action as when the supply amount of the source gas 18 in (A) is reduced.
[0050]
(C) Since the amount of the precursor 15 generated can be changed depending on the temperature of the member 20 to be etched (the amount of the precursor 15 generated increases as the temperature of the member 20 is increased), the curve shown in FIG. It is possible to adjust the concentration of the precursor 15 so as to satisfy the relationship so that the outermost surface of the substrate 3 is a film formation point.
[0051]
(D) The chlorine radical concentration and the precursor 15 concentration are controlled by the above (A) to (C) so as to adjust the outermost surface of the substrate 3 to be a film formation point, and the support table 2 (substrate 3). ) Is set at a relatively high temperature, the film can be formed mainly only on the outermost surface of the substrate 3 as a condition that the precursor 15 in the groove 9 is likely to volatilize.
[0052]
Note that the concentration distribution of the chlorine radical and the precursor 15 shown in FIG. 2 is an example, and this concentration distribution varies depending on the shape and scale of the groove 9. However, it is possible to form a film only on the outermost surface of the substrate 3 by controlling the concentration based on the criteria exemplified in the above (A) to (D).
[0053]
In addition to the reactions shown in the above formulas (4) to (6), the following reactions can be cited as reactions that contribute to the formation of a nitrided copper thin film. That is, a part of the gasified copper chloride generated in the above formula (3) is reduced by chlorine radicals to become gaseous Cu before adsorbing to the substrate 3 (see the above formula (4)). The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (g) + Cl ^* → Cu (g) + Cl ₂ ↑ ・・（７）
Thereafter, the copper in a gas state is adsorbed on the substrate 3 and is formed as a copper thin film that is nitrided by the reaction shown in the above formula (6).
[0054]
<Second Step “Film Formation of Metal Film in Groove 9 Formed on Substrate 3”>
[0055]
The source gas 18 is supplied from the nozzle 12 into the chamber 1 and electromagnetic waves are incident from the plasma antenna 27 into the chamber 1 to ionize the chlorine gas in the source gas 18 to generate chlorine plasma. The plasma is generated in the region shown by the plasma 14 (see the above formula (1)).
[0056]
The etched member 20 is heated by the action of the plasma 14 on the etched member 20 and the temperature control means provided on the etched member 20, and an etching reaction occurs in the etched member 20 (formula (3) above) See).
[0057]
The member to be etched 20 is heated by the action of the plasma 14 and the temperature control means, and the temperature of the substrate 3 is set to a temperature lower than the temperature of the member to be etched 20 by adjusting the heater 4 or the coolant circulation means 5. As a result, the precursor 15 is adsorbed on the substrate 3 (see the above formula (4)).
[0058]
Here, since the substrate 3 is formed with a nitrided copper thin film (passive film) only on the outermost surface of the substrate 3 and is in an inactive state, the precursor 15 is the outermost surface of the substrate 3. It is adsorbed inside the groove 9 rather than the surface.
[0059]
The precursor 15 adsorbed inside the groove 9 formed in the substrate 3 is reduced by chlorine radicals to become a Cu component, thereby forming a metal thin film 16 (Cu thin film) inside the groove 9 ((5 ) See formula.)
[0060]
Further, based on the above equation (7), before a part of the gasified copper chloride generated in the above equation (3) is adsorbed inside the groove 9 of the substrate 3, it is reduced by the chlorine radical to be in a gas state. Cu. Thereafter, film formation inside the groove 9 is also performed by selectively forming Cu in a gas state inside the groove 9.
[0061]
By the selective passivation of the substrate surface by the first step and the selective film formation on the substrate surface by the second step described above, the formation of a metal thin film mainly only inside the groove 9 patterned on the substrate 3. It can be performed.
[0067]
In addition, about the passive film | membrane previously formed on the board | substrate in each said embodiment, it is made to confirm whether the desired thin film is formed by forming into a film, detecting the film formation state, film thickness, etc. May be. For example, a laser or the like is incident on the substrate, and the surface state of the thin film on the substrate can be detected from the reflection intensity.
[0068]
Further, the gas that forms the passivity is not limited to nitrogen gas, and any gas that forms a passivity by combining with a metal may be used. For example, oxygen gas or the like can also be used.
[0069]
In each of the above embodiments, the source gas 18 is Cl diluted with He. ₂ The gas has been described as an example, but Cl ₂ It is also possible to use the gas alone or to apply HCl gas. When HCl gas is applied, HCl plasma is generated as the source gas plasma, but the precursor generated by etching of the member to be etched is copper chloride. Therefore, the source gas may be any gas containing chlorine, and HCl gas and Cl ₂ It is also possible to use a mixed gas with the gas. Furthermore, in general, not only chlorine but halogen gas can be used as a raw material gas. As the halogen, fluorine, bromine, iodine and the like can be applied.
[0070]
Further, the member to be etched is not limited to copper, and any metal that can make a high vapor pressure halide such as Ta, Ti, Mo, W, Zn, In, Cd, Fe, or Ni can be used similarly. In this case, the precursor is chloride (halide) such as Ta, Ti, Mo, W, Zn, In, Cd, Fe, Ni, and the thin film generated on the surface of the substrate 3 is Ta, Ti, Mo, W. , Zn, In, Cd, Fe, Ni, etc.
Furthermore, a composite metal containing a plurality of these metals, for example, an alloy of In and Cu can be used as the member to be etched. Also, a composite metal containing a non-metallic element such as S or Se in the metal, such as CuInSe ₂ An alloy such as CdS or ZnSe can be used as the member to be etched. In this case, the precursor is a metal chloride and a chloride of a nonmetallic element, and a thin film of a composite metal is generated on the surface of the substrate 3.
[0071]
Further, as an apparatus and method for forming a metal thin film on a substrate, in addition to the apparatus shown in FIG. 1, a metal film for generating plasma by installing a coiled plasma antenna around the outer side wall of the cylindrical portion of the chamber 1. Fabrication apparatus, metal film that grounds substrate 3 and uses ceiling plate 25 as a metal member to be etched to generate capacitive plasma between substrate 3 and the member to be etched by supplying power to the member to be etched Production device, metal film production for generating plasma by arranging the ceiling plate 25 into a convex shape curved outwardly of the chamber and arranging the plasma antenna 27 in the shape of a conical ring around the outside of the convex ceiling plate A coil-shaped plasma antenna is installed around the cylindrical passage (external plasma generation chamber) communicating with the inside of the apparatus and the chamber 1, and is generated outside the chamber. Metal film production apparatus and the like that utilize Zuma the film formation and the like.
[0072]
【The invention's effect】
According to the metal film manufacturing method according to the first invention,
Halogen gas is supplied into the chamber in which the substrate is accommodated, and the halogen gas is turned into plasma to generate halogen plasma.
A metal component and a precursor of a halogen are formed by etching a member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film preparation method of forming a metal component of the precursor on the substrate,
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, The metal component is controlled to be deposited only on a predetermined portion of the substrate, and the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by supplying the passivating gas into the chamber is used as the metal component. Since the metal component is formed as a passive film only on a predetermined portion of the substrate by acting,
A substrate on which a metal thin film can be formed at a desired position can be manufactured.
[0073]
According to the metal film manufacturing method according to the second invention,
Halogen gas is supplied to an external plasma generation chamber communicating with the inside of the chamber in which the substrate is accommodated, and the halogen gas is converted into plasma to generate halogen plasma,
Supplying the halogen plasma into the chamber;
A metal component and a precursor of a halogen are formed by etching a member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film preparation method of forming a metal component of the precursor on the substrate,
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control is performed so that a metal component is deposited only on a predetermined portion of the substrate, and a passivation forming gas plasma generated together with the halogen plasma by supplying a passivation forming gas to the external plasma generation chamber is provided in the chamber. Since the metal component is formed as a passive film only on a predetermined portion of the substrate by supplying the metal component to the inside and acting on the metal component,
Since plasma from an external plasma generation chamber is used during metal film formation, a substrate capable of forming a metal thin film at a desired position can be manufactured without damaging the substrate.
[0074]
According to the metal film production method according to the third invention, in the metal film production method according to the first or second invention,
The substrate is a substrate having grooves formed on the surface,
Since the predetermined part in the substrate is a part other than the groove,
A substrate on which a metal thin film can be selectively formed only in the groove formed in the substrate can be manufactured.
[0075]
According to the metal film production method according to the fourth invention, in the metal film production method according to any one of the first to third inventions,
A predetermined portion of the substrate is controlled by controlling one or more of the supply amount of the halogen gas, the pressure in the chamber, the temperature of the member to be etched, or the temperature of the substrate. Since the metal component was deposited only on the
A substrate capable of forming a metal thin film at a desired position on the substrate with high accuracy and efficiency can be produced.
[0076]
According to the metal film production method according to the fifth invention, in the metal film production method according to any one of the first to fourth inventions,
Since the passivating gas is nitrogen gas, oxygen gas, or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas,
Only a predetermined portion of the substrate can be a more inert surface, and a substrate capable of forming a metal thin film at a desired position on the substrate can be manufactured.
[0077]
According to the metal film production method according to the sixth invention, in the metal film production method according to any one of the first to fifth inventions,
After forming the metal component as a passive film only on a predetermined portion of the substrate,
Furthermore, a metal component and a halogen precursor are formed by etching the member to be etched with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
Since the metal component of the precursor is deposited on a portion other than the predetermined portion on the substrate,
A substrate on which a metal thin film is formed at a desired position on the substrate can be obtained.
[0078]
According to the metal film manufacturing apparatus of the seventh invention,
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
Plasma generating means for converting the halogen gas into plasma and generating halogen plasma inside the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. As a passive film.
A substrate on which a metal thin film can be formed at a desired position can be manufactured.
[0079]
According to the metal film manufacturing apparatus of the eighth invention,
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
An external plasma generation chamber communicating with the interior of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the external plasma generation chamber;
Plasma generating means for converting the halogen gas into plasma in the external plasma generation chamber and supplying halogen plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal film manufacturing apparatus that forms a precursor of a metal component and a halogen by etching the member to be etched by the halogen plasma supplied into the chamber and forms the metal component of the precursor on the substrate. In
A passivating gas supply means for supplying a passivating gas to the external plasma generation chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas to the external plasma generation chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the passivating gas is applied only to a predetermined portion of the substrate. Because we decided to form a metal component as a passive film,
Since plasma from an external plasma generation chamber is used during metal film formation, a substrate capable of forming a metal thin film at a desired position can be manufactured without damaging the substrate.
[0080]
According to the metal film manufacturing apparatus of the ninth invention,
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A member to be etched which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, seals the opening of the chamber and is provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A plasma generating means that has a coil wound around the chamber and a power supply unit that supplies power to the coil, and converts the halogen gas into plasma to generate halogen plasma inside the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. As a passive film.
In addition to the effect of the seventh invention, the degree of freedom above the chamber can be increased.
[0081]
According to the metal film manufacturing apparatus of the tenth invention,
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A ceiling plate made of an insulating material for sealing the opening of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A planar ring-shaped coil disposed outside the ceiling plate and a power supply unit for supplying power to the coil, and plasma generating means for generating halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma,
It is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, extends in the radial direction of the chamber between the substrate and the ceiling plate, and is discontinuous with respect to the flow direction of the current flowing in the planar ring-shaped coil. A plurality of members to be etched arranged in the circumferential direction so as to be arranged in a state;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. As a passive film.
In addition to the effects of the seventh invention, the degree of freedom around the chamber side can be increased.
[0082]
According to the metal film manufacturing apparatus of the eleventh invention,
A cylindrical chamber in which a grounded substrate is accommodated and one end side is open;
A member to be etched which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, seals the opening of the chamber and is provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
Plasma generating means for generating a halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma by having the member to be etched and a power supply unit for supplying power to the member to be etched;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. As a passive film.
In addition to the effect of the seventh invention, the antenna for generating plasma can be eliminated, and the degree of freedom around the chamber can be increased.
[0083]
According to the metal film manufacturing apparatus of the twelfth invention,
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A convex ceiling plate curved outwardly from the chamber made of an insulating material that seals the opening of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A conical ring-shaped coil disposed on the outer periphery of the ceiling plate, and a power supply unit for supplying power to the coil, and plasma generating means for generating halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma. ,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas into the chamber and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the metal component is applied only to a predetermined portion of the substrate. As a passive film.
In addition to the effects of the seventh invention, plasma can be generated stably.
[0084]
According to the metal film manufacturing apparatus of the thirteenth invention,
A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
A cylindrical passage communicating with the interior of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the cylindrical passage;
Plasma that has a coil wound around the cylindrical passage and a power supply unit that supplies power to the coil, and converts the halogen gas into plasma in the cylindrical passage and supplies halogen plasma into the chamber Generating means;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal film manufacturing apparatus that forms a precursor of a metal component and a halogen by etching the member to be etched by the halogen plasma supplied into the chamber and forms the metal component of the precursor on the substrate. In
A passivating gas supply means for supplying a passivating gas to the cylindrical passage;
The halogen plasma concentration and the precursor concentration are equalized at a height position of a predetermined portion of the substrate, Control means for controlling the metal component to be deposited only on a predetermined portion of the substrate;
By supplying a passivating gas to the cylindrical passage and causing the passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by the plasma generating means to act on the metal component, the passivating gas is applied only to a predetermined portion of the substrate. Because we decided to form a metal component as a passive film,
Since a plasma from a plasma generation chamber installed outside is used during metal film formation, a substrate capable of forming a metal thin film at a desired position is produced without further damaging the substrate as compared with the seventh invention. be able to.
[0085]
According to the metal film production apparatus according to the fourteenth invention, in the metal film production apparatus according to any of the seventh to thirteenth inventions,
The substrate is a substrate having grooves formed on the surface,
Since the predetermined part in the substrate is a part other than the groove,
A substrate on which a metal thin film can be selectively formed only in the groove formed in the substrate can be manufactured.
[0086]
According to the metal film manufacturing apparatus according to the fifteenth aspect of the present invention, in the metal film manufacturing apparatus according to any of the seventh to fourteenth aspects of the invention,
The control means performs one or more of control of the supply amount of the halogen gas, control of the pressure in the chamber, control of the temperature of the member to be etched, and control of the temperature of the substrate. ,
A substrate capable of forming a metal thin film at a desired position on the substrate with high accuracy and efficiency can be produced.
[0087]
According to the metal film production apparatus according to the sixteenth invention, in the metal film production apparatus according to any one of the seventh to fifteenth inventions,
Since the passivating gas is nitrogen gas, oxygen gas, or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas,
Only a predetermined portion of the substrate can be a more inert surface, and a substrate capable of forming a metal thin film at a desired position on the substrate can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective cross-sectional view of a metal film production apparatus for performing a metal film production method according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a concentration distribution of precursors and gas radicals inside a groove formed on a substrate.
[Explanation of symbols]
1 chamber
2 Support stand
3 Substrate
4 Heater
5 Refrigerant distribution means
6 Control means
8 Vacuum equipment
9 groove
10 Matching device
11 Power supply
12 nozzles
13 Flow controller
14 Plasma
15 Precursor
16 Metal thin film
17 Exhaust port
18 Source gas
19 N ₂ gas
20 Member to be etched
21 Protrusion
22 Ring part
25 Ceiling board
27 Plasma antenna

Claims

Halogen gas is supplied into the chamber in which the substrate is accommodated, and the halogen gas is turned into plasma to generate halogen plasma.
A metal component and a precursor of a halogen are formed by etching a member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film preparation method of forming a metal component of the precursor on the substrate,
The concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate , and control is performed so that a metal component is formed only on the predetermined portion of the substrate, and By applying a passivation gas plasma generated together with the halogen plasma to the metal component by supplying a passivation gas into the chamber, the metal component is formed as a passivation film only on a predetermined portion of the substrate. A metal film manufacturing method characterized by forming a film.

Halogen gas is supplied to an external plasma generation chamber communicating with the inside of the chamber in which the substrate is accommodated, and the halogen gas is converted into plasma to generate halogen plasma,
Supplying the halogen plasma into the chamber;
A metal component and a precursor of a halogen are formed by etching a member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film preparation method of forming a metal component of the precursor on the substrate,
The concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor are made equal at a height position of a predetermined portion of the substrate , and control is performed so that a metal component is formed only on the predetermined portion of the substrate, and A passivating gas plasma generated together with the halogen plasma by supplying a passivating gas to an external plasma generation chamber is supplied to the inside of the chamber to act on the metal component, so that only a predetermined portion of the substrate is formed. And forming the metal component as a passive film.

In the metal film preparation method according to claim 1 or 2,
The substrate is a substrate having grooves formed on the surface,
The metal film manufacturing method, wherein the predetermined portion of the substrate is a portion other than the groove.

In the metal film preparation method according to any one of claims 1 to 3,
A predetermined portion of the substrate is controlled by controlling one or more of the supply amount of the halogen gas, the pressure in the chamber, the temperature of the member to be etched, or the temperature of the substrate. A metal film manufacturing method characterized in that a metal component is formed only on a metal film.

In the metal film preparation method in any one of Claims 1 thru | or 4,
The method for producing a metal film, wherein the passivating gas is nitrogen gas, oxygen gas, or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas.

In the metal film preparation method in any one of Claim 1 thru | or 5,
After forming the metal component as a passive film only on a predetermined portion of the substrate,
Furthermore, a metal component and a halogen precursor are formed by etching the member to be etched with the halogen plasma,
The temperature of the substrate is lower than the temperature of the member to be etched,
A method for producing a metal film, comprising depositing a metal component of the precursor on a portion of the substrate other than a predetermined portion.

A chamber containing a substrate;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
Plasma generating means for converting the halogen gas into plasma and generating halogen plasma inside the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
Control means for controlling the concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor to be equal at the height position of the predetermined portion of the substrate so that the metal component is deposited only on the predetermined portion of the substrate; A metal film manufacturing apparatus characterized by comprising:

A chamber containing a substrate;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
An external plasma generation chamber communicating with the interior of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the external plasma generation chamber;
Plasma generating means for converting the halogen gas into plasma in the external plasma generation chamber and supplying halogen plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal film manufacturing apparatus that forms a precursor of a metal component and a halogen by etching the member to be etched by the halogen plasma supplied into the chamber and forms the metal component of the precursor on the substrate. In
A passivating gas supply means for supplying a passivating gas to the external plasma generation chamber;
Control means for controlling the concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor to be equal at the height position of the predetermined portion of the substrate so that the metal component is deposited only on the predetermined portion of the substrate; A metal film manufacturing apparatus characterized by comprising:

A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A member to be etched which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, seals the opening of the chamber and is provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A plasma generating means that has a coil wound around the chamber and a power supply unit that supplies power to the coil, and converts the halogen gas into plasma to generate halogen plasma inside the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
Control means for controlling the concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor to be equal at the height position of the predetermined portion of the substrate so that the metal component is deposited only on the predetermined portion of the substrate; A metal film manufacturing apparatus characterized by comprising:

A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A ceiling plate made of an insulating material for sealing the opening of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A planar ring-shaped coil disposed outside the ceiling plate and a power supply unit for supplying power to the coil, and plasma generating means for generating halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma,
It is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, extends in the radial direction of the chamber between the substrate and the ceiling plate, and is discontinuous with respect to the flow direction of the current flowing in the planar ring-shaped coil. A plurality of members to be etched arranged in the circumferential direction so as to be arranged in a state;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
Control means for controlling the concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor to be equal at the height position of the predetermined portion of the substrate so that the metal component is deposited only on the predetermined portion of the substrate; A metal film manufacturing apparatus characterized by comprising:

A cylindrical chamber in which a grounded substrate is accommodated and one end side is open;
A member to be etched which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, seals the opening of the chamber and is provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
Plasma generating means for generating a halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma by having the member to be etched and a power supply unit for supplying power to the member to be etched;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
In the metal film production apparatus for etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and forming the metal component of the precursor on the substrate,
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
Control means for controlling the concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor to be equal at the height position of the predetermined portion of the substrate so that the metal component is deposited only on the predetermined portion of the substrate; A metal film manufacturing apparatus characterized by comprising:

A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated and one end side is opened;
A convex ceiling plate curved outwardly from the chamber made of an insulating material that seals the opening of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas into the chamber;
A conical ring-shaped coil disposed on the outer periphery of the ceiling plate, and a power supply unit for supplying power to the coil, and plasma generating means for generating halogen plasma in the chamber by converting the halogen gas into plasma. ,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate to be lower than the temperature of the member to be etched, and etching the member to be etched by the halogen plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen and the precursor. In a metal film manufacturing apparatus for forming a metal component of
Passivating gas supply means for supplying a passivating gas into the chamber;
Control means for controlling the concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor to be equal at the height position of the predetermined portion of the substrate so that the metal component is deposited only on the predetermined portion of the substrate; A metal film manufacturing apparatus characterized by comprising:

A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated;
A member to be etched, which is formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and is provided at a position facing the substrate in the chamber;
A cylindrical passage communicating with the interior of the chamber;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the cylindrical passage;
Plasma that has a coil wound around the cylindrical passage and a power supply unit that supplies power to the coil, and converts the halogen gas into plasma in the cylindrical passage and supplies halogen plasma into the chamber Generating means;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal film manufacturing apparatus that forms a precursor of a metal component and a halogen by etching the member to be etched by the halogen plasma supplied into the chamber and forms the metal component of the precursor on the substrate. In
A passivating gas supply means for supplying a passivating gas to the cylindrical passage;
Control means for controlling the concentration of the halogen plasma and the concentration of the precursor to be equal at the height position of the predetermined portion of the substrate so that the metal component is deposited only on the predetermined portion of the substrate; A metal film manufacturing apparatus characterized by comprising:

The metal film manufacturing apparatus according to any one of claims 7 to 13,
The substrate is a substrate having grooves formed on the surface,
The metal film manufacturing apparatus, wherein the predetermined portion of the substrate is a portion other than the groove.

In the metal film preparation apparatus in any one of Claims 7 thru | or 14,
The control means controls at least one of control of the supply amount of the halogen gas, control of pressure in the chamber, control of the temperature of the member to be etched, and control of the temperature of the substrate. Metal film manufacturing equipment.

In the metal film preparation apparatus in any one of Claims 7 thru | or 15,
The metal film forming apparatus, wherein the passivating gas is nitrogen gas, oxygen gas, or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas.