JP2001230217A

JP2001230217A - 基板処理装置及び方法

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Publication number: JP2001230217A
Application number: JP2000035907A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kudo; 利雄工藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: JP3683460B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ボイド等が形成されにくく、密着力の高い、
しかも、優れた電気特性を有する配線膜を形成するこ
と。【解決手段】搬出入室１５、１６に収容されたカート
リッジＣＡからクリーニングユニット１１に基板Ｗを搬
出し、ここで基板Ｗを加熱して基板Ｗ表面に吸着した汚
染物質を脱離する。次に、スパッタ成膜ユニット１２に
基板Ｗを移送し、窒素雰囲気下で膜材料Ｔａからなる電
極をスパッタすることによって基板Ｗ上にＴａＮのバリ
ア膜を薄く形成する。次に、イオンプレーティングユニ
ット１３に基板Ｗを移送し、プラズマビームを利用して
膜材料Ｃｕを蒸発させるとともにこのＣｕ蒸気をイオン
化させて基板Ｗ上であってバリア膜上にＣｕのシード膜
を薄く形成する。処理ユニット１１〜１３での必要な処
理が終了した基板Ｗは、搬送装置１０を経て一旦搬出入
室１５、１６に搬入され、カートリッジＣＡに順次収納
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、基板上に配線用
の成膜等の処理を行う基板処理装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス等にＣｕ配線を形成する
ための方法として、まず半導体ウェハ上に絶縁膜パター
ンを形成した基板を準備し、この基板上にスパッタ成膜
法やＣＶＤ法を利用してＴａＮの薄いバリア膜を形成
し、さらに真空を破らずにバリア膜上に薄いＣｕシード
層を形成し、このＣｕシード層を陰極として電気メッキ
法で絶縁膜パターンの溝や穴を埋め込む方法が知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようにして形成し
たＣｕ配線の性能は、Ｃｕシード層の膜質によって決定
される。例えば、スパッタリングによって形成されたＣ
ｕシード層は側壁のステップカバレージが低いため、ま
たＣＶＤによって形成されたＣｕシード層は不純物が多
いため、ボイドの発生や密着性に関して充分とは言えな
い。このような傾向は、幅の狭い溝や微小径の穴で顕著
となり、デバイスのシュリンクに伴う配線の微細化を妨
げている。

【０００４】そこで、本発明は、ボイド等が形成されに
くく、密着性が良い配線膜を形成することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の基板処理装置は、基板上にドライプロセス
で配線用のバリア層を形成する第１成膜ユニットと、プ
ラズマビームを供給するプラズマ源と、配線用のシード
層の膜材料を収容可能な材料蒸発源を有するとともにプ
ラズマビームを導くハースと、ハースに対向して基板を
保持する保持手段とを有し、第１成膜ユニットで形成し
たバリア層上に配線用のシード層を形成する第２成膜ユ
ニットとを備える。

【０００６】この場合、配線用のシード層を上記構成の
イオンプレーティング型の第２成膜ユニットによって形
成するので、加熱された材料蒸発源から出射する材料蒸
気をプラズマビームでイオン化しつつ良好な電気的、機
械的特性を有するシード層を得ることができる。すなわ
ち、セルフバイアス電圧による基板表面のクリーニング
効果によって、高い配向性と高い付着力を有するシード
層を簡易に形成することができる。また、プラズマビー
ムが主にハースに入射し基板が高密度のプラズマにさら
されることがなく、しかも材料蒸発源から出射してプラ
ズマ中で励起されるＣｕイオンやＡｒイオンが比較的低
いエネルギーを有するので、基板表面のバリア層にプラ
ズマダメージ等の欠陥が形成されにくい。さらに、比較
的低圧で不純物の少ない清浄な環境でシード層を形成で
きる。つまり、上記基板処理装置によって得たシード層
は、基板上であってバリア層の下地の絶縁膜パターンに
形成されている溝や穴を一様に被覆するのみならず、高
い導電性・密着性を有し、しかも不純物による汚染が少
ない。

【０００７】このようなシード層は、その後に下地の絶
縁膜パターンに形成されている溝や穴を埋めるために配
線本体層を形成する工程で、電解メッキの陰極として利
用される。この際、このシード層が良好な導電性・密着
性を有するとともにバリア層上に均一に形成された電極
として作用するので、ボイド等が形成されることなく、
高い付着力を有する配線本体層を形成できる。

【０００８】上記基板処理装置の好ましい態様では、第
１成膜ユニットが、スパッタリング成膜法によってバリ
ア層を形成する。この場合、ドライプロセスによって付
着力が良好なバリア層を形成することができる。

【０００９】上記基板処理装置の好ましい態様では、第
１成膜ユニットが、ＣＶＤ法によってバリア層を形成す
る。この場合、ドライプロセスによってコンフォーマル
なバリア層を形成することができる。

【００１０】上記基板処理装置の好ましい態様では、第
１成膜ユニットが、イオンプレーティング法によってバ
リア層を形成する。この場合、前段として特別のクリー
ニング工程を設けることなく、ドライプロセスによって
比較的良好な膜質のバリア層を形成することができる。

【００１１】上記基板処理装置の好ましい態様では、第
１及び第２成膜ユニットにおける成膜は、第１及び第２
成膜室でそれぞれ行われ、複数の基板を収納するカート
リッジを収容する予備室と、第１成膜室、第２成膜室、
及び予備室に連通可能である搬送室を有するとともに第
１成膜室、第２成膜室、及び予備室のいずれか１つの室
中に収容された基板を他の室中に移送する搬送装置とを
さらに備える。

【００１２】この場合、クラスター型の基板処理装置と
して、バリア層の形成、シード層の形成を連続して効率
的に行うことができ、汚染物質の混入を最小限に抑える
ことができる。

【００１３】上記基板処理装置の好ましい態様では、第
２成膜ユニットが、磁石及びコイルの少なくとも一方を
ハースの周囲に環状に配置してなるとともにハースの近
接した上方の磁界を制御する磁場制御部材をさらに備
え、プラズマ源が、ＤＣアーク放電を利用した圧力勾配
型のプラズマガンであることを特徴とする。

【００１４】この場合、磁場制御部材によってハースに
入射するプラズマビームをカスプ状磁場で修正してより
均一な厚みのシード層を形成することができる。

【００１５】上記基板処理装置の好ましい態様では、バ
リア層を形成する前の基板の表面をクリーニングするク
リーニングユニットをさらに備える。

【００１６】スパッタリング成膜法やＣＶＤ法によって
バリア層を形成する場合、上記のようなセルフサーフェ
スクリーニング効果が期待できないので、予め基板の表
面をクリーニングすることによって不純物の混入が少な
く付着性が良好なバリア層を得ることができる。なお、
クリーニングユニットでは、基板をヒータや赤外線ラン
プで加熱したり、基板表面をスパッタリングすることに
よって、基板表面の浄化を達成する。

【００１７】上記基板処理装置の好ましい態様では、ク
リーニングユニットでクリーニングを終了した基板を気
密を保って第１成膜ユニットに搬送する搬送装置をさら
に備える。

【００１８】この場合、搬送装置を利用してクリーニン
グ後の基板を第１成膜ユニットに迅速に汚染を回避しつ
つ搬送することができ、バリア層の特性を良好に保つこ
とができる。

【００１９】また、本発明の基板処理方法は、基板上に
ドライプロセスで配線用のバリア層を形成する第１の成
膜工程と、陽極として配置された材料蒸発源に向けてプ
ラズマビームを供給することによって材料蒸発源に収容
された配線用のシード層の膜材料を蒸発させて基板表面
のバリア層上にシード層を付着させる第２の成膜工程と
を備える。

【００２０】この場合、配線用のシード層をプラズマビ
ームを利用したイオンプレーティング型の第２の成膜工
程によって形成するので、加熱された材料蒸発源から出
射する材料蒸気をプラズマビームで活性化しつつ良好な
電気的、機械的特性を有するシード層を形成することが
できる。イオンプレーティング型の成膜工程では、例え
ばＤＣアーク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガン
を用いることより、良好なシード膜を得ることができ
る。

【００２１】上記基板処理方法の好ましい態様では、第
１の成膜工程でスパッタリング成膜法及びＣＶＤ法のい
ずれか一方によってバリア層を形成し、バリア層を形成
する前の基板の表面をクリーニングする前処理工程をさ
らに備える。

【００２２】この場合、スパッタリング成膜法やＣＶＤ
法によってバリア層を形成する前に基板の表面を予めク
リーニングすることによって、不純物の混入が少なく付
着性が良好なバリア層を得ることができる。

【００２３】上記基板処理方法の好ましい態様では、第
１の成膜工程で、イオンプレーティング法によってバリ
ア層を形成する。

【００２４】この場合、前段として特別のクリーニング
工程を設けることなく、ドライプロセスによって比較的
良好な特性のバリア層を形成することができる。イオン
プレーティング法としては、例えばＤＣアーク放電を利
用した圧力勾配型のプラズマガンを用いることより、良
好なバリア膜を得ることができる。

【００２５】上記基板処理方法の好ましい態様では、第
２の成膜工程で、基板に所定のタイミングで所定のバイ
アス電圧を積極的に印加する。

【００２６】この場合、基板に形成された溝や穴の側壁
にもステップカバレージの良好なシード層を形成するこ
とができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、本発明の
第１実施形態に係る基板処理装置及び方法について、図
面を参照しつつ説明する。

【００２８】図１は、第１実施形態の基板処理装置の全
体構造を示す平面図である。この基板処理装置は、半導
体ウェハ等の基板に一連の処理工程を一括して行うクラ
スタツールタイプの半導体処理装置であり、基板Ｗに所
定の処理を施す複数の処理ユニットとして、搬送装置１
０を中心に、基板Ｗの表面クリーニングをそれぞれ行う
一対のクリーニングユニット１１と、基板Ｗにスパッタ
リング成膜法を利用してバリア層の成膜を行う第１成膜
ユニットであるスパッタ成膜ユニット１２と、基板Ｗに
イオンプレーティング法を利用してシード層の成膜を行
う第２成膜ユニットであるイオンプレーティングユニッ
ト１３と、２つの搬出入室１５、１６とを備える。

【００２９】搬送装置１０を構成する搬送室の中央に
は、多関節型の搬送手段である搬送用真空ロボット２６
が配置されている。この搬送用真空ロボット２６は、伸
縮可能であるとともに紙面に垂直な鉛直軸の回りに回転
可能であるアーム２６ａと、アーム２６ａの先端に固定
されて基板Ｗを支持するハンド２６ｂとを備える。基板
Ｗを支持するハンド２６ｂは、アーム２６ａに送られ
て、処理ユニット１１〜１３や搬出入室１５、１６の内
部に基板Ｗを進退させることができる。

【００３０】クリーニングユニット１１は、基板Ｗに前
処理としてクリーニングを施すためのものであり、図示
を省略するが、基板Ｗを支持して加熱する加熱プレー
ト、基板Ｗを加熱プレートとともに収容するチャンバ、
基板Ｗの周囲を真空に吸引する真空ポンプ等を備える。
このクリーニングユニット１１は、熱処理するものに限
定されない。例えば基板Ｗの表面をアルゴン等のイオン
粒子でスパッタリングするクリーニング装置とすること
もできる。さらに、赤外線ランプを利用したランプアニ
ールによって、基板Ｗの表面の吸着物を脱離させるクリ
ーニング装置とすることもできる。

【００３１】スパッタ成膜ユニット１２は、後に詳細に
説明するが、膜材料からなるターゲット電極をスパッタ
することによってこのターゲット電極から出射する膜材
料を基板Ｗ上に付着させて成膜を行うものである。

【００３２】イオンプレーティングユニット１３は、後
に詳細に説明するが、材料蒸発源に向けてプラズマビー
ムを供給することによって材料蒸発源の膜材料を蒸発さ
せ、蒸発した材料をプラズマビーム中でイオン化しつつ
基板Ｗ上に付着させて成膜を行うものである。

【００３３】搬出入室１５、１６は、基板処理装置の外
部との間で基板Ｗをやりとりするためのもので、それぞ
れが複数の基板Ｗを収納するカートリッジＣＡを載置可
能なカートリッジステージと、このカートリッジステー
ジを収容する予備室と、カートリッジステージを昇降移
動させるステージ駆動装置とを備える。

【００３４】なお、搬送装置１０と各処理ユニット１１
〜１３とは、真空気密を維持可能なゲート弁２４を介し
て開閉可能に接続されており、搬送装置１０と各搬出入
室１５、１６も、真空気密を維持可能なゲート弁２５を
介して搬送装置１０と開閉可能に接続されている。これ
により、各処理ユニット１１〜１３や各搬出入室１５、
１６との間で真空を破ることなく基板Ｗの受け渡しが可
能になっている。

【００３５】以下、図２を参照しつつ、図１に示す基板
処理装置の動作の概要について説明する。予め半導体ウ
ェハＳ上にＳｉＯ₂からなる所望の絶縁膜パターンＩＰ
を形成した複数の基板Ｗを準備する（図２（ａ）参
照）。この絶縁膜パターンＩＰは、例えばサブミクロン
幅の溝ＴＲを有する。次に、これらの基板Ｗをカートリ
ッジＣＡに収納する。このカートリッジＣＡは、一旦搬
出入室１５、１６のいずれか一方に搬入され、別に用意
した空のカートリッジＣＡも、搬出入室１５、１６の他
方に搬入される。次いで、両搬出入室１５、１６内部を
減圧する。その後、搬送装置１０に設けた搬送用真空ロ
ボット２６によって、搬出入室１５、１６中に配置した
カートリッジＣＡ中の基板Ｗを一枚一枚搬送装置１０内
部に取り込み、続いて各処理ユニット１１〜１３の内部
に順次搬送する。これらの処理ユニット１１〜１３で
は、必要なクリーニングや成膜が所望の手順で進行す
る。

【００３６】処理ユニット１１〜１３での具体的な処理
手順について説明すると、まず、いずれかの搬出入室１
５、１６に収容されたカートリッジＣＡからクリーニン
グユニット１１に基板Ｗを搬出し、ここで基板Ｗを加熱
して基板Ｗ表面に吸着した汚染物質を脱離する。なお、
スループットが優先される場合、２つのクリーニングユ
ニット１１で並列処理を行って次の処理ユニット１２、
１３における処理時間との整合をとることもできる。

【００３７】次に、スパッタ成膜ユニット１２に基板Ｗ
を移送し、窒素雰囲気下で膜材料Ｔａからなるターゲッ
ト電極をスパッタすることによって基板Ｗ上にＴａＮの
バリア膜ＢＦを薄く形成する（図２（ｂ）参照）。バリ
ア膜ＢＦの厚さは、溝ＴＲの上部で２５０Å程度であ
り、溝ＴＲの側壁では５０Å程度であり、溝ＴＲの底部
では１００Å程度である。

【００３８】次に、イオンプレーティングユニット１３
に基板Ｗを移送し、プラズマビームを利用して膜材料Ｃ
ｕを蒸発させるとともにこのＣｕ蒸気をイオン化させて
基板Ｗ上であってバリア膜ＢＦ上にＣｕのシード膜ＳＦ
を薄く形成する（図２（ｃ）参照）。シード膜ＳＦの厚
さは、無バイアス下では溝ＴＲの上部で２０００Å程度
であり、溝ＴＲの側壁では３００〜５００Å程度であ
り、溝ＴＲの底部では２０００Å程度である。つまり、
このようにして得たシード膜ＳＦは溝ＴＲの側壁で十分
な厚さを有し、さらに溝ＴＲの底部を厚くしたボトムア
ップ成膜となっている。よって、溝ＴＲにメッキ用の電
極として良好な特性を有するシード膜ＳＦを形成するこ
とができる。なお、バイアス印加によって溝ＴＲ上部の
み薄くすることも可能であり、この場合、サイドカバレ
ージが良くメッキ用の電極としてさらに良好な特性を有
するシード膜ＳＦを形成することができる。

【００３９】処理ユニット１１〜１３での必要な処理が
終了した基板Ｗは、搬送装置１０を経て一旦搬出入室１
５、１６に搬入され、空のカートリッジＣＡに順次収納
される。搬出入室１５、１６中の処理済みの基板Ｗを収
容したカートリッジＣＡは、適当なタイミングで基板処
理装置外に搬出される。

【００４０】次に、図１に示す基板処理装置で形成した
シード膜ＳＦ上に、このシード膜ＳＦを低抵抗電極とし
て湿式の銅メッキを施して、シード膜ＳＦ上に厚いＣｕ
メッキ膜ＰＦを形成する（図２（ｄ）参照）。これによ
り、絶縁膜パターンＩＰの溝ＴＲが小さい幅から大きい
幅までのワイドレンジにわたって、ボイドフリー、か
つ、密着性よく埋め込まれる。

【００４１】次に、基板Ｗの上層のＣｕメッキ膜ＰＦ、
並びにバリア膜ＢＦ及びシード膜ＳＦをＣＭＰ(chemico
-mechanical polishing)によって除去し、Ｃｕ配線形成
を完了する（図２（ｅ）参照）。

【００４２】図３は、図１に示すスパッタ成膜ユニット
１２の具体的構造を説明する図である。

【００４３】このスパッタ成膜ユニット１２は、真空気
密を保ち得る密閉構造の成膜室３１で構成される。この
成膜室３１の上部には、第１供給ポート３１ａが設けら
れている。この第１供給ポート３１ａには、スパッタ用
のＡｒガスが所望の供給量で供給され、成膜室３１中を
スパッタに必要なＡｒガスを導入する。第１供給ポート
３１ａの下方には、バリア膜ＢＦの構成材料となるガス
Ｎ₂ガスを成膜室３１中に所望量だけ供給する第２供給
ポート３１ｂが設けられている。さらに、成膜室３１の
下部には、成膜室３１内の不要ガス等を廃棄して内部の
真空度を維持するため、排気ポート３１ｃが形成されて
いる。

【００４４】成膜室３１内部の上方には、バリア膜ＢＦ
の膜材料であるＴａからなる平板状のターゲット電極３
２が配置されている。このターゲット電極３２への電圧
の印加は、直流電源装置３９ａによって制御されてい
る。

【００４５】成膜室３１内部の下方には、ターゲット電
極３２に対向して基板Ｗを支持するためのホルダ３３が
配置されている。このホルダ３３は、ヒータ３３ａを内
蔵し、必要なタイミングで基板Ｗを加熱して所望の温度
に設定することができる。また、このホルダ３３には、
成膜室３１内外に基板Ｗを搬出入する際にホルダ３３上
で基板Ｗを昇降させるためのピン等からなる昇降機構３
３ｂも内蔵されている。なお、ヒータ３３ａや昇降機構
３３ｂの動作は、駆動装置３７によって制御されてい
る。また、ホルダ３３上の基板Ｗには、ホルダ３３（必
要な場合には基板Ｗの表面に接触する電極）を介して適
当な電位が供給される。基板Ｗに供給する電位は、電源
装置３６によって制御されている。なお、基板Ｗすなわ
ちホルダ３３は、成膜室３１と電気的に絶縁されてい
る。

【００４６】成膜室３１上部であってその内周には、高
周波電力が供給される磁場形成用のＲＦコイル３４が配
置されている。このＲＦコイル３４からの磁場は、成膜
室３１内のプラズマ密度の向上を図っている。ＲＦコイ
ル３４への給電は、ＲＦ電源装置３９ｂによって制御さ
れている。

【００４７】図３の装置によるバリア膜の形成は、成膜
面を上向きとし所望のバイアス電位に調節された状態の
基板Ｗに対して行われる。具体的な成膜について説明す
ると、まず成膜室３１に搬入口３１ｈを介して表面クリ
ーニング後の基板Ｗを搬入し、ホルダ３３上に載置す
る。次に、第１及び第２供給ポート３１ａ、３１ｂから
ＡｒガスとＮ₂ガスとをそれぞれ適量供給しつつ、ター
ゲット電極３２に負のＤＣ電圧（マイナス）を印加す
る。これにより、成膜室３１内のＡｒイオンが適当な速
度に加速されてターゲット電極３２をたたくので、ター
ゲット電極３２からはＴａのスパッタ粒子が飛び出す。
これと同時に、コイル３４に高周波電流を供給してター
ゲット電極３２の下方に高周波で変動する電磁場を形成
する。これにより、イオン化が促進され、高密度プラズ
マＰが形成される。高密度プラズマＰを経たＴａやＮの
イオンは、基板Ｗに印加するバイアス電圧によって指向
性が高められ、ホルダ３３上の基板Ｗに入射する。この
結果、基板Ｗ上には、ＴａＮバリア膜が形成される。

【００４８】図４は、図１に示すイオンプレーティング
ユニット１３の具体的構造を説明する図である。なお、
このイオンプレーティングユニット１３では、スパッタ
成膜ユニット１２の場合と異なり、成膜面を下向きとし
た状態の基板Ｗに対して成膜が行われる。

【００４９】イオンプレーティングユニット１３は、基
板Ｗの受け渡し及び反転用に設けた上部の基板受渡室４
０と、実際に成膜を行うための成膜室４１とを備える。
基板受渡室４０と成膜室４１は、両者を一体として真空
気密を保ち得る構造となっている。つまり、この気密容
器中において、上側が基板Ｗを受け取って反転するため
の受渡空間Ｓ1となっており、下側が基板Ｗの表面に成
膜を行う処理空間Ｓ2となっている。

【００５０】基板受渡室４０には、真空の受渡空間Ｓ1
中に基板Ｗを収容したままでその反転を行うための基板
取扱装置５１が設けられている。基板取扱装置５１は、
端部で水平軸の回りに枢支されて片面に支持した基板Ｗ
とともに回転する支持部材５３を備える。この支持部材
５３は、制御装置５６によって制御された駆動装置５４
によって適当なタイミングで回転駆動され、図１の搬送
用真空ロボット２６によって搬送されてきた基板Ｗを受
渡空間Ｓ1側で受け取る受渡位置と、この基板Ｗを処理
空間Ｓ2に対向させる処理位置との間で回動する。この
ように、支持部材５３が受渡位置から処理位置に移動す
ると、支持部材５３が裏返って受渡空間Ｓ1と処理空間
Ｓ2とを連通している開口ＡＰが塞がれる。なお、支持
部材５３は、成膜に際して処理空間Ｓ2に対向したとき
には、この下面に支持した基板Ｗの温度や表面の電位を
調節できるようになっている。

【００５１】成膜室４１の処理空間Ｓ2の下方には、蒸
発物質を収容する凹部を有する蒸発物質源でありかつ陽
極であるハース６１ａと、このハース６１ａを中心とし
てその周囲に環状に配置される環状補助陽極６１ｂとか
らなる陽極部材６１のほか、磁場制御部材として環状補
助陽極６１ｂの直下に配置される環状磁石６２が配置さ
れている。この環状磁石６２は、永久磁石と電磁石とか
らなり、ハース６１ａ上部や周辺の磁界を制御してハー
ス６１ａに導かれるプラズマビームの均一性を保つ。な
お、陽極部材６１や環状磁石６２の動作は、電源装置６
７によって制御されている。

【００５２】成膜室４１の下部側壁の一側面には、処理
空間Ｓ2を臨むようにプラズマ源であるプラズマガン６
３が設けられている。このプラズマガン６３は、特開平
８−２３２０６０号公報等に開示されているＤＣアーク
放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンであり、モリ
ブデン製の外筒とＡｒ等のキャリアガスを導入するタン
タル製の内パイプとからなる２重円筒の一端を円盤状の
陰極で固定し他端にＬａＢ₆製の円盤を配置することに
よって形成したガン本体６３ａと、ガン本体６３ａから
出射するプラズマビームを引き出す電極としての役割と
ともにプラズマビームを収束させる役割を有する環状の
電磁極部６３ｂと、電磁極部６３ｂを成膜室４１に連結
する筒状部６３ｃとを備える。また、プラズマガン６３
は、筒状部６３ｃの周囲にプラズマビームを成膜室４１
内に導くための環状のステアリングコイル６３ｄを有し
ている。なお、プラズマガン６３の動作は、ガン駆動装
置６８によって制御されている。

【００５３】プラズマガン６３の左側及び上方には、成
膜室４１の処理空間Ｓ2、さらに基板受渡室４０の受渡
空間Ｓ1を適当な真空度に維持する排気系６５が設けら
れている。この排気系６５は、成膜室４１との間にゲー
ト弁（不図示）を有する排気室６５ａと、高真空排気用
のクライオポンプ６５ｂ及びモレキュラターボポンプ６
５ｃとを備える。

【００５４】図４の装置によるＣｕシード成膜について
具体的に説明すると、搬送用真空ロボット２６によって
被処理面を上側にして搬送されてきた基板Ｗは、開口４
０ａを介して基板受渡室４０中の受渡空間Ｓ1に搬入さ
れ、ここで基板取扱装置５１に設けた支持部材５３上に
載置されて固定される。この支持部材５３は、基板Ｗを
受け取る際には開口４０ａ側の受渡位置にあるが、その
後駆動装置５４に駆動されて反転し、基板Ｗを膜形成面
を下側にするとともにこの膜形成面を処理空間Ｓ2に対
向させる処理位置に移動する。処理位置に移動した支持
部材５３は、隣接する処理空間Ｓ2すなわち開口ＡＰを
塞ぐ。成膜面を下向きとして配置された基板Ｗの上面
（裏面）は、支持部材５３に一様に接しており、成膜中
における基板Ｗの温度が適宜調節される。また、支持部
材５３には電極が設けてあり、成膜中における基板Ｗの
電位が適宜調節される。

【００５５】イオンプレーティングによるＣｕシード膜
の成膜は、このように成膜面を下向きとし所望の温度や
電位に調節された状態の基板Ｗに対して行われる。具体
的な成膜について説明すると、ハース６１ａの凹部に
は、蒸発物質であるＣｕが加熱され溶融状態で溜まって
いる。この状態で、プラズマガン６３からのプラズマビ
ームＰＢを環状補助陽極６１ｂに入射させている待機状
態からハース６１ａに入射させる成膜状態にスイッチす
る。これにより、基板Ｗの下面すなわち被処理面に金属
被膜が形成され成長する。基板Ｗの被処理面に形成され
た膜が所定の膜厚になった段階で、プラズマビームを環
状補助陽極６１ｂに入射さる待機状態にスイッチする。
以上により、基板Ｗの被処理面への薄膜形成処理は終了
する。なお、本実施形態のプラズマガン６３を用いるこ
とにより、強力なプラズマビームを連続的に安定して供
給することができ、基板Ｗ上に高品質の膜が迅速に形成
されることになる。また、環状磁石６２によってハース
６１ａの上方にカスプ磁場を形成しハース６１ａに入射
するプラズマビームを修正するので、基板Ｗ上により均
一な厚さの膜が形成されることになる。この際、基板Ｗ
の表面の電位を調節するバイアス電圧の印加により、基
板Ｗに形成された溝ＴＲ（図２（ｃ）参照）にボトムア
ップのサイドステップカバレージが良いＣｕシード膜を
形成することができる。

【００５６】なお、イオンプレーティングユニット１３
を利用したイオンプレーティングには、Ｃｕシード膜の
成膜の開始に際して下地のＴａＮバリア膜の表面に付着
した汚染物質を除去するセルフバイアスによるサーフェ
スクリーニング効果がある。このサーフェスクリーニン
グは、プラズマガン６３からのプラズマビームＰＢが一
部支持部材５３側に拡散することによって、電圧を積極
的に印加していない基板Ｗであってもその表面近傍に１
０Ｖ程度のセルフバイアス電圧が形成されることを利用
したものである。このセルフバイアスにより、基板Ｗの
表面が主にＡｒイオンで弱くスパッタクリーニングされ
る。この際、基板表面の汚れに応じて積極的にバイアス
電圧を印加することもできる。このようなサーフェスク
リーニング効果を利用すれば、下地のＴａＮバリア膜と
の付着性が良く、高い（１１１）配向性を有するＣｕシ
ード膜を形成することができる。また、このイオンプレ
ーティングユニット１３は、プラズマビームＰＢが主に
ハース６１ａに入射し基板Ｗが高密度のプラズマにさら
されることがなく、しかもハース６１ａから出射してプ
ラズマを通過してイオン化されたＣｕイオンやＡｒイオ
ンは比較的低いエネルギーを有するので、基板Ｗ表面の
ＴａＮバリア膜にプラズマダメージ等の欠陥が形成され
にくい。また、ＣＶＤ等とは異なり、比較的低圧かつ不
純物の少ない環境でＣｕシード膜を形成できるので、Ｃ
ｕシード膜に不純物が混入することを防止できる。

【００５７】以上のようにして得たＣｕシード膜は、下
地である絶縁膜パターンＩＰやＴａＮバリア膜の凹凸
（溝ＴＲ等）の有無に拘わらず一様に（良好なサイドス
テップカバレージで）被覆し、しかも高い導電性や密着
性を有し、不純物による汚染が少ない。つまり、このＣ
ｕシード膜をその後の工程である電解メッキ法を利用し
たＣｕメッキ膜ＰＦの形成に際して低抵抗電極膜として
活用すれば、極微細な溝ＴＲ等をボイドフリーで埋め込
むことができ、さらに埋め込んだＣｕメッキ膜ＰＦの付
着性を高めることができる。

【００５８】次に、支持部材５３を反転させ、基板Ｗを
処理空間Ｓ2から受渡空間Ｓ1に移動させる。そして、基
板Ｗのロックを解除して支持部材５３から図１の搬送用
真空ロボット２６に基板Ｗが渡される。

【００５９】図５は、支持部材５３の構造を拡大して示
した側面図である。この支持部材５３は、成膜時に基板
Ｗを裏面から支持する円板状の支持板５３ａと、搬送装
置１０から移送されてきた基板Ｗを支持板５３ａ上面よ
りも突出した動作位置にて一時的に支持する４本の支持
ピン５３ｂと、これら支持ピン５３ｂの降下に伴って支
持板５３ａに渡された基板Ｗの周囲を支持板５３ａ側に
付勢して保持する環状の保持部材５３ｃとを有する。

【００６０】支持板５３ａは、これを水平軸ＨＡの回り
回転可能に支持するヒンジ部５３ｄに連結されている。
この支持板５３ａには、ヒンジ部５３ｄに設けた不図示
のパイプを通じて冷却水等が供給され、ヒータも内蔵さ
れている。支持板５３ａは、支持ピン５３ｂから渡され
た基板Ｗの裏面に接して基板Ｗの温度を適宜調節する。

【００６１】各支持ピン５３ｂは、支持板５３ａの上面
よりも突出した図示の動作位置と、支持板５３ａの上面
よりも後退した待避位置との間で適宜往復移動できるよ
うになている。支持部材５３が実線のように受渡位置に
あるとき、支持ピン５３ｂが動作位置に移動して搬送用
真空ロボット２６によって搬送されてきた基板Ｗを一時
的に支持する。搬送用真空ロボット２６のハンド２６ｂ
が後退すると、支持ピン５３ｂが降下して待避位置に移
動し、支持された基板Ｗが支持板５３ａの支持面ＳＳ上
に載置される。

【００６２】保持部材５３ｃは、一対の支柱５３ｆや水
平方向に延びる連結部材５３ｇを介して各支持ピン５３
ｂと連結されている。つまり、保持部材５３ｃと支持ピ
ン５３ｂとは連動しており、支持ピン５３ｂが突出して
動作位置にあるとき保持部材５３ｃの待避位置となっ
て、基板Ｗの支持板５３ａへの固定が解除される。一
方、支持ピン５３ｂが後退して待避位置にあるとき保持
部材５３ｃの動作位置となって、基板Ｗが支持板５３ａ
に固定される。なお、連結部材５３ｇと支持板５３ａと
の間には、連結部材５３ｇを支持面ＳＳに垂直な方向に
相対的に滑らかに移動させるスライドガイドを設けてい
る。

【００６３】支持板５３ａの裏面と、連結部材５３ｇに
設けた支持体５３ｈとの間には、内部の気圧を調整可能
なベローズ５３ｉが挟まれて両端を固定されている。こ
の結果、ベローズ５３ｉに供給する気圧を調整すれば、
支持ピン５３ｂを動作位置や待避位置に任意のタイミン
グで移動させることができる。例えば、ベローズ５３ｉ
内部をある程度高圧にすると、ベローズ５３ｉが相対的
に伸び、支持ピン５３ｂを待避位置に移動させことがで
きるとともに保持部材５３ｃを付勢して動作位置に移動
させることができる。一方、ベローズ５３ｉ内部をある
程度低圧にすると、保持部材５３ｃによる支持板５３ａ
への基板Ｗの固定を解除することがかできるとともに支
持ピン５３ｂを動作位置に固定することができる。ただ
し、そのままでは、保持部材５３ｃ等の自重によって支
持ピン５３ｂが動作位置まで上昇しない可能性もあるの
で、支持体５３ｈの下面を上昇させるシリンダ装置５５
を設けて強制的に基板Ｗの固定を解除した保持部材５３
ｃを上昇させることとしている。これにより、保持部材
５３ｃと支持板５３ａとの間に一定の隙間を形成するこ
とができ、基板Ｗを保持部材５３ｃ下方に挿入して安全
かつ確実に各支持ピン５３ｂ上に載置することができ
る。なお、シリンダ装置５５は、基板受渡室４０の外部
に配置されており、シリンダ５５ｄから延びるロッド５
５ａは、ベローズ５５ｂでシールされた状態で基板受渡
室４０内部に進退可能となっている。必要なタイミング
で適当量だけ上下に移動するロッド５５ａの先端は、支
持体５３ｈの下面に当接してこれを適当な高さ位置に調
整する。この際、支持板５３ａはロックされて回転しな
い。

【００６４】〔第２実施形態〕以下、本発明の第２実施
形態に係る基板処理装置及び方法について説明する。な
お、第２実施形態の基板処理装置は、第１実施形態の装
置を変形したものであり、同一部分には同一の符号を付
して重複説明を省略する。

【００６５】図６は、第２実施形態の基板処理装置の全
体構造を示す平面図である。この基板処理装置も、半導
体ウェハ等の基板に一連の処理工程を一括して行うクラ
スタツールタイプの半導体処理装置であり、基板Ｗに所
定の処理を施す複数の処理ユニットとして、搬送装置１
０を中心に、基板Ｗにイオンプレーティングを利用して
シード層の成膜を行うための第１及び第２成膜ユニット
である一対のイオンプレーティングユニット１３、１１
３と、２つの搬出入室１５、１６とを備える。つまり、
第１実施形態の装置のスパッタ成膜ユニット１２に代え
て別のイオンプレーティングユニット１１３を追加し、
イオンプレーティングユニット１３、１１３の前処理と
して不要なクリーニングユニット１１を省略したもので
ある。ここで、一対のイオンプレーティングユニット１
３、１１３の構造は、図４に示すもので、両者は同一の
構造を有する。ただし、イオンプレーティングユニット
１１３のハース６１ａには、バリア層の材料となるＴａ
が収容されている。

【００６６】図６に示す基板処理装置の動作について説
明する。予め半導体ウェハＳ上にＳｉＯ₂からなる所望
の絶縁膜パターンＩＰを形成した複数の基板Ｗを準備
し、これらの基板ＷをカートリッジＣＡに収納する。

【００６７】このカートリッジＣＡは、一旦搬出入室１
５、１６のいずれか一方に搬入され、別に用意した空の
カートリッジＣＡも、搬出入室１５、１６の他方に搬入
される。次いで、両搬出入室１５、１６内部を減圧す
る。

【００６８】次に、いずれかの搬出入室１５、１６に収
容されたカートリッジＣＡからイオンプレーティングユ
ニット１１３に基板Ｗを移送し、窒素雰囲気下でプラズ
マビームを利用して膜材料Ｔａを蒸発させるとともにこ
のＴａ蒸気をイオン化させて基板Ｗ上にＴａＮのバリア
膜ＢＦを薄く形成する（第１実施形態の図２（ｂ）参
照）。

【００６９】次に、イオンプレーティングユニット１３
に基板Ｗを移送し、プラズマビームを利用して膜材料Ｃ
ｕを蒸発させるとともにこのＣｕ蒸気をイオン化させて
基板Ｗ上であってバリア膜ＢＦ上にＣｕのシード膜ＳＦ
を薄く形成する（第１実施形態の図２（ｃ）参照）。

【００７０】両イオンプレーティングユニット１３、１
１３での必要な処理が終了した基板Ｗは、搬送装置１０
を経て一旦搬出入室１５、１６に搬入され、カートリッ
ジＣＡに順次収納される。搬出入室１５、１６中の処理
済みの基板Ｗを収容したカートリッジＣＡは、適当なタ
イミングで基板処理装置外に搬出される。

【００７１】〔第３実施形態〕以下、本発明の第３実施
形態に係る基板処理装置及び方法について説明する。な
お、第３実施形態の基板処理装置は、第１実施形態の装
置を変形したものであり、第１実施形態の装置のスパッ
タ成膜ユニット１２（図１参照）に代えてＣＶＤ法を用
いてバリア層を形成するＣＶＤユニットを組み込んでい
る。

【００７２】図７は、この実施形態で用いられるバリア
膜形成用のＣＶＤユニット２１２の構造を示す図であ
る。このＣＶＤユニット２１２は、密閉構造の成膜室８
１で構成される。この成膜室８１の上部には、バリア膜
ＢＦの構成材料となる反応ガスを所望の温度にして成膜
室８１内部に供給するためのシャワーヘッド８２が設け
られている。このシャワーヘッド８２は、配管８３を介
して、図示を省略する反応ガス源とこれからの反応ガス
の供給量を調節する流量制御機構とに連結されている。
配管８３のうち、シャワーヘッド８２との接続部分は、
高周波印加用のコイル８４に包まれており、反応ガスを
プラズマ化してシャワーヘッド８２に供給する。コイル
８４への給電は、電源装置８６によって制御されてい
る。

【００７３】成膜室４１内部の下方には、シャワーヘッ
ド８２に対向して基板Ｗを支持するためのホルダ８５が
配置されている。このホルダ８５は、ヒータ８５ａを内
蔵し、必要なタイミングで基板Ｗを加熱して所望の温度
に設定することができる。また、このホルダ８５には、
成膜室８１内外に基板Ｗを搬出入する際にホルダ８５上
で基板Ｗを昇降させるためのピン等からなる昇降機構８
５ｂも内蔵されている。なお、ヒータ８５ａや昇降機構
８５ｂの動作は、駆動装置８７によって制御されてい
る。

【００７４】図７の装置によるバリア膜の成膜は、成膜
面を上向きとした状態の基板Ｗに対して行われる。具体
的な成膜について説明すると、まず成膜室８１に搬入口
８１ｈを介して表面クリーニング後の基板Ｗを搬入し、
ホルダ８５上に載置する。次に、配管８３からＴａ系の
有機ガスと窒素ガスとを適量供給しつつ、コイル８４に
適当な高周波電流を供給する。これにより、配管８３を
通過するガスが分解されてプラズマ化する。プラズマ化
したガスＰＧは、シャワーヘッド８２を経て下方に均一
に供給される。ガスＰＧ中のイオンや活性原子は、ホル
ダ８５上の基板Ｗに入射し、基板Ｗ表面にＴａＮからな
るバリア膜が堆積される。

【００７５】なお、第３実施形態に係る基板処理装置を
用いた全体的な処理は、図２に示すものと同様であるの
で説明を省略する。

【００７６】以上実施形態に即して本発明を説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば上記実施形態では、スパッタ成膜ユニット１２、
イオンプレーティングユニット１１３等によりバリア膜
としてＴａＮを形成する場合について説明したが、スパ
ッタ成膜ユニット１２のターゲット電極３２の材料や成
膜室３１に導入するガスを変更すること等により、他の
材料例えばＴａ、ＴｉＮ等からなるバリア膜を形成する
こともできる。

【００７７】また、以上の説明では、イオンプレーティ
ングユニット１３によりシード膜としてＣｕを形成する
場合について説明したが、イオンプレーティングユニッ
ト１３のハース６１ａに収容する蒸発金属を変更するこ
とにより、他の材料例えばＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等か
らなるシード膜を形成することもできる。

【００７８】また、スパッタ成膜ユニット１２やＣＶＤ
ユニット２１２で採用される具体的な成膜方式は、上記
実施形態に開示のものに限らず、各種の工夫や改良を組
み込んだスパッタ成膜法やＣＶＤ法を実施する装置とす
ることができる。

【００７９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の基板処理装置によれば、配線用のシード層を上記構成
のイオンプレーティング型の第２成膜ユニットによって
形成するので、加熱された材料蒸発源から出射する材料
蒸気をプラズマビームでイオン化しつつ良好な電気的、
機械的特性を有するシード層を形成することができる。

【００８０】また、本発明の基板処理方法によれば、配
線用のシード層をプラズマビームを利用したイオンプレ
ーティング型の第２の成膜工程によって形成するので、
加熱された材料蒸発源から出射する材料蒸気をプラズマ
ビームで活性化しつつ良好な電気的、機械的特性を有す
るシード層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の基板処理装置の構造を示す平面
図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は、図１の装置を用いた配線の
形成方法を説明する図である。

【図３】図１の装置を構成するスパッタ成膜ユニットの
構造を説明する図である。

【図４】図１の装置を構成するイオンプレーティングユ
ニットの構造を説明する図である。

【図５】図４のイオンプレーティングユニットに設けた
反転機構の構造を説明する部分拡大図である。

【図６】第２実施形態の基板処理装置の構造を示す平面
図である。

【図７】第３実施形態の基板処理装置に組み込まれるＣ
ＶＤユニットの構造を説明する図である。

【符号の説明】

１０搬送装置１１クリーニングユニット１１〜１３処理ユニット１２スパッタ成膜ユニット１３,１１３イオンプレーティングユニット１５,１６搬出入室２６搬送用真空ロボット３１成膜室３２ターゲット電極３３ホルダ３４コイル４０基板受渡室４１成膜室４３プラズマガン５１基板取扱装置５３支持部材６１陽極部材６１ａハース６１ｂ環状補助陽極６２環状磁石６３プラズマガン８１成膜室８２シャワーヘッド８４コイル８５ホルダ２１２ＣＶＤユニットＢＦバリア膜ＣＡカートリッジＩＰ絶縁膜パターンＰプラズマＰＢプラズマビームＰＦメッキ膜ＳＦシード膜ＴＲ溝Ｗ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 ＭＦターム(参考） 4K029 AA06 BA08 BA58 BB02 BC03 BD01 CA03 CA06 DD06 FA04 KA01 4K030 AA11 AA18 BA17 BA38 BB12 CA04 DA03 FA04 GA12 HA03 LA15 4M104 BB04 BB32 DD36 DD39 DD42 DD52 FF18 HH08 HH13 5F033 HH11 HH32 MM01 MM12 MM13 PP16 PP20 PP27 PP33 QQ48 XX02 XX13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にドライプロセスで配線用のバリ
ア層を形成する第１成膜ユニットと、プラズマビームを供給するプラズマ源と、配線用のシー
ド層の膜材料を収容可能な材料蒸発源を有するとともに
前記プラズマビームを導くハースと、前記ハースに対向
して基板を保持する保持手段とを有し、前記第１成膜ユ
ニットで形成した前記バリア層上に配線用のシード層を
形成する第２成膜ユニットとを備える基板処理装置。
【請求項２】前記第１成膜ユニットは、スパッタリン
グ成膜法によって前記バリア層を形成することを特徴と
する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】前記第１成膜ユニットは、ＣＶＤ法によ
って前記バリア層を形成することを特徴とする請求項１
記載の基板処理装置。
【請求項４】前記第１成膜ユニットは、イオンプレー
ティング法によって前記バリア層を形成することを特徴
とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】前記第１及び第２成膜ユニットにおける
成膜は、第１及び第２成膜室でそれぞれ行われ、複数の基板を収納するカートリッジを収容する予備室
と、前記第１成膜室、前記第２成膜室、及び前記予備室
に連通可能である搬送室を有するとともに前記第１成膜
室、前記第２成膜室、及び前記予備室のいずれか１つの
室中に収容された基板を他の室中に移送する搬送装置と
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４記載の
基板処理装置。
【請求項６】前記第２成膜ユニットは、磁石及びコイ
ルの少なくとも一方を前記ハースの周囲に環状に配置し
てなるとともに前記ハースの近接した上方の磁界を制御
する磁場制御部材をさらに備え、前記プラズマ源は、Ｄ
Ｃアーク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンであ
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記
載の基板処理装置。
【請求項７】前記バリア層を形成する前の基板の表面
をクリーニングするクリーニングユニットをさらに備え
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の基
板処理装置。
【請求項８】前記クリーニングユニットでクリーニン
グを終了した基板を気密を保って前記第１成膜ユニット
に搬送する搬送装置をさらに備えることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか記載の基板処理装置。
【請求項９】基板上にドライプロセスで配線用のバリ
ア層を形成する第１の成膜工程と、陽極として配置された材料蒸発源に向けてプラズマビー
ムを供給することによって前記材料蒸発源に収容された
配線用のシード層の膜材料を蒸発させて基板表面の前記
バリア層上にシード層を付着させる第２の成膜工程と、
を備える基板処理方法。
【請求項１０】前記第１の成膜工程でスパッタリング
成膜法及びＣＶＤ法のいずれか一方によって前記バリア
層を形成し、前記バリア層を形成する前の基板の表面をクリーニング
する前処理工程をさらに備える請求項９記載の基板処理
方法。
【請求項１１】前記第１の成膜工程で、イオンプレー
ティング法によって前記バリア層を形成することを特徴
とする請求項９記載の基板処理方法。
【請求項１２】前記第２の成膜工程で、前記基板に所
定のタイミングで所定のバイアス電圧を積極的に印加す
ることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法。