JP2008311310A - Semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus.
半導体製造装置として、プラズマを用いて成膜またはエッチング処理などを行うプロセ
ス装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art As a semiconductor manufacturing apparatus, a process apparatus that performs film formation or etching using plasma is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されたプラズマを用いたプロセス装置は、被処理基板を収納するドー
ム状の絶縁性チャンバーと、チャンバーの外壁に沿って多重に巻かれた銅製チューブのコ
イルと、コイルに交流電流を供給し、チャンバー内に供給されるプロセスガスを励起して
プラズマを形成するための電源と、コイルのチューブを通って冷却用流体を流すシステム
とを具備している。
The process apparatus using plasma disclosed in Patent Document 1 includes a dome-shaped insulating chamber that accommodates a substrate to be processed, a coil of copper tube wound in multiple along the outer wall of the chamber, and an alternating current in the coil. , A power source for exciting the process gas supplied into the chamber to form a plasma, and a system for flowing a cooling fluid through the tube of the coil.
然しながら、特許文献1に開示されたプラズマを用いたプロセス装置は、使用中にコイ
ルの材質である銅が徐々に腐食されるという問題がある。
However, the process apparatus using plasma disclosed in Patent Document 1 has a problem that copper as a coil material is gradually corroded during use.
その結果、プロセス条件が変動し、プロセスの再現性か悪化するという問題がある。更
に、長期的には銅の腐食による反応生成物がコイルの内部に詰まり、半導体製造装置の安
定稼動が阻害されるという問題がある。
本発明は、長期間安定して稼動できる半導体製造装置を提供する。 The present invention provides a semiconductor manufacturing apparatus that can operate stably for a long period of time.
本発明の一態様の半導体製造装置は、内部を減圧可能に構成された容器と、前記容器に
収納される被処理基板を支持するサセプタと、前記容器の外壁に沿って配置された銅管製
のコイルと、前記コイルに交流電力を供給し、前記容器内にプラズマを発生させる電源と
、前記コイルの一端部から却用流体を供給し、前記コイルの他端部から前記冷却用流体を
排出し、前記コイルの銅管内に前記冷却用流体を循環させる循環水システムと、前記コイ
ルの銅管の内壁に形成され、前記冷却用流体による前記コイルの腐食を防止する被膜と、
を具備することを特徴としている。
A semiconductor manufacturing apparatus according to an aspect of the present invention includes a container configured to be capable of reducing the pressure inside, a susceptor that supports a substrate to be processed housed in the container, and a copper tube disposed along the outer wall of the container. A coil, a power source for supplying AC power to the coil, generating plasma in the container, a reject fluid from one end of the coil, and a cooling fluid discharged from the other end of the coil A circulating water system for circulating the cooling fluid in the copper pipe of the coil, and a coating formed on the inner wall of the copper pipe of the coil to prevent corrosion of the coil by the cooling fluid;
It is characterized by comprising.
本発明によれば、長期間安定して稼動できる半導体製造装置が得られる。 According to the present invention, a semiconductor manufacturing apparatus that can operate stably for a long period of time can be obtained.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例に係る半導体製造装置について、図1乃至図4を用いて説明する。図1
は、半導体製造装置を示す断面図、図2は半導体製造装置に用いるコイルの構造を示す断
面図、図3は半導体製造装置に用いるコイルの内壁に被膜を形成する工程を示す断面図、
図4は半導体製造装置の累積処理数と成膜速度および面内均一性との関係を、比較例と対
比して示す図である。
A semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
Is a sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus, FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a coil used in the semiconductor manufacturing apparatus, FIG. 3 is a sectional view showing a process of forming a coating on the inner wall of the coil used in the semiconductor manufacturing apparatus,
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the cumulative number of processes of the semiconductor manufacturing apparatus, the film formation rate, and the in-plane uniformity, in comparison with the comparative example.
本実施例は、高密度のプラズマを用い、半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する高密
度プラズマCVD(High density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDP−CVD
ともいう)装置の例である。
In this embodiment, high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD) is used in which a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate using high density plasma.
It is also an example of a device.
図1に示すように、本実施例の半導体製造装置10は、内部を減圧可能に構成された容
器11と、容器11に収納される半導体基板12(被処理基板)を支持するサセプタ13
と、容器11を囲むように外壁に沿って配置された銅管製のコイル14と、コイル14に
交流電力を供給し、容器11内にプラズマを発生させるための電源15と、コイル14の
一端部14aから冷却用流体を供給し、コイル14の他端部14bから冷却用流体を排出
し、コイル14の銅管内に冷却用流体を循環させる循環水システム16と、コイル14の
銅管の内壁に形成され、冷却用流体によるコイル14の腐食を防止する被膜17と、を具
備している。
As shown in FIG. 1, the
A
更に、容器11内にプロセスガスを導入するためのノズル18と、プロセスガスを供給
するガス供給部19と、容器11を減圧するための排気部20とを有している。
Furthermore, it has a
容器11は、半導体基板12に膜を形成するための処理室である。容器11は気密性を
有する絶縁材、例えはセラミックスをドーム状に加工して形成されたチャンバー11aと
、チャンバー11aを載置するベース部11bとを有し、チャンバー11aとベース部1
1bを気密に接触させることにより、内部を減圧可能に構成されている。
The
By bringing 1b into airtight contact, the inside can be decompressed.
サセプタ13は、例えば内部に設けられた流路(図示せず)にヘリウム(He)ガスを
流すことにより半導体基板12を冷却可能に構成されている。
The
コイル14は、容器11のチャンバー11aを囲むように、外壁に沿って多重に巻かれ
、外壁に固着されている。コイル14の一端部14aおよび他端部14bは、電源15に
接続されている。
The
ガス供給部19から、プロセスガス、例えばシラン(SiH4)ガスと酸素(O2)ガ
スを容器11内に導入し、排気部20により減圧状態を保持し、電源15からコイル14
に、例えば周波数13.56MHzの高周波電力を供給すると、容器11内にプラズマが
発生し、プロセスガスが分解して反応し、半導体基板12上にシリコン酸化膜(SiO2
)が形成される。
A process gas such as silane (SiH 4 ) gas and oxygen (O 2 ) gas is introduced into the
For example, when high frequency power having a frequency of 13.56 MHz is supplied, plasma is generated in the
) Is formed.
循環水システム16は、チャンバー11aの内壁の温度を制御するために、冷却用流体
を循環させるためのポンプ21と、プラズマ反応により温まった冷却用流体を冷ますため
の熱交換器22とを具備し、配管23を介してコイル14の一端部14aおよびコイル1
4の他端部14bに接続されている。
The circulating
4 is connected to the
図2に示すように、コイル14は、例えば外径D1が8mm、内径D2が5mmの銅管
で、銅管の内壁に冷却用流体によるコイル14の腐食を防止するために厚さΔdの被膜1
7、例えば腐食に強い貴金属である金(Au)が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
7. For example, gold (Au) which is a noble metal resistant to corrosion is formed.
被膜17は、例えば電解メッキ法により形成する。即ち、図3に示すように、メッキ槽
30に貯留されたシアン系の金メッキ液31内に、銅管32と、銅管32の内側に同軸的
に配置された金電極33とを浸漬する。
The
次に、金電極33を電源34の正電極(+)に接続し、銅管32を電源34の負電極(
−)に接続すると、金電極33では金が電子を放出して金イオン(Au2+)となって金
メッキ液31中に溶出す。
一方、銅管32の内壁では金イオン(Au2+)が電子を受け取って金となって銅管3
2の内壁に析出する。これにより、銅管32の内壁に金が電解メッキされ、被膜17が形
成される。
Next, the
When connected to (−), gold emits electrons at the
On the other hand, on the inner wall of the
2 deposits on the inner wall. As a result, gold is electrolytically plated on the inner wall of the
被膜17として金メッキ膜が内壁に形成された銅管32をチャンバー11aの外壁に沿
って多重に巻くことにより、内壁に被膜17が形成されたコイル14が得られる。
A
金メッキの厚さΔdは、例えば2〜3μm程度が適当である。金メッキの厚さが薄すぎ
ると金メッキ膜にピンホールが残存し、ピンポールから腐食が進行する恐れがあるためで
ある。また、厚すぎると金メッキ膜の製造コストが増加するためである。
The thickness Δd of the gold plating is, for example, about 2 to 3 μm. This is because if the thickness of the gold plating is too thin, pinholes remain in the gold plating film and corrosion may progress from the pin pole. Moreover, it is because the manufacturing cost of a gold plating film will increase when it is too thick.
これにより、コイル14の銅管が、循環する純水により腐食されるのを防止することが
できるので、プロセス条件が一定に維持されるとともに、半導体製造装置10を長期間に
渡って安定に稼動させることが可能である。
As a result, the copper tube of the
その結果、半導体基板12上に形成されるシリコン酸化膜の成膜速度の再現性および膜
厚の面内均一性を、長期間に渡って安定に維持することが可能である。
As a result, the reproducibility of the deposition rate of the silicon oxide film formed on the
図4は半導体製造装置10による半導体基板12の累積処理枚数とシリコン酸化膜の成
膜速度および面内均一性との関係を、比較例と対比して示す図で、図4(a)が本実施例
の場合、図4(b)が比較例の場合である。
ここで、比較例とは、コイル14の内壁に被膜17が形成されていない半導体製造装置
を意味している。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the cumulative number of
Here, the comparative example means a semiconductor manufacturing apparatus in which the
図4に示すように、本実施例では累積処理枚数が1万枚まで、成膜速度は435〜43
7nm/min程度の間にあり、その変動幅は±0.23%以下に維持されている。
膜厚の面内均一性は9.5〜10%程度の間にあり、その変動幅は±2.6%以下に抑
えられている。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the cumulative number of processed sheets is 10,000, and the film forming speed is 435 to 43.
It is between about 7 nm / min, and the fluctuation range is maintained at ± 0.23% or less.
The in-plane uniformity of the film thickness is between about 9.5 and 10%, and the fluctuation range is suppressed to ± 2.6% or less.
一方、比較例では累積処理枚数に応じて、成膜速度は435〜425nm/minまで
徐々に低下し、その変動幅は±1.2%と本実施例の約5倍に拡大している。
膜厚の面内均一性は9.5〜11.5%まで徐々に悪化し、その変動幅は±10.5%
と本実施例の約4倍に拡大している。
On the other hand, in the comparative example, the film formation rate gradually decreases to 435 to 425 nm / min according to the cumulative number of processed sheets, and the fluctuation range is ± 1.2%, which is about five times that of the present example.
The in-plane uniformity of film thickness gradually deteriorates to 9.5 to 11.5%, and the fluctuation range is ± 10.5%.
And about four times as large as this embodiment.
また、コイル14の銅管の内径D2を測定したところ、本実施例では5.11mm〜5
.10mmの間にあり、初期値とほとんど変わっていなかった。
これにより、コイル14の銅管が腐食されてイオン化し、純水中に溶け出すことによる
内径D2の拡大は認められなかった。
Moreover, when the internal diameter D2 of the copper pipe of the
. It was between 10 mm and was almost unchanged from the initial value.
Thereby, the expansion of the inner diameter D2 due to corrosion and ionization of the copper tube of the
一方、比較例では、コイル14の銅管の内径D2は5.98mmであり、元の5.11
mmから0.87mmも増加していた。
これにより、コイル14の銅管が腐食されてイオン化し、純水中に溶け出すことによる
内径D2の拡大が認められた。
On the other hand, in the comparative example, the inner diameter D2 of the copper tube of the
It increased from 0.8 mm to 0.87 mm.
Thereby, the expansion of the inner diameter D2 due to corrosion and ionization of the copper tube of the
更に、コイル14の銅管の内壁をファイバースコープなどにより観察したところ、本実
施例では金の光沢面がきれいに保存されていた。
一方、比較例では緑色の堆積物がコイル14の銅管の内壁、特に配管23との接続部付
近に多く見られた。
Furthermore, when the inner wall of the copper tube of the
On the other hand, in the comparative example, many green deposits were found on the inner wall of the copper tube of the
緑色の堆積物を採取してAES(Auger Electron Spectroscopy)で成分を調べたとこ
ろ、堆積物は溶け出した銅イオンが水酸基と結合してできた銅の水酸化物Cu(OH)2
であり、所謂緑青であることが確認された。
When green deposits were collected and the components were examined by AES (Auger Electron Spectroscopy), the deposits were copper hydroxide Cu (OH) 2 formed by bonding dissolved copper ions with hydroxyl groups.
And so-called patina was confirmed.
銅が溶けてコイル14の銅管の内径D2が増加すると、コイル14の断面積が小さくな
るので、コイル14の抵抗が高くなり、コイル14に高周波電流が流れにくくなる。
これにより、高周波電力の結合効率が低下して、プロセスガスの分解効率が低下し、成
膜速度が低下するとともに面内の均一性が悪化したものと判明した。
When copper melts and the inner diameter D2 of the copper tube of the
As a result, it was found that the coupling efficiency of high-frequency power was reduced, the process gas decomposition efficiency was lowered, the film formation rate was lowered, and the in-plane uniformity was deteriorated.
以上説明したように、本実施例の半導体製造装置10は、内壁に被膜17が形成された
銅管のコイル14を用い、銅管に純水を循環させながら高周波を印加して、半導体基板1
2上にシリコン酸化膜を形成している。
As described above, the
A silicon oxide film is formed on 2.
その結果、銅管の内壁が循環する純水により腐食されるのを防止することができるので
、プロセス条件が一定に維持されるとともに、半導体製造装置10を長期間に渡って安定
に稼動させることができる。
As a result, the inner wall of the copper pipe can be prevented from being corroded by the circulating pure water, so that the process conditions can be maintained constant and the
ここでは、循環する純水に対して耐腐食性を有する被膜17が金のメッキ膜である場合
について説明したが、金と同じく腐食に強い貴金属である白金、パラジウムまたはロジュ
ームなどのメッキ膜であっても構わない。
Although the case where the
被膜17を電解メッキ法により形成する場合について説明したが、無電解メッキ法で行
うことも可能である。
但し、無電解メッキ法は一般に膜の緻密性が電解メッキ法に比べて劣るので、メッキ膜
の厚さは電解メッキ法よりも厚くすることが好ましい。
Although the case where the
However, since the electroless plating method is generally inferior to the electrolytic plating method in the denseness of the film, the thickness of the plating film is preferably thicker than the electrolytic plating method.
被膜17をコイル14の銅管の内壁に形成する場合について説明したが、コイル14の
銅管の外壁にも形成しても構わない。
即ち、図3において、銅管32の外周りにも金電極を配置することにより、一度にコイ
ル14の銅管の内壁および外壁に金メッキを施すことができる。
Although the case where the
That is, in FIG. 3, by arranging gold electrodes around the
コイル14の銅管の外壁にも被膜17を形成することにより、大気中の水分などによる
銅管の外壁の腐食も防止できるので、コイル14の表面抵抗の増加が抑えられ、更に高周
波電力の結合効率を長期間に安定に維持することに資する利点がある。
Since the
また、内壁に金メッキ膜が形成された銅管32を多重に巻いてコイル14を形成した後
に、コイル14の銅管の外壁に金メッキを施してもよい。
これによれば、金の他、銅よりも比抵抗の小さい銀(Ag)をコイル14の銅管の外壁
にメッキすることもできる。
Alternatively, after forming the
According to this, in addition to gold, silver (Ag) having a specific resistance smaller than that of copper can be plated on the outer wall of the copper tube of the
半導体製造装置10の容器11がドーム状のチャンバー11aを有する場合について説
明したが、チャンバーが円筒状または平板状であっても構わない。
チャンバーが平板状の場合には、渦巻き状のコイル、所謂蚊取り線香型のコイルを用い
ればよい。
Although the case where the
When the chamber is flat, a spiral coil, a so-called mosquito coil type coil may be used.
半導体製造装置10がHDP−CVD装置である場合ついて説明したが、プラズマを用
いたエッチング装置であっても構わない。
エッチング装置の場合には、例えばシリコン酸化膜のエッチング速度の再現性およびエ
ッチング速度面内均一性が一定に維持されるとともに、エッチング装置を長期間安定に稼
動させることができる。
Although the case where the
In the case of the etching apparatus, for example, the reproducibility of the etching rate of the silicon oxide film and the uniformity of the etching rate in the plane can be maintained constant, and the etching apparatus can be stably operated for a long period of time.
エッチングガスとして、例えばアルゴン(Ar)とフルオロカーボン(CF4)の混合
ガスを用いる。フルオロカーボンラジカル(CFx)との化学反応により、半導体基板1
2上のシリコン酸化膜がエッチングされる。
また、エッチングガスとしてアルゴンガスを用い、アルゴンイオンのスパッタによりシ
リコンやシリコン酸化膜をエッチングすることができる。
For example, a mixed gas of argon (Ar) and fluorocarbon (CF 4 ) is used as the etching gas. Due to the chemical reaction with the fluorocarbon radical (CF x ), the semiconductor substrate 1
The silicon oxide film on 2 is etched.
Further, using argon gas as an etching gas, silicon or a silicon oxide film can be etched by sputtering with argon ions.
10 半導体製造装置
11 容器
11a チャンバー
11b ベース部
12 半導体基板
13 サセプタ
14 コイル
15 電源
16 循環水システム
17 被膜
18 ノズル
19 ガス供給部
20 排気部
21 ポンプ
22 熱交換器
23 配管
30 メッキ槽
31 金メッキ液
32 銅管
33 金電極
34 電源
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記容器に収納される被処理基板を支持するサセプタと、
前記容器の外壁に沿って配置された銅管製のコイルと、
前記コイルに交流電力を供給し、前記容器内にプラズマを発生させる電源と、
前記コイルの一端部から冷却用流体を供給し、前記コイルの他端部から前記冷却用流体を
排出し、前記コイルの銅管内に前記冷却用流体を循環させる循環水システムと、
前記コイルの銅管の内壁に形成され、前記冷却用流体による前記コイルの腐食を防止する
被膜と、
を具備することを特徴とする半導体製造装置。 A container configured to be able to depressurize the interior;
A susceptor for supporting a substrate to be processed housed in the container;
A coil of copper pipe disposed along the outer wall of the container;
A power source for supplying AC power to the coil and generating plasma in the container;
A circulating water system for supplying a cooling fluid from one end of the coil, discharging the cooling fluid from the other end of the coil, and circulating the cooling fluid in a copper pipe of the coil;
A coating formed on the inner wall of the copper tube of the coil and preventing corrosion of the coil by the cooling fluid;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising:
に記載の半導体製造装置。 The said coating is gold, platinum, palladium, or rhodium.
The semiconductor manufacturing apparatus described in 1.
載の半導体製造装置。 The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the coating is a coating formed by an electrolytic plating method.
の半導体製造装置。 The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the coating is formed on an outer wall of a copper tube of the coil.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007155582A JP2008311310A (en) | 2007-06-12 | 2007-06-12 | Semiconductor manufacturing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2007155582A JP2008311310A (en) | 2007-06-12 | 2007-06-12 | Semiconductor manufacturing apparatus |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016108204A (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 信越半導体株式会社 | Single crystal pulling device |
KR101846598B1 (en) * | 2010-10-20 | 2018-04-06 | 램 리써치 코포레이션 | Methods and apparatus for igniting and sustaining plasma |
-
2007
- 2007-06-12 JP JP2007155582A patent/JP2008311310A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101846598B1 (en) * | 2010-10-20 | 2018-04-06 | 램 리써치 코포레이션 | Methods and apparatus for igniting and sustaining plasma |
JP2016108204A (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 信越半導体株式会社 | Single crystal pulling device |
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