(57)【要約】【課題】長期間安定して稼動できる半導体製造装置を提供する。【解決手段】内部を減圧可能に構成された容器１１と、容器１１に収納される被処理基板１２を支持するサセプタ１３と、容器１１の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、を具備する。【選択図】図１
2008311310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記被膜が、金、白金、パラジウムまたはロジュームであることを特徴とする請求項１
に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記被膜が、電解メッキ法により形成された被膜であることを特徴とする請求項２に記
載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記冷却用流体が純水であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記コイルの銅管の外壁に前記被膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】特許第２８０４８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【実施例】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例に係る半導体製造装置を示す断面図。
【図２】本発明の実施例に係る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】本発明の実施例に係る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】本発明の実施例に係る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、図４（ａ）が本実施例を示す図、図４（ｂ）が比較例を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
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
【図１】
2008311310.tif 000003
【図２】
2008311310.tif 000004
【図３】
2008311310.tif 000005
【図４】
2008311310.tif 000006