(57)【要約】【課題】  電極と接地を絶縁する絶縁体の熱膨張が改善された誘導結合型プラズマ発生装置を提供する。【解決手段】  基板を収容するチャンバーと、前記基板を支持し、電源が印加されるサセプタと、前記チャンバーによって支持され、前記サセプタを支持する支持台と、前記サセプタと前記支持台との間に配置され、前記サセプタと前記支持台を絶縁する絶縁体とを備えており、前記絶縁体は少なくとも二つ以上に分離されて形成されることを特徴とするプラズマ発生装置を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容するチャンバーと；
前記基板を支持し、電源が印加されるサセプタと；
前記チャンバーによって支持され、前記サセプタを支持する支持台と；
前記サセプタと前記支持台との間に配置され、前記サセプタと前記支持台を絶縁する絶縁体と；を備えており、
前記絶縁体は、少なくとも二つ以上に分離されて形成されることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記絶縁体は、第１絶縁体及び第２絶縁体を含み、前記第１絶縁体と前記第２絶縁体の境界面は、凹凸状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記絶縁体は、セラミックまたはエンジニアリングプラスチックで形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記セラミックは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（Ｐｅｅｋ）、ウルテム、テフロンを含むことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記支持台と前記チャンバーとの間には、真空空間が形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記支持台と前記チャンバーは連通部材によって連結され、前記連通部材は、前記支持台の内部と前記チャンバーの外部とを連通させることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
基板を収容するチャンバーと；
前記基板を支持し、電源が印加されるサセプタと；
前記チャンバーによって支持され、前記サセプタを支持する支持台と；
前記サセプタと前記支持台との間に配置され、前記サセプタと前記支持台を絶縁する絶縁体と；を備えており、
前記絶縁体は、その内部に少なくとも一つ以上の切断面（断層部）を備えることを特徴とするプラズマ形成装置。
【請求項９】
前記切断面は、凹凸状に形成されることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ形成装置。
【請求項１０】
基板を収容するチャンバーと；
前記基板を支持し、電源が印加されるサセプタと；
前記チャンバーによって支持され、前記サセプタを支持する支持台と；
前記サセプタと前記支持台との間に配置され、前記サセプタと前記支持台を絶縁する絶縁体と；を備えており、
前記絶縁体は、前記サセプタまたは前記支持台と温度変化による熱変形率が均一に維持されることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記絶縁体は、少なくとも二つ以上に分離されて形成されることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記絶縁体は、前記サセプタまたは前記支持台と熱膨張係数の類似した材質で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置に関するもので、より詳細には、誘導結合型プラズマ発生装置において電極と接地を絶縁する絶縁体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ（液晶表示）基板及び半導体基板を製造する工程には、多様な方法のうち、均一度及び段差塗布性などの良いＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が使用されており、そのうち、低温蒸着が可能であり、薄膜形成速度の速いＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法が使用される。
【０００３】
ＰＥＣＶＤ法は、容量結合型プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ、ＣＣＰ）を用いる方法と、誘導結合型プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ、ＩＣＰ）を用いる方法に分けられるが、前者は、プラズマ電極にＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を印加する方法で、後者は、誘導コイルにＲＦ電力を印加して発生させた誘導磁場を用いる方法である。
【０００４】
容量結合型プラズマ方式は、高い電場を用いて高エネルギーのイオンを生成することができ、シリコン二酸化物などのフィルムを除去するのに適している。しかしながら、各イオンのエネルギーが高いので、低圧で化学気相蒸着及びスパッタリングを同時に行うことができない。
【０００５】
一方、誘導結合型プラズマ方式は、高いプラズマ密度を有する反面、低いイオンエネルギー分布を形成することで、基板の処理比率が高く、エッチング工程中に基板に対する損傷危険が少ないという長所を有している。しかしながら、チャンバーの内部に形成されるプラズマ状態のガスのイオン密度がチャンバーの中央部では一定であるが、縁部に行くほど一定でないという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一側面は、電極と接地を絶縁する絶縁体の熱膨張が改善された誘導結合型プラズマ発生装置に対して開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の思想によるプラズマ発生装置は、基板を収容するチャンバーと、前記基板を支持し、電源が印加されるサセプタと、前記チャンバーによって支持され、前記サセプタを支持する支持台と、前記サセプタと前記支持台との間に配置され、前記サセプタと前記支持台を絶縁する絶縁体とを備えており、前記絶縁体は、少なくとも二つ以上に分離されて形成されることを特徴とする。
【０００８】
また、前記絶縁体は、第１絶縁体及び第２絶縁体を含み、前記第１絶縁体と前記第２絶縁体の境界面は凹凸状に形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記絶縁体は、セラミックまたはエンジニアリングプラスチックで形成されることを特徴とする。また、前記セラミックは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（Ｐｅｅｋ）、ウルテム（Ｕｌｔｅｍ）、テフロン（登録商標）を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、前記支持台と前記チャンバーとの間には、真空空間が形成されることを特徴とする。また、前記支持台と前記チャンバーは連通部材によって連結され、前記連通部材は、前記支持台の内部と前記チャンバーの外部とを連通させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の思想によるプラズマ発生装置は、基板を収容するチャンバーと、前記基板を支持し、電源が印加されるサセプタと、前記チャンバーによって支持され、前記サセプタを支持する支持台と、前記サセプタと前記支持台との間に配置され、前記サセプタと前記支持台を絶縁する絶縁体とを備えており、前記絶縁体は、その内部に少なくとも一つ以上の切断面（断層部）を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記切断面は凹凸状に形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の思想によるプラズマ発生装置は、基板を収容するチャンバーと、前記基板を支持し、電源が印加されるサセプタと、前記チャンバーによって支持され、前記サセプタを支持する支持台と、前記サセプタと前記支持台との間に配置され、前記サセプタと前記支持台を絶縁する絶縁体とを備えており、前記絶縁体は、前記サセプタまたは前記支持台と温度変化による熱変形率が均一に維持されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記絶縁体は、少なくとも二つ以上に分離されて形成されることを特徴とする。また、前記絶縁体は、前記サセプタまたは前記支持台と熱膨張係数の類似した材質で形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施例によると、絶縁体の破壊を防止することで、アーキングの発生を防止することができる。
【００１７】
また、本発明の実施例によると、チャンバー内部の真空状態を持続的に確保することで、製品に対する信頼度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ発生装置の概略的な構成を示した図である。
【図２】本発明の実施例に係る絶縁体を示した図である。
【図３】本発明の実施例に係る絶縁体を示した図である。
【図４】本発明の実施例に係るプラズマ発生装置のシーリング構造を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例に係るプラズマ発生装置に対して図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ発生装置の概略的な構成を示した図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の実施例に係るプラズマ発生装置は、所定の容積を有するチャンバー１０と、チャンバー１０の内部で基板１１を支持するサセプタ１２と、サセプタ１２を支持する支持台１３とを備えている。サセプタ１２は、ヒーターで構成されて基板１１を加熱することができる。チャンバー１０は排気口１８を備えているが、真空ポンプ１９が動作すると、排気口１８を通して空気が抜け出るようになり、支持台１３とチャンバー１０との間の空間は真空状態で存在する。支持台１３は、上部が開放された支持台本体１４と、その上部を密閉する接地部材１５とを備えている。支持台１３は、連通部材１６によってチャンバー１０の外部と連通され、支持台１３の内部は大気圧状態で存在する。
【００２２】
チャンバー１０の上部にはフェライトコア２０が埋設され、フェライトコア２０には誘導コイル２１が巻かれている。ソース高周波発振器（ｓｏｕｒｃｅ  ＲＦ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２３は、誘導コイル２１に高周波ソース電源を印加し、ソースインピーダンス整合回路２４は、ソース高周波発振器２３と連結される連結ケーブルの特性インピーダンスにロードインピーダンスを合わせるためにソース高周波発振器２３に連結される。
【００２３】
チャンバー１０の内部には、サセプタ１２に高周波バイアス電源を印加するためのＲＦ伝達部材３２が設けられる。ＲＦ伝達部材３２は、連結ケーブルによってバイアス高周波発振器（ｂｉａｓ  ＲＦ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３０と連結される。バイアスインピーダンス整合回路３１は、バイアス高周波発振器３０と連結される連結ケーブルの特性インピーダンスにロードインピーダンスを合わせるためにバイアス高周波発振器３０に連結される。
【００２４】
反応ガスは、チャンバー１０の上部に設けられるガス供給管１７を通してチャンバー１０の真空空間に流入して噴射される。このとき、ソース高周波発振器２３から供給されるＲＦ電力は、ソースインピーダンス整合回路２４を経て誘導コイル２１に印加される。サセプタ１２の上側空間には、誘導コイル２１及びフェライトコア２０によって誘導磁場２５が形成される。誘導磁場２５が時変磁場であるので、誘導磁場２５の垂直方向に誘導電場２６が形成される。誘導電場２６によって加速された電子が周辺の中性気体と衝突することで、プラズマが生成される。このように誘導磁場２５及び誘導電場２６によってプラズマが生成される方式を、誘導結合型プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ、ＩＣＰ）方式という。
【００２５】
しかしながら、誘導結合型プラズマ方式の場合、低いイオンエネルギーを生成するので、プラズマを初期状態で生成させることに困難さがある。すなわち、初期状態では、ソース高周波発振器２３からソースＲＦ電圧が誘導コイル２１に印加されるとしても、チャンバー１０の内部にプラズマを生成させることが難しい。ここで、初期状態とは、チャンバー１０にプラズマが生成されていない状態をいう。
【００２６】
したがって、初期状態でチャンバー１０の内部にプラズマを生成させるために、サセプタ１２にバイアスＲＦ電圧を印加する。サセプタ１２の下側にはＲＦ伝達部材３２が設置され、バイアス高周波発振器３０から供給されるバイアスＲＦ電圧は、ＲＦ伝達部材３２を経てサセプタ１２に印加される。チャンバー１０の側壁１０ａは接地されているので、サセプタ１２とチャンバー１０の側壁１０ａとの間に高い電場が形成される。サセプタ１２と側壁１０ａとの間に形成される高い電場によって高エネルギーのイオンを生成することで、初期状態でチャンバー１０の内部にプラズマを生成することができる。
【００２７】
結局、初期状態でバイアスＲＦ電圧をサセプタ１２に供給し、チャンバー１０の内部にプラズマを生成した後、ソースＲＦ電圧を誘導コイル２１に供給することで、チャンバー１０の内部にプラズマが持続的に生成される。このように誘導結合型プラズマ方式によって生成されたプラズマは、高い密度を有するので、基板の処理効率が高く、エネルギーが低いので、基板に対する損傷危険が少ないという長所がある。
【００２８】
サセプタ１２は、接地部材１５によって支持されるが、サセプタ１２と接地部材１５との間に絶縁体４０が配置されることで、サセプタ１２と接地部材１５との間にプラズマが発生することを防止する。サセプタ１２にＲＦ電源が供給され、接地部材１５は接地されているので、サセプタ１２と接地部材１５との間に空間があると、その空間でプラズマが発生するようになる。また、サセプタ１２を処理するためにサセプタ１２の上側にプラズマを発生させるべきであるが、サセプタ１２と接地部材１５との間でプラズマが発生し、サセプタ１２の上側にプラズマを発生させることが難しくなる。
【００２９】
また、サセプタ１２と接地部材１５が直接的に結合される場合、サセプタ１２と接地部材１５との電圧差によってアーキング問題が発生し、チャンバー１０の内部に電場を形成することが難しくなる。
【００３０】
絶縁体４０は、サセプタ１２と接地部材１５との間に配置され、サセプタ１２及び接地部材１５とボルトＢを通して結合される。
【００３１】
一般的に、絶縁体４０は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックで形成されるか、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（Ｐｅｅｋ）、ウルテム、テフロン（登録商標）などのエンジニアリングプラスチックで形成される。その反面、サセプタ１２及び接地部材１５は、絶縁体４０と異なる金属材質で形成されることが一般的である。絶縁体４０、サセプタ１２及び接地部材１５は、材質によって互いに異なる熱膨張係数を有するようになる。
【００３２】
絶縁体４０をサセプタ１２と接地部材１５との間に結合するときの周辺温度Ｔ１は、チャンバー１０内にプラズマが発生し、工程が進行されるときの周辺温度Ｔ２と互いに異なる。周辺温度がＴ１とＴ２との間で変化するにつれて、サセプタ１２及び絶縁体４０に熱変形が発生する。このとき、サセプタ１２の熱膨張係数α１と絶縁体４０の熱膨張係数α２が互いに異なるので、サセプタ１２と絶縁体４０の熱変形率Ｓも互いに異なる。ここで、熱変形率Ｓは、次のように定義される。
【００３３】
Ｓ〜αＬΔＴ
ここで、Ｓは熱変形率で、αは熱膨張係数で、Ｌは長さで、ΔＴ（Ｔ２−Ｔ１）は温度変化である。
【００３４】
このような熱変形率Ｓの差によって絶縁体４０が破損されることで、チャンバー１０の内部を真空状態に維持できないか、アーキングが発生するようになる。そのため、サセプタ１２の熱変形率Ｓ１と絶縁体４０の熱変形率Ｓ２を同一にまたは非常に類似に設定することで、絶縁体４０の破損を防止する。
【００３５】
図２及び図３は、本発明の実施例に係る絶縁体を示した図である。図２及び図３に示すように、本発明の実施例に係る絶縁体４０は、直四角形または円形で形成される。図２は、直四角形状の絶縁体４０を示している。絶縁体４０は、少なくとも二つ以上の破片からなる。図２（ａ）に示すように、絶縁体４０は、二つの破片、第１絶縁体４１及び第２絶縁体４２を含んで構成される。第１絶縁体４１と第２絶縁体４２が対向する境界面４４は、図２（ａ）に示すように凹凸状に形成されることが好ましい。さらに、境界面４４は、図２（ｂ）に示した階段状や図２（ｃ）に示したギア状にも形成される。ただし、図２（ｄ）のように境界面４４が垂直断面形状であると、サセプタ１２と接地部材１５との間の電圧差によってアーキングなどの問題が生じるので、この形状は避けることが好ましい。
【００３６】
図３は、円形状の絶縁体４０を示している。絶縁体４０は、多様な形状に分離されて形成される。図３（ａ）は、円形状の絶縁体４０の断面形状であり、図３（ｂ）に示すように絶縁体４０を分離して形成することも可能である。
【００３７】
このように絶縁体４０を多数個の破片に分離して形成する場合、絶縁体４０の長さＬ２に対する絶縁体４０の熱変形率Ｓ２を減少させることができる。例えば、絶縁体４０の熱伝逹係数α２がサセプタ１２の熱伝逹係数α１より２倍大きい場合、絶縁体４０の長さＬ２をサセプタ１２の長さＬ１より１／２倍小さく形成すると、サセプタ１２の熱伝逹率Ｓ１と絶縁体４０の熱伝逹率Ｓ２は、次のように定義される。
【００３８】
Ｓ１〜（α１）（Ｌ１）（ΔＴ）
Ｓ２〜（α２）（Ｌ２）（ΔＴ）＝（２α１）（１／２Ｌ１）（ΔＴ）＝（α１）（Ｌ１）（ΔＴ）
結局、サセプタ１２の熱変形率Ｓ１と絶縁体４０の熱変形率Ｓ２が同一にまたは非常に類似になり、温度変化ΔＴによるサセプタ１２と絶縁体４０の熱変形が類似になるので、絶縁体４０は、サセプタ１２と接地部材１５との間に堅固に結合される。
【００３９】
これによって、絶縁体４０とサセプタ１２がボルトＢによって締結されるが、多数個の破片に分離された絶縁体４０におけるボルトＢ間の距離が近くなり、熱変形率が変化される。結局、絶縁体４０を二つ以上に分離して形成することで、絶縁体４０とサセプタ１２の熱変形率Ｓが均等になる。したがって、周辺温度Ｔ１，Ｔ２が変化される場合にも、絶縁体４０の破壊を防止することができる。
【００４０】
以上、サセプタ１２と絶縁体４０との間の熱変形に対して説明したが、接地部材１５と絶縁体４０との間の熱変形の差による破壊問題も同一の方法で解決可能である。
【００４１】
さらに、絶縁体４０の材質がサセプタ１２または接地部材１５の材質と類似している場合、熱膨張係数αが類似になるので、絶縁体４０とサセプタ１２または接地部材１５の熱変形率Ｓが類似になる。この場合、絶縁体４０は、サセプタ１２または接地部材１５と類似した長さＬを有するべきである。
【００４２】
図４は、本発明の実施例に係るプラズマ発生装置のシーリング構造を示した図である。図４に示すように、本発明の実施例に係る絶縁体４０は、第１絶縁体４１、第２絶縁体４２及び第３絶縁体４３を含む。第１絶縁体４１と第２絶縁体４２との境界面４４は階段状であり、第３絶縁体４３と第２絶縁体４２及び接地部材１５との境界面４４は凹凸状である。
【００４３】
絶縁体４０が第１絶縁体４１、第２絶縁体４２及び第２絶縁体４２に分離されて形成されるので、チャンバー１０の内部を真空状態に維持するためには、接地部材１５と第３絶縁体４３との間にシーリング部材４５が挿入されることが好ましい。シーリング部材４５はＯリングを含む。一方、第１絶縁体４１、第２絶縁体４２及び第３絶縁体４３が切断面４４を全てシーリングする場合、シーリング構造が複雑になり、絶縁体４０の熱変形によってシーリングが不可能になることもある。
【００４４】
結果的に、絶縁体４０を多数個の破片に分離して形成することで、温度変化による破壊を防止するとともに、絶縁体４０と接地部材１５との間にシーリング部材４５を添加することで、チャンバー１０の内部を真空状態に維持することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０    チャンバー
１０ａ  側壁
１１    基板
１２    サセプタ
１３    支持台
１４    支持台本体
１５    接地部材
１６    連通部材
１７    ガス供給管
１８    排気口
１９    真空ポンプ
２０    フェライトコア
２１    誘導コイル
２３    ソース高周波発振器
２４    ソースインピーダンス整合回路
２５    誘導磁場
２６    誘導電場
３０    バイアス高周波発振器
３１    バイアスインピーダンス整合回路
４０    絶縁体
４１    第１絶縁体
４２    第２絶縁体
４３    第３絶縁体
４４    境界面、切断面
４５    シーリング部材
【図１】
2010086958.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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