CN107408529A - 集电环、支承机构以及等离子体处理装置 - Google Patents

集电环、支承机构以及等离子体处理装置 Download PDF

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Abstract

一实施方式的集电环具备：导电性的转子，其能绕旋转轴线旋转；导电性的定子，其与转子同轴地设置；导电性的球体，其配置于转子与定子之间，形成转子与定子之间的电气路径；导电性的螺旋弹簧，其设于转子和定子中的一者与球体之间，相对于旋转轴线沿着周向延伸，该螺旋弹簧与转子、定子中的一者以及球体接触。

Description

集电环、支承机构以及等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及集电环、支承机构以及等离子体处理装置。
背景技术
在电子器件的制造中，被处理体的蚀刻广泛应用了等离子体处理装置。例如磁随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory：MRAM)所含有的磁性层的蚀刻也使用了等离子体处理装置。一般而言，等离子体处理装置在其内部具备进行等离子体处理的处理容器。在处理容器内设有载置台。
一般而言，载置台具备静电卡盘和下部电极。静电卡盘具有由电介质包围的电极膜，通过对该电极膜施加电压，产生静电力。利用该静电力，静电卡盘吸附保持被处理体。另外，向下部电极供给用于向被处理体吸引离子的高频偏压。
作为这样的载置台的其中一种，存在为了使针对被处理体的等离子体处理的均匀性提高而可旋转地构成的旋转台。在旋转台中，为了对静电卡盘的电极膜施加电压，另外，为了向下部电极供给高频偏压，使用集电环。这样的具备旋转台的等离子体处理装置记载于例如日本特开平01-117317号公报。
另外，集电环存在非接触式的集电环和接触式的集电环。在非接触式的集电环中，如日本特开平10-143791号公报所记载那样具有导电性的介质填充到定子与转子之间。这样的介质使用例如水银。另外，在接触式的集电环中，在定子与转子之间设有对这些定子和转子进行电连接的电刷。关于使用了电刷的集电环，记载于例如日本特开2009-225578号公报和日本特开平11-214108号公报。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平01-117317号公报
专利文献2：日本特开平10-143791号公报
专利文献3：日本特开2009-225578号公报
专利文献4：日本特开平11-214108号公报
发明内容
发明要解决的问题
在非接触式的集电环中，用作介质的水银对人体是有毒的，另外，需要用于密封水银的密封构造，因此，集电环大型化。而且，由于长期间的使用而密封构造破损，产生水银的泄漏，从而也有可能对外部环境带来深刻的影响。
在接触式的集电环中，虽然非接触式的集电环的上述的问题被避免，但由于电刷的点接触而使转子和定子电连接，因此，接触电阻变大。基于该背景，要求在接触式的集电环中降低接触电阻。
用于解决问题的方案
在一形态中提供一种集电环。该集电环具备转子、定子、球体、以及螺旋弹簧。转子具有导电性，能够绕旋转轴线旋转。定子具有导电性，与转子同轴地设置。球体具有导电性，配置于转子与定子之间。球体形成转子与定子之间的电气路径。螺旋弹簧具有导电性，设于转子和定子中的一者与球体之间，相对于旋转轴线沿着周向延伸。螺旋弹簧与转子、定子中的一者以及球体接触。
在上述集电环中，导电性的螺旋弹簧设于转子和定子中的一者与球体之间，该螺旋弹簧在许多点与转子、定子中的一者以及球体接触。因而，转子和定子中的一者与球体之间的接触电阻被降低，集电环的接触电阻被降低。
也可以是，一实施方式的集电环还具备导电性的另一螺旋弹簧。在该实施方式中，另一螺旋弹簧设于转子和定子中的另一者与球体之间，相对于旋转轴线沿着周向延伸，与转子、定子中的另一者以及球体接触。在该实施方式中，螺旋弹簧在许多点与转子、定子中的另一者和球体接触。因而，转子和定子中的另一者与球体之间的接触电阻降低。因而，集电环的接触电阻被进一步降低。
在一实施方式中，也可以是，螺旋弹簧和另一螺旋弹簧沿着旋转轴线延伸的方向排列。根据该实施方式，螺旋弹簧和另一螺旋弹簧、即两个螺旋弹簧的距旋转轴线的距离成为同样的距离。因而，两个螺旋弹簧中的一者与球体之间的伸缩量同两个螺旋弹簧中的另一者与球体之间的伸缩量之间的差异变小，因两个螺旋弹簧和球体的滑动产生的磨损被降低。作为其结果，集电环的寿命延长。此外，在另一实施方式中，也可以是，螺旋弹簧和另一螺旋弹簧相对于旋转轴线沿着放射方向排列。
在一实施方式中，也可以是，螺旋弹簧是斜圈弹簧。斜圈弹簧相对于球体产生的反作用力比一般的螺旋弹簧所产生的反作用力小。因而，螺旋弹簧与球体之间的接触面积变大，接触电阻进一步变小。另外，接触电阻稳定。
在一实施方式中，也可以是，螺旋弹簧和另一螺旋弹簧这两者是斜圈弹簧。螺旋弹簧与球体之间的接触面积和另一螺旋弹簧与球体之间的接触面积变大，接触电阻进一步变小。另外，接触电阻稳定。
在另一形态中，可提供一种支承机构，其用于在等离子体处理装置的处理容器内支承被处理体。该支承机构具备保持部、驱动装置、以及旋转连接器。保持部构成为保持被处理体，构成为能够以第1轴线为中心旋转。驱动装置构成为使保持部旋转。旋转连接器具有多个集电环。多个集电环是上述的一形态和各种的实施方式中的任一个集电环，设置成旋转轴线与第1轴线一致。保持部具有下部电极、静电卡盘、以及多个导体。静电卡盘设于下部电极上。多个导体以它们的中心轴线与第1轴线一致的方式同轴地设置。多个导体包括连接到静电卡盘的电极膜的第1导体和连接到下部电极的第2导体。多个集电环中的第1集电环与第1导体电连接，多个集电环中的第2集电环与第2导体电连接。
在上述支承机构中，具有采用了上述的一形态和各种的实施方式中任一个集电环的旋转连接器，因此，向静电卡盘的电极膜和下部电极的电气路径中的接触电阻被降低。因而，能对静电卡盘的电极膜施加较大的电压，另外，能对下部电极施加较大的偏压。
一实施方式的支承机构还能具备容器部、倾斜轴部、以及另一驱动装置。容器部构成为与保持部一起划分形成密闭的空间。倾斜轴部具有沿着与第1轴线正交的第2轴线延伸的空心形状，与容器部结合。另一驱动装置构成为使倾斜轴部绕第2轴线旋转。多个导体、使保持部旋转的驱动装置、以及旋转连接器设于由容器部和保持部划分形成的空间内。该实施方式的支承机构能使保持部倾斜、且旋转，也能够对这样的保持部的静电卡盘的电极膜和下部电极提供接触电阻较少的电气路径。另外，多个导体、保持部、以及旋转连接器设于由容器部和保持部划分形成的空间内，因此，在该支承机构用于等离子体处理装置的情况下，能够在与用于等离子体处理的空间分离开的空间内保护多个导体、保持部、以及旋转连接器。
在又一形态中提供用于对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置。该等离子体处理装置具备处理容器、气体供给系统、等离子体源、支承机构、排气系统、直流电源、以及偏压供电部。气体供给系统构成为向处理容器内供给气体。等离子体源构成为使供给到处理容器内的气体激发。支承机构是上述的另一形态和实施方式中任一个支承机构，在处理容器内利用保持部保持被处理体。排气系统是为了对处理容器内的空间进行排气而设置的。直流电源设于处理容器的外部，产生向静电卡盘的电极膜施加的电压。偏压供电部设于处理容器的外部，产生向下部电极施加的偏压。直流电源借助第1配线与第1集电环连接，偏压供电部借助第2配线与第2集电环连接。
在该形态的等离子体处理装置中，可借助与第1集电环和第2集电环分别连接的第1配线和第2配线向静电卡盘和下部电极稳定地供电。
在一实施方式中，也可以是，保持部和容器部设于处理容器内，倾斜轴部设置成从处理容器的内部延伸到该处理容器的外部，第1配线在倾斜轴部内穿过而将直流电源与第1集电环连接起来，第2配线在倾斜轴部内穿过而将偏压供电部与第2集电环连接起来。根据该实施方式，不使第1配线和第2配线暴露于等离子体、就能够与旋转连接器连接。另外，根据该等离子体处理装置，能够在使被处理体以倾斜了的状态旋转、并对该被处理体进行等离子体处理。
在一实施方式中，也可以是，保持部还具有加热器，多个导体还具有与加热器连接的第3导体和第4导体，多个集电环还包括与第3导体连接的第3集电环和与第4导体连接的第4集电环，等离子体处理装置还具备加热器电源，该加热器电源设于处理容器的外部，向加热器供电，加热器电源借助在倾斜轴部内穿过的第3配线与第3集电环电连接，加热器电源借助在倾斜轴部内穿过的第4配线与第4集电环电连接。
在一实施方式中，也可以是，支承机构还包括设于保持部的温度传感器，多个导体还包括与温度传感器连接的第5导体，多个集电环还包括与第5导体连接的第5集电环，该等离子体处理装置还具有控制部，控制部借助在倾斜轴部内穿过的第5配线与第5集电环电连接。
在一实施方式中，也可以是，偏压供电部将脉冲调制后的直流电压向下部电极供给。根据该实施方式，能够将比较低的能量、且较窄的能量范围的离子向被处理体吸引。由此，能对被处理体中的由特定物质构成的区域选择性地进行蚀刻。另外，在一实施方式中，也可以是，偏压供电部将脉冲调制后的直流电压和高频偏压选择性地向下部电极供给。
发明的效果
如以上说明那样，能够使接触式的集电环中的接触电阻降低。
附图说明
图1是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图。
图2是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图。
图3是表示脉冲调制后的直流电压的图。
图4是表示一实施方式的等离子体源的图。
图5是表示一实施方式的等离子体源的图。
图6是表示一实施方式的支承机构的剖视图。
图7是表示一实施方式的支承机构的剖视图。
图8是放大地表示一实施方式的保持部和旋转轴部的上侧部分的剖视图。
图9是放大地表示一实施方式的旋转轴部的下侧部分和旋转连接器的剖视图。
图10是概略地表示一实施方式的集电环的图。
图11是概略地表示一实施方式的集电环的各零部件的图。
图12是表示球体与螺旋弹簧的接触的情形的示意图。
图13是表示作为一实施方式的螺旋弹簧的一个例子的斜圈弹簧的概略图。
图14是表示一实施方式的螺旋弹簧的形状与弹簧的回弹之间的关系的剖视图。
图15是表示一实施方式的斜圈弹簧的压缩率与接触电阻之间的关系的图。
图16是表示在一实施方式的集电环中产生接触电阻的部位的图。
图17是表示仅考虑了接触电阻的集电环的等效电路的图。
图18是用于说明一实施方式的旋转连接器的高频特性的图。
图19是表示一实施方式的旋转连接器的针对高频的等效电路的图。
图20是另一实施方式的旋转连接器的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明各种实施方式。此外，在各附图中对相同或相当的部分标注相同的附图标记。
图1和图2是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图，在包括沿着铅垂方向延伸的轴线PX的一平面处剖切处理容器来表示该等离子体处理装置。此外，在图1中，示出了随后叙述的支承机构未倾斜的状态的等离子体处理装置，在图2中，示出了支承机构倾斜的状态的等离子体处理装置。
图1和图2所示的等离子体处理装置10具备处理容器12、气体供给系统14、等离子体源16、支承机构18、排气系统20、偏压供电部22、直流电源27、加热器电源28、以及控制部Cnt。处理容器12具有大致圆筒形状。在一实施方式中，处理容器12的中心轴线与轴线PX一致。该处理容器12提供用于对被处理体(以下有时称为“晶圆W”)进行等离子体处理的空间S。
在一实施方式中，处理容器12在其高度方向的中间部分12a、即收容支承机构18的部分具有大致恒定的宽度。另外，处理容器12呈宽度随着从该中间部分的下端朝向底部去而逐渐变窄的锥形状。另外，处理容器12的底部提供有排气口12e，该排气口12e形成为相对于轴线PX呈轴对称。
气体供给系统14构成为向处理容器12内供给气体。气体供给系统14具有第1气体供给部14a和第2气体供给部14b。第1气体供给部14a构成为向处理容器12内供给第1处理气体。第2气体供给部14b构成为向处理容器12内供给第2处理气体。此外，随后叙述气体供给系统14的详细情况。
等离子体源16构成为使供给到处理容器12内的气体激发。在一实施方式中，等离子体源16设于处理容器12的顶部。另外，在一实施方式中，等离子体源16的中心轴线与轴线PX一致。此外，随后叙述与等离子体源16的一个例子有关的详细情况。
支承机构18构成为在处理容器12内保持晶圆W。该支承机构18构成为使晶圆W以第1轴线AX1为中心旋转。另外，支承机构18构成为能以与轴线PX和第1轴线AX1正交的第2轴线AX2为中心旋转。支承机构18通过以第2轴线AX2为中心的旋转而能相对于轴线PX倾斜。为了使支承机构18倾斜，等离子体处理装置10具有驱动装置24。驱动装置24设于处理容器12的外部，产生用于支承机构18的以第2轴线AX2为中心的旋转的驱动力。此外，在支承机构18未倾斜的状态下，如图1所示，第1轴线AX1与轴线PX一致。另一方面，在支承机构18倾斜的状态下，第1轴线AX1相对于轴线PX倾斜。随后叙述该支承机构18的详细情况。
排气系统20构成为对处理容器12内的空间进行减压。在一实施方式中，排气系统20具有自动压力控制器20a、涡轮分子泵20b、以及干式泵20c。涡轮分子泵20b设于自动压力控制器20a的下游。干式泵20c借助阀20d与处理容器12内的空间直接连结。另外，干式泵20c隔着阀20e设于涡轮分子泵20b的下游。
包括自动压力控制器20a和涡轮分子泵20b的排气系统安装于处理容器12的底部。另外，包括自动压力控制器20a和涡轮分子泵20b的排气系统设于支承机构18的正下方。因而，在该等离子体处理装置10中，能够形成从支承机构18的周围到排气系统20的均匀的排气的流动。由此，能达成效率良好的排气。另外，能够使在处理容器12内生成的等离子体均匀地扩散。
在一实施方式中，也可以在处理容器12内设有整流构件26。整流构件26具有下端封闭的大致筒形状。该整流构件26以从侧方和下方包围支承机构18的方式沿着处理容器12的内壁面延伸。在一个例子中，整流构件26具有上部26a和下部26b。上部26a具有恒定的宽度的圆筒形状，沿着处理容器12的中间部分12a的内壁面延伸。另外，下部26b在上部26a的下方与该上部26a连续。下部26b具有宽度沿着处理容器12的内壁面逐渐变窄的锥形状，其下端呈平板状。在该下部26b形成有许多开口(贯通孔)。采用该整流构件26，能够在该整流构件26的内侧、即收容晶圆W的空间与该整流构件26的外侧、即排气侧的空间之间形成压力差，能够对收容晶圆W的空间中的气体的滞留时间进行调整。另外，能实现均等的排气。
偏压供电部22设于处理容器12的外部，构成为对支承机构18施加用于向晶圆W吸引离子的偏压。在一实施方式中，偏压供电部22具有第1电源22a和第2电源22b。第1电源22a产生脉冲调制后的直流电压(以下称为“调制直流电压”)作为对支承机构18施加的偏压。图3是表示脉冲调制后的直流电压的图。如图3所示，调制直流电压是电压值取高电平的期间TH和取低电平的期间TL交替地反复的电压。调制直流电压能设定成例如0V～1200V的范围内的电压值。调制直流电压的高电平的电压值是设定在该电压值的范围内的电压值，调制直流电压的高电平的电压值是比该高电平的电压值低的电压值。如图3所示，期间TH和与该期间TH连续的期间TL的合计构成1个周期TC。另外，调制直流电压的脉冲调制的频率是1/TC。脉冲调制的频率能任意地设定，是能形成可进行离子的加速的鞘层的频率，例如是400kHz。另外，ON·占空比、即、期间TH在1个周期TC中所占有的比率是10％～90％的范围内的比率。
第2电源22b构成为向支承机构18供给用于向晶圆W吸引离子的高频偏压。该高频偏压的频率是适于向晶圆W吸引离子的任意的频率，例如是400kHz。在等离子体处理装置10中，能够将来自第1电源22a的调制直流电压和来自第2电源22b的高频偏压选择性地向支承机构18供给。若调制直流电压施加于支承机构18，则比较低的能量、且较窄的能量范围的离子向晶圆W吸引。另一方面，若高频偏压施加于支承机构18，则比较高的能量、且比较宽的能量范围的离子向晶圆W吸引。因而，根据等离子体处理装置10，通过将来自第1电源22a的调制直流电压和来自第2电源22b的高频偏压选择性地向支承机构18供给，能进行与膜种相应的蚀刻。在对例如晶圆中的特定物质进行蚀刻时将调制直流电压向支承机构18供给，另外，在对蚀刻速度应该优先的膜进行蚀刻时，能够将高频偏压向支承机构18供给。这样的调制直流电压和高频偏压的选择性的供给能由控制部Cnt控制。
控制部Cnt是例如具备处理器、存储部、输入装置、显示装置等的计算机。控制部Cnt按照基于所输入的制程的程序动作，送出控制信号。等离子体处理装置10的各部由来自控制部Cnt的控制信号控制。
以下分别详细地说明气体供给系统14、等离子体源16、支承机构18。
[气体供给系统]
气体供给系统14如上述那样具有第1气体供给部14a和第2气体供给部14b。第1气体供给部14a经由一个以上的气体喷出孔14e供给处理容器12内的第1处理气体。另外，第2气体供给部14b经由一个以上的气体喷出孔14f供给处理容器12内的第2处理气体。气体喷出孔14e设于比气体喷出孔14f靠近等离子体源16的位置。因而，第1处理气体相比第2处理气体向靠近等离子体源16的位置供给。此外，在图1和图2中，气体喷出孔14e和气体喷出孔14f各自的个数是“1”，但也可以设有多个气体喷出孔14e和多个气体喷出孔14f。多个气体喷出孔14e也可以相对于轴线PX沿着周向均等地排列。另外，多个气体喷出孔14f也可以相对于轴线PX沿着周向均等地排列。
在一实施方式中，也可以在由气体喷出孔14e喷出气体的区域与由气体喷出孔14f喷出气体的区域之间设有分隔板、所谓离子捕集器。由此，能对从第1处理气体的等离子体朝向晶圆W的离子的量进行调整。
第1气体供给部14a能具有一个以上的气体源、一个以上的流量控制器、一个以上的阀。因而，能够对来自第1气体供给部14a的一个以上的气体源的第1处理气体的流量做调整。另外，第2气体供给部14b能具有一个以上的气体源、一个以上的流量控制器、一个以上的阀。因而，能够对来自第2气体供给部14b的一个以上的气体源的第2处理气体的流量做调整。来自第1气体供给部14a的第1处理气体的流量和该第1处理气体的供给的时刻、以及来自第2气体供给部14b的第2处理气体的流量和该第2处理气体的供给的时刻由控制部Cnt单独地调整。
以下，针对第1处理气体和第2处理气体，说明两个例子。
在第1例子中，第1处理气体可以是稀有气体。稀有气体是He气体、Ne气体、Ar气体、Kr气体、或Xe气体。另外，第1处理气体能是从He气体、Ne气体、Ar气体、Kr气体、和Xe气体中选择的气体。另外，在第1例子中，第2处理气体可以是含氢气体。作为含氢气体，可例示CH4气体或NH3气体。在该第1例子中，第1处理气体和第2处理气体能由等离子体源16激发。在该第1例子中，利用控制部Cnt的控制，等离子体生成时的第1处理气体和第2处理气体的供给量被单独地控制。
在第2例子中，第1处理气体可以是被由等离子体源16产生的等离子体离解并生成自由基的分解性的气体。源自第1处理气体的自由基也可以是引起还原反应、氧化反应、氯化反应或氟化反应的自由基。第1处理气体也可以是含有氢元素、氧元素、氯元素或氟元素的气体。具体而言，第1处理气体也可以是Ar、N2、O2、H2、He、BCl3、Cl2、CF4、NF3、CH4、或SF6等。作为生成还原反应的自由基的第1处理气体，可例示H2等。作为生成氧化反应的自由基的第1处理气体，可例示O2等。作为生成氯化反应的自由基的第1处理气体，可例示BCl3、Cl2等。作为生成氟化反应的自由基的第1处理气体，可例示CF4、NF3、SF6等。
另外，在第2例子中，第2处理气体可以是不暴露于等离子体就与蚀刻对象的物质发生反应的气体。作为该第2处理气体，也可以含有例如与蚀刻对象的物质之间的反应取决于支承机构18的温度的气体。具体而言，这样的第2处理气体可使用HF、Cl2、HCl、H2O、PF3、F2、ClF3、COF2、环戊二烯或脒基(Amidinato)等。另外，第2处理气体能含有电子给予性气体。一般而言，电子给予性气体是指由电阴性或电离能较大地不同的原子构成的气体、或者含有具有孤立电子对的原子的气体。电子给予性气体具有易于向其他化合物给予电子的性质。例如、电子给予性气体具有作为配体与金属化合物等结合并蒸发的性质。作为电子给予性气体，可例示SF6、PH3、PF3、PCl3、PBr3、PI3、CF4、AsH3、SbH3、SO3、SO2、H2S、SeH2、TeH2、Cl3F、H2O、H2O2等、或含有羰基的气体。
在该第2例子中，第1处理气体和第2处理气体能交替地供给。在供给第1处理气体时，利用等离子体源16生成等离子体，在供给第2气体时由等离子体源16进行的等离子体的生成被停止。这样的第1处理气体和第2处理气体的供给由控制部Cnt控制。即、在第2例子中，与等离子体生成时和等离子体消失时的等离子体状态相应的第1处理气体的供给量和第2处理气体的供给量能由控制部Cnt对第1气体供给部14a和第2气体供给部14b的控制来实现。
[等离子体源]
图4是表示一实施方式的等离子体源的图，是表示从图1的Y方向观察的等离子体源的图。另外，图5是表示一实施方式的等离子体源的图，表示从铅垂方向观察的等离子体源。如图1和图4所示，在处理容器12的顶部设有开口，该开口被电介质板194封闭。电介质板194是板状体，由石英玻璃、或陶瓷形成。等离子体源16设于该电介质板194上。
更具体而言，如图4和图5所示，等离子体源16具有高频天线140和屏蔽构件160。高频天线140被屏蔽构件160覆盖。在一实施方式中，高频天线140包括内侧天线元件142A和外侧天线元件142B。内侧天线元件142A设于比外侧天线元件142B靠近轴线PX的位置。换言之，外侧天线元件142B以包围内侧天线元件142A的方式设于该内侧天线元件142A的外侧。内侧天线元件142A和外侧天线元件142B分别由例如铜、铝、不锈钢等导体构成，以轴线PX为中心呈螺旋状延伸。
内侧天线元件142A和外侧天线元件142B都被多个夹持体144夹持而成为一体。多个夹持体144是例如棒状的构件，相对于轴线PX呈放射状配置。
屏蔽构件160具有内侧屏蔽壁162A和外侧屏蔽壁162B。内侧屏蔽壁162A具有沿着铅垂方向延伸的筒形状，设于内侧天线元件142A与外侧天线元件142B之间。该内侧屏蔽壁162A包围内侧天线元件142A。另外，外侧屏蔽壁162B具有沿着铅垂方向延伸的筒形状，以包围外侧天线元件142B的方式设置。
在内侧天线元件142A上设有内侧屏蔽板164A。内侧屏蔽板164A具有圆盘形状，以封堵内侧屏蔽壁162A的开口的方式设置。另外，在外侧天线元件142B上设有外侧屏蔽板164B。外侧屏蔽板164B呈环状板，以封堵内侧屏蔽壁162A与外侧屏蔽壁162B之间的开口的方式设置。
在内侧天线元件142A、外侧天线元件142B分别连接有高频电源150A、高频电源150B。高频电源150A和高频电源150B是等离子体生成用的高频电源。高频电源150A和高频电源150B分别向内侧天线元件142A和外侧天线元件142B供给相同的频率或不同的频率的高频电力。例如，若从高频电源150A以预定的功率向内侧天线元件142A供给预定的频率(例如40MHz)的高频电力，则导入到处理容器12内的处理气体被在处理容器12内形成的感应磁场激发，在晶圆W上的中央部生成环型的等离子体。另外，若从高频电源150B以预定的功率向外侧天线元件142B供给预定的频率(例如60MHz)的高频，则导入到处理容器12内的处理气体被在处理容器12内形成的感应磁场激发，在晶圆W上的周缘部生成另一环型的等离子体。利用这些等离子体，从处理气体生成自由基。
此外，从高频电源150A和高频电源150B输出的高频电力的频率并不限于上述的频率。从例如高频电源150A和高频电源150B输出的高频电力的频率也可以是13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz这样的各种频率。但是，需要根据从高频电源150A和高频电源150B输出的高频来对内侧天线元件142A和外侧天线元件142B的电长度进行调整。
该等离子体源16即使在1mTorr(0.1333Pa)的压力的环境下也有可能使处理气体的等离子体着火。在低压环境下，等离子体中的离子的平均自由行程变大。因而，可利用稀有气体原子的离子的溅射进行蚀刻。另外，在低压环境下，能够抑制因蚀刻而形成的物质再次附着于晶圆W，并且对该物质进行排气。
[支承机构]
图6和图7是表示一实施方式的支承机构的剖视图。在图6中示出从Y方向(参照图1)观察的支承机构的剖视图，在图7中示出从X方向(参照图1)观察的支承机构的剖视图。如图6和图7所示，支承机构18具有驱动装置24、保持部30、容器部40、倾斜轴部50、旋转连接器54、以及驱动装置78。
保持部30是保持晶圆W、通过以第1轴线AX1为中心旋转而使晶圆W旋转的机构。此外，如上所述，第1轴线AX1在支承机构18未倾斜的状态下与轴线PX一致。该保持部30具有静电卡盘32、下部电极34、绝缘构件35、以及旋转轴部36。上述多个导体以它们的中心轴线与第1轴线AX1一致的方式同轴地设置。
静电卡盘32设于下部电极34上，构成为在其上表面保持晶圆W。静电卡盘32具有以第1轴线AX1为其中心轴线的大致圆盘形状，如随后叙述那样具有设置为绝缘膜的内层的电极膜32a。通过从直流电源27对电极膜32a施加电压，静电卡盘32产生静电力。该直流电源27设于处理容器12的外部。静电卡盘32利用静电力吸附被载置到其上表面的晶圆W。
下部电极34具有以第1轴线AX1为其中心轴线的大致圆盘形状。在一实施方式中，下部电极34具有第1部分34a和第2部分34b。第1部分34a是沿着第1轴线AX1延伸的下部电极34的中央侧的部分，第2部分34b是比第1部分34a远离第1轴线AX1的部分，即、是延伸到比第1部分34a靠外侧的位置的部分。第1部分34a的上表面与第2部分34b的上表面连续，由第1部分34a的上表面和第2部分34b的上表面构成下部电极34的大致平坦的上表面。静电卡盘32与该下部电极34的上表面接触。另外，第1部分34a相对于第2部分34b向下方突出而呈圆柱状。即、第1部分34a的下表面延伸到比第2部分34b的下表面靠下方的位置。该下部电极34由铝这样的导体形成。下部电极34与上述的偏压供电部22电连接。即、来自第1电源22a的调制直流电压和来自第2电源22b的高频偏压可选择性地向下部电极34供给。另外，在下部电极34设有制冷剂流路34f。通过制冷剂向该制冷剂流路34f供给，晶圆W的温度被控制。该下部电极34设于绝缘构件35上。
绝缘构件35由石英、氧化铝这样的绝缘体形成，具有在中央开口的大致圆盘形状。在一实施方式中，绝缘构件35具有第1部分35a和第2部分35b。第1部分35a是绝缘构件35的中央侧的部分，第2部分35b是比第1部分35a远离第1轴线AX1的部分、即、是延伸到比第1部分35a靠外侧的位置的部分。第1部分35a的上表面延伸到比第2部分35b的上表面靠下方的位置，另外，第1部分35a的下表面也延伸到比第2部分35b的下表面靠下方的位置。绝缘构件35的第2部分35b的上表面与下部电极34的第2部分34b的下表面接触。另一方面，绝缘构件35的第1部分35a的上表面与下部电极34的下表面分开。
旋转轴部36在下部电极34的下方延伸。该旋转轴部36的中心轴线与第1轴线AX1一致。通过对该旋转轴部36施加转矩，使得保持部30旋转。
由这样的各种的要素构成的保持部30与容器部40一起形成空间作为支承机构18的内部空间。容器部40包括上侧容器部42和外侧容器部44。上侧容器部42具有大致圆盘形状。在上侧容器部42的中央形成有供旋转轴部36贯穿的贯通孔。该上侧容器部42在绝缘构件35的第2部分35b的下方设置成相对于该第2部分35b提供微小的间隙。另外，在上侧容器部42的下表面周缘结合有外侧容器部44的上端。外侧容器部44具有下端被封闭的大致圆筒形状。
在容器部40与旋转轴部36之间设有磁性流体密封部52。磁性流体密封部52具有内圈部52a和外圈部52b。内圈部52a具有与旋转轴部36同轴地延伸的大致圆筒形状，固定于旋转轴部36。另外，内圈部52a的上端部与绝缘构件35的第1部分35a的下表面结合。该内圈部52a与旋转轴部36一起以第1轴线AX1为中心旋转。外圈部52b具有大致圆筒形状，与内圈部52a同轴地设置在该内圈部52a的外侧。外圈部52b的上端部与上侧容器部42的中央侧部分的下表面结合。磁性流体52c介于这些内圈部52a与外圈部52b之间。另外，在磁性流体52c的下方，在内圈部52a与外圈部52b之间设有轴承53。该磁性流体密封部52提供有对支承机构18的内部空间气密地进行密封的密封构造。利用该磁性流体密封部52，支承机构18的内部空间被与等离子体处理装置10的空间S分离。此外，在等离子体处理装置10中，支承机构18的内部空间被维持成大气压。在该支承机构18的内部空间设有旋转轴部36、旋转连接器54、以及驱动装置78，旋转轴部36、旋转连接器54、以及驱动装置78相对于在空间S中生成的等离子体受到保护。
在一实施方式中，在磁性流体密封部52与旋转轴部36之间设有第1构件37和第2构件38。第1构件37具有沿着旋转轴部36的外周面的一部分、即、随后叙述的筒状部36C的上侧部分的外周面和下部电极34的第1部分34a的外周面延伸的大致圆筒形状。另外，第1构件37的上端具有沿着下部电极34的第2部分34b的下表面延伸的环状板形状。该第1构件37与筒状部36C的上侧部分的外周面、以及下部电极34的第1部分34a的外周面和第2部分34b的下表面接触。
第2构件38具有沿着旋转轴部36的外周面、即、第6筒状部36g的外周面、以及第1构件37的外周面延伸的大致圆筒形状。第2构件38的上端具有沿着绝缘构件35的第1部分35a的上表面延伸的环状板形状。第2构件38与第6筒状部36g的外周面、第1构件37的外周面、绝缘构件35的第1部分35a的上表面、以及磁性流体密封部52的内圈部52a的内周面接触。O形密封圈这样的密封构件39a介于该第2构件38与绝缘构件35的第1部分35a的上表面之间。另外，O形密封圈这样的密封构件39b、39c介于第2构件38与磁性流体密封部52的内圈部52a的内周面之间。利用该构造，旋转轴部36与磁性流体密封部52的内圈部52a之间被密封。由此，即使在旋转轴部36与磁性流体密封部52之间存在间隙，支承机构18的内部空间也与等离子体处理装置10的空间S分离。
在外侧容器部44沿着第2轴线AX2形成有开口。在形成于外侧容器部44的开口嵌入有倾斜轴部50的内侧端部。该倾斜轴部50具有大致圆筒形状，其中心轴线与第2轴线AX2一致。如图1所示，倾斜轴部50延伸到处理容器12的外侧。在倾斜轴部50的一个外侧端部结合有上述的驱动装置24。该驱动装置24轴支承着倾斜轴部50的一个外侧端部。在该驱动装置24的作用下，使得倾斜轴部50旋转，从而支承机构18以第2轴线AX2为中心旋转，其结果，支承机构18相对于轴线PX倾斜。例如，支承机构18能倾斜成第1轴线AX1相对于轴线PX呈0度～60度以内的范围的角度。
在一实施方式中，第2轴线AX2包括第1轴线AX1方向上的支承机构18的中心位置。在该实施方式中，倾斜轴部50在穿过支承机构18的该中心的第2轴线AX2上延伸。在该实施方式中，在支承机构18倾斜时，可增大该支承机构18的上缘与处理容器12(或整流构件26)之间的最短距离WU(参照图2)以及支承机构18的下缘与处理容器12(或整流构件26)之间的最短距离WL(参照图2)中的最小距离。即、能够使支承机构18的轮廓与处理容器12(或整流构件26)之间的最小距离最大化。因而，能够缩小处理容器12的水平方向的宽度。
在另一实施方式中，第2轴线AX2包含第1轴线AX1方向上的支承机构18的中心与保持部30的上表面之间的位置。即、在该实施方式中，倾斜轴部50在比支承机构18的中心偏向保持部30侧的位置延伸。根据该实施方式，在支承机构18倾斜时，能够降低从等离子体源16到晶圆W的各位置的距离差。因而，蚀刻的面内均匀性被进一步提高。此外，支承机构18也能以60度以内的角度倾斜。
而且，在另一实施方式中，第2轴线AX2包含支承机构18的重心。在该实施方式中，倾斜轴部50在包含该重心的第2轴线AX2上延伸。根据该实施方式，驱动装置24所需的扭矩变小，该驱动装置24的控制变得容易。
返回图6和图7，各种电气系统用的配线、传热气体用的配管、以及制冷剂用的配管通过倾斜轴部50的内孔。这些配线和配管与旋转轴部36连结。
旋转轴部36具有包括多个导体的导体部36A。导体部36A的多个导体的详细情况随后叙述，但以第1轴线AX1为它们的中心轴线同轴地设置。导体部36A的多个导体形成针对静电卡盘32内的多个要素和下部电极34的电气路径。这些导体部36A的多个导体分别与旋转连接器54的多个集电环电连接。另外，旋转轴部36具有在导体部36A的外侧与该导体部36A同轴地设置的筒状部36B、以及在该筒状部36B的外侧与该筒状部36B同轴地设置的筒状部36C。
在筒状部36B形成有传热气体供给用的气体管线。该气体管线借助回转管接头这样的旋转接头与配管66连接。配管66从支承机构18的内部空间在倾斜轴部50的内孔穿过而延伸到处理容器12的外部。该配管66在处理容器12的外部与He气体这样的传热气体的气源68(参照图1)连接。该传热气体向静电卡盘32与晶圆W之间供给。
筒状部36C与筒状部36B同轴地设于该筒状部36B的外侧。在该筒状部36C形成有用于向制冷剂流路34f供给制冷剂的制冷剂供给管线、以及对供给到制冷剂流路34f的制冷剂进行回收的制冷剂回收管线。制冷剂供给管线借助回转管接头这样的旋转接头70与配管72连接。另外，制冷剂回收管线借助旋转接头70与配管74连接。配管72和配管74从支承机构18的内部空间在倾斜轴部50的内孔穿过而延伸到处理容器12的外部。并且，配管72和配管74在处理容器12的外部与冷却单元76(参照图1)连接。
在一实施方式中，在旋转连接器54设有轴承55，该轴承55借助旋转连接器54支承旋转轴部36。上述的轴承53支承旋转轴部36的上侧部分，而轴承55支承旋转轴部36的下侧部分。如此利用两个轴承53和轴承55支承旋转轴部36的上侧部分和下侧部分这两者，因此，能够使旋转轴部36以第1轴线AX1为中心稳定地旋转。
如图7所示，在支承机构18的内部空间设有旋转马达这样的驱动装置78。驱动装置78产生用于使旋转轴部36旋转的驱动力。在一实施方式中，驱动装置78设于旋转轴部36的侧方。该驱动装置78借助传动带82与安装到旋转轴部36的带轮80连结。由此，驱动装置78的旋转驱动力向旋转轴部36传递，保持部30以第1轴线AX1为中心旋转。保持部30的转速处于例如48rpm以下的范围内。例如，保持部30在工艺中以20rmp的转速旋转。此外，用于向驱动装置78供电的配线在倾斜轴部50的内孔穿过而引出到处理容器12的外部，与设于处理容器12的外部的马达用电源连接。
如此，支承机构18可在能被维持成大气压的内部空间设置多样的机构。另外，支承机构18构成为能将用于连接被收纳到该内部空间的机构和设于处理容器12的外部的电源、气体源、冷却单元等装置的配线或配管引出到处理容器12的外部。
以下，对旋转轴部36和旋转连接器54的详细情况进行说明。图8是放大地表示保持部30和旋转轴部36的上侧部分的剖视图，在图8中示出从图6的Y方向观察的剖视图。如图8所示，静电卡盘32具有设置为绝缘膜的内层的电极膜32a。另外，静电卡盘32内置有用于加热晶圆W的加热器32b。加热器32b能控制为例如16W的发热。静电卡盘32如上述那样设于下部电极34上。在下部电极34内设有检测晶圆W的温度的温度传感器34c。
在一实施方式中，旋转轴部36的导体部36A包括导体36a、导体36b、导体36c、导体36d、以及导体36e作为多个导体。这些导体与第1轴线AX1同轴地设置。导体36a具有圆柱形状，与静电卡盘32的电极膜32a连接。导体36b和导体36c具有圆筒形状。导体36b和导体36c是用于向加热器32b供给电流的导体，与加热器32b的两个端子分别连接。导体36d具有圆筒形状。导体36d是用于传递温度传感器34c的信号的导体，与温度传感器34c连接。另外，导体36e具有圆筒形状。导体36e是用于将来自偏压供电部22的偏压向下部电极34供给的导体，与下部电极34连接。
图9是放大地表示一实施方式的旋转轴部36的下侧部分和旋转连接器54的剖视图，在图9中示出了从图6的Y方向观察的剖视图。旋转轴部36的导体部36A的多个导体在它们的下端侧分别与旋转连接器54的多个集电环连接。旋转连接器54的多个集电环以它们的旋转轴线与第1轴线AX1一致的方式排列。在一实施方式中，旋转连接器54具有沿着第1轴线AX1方向堆叠的五个集电环、即、集电环56A、集电环56B、集电环56C、集电环56D、以及集电环56E。如图9所示，导体36a与集电环56A的转子91A连接，导体36b与集电环56B的转子91B连接，导体36c与集电环56C的转子91C连接，导体36d与集电环56D的转子91D连接，导体36e与集电环56E的转子91E连接。导体36a沿着Z方向延伸，在其下端沿着例如与Z方向垂直的方向延伸而与转子91A连接。导体36b、导体36c、导体36d、以及导体36e也同样地沿着Z方向延伸，在它们的下端沿着例如与Z方向垂直的方向延伸而分别与转子91B、转子91C、转子91D、以及转子91E连接。此外，在图9中，导体36a、导体36b、导体36c、导体36d、以及导体36e在两个部位分别与所对应的转子91A、转子91B、转子91C、转子91D、以及转子91E连接，但各导体也可以在一个以上的部位与所对应的转子连接。
多个配线57与集电环56A～56E的定子连接。具体而言，多个配线57包括配线57a、配线57b、配线57c、配线57d、以及配线57e，配线57a与集电环56A的定子92A连接，配线57b与集电环56B的定子92B连接，配线57c与集电环56C的定子92C连接，配线57d与集电环56D的定子92D连接，配线57e与集电环56E的定子92E连接。这多个配线57从支承机构18的内部空间在倾斜轴部50的内孔穿过而延伸到处理容器12的外部。配线57a在处理容器12的外部与直流电源27连接。配线57b和配线57c在处理容器12的外部与加热器电源28连接。配线57d在处理容器12的外部与例如控制部Cnt连接。配线57e在处理容器12的外部与偏压供电部22、即、第1电源22a和第2电源22b连接。此外，第2电源22b与配线57e之间能设置阻抗匹配用的匹配器。
如图9所示，在集电环56A的转子91A的下表面、集电环56A的转子91A与集电环56B的转子91B之间、集电环56B的转子91B与集电环56C的转子91C之间、集电环56C的转子91C与集电环56D的转子91D之间、集电环56D的转子91D与集电环56E的转子91E之间、以及集电环56E的转子91E的上表面设有隔离器87。隔离器87由绝缘体形成，具有相对于旋转轴线RX1沿着周向延伸的环形状。隔离器87是例如聚四氟乙烯制的。
另外，在集电环56A的定子92A的下表面、集电环56A的定子92A与集电环56B的定子92B之间、在集电环56B的定子92B与集电环56C的定子92C之间、集电环56C的定子92C与集电环56D的定子92D之间、集电环56D的定子92D与集电环56E的定子92E之间、以及集电环56E的定子92E的上表面设有隔离器88。隔离器88由绝缘体形成，具有相对于旋转轴线RX1沿着周向延伸的环形状。隔离器88是例如聚四氟乙烯制的。
以下，参照图10和图11对旋转连接器54的多个集电环进行说明。图10是概略地表示一实施方式的集电环的图。在图10的(a)示出了沿着旋转轴线方向观察的集电环的俯视图，在图10的(b)示出了沿着图10的(a)部所示的Xb-Xb线的剖视图。另外，图11是概略地表示一实施方式的集电环的各零部件的图。在图11的(a)示出了沿着旋转轴线方向观察的集电环的转子的俯视图，在图11的(b)示出了沿着图11的(a)所示的XIb-XIb线的剖视图。在图11的(c)示出了沿着旋转轴线方向观察的集电环的定子的俯视图，在图11的(d)示出了沿着图11的(d)所示的XId-XId线的剖视图。上述的集电环56A、集电环56B、集电环56C、集电环56D、和集电环56E具有与图10和图11所示的集电环56的构造同样的构造。以下，说明集电环56的构造。
如图10和图11所示，集电环56具有转子91和定子92。另外，集电环56还具有多个球体93、多个保持件94、螺旋弹簧95、以及螺旋弹簧96。
转子91是以旋转轴线RX1为中心沿着周向延伸的大致环状的构件。转子91可绕旋转轴线RX1旋转。定子92是以旋转轴线RX1为中心沿着周向延伸的大致环状的构件。定子92与该转子91同轴地设置在转子91的相对于旋转轴线RX1而言的外侧。转子91和定子92均由具有导电性的材料形成。转子91和定子92在它们之间提供相对于旋转轴线RX1沿着周向延伸的空间。
在由转子91和定子92提供的上述空间收纳有多个球体93和多个保持件94。具体而言，在该空间内，多个球体93和多个保持件94沿着周向交替地排列。多个球体93具有导电性，形成转子91与定子92之间的电气路径。例如，多个球体93能与转子91和定子92这两者点接触。多个保持件94防止多个球体93彼此的接触。在一实施方式中，多个保持件94分别由绝缘性的材料形成。例如，多个保持件94分别是聚四氟乙烯制的。在这些保持件94由聚四氟乙烯形成的情况下，由于表面润滑的效果而由球体93与保持件之间的接触摩擦导致的该球体93的磨损被降低。
如图11所示，转子91提供有槽91a。该槽91a相对于旋转轴线RX1沿着周向延伸，与收纳多个球体93和多个保持件94的上述空间连续。在该槽91a收纳有螺旋弹簧95。螺旋弹簧95相对于旋转轴线RX1沿着周向延伸。该螺旋弹簧95具有导电性，设于多个球体93与转子91之间，与多个球体93和转子91接触。此外，如图10的(b)所示，划分形成槽91a的转子91的面内的最靠近旋转轴线RX1的部分相对于该旋转轴线RX1具有半径RS1。另外，螺旋弹簧95的圆形的中心线的半径是RS3，半径RS3比半径RS1大。
另外，如图11所示，定子92提供有槽92a。该槽92a相对于旋转轴线RX1沿着周向延伸，与收纳多个球体93和多个保持件94的上述空间连续。在该槽92a收纳有螺旋弹簧96。螺旋弹簧96相对于旋转轴线RX1沿着周向延伸。该螺旋弹簧96具有导电性，设于多个球体93与定子92之间，与多个球体93和定子92接触。此外，如图10的(b)所示，划分形成槽92a的定子92的面内的最靠近旋转轴线RX1的部分相对于该旋转轴线RX1具有半径RS2。另外，螺旋弹簧96的圆形的中心线的半径是RS4，半径RS4比半径RS3大且比半径RS2小。
在图10和图11所示的实施方式的集电环56中，螺旋弹簧95在比螺旋弹簧96远离旋转轴线RX1的位置沿着周向延伸。即、螺旋弹簧95和螺旋弹簧96相对于旋转轴线RX1沿着放射方向排列。以下将相对于旋转轴线RX1在放射方向上的螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的排列称为径向(radial)排列。
在转子91和定子92彼此组合好的状态下，螺旋弹簧95在多个球体93与转子91之间被压缩而变形。由此，螺旋弹簧95在许多点与多个球体93以及转子91接触。另外，在转子91和定子92彼此组合好的状态下，螺旋弹簧96在多个球体93与定子92之间被压缩而变形。由此，螺旋弹簧96在许多点与多个球体93以及定子92接触。
在该集电环56中，转子91与定子92之间的电气路径不仅包括由多个球体93与转子91的点接触和多个球体93与定子的点接触提供的路径，还包括由螺旋弹簧95与多个球体93的许多点接触、螺旋弹簧95与转子91的许多点接触、螺旋弹簧96与多个球体93的许多点接触、以及螺旋弹簧96与定子92的许多点接触提供的路径。因而，在该集电环56中，接触面积较大，接触电阻被降低。
在此，参照图12。图12是表示球体与螺旋弹簧的接触的情形的示意图。图12图示了图10的(a)所示的区域AR1内的沿着图10的(b)所示的XII-XII线的截面。另外，在图12中，相对于旋转轴线RX1而言的周向以Y1方向表示。如图12所示，若例如、转子91相对于定子92向Y1方向移动，则多个球体93由于自转而向Y2方向旋转。由此，能在螺旋弹簧95与多个球体93之间、以及螺旋弹簧96与多个球体93之间产生转动接触。但是，若在来自转子91和定子92的相对于多个球体93的加压较大的状态下转子91被旋转，则螺旋弹簧与球体93之间的摩擦力超过多个球体93的自转力，多个球体93不旋转，产生螺旋弹簧95与多个球体93、以及螺旋弹簧96与多个球体93的滑动摩擦。为了防止该滑动摩擦，在一实施方式中，来自转子91和定子92的相对于多个球体93的加压被调整成，多个球体93的自转力超过多个球体93与螺旋弹簧95之间的摩擦力、以及多个球体93与螺旋弹簧96之间的摩擦力。若如此调整加压，则获得多个球体93与螺旋弹簧95之间的稳定的接触电阻、以及多个球体93与螺旋弹簧96之间的稳定的接触电阻。另外，多个球体93、螺旋弹簧95、和螺旋弹簧96这样的零部件的由摩擦导致的消耗也被降低。
在一实施方式中，螺旋弹簧95和螺旋弹簧96能使用图13所示的斜圈弹簧SCS。在图13的(a)示出了斜圈弹簧的俯视图，在图13的(b)示出了该斜圈弹簧的侧视图。图13所示的斜圈弹簧SCS绕圆形的中心线CL卷绕。该斜圈弹簧SCS的线材在其全长上相对于中心线CL的切线方向T1倾斜且绕该中心线CL卷绕。该斜圈弹簧SCS相对于多个球体93产生的反作用力比一般的螺旋弹簧相对于多个球体93产生的反作用力小。
图14是表示螺旋弹簧的形状与弹簧的回弹之间的关系的剖视图。在图14的(a)示出了线材所卷绕的方向与中心线大致正交的通常的螺旋弹簧GCS的剖视图，在该剖视图中，表示球体93与螺旋弹簧GCS接触着的状态。另外，在图14的(b)示出了斜圈弹簧SCS的剖视图，在该剖视图中，表示球体93与斜圈弹簧SCS接触着的状态。
如图14的(a)所示，若图示的载荷F1从球体93施加于通常的螺旋弹簧GCS，则沿着与载荷F1的方向相反的方向产生弹簧反作用力F2。因而，螺旋弹簧GCS与球体93的接触压力变大。另外，该弹簧反作用力F2的大小取决于螺旋弹簧GCS的节距和该螺旋弹簧GCS的线材的直径。另一方面，如图14的(b)所示，若图示的载荷F1从球体93施加于斜圈弹簧SCS，则沿着与载荷F1的方向正交的方向产生弹簧反作用力F2，与载荷F1的方向相反的方向的弹簧反作用力极小。另外，斜圈弹簧SCS沿着载荷F1的方向容易地变形。
因而，若斜圈弹簧SCS用作螺旋弹簧95和螺旋弹簧96，则螺旋弹簧95、螺旋弹簧96、多个球体93这样的零部件的磨损受到抑制。另外，多个球体93与螺旋弹簧95的接触面积、多个球体93与螺旋弹簧96的接触面积变大，接触电阻进一步变小，另外，接触电阻稳定。另外，采用斜圈弹簧SCS，不影响与来自球体93的载荷的方向相反的方向的弹簧反作用力，能够增大线材的直径，能够缩小斜圈弹簧SCS中的线材的节距。
此外，斜圈弹簧SCS相对来自球体93的载荷的弹簧反作用力的大小可通过斜圈弹簧SCS的线材的倾斜角度进行调整。另外，斜圈弹簧SCS与球体93的接触电阻可通过斜圈弹簧SCS的压缩率进行调整。以下参照图15来详细地说明。图15是表示斜圈弹簧SCS的压缩率与接触电阻之间的关系的图。在图15的(a)示出了球体93不接触的状态(即、自由状体)的斜圈弹簧SCS，在图15的(b)示出了球体93接触的状态的斜圈弹簧SCS。
在图15的(a)所示的状态下，斜圈弹簧SCS的线材相对于该线材所接触的面的接触位置处的切线方向T3以倾斜角度θ1倾斜。在该状态下，与切线方向T3正交的方向T2上的斜圈弹簧SCS的宽度是D1。在图15的(b)所示的状态下，对斜圈弹簧SCS施加来自球体93的载荷，在球体93的接触部位，斜圈弹簧SCS的线材的相对于切线方向T3的倾斜角度θ2比倾斜角度θ1小。此时，球体93的接触部位处的斜圈弹簧SCS的方向T2上的宽度成为比D1小的D2。
在斜圈弹簧SCS中，倾斜角度θ2相对于倾斜角度θ1越变小，弹簧反作用力越大。因而，在斜圈弹簧SCS中，通过对倾斜角度θ1和倾斜角度θ2进行调整，能够对弹簧反作用力的大小进行调整。另外，能够利用将宽度D2除以宽度D1的值、即、压缩率(D2/D1)使斜圈弹簧SCS与球体93的接触电阻变化。例如，压缩率(D2/D1)越小，斜圈弹簧SCS与球体93的接触面积越大，斜圈弹簧SCS与球体93的接触电阻变小。此外，斜圈弹簧SCS的压缩率(D2/D1)以线材彼此不接触的方式在成为例如75％以上的范围内被调整。
以下说明集电环56的接触电阻的合成电阻值。图16是表示在一实施方式的集电环中产生接触电阻的部位的图。如图16所示，在集电环56中，在从处理容器12的外部延伸的配线与定子92的接触部位P1、定子92与球体93的接触部位P2、球体93与转子91的接触部位P3、转子91与从导体部36A所对应的导体延伸的配线的接触部位P4、定子92与螺旋弹簧96的接触部位P5、球体93与螺旋弹簧96的接触部位P6、球体93与螺旋弹簧95的接触部位P7、以及螺旋弹簧95与转子91的接触部位P8处产生接触电阻。以下将接触部位P1、接触部位P2、接触部位P3、接触部位P4、接触部位P5、接触部位P6、接触部位P7、接触部位P8各自的接触电阻值设为R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8。
将仅考虑了这些接触电阻的集电环56的等效电路表示在图17中。在图17的(a)示出了仅考虑接触电阻的集电环56的等效电路。另外，图17的(b)示出了不存在螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的情况的、集电环56的等效电路。如图17的(a)所示，在仅考虑了接触电阻的集电环56的等效电路中，在接触部位P1的接触电阻与接触部位P4的接触电阻之间存在两个电气路径。两个电气路径中的第1路径是包括接触部位P2的接触电阻和接触部位P3的接触电阻的路径。即、第1路径不包括由螺旋弹簧95和螺旋弹簧96带来的接触电阻，而是定子92与球体93的接触电阻和球体93与转子91的接触电阻的串联路径。另外，两个电气路径中的第2路径是包括接触部位P5、接触部位P6、接触部位P7、以及接触部位P8的路径。即、第2路径是包括由螺旋弹簧95和螺旋弹簧96带来的接触电阻的串联路径。
对于不具有螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的集电环，如图17的(b)所示，不存在第2路径，仅存在第1路径。因而，不具有螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的集电环的接触电阻的合成电阻值R01如式(1)所示那样。
R01＝R1+RA+R4…(1)
在此，RA是R2+R3。
接触部位P2和接触部位P3处的接触是点接触，RA非常大。另外，在球体93的个数是n个的情况下，合成电阻值R01以式(1a)表示，但接触部位P2和接触部位P3处的点接触的数非常少，因此，无法缩小合成电阻值R01。所以，不具有螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的集电环的电阻值变大。
R01＝R1+RA/n+R4…(1a)
另一方面，如图17的(a)所示，在具有螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的集电环56中，在接触部位P1的接触电阻与接触部位P4的接触电阻之间并联连接有第1路径和第2路径。该集电环56中的第2路径的合成电阻值RB如式(2)所示那样。
RB＝R5+R6+R7+R8…(2)
式(2)中的接触电阻值R5、接触电阻值R6、接触电阻值R7、接触电阻值R8是从由螺旋弹簧带来的许多接触点获得的接触电阻值，因此，是非常小的值。另外，接触电阻值R5、接触电阻值R6、接触电阻值R7、接触电阻值R8稳定。而且，具有多个球体93的集电环56的接触电阻的合成电阻值如式(3)所示那样。
R03＝R1+1/(1/(RA/n)+1/(RB/n))+R4(3)
如从式(3)可知那样，具有螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的集电环56的接触电阻的合成电阻值非常小。此外，制作了具有21个球体93的集电环56的一个例子，结果确认到获得2.6mΩ这样小的合成电阻值作为式(3)的合成电阻值R03。
因而，在具有与该集电环56的结构同样的结构的集电环56A～56E的等离子体处理装置10中，可对静电卡盘32的电极膜32a施加3000V的直流电压、或、用于除电的负数千伏V的直流电压。另外，也可从加热器电源28向加热器28b供给例如200V、且20A～60A的交流电力。另外，可将较大的偏压向下部电极34供给。
另外，温度传感器34c的信号是较小的电平的电压信号，因此，易于受到电阻的影响，一般而言，利用桥式电路将来自温度传感器34c的信号向处理容器12内的外部取出。然而，在等离子体处理装置10中，即使不使用桥式电路，也可借助具有较小的电阻值的电气路径将来自温度传感器34c的信号向处理容器12的外部取出。
以下，说明旋转连接器54的高频特性。图18是用于说明一实施方式的旋转连接器的高频特性的图，在图18的(a)示出了在该旋转连接器中产生电容量的部位，在图18的(b)示出了仅考虑了该电容量的电路。
如图18的(a)所示，集电环56E是如上述那样供给高频偏压的电气路径。该集电环56E、该集电环56E、隔离器87、以及隔离器88产生影响高频的电容量。具体而言，包括集电环56E的定子92E、集电环56D的定子92D、以及设于定子92E与定子92D之间的隔离器88的部位P11成为具有电容量C1的电容器。另外，包括集电环56E的转子91E、集电环56D的转子91D、以及设于转子91E与转子91D之间的隔离器87的部位P14成为具有电容量C4的电容器。另外，包括定子92E和转子91E的部位P15成为具有电容量C5的电容器，包括定子92E和转子91E的部位P16成为具有电容量C6的电容器。另外，包括定子92D和转子91D的部位P17成为具有电容量C5的电容器，包括定子92D和转子91D的部位P18成为具有电容量C6的电容器。
图19是表示一实施方式的旋转连接器的针对高频的等效电路的图。参照图18进行了说明的电容器、和上述的接触电阻的合成电阻针对高频构成图19所示的等效电路。在该等效电路中，在端子J1与端子J2之间连接有部位P11的电容器，部位P15的电容器、部位P16的电容器、部位P14的电容器、部位P17的电容器、以及部位P18的电容器与部位P11的电容器并联连接。部位P15的电容器与部位P16的电容器并联地设置，在部位P15的电容器和部位P16的电容器并联连接有合成电阻值R03/n的合成电阻。另外，部位P17的电容器和部位P18的电容器并联地设置，在部位P17的电容器和部位P18的电容器并联连接有合成电阻值R03/n的合成电阻。而且，在部位P14的电容器并联连接有在处理容器12内产生的负荷这样的针对高频的负荷Ld。
电容量C5和电容量C6是由转子与定子之间的较窄的间隙带来的，因此，是较小的电容量。另一方面，隔离器87和隔离器88由例如聚四氟乙烯形成，因此，电容量C1和电容量C4是较大的电容量。因而，能够使从端子J1向部位P11的电容器和部位P14的电容器分流的电流降低，能将高频向负荷Ld效率良好地供给。
例如，根据旋转连接器54，能够将端子J1与端子J2之间的电容量调整成46pF。46pF的电容量相对于13.56MHz的高频而言成为255Ω的阻抗。因而，若将负荷Ld的阻抗设为1Ω，则施加于端子J1的电流中的1/255的电流向部位P11的电容器和部位P14的电容器分流。如此，根据旋转连接器54，能够抑制高频的损失。
此外，电容量C1和电容量C4取决于隔离器87的厚度和隔离器88的厚度。例如通过增大隔离器87的厚度和隔离器88的厚度，能够增大电容量C1和电容量C4。然而，若隔离器87的厚度和隔离器88的厚度变大，则旋转连接器54大型化。因而，隔离器87的厚度和隔离器88的厚度能设定在旋转连接器54的可容许的尺寸的范围内。
另外，在旋转连接器54中，期望的是防止多个集电环间的绝缘击穿、沿面放电。隔离器87和隔离器88的材料和厚度也对这样的绝缘击穿、沿面放电造成影响。因而，以可防止绝缘击穿、沿面放电的方式选择隔离器87的材料和厚度以及隔离器88的材料和厚度。此外，聚四氟乙烯具有20kV/mm的直流绝缘耐压，具有例如2kV/mm的直流沿面放电耐压，作为隔离器87和隔离器88的材料比较优异。如此，作为能用作隔离器87和隔离器88的材料的这样的材质，除此之外，还可以例示聚醚醚酮(PEEK)。
以上对各种实施方式进行了说明，但并不限定于上述的实施方式，也可构成各种变形形态。例如、螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的排列并不限定于径向排列。如图20所示，例如，螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的排列也可以是轴向(Axial)排列。具体而言，在图20所示的旋转连接器54中，螺旋弹簧95和螺旋弹簧96沿着旋转轴线RX1延伸的方向排列。
在采用了径向排列的集电环中，如图9所示，比螺旋弹簧96设置得靠近旋转轴线RX1的螺旋弹簧95与多个球体93之间的伸缩量比螺旋弹簧96与多个球体93之间的伸缩量大。因而，螺旋弹簧95的磨损比螺旋弹簧96的磨损多。
另一方面，如图20所示，在采用了轴向排列的集电环中，螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的距旋转轴线RX1的距离成为大致相同的距离。因而，螺旋弹簧95与多个球体93之间的伸缩量和螺旋弹簧96与多个球体93之间的伸缩量大致相等、且变小。因而，螺旋弹簧95和螺旋弹簧96的磨损变少，集电环的寿命延长。
另外，上述的实施方式的集电环的转子设于定子的内侧。即、内圈是转子，外圈是定子。然而，也可以是，内圈是定子，外圈是转子。
另外，上述的等离子体处理装置10是感应耦合型的等离子体处理装置，但本说明书所公开的思想可适用于如电容耦合型的等离子体处理装置、利用微波这样的表面波的等离子体处理装置那样任意的等离子体处理装置。
附图标记说明
10、等离子体处理装置；12、处理容器；14、气体供给系统；14a、第1气体供给部；14b、第2气体供给部；16、等离子体源；18、支承机构；20、排气系统；20b、涡轮分子泵；22、偏压供电部；22a、第1电源；22b、第2电源；24、驱动装置；26、整流构件；27、直流电源；28、加热器电源；30、保持部；32、静电卡盘；32b、加热器；34、下部电极；34c、温度传感器；34f、制冷剂流路；36、旋转轴部；36A、导体部；36a、36b、36c、36d、36e、导体；40、容器部；50、倾斜轴部；52、磁性流体密封部；54、旋转连接器；57a、57b、57c、57d、57e、配线；56、56A、56B、56C、56D、56E、集电环；66、配管；70、旋转接头；72、配管；74、配管；76、冷却单元；78、驱动装置；80、带轮；82、传动带；91、91A、91B、91C、91D、91E、转子；92、92A、92B、92C、92D、92E、定子；93、球体；95、螺旋弹簧；96、螺旋弹簧；150A、150B、高频电源；AX1、第1轴线；AX2、第2轴线；Cnt、控制部；W、晶圆。

Claims (14)

1.一种集电环，其具备：
导电性的转子，其能够绕旋转轴线旋转；
导电性的定子，其与所述转子同轴地设置；
导电性的球体，其配置于所述转子与所述定子之间，形成所述转子与所述定子之间的电气路径；
导电性的螺旋弹簧，其设于所述转子和所述定子中的一者与所述球体之间，相对于所述旋转轴线沿着周向延伸，该螺旋弹簧与所述转子、所述定子中的所述一者以及所述球体接触。
2.根据权利要求1所述的集电环，其中，
该集电环还具备导电性的另一螺旋弹簧，
该另一螺旋弹簧设于所述转子和所述定子中的另一者与所述球体之间，相对于所述旋转轴线沿着周向延伸，与所述转子、所述定子中的所述另一者以及所述球体接触。
3.根据权利要求2所述的集电环，其中，
所述螺旋弹簧和所述另一螺旋弹簧沿着所述旋转轴线延伸的方向排列。
4.根据权利要求2所述的集电环，其中，
所述螺旋弹簧和所述另一螺旋弹簧相对于所述旋转轴线沿着放射方向排列。
5.根据权利要求1所述的集电环，其中
所述螺旋弹簧是斜圈弹簧。
6.根据权利要求2～4中任一项所述的集电环，其中，
所述螺旋弹簧和所述另一螺旋弹簧是斜圈弹簧。
7.一种支承机构，其用于在等离子体处理装置的处理容器内支承被处理体，其中，
该支承机构具备：
保持部，其用于保持被处理体，该保持部能够以第1轴线为中心旋转；
驱动装置，其使所述保持部旋转；
旋转连接器，其具有多个集电环，该多个集电环分别是权利要求1～6中任一项所述的集电环，设置成所述旋转轴线与所述第1轴线一致，
所述保持部具有：
下部电极；
静电卡盘，其设于所述下部电极上；
多个导体，其以各自的中心轴线与所述第1轴线一致的方式同轴地设置，该多个导体包括与所述静电卡盘的电极膜连接的第1导体和与所述下部电极连接的第2导体，
所述多个集电环中的第1集电环与所述第1导体电连接，所述多个集电环中的第2集电环与所述第2导体电连接。
8.根据权利要求7所述的支承机构，其中，
该支承机构还具备：
容器部，其与所述保持部一起划分形成密闭的空间；
空心的倾斜轴部，其与所述容器部结合，沿着与所述第1轴线正交的第2轴线延伸；
另一驱动装置，其使所述倾斜轴部绕所述第2轴线旋转，
所述多个导体、使所述保持部旋转的所述驱动装置、以及所述旋转连接器设于所述空间内。
9.一种等离子体处理装置，其用于对被处理体进行等离子体处理，其中，
该等离子体处理装置具备：
处理容器；
气体供给系统，其向所述处理容器内供给气体；
等离子体源，其使供给到所述处理容器内的气体激发；
权利要求7或8所述的支承机构，该支承机构在所述处理容器内利用所述保持部保持被处理体；
排气系统，其用于进行所述处理容器内的空间的排气；
直流电源，其设于所述处理容器的外部，产生向所述静电卡盘的所述电极膜施加的电压；
偏压供电部，其设于所述处理容器的外部，产生向所述下部电极施加的偏压，
所述直流电源借助第1配线与所述第1集电环连接，
所述偏压供电部借助第2配线与所述第2集电环连接。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其中，
所述支承机构是权利要求8所述的支承机构，
所述保持部和所述容器部设于所述处理容器内，
所述倾斜轴部设置成从所述处理容器的内部延伸到该处理容器的外部，
所述第1配线在所述倾斜轴部内穿过而将所述直流电源与所述第1集电环连接起来，
所述第2配线在所述倾斜轴部内穿过而将所述偏压供电部与所述第2集电环连接起来。
11.根据权利要求10所述的等离子体处理装置，其中，
所述保持部还具有加热器，
所述多个导体还具有与所述加热器连接的第3导体和第4导体，
所述多个集电环还包括与所述第3导体连接的第3集电环和与所述第4导体连接的第4集电环，
该等离子体处理装置还包括加热器电源，该加热器电源设于所述处理容器的外部，向所述加热器供电，
所述加热器电源借助在所述倾斜轴部内穿过的第3配线与所述第3集电环电连接，所述加热器电源借助在所述倾斜轴部内穿过的第4配线与所述第4集电环电连接。
12.根据权利要求10或11所述的等离子体处理装置，其中，
所述支承机构还包括设于所述保持部的温度传感器，
所述多个导体还具有与所述温度传感器连接的第5导体，
所述多个集电环还包括与所述第5导体连接的第5集电环，
该等离子体处理装置还具有控制部，
所述控制部借助在所述倾斜轴部内穿过的第5配线与所述第5集电环电连接。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的等离子体处理装置，其中，
所述偏压供电部将脉冲调制后的直流电压向所述下部电极供给。
14.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其中，
所述偏压供电部将所述脉冲调制后的直流电压和高频偏压选择性地向所述下部电极供给。
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