CN1882217A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在对供电部件供给高频电流时能够减小供电部件的发热量的等离子体处理装置。作为等离子体处理装置的基板加热装置(21)具备：设有高频电极(27)的陶瓷基体(23)、对高频电极(27)供给高频电流的高频电极用供电部件(35)，高频电极用供电部件(35)具有供电主体部和在供电主体部外周面形成的电导率比供电主体部的更高的高电导率金属层。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置。
背景技术
原来，在半导体的制造工序和液晶的制造工序中，使用了等离子体处理装置。在等离子体处理装置上设有把高频电流供给RF电极(高频电极)的供电部件，例如作为金属导体的Ni棒(例如，参照专利文献1-特开平11-26192号公报)。
在对该供电部件施加高频电压时，因表面效应，电流在供电部件的表面层(例如离供电部件的表面几μm～几十μm的深度范围)集中流过，在径向中央部几乎没有电流流过。
虽然供电体的电阻由以下的(1)式表示，但如前所述，由于因表面效应供电体的径向中央部几乎没有电流流过，所以有效的截面积S减小，结果电阻R上升。
(1)R＝L/σS(R：电阻，L：供电体的长度，σ：电导率，S：截面积)
另一方面，供电体的发热量由以下的(2)式表示，电阻R上升的话，发热量也增加。
(2)W＝RI2(W：发热量，R：电阻，I：电流)
这样，采用原来的等离子体处理装置中的供电部件的话，因表面效应导致的电阻的增加，供电部件发热，结果，供电部件本身有可能会提前劣化。此外，因供电部件的发热，有可能对在该供电部件附近配置的周围部件产生损伤。并且，因供电部件的劣化导致的供电部件的电阻增加，等离子体处理装置的电感增加，可能会导致等离子体不能正常产生。
发明内容
对此，本发明的目的是提供在对供电部件供给高频电流时能够减小供电部件的发热量的等离子体处理装置。
为了达到上述目的，本发明的等离子体处理装置具备设有电极的基体和对上述电极供给高频电流的供电部件，其特征在于：上述供电部件具有供电主体部和在该供电主体部表面侧形成的电导率比供电主体部的更高的高电导率金属层。
本发明具有以下效果
采用本发明的等离子体处理装置的话，由于在供电部件上设置高电导率金属层，所以，对供电部件施加高频电压时，流过供电主体部表面层的电流的一部分流过高电导率金属层。这样，在对供电部件施加高频电压时，通过降低供电部件表面层的电阻，能够大幅度抑制供电部件的发热量。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的供电部件的立体图。
图2是省略了图1的供电部件中的高电导率金属层的上部来表示的立体图。
图3是本发明的第2实施方式的供电部件的立体图。
图4是省略了图3的供电部件中的高电导率金属层以及防扩散金属层的上部来表示的立体图。
图5是表示作为本发明的第3实施方式的等离子体处理装置的基板加热装置的立体图。
图中：
1、11-供电部件；3-供电主体部；5-高电导率金属层；11-供电部件；13-供电主体部；15-高电导率金属层；17-防扩散金属层；21-基板加热装置(等离子体处理装置)；23-陶瓷基体(基体)；27-高频电极(电极)；29-电阻发热体；35-高频电极用供电部件(供电部件)；37-电阻发热体用供电部件(供电部件)。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
第1实施方式
首先，对本发明的第1实施方式进行说明。在本实施方式中，对在供电主体部的外周面(表面侧)形成有高电导率金属层的供电部件进行说明。
图1是本发明的第1实施方式的供电部件的立体图。图2是省略了图1的供电部件中的高电导率金属层的上部来表示的立体图。
如图1、2所示，供电部件1形成沿该图的上下方向延伸的棒状(细长圆柱状)，具有对产生等离子体的高频电极供给高频电流的作用。
供电部件1由形成细长的棒状的供电主体部3和形成于该供电主体部3外周面的大致呈圆筒状的高电导率金属层5构成。
供电主体部3由Ni、Al、Cu、以及包含这些金属的合金等形成。供电主体部3的形状可采用棒状、圆柱状、电缆状、板状、软线状编织物、圆筒状等各种形状。
高电导率金属层5采用在从室温到900℃的环境下电导率比供电主体部3的更高的材料。例如，在供电主体部3的材质为Ni时，高电导率金属层5较好是由Au、Pt、Rh等贵金属形成。
具体地说，较好是高电导率金属层5在室温的体电阻值为Ni在室温的体积电阻值6.8μΩ·cm的一半以下。此外，较好是高电导率金属层5在900℃的体积电阻值为Ni在900℃的体积电阻值45.5μΩ·cm的一半以下。此外，高电导率金属层5的厚度较好是2～30μm，更好是10μm～30μm。这样的话，高电导率金属层5在对供电主体部3施加10MHz以上的高频电压时，能够使供电主体部3的表面电流的80％以上在高电导率金属层5内有效地流过。高电导率金属层5是使用电镀、喷镀、焊接等方法形成于供电主体部3的表面(外周面)。
这样，供电部件1通过在供电主体部3的表面形成电导率比供电主体部3的更高的高电导率金属层5，在对供电部件1施加高频电压时，流过供电主体部3表面层的表面电流的一部分能够流向高电导率金属层5。这样，减小了施加高频电压时供电主体部3的电阻，能够减少供电体主体部3的发热量。并且，通过该发热量的减少，由于抑制了供电部件1的劣化，从而能够抑制供电部件自身电阻的增加，可施加任意的等离子体功率。
第2实施方式
其次，对本发明的第2实施方式进行说明。在本实施方式中，对在供电主体部的外周面(表面侧)通过防扩散金属层形成高电导率金属层的供电部件进行说明。
图3是本发明的第2实施方式的供电部件的立体图，图4是省略图3的供电部件中的高电导率金属层以及防扩散金属层来表示的立体图。
本实施方式的供电部件11形成细长的棒状，具备配置于径向中心的供电主体部13、形成于该供电主体部13外周面的防扩散金属层17、形成于防扩散金属层17外周面的高电导率金属层15。即，在供电主体部13和高电导率金属层15之间形成有防扩散金属层17。
防扩散金属层17是难以扩散进供电主体部13的金属，较好是例如Cr、Rh等。此外，防扩散金属层17的厚度较好是0.1～5μm。防扩散金属层17通过电镀、喷镀、焊接等方法形成于供电主体部13的表面。防扩散金属层17也可以比供电主体部13的电导率更低。还有，高电导率金属层15通过电镀、喷镀、焊接等方法形成于防扩散金属层17的表面。
这样，采用本实施方式的供电部件11的话，通过在供电主体部13和高电导率金属层15之间设置防扩散金属层17，在高温环境下能够防止高电导率金属层15向供电主体部13扩散。这样，即使在高温环境下，流过供电主体部13表面层的表面电流的一部分流向高电导率金属层15，也能够进一步降低供电主体部13的发热量。
第3实施方式
其次，对作为本发明的第3实施方式的等离子体处理装置的基板加热装置进行说明。在本实施方式的基板加热装置中具备上述第1实施方式或第2
实施方式的供电部件。
图5是表示本发明的第3实施方式的基板加热装置的立体图。
该基板加热装置21具备形成圆盘状的陶瓷基体23、安装在该陶瓷基体23背面33并支撑陶瓷基体23的轴25，在上述陶瓷基体23的内部埋设有高频电极27以及电阻发热体29。该高频电极27配置于比电阻发热体29更上面的一侧。
陶瓷基体23的上面形成于装载以及保持基板(晶圆)的基板装载面31，通过电阻发热体29加热，能够加热基板装载面31上的基板。陶瓷基体23较好是用AlN、SN、SiC、氧化铝等形成。
高频电极27从后述供电部件35、37被供给高频电流，产生等离子体。
高频电极27的形状能够采用网眼状、平板状等各种形状。还有，高频电极27也可以通过在陶瓷基板23上印刷导电胶来形成。高频电极27具有导电性，能够由例如W、Mo、WMo、WC等导电性高熔点材料形成。
电阻发热体29的形状能够采用网眼状、线圈状等各种形状。电阻发热体29也可以通过在陶瓷基板23上印刷导电胶来形成。电阻发热体29具有导电性，能够由例如W、Mo、WMo、WC等导电性高熔点材料形成。
轴25形成空心的圆筒状，能够以陶瓷、金属等形成。
在轴25的内周侧设有高频电极用供电部件35以及电阻发热体用供电部件37。
高频电极用供电部件35利用铆接、焊接、钎焊、锡焊等方法与高频电极27接合。此外，电阻发热体用供电部件37利用铆接、焊接、钎焊、锡焊等方法与电阻发热体29接合。
这些高频电极用供电部件35以及电阻发热体用供电部件37使用在上述第1实施方式和第2实施方式说明过的供电部件1、11。
即，作为高频电极用供电部件35，可以用在供电主体部3的外周面形成有高电导率金属层5的供电部件(参照图1、2)、以及通过防扩散金属层在供电主体部13的外周面形成有高电导率金属层15的供电部件(参照图3、4)中的任一个。
并且，作为电阻发热体用供电部件37，可以用在供电主体部3的外周面形成有高电导率金属层5的供电部件(参照图1、2)、以及通过防扩散金属层在供电主体部13的外周面形成有高电导率金属层15的供电部件(参照图3、4)中的任一个。
还有，本发明并不限定于上述实施方式，可以有各种变更。例如，在作为等离子体处理装置的上述基板加热装置21中，在陶瓷基体23的内部埋设电阻发热体29，轴25与陶瓷基体23的背面33接合。但是，也可以不设置电阻发热体29，或者也可以不设置轴25。
实施例
其次，通过实施例对本发明进行更具体的说明。
实施例1
作为实施例1，制作了图3以及图4所示的供电部件11。
具体地说，首先，准备由长200mm的Ni棒做成的供电主体部。其次，作为防扩散金属层，在供电主体部的外周面电镀上厚0.5μm的Rh。然后，作为高电导率金属层，在防扩散金属层的外周面上电镀上厚20μm的金，做成了实施例1的供电部件。
实施例2
作为实施例2，制作了图1以及图2所示的供电部件1。
具体地说，首先，准备由长200mm的Ni棒做成的供电主体部。其次，不形成防扩散金属层，在供电主体部的外周面电镀上厚20μm的Au，做成了
实施例2的供电部件。
实施例3～实施例6
以与上述实施例1、2同样的顺序，用以下的表1所示的内容分别制作了实施例3～6的供电部件。
【表1】
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 比较例1 | ||
| 高电导率金属层 | 材质 | Au | Au | Au | Au | Au | Au | 无 |
| 厚度[μm] | 20 | 20 | 2 | 10 | 30 | 20 | - | |
| 防扩散金属层 | 材质 | Rh | 无 | Rh | Rh | Rh | Cr | 无 |
| 厚度[μm] | 0.5 | - | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | - | |
| 电阻值(13.56MHz)[mΩ] | 78 | 66 | 332 | 183 | 71 | 85 | 796 | |
| 周边部件的损伤 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | × | |
比较例1
作为比较例1，准备由长200mm的Ni棒做成的供电主体部。在该供电部件上不设置防扩散金属层以及高电导率金属层。
评估1(在室温的电阻值)
测量了在室温20℃下对上述实施例1～6以及比较例1的供电部件施加13.56MHz高频电压时的电阻值。
结果，在实施例3中，即使在防扩散金属层上只形成2μm作为高电导率金属层的Au，相对于没有形成高电导率金属层的比较例1，能够使在13.56MHz的电阻值R减半。此外，根据在上述背景技术中说明过的(2)式可判断出实施例3的供电部件相对于比较例1的供电部件能够使施加高频电压时的发热量也减半。
此外，判断出在实施例4中，使高电导率金属层的厚度为10μm的话，能够使施加13.56MHz高频电压时的电阻值R相对于比较例1降低到20％以下。同样，在实施例1、2、5、6中，使高电导率金属层的厚度为20μm以上的话，能够使施加13.56MHz高频电压时的电阻值R相对于比较例1降低到10％以下。
评估2(保持在1000℃后的体电阻值)
此外，如以下的表2所示，在1000℃的大气环境气体中保持供电部件4小时后，同样在室温，分别测量了施加了13.56MHz高频电压时的各电阻值R。
【表2】
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 比较例1 | |
| 电阻值(13.56MHz)[mΩ] | 85 | 530 | 343 | 226 | 76 | 92 | 820 |
| 周边部件的损伤 | ○ | × | ○ | ○ | ○ | ○ | × |
结果可判断出，如从实施例2所清楚的，对于没有设置防扩散金属层的供电部件，保持在高温环境下的话，体积电阻值大幅度增加。这是因为，在高温下，作为高电导率金属层的Au扩散到供电主体部。因此，通过对供电部件设置防扩散金属层，由于防止作为高电导率金属层的Au扩散到供电主体部，所以，即使在高温环境下保持供电部件的场合也完全没有变化。
还有，如实施例1、6所示，在防扩散金属层的材质为Cr时，也得到了与Rh几乎相同的效果。
评估3(周边部件的损伤度)
再有，使用保持在1000℃之前和之后的各供电部件做成等离子体处理装置，在对供电部件施加13.56MHz、2000W高频电压时，对周边部件是否受到损伤进行检查。表1、2表示其结果。在产生了损伤时给与×，没产生时给与○。
如表1、2所示，在比较例1中，对于在1000℃高温环境气体中保持之前和之后的供电部件都在施加高频电压时对周边部件产生损伤。
此外，如实施例2所示，没有设置防扩散金属层时，虽然在保持于1000℃高温环境气体中之前的供电部件中在施加高频电压时对周边部件没产生损伤，但在保持于1000℃高温环境气体中之后的施加高频电压时则产生损伤。这样，可知设有防扩散金属层的较好。
Claims (7)
1.一种等离子体处理装置，具备具有被施加高频电压的电极的基体和对上述电极供给高频电流的供电部件，其特征在于：
上述供电部件具有供电主体部和在供电主体部表面侧形成的电导率比供电主体部的更高的高电导率金属层。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：在上述供电部件的供电主体部和上述高电导率金属层之间设有防止高电导率金属层向供电主体部扩散的防扩散金属层。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：在上述基体设有电阻发热体，在该电阻发热体上设有供给电流的上述供电部件。
4.根据权利要求1或2任何一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：上述高电导率金属层的厚度为2μm～30μm。
5.根据权利要求1或2任何一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：上述供电部件的供电主体部由Ni、Al、Cu、以及包含它们的合金之中的至少一种做成。
6.根据权利要求1或2任何一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：上述高电导率金属层由贵金属或包含该贵金属的合金做成。
7.根据权利要求1或2任何一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：上述防扩散金属层由Cr、Rh的至少一种形成。
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