KR20170137719A - 슬립 링, 지지 기구 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

일실시형태의 슬립 링은, 회전축선 둘레에서 회전 가능한 도전성의 회전자와, 회전자와 동축에 설치된 도전성의 고정자와, 회전자와 고정자 사이에 배치되는 도전성의 구체이며, 회전자와 고정자 사이의 전기적 패스를 형성한다, 상기 구체와, 회전자 및 고정자 중 한쪽과 구체 사이에 있어서 설치되고, 회전축선에 대하여 둘레 방향으로 연장된 도전성의 코일 스프링이며, 회전자 및 고정자 중 한쪽과 구체에 접촉하는 상기 코일 스프링을 포함한다.

Description

슬립 링, 지지 기구 및 플라즈마 처리 장치
본 발명은, 슬립 링, 지지 기구 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에서는, 피처리체의 에칭에 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 예컨대, 자기 랜덤 액세스 메모리(Magnetic Random Access Memory : MRAM)에 포함되는 자성층의 에칭에도 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 일반적으로, 그 내부에 있어서 플라즈마 처리가 행해지는 처리 용기를 구비한다. 처리 용기 내에는 스테이지가 설치되어 있다.
스테이지는, 일반적으로, 정전 척 및 하부 전극을 구비하고 있다. 정전 척은, 유전체에 의해 둘러싸인 전극막을 가지며, 상기 전극막에 전압이 인가되는 것에 의해 정전력을 발생시킨다. 이 정전력에 의해, 정전 척은 피처리체를 흡착하여 유지한다. 또한, 하부 전극에는, 피처리체에 이온을 인입하기 위한 고주파 바이어스가 공급된다.
이러한 스테이지의 일종으로서, 피처리체에 대한 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키기 위해 회전 가능하게 구성된 회전 스테이지가 있다. 회전 스테이지에서는, 정전 척의 전극막에 전압을 인가하기 위해, 또한, 하부 전극에 고주파 바이어스를 공급하기 위해, 슬립 링이 이용된다. 이와 같은 회전 스테이지를 구비하는 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 일본 특허 공개 평01-117317호 공보에 기재되어 있다.
또한, 슬립 링에는, 비접촉식의 슬립 링과 접촉식의 슬립 링이 있다. 비접촉식의 슬립 링에서는, 일본 특허 공개 평10-143791호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 전기 전도성을 갖는 매체가 고정자와 회전자 사이에 충전되어 있다. 이러한 매체에는, 예컨대 수은이 이용된다. 또한, 접촉식의 슬립 링에서는, 고정자와 회전자 사이에, 이들 고정자와 회전자를 전기적으로 접속하는 브러시가 설치되어 있다. 브러시를 이용한 슬립 링에 관해서는, 예컨대 일본 특허 공개 제2009-225578호 공보 및 일본 특허 공개 평11-214108호 공보에 기재되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평01-117317호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평10-143791호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2009-225578호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 평11-214108호 공보
비접촉식의 슬립 링에서는, 매체로서 이용되는 수은이 인체에 유독하고, 또한, 수은을 밀봉하기 위한 시일 구조가 필요하기 때문에, 슬립 링이 대형화한다. 또한, 장기간의 사용에 의해 시일 구조가 파손되어 수은의 누설이 생기는 것에 의해, 외부 환경에 심각한 영향을 미칠 우려도 있다.
접촉식의 슬립 링에서는, 비접촉식의 슬립 링의 전술한 문제는 피할 수 있지만, 브러시의 점접촉에 의해 회전자와 고정자가 전기적으로 접속되기 때문에, 접촉 저항이 커진다. 이러한 배경 때문에, 접촉식의 슬립 링에 있어서 접촉 저항을 저감시키는 것이 요청되고 있다.
일양태에 있어서는, 슬립 링이 제공된다. 이 슬립 링은, 회전자, 고정자, 구체 및 코일 스프링을 구비하고 있다. 회전자는 도전성을 가지며, 회전축선 둘레에서 회전 가능하다. 고정자는, 도전성을 가지며, 회전자와 동축에 설치되어 있다. 구체는, 도전성을 가지며, 회전자와 고정자 사이에 배치되어 있다. 구체는, 회전자와 고정자 사이의 전기적 패스를 형성한다. 코일 스프링은, 도전성을 가지며, 회전자 및 고정자 중 한쪽과 구체 사이에 있어서 설치되어 있고, 회전축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 코일 스프링은, 회전자 및 고정자 중 한쪽과 구체에 접촉하고 있다.
상기 슬립 링에서는, 도전성의 코일 스프링이, 회전자 및 고정자 중 한쪽과 구체 사이에 설치되어 있고, 상기 코일 스프링이, 회전자 및 고정자 중 한쪽 및 구체에 다수의 점에서 접촉한다. 따라서, 회전자 및 고정자 중 한쪽과 구체 사이의 접촉 저항이 저감되어, 슬립 링의 접촉 저항이 저감된다.
일실시형태의 슬립 링은, 도전성의 별도의 코일 스프링을 더 구비하고 있어도 좋다. 이 실시형태에서는, 별도의 코일 스프링은, 회전자 및 고정자 중 다른 한쪽과 구체 사이에 설치되고, 회전축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되어, 회전자 및 고정자 중 다른 한쪽과 구체에 접촉한다. 이 실시형태에서는, 코일 스프링이, 회전자 및 고정자 중 다른 한쪽 및 구체에 다수의 점에서 접촉한다. 따라서, 회전자 및 고정자 중 다른 한쪽과 구체 사이의 접촉 저항이 저감한다. 따라서, 슬립 링의 접촉 저항이 더욱 저감된다.
일실시형태에 있어서, 코일 스프링 및 별도의 코일 스프링은, 회전축선이 연장되는 방향으로 배열되어 있어도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 코일 스프링 및 별도의 코일 스프링, 즉 2개의 코일 스프링의 회전축선으로부터의 거리가 동일한 거리가 된다. 따라서, 2개의 코일 스프링 중 한쪽과 구체 사이의 슬립량과, 2개의 코일 스프링 중 다른 한쪽과 구체 사이의 슬립량의 차이가 작아져, 2개의 코일 스프링과 구체의 슬라이딩에 기인하는 마모가 저감된다. 그 결과로서, 슬립 링의 수명이 길어진다. 또, 별도의 일실시형태에서는, 코일 스프링 및 별도의 코일 스프링은, 회전축선에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있어도 좋다.
일실시형태에서는, 코일 스프링은 사선형 스프링이어도 좋다. 사선형 스프링이 구체에 대하여 발생시키는 반력은, 일반적인 코일 스프링이 발생시키는 반력보다 작다. 따라서, 코일 스프링과 구체의 접촉 면적이 커지고, 접촉 저항이 더욱 작아진다. 또한, 접촉 저항이 안정된다.
일실시형태에서는, 코일 스프링 및 별도의 코일 스프링의 쌍방은, 사선형 스프링이어도 좋다. 코일 스프링과 구체의 접촉 면적, 및 별도의 코일 스프링과 구체의 접촉 면적이 커지고, 접촉 저항이 더욱 작아진다. 또한, 접촉 저항이 안정된다.
별도의 양태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 있어서 피처리체를 지지하기 위한 지지 기구가 제공된다. 이 지지 기구는, 유지부, 구동 장치 및 회전 커넥터를 구비하고 있다. 유지부는, 피처리체를 유지하도록 구성되어 있고, 제1 축선 중심으로 회전 가능하도록 구성되어 있다. 구동 장치는, 유지부를 회전시키도록 구성되어 있다. 회전 커넥터는, 복수의 슬립 링을 갖고 있다. 복수의 슬립 링은, 전술한 일양태 및 여러가지 실시형태 중의 어느 슬립 링이며, 제1 축선에 회전축선이 일치하도록 설치되어 있다. 유지부는, 하부 전극, 정전 척 및 복수의 도체를 갖고 있다. 정전 척은, 하부 전극 상에 설치되어 있다. 복수의 도체는, 이들의 중심축선이 제1 축선에 일치하도록 동축에 설치되어 있다. 복수의 도체는, 정전 척의 전극막에 접속된 제1 도체 및 하부 전극에 접속된 제2 도체를 포함하고 있다. 복수의 슬립 링 중 제1 슬립 링은 제1 도체에 전기적으로 접속되어 있고, 복수의 슬립 링 중 제2 슬립 링은 제2 도체에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 지지 기구에서는, 전술한 일양태 및 여러가지 실시형태 중의 어느 슬립 링을 채용한 회전 커넥터를 갖고 있기 때문에, 정전 척의 전극막, 및 하부 전극에 대한 전기적 패스에서의 접촉 저항이 저감된다. 따라서, 정전 척의 전극막에 큰 전압을 인가하는 것이 가능해지고, 또한 하부 전극에 큰 바이어스를 부여하는 것이 가능해진다.
일실시형태의 지지 기구는, 용기부, 경사축부 및 별도의 구동 장치를 더 구비할 수 있다. 용기부는, 유지부와 함께 밀폐된 공간을 구획하도록 구성되어 있다. 경사축부는, 제1 축선에 직교하는 제2 축선을 따라서 연장되는 중공 형상을 갖고 있고, 용기부에 결합되어 있다. 별도의 구동 장치는, 경사축부를 제2 축선 둘레에서 회전시키도록 구성되어 있다. 복수의 도체, 유지부를 회전시키는 구동 장치 및 회전 커넥터는, 용기부 및 유지부에 의해 구획되는 공간 내에 설치되어 있다. 이 실시형태의 지지 기구는, 유지부를 경사시키고, 또한 회전시키는 것이 가능하며, 이러한 유지부의 정전 척의 전극막 및 하부 전극에 대해서도, 접촉 저항이 적은 전기적 패스를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 복수의 도체, 유지부 및 회전 커넥터가, 용기부 및 유지부에 의해 구획되는 공간 내에 설치되기 때문에, 상기 지지 기구가 플라즈마 처리 장치에 이용되는 경우에, 플라즈마 처리를 위한 공간과는 분리된 공간 내에서, 복수의 도체, 유지부 및 회전 커넥터를 보호할 수 있다.
또 다른 양태에 있어서는, 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기, 가스 공급계, 플라즈마원, 지지 기구, 배기계, 직류 전원 및 바이어스 전력 공급부를 구비하고 있다. 가스 공급계는, 처리 용기 내에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 플라즈마원은, 처리 용기 내에 공급된 가스를 여기시키도록 구성되어 있다. 지지 기구는, 전술한 별도의 양태 및 실시형태 중의 어느 지지 기구이며, 처리 용기 내에 있어서 유지부에 의해 피처리체를 유지한다. 배기계는, 처리 용기 내의 공간에 대한 배기를 위해 설치되어 있다. 직류 전원은, 처리 용기의 외부에 설치되어 있고, 정전 척의 전극막에 부여되는 전압을 발생시킨다. 바이어스 전력 공급부는, 처리 용기의 외부에 설치되어 있고, 하부 전극에 부여되는 바이어스를 발생시킨다. 직류 전원은, 제1 배선을 통해 제1 슬립 링에 접속되어 있고, 바이어스 전력 공급부는, 제2 배선을 통해 제2 슬립 링에 접속되어 있다.
이 양태에 관한 플라즈마 처리 장치에서는, 제1 슬립 링 및 제2 슬립 링에 각각 접속되는 제1 배선 및 제2 배선을 통해, 정전 척 및 하부 전극에 전력이 안정적으로 공급된다.
일실시형태에서는, 유지부 및 용기부는 처리 용기 내에 설치되어 있고, 경사축부는, 처리 용기의 내부로부터 상기 처리 용기의 외부까지 연장되도록 설치되어 있고, 제1 배선은, 경사축부 내를 통과하여 직류 전원과 제1 슬립 링을 접속하고 있고, 제2 배선은, 경사축부 내를 통과하여 바이어스 전력 공급부와 제2 슬립 링을 접속하고 있어도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 제1 배선 및 제2 배선을, 플라즈마에 노출시키지 않고 회전 커넥터에 접속할 수 있다. 또한, 이 플라즈마 처리 장치에 의하면, 피처리체를 경사시킨 상태로 회전시키면서, 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
일실시형태에서는, 유지부는 히터를 더 가지며, 복수의 도체는, 히터에 접속되는 제3 도체 및 제4 도체를 더 가지며, 복수의 슬립 링은, 제3 도체에 접속되는 제3 슬립 링 및 제4 도체에 접속되는 제4 슬립 링을 더 포함하고, 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기의 외부에 설치되어 히터에 전력을 공급하는 히터 전원을 더 구비하고, 히터 전원은, 경사축부 내를 통과하는 제3 배선 및 제4 배선을 통해 제3 및 제4 슬립 링에 전기적으로 접속되어 있어도 좋다.
일실시형태에서는, 지지 기구는, 유지부에 설치된 온도 센서를 더 포함하고, 복수의 도체는, 온도 센서에 접속되는 제4 도체를 더 가지며, 복수의 슬립 링은, 제5 도체에 접속되는 제5 슬립 링을 더 포함하고, 상기 플라즈마 처리 장치는, 제어부를 더 가지며, 제어부는, 경사축부 내를 통과하는 제5 배선을 통해 제5 슬립 링에 전기적으로 접속되어 있어도 좋다.
일실시형태에서는, 바이어스 전력 공급부는, 펄스 변조된 직류 전압을 하부 전극에 공급해도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 비교적 낮은 에너지이며 좁은 에너지 대역의 이온을 피처리체에 인입하는 것이 가능하다. 이에 따라, 피처리체에 있어서 특정 물질로 구성된 영역을 선택적으로 에칭하는 것이 가능해진다. 또한, 일실시형태에서는, 바이어스 전력 공급부는, 펄스 변조된 직류 전압 및 고주파 바이어스를 선택적으로 하부 전극에 공급해도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 접촉식의 슬립 링에 있어서 접촉 저항을 저감시키는 것이 가능해진다.
도 1은 일실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 펄스 변조된 직류 전압을 나타내는 도면이다.
도 4는 일실시형태의 플라즈마원을 나타내는 도면이다.
도 5는 일실시형태의 플라즈마원을 나타내는 도면이다.
도 6은 일실시형태에 관한 지지 기구를 나타내는 단면도이다.
도 7은 일실시형태에 관한 지지 기구를 나타내는 단면도이다.
도 8은 일실시형태에 관한 유지부 및 회전축부의 상측 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 9는 일실시형태에 관한 회전축부의 하측 부분 및 회전 커넥터를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 10은 일실시형태에 관한 슬립 링을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 일실시형태에 관한 슬립 링의 각 부품을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 구체와 코일 스프링의 접촉 모습을 나타내는 모식도이다.
도 13은 일실시형태에 관한 코일 스프링의 일례인 사선형 스프링을 나타내는 개략도이다.
도 14는 일실시형태에 관한 코일 스프링의 형상과 스프링의 반발의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 15는 일실시형태에 관한 사선형 스프링의 파쇄율과 접촉 저항의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 일실시형태에 관한 슬립 링에 있어서 접촉 저항이 생기는 개소를 나타내는 도면이다.
도 17은 접촉 저항만을 고려한 슬립 링의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 18은 일실시형태에 관한 회전 커넥터에서의 고주파 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 일실시형태에 관한 회전 커넥터의 고주파에 대한 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 20은 별도의 실시형태에 관한 회전 커넥터의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 여러가지 실시형태에 관해 상세히 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1 및 도 2는, 일실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 수직 방향으로 연장되는 축선(PX)을 포함하는 한 평면에 있어서 처리 용기를 파단하여, 상기 플라즈마 처리 장치를 나타내고 있다. 또, 도 1에 있어서는, 후술하는 지지 기구가 경사지지 않은 상태의 플라즈마 처리 장치가 도시되어 있고, 도 2에 있어서는, 지지 기구가 경사지지 않은 상태의 플라즈마 처리 장치가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(12), 가스 공급계(14), 플라즈마원(16), 지지 기구(18), 배기계(20), 바이어스 전력 공급부(22), 직류 전원(27), 히터 전원(28) 및 제어부(Cnt)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 대략 원통형상을 갖고 있다. 일실시형태에서는, 처리 용기(12)의 중심축선은 축선(PX)과 일치하고 있다. 이 처리 용기(12)는, 피처리체(이하, 「웨이퍼(W)」라고 하는 경우가 있음)에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 공간(S)을 제공하고 있다.
일실시형태에서는, 처리 용기(12)는, 그 높이 방향의 중간 부분(12a), 즉 지지 기구(18)를 수용하는 부분에 있어서 대략 일정한 폭을 갖고 있다. 또한, 처리 용기(12)는, 상기 중간 부분의 하단으로부터 바닥부로 향함에 따라 서서히 폭이 좁아지는 테이퍼형을 이루고 있다. 또한, 처리 용기(12)의 바닥부는 배기구(12e)를 제공하고 있고, 상기 배기구(12e)는 축선(PX)에 대하여 축대칭으로 형성되어 있다.
가스 공급계(14)는, 처리 용기(12) 내에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 가스 공급계(14)는, 제1 가스 공급부(14a) 및 제2 가스 공급부(14b)를 갖고 있다. 제1 가스 공급부(14a)는, 제1 처리 가스를 처리 용기(12) 내에 공급하도록 구성되어 있다. 제2 가스 공급부(14b)는, 제2 처리 가스를 처리 용기(12) 내에 공급하도록 구성되어 있다. 또, 가스 공급계(14)의 상세에 관해서는 후술한다.
플라즈마원(16)은, 처리 용기(12) 내에 공급된 가스를 여기시키도록 구성되어 있다. 일실시형태에서는, 플라즈마원(16)은 처리 용기(12)의 천장부에 설치되어 있다. 또한, 일실시형태에서는, 플라즈마원(16)의 중심축선은 축선(PX)과 일치하고 있다. 또, 플라즈마원(16)의 일례에 관한 상세에 관해서는 후술한다.
지지 기구(18)는, 처리 용기(12) 내에 있어서 웨이퍼(W)를 유지하도록 구성되어 있다. 이 지지 기구(18)는, 제1 축선(AX1) 중심으로 웨이퍼(W)를 회전시키도록 구성되어 있다. 또한, 지지 기구(18)는, 축선(PX) 및 제1 축선(AX1)에 직교하는 제2 축선(AX2) 중심으로 회전 가능하도록 구성되어 있다. 지지 기구(18)는, 제2 축선(AX2) 중심의 회전에 의해, 축선(PX)에 대하여 경사지는 것이 가능하다. 지지 기구(18)를 경사시키기 위해, 플라즈마 처리 장치(10)는 구동 장치(24)를 갖고 있다. 구동 장치(24)는, 처리 용기(12)의 외부에 설치되어 있고, 제2 축선(AX2) 중심의 지지 기구(18)의 회전을 위한 구동력을 발생시킨다. 또, 지지 기구(18)가 경사지지 않은 상태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 축선(AX1)은 축선(PX)에 일치한다. 한편, 지지 기구(18)가 경사지지 않은 상태에서는, 제1 축선(AX1)은 축선(PX)에 대하여 경사진다. 이 지지 기구(18)의 상세에 관해서는 후술한다.
배기계(20)는, 처리 용기(12) 내의 공간을 감압하도록 구성되어 있다. 일실시형태에서는, 배기계(20)는, 자동 압력 제어기(20a), 터보 분자 펌프(20b) 및 드라이 펌프(20c)를 갖고 있다. 터보 분자 펌프(20b)는 자동 압력 제어기(20a)의 하류에 설치되어 있다. 드라이 펌프(20c)는, 밸브(20d)를 통해 처리 용기(12) 내의 공간에 직결되어 있다. 또한, 드라이 펌프(20c)는, 밸브(20e)를 통해 터보 분자 펌프(20b)의 하류에 설치되어 있다.
자동 압력 제어기(20a) 및 터보 분자 펌프(20b)를 포함하는 배기계는, 처리 용기(12)의 바닥부에 부착되어 있다. 또한, 자동 압력 제어기(20a) 및 터보 분자 펌프(20b)를 포함하는 배기계는, 지지 기구(18)의 바로 아래에 설치되어 있다. 따라서, 이 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 지지 기구(18)의 주위로부터 배기계(20)까지의 균일한 배기의 흐름을 형성할 수 있다. 이에 따라, 효율이 좋은 배기가 달성될 수 있다. 또한, 처리 용기(12) 내에서 생성되는 플라즈마를 균일하게 확산시키는 것이 가능하다.
일실시형태에 있어서, 처리 용기(12) 내에는 정류 부재(26)가 설치되어 있어도 좋다. 정류 부재(26)는, 하단에 있어서 폐쇄된 대략 통형상을 갖고 있다. 이 정류 부재(26)는, 지지 기구(18)를 측방 및 하방으로부터 둘러싸도록, 처리 용기(12)의 내벽면을 따라서 연장되어 있다. 일례에 있어서, 정류 부재(26)는, 상부(26a) 및 하부(26b)를 갖고 있다. 상부(26a)는, 일정한 폭의 원통형상을 갖고 있고, 처리 용기(12)의 중간 부분(12a)의 내벽면을 따라서 연장되어 있다. 또한, 하부(26b)는, 상부(26a)의 하방에 있어서 상기 상부(26a)에 연속해 있다. 하부(26b)는, 처리 용기(12)의 내벽면을 따라서 서서히 폭이 좁아지는 테이퍼형상을 갖고 있고, 그 하단에 있어서 평판형을 이루고 있다. 이 하부(26b)에는, 다수의 개구(관통 구멍)가 형성되어 있다. 이 정류 부재(26)에 의하면, 상기 정류 부재(26)의 내측, 즉 웨이퍼(W)가 수용되는 공간과, 상기 정류 부재(26)의 외측, 즉 배기측의 공간 사이에 압력차를 형성할 수 있어, 웨이퍼(W)가 수용되는 공간에서의 가스의 체류 시간을 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 균등한 배기가 실현될 수 있다.
바이어스 전력 공급부(22)는, 처리 용기(12)의 외부에 설치되어, 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 바이어스를 지지 기구(18)에 부여하도록 구성되어 있다. 일실시형태에서는, 바이어스 전력 공급부(22)는, 제1 전원(22a) 및 제2 전원(22b)을 갖고 있다. 제1 전원(22a)은, 지지 기구(18)에 부여하는 바이어스로서, 펄스 변조된 직류 전압(이하, 「변조 직류 전압」이라고 함)을 발생시킨다. 도 3은, 펄스 변조된 직류 전압을 나타내는 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 변조 직류 전압은, 전압값이 고레벨을 취하는 기간 TH와 저레벨을 취하는 기간 TL이 교대로 반복되는 전압이다. 변조 직류 전압은, 예컨대 0 V∼1200 V의 범위 내의 전압값으로 설정될 수 있다. 변조 직류 전압의 고레벨의 전압값은, 상기 전압값의 범위 내에서 설정되는 전압값이며, 변조 직류 전압의 저레벨의 전압값은, 상기 고레벨의 전압값보다 낮은 전압값이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 기간 TH와 상기 기간 TH에 연속하는 기간 TL의 합계가 1주기 TC를 구성한다. 또한, 변조 직류 전압의 펄스 변조의 주파수는 1/TC이다. 펄스 변조의 주파수는 임의로 설정될 수 있는데, 이온의 가속을 가능하게 하는 시스를 형성하는 것이 가능한 주파수이며, 예컨대 400 kHz이다. 또한, 온ㆍ듀티비, 즉, 1주기 TC에 있어서 기간 TH가 차지하는 비율은 10%∼90%의 범위 내의 비율이다.
제2 전원(22b)은, 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 고주파 바이어스를 지지 기구(18)에 공급하도록 구성되어 있다. 이 고주파 바이어스의 주파수는, 이온을 웨이퍼(W)에 인입하기에 적합한 임의의 주파수이며, 예컨대 400 kHz이다. 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제1 전원(22a)으로부터의 변조 직류 전압과 제2 전원(22b)으로부터의 고주파 바이어스를 선택적으로 지지 기구(18)에 공급할 수 있다. 변조 직류 전압이 지지 기구(18)에 부여되면, 비교적 낮은 에너지이며 좁은 에너지 대역의 이온이 웨이퍼(W)에 인입된다. 한편, 고주파 바이어스가 지지 기구(18)에 부여되면, 비교적 높은 에너지이며 비교적 넓은 에너지 대역의 이온이 웨이퍼(W)에 인입된다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 제1 전원(22a)으로부터의 변조 직류 전압과 제2 전원(22b)으로부터의 고주파 바이어스를 선택적으로 지지 기구(18)에 공급함으로써, 막종류에 따른 에칭을 행하는 것이 가능하다. 예컨대, 웨이퍼 중의 특정 물질을 에칭할 때에 변조 직류 전압이 지지 기구(18)에 공급되고, 또한 에칭 레이트를 우선해야 할 막을 에칭할 때에는, 고주파 바이어스를 지지 기구(18)에 공급할 수 있다. 이러한 변조 직류 전압과 고주파 바이어스의 선택적인 공급은, 제어부(Cnt)에 의해 제어될 수 있다.
제어부(Cnt)는, 예컨대, 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이다. 제어부(Cnt)는, 입력된 레시피에 기초하는 프로그램에 따라서 동작하고, 제어 신호를 송출한다. 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부는, 제어부(Cnt)로부터의 제어 신호에 의해 제어된다.
이하, 가스 공급계(14), 플라즈마원(16), 지지 기구(18)의 각각에 관해 상세히 설명한다.
[가스 공급계]
가스 공급계(14)는, 전술한 바와 같이 제1 가스 공급부(14a) 및 제2 가스 공급부(14b)를 갖고 있다. 제1 가스 공급부(14a)는, 1 이상의 가스 토출 구멍(14e)을 통해 처리 용기(12) 내로 제1 처리 가스를 공급한다. 또한, 제2 가스 공급부(14b)는, 1 이상의 가스 토출 구멍(14f)을 통해 처리 용기(12) 내로 제2 처리 가스를 공급한다. 가스 토출 구멍(14e)은, 가스 토출 구멍(14f)보다 플라즈마원(16)에 가까운 위치에 설치되어 있다. 따라서, 제1 처리 가스는 제2 처리 가스보다 플라즈마원(16)에 가까운 위치에 공급된다. 또, 도 1 및 도 2에 있어서는, 가스 토출 구멍(14e) 및 가스 토출 구멍(14f) 각각의 갯수는 「1」이지만, 복수의 가스 토출 구멍(14e) 및 복수의 가스 토출 구멍(14f)이 설치되어 있어도 좋다. 복수의 가스 토출 구멍(14e)은, 축선(PX)에 대하여 둘레 방향으로 균등하게 배열되어 있어도 좋다. 또한, 복수의 가스 토출 구멍(14f)도, 축선(PX)에 대하여 둘레 방향으로 균등하게 배열되어 있어도 좋다.
일실시형태에서는, 가스 토출 구멍(14e)에 의해 가스가 토출되는 영역과 가스 토출 구멍(14f)에 의해 가스가 토출되는 영역 사이에, 칸막이판, 소위 이온 트랩이 설치되어 있어도 좋다. 이에 따라, 제1 처리 가스의 플라즈마로부터 웨이퍼(W)로 향하는 이온의 양을 조정하는 것이 가능해진다.
제1 가스 공급부(14a)는, 1 이상의 가스 소스, 1 이상의 유량 제어기, 1 이상의 밸브를 가질 수 있다. 따라서, 제1 가스 공급부(14a)의 1 이상의 가스 소스로부터의 제1 처리 가스의 유량은 조정 가능하게 되어 있다. 또한, 제2 가스 공급부(14b)는, 1 이상의 가스 소스, 1 이상의 유량 제어기, 1 이상의 밸브를 가질 수 있다. 따라서, 제2 가스 공급부(14b)의 1 이상의 가스 소스로부터의 제2 처리 가스의 유량은 조정 가능하게 되어 있다. 제1 가스 공급부(14a)로부터의 제1 처리 가스의 유량 및 상기 제1 처리 가스의 공급 타이밍, 및 제2 가스 공급부(14b)로부터의 제2 처리 가스의 유량 및 상기 제2 처리 가스의 공급 타이밍은, 제어부(Cnt)에 의해 개별적으로 조정된다.
이하, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스에 관해 2개의 예를 설명한다.
제1 예에 있어서, 제1 처리 가스는 희가스일 수 있다. 희가스는, He 가스, Ne 가스, Ar 가스, Kr 가스 또는 Xe 가스이다. 또한, 제1 처리 가스는, He 가스, Ne 가스, Ar 가스, Kr 가스 및 Xe 가스 중에서 선택되는 가스일 수 있다. 또한, 제1 예에 있어서, 제2 처리 가스는 수소 함유 가스일 수 있다. 수소 함유 가스로는, CH4 가스 또는 NH3 가스가 예시된다. 이러한 제1 예에 있어서는, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스는, 플라즈마원(16)에 의해 여기될 수 있다. 이 제1 예에서는, 제어부(Cnt)에 의한 제어에 의해, 플라즈마 생성시의 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스의 공급량이 개별적으로 제어된다.
제2 예에서는, 제1 처리 가스는, 플라즈마원(16)에 의해 발생시킨 플라즈마에 의해 해리하여 라디칼을 생성하는 분해성의 가스일 수 있다. 제1 처리 가스에서 유래하는 라디칼은, 환원 반응, 산화 반응, 염화 반응 또는 불화 반응을 일으키는 라디칼이어도 좋다. 제1 처리 가스는, 수소 원소, 산소 원소, 염소 원소 또는 불소 원소를 함유하는 가스이어도 좋다. 구체적으로는, 제1 처리 가스는, Ar, N2, O2, H2, He, BCl3, Cl2, CF4, NF3, CH4 또는 SF6 등이어도 좋다. 환원 반응의 라디칼을 생성하는 제1 처리 가스로는 H2 등이 예시된다. 산화 반응의 라디칼을 생성하는 제1 처리 가스로는 O2 등이 예시된다. 염화 반응의 라디칼을 생성하는 제1 처리 가스로는, BCl3, Cl2 등이 예시된다. 불화 반응의 라디칼을 생성하는 제1 처리 가스로는, CF4, NF3, SF6 등이 예시된다.
또한, 제2 예에서는, 제2 처리 가스는, 플라즈마에 노출되지 않고 에칭 대상 물질과 반응하는 가스일 수 있다. 이 제2 처리 가스로는, 예컨대 에칭 대상 물질과의 반응이 지지 기구(18)의 온도에 의존하는 가스를 포함해도 좋다. 구체적으로, 이러한 제2 처리 가스에는, HF, Cl2, HCl, H2O, PF3, F2, ClF3, COF2, 시클로펜타디엔 또는 Amidinato 등이 이용된다. 또한, 제2 처리 가스는, 전자 공여성 가스를 포함할 수 있다. 전자 공여성 가스란, 일반적으로는, 전기 음성도 또는 이온화 포텐셜이 크게 상이한 원자로 구성되는 가스, 또는, 고립 전자대를 갖는 원자를 포함하는 가스를 말한다. 전자 공여성 가스는, 다른 화합물에 전자를 부여하기 쉬운 성질을 갖는다. 예컨대, 전자 공여성 가스는, 금속 화합물 등과 배위자로서 결합하여 증발하는 성질을 갖는다. 전자 공여성 가스로는, SF6, PH3, PF3, PCl3, PBr3, PI3, CF4, AsH3, SbH3, SO3, SO2, H2S, SeH2, TeH2, Cl3F, H2O, H2O2 등, 또는, 카르보닐기를 함유하는 가스가 예시된다.
이러한 제2 예에서는, 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스는 교대로 공급될 수 있다. 제1 처리 가스의 공급시에는 플라즈마원(16)에 의해 플라즈마가 생성되고, 제2 가스의 공급시에는 플라즈마원(16)에 의한 플라즈마의 생성이 정지된다. 이러한 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스의 공급은 제어부(Cnt)에 의해 제어된다. 즉, 제2 예에 있어서는, 플라즈마 생성시 및 플라즈마 소멸시의 플라즈마 상태에 따른 제1 처리 가스의 공급량 및 제2 처리 가스의 공급량은, 제어부(Cnt)에 의한 제1 가스 공급부(14a) 및 제2 가스 공급부(14b)의 제어에 의해 실현될 수 있다.
[플라즈마원]
도 4는, 일실시형태의 플라즈마원을 나타내는 도면이며, 도 1의 Y 방향에서 본 플라즈마원을 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는, 일실시형태의 플라즈마원을 나타내는 도면이며, 수직 방향에서 본 플라즈마원을 나타내고 있다. 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 처리 용기(12)의 천장부에는 개구가 설치되어 있고, 상기 개구는 유전체판(194)에 의해 폐쇄되어 있다. 유전체판(194)은 판형체이며, 석영 유리 또는 세라믹으로 구성되어 있다. 플라즈마원(16)은 이 유전체판(194) 상에 설치되어 있다.
보다 구체적으로는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 플라즈마원(16)은, 고주파 안테나(140) 및 실드 부재(160)를 갖고 있다. 고주파 안테나(140)는 실드 부재(160)에 의해 덮여 있다. 일실시형태에서는, 고주파 안테나(140)는, 내측 안테나 소자(142A) 및 외측 안테나 소자(142B)를 포함하고 있다. 내측 안테나 소자(142A)는, 외측 안테나 소자(142B)보다 축선(PX)의 근처에 설치되어 있다. 환언하면, 외측 안테나 소자(142B)는 내측 안테나 소자(142A)를 둘러싸도록, 상기 내측 안테나 소자(142A)의 외측에 설치되어 있다. 내측 안테나 소자(142A) 및 외측 안테나 소자(142B)의 각각은, 예컨대 구리, 알루미늄, 스테인레스 등의 도체로 구성되어 있고, 축선(PX)을 중심으로 나선형으로 연장되어 있다.
내측 안테나 소자(142A) 및 외측 안테나 소자(142B)는 함께, 복수의 협지체(144)에 협지되어 일체로 되어 있다. 복수의 협지체(144)는, 예컨대 막대형상의 부재이며, 축선(PX)에 대하여 방사형으로 배치되어 있다.
실드 부재(160)는, 내측 실드벽(162A) 및 외측 실드벽(162B)을 갖고 있다. 내측 실드벽(162A)은, 수직 방향으로 연장된 통형상을 갖고 있고, 내측 안테나 소자(142A)와 외측 안테나 소자(142B) 사이에 설치되어 있다. 이 내측 실드벽(162A)은 내측 안테나 소자(142A)를 둘러싸고 있다. 또한, 외측 실드벽(162B)은, 수직 방향으로 연장된 통형상을 갖고 있고, 외측 안테나 소자(142B)를 둘러싸도록 설치되어 있다.
내측 안테나 소자(142A) 상에는 내측 실드판(164A)이 설치되어 있다. 내측 실드판(164A)은 원반형상을 갖고 있고, 내측 실드벽(162A)의 개구를 막도록 설치되어 있다. 또한, 외측 안테나 소자(142B) 상에는 외측 실드판(164B)이 설치되어 있다. 외측 실드판(164B)은 고리형 판이며, 내측 실드벽(162A)과 외측 실드벽(162B) 사이의 개구를 막도록 설치되어 있다.
내측 안테나 소자(142A), 외측 안테나 소자(142B)에는 각각, 고주파 전원(150A), 고주파 전원(150B)이 접속되어 있다. 고주파 전원(150A) 및 고주파 전원(150B)은 플라즈마 생성용의 고주파 전원이다. 고주파 전원(150A) 및 고주파 전원(150B)은, 내측 안테나 소자(142A) 및 외측 안테나 소자(142B)의 각각에 동일한 주파수 또는 상이한 주파수의 고주파 전력을 공급한다. 예컨대, 내측 안테나 소자(142A)에 고주파 전원(150A)으로부터 소정의 주파수(예컨대 40 MHz)의 고주파 전력을 소정의 파워로 공급하면, 처리 용기(12) 내에 형성된 유도 자계에 의해, 처리 용기(12) 내에 도입된 처리 가스가 여기되어, 웨이퍼(W) 상의 중앙부에 도우넛형의 플라즈마가 생성된다. 또한, 외측 안테나 소자(142B)에 고주파 전원(150B)으로부터 소정의 주파수(예컨대 60 MHz)의 고주파를 소정의 파워로 공급하면, 처리 용기(12) 내에 형성된 유도 자계에 의해, 처리 용기(12) 내에 도입된 처리 가스가 여기되어, 웨이퍼(W) 상의 둘레 가장자리부에 별도의 도우넛형의 플라즈마가 생성된다. 이들 플라즈마에 의해, 처리 가스로부터 라디칼이 생성된다.
또, 고주파 전원(150A) 및 고주파 전원(150B)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수는, 전술한 주파수에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 고주파 전원(150A) 및 고주파 전원(150B)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수는, 13.56 MHz, 27 MHz, 40 MHz, 60 MHz와 같은 여러가지 주파수이어도 좋다. 단, 고주파 전원(150A) 및 고주파 전원(150B)으로부터 출력되는 고주파에 따라서 내측 안테나 소자(142A) 및 외측 안테나 소자(142B)의 전기적 길이를 조정할 필요가 있다.
이 플라즈마원(16)은, 1 mTorr(0.1333 Pa)의 압력의 환경하에 있어서도 처리 가스의 플라즈마를 착화하는 것이 가능하다. 저압 환경하에서는, 플라즈마 중의 이온의 평균 자유 행정이 커진다. 따라서, 희가스 원자의 이온의 스퍼터링에 의한 에칭이 가능해진다. 또한, 저압 환경하에서는, 에칭된 물질이 웨이퍼(W)에 재부착되는 것을 억제하면서, 상기 물질을 배기하는 것이 가능하다.
[지지 기구]
도 6 및 도 7은, 일실시형태에 관한 지지 기구를 나타내는 단면도이다. 도 6에는, Y 방향(도 1 참조)에서 본 지지 기구의 단면도가 도시되어 있고, 도 7에는, X 방향(도 1 참조)에서 본 지지 기구의 단면도가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 지지 기구(18)는, 구동 장치(24), 유지부(30), 용기부(40), 경사축부(50), 회전 커넥터(54) 및 구동 장치(78)를 갖고 있다.
유지부(30)는, 웨이퍼(W)를 유지하고, 제1 축선(AX1) 중심으로 회전함으로써, 웨이퍼(W)를 회전시키는 기구이다. 또, 전술한 바와 같이, 제1 축선(AX1)은, 지지 기구(18)가 경사지지 않은 상태에서는 축선(PX)과 일치한다. 이 유지부(30)는, 정전 척(32), 하부 전극(34), 절연 부재(35) 및 회전축부(36)를 갖고 있다. 상기 복수의 도체는, 이들의 중심축선이 제1 축선(AX1)에 일치하도록 동축에 설치되어 있다.
정전 척(32)은, 그 상면에 있어서 웨이퍼(W)를 유지하도록 구성되며, 하부 전극(34) 상에 설치되어 있다. 정전 척(32)은, 제1 축선(AX1)을 그 중심축선으로 하는 대략 원반형상을 갖고 있고, 후술하는 바와 같이, 절연막의 내층으로서 설치된 전극막(32a)을 갖고 있다. 정전 척(32)은, 직류 전원(27)으로부터 전극막(32a)에 전압이 인가되는 것에 의해 정전력을 발생시킨다. 이 직류 전원(27)은 처리 용기(12)의 외부에 설치되어 있다. 정전 척(32)은, 그 상면에 재치된 웨이퍼(W)를 정전력에 의해 흡착한다.
하부 전극(34)은, 제1 축선(AX1)을 그 중심축선으로 하는 대략 원반형상을 갖고 있다. 일실시형태에서는, 하부 전극(34)은, 제1 부분(34a) 및 제2 부분(34b)을 갖고 있다. 제1 부분(34a)은, 제1 축선(AX1)을 따라서 연장되는 하부 전극(34)의 중앙측의 부분이며, 제2 부분(34b)은, 제1 부분(34a)보다 제1 축선(AX1)으로부터 떨어져, 즉, 제1 부분(34a)보다 외측에서 연장되는 부분이다. 제1 부분(34a)의 상면 및 제2 부분(34b)의 상면은 연속해 있고, 제1 부분(34a)의 상면 및 제2 부분(34b)의 상면에 의해 하부 전극(34)의 대략 평탄한 상면이 구성되어 있다. 이 하부 전극(34)의 상면에는 정전 척(32)이 접해 있다. 또한, 제1 부분(34a)은, 제2 부분(34b)보다 하방으로 돌출되어 원기둥형을 이루고 있다. 즉, 제1 부분(34a)의 하면은, 제2 부분(34b)의 하면보다 하방에 있어서 연장되어 있다. 이 하부 전극(34)은, 알루미늄과 같은 도체로 구성되어 있다. 하부 전극(34)은, 전술한 바이어스 전력 공급부(22)와 전기적으로 접속된다. 즉, 하부 전극(34)에는, 제1 전원(22a)으로부터의 변조 직류 전압 및 제2 전원(22b)으로부터의 고주파 바이어스가 선택적으로 공급 가능하게 되어 있다. 또한, 하부 전극(34)에는 냉매 유로(34f)가 설치되어 있다. 이 냉매 유로(34f)에 냉매가 공급되는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 온도가 제어되도록 되어 있다. 이 하부 전극(34)은 절연 부재(35) 상에 설치되어 있다.
절연 부재(35)는, 석영, 알루미나와 같은 절연체로 구성되어 있고, 중앙에 있어서 개구된 대략 원반형상을 갖고 있다. 일실시형태에서는, 절연 부재(35)는 제1 부분(35a) 및 제2 부분(35b)을 갖고 있다. 제1 부분(35a)은, 절연 부재(35)의 중앙측의 부분이며, 제2 부분(35b)은, 제1 부분(35a)보다 제1 축선(AX1)으로부터 떨어져, 즉, 제1 부분(35a)보다 외측에서 연장되는 부분이다. 제1 부분(35a)의 상면은, 제2 부분(35b)의 상면보다 하방에서 연장되어 있고, 또한, 제1 부분(35a)의 하면도 제2 부분(35b)의 하면보다 하방에서 연장되어 있다. 절연 부재(35)의 제2 부분(35b)의 상면은, 하부 전극(34)의 제2 부분(34b)의 하면에 접해 있다. 한편, 절연 부재(35)의 제1 부분(35a)의 상면은, 하부 전극(34)의 하면으로부터 이격되어 있다.
회전축부(36)는, 하부 전극(34)의 하방에 있어서 연장되어 있다. 이 회전축부(36)의 중심축선은 제1 축선(AX1)과 일치하고 있다. 이 회전축부(36)에 대하여 회전력이 부여되는 것에 의해, 유지부(30)가 회전하도록 되어 있다.
이와 같은 여러가지 요소에 의해 구성되는 유지부(30)는, 용기부(40)와 함께 지지 기구(18)의 내부 공간으로서 공간을 형성하고 있다. 용기부(40)는, 상측 용기부(42) 및 외측 용기부(44)를 포함하고 있다. 상측 용기부(42)는, 대략 원반형상을 갖고 있다. 상측 용기부(42)의 중앙에는, 회전축부(36)가 통과하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 상측 용기부(42)는, 절연 부재(35)의 제2 부분(35b)의 하방에 있어서, 상기 제2 부분(35b)에 대하여 약간의 간극을 제공하도록 설치되어 있다. 또한, 상측 용기부(42)의 하면 둘레 가장자리에는, 외측 용기부(44)의 상단이 결합해 있다. 외측 용기부(44)는, 하단에 있어서 폐색된 대략 원통형상을 갖고 있다.
용기부(40)와 회전축부(36) 사이에는, 자성 유체 시일부(52)가 설치되어 있다. 자성 유체 시일부(52)는, 내륜부(52a) 및 외륜부(52b)를 갖고 있다. 내륜부(52a)는, 회전축부(36)와 동축으로 연장되는 대략 원통형상을 갖고 있고, 회전축부(36)에 대하여 고정되어 있다. 또한, 내륜부(52a)의 상단부는, 절연 부재(35)의 제1 부분(35a)의 하면에 결합해 있다. 이 내륜부(52a)는, 회전축부(36)와 함께 제1 축선(AX1) 중심으로 회전하도록 되어 있다. 외륜부(52b)는, 대략 원통형상을 갖고 있고, 내륜부(52a)의 외측에 있어서 상기 내륜부(52a)와 동축에 설치되어 있다. 외륜부(52b)의 상단부는, 상측 용기부(42)의 중앙측 부분의 하면에 결합해 있다. 이들 내륜부(52a)와 외륜부(52b) 사이에는, 자성 유체(52c)가 개재되어 있다. 또한, 자성 유체(52c)의 하방에 있어서, 내륜부(52a)와 외륜부(52b) 사이에는, 베어링(53)이 설치되어 있다. 이 자성 유체 시일부(52)는, 지지 기구(18)의 내부 공간을 기밀하게 밀봉하는 밀봉 구조를 제공하고 있다. 이 자성 유체 시일부(52)에 의해, 지지 기구(18)의 내부 공간은 플라즈마 처리 장치(10)의 공간(S)으로부터 분리된다. 또, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 지지 기구(18)의 내부 공간은 대기압으로 유지된다. 이 지지 기구(18)의 내부 공간에는, 회전축부(36), 회전 커넥터(54) 및 구동 장치(78)가 설치되어 있고, 회전축부(36), 회전 커넥터(54) 및 구동 장치(78)는, 공간(S)에 있어서 생성되는 플라즈마로부터 보호되어 있다.
일실시형태에서는, 자성 유체 시일부(52)와 회전축부(36) 사이에, 제1 부재(37) 및 제2 부재(38)가 설치되어 있다. 제1 부재(37)는, 회전축부(36)의 외주면의 일부분, 즉, 후술하는 통형부(36C)의 상측 부분의 외주면 및 하부 전극(34)의 제1 부분(34a)의 외주면을 따라서 연장되는 대략 원통형상을 갖고 있다. 또한, 제1 부재(37)의 상단은, 하부 전극(34)의 제2 부분(34b)의 하면을 따라서 연장되는 고리형 판형상을 갖고 있다. 이 제1 부재(37)는, 통형부(36C)의 상측 부분의 외주면, 및 하부 전극(34)의 제1 부분(34a)의 외주면 및 제2 부분(34b)의 하면에 접해 있다.
제2 부재(38)는, 회전축부(36)의 외주면, 즉, 제6 통형부(36g)의 외주면, 및 제1 부재(37)의 외주면을 따라서 연장되는 대략 원통형상을 갖고 있다. 제2 부재(38)의 상단은, 절연 부재(35)의 제1 부분(35a)의 상면을 따라서 연장되는 고리형 판형상을 갖고 있다. 제2 부재(38)는, 제6 통형부(36g)의 외주면, 제1 부재(37)의 외주면, 절연 부재(35)의 제1 부분(35a)의 상면, 및 자성 유체 시일부(52)의 내륜부(52a)의 내주면에 접해 있다. 이 제2 부재(38)와 절연 부재(35)의 제1 부분(35a)의 상면 사이에는, O링과 같은 밀봉 부재(39a)가 개재되어 있다. 또한, 제2 부재(38)와 자성 유체 시일부(52)의 내륜부(52a)의 내주면 사이에는, O링과 같은 밀봉 부재(39b 및 39c)가 개재되어 있다. 이러한 구조에 의해, 회전축부(36)와 자성 유체 시일부(52)의 내륜부(52a)의 사이가 밀봉된다. 이에 따라, 회전축부(36)와 자성 유체 시일부(52) 사이에 간극이 존재하고 있더라도, 지지 기구(18)의 내부 공간이 플라즈마 처리 장치(10)의 공간(S)으로부터 분리된다.
외측 용기부(44)에는, 제2 축선(AX2)을 따라서 개구가 형성되어 있다. 외측 용기부(44)에 형성된 개구에는, 경사축부(50)의 내측단부가 감입되어 있다. 이 경사축부(50)는 대략 원통형상을 갖고 있고, 그 중심축선은 제2 축선(AX2)과 일치하고 있다. 경사축부(50)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 처리 용기(12)의 외측까지 연장되어 있다. 경사축부(50)의 한쪽의 외측단부에는, 전술한 구동 장치(24)가 결합되어 있다. 이 구동 장치(24)는, 경사축부(50)의 한편의 외측단부를 피봇 지지하고 있다. 이 구동 장치(24)에 의해 경사축부(50)가 회전되는 것에 의해, 지지 기구(18)가 제2 축선(AX2) 중심으로 회전하고, 그 결과, 지지 기구(18)가 축선(PX)에 대하여 경사지도록 되어 있다. 예컨대, 지지 기구(18)는, 축선(PX)에 대하여 제1 축선(AX1)이 0도∼60도 이내의 범위의 각도를 이루도록 경사질 수 있다.
일실시형태에서는, 제2 축선(AX2)은, 제1 축선(AX1) 방향에서의 지지 기구(18)의 중심 위치를 포함하고 있다. 이 실시형태에서는, 경사축부(50)는, 지지 기구(18)의 상기 중심을 통하는 제2 축선(AX2) 상에서 연장되어 있다. 이 실시형태에서는, 지지 기구(18)가 경사져 있을 때에, 상기 지지 기구(18)의 상부 가장자리와 처리 용기(12)(또는 정류 부재(26)) 사이의 최단 거리 WU(도 2 참조)와, 지지 기구(18)의 하부 가장자리와 처리 용기(12)(또는 정류 부재(26)) 사이의 최단 거리 WL(도 2 참조) 중 최소 거리를 크게 하는 것이 가능하다. 즉, 지지 기구(18)의 외곽과 처리 용기(12)(또는 정류 부재(26)) 사이의 최소 거리를 최대화할 수 있다. 따라서, 처리 용기(12)의 수평 방향의 폭을 작게 하는 것이 가능해진다.
별도의 실시형태에서는, 제2 축선(AX2)은, 제1 축선(AX1) 방향에서의 지지 기구(18)의 중심과 유지부(30)의 상면 사이의 위치를 포함하고 있다. 즉, 이 실시형태에서는, 경사축부(50)는, 지지 기구(18)의 중심보다 유지부(30)측으로 치우친 위치에서 연장되어 있다. 이 실시형태에 의하면, 지지 기구(18)의 경사시에, 플라즈마원(16)으로부터 웨이퍼(W)의 각 위치까지의 거리차를 저감할 수 있다. 따라서, 에칭의 면내 균일성이 더욱 향상된다. 또, 지지 기구(18)는 60도 이내의 각도로 경사 가능해도 좋다.
다른 별도의 실시형태에서는, 제2 축선(AX2)은, 지지 기구(18)의 무게 중심을 포함하고 있다. 이 실시형태에서는, 경사축부(50)는, 상기 무게 중심을 포함하는 제2 축선(AX2) 상에서 연장되어 있다. 이 실시형태에 의하면, 구동 장치(24)에 요구되는 토크가 작아지고, 상기 구동 장치(24)의 제어가 용이해진다.
도 6 및 도 7로 되돌아가, 경사축부(50)의 내측 구멍에는, 여러가지 전기 계통용의 배선, 전열 가스용의 배관 및 냉매용의 배관이 통해 있다. 이들 배선 및 배관은 회전축부(36)에 연결되어 있다.
회전축부(36)는, 복수의 도체를 포함하는 도체부(36A)를 갖고 있다. 도체부(36A)의 복수의 도체는, 상세하게는 후술하지만, 제1 축선(AX1)을 이들의 중심축선으로서 동축에 설치되어 있다. 도체부(36A)의 복수의 도체는, 정전 척(32) 내의 복수의 요소 및 하부 전극(34)에 대한 전기적 패스를 형성한다. 이들 도체부(36A)의 복수의 도체는 각각, 회전 커넥터(54)의 복수의 슬립 링에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 회전축부(36)는, 도체부(36A)의 외측에 있어서 상기 도체부(36A)와 동축에 설치된 통형부(36B), 및 상기 통형부(36B)의 외측에서 상기 통형부(36B)와 동축에 설치된 통형부(36C)를 갖고 있다.
통형부(36B)에는, 전열 가스 공급용의 가스 라인이 형성되어 있다. 이 가스라인은, 스위벨 조인트와 같은 회전 이음새를 통해 배관(66)에 접속되어 있다. 배관(66)은, 지지 기구(18)의 내부 공간으로부터 경사축부(50)의 내측 구멍을 통과하여 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 이 배관(66)은, 처리 용기(12)의 외부에 있어서, He 가스와 같은 전열 가스의 소스(68)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 정전 척(32)과 웨이퍼(W) 사이에는 이 전열 가스가 공급된다.
통형부(36C)는, 통형부(36B)의 외측에 있어서 상기 통형부(36B)와 동축에 설치되어 있다. 이 통형부(36C)에는, 냉매 유로(34f)에 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급 라인, 및 냉매 유로(34f)에 공급된 냉매를 회수하는 냉매 회수 라인이 형성되어 있다. 냉매 공급 라인은, 스위벨 조인트와 같은 회전 이음새(70)를 통해 배관(72)에 접속되어 있다. 또한, 냉매 회수 라인은 회전 이음새(70)를 통해 배관(74)에 접속되어 있다. 배관(72) 및 배관(74)은, 지지 기구(18)의 내부 공간으로부터 경사축부(50)의 내측 구멍을 통과하여, 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 그리고, 배관(72) 및 배관(74)은, 처리 용기(12)의 외부에 있어서 칠러 유닛(76)(도 1 참조)에 접속되어 있다.
일실시형태에서는, 회전 커넥터(54)에 베어링(55)이 설치되어 있고, 상기 베어링(55)은 회전 커넥터(54)를 통해 회전축부(36)를 지지하고 있다. 전술한 베어링(53)은 회전축부(36)의 상측 부분을 지지하고 있는 데 비해, 베어링(55)은 회전축부(36)의 하측 부분을 지지하고 있다. 이와 같이 2개의 베어링(53) 및 베어링(55)에 의해, 회전축부(36)가 그 상측 부분 및 하측 부분의 쌍방에 있어서 지지되기 때문에, 회전축부(36)를 제1 축선(AX1) 중심으로 안정적으로 회전시키는 것이 가능하다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 지지 기구(18)의 내부 공간에는, 회전 모터와 같은 구동 장치(78)가 설치되어 있다. 구동 장치(78)는, 회전축부(36)를 회전시키기 위한 구동력을 발생시킨다. 일실시형태에서는, 구동 장치(78)는, 회전축부(36)의 측방에 설치되어 있다. 이 구동 장치(78)는, 회전축부(36)에 부착된 풀리(80)에 전도 벨트(82)를 통해 연결되어 있다. 이에 따라, 구동 장치(78)의 회전 구동력이 회전축부(36)에 전달되고, 유지부(30)가 제1 축선(AX1) 중심으로 회전한다. 유지부(30)의 회전수는, 예컨대 48 rpm 이하의 범위 내에 있다. 예컨대, 유지부(30)는, 프로세스 중에 20 rmp의 회전수로 회전된다. 또, 구동 장치(78)에 전력을 공급하기 위한 배선은, 경사축부(50)의 내측 구멍을 통과하여 처리 용기(12)의 외부까지 인출되어, 처리 용기(12)의 외부에 설치된 모터용 전원에 접속된다.
이와 같이, 지지 기구(18)는, 대기압으로 유지 가능한 내부 공간에 다양한 기구를 설치하는 것이 가능하다. 또한, 지지 기구(18)는, 그 내부 공간에 수용한 기구와 처리 용기(12)의 외부에 설치한 전원, 가스 소스, 칠러 유닛 등의 장치를 접속하기 위한 배선 또는 배관을 처리 용기(12)의 외부까지 인출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
이하, 회전축부(36) 및 회전 커넥터(54)의 상세에 관해 설명한다. 도 8은, 유지부(30) 및 회전축부(36)의 상측 부분을 확대하여 나타내는 단면도이며, 도 8에는, 도 6의 Y 방향에서 본 단면도가 도시되어 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 정전 척(32)은, 절연막의 내층으로서 설치된 전극막(32a)을 갖고 있다. 또한, 정전 척(32)은, 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(32b)를 내장하고 있다. 히터(32b)는, 예컨대, 16 W의 발열로 억제될 수 있다. 정전 척(32)은, 전술한 바와 같이, 하부 전극(34) 상에 설치되어 있다. 하부 전극(34) 내에는, 웨이퍼(W)의 온도를 검지하는 온도 센서(34c)가 설치되어 있다.
회전축부(36)의 도체부(36A)는, 일실시형태에서는, 복수의 도체로서, 도체(36a), 도체(36b), 도체(36c), 도체(36d) 및 도체(36e)를 포함하고 있다. 이들 도체는, 제1 축선(AX1)에 대하여 동축에 설치되어 있다. 도체(36a)는 원기둥형상을 갖고 있고, 정전 척(32)의 전극막(32a)에 접속되어 있다. 도체(36b) 및 도체(36c)는 원통형상을 갖고 있다. 도체(36b) 및 도체(36c)는 히터(32b)에 전류를 공급하기 위한 도체이며, 히터(32b)의 2개의 단자에 각각 접속되어 있다. 도체(36d)는 원통형상을 갖고 있다. 도체(36d)는, 온도 센서(34c)의 신호를 전달하기 위한 도체이며, 온도 센서(34c)에 접속되어 있다. 또한, 도체(36e)는 원통형상을 갖고 있다. 도체(36e)는, 바이어스 전력 공급부(22)로부터의 바이어스를 하부 전극(34)에 공급하기 위한 도체이며, 하부 전극(34)에 접속되어 있다.
도 9는, 일실시형태에 관한 회전축부(36)의 하측 부분 및 회전 커넥터(54)를 확대하여 나타내는 단면도이며, 도 9에는, 도 6의 Y 방향에서 본 단면도가 도시되어 있다. 회전축부(36)의 도체부(36A)의 복수의 도체는, 이들의 하단측에 있어서 회전 커넥터(54)의 복수의 슬립 링에 각각 접속되어 있다. 회전 커넥터(54)의 복수의 슬립 링은, 이들의 회전축선이 제1 축선(AX1)에 일치하도록 배열되어 있다. 일실시형태에서는, 회전 커넥터(54)는, 제1 축선(AX1) 방향으로 적재된 5개의 슬립 링, 즉, 슬립 링(56A), 슬립 링(56B), 슬립 링(56C), 슬립 링(56D) 및 슬립 링(56E)을 갖고 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 도체(36a)는 슬립 링(56A)의 회전자(91A), 도체(36b)는 슬립 링(56B)의 회전자(91B), 도체(36c)는 슬립 링(56C)의 회전자(91C), 도체(36d)는 슬립 링(56D)의 회전자(91D), 도체(36e)는 슬립 링(56E)의 회전자(91E)에 접속되어 있다. 도체(36a)는, Z 방향으로 연장되고, 그 하단에서, 예컨대 Z 방향으로 수직인 방향으로 연장되어 회전자(91A)에 접속되어 있다. 도체(36b), 도체(36c), 도체(36d) 및 도체(36e)도 마찬가지로 Z 방향으로 연장되고, 이들의 하단에서, 예컨대 Z 방향으로 수직인 방향으로 연장되어, 각각 회전자(91B), 회전자(91C), 회전자(91D) 및 회전자(91E)에 접속되어 있다. 또, 도 9에서는, 도체(36a), 도체(36b), 도체(36c), 도체(36d) 및 도체(36e)는, 각각 대응하는 회전자(91A), 회전자(91B), 회전자(91C), 회전자(91D) 및 회전자(91E)에 2개소에서 접속되어 있지만, 각 도체는 대응하는 회전자와 1 이상의 개소에서 접속되어도 좋다.
슬립 링(56A∼56E)의 고정자에는 복수의 배선(57)이 접속되어 있다. 구체적으로는, 복수의 배선(57)은, 배선(57a), 배선(57b), 배선(57c), 배선(57d) 및 배선(57e)을 포함하고 있고, 배선(57a)은 슬립 링(56A)의 고정자(92A)에, 배선(57b)은 슬립 링(56B)의 고정자(92B)에, 배선(57c)은 슬립 링(56C)의 고정자(92C)에, 배선(57d)은 슬립 링(56D)의 고정자(92D)에, 배선(57e)은 슬립 링(56E)의 고정자(92E)에 접속되어 있다. 이들 복수의 배선(57)은, 지지 기구(18)의 내부 공간으로부터 경사축부(50)의 내측 구멍을 통과하여, 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 배선(57a)은, 처리 용기(12)의 외부에 있어서 직류 전원(27)에 접속되어 있다. 배선(57b) 및 배선(57c)은, 처리 용기(12)의 외부에 있어서 히터 전원(28)에 접속되어 있다. 배선(57d)은, 처리 용기(12)의 외부에 있어서 예컨대 제어부(Cnt)에 접속되어 있다. 배선(57e)은, 처리 용기(12)의 외부에 있어서 바이어스 전력 공급부(22), 즉, 제1 전원(22a) 및 제2 전원(22b)에 접속되어 있다. 또, 제2 전원(22b)과 배선(57e) 사이에는, 임피던스 매칭용의 정합기가 설치될 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 슬립 링(56A)의 회전자(91A)의 하면, 슬립 링(56A)의 회전자(91A)와 슬립 링(56B)의 회전자(91B)의 사이, 슬립 링(56B)의 회전자(91B)와 슬립 링(56C)의 회전자(91C)의 사이, 슬립 링(56C)의 회전자(91C)와 슬립 링(56D)의 회전자(91D)의 사이, 슬립 링(56D)의 회전자(91D)와 슬립 링(56E)의 회전자(91E)의 사이, 및 슬립 링(56E)의 회전자(91E)의 상면에는, 아이솔레이터(87)가 설치되어 있다. 아이솔레이터(87)는, 절연체로 구성되어 있고, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향으로 연장된 고리형상을 갖고 있다. 아이솔레이터(87)는, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌제이다.
또한, 슬립 링(56A)의 고정자(92A)의 하면, 슬립 링(56A)의 고정자(92A)와 슬립 링(56B)의 고정자(92B)의 사이, 슬립 링(56B)의 고정자(92B)와 슬립 링(56C)의 고정자(92C)의 사이, 슬립 링(56C)의 고정자(92C)와 슬립 링(56D)의 고정자(92D)의 사이, 슬립 링(56D)의 고정자(92D)와 슬립 링(56E)의 고정자(92E)의 사이, 및 슬립 링(56E)의 고정자(92E)의 상면에는, 아이솔레이터(88)가 설치되어 있다. 아이솔레이터(88)는, 절연체로 구성되어 있고, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향으로 연장된 고리형상을 갖고 있다. 아이솔레이터(88)는, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌제이다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하면서, 회전 커넥터(54)의 복수의 슬립 링에 관해 설명한다. 도 10은, 일실시형태에 관한 슬립 링을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 10의 (a)부에는, 회전축선 방향에서 본 슬립 링의 평면도가 도시되어 있고, 도 10의 (b)부에는, 도 10의 (a)부에 나타내는 Xb-Xb선을 따라서 취한 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 11은, 일실시형태에 관한 슬립 링의 각 부품을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 11의 (a)부에는, 회전축선 방향에서 본 슬립 링의 회전자의 평면도가 도시되어 있고, 도 11의 (b)부에는, 도 11의 (a)부에 나타내는 XIb-XIb선을 따라서 취한 단면도가 도시되어 있다. 도 11의 (c)부에는, 회전축선 방향에서 본 슬립 링의 고정자의 평면도가 도시되어 있고, 도 11의 (d)부에는, 도 11의 (c)부에 나타내는 XId-XId선을 따라서 취한 단면도가 도시되어 있다. 전술한 슬립 링(56A), 슬립 링(56B), 슬립 링(56C), 슬립 링(56D) 및 슬립 링(56E)은, 도 10 및 도 11에 나타내는 슬립 링(56)과 동일한 구조를 갖는다. 이하에서는, 슬립 링(56)의 구조를 설명한다.
도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 슬립 링(56)은 회전자(91) 및 고정자(92)를 갖고 있다. 또한, 슬립 링(56)은, 복수의 구체(93), 복수의 리테이너(94), 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)을 더 갖고 있다.
회전자(91)는, 회전축선(RX1) 중심으로 둘레 방향으로 연장된 대략 고리형의 부재이다. 회전자(91)는, 회전축선(RX1) 둘레에서 회전 가능하다. 고정자(92)는, 회전축선(RX1) 중심으로 둘레 방향으로 연장된 대략 고리형의 부재이다. 고정자(92)는, 회전축선(RX1)에 대하여 회전자(91)의 외측에서, 상기 회전자(91)와 동축에 설치되어 있다. 회전자(91)와 고정자(92)는 함께, 도전성이 있는 재료로 구성되어 있다. 회전자(91)와 고정자(92)는, 이들 사이에, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 공간을 제공하고 있다.
회전자(91)와 고정자(92)에 의해 제공되는 상기 공간에는, 복수의 구체(93) 및 복수의 리테이너(94)가 수용되어 있다. 구체적으로는, 상기 공간 내에 있어서, 복수의 구체(93) 및 복수의 리테이너(94)는, 둘레 방향을 따라서 교대로 배열되어 있다. 복수의 구체(93)는 도전성을 갖고 있고, 회전자(91)와 고정자(92) 사이의 전기적 패스를 형성한다. 예컨대, 복수의 구체(93)는, 회전자(91)와 고정자(92)의 쌍방에 점접촉할 수 있다. 복수의 리테이너(94)는, 복수의 구체(93)끼리의 접촉을 방지하고 있다. 복수의 리테이너(94)의 각각은, 일실시형태에서는 절연성의 재료로 구성되어 있다. 예컨대, 복수의 리테이너(94)의 각각은, 폴리테트라플루오로에틸렌제이다. 이들 리테이너(94)가 폴리테트라플루오로에틸렌에 의해 구성되어 있는 경우에는, 표면 윤활의 효과에 의해 구체(93)와 리테이너의 접촉 마찰에 의한 상기 구체(93)의 마모가 저감된다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 회전자(91)는 홈(91a)을 제공하고 있다. 이 홈(91a)은, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있고, 복수의 구체(93) 및 복수의 리테이너(94)가 수용되는 상기 공간에 연속해 있다. 이 홈(91a)에는 코일 스프링(95)이 수용되어 있다. 코일 스프링(95)은, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 이 코일 스프링(95)은, 도전성을 갖고 있고, 복수의 구체(93)와 회전자(91) 사이에 설치되어 있고, 복수의 구체(93)와 회전자(91)에 접촉하고 있다. 또, 도 10의 (b)부에 나타낸 바와 같이, 홈(91a)을 구획하는 회전자(91)의 면내에서 가장 회전축선(RX1)에 가까운 부분은, 상기 회전축선(RX1)에 대하여 반경 RS1을 갖고 있다. 또한, 코일 스프링(95)의 원형의 중심선의 반경은 RS3이며, 반경 RS3은 반경 RS1보다 크다.
또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 고정자(92)는 홈(92a)을 제공하고 있다. 이 홈(92a)은, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있고, 복수의 구체(93) 및 복수의 리테이너(94)가 수용되는 상기 공간에 연속해 있다. 이 홈(92a)에는 코일 스프링(96)이 수용되어 있다. 코일 스프링(96)은, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 이 코일 스프링(96)은, 도전성을 갖고 있고, 복수의 구체(93)와 고정자(92) 사이에 설치되어 있고, 복수의 구체(93)와 고정자(92)에 접촉하고 있다. 또, 도 10의 (b)부에 나타낸 바와 같이, 홈(92a)을 구획하는 고정자(92)의 면내에서 가장 회전축선(RX1)에 가까운 부분은, 상기 회전축선(RX1)에 대하여 반경 RS2를 갖고 있다. 또한, 코일 스프링(96)의 원형의 중심선의 반경은 RS4이며, 반경 RS4는 반경 RS3보다 크고 반경 RS2보다 작다.
도 10 및 도 11에 나타낸 실시형태의 슬립 링(56)에서는, 코일 스프링(96)은, 코일 스프링(95)보다 회전축선(RX1)으로부터 떨어진 위치에서 둘레 방향으로 연장되어 있다. 즉, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)은, 회전축선(RX1)에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다. 이하, 회전축선(RX1)에 대하여 방사 방향에서의 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)의 배열을 레이디얼(radial) 배열이라고 부른다.
회전자(91)와 고정자(92)가 서로 조합된 상태에서는, 코일 스프링(95)은 복수의 구체(93)와 회전자(91) 사이에서 응압되어 변형되도록 되어 있다. 이에 따라, 코일 스프링(95)은, 복수의 구체(93) 및 회전자(91)에 다수의 점에서 접촉하도록 되어 있다. 또한, 회전자(91)와 고정자(92)가 서로 조합된 상태에서는, 코일 스프링(96)은 복수의 구체(93)와 고정자(92) 사이에서 응압되어 변형되도록 되어 있다. 이에 따라, 코일 스프링(96)은, 복수의 구체(93) 및 고정자(92)에 다수의 점에서 접촉하도록 되어 있다.
이 슬립 링(56)에서는, 회전자(91)와 고정자(92) 사이의 전기적 패스는, 복수의 구체(93)와 회전자(91)의 점접촉, 및 복수의 구체(93)와 고정자의 점접촉에 의해 제공되는 패스뿐만 아니라, 코일 스프링(95)과 복수의 구체(93)의 다수의 점접촉, 코일 스프링(95)과 회전자(91)의 다수의 점접촉, 코일 스프링(96)과 복수의 구체(93)의 다수의 점접촉, 및 코일 스프링(96)과 고정자(92)의 다수의 점접촉에 의해 제공되는 패스도 포함한다. 따라서, 이 슬립 링(56)에서는, 접촉 면적이 크고, 접촉 저항이 저감되어 있다.
여기서, 도 12를 참조한다. 도 12는, 구체와 코일 스프링의 접촉의 모습을 나타내는 모식도이다. 도 12는, 도 10의 (a)부에 나타내는 영역(AR1) 내에 있어서, 도 10의 (b)부에 나타내는 XII-XII선을 따른 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 12에서는, 회전축선(RX1)에 대하여 둘레 방향이 Y1 방향으로서 도시되어 있다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 고정자(92)에 대하여, 예컨대 회전자(91)가 Y1 방향으로 이동하면, 복수의 구체(93)는 자전에 의해 Y2 방향으로 회전한다. 이에 따라, 코일 스프링(95)과 복수의 구체(93) 사이, 및 코일 스프링(96)과 복수의 구체(93) 사이에서 구름 접촉이 생길 수 있다. 단, 복수의 구체(93)에 대한 회전자(91) 및 고정자(92)로부터의 여압이 큰 상태에서 회전자(91)가 회전되면, 복수의 구체(93)의 자전력보다 코일 스프링과 구체(93)의 마찰력이 상회하여, 복수의 구체(93)는 회전하지 않고, 코일 스프링(95)과 복수의 구체(93), 및 코일 스프링(96)과 복수의 구체(93)의 미끄럼 마찰이 생긴다. 이러한 미끄럼 마찰을 방지하기 위해, 일실시형태에서는, 복수의 구체(93)에 대한 회전자(91) 및 고정자(92)로부터의 여압은, 복수의 구체(93)와 코일 스프링(95)의 마찰력, 및 복수의 구체(93)와 코일 스프링(96)의 마찰력에 대하여, 복수의 구체(93)의 자전력이 상회하도록 조정된다. 이와 같이 여압이 조정되면, 복수의 구체(93)와 코일 스프링(95)의 안정된 접촉 저항, 및 복수의 구체(93)와 코일 스프링(96)의 안정된 접촉 저항을 얻을 수 있다. 또한, 복수의 구체(93), 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)과 같은 부품의 마찰에 의한 소모도 저감된다.
일실시형태에서는, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)에는, 도 13에 나타내는 사선형 스프링(SCS)이 이용될 수 있다. 도 13의 (a)부에는, 사선형 스프링의 평면도가 도시되어 있고, 도 13의 (b)부에는 상기 사선형 스프링의 측면도가 도시되어 있다. 도 13에 나타내는 사선형 스프링(SCS)은, 원형의 중심선(CL)의 주위에서 권회되어 있다. 이 사선형 스프링(SCS)의 선재는, 그 전체 길이에 걸쳐서, 중심선(CL)의 접선 방향(T1)에 대하여 경사지면서, 상기 중심선(CL)의 주위에서 권회되어 있다. 이 사선형 스프링(SCS)이 복수의 구체(93)에 대하여 발생시키는 반력은, 일반적인 코일 스프링이 발생시키는 반력보다 작다.
도 14는, 코일 스프링의 형상과 스프링의 반발의 관계를 나타내는 단면도이다. 도 14의 (a)부에는, 선재가 감기는 방향이 중심선에 대하여 대략 직교하고 있는 일반적인 코일 스프링(GCS)의 단면도가 도시되어 있고, 상기 단면도에서는, 코일 스프링(GCS)에 구체(93)가 접촉하고 있는 상태가 도시되어 있다. 또한, 도 14의 (b)부에는, 사선형 스프링(SCS)의 단면도가 도시되어 있고, 상기 단면도에서는, 사선형 스프링(SCS)에 구체(93)가 접촉하고 있는 상태가 도시되어 있다.
도 14의 (a)부에 도시된 바와 같이, 일반적인 코일 스프링(GCS)에 구체(93)로부터 도시한 하중 F1이 가해지면, 하중 F1의 방향에 대하여 반대 방향으로 스프링 반력 F2가 발생한다. 따라서, 코일 스프링(GCS)과 구체(93)의 접촉압이 커진다. 또한, 이 스프링 반력 F2의 크기는, 코일 스프링(GCS)의 피치 및 상기 코일 스프링(GCS)의 선재의 직경에 의존한다. 한편, 도 14의 (b)부에 도시된 바와 같이, 사선형 스프링(SCS)에 구체(93)로부터 도시한 하중 F1이 가해지면, 하중 F1의 방향에 직교하는 방향으로 스프링 반력 F2가 발생하고, 하중 F1의 방향에 대하여 반대 방향의 스프링 반력은 매우 작은 것이 된다. 또한, 사선형 스프링(SCS)은 하중 F1의 방향으로 용이하게 변형된다.
따라서, 사선형 스프링(SCS)이 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)으로서 이용되면, 코일 스프링(95), 코일 스프링(96), 복수의 구체(93)와 같은 부품의 마모가 억제된다. 또한, 복수의 구체(93)와 코일 스프링(95)의 접촉 면적, 복수의 구체(93)와 코일 스프링(96)의 접촉 면적이 커지고, 접촉 저항이 더욱 작아지고, 또한 접촉 저항이 안정된다. 또한, 사선형 스프링(SCS)에 의하면, 구체(93)로부터의 하중의 방향에 대하여 반대 방향의 스프링 반력에 영향이 없고, 선재의 직경을 크게 할 수 있고, 사선형 스프링(SCS)에서의 선재의 피치를 작게 할 수 있다.
또, 구체(93)로부터의 하중에 대한 사선형 스프링(SCS)의 스프링 반력의 크기는, 사선형 스프링(SCS)의 선재의 경사 각도에 의해 조정 가능하다. 또한, 사선형 스프링(SCS)과 구체(93)의 접촉 저항은, 사선형 스프링(SCS)의 파쇄율에 의해 조정 가능하다. 이하, 도 15를 참조하여 상세히 설명한다. 도 15는, 사선형 스프링(SCS)의 파쇄율과 접촉 저항의 관계를 나타내는 도면이다. 도 15의 (a)부에는, 구체(93)가 접촉하지 않은 상태(즉, 자유형체)의 사선형 스프링(SCS)이 도시되어 있고, 도 15의 (b)부에는, 구체(93)가 접촉한 상태의 사선형 스프링(SCS)이 도시되어 있다.
도 15의 (a)부에 나타내는 상태에서는, 사선형 스프링(SCS)의 선재는, 상기 선재가 접촉하는 면의 접촉 위치에서의 접선 방향 T3에 대하여 경사 각도 θ1로 경사져 있다. 이 상태에서는, 접선 방향 T3에 직교하는 방향 T2에서의 사선형 스프링(SCS)의 폭은 D1이다. 도 15의 (b)부에 나타내는 상태에서는, 사선형 스프링(SCS)에 구체(93)로부터의 하중이 가해져, 구체(93)의 접촉 개소에 있어서, 사선형 스프링(SCS)의 선재의 접선 방향 T3에 대한 경사 각도 θ2는 경사 각도 θ1보다 작아진다. 이 때, 구체(93)의 접촉 개소에서의 사선형 스프링(SCS)의 방향 T2에서의 폭은 D1보다 작은 D2가 된다.
사선형 스프링(SCS)에서는, 경사 각도 θ1에 대하여 경사 각도 θ2가 작아질수록 스프링 반력은 커진다. 따라서, 사선형 스프링(SCS)에서는, 경사 각도 θ1과 경사 각도 θ2를 조정함으로써, 스프링 반력의 크기를 조정할 수 있다. 또한, 폭 D2를 폭 D1로 나눈 값, 즉, 파쇄율(D2/D1)에 의해 사선형 스프링(SCS)과 구체(93)의 접촉 저항을 변화시킬 수 있다. 예컨대, 파쇄율(D2/D1)이 작을수록, 사선형 스프링(SCS)과 구체(93)의 접촉 면적이 커지고, 사선형 스프링(SCS)과 구체(93)의 접촉 저항은 작아진다. 또, 사선형 스프링(SCS)의 파쇄율(D2/D1)은, 선재끼리 접촉하지 않도록, 예컨대 75% 이상이 되는 범위 내에서 조정된다.
이하, 슬립 링(56)의 접촉 저항의 합성 저항치에 관해 설명한다. 도 16은, 일실시형태에 관한 슬립 링에 있어서 접촉 저항이 생기는 개소를 나타내는 도면이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 슬립 링(56)에서는, 처리 용기(12)의 외부로부터 연장되는 배선과 고정자(92)의 접촉 개소(P1), 고정자(92)와 구체(93)의 접촉 개소(P2), 구체(93)와 회전자(91)의 접촉 개소(P3), 회전자(91)와 도체부(36A)의 대응의 도체로부터 연장되는 배선의 접촉 개소(P4), 고정자(92)와 코일 스프링(96)의 접촉 개소(P5), 구체(93)와 코일 스프링(96)의 접촉 개소(P6), 구체(93)와 코일 스프링(95)의 접촉 개소(P7), 및 코일 스프링(95)과 회전자(91)의 접촉 개소(P8)에 있어서, 접촉 저항이 생긴다. 이하, 접촉 개소(P1), 접촉 개소(P2), 접촉 개소(P3), 접촉 개소(P4), 접촉 개소(P5), 접촉 개소(P6), 접촉 개소(P7), 접촉 개소(P8) 각각에서의 접촉 저항치를 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8로 한다.
이들 접촉 저항만을 고려한 슬립 링(56)의 등가 회로를 도 17에 나타낸다. 도 17의 (a)부에는, 접촉 저항만을 고려한 슬립 링(56)의 등가 회로가 도시되어 있다. 또한, 도 17의 (b)부는, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)이 존재하지 않는 경우의, 슬립 링(56)의 등가 회로가 도시되어 있다. 도 17의 (a)에 나타낸 바와 같이, 접촉 저항만을 고려한 슬립 링(56)의 등가 회로에서는, 접촉 개소(P1)의 접촉 저항과 접촉 개소(P4)의 접촉 저항 사이에, 2개의 전기적 패스가 존재한다. 2개의 전기적 패스 중 제1 패스는, 접촉 개소(P2)의 접촉 저항 및 접촉 개소(P3)의 접촉 저항을 포함하는 패스이다. 즉, 제1 패스는, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)에 의해 부여되는 접촉 저항을 포함하지 않고, 고정자(92)와 구체(93)의 접촉 저항, 및 구체(93)와 회전자(91)의 접촉 저항의 직렬 패스이다. 또한, 2개의 전기적 패스 중 제2 패스는, 접촉 개소(P5), 접촉 개소(P6), 접촉 개소(P7) 및 접촉 개소(P8)를 포함하는 패스이다. 즉, 제2 패스는, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)에 의해 부여되는 접촉 저항을 포함하는 직렬 패스이다.
코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)을 갖지 않는 슬립 링에는, 도 17의 (b)부에 도시된 바와 같이, 제2 패스가 존재하지 않고 제1 패스만이 존재한다. 따라서, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)을 갖지 않는 슬립 링의 접촉 저항의 합성 저항치 R01은, 식(1)에 나타낸 바와 같다.
R01=R1+RA+R4 … (1)
여기서, RA는 R2+R3이다.
접촉 개소(P2) 및 접촉 개소(P3)에서의 접촉은 점접촉이며, RA는 매우 크다. 또한, 구체(93)의 갯수가 n개인 경우에는, 합성 저항치 R01은 식(1a)로 표시되지만, 접촉 개소(P2) 및 접촉 개소(P3)에서의 점접촉의 수는 매우 적기 때문에, 합성 저항치 R01을 작게 할 수는 없다. 이 때문에, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)을 갖지 않는 슬립 링의 저항치는 큰 것이 된다.
R01=R1+RA/n+R4 … (1a)
한편, 도 17의 (a)부에 도시된 바와 같이, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)을 갖는 슬립 링(56)에서는, 접촉 개소(P1)의 접촉 저항과 접촉 개소(P4)의 접촉 저항 사이에서 제1 패스와 제2 패스가 병렬로 접속하고 있다. 이 슬립 링(56)에서의 제2 패스의 합성 저항치 RB는, 식(2)에 나타낸 바와 같다.
RB=R5+R6+R7+R8 … (2)
식(2)에서의 접촉 저항치 R5, 접촉 저항치 R6, 접촉 저항치 R7, 접촉 저항치 R8은, 코일 스프링에 의해 부여되는 다수의 접촉점으로부터 얻어지는 접촉 저항치이기 때문에, 매우 작은 값이다. 또한, 접촉 저항치 R5, 접촉 저항치 R6, 접촉 저항치 R7, 접촉 저항치 R8은 안정되어 있다. 또한, 복수의 구체(93)를 갖고 있는 슬립 링(56)의 접촉 저항의 합성 저항치는, 식(3)에 나타낸 바와 같다.
R03=R1+1/(1/(RA/n)+1/(RB/n))+R4 … (3)
식(3)에서 알 수 있는 바와 같이, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)을 갖는 슬립 링(56)의 접촉 저항의 합성 저항치는, 매우 작은 것이 된다. 또, 21개의 구체(93)를 갖는 슬립 링(56)의 일례를 작성한 바, 식(3)의 합성 저항치 R03으로서, 2.6 mΩ라는 작은 합성 저항치를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
따라서, 이 슬립 링(56)과 동일한 구성의 슬립 링(56A∼56E)을 갖는 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 정전 척(32)의 전극막(32a)에 대하여, 3000 V의 직류 전압, 또는, 서전을 위한 -수천 V의 직류 전압을 인가하는 것이 가능해진다. 또한, 히터 전원(28)으로부터 히터(28b)에 대하여, 예컨대 200 V 및 20A∼60A의 교류 전력을 공급하는 것도 가능해진다. 또한, 큰 바이어스를 하부 전극(34)에 공급하는 것이 가능하다.
또한, 온도 센서(34c)의 신호는 작은 레벨의 전압 신호이기 때문에 저항의 영향을 받기 쉽고, 일반적으로는, 브릿지 회로에 의해 온도 센서(34c)로부터의 신호가 처리 용기(12) 내의 외부로 취출된다. 그러나, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 브릿지 회로를 이용하지 않더라도, 작은 저항치를 갖는 전기적 패스를 통해 온도 센서(34c)로부터의 신호를 처리 용기(12)의 외부로 취출하는 것이 가능해진다.
이하, 회전 커넥터(54)의 고주파 특성에 관해 설명한다. 도 18은, 일실시형태에 관한 회전 커넥터에서의 고주파 특성을 설명하기 위한 도면이며, 도 18의 (a)부에는, 상기 회전 커넥터에 있어서 커패시턴스가 발생하는 개소가 도시되어 있고, 도 18의 (b)부에는, 상기 커패시턴스만을 고려한 회로가 도시되어 있다.
도 18의 (a)부에 나타낸 바와 같이, 슬립 링(56E)은, 전술한 바와 같이 고주파 바이어스를 공급하는 전기적 패스이다. 이 슬립 링(56E), 상기 슬립 링(56E), 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)는, 고주파에 영향을 미치는 커패시턴스를 발생시킨다. 구체적으로는, 슬립 링(56E)의 고정자(92E), 슬립 링(56D)의 고정자(92D) 및 고정자(92E)와 고정자(92D) 사이에 설치된 아이솔레이터(88)를 포함하는 개소(P11)는, 커패시턴스 C1을 갖는 콘덴서가 된다. 또한, 슬립 링(56E)의 회전자(91E), 슬립 링(56D)의 회전자(91D) 및 회전자(91E)와 회전자(91D) 사이에 설치된 아이솔레이터(87)를 포함하는 개소(P14)는, 커패시턴스 C4를 갖는 콘덴서가 된다. 또한, 고정자(92E)와 회전자(91E)를 포함하는 개소(P15)는, 커패시턴스 C5를 갖는 콘덴서가 되고, 고정자(92E)와 회전자(91E)를 포함하는 개소(P16)는, 커패시턴스 C6을 갖는 콘덴서가 된다. 또한, 고정자(92D)와 회전자(91D)를 포함하는 개소(P17)는 커패시턴스 C5를 갖는 콘덴서가 되고, 고정자(92D)와 회전자(91D)를 포함하는 개소(P18)는, 커패시턴스 C6을 갖는 콘덴서가 된다.
도 19는, 일실시형태에 관한 회전 커넥터의 고주파에 대한 등가 회로를 나타내는 도면이다. 도 18을 참조하여 설명한 콘덴서, 및 전술한 접촉 저항의 합성 저항은, 고주파에 대하여 도 19에 나타내는 등가 회로를 구성한다. 이 등가 회로에서는, 단자(J1) 및 단자(J2)와 사이에, 개소(P11)의 콘덴서가 접속되어 있고, 개소(P15)의 콘덴서, 개소(P16)의 콘덴서, 개소(P14)의 콘덴서, 개소(P17)의 콘덴서 및 개소(P18)의 콘덴서가, 개소(P11)의 콘덴서에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 개소(P15)의 콘덴서와 개소(P16)의 콘덴서는 병렬로 설치되어 있고, 개소(P15)의 콘덴서와 개소(P16)의 콘덴서에는, 합성 저항치 R03/n의 합성 저항이 병렬로 접속되어 있다. 또한, 개소(P17)의 콘덴서와 개소(P18)의 콘덴서는 병렬로 설치되어 있고, 개소(P17)의 콘덴서와 개소(P18)의 콘덴서에는 합성 저항치 R03/n의 합성 저항이 병렬로 접속되어 있다. 또한, 개소(P14)의 콘덴서에는, 처리 용기(12) 내에 생기는 부하와 같은 고주파에 대한 부하 Ld가 병렬로 접속되어 있다.
커패시턴스 C5 및 커패시턴스 C6은, 회전자와 고정자 사이의 좁은 갭에 의해 부여되는 것이기 때문에, 작은 커패시턴스이다. 한편, 커패시턴스 C1 및 커패시턴스 C4는, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)가, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌으로 구성되어 있기 때문에, 큰 커패시턴스이다. 따라서, 단자(J1)로부터 개소(P11)의 콘덴서 및 개소(P14)의 콘덴서로 분류되는 전류를 저감시킬 수 있고, 고주파를 부하 Ld에 효율적으로 공급하는 것이 가능하다.
예컨대, 회전 커넥터(54)에 의하면, 단자(J1)와 단자(J2) 사이의 커패시턴스를 46 pF로 조정할 수 있다. 46 pF의 커패시턴스는, 13.56 MHz의 고주파에 대해서는 255 Ω의 임피던스가 된다. 따라서, 부하 Ld의 임피던스를 1 Ω로 하면, 단자(J1)에 부여되는 전류 중 1/255의 전류가, 개소(P11)의 콘덴서 및 개소(P14)의 콘덴서로 분류된다. 이와 같이, 회전 커넥터(54)에 의하면, 고주파의 손실을 억제하는 것이 가능하다.
또, 커패시턴스 C1 및 커패시턴스 C4는, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 두께에 의존한다. 예컨대, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 두께를 크게 함으로써, 커패시턴스 C1 및 커패시턴스 C4를 크게 할 수 있다. 그러나, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 두께가 커지면, 회전 커넥터(54)가 대형화한다. 따라서, 회전 커넥터(54)의 허용 가능한 사이즈의 범위 내에서, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 두께는 설정될 수 있다.
또한, 회전 커넥터(54)에서는, 복수의 슬립 링 사이에서의 절연 파괴나 연면 방전을 방지하는 것이 요구된다. 이러한 절연 파괴나 연면 방전에도, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 재료 및 두께가 영향을 미친다. 따라서, 절연 파괴나 연면 방전을 방지 가능하게 하도록, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 재료 및 두께가 선택된다. 또, 폴리테트라플루오로에틸렌은 20 kV/mm의 직류 절연 내압을 가지며, 예컨대 2 kV/mm의 직류 연면 방전 내압을 갖고 있고, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 재료로서 우수하다. 이와 같은, 아이솔레이터(87) 및 아이솔레이터(88)의 재료로서 채용될 수 있는 이러한 재질로는, 그 밖에 폴리에테르에테르케톤(PEEK)도 예시된다.
이상 여러가지 실시형태에 관해 설명했지만, 전술한 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지 변형 양태를 구성하는 것이 가능하다. 예컨대, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)의 배열은 레이디얼 배열에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)의 배열은, 도 20에 나타낸 바와 같이, 액셜(Axial) 배열이어도 좋다. 구체적으로는, 도 20에 나타내는 회전 커넥터(54)에서는, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)은, 회전축선(RX1)이 연장되는 방향으로 배열되어 있다.
레이디얼 배열을 채용한 슬립 링에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 코일 스프링(96)보다 회전축선(RX1)의 근처에 설치된 코일 스프링(95)과 복수의 구체(93) 사이의 슬립량이, 코일 스프링(96)과 복수의 구체(93) 사이의 슬립량보다 커진다. 따라서, 코일 스프링(95)의 마모가 코일 스프링(96)의 마모보다 많아진다.
한편, 도 20에 나타낸 바와 같이, 액셜 배열을 채용한 슬립 링에서는, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)의 회전축선(RX1)으로부터의 거리가 대략 동일한 거리가 된다. 따라서, 코일 스프링(95)과 복수의 구체(93) 사이의 슬립량, 및 코일 스프링(96)과 복수의 구체(93) 사이의 슬립량과 대략 동등해지고, 또한, 작아진다. 따라서, 코일 스프링(95) 및 코일 스프링(96)의 마모가 적어지고, 슬립 링의 수명이 길어진다.
또한, 전술한 실시형태의 슬립 링은, 회전자가 고정자의 내측에 설치되어 있다. 즉, 내륜이 회전자이고, 외륜이 고정자로 되어 있다. 그러나, 내륜이 고정자이고, 외륜이 회전자이어도 좋다.
또한, 전술한 플라즈마 처리 장치(10)는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치이지만, 본 명세서에 개시된 사상은, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치, 마이크로파와 같은 표면파를 이용하는 플라즈마 처리 장치와 같이, 임의의 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다.
10 : 플라즈마 처리 장치, 12 : 처리 용기, 14 : 가스 공급계, 14a : 제1 가스 공급부, 14b : 제2 가스 공급부, 16 : 플라즈마원, 18 : 지지 기구, 20 : 배기계, 20b : 터보 분자 펌프, 22 : 바이어스 전력 공급부, 22a : 제1 전원, 22b : 제2전원, 24 : 구동 장치, 26 : 정류 부재, 27 : 직류 전원, 28 : 히터 전원, 30 : 유지부, 32 : 정전 척, 32b : 히터, 34 : 하부 전극, 34c : 온도 센서, 34f : 냉매 유로, 36 : 회전축부, 36A : 도체부, 36a, 36b, 36c, 36d, 36e : 도체, 40 : 용기부, 50 : 경사축부, 52 : 자성 유체 시일부, 54 : 회전 커넥터, 57a, 57b, 57c, 57d, 57e : 배선, 56, 56A, 56B, 56C, 56D, 56E : 슬립 링, 66 : 배관, 70 : 회전 이음새, 72 : 배관, 74 : 배관, 76 : 칠러 유닛, 78 : 구동 장치, 80 : 풀리, 82 : 전도 벨트, 91, 91A, 91B, 91C, 91D, 91E : 회전자, 92, 92A, 92B, 92C, 92D, 92E : 고정자, 93 : 구체, 95 : 코일 스프링, 96 : 코일 스프링, 150A, 150B : 고주파 전원, AX1 : 제1 축선, AX2 : 제2 축선, Cnt : 제어부, W : 웨이퍼.

Claims (14)

  1. 슬립 링에 있어서,
    회전축선 둘레에서 회전 가능한 도전성의 회전자;
    상기 회전자와 동축에 설치된 도전성의 고정자;
    상기 회전자와 상기 고정자 사이에 배치되는 도전성의 구체로서, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 전기적 패스를 형성하는 상기 구체; 및
    상기 회전자 및 상기 고정자 중 한쪽과 상기 구체 사이에 있어서 설치되고, 상기 회전축선에 대하여 둘레 방향으로 연장된 도전성의 코일 스프링으로서, 상기 회전자 및 상기 고정자 중 상기 한쪽과 상기 구체에 접촉하는 상기 코일 스프링
    을 포함하는, 슬립 링.
  2. 제1항에 있어서,
    도전성의 별도의 코일 스프링을 더 포함하고,
    상기 별도의 코일 스프링은, 상기 회전자 및 상기 고정자 중 다른 한쪽과 상기 구체 사이에 설치되고, 상기 회전축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되어 있고, 상기 회전자 및 상기 고정자 중 상기 다른 한쪽과 상기 구체에 접촉하는 것인, 슬립 링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일 스프링 및 상기 별도의 코일 스프링은, 상기 회전축선이 연장되는 방향으로 배열되어 있는 것인, 슬립 링.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 코일 스프링 및 상기 별도의 코일 스프링은, 상기 회전축선에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있는 것인, 슬립 링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코일 스프링은 사선형 스프링인 것인, 슬립 링.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 스프링 및 상기 별도의 코일 스프링은 사선형 스프링인 것인, 슬립 링.
  7. 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 있어서 피처리체를 지지하기 위한 지지 기구에 있어서,
    피처리체를 유지하기 위한 유지부로서, 제1 축선 중심으로 회전 가능한 상기 유지부;
    상기 유지부를 회전시키는 구동 장치; 및
    각각이 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 슬립 링으로서, 상기 제1 축선에 상기 회전축선이 일치하도록 설치된 복수의 슬립 링을 갖는, 회전 커넥터
    를 포함하고,
    상기 유지부는,
    하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 설치된 정전 척; 및
    각각의 중심축선이 상기 제1 축선에 일치하도록 동축에 설치된 복수의 도체이며, 상기 정전 척의 전극막에 접속된 제1 도체, 및 상기 하부 전극에 접속된 제2 도체를 포함하는 상기 복수의 도체
    를 포함하며,
    상기 복수의 슬립 링 중 제1 슬립 링은 상기 제1 도체에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 복수의 슬립 링 중 제2 슬립 링은 상기 제2 도체에 전기적으로 접속되어 있는 것인, 지지 기구.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유지부와 함께 밀폐된 공간을 구획하는 용기부;
    상기 용기부에 결합되고, 상기 제1 축선에 직교하는 제2 축선을 따라서 연장되는 중공의 경사축부; 및
    상기 경사축부를 상기 제2 축선 둘레에서 회전시키는 별도의 구동 장치
    를 더 포함하고,
    상기 복수의 도체, 상기 유지부를 회전시키는 상기 구동 장치, 및 상기 회전 커넥터는, 상기 공간 내에 설치되어 있는 것인, 지지 기구.
  9. 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기;
    상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급계;
    상기 처리 용기 내에 공급된 가스를 여기시키는 플라즈마원;
    제7항 또는 제8항에 기재된 지지 기구로서, 상기 처리 용기 내에 있어서 상기 유지부에 의해 피처리체를 유지하는 상기 지지 기구;
    상기 처리 용기 내의 공간의 배기를 위한 배기계;
    상기 처리 용기의 외부에 설치되고, 상기 정전 척의 상기 전극막에 부여되는 전압을 발생시키는 직류 전원; 및
    상기 처리 용기의 외부에 설치되고, 상기 하부 전극에 부여되는 바이어스를 발생시키는 바이어스 전력 공급부
    를 포함하고,
    상기 직류 전원은, 제1 배선을 통해 상기 제1 슬립 링에 접속되어 있고,
    상기 바이어스 전력 공급부는, 제2 배선을 통해 상기 제2 슬립 링에 접속되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지 기구는, 제8항에 기재된 지지 기구이며,
    상기 유지부 및 상기 용기부는, 상기 처리 용기 내에 설치되어 있고,
    상기 경사축부는, 상기 처리 용기의 내부로부터 상기 처리 용기의 외부까지 연장되도록 설치되어 있고,
    상기 제1 배선은, 상기 경사축부 내를 통과하여, 상기 직류 전원과 상기 제1 슬립 링을 접속하고 있고,
    상기 제2 배선은, 상기 경사축부 내를 통과하여, 상기 바이어스 전력 공급부와 상기 제2 슬립 링을 접속하고 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유지부는 히터를 더 포함하며,
    상기 복수의 도체는, 상기 히터에 접속되는 제3 도체 및 제4 도체를 더 포함하며,
    상기 복수의 슬립 링은, 상기 제3 도체에 접속되는 제3 슬립 링과 상기 제4 도체에 접속되는 제4 슬립 링을 더 포함하고,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 용기의 외부에 설치되어 상기 히터에 전력을 공급하는 히터 전원을 더 포함하고,
    상기 히터 전원은, 상기 경사축부 내를 통과하는 제3 배선 및 제4 배선을 통해, 각각 상기 제3 슬립 링 및 상기 제4 슬립 링에 전기적으로 접속되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 지지 기구는, 상기 유지부에 설치된 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 복수의 도체는, 상기 온도 센서에 접속되는 제5 도체를 더 포함하며,
    상기 복수의 슬립 링은, 상기 제5 도체에 접속되는 제5 슬립 링을 더 포함하고,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 경사축부 내를 통과하는 제5 배선을 통해 상기 제5 슬립 링에 전기적으로 접속되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이어스 전력 공급부는, 펄스 변조된 직류 전압을 상기 하부 전극에 공급하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 바이어스 전력 공급부는, 상기 펄스 변조된 직류 전압 및 고주파 바이어스를 선택적으로 상기 하부 전극에 공급하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
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