WO2016170989A1 - スリップリング、支持機構及びプラズマ処理装置 - Google Patents

スリップリング、支持機構及びプラズマ処理装置 Download PDF

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coil spring
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stator
support mechanism
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松本　和也
高志 山本
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a slip ring, a support mechanism, and a plasma processing apparatus.
  • a plasma processing apparatus In the manufacture of electronic devices, plasma processing apparatuses are widely used for etching of objects to be processed. For example, a plasma processing apparatus is also used for etching a magnetic layer included in a magnetic random access memory (MRAM).
  • a plasma processing apparatus generally includes a processing container in which plasma processing is performed. A stage is provided in the processing container.
  • the stage generally includes an electrostatic chuck and a lower electrode.
  • the electrostatic chuck has an electrode film surrounded by a dielectric, and generates an electrostatic force when a voltage is applied to the electrode film. With this electrostatic force, the electrostatic chuck attracts and holds the object to be processed.
  • the lower electrode is supplied with a high frequency bias for drawing ions into the object to be processed.
  • a rotating stage configured to be rotatable in order to improve the uniformity of plasma processing on a workpiece.
  • a slip ring is used to apply a voltage to the electrode film of the electrostatic chuck and to supply a high frequency bias to the lower electrode.
  • slip rings include non-contact type slip rings and contact type slip rings.
  • a medium having electrical conductivity is filled between the stator and the rotor.
  • a medium for example, mercury is used.
  • a brush for electrically connecting the stator and the rotor is provided between the stator and the rotor.
  • a slip ring using a brush is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-225578 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-214108.
  • mercury used as a medium is toxic to the human body, and since a seal structure for sealing the mercury is necessary, the slip ring becomes large. In addition, the seal structure may be damaged by long-term use and leakage of mercury may occur, which may seriously affect the external environment.
  • the contact resistance increases because the rotor and the stator are electrically connected by the point contact of the brush. From such a background, it is required to reduce contact resistance in a contact-type slip ring.
  • a slip ring in one aspect, includes a rotor, a stator, a sphere, and a coil spring.
  • the rotor is electrically conductive and can rotate about the rotation axis.
  • the stator has conductivity and is provided coaxially with the rotor.
  • the sphere has conductivity and is disposed between the rotor and the stator.
  • the sphere forms an electrical path between the rotor and the stator.
  • the coil spring has conductivity, is provided between one of the rotor and the stator and the sphere, and extends in the circumferential direction with respect to the rotation axis. The coil spring is in contact with one of the rotor and the stator and the sphere.
  • a conductive coil spring is provided between one of the rotor and the stator and the sphere, and the coil spring contacts one of the rotor and the stator and the sphere at a number of points. To do. Therefore, the contact resistance between one of the rotor and the stator and the sphere is reduced, and the contact resistance of the slip ring is reduced.
  • the slip ring of one embodiment may further include another conductive coil spring.
  • another coil spring is provided between the other of the rotor and the stator and the sphere, extends in the circumferential direction with respect to the rotation axis, and the other of the rotor and the stator and the sphere. To touch.
  • the coil spring contacts the other of the rotor and the stator and the sphere at a number of points. Therefore, the contact resistance between the other of the rotor and the stator and the sphere is reduced. Therefore, the contact resistance of the slip ring is further reduced.
  • the coil spring and another coil spring may be arranged in a direction in which the rotation axis extends.
  • the distance from the rotation axis of a coil spring and another coil spring, ie, two coil springs becomes the same distance. Therefore, the difference between the slip amount between one of the two coil springs and the sphere and the slip amount between the other of the two coil springs and the sphere is reduced, resulting from sliding of the two coil springs and the sphere. Wear is reduced. As a result, the life of the slip ring is increased.
  • the coil spring and another coil spring may be arranged in a radial direction with respect to the rotation axis.
  • the coil spring may be a diagonally wound spring.
  • the reaction force generated by the slant winding spring against the sphere is smaller than the reaction force generated by a general coil spring. Therefore, the contact area between the coil spring and the sphere increases, and the contact resistance further decreases. Further, the contact resistance is stabilized.
  • both the coil spring and another coil spring may be diagonally wound springs.
  • the contact area between the coil spring and the sphere and the contact area between another coil spring and the sphere increase, and the contact resistance further decreases. Further, the contact resistance is stabilized.
  • a support mechanism for supporting an object to be processed in a processing container of a plasma processing apparatus.
  • the support mechanism includes a holding unit, a driving device, and a rotary connector.
  • the holding unit is configured to hold the object to be processed, and is configured to be rotatable about the first axis.
  • the drive device is configured to rotate the holding unit.
  • the rotary connector has a plurality of slip rings.
  • the plurality of slip rings are any one of the above-described one aspect and various embodiments, and are provided such that the rotation axis coincides with the first axis.
  • the holding part has a lower electrode, an electrostatic chuck, and a plurality of conductors. The electrostatic chuck is provided on the lower electrode.
  • the plurality of conductors are provided coaxially so that their central axes coincide with the first axis.
  • the plurality of conductors include a first conductor connected to the electrode film of the electrostatic chuck and a second conductor connected to the lower electrode.
  • the first slip ring is electrically connected to the first conductor
  • the second slip ring is electrically connected to the second conductor.
  • the support mechanism includes the rotary connector that employs the slip ring of any one of the above-described aspects and various embodiments, the electrode film of the electrostatic chuck and the contact in the electrical path to the lower electrode Resistance is reduced. Accordingly, a large voltage can be applied to the electrode film of the electrostatic chuck, and a large bias can be applied to the lower electrode.
  • the support mechanism may further include a container part, an inclined shaft part, and another driving device.
  • the container portion is configured to define a sealed space together with the holding portion.
  • the inclined shaft portion has a hollow shape extending along a second axis perpendicular to the first axis, and is coupled to the container portion.
  • Another drive device is configured to rotate the inclined shaft portion around the second axis.
  • the plurality of conductors, the driving device for rotating the holding portion, and the rotary connector are provided in a space defined by the container portion and the holding portion.
  • the support mechanism of this embodiment is capable of inclining and rotating the holding portion, and the electric path having a small contact resistance with respect to the electrode film and the lower electrode of the electrostatic chuck of such a holding portion. Can be provided.
  • the space for plasma processing is used when the support mechanism is used in a plasma processing apparatus.
  • the plurality of conductors, the holding portion, and the rotary connector can be protected in a space separated from each other.
  • a plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed.
  • the plasma processing apparatus includes a processing container, a gas supply system, a plasma source, a support mechanism, an exhaust system, a DC power supply, and a bias power supply unit.
  • the gas supply system is configured to supply gas into the processing container.
  • the plasma source is configured to excite the gas supplied into the processing container.
  • a support mechanism is a support mechanism in any one of another aspect and embodiment mentioned above, and hold
  • the exhaust system is provided for exhausting the space in the processing container.
  • the DC power source is provided outside the processing container and generates a voltage applied to the electrode film of the electrostatic chuck.
  • the bias power supply unit is provided outside the processing container and generates a bias applied to the lower electrode.
  • the direct current power source is connected to the first slip ring via the first wiring, and the bias power supply unit is connected to the second slip ring via the second wiring.
  • electric power is stably supplied to the electrostatic chuck and the lower electrode via the first wiring and the second wiring connected to the first slip ring and the second slip ring, respectively.
  • the holding part and the container part are provided in the processing container
  • the inclined shaft part is provided so as to extend from the inside of the processing container to the outside of the processing container
  • the first wiring is The DC power source and the first slip ring are connected through the inclined shaft portion
  • the second wiring is connected to the bias power supply unit and the second slip ring through the inclined shaft portion.
  • the first wiring and the second wiring can be connected to the rotary connector without being exposed to plasma.
  • this plasma processing apparatus it is possible to perform plasma processing on the object to be processed while rotating the object to be processed in an inclined state.
  • the holding portion further includes a heater
  • the plurality of conductors further include a third conductor and a fourth conductor connected to the heater
  • the plurality of slip rings are connected to the third conductor.
  • the plasma processing apparatus further includes a heater power source that is provided outside the processing vessel and supplies power to the heater, and the heater power source is disposed in the inclined shaft portion. May be electrically connected to the third and fourth slip rings via a third wiring and a fourth wiring passing through the first wiring.
  • the support mechanism further includes a temperature sensor provided in the holding portion, the plurality of conductors further includes a fourth conductor connected to the temperature sensor, and the plurality of slip rings are connected to the fifth conductor.
  • the plasma processing apparatus further includes a control unit, and the control unit is electrically connected to the fifth slip ring via a fifth wiring passing through the inclined shaft portion. May be.
  • the bias power supply unit may supply a pulse-modulated DC voltage to the lower electrode.
  • ions having relatively low energy and a narrow energy band can be drawn into the object to be processed. This makes it possible to selectively etch a region made of a specific substance in the object to be processed.
  • the bias power supply unit may selectively supply a pulse-modulated DC voltage and a high-frequency bias to the lower electrode.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams schematically illustrating a plasma processing apparatus according to an embodiment, in which a processing container is broken on a plane including an axis PX extending in a vertical direction, and the plasma processing apparatus is illustrated.
  • FIG. 1 shows a plasma processing apparatus in a state in which a support mechanism described later is not inclined
  • FIG. 2 shows a plasma processing apparatus in a state in which the support mechanism is inclined.
  • the plasma processing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a processing vessel 12, a gas supply system 14, a plasma source 16, a support mechanism 18, an exhaust system 20, a bias power supply unit 22, a DC power supply 27, a heater power supply 28, and a control. Part Cnt.
  • the processing container 12 has a substantially cylindrical shape. In one embodiment, the central axis of the processing vessel 12 coincides with the axis PX.
  • the processing container 12 provides a space S for performing plasma processing on an object to be processed (hereinafter also referred to as “wafer W”).
  • the processing container 12 has a substantially constant width in an intermediate portion 12a in the height direction, that is, a portion that accommodates the support mechanism 18. Further, the processing container 12 has a tapered shape in which the width gradually decreases from the lower end of the intermediate portion toward the bottom. Further, the bottom of the processing container 12 provides an exhaust port 12e, and the exhaust port 12e is formed symmetrically with respect to the axis PX.
  • the gas supply system 14 is configured to supply gas into the processing container 12.
  • the gas supply system 14 includes a first gas supply unit 14a and a second gas supply unit 14b.
  • the first gas supply unit 14 a is configured to supply the first processing gas into the processing container 12.
  • the second gas supply unit 14 b is configured to supply the second processing gas into the processing container 12. Details of the gas supply system 14 will be described later.
  • the plasma source 16 is configured to excite the gas supplied into the processing container 12.
  • the plasma source 16 is provided on the top of the processing container 12.
  • the central axis of the plasma source 16 coincides with the axis PX. Details regarding an example of the plasma source 16 will be described later.
  • the support mechanism 18 is configured to hold the wafer W in the processing container 12.
  • the support mechanism 18 is configured to rotate the wafer W about the first axis AX1.
  • the support mechanism 18 is configured to be rotatable about the second axis AX2 that is orthogonal to the axis PX and the first axis AX1.
  • the support mechanism 18 can be tilted with respect to the axis PX by rotation about the second axis AX2.
  • the plasma processing apparatus 10 has a driving device 24.
  • the driving device 24 is provided outside the processing container 12 and generates a driving force for rotating the support mechanism 18 around the second axis AX2.
  • the first axis AX1 coincides with the axis PX as shown in FIG.
  • the first axis AX1 is inclined with respect to the axis PX. Details of the support mechanism 18 will be described later.
  • the exhaust system 20 is configured to depressurize the space in the processing container 12.
  • the exhaust system 20 includes an automatic pressure controller 20a, a turbo molecular pump 20b, and a dry pump 20c.
  • the turbo molecular pump 20b is provided downstream of the automatic pressure controller 20a.
  • the dry pump 20c is directly connected to the space in the processing container 12 through a valve 20d.
  • the dry pump 20c is provided downstream of the turbo molecular pump 20b via the valve 20e.
  • the exhaust system including the automatic pressure controller 20 a and the turbo molecular pump 20 b is attached to the bottom of the processing vessel 12.
  • the exhaust system including the automatic pressure controller 20 a and the turbo molecular pump 20 b is provided directly below the support mechanism 18. Therefore, in this plasma processing apparatus 10, a uniform exhaust flow from the periphery of the support mechanism 18 to the exhaust system 20 can be formed. Thereby, efficient exhaust can be achieved. Further, it is possible to uniformly diffuse the plasma generated in the processing container 12.
  • a rectifying member 26 may be provided in the processing container 12.
  • the rectifying member 26 has a substantially cylindrical shape closed at the lower end.
  • the rectifying member 26 extends along the inner wall surface of the processing container 12 so as to surround the support mechanism 18 from the side and from below.
  • the rectifying member 26 has an upper portion 26a and a lower portion 26b.
  • the upper part 26a has a cylindrical shape with a certain width, and extends along the inner wall surface of the intermediate part 12a of the processing container 12.
  • the lower portion 26b is continuous with the upper portion 26a below the upper portion 26a.
  • the lower part 26b has a taper shape in which the width gradually decreases along the inner wall surface of the processing container 12, and has a flat plate shape at the lower end.
  • a number of openings (through holes) are formed in the lower portion 26b. According to the rectifying member 26, a pressure difference can be formed between the inside of the rectifying member 26, that is, the space in which the wafer W is accommodated, and the outside of the rectifying member 26, that is, the space on the exhaust side. It becomes possible to adjust the residence time of the gas in the space in which the wafer W is accommodated. Further, uniform exhaust can be realized.
  • the bias power supply unit 22 is provided outside the processing container 12 and is configured to give the support mechanism 18 a bias for drawing ions into the wafer W.
  • the bias power supply unit 22 includes a first power supply 22a and a second power supply 22b.
  • the first power supply 22 a generates a pulse-modulated DC voltage (hereinafter referred to as “modulated DC voltage”) as a bias applied to the support mechanism 18.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a pulse-modulated DC voltage. As shown in FIG. 3, the modulation DC voltage, a period T L that takes low-level and duration T H the voltage value takes a high level is a voltage alternating.
  • the modulated DC voltage can be set to a voltage value within a range of 0V to 1200V, for example.
  • the high level voltage value of the modulation DC voltage is a voltage value set within the range of the voltage value, and the high level voltage value of the modulation DC voltage is a voltage value lower than the high level voltage value. .
  • the sum of the time period T L that is continuous with the period T H and the period T H constitute one cycle T C.
  • the frequency of the pulse modulation of the modulation current voltage is 1 / T C.
  • the frequency of the pulse modulation can be arbitrarily set, but is a frequency capable of forming a sheath capable of accelerating ions, for example, 400 kHz.
  • the on-duty ratio, i.e., the ratio occupied by the period T H in one period T C is the ratio of the range of 10% to 90%.
  • the second power source 22b is configured to supply the support mechanism 18 with a high-frequency bias for drawing ions into the wafer W.
  • the frequency of the high-frequency bias is an arbitrary frequency suitable for drawing ions into the wafer W, and is, for example, 400 kHz.
  • the modulation DC voltage from the first power supply 22 a and the high frequency bias from the second power supply 22 b can be selectively supplied to the support mechanism 18.
  • ions having a relatively low energy and a narrow energy band are attracted to the wafer W.
  • a high-frequency bias is applied to the support mechanism 18, ions having a relatively high energy and a relatively wide energy band are attracted to the wafer W.
  • etching according to the film type is performed by selectively supplying the modulation DC voltage from the first power supply 22 a and the high-frequency bias from the second power supply 22 b to the support mechanism 18.
  • a modulated DC voltage is supplied to the support mechanism 18 when etching a specific substance in the wafer, and a high-frequency bias can be supplied to the support mechanism 18 when etching a film whose etching rate should be prioritized.
  • the selective supply of the modulated DC voltage and the high frequency bias can be controlled by the control unit Cnt.
  • the control unit Cnt is, for example, a computer including a processor, a storage unit, an input device, a display device, and the like.
  • the control unit Cnt operates according to a program based on the input recipe and sends out a control signal.
  • Each unit of the plasma processing apparatus 10 is controlled by a control signal from the control unit Cnt.
  • the gas supply system 14 has the first gas supply unit 14a and the second gas supply unit 14b as described above.
  • the first gas supply unit 14a supplies the first processing gas in the processing container 12 through one or more gas discharge holes 14e.
  • the second gas supply unit 14b supplies the second processing gas in the processing container 12 through one or more gas discharge holes 14f.
  • the gas discharge hole 14e is provided at a position closer to the plasma source 16 than the gas discharge hole 14f. Therefore, the first processing gas is supplied to a position closer to the plasma source 16 than the second processing gas.
  • the number of each of the gas discharge holes 14e and 14f is “1”, but a plurality of gas discharge holes 14e and a plurality of gas discharge holes 14f are provided. Also good.
  • the plurality of gas discharge holes 14e may be evenly arranged in the circumferential direction with respect to the axis PX.
  • the plurality of gas discharge holes 14f may be evenly arranged in the circumferential direction with respect to the axis PX.
  • a partition plate so-called ion trap, may be provided between a region where gas is discharged by the gas discharge hole 14e and a region where gas is discharged by the gas discharge hole 14f. This makes it possible to adjust the amount of ions from the first processing gas plasma toward the wafer W.
  • the first gas supply unit 14a may have one or more gas sources, one or more flow controllers, and one or more valves. Therefore, the flow rate of the first processing gas from one or more gas sources of the first gas supply unit 14a can be adjusted.
  • the second gas supply unit 14b may have one or more gas sources, one or more flow controllers, and one or more valves. Therefore, the flow rate of the second processing gas from one or more gas sources of the second gas supply unit 14b can be adjusted.
  • the flow rate of the first processing gas from the first gas supply unit 14a and the supply timing of the first processing gas, the flow rate of the second processing gas from the second gas supply unit 14b, and the second The processing gas supply timing is individually adjusted by the control unit Cnt.
  • the first process gas may be a noble gas.
  • the rare gas is He gas, Ne gas, Ar gas, Kr gas, or Xe gas.
  • the first processing gas may be a gas selected from He gas, Ne gas, Ar gas, Kr gas, and Xe gas.
  • the second processing gas may be a hydrogen-containing gas. Examples of the hydrogen-containing gas include CH 4 gas or NH 3 gas.
  • the first process gas and the second process gas can be excited by the plasma source 16.
  • the supply amounts of the first processing gas and the second processing gas at the time of plasma generation are individually controlled by the control by the control unit Cnt.
  • the first processing gas may be a decomposable gas that is dissociated by plasma generated by the plasma source 16 and generates radicals.
  • the radical derived from the first processing gas may be a radical that causes a reduction reaction, an oxidation reaction, a chlorination reaction, or a fluorination reaction.
  • the first processing gas may be a gas containing a hydrogen element, an oxygen element, a chlorine element, or a fluorine element.
  • the first processing gas may be Ar, N 2 , O 2 , H 2 , He, BCl 3 , Cl 2 , CF 4 , NF 3 , CH 4 , or SF 6 .
  • Examples of the first processing gas that generates radicals for the reduction reaction include H 2 . O 2 etc.
  • Examples of the first processing gas that generates radicals of the chlorination reaction include BCl 3 and Cl 2 .
  • the first processing gas that generates radicals of the fluorination reaction include CF 4 , NF 3 , and SF 6 .
  • the second processing gas may be a gas that reacts with a substance to be etched without being exposed to plasma.
  • a gas whose reaction with the substance to be etched depends on the temperature of the support mechanism 18 may be included.
  • HF, Cl 2 , HCl, H 2 O, PF 3 , F 2 , ClF 3 , COF 2 , cyclopentadiene, Amidinato, or the like is used as the second processing gas.
  • the second processing gas may include an electron donating gas.
  • the electron donating gas generally refers to a gas composed of atoms having greatly different electronegativity or ionization potential or a gas including atoms having a lone electron pair.
  • the electron donating gas has a property of easily giving electrons to other compounds.
  • the electron donating gas has a property of being bonded to a metal compound or the like as a ligand and evaporating.
  • the electron donating gas include SF 6 , PH 3 , PF 3 , PCl 3 , PBr 3 , PI 3 , CF 4 , AsH 3 , SbH 3 , SO 3 , SO 2 , H 2 S, SeH 2 , TeH 2 , Examples include Cl 3 F, H 2 O, H 2 O 2, etc., or a gas containing a carbonyl group.
  • the first processing gas and the second processing gas can be supplied alternately.
  • Plasma is generated by the plasma source 16 when the first processing gas is supplied, and plasma generation by the plasma source 16 is stopped when the second gas is supplied.
  • the supply of the first processing gas and the second processing gas is controlled by the control unit Cnt. That is, in the second example, the supply amount of the first processing gas and the supply amount of the second processing gas according to the plasma state at the time of plasma generation and plasma extinction are the first gas supply unit by the control unit Cnt. It can be realized by control of 14a and the second gas supply unit 14b.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a plasma source according to an embodiment, and is a diagram illustrating the plasma source viewed from the Y direction in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a plasma source according to an embodiment, and shows the plasma source viewed from the vertical direction.
  • an opening is provided in the top of the processing container 12, and the opening is closed by a dielectric plate 194.
  • the dielectric plate 194 is a plate-like body and is made of quartz glass or ceramic.
  • the plasma source 16 is provided on the dielectric plate 194.
  • the plasma source 16 includes a high-frequency antenna 140 and a shield member 160.
  • the high frequency antenna 140 is covered with a shield member 160.
  • the high frequency antenna 140 includes an inner antenna element 142A and an outer antenna element 142B.
  • the inner antenna element 142A is provided closer to the axis PX than the outer antenna element 142B.
  • the outer antenna element 142B is provided outside the inner antenna element 142A so as to surround the inner antenna element 142A.
  • Each of the inner antenna element 142A and the outer antenna element 142B is made of, for example, a conductor such as copper, aluminum, or stainless steel, and extends spirally around the axis PX.
  • Both the inner antenna element 142A and the outer antenna element 142B are sandwiched and integrated with a plurality of sandwiching bodies 144.
  • the plurality of sandwiching bodies 144 are, for example, rod-shaped members, and are arranged radially with respect to the axis PX.
  • the shield member 160 has an inner shield wall 162A and an outer shield wall 162B.
  • the inner shield wall 162A has a cylindrical shape extending in the vertical direction, and is provided between the inner antenna element 142A and the outer antenna element 142B.
  • the inner shield wall 162A surrounds the inner antenna element 142A.
  • the outer shield wall 162B has a cylindrical shape extending in the vertical direction and is provided so as to surround the outer antenna element 142B.
  • the inner shield plate 164A is provided on the inner antenna element 142A.
  • the inner shield plate 164A has a disk shape and is provided so as to close the opening of the inner shield wall 162A.
  • An outer shield plate 164B is provided on the outer antenna element 142B.
  • the outer shield plate 164B is an annular plate, and is provided so as to close the opening between the inner shield wall 162A and the outer shield wall 162B.
  • a high frequency power source 150A and a high frequency power source 150B are connected to the inner antenna element 142A and the outer antenna element 142B, respectively.
  • the high frequency power supply 150A and the high frequency power supply 150B are high frequency power supplies for generating plasma.
  • the high frequency power supply 150A and the high frequency power supply 150B supply high frequency power of the same frequency or different frequencies to the inner antenna element 142A and the outer antenna element 142B, respectively.
  • a predetermined frequency for example, 40 MHz
  • the process introduced into the processing container 12 by the induced magnetic field formed in the processing container 12
  • the gas is excited, and a donut-shaped plasma is generated at the center of the wafer W.
  • a high frequency of a predetermined frequency for example, 60 MHz
  • the processing gas introduced into the processing container 12 by the induced magnetic field formed in the processing container 12 Is excited, and another donut-shaped plasma is generated on the peripheral edge of the wafer W.
  • These plasmas generate radicals from the process gas.
  • the frequency of the high frequency power output from the high frequency power supply 150A and the high frequency power supply 150B is not limited to the above-described frequency.
  • the frequency of the high frequency power output from the high frequency power supply 150A and the high frequency power supply 150B may be various frequencies such as 13.56 MHz, 27 MHz, 40 MHz, and 60 MHz.
  • the plasma source 16 can ignite the plasma of the processing gas even in an environment of 1 mTorr (0.1333 Pa) pressure. Under a low pressure environment, the mean free path of ions in the plasma increases. Therefore, etching by sputtering of rare gas atom ions becomes possible. Further, in a low-pressure environment, it is possible to exhaust the material while suppressing the etched material from reattaching to the wafer W.
  • FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views showing a support mechanism according to an embodiment.
  • 6 is a cross-sectional view of the support mechanism viewed from the Y direction (see FIG. 1)
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the support mechanism viewed from the X direction (see FIG. 1). Yes.
  • the support mechanism 18 includes a driving device 24, a holding portion 30, a container portion 40, an inclined shaft portion 50, a rotary connector 54, and a driving device 78.
  • the holding unit 30 is a mechanism that holds the wafer W and rotates the wafer W by rotating about the first axis AX1. As described above, the first axis AX1 coincides with the axis PX when the support mechanism 18 is not inclined.
  • the holding unit 30 includes an electrostatic chuck 32, a lower electrode 34, an insulating member 35, and a rotating shaft unit 36.
  • the plurality of conductors are provided coaxially so that their central axes coincide with the first axis AX1.
  • the electrostatic chuck 32 is configured to hold the wafer W on the upper surface thereof, and is provided on the lower electrode 34.
  • the electrostatic chuck 32 has a substantially disc shape with the first axis AX1 as its central axis, and has an electrode film 32a provided as an inner layer of an insulating film, as will be described later.
  • the electrostatic chuck 32 generates an electrostatic force when a voltage is applied from the DC power source 27 to the electrode film 32a.
  • the DC power supply 27 is provided outside the processing container 12.
  • the electrostatic chuck 32 attracts the wafer W placed on its upper surface by electrostatic force.
  • the lower electrode 34 has a substantially disk shape with the first axis AX1 as its central axis.
  • the lower electrode 34 has a first portion 34a and a second portion 34b.
  • the first portion 34a is a portion on the center side of the lower electrode 34 extending along the first axis AX1, and the second portion 34b is farther from the first axis AX1 than the first portion 34a, that is, the first portion 34a. It is a portion extending outside the one portion 34a.
  • the upper surface of the first portion 34a and the upper surface of the second portion 34b are continuous, and the upper surface of the first portion 34a and the upper surface of the second portion 34b constitute a substantially flat upper surface of the lower electrode 34.
  • An electrostatic chuck 32 is in contact with the upper surface of the lower electrode 34.
  • the first portion 34a protrudes downward from the second portion 34b and has a cylindrical shape. That is, the lower surface of the first portion 34a extends below the lower surface of the second portion 34b.
  • the lower electrode 34 is made of a conductor such as aluminum.
  • the lower electrode 34 is electrically connected to the bias power supply unit 22 described above. That is, the lower electrode 34 can be selectively supplied with a modulated DC voltage from the first power supply 22a and a high-frequency bias from the second power supply 22b.
  • the lower electrode 34 is provided with a refrigerant flow path 34f. The temperature of the wafer W is controlled by supplying the coolant to the coolant channel 34f.
  • the lower electrode 34 is provided on the insulating member 35.
  • the insulating member 35 is made of an insulator such as quartz or alumina, and has a substantially disk shape opened at the center.
  • the insulating member 35 has a first portion 35a and a second portion 35b.
  • the first portion 35a is a central portion of the insulating member 35, and the second portion 35b extends farther from the first axis AX1 than the first portion 35a, that is, extends outside the first portion 35a.
  • the upper surface of the first portion 35a extends below the upper surface of the second portion 35b, and the lower surface of the first portion 35a also extends below the lower surface of the second portion 35b.
  • the upper surface of the second portion 35 b of the insulating member 35 is in contact with the lower surface of the second portion 34 b of the lower electrode 34.
  • the upper surface of the first portion 35 a of the insulating member 35 is separated from the lower surface of the lower electrode 34.
  • the rotating shaft portion 36 extends below the lower electrode 34.
  • the central axis of the rotation shaft portion 36 coincides with the first axis AX1.
  • the holding part 30 constituted by such various elements forms a space as an internal space of the support mechanism 18 together with the container part 40.
  • the container part 40 includes an upper container part 42 and an outer container part 44.
  • the upper container part 42 has a substantially disk shape.
  • a through hole through which the rotation shaft portion 36 passes is formed in the center of the upper container portion 42.
  • the upper container portion 42 is provided below the second portion 35b of the insulating member 35 so as to provide a slight gap with respect to the second portion 35b.
  • the upper end of the outer container portion 44 is coupled to the lower surface periphery of the upper container portion 42.
  • the outer container part 44 has a substantially cylindrical shape closed at the lower end.
  • a magnetic fluid seal portion 52 is provided between the container portion 40 and the rotary shaft portion 36.
  • the magnetic fluid seal portion 52 has an inner ring portion 52a and an outer ring portion 52b.
  • the inner ring portion 52 a has a substantially cylindrical shape extending coaxially with the rotation shaft portion 36 and is fixed to the rotation shaft portion 36. Further, the upper end portion of the inner ring portion 52 a is coupled to the lower surface of the first portion 35 a of the insulating member 35.
  • the inner ring portion 52a rotates about the first axis AX1 together with the rotation shaft portion 36.
  • the outer ring portion 52b has a substantially cylindrical shape, and is provided coaxially with the inner ring portion 52a outside the inner ring portion 52a.
  • the upper end portion of the outer ring portion 52 b is coupled to the lower surface of the central side portion of the upper container portion 42.
  • a magnetic fluid 52c is interposed between the inner ring portion 52a and the outer ring portion 52b.
  • a bearing 53 is provided below the magnetic fluid 52c and between the inner ring portion 52a and the outer ring portion 52b.
  • the magnetic fluid seal portion 52 provides a sealing structure that hermetically seals the internal space of the support mechanism 18. By this magnetic fluid seal portion 52, the internal space of the support mechanism 18 is separated from the space S of the plasma processing apparatus 10. In the plasma processing apparatus 10, the internal space of the support mechanism 18 is maintained at atmospheric pressure.
  • a rotating shaft portion 36, a rotating connector 54, and a driving device 78 are provided in the space S. Protected from plasma.
  • a first member 37 and a second member 38 are provided between the magnetic fluid seal portion 52 and the rotary shaft portion 36.
  • the first member 37 is a substantially cylindrical portion that extends along a part of the outer peripheral surface of the rotating shaft portion 36, that is, the outer peripheral surface of the upper portion of the cylindrical portion 36C described later and the outer peripheral surface of the first portion 34a of the lower electrode 34. It has a shape. Further, the upper end of the first member 37 has an annular plate shape extending along the lower surface of the second portion 34 b of the lower electrode 34. The first member 37 is in contact with the outer peripheral surface of the upper portion of the cylindrical portion 36C, the outer peripheral surface of the first portion 34a of the lower electrode 34, and the lower surface of the second portion 34b.
  • the second member 38 has a substantially cylindrical shape extending along the outer peripheral surface of the rotation shaft portion 36, that is, the outer peripheral surface of the sixth cylindrical portion 36 g and the outer peripheral surface of the first member 37.
  • the upper end of the second member 38 has an annular plate shape that extends along the upper surface of the first portion 35 a of the insulating member 35.
  • the second member 38 includes an outer peripheral surface of the sixth cylindrical portion 36g, an outer peripheral surface of the first member 37, an upper surface of the first portion 35a of the insulating member 35, and an inner peripheral surface of the inner ring portion 52a of the magnetic fluid seal portion 52.
  • a sealing member 39 a such as an O-ring is interposed between the second member 38 and the upper surface of the first portion 35 a of the insulating member 35. Further, sealing members 39b and 39c such as O-rings are interposed between the second member 38 and the inner peripheral surface of the inner ring portion 52a of the magnetic fluid seal portion 52. With this structure, the space between the rotating shaft portion 36 and the inner ring portion 52a of the magnetic fluid seal portion 52 is sealed. Thereby, even if a gap exists between the rotating shaft portion 36 and the magnetic fluid seal portion 52, the internal space of the support mechanism 18 is separated from the space S of the plasma processing apparatus 10.
  • the outer container portion 44 is formed with an opening along the second axis AX2.
  • the inner end portion of the inclined shaft portion 50 is fitted into the opening formed in the outer container portion 44.
  • the inclined shaft portion 50 has a substantially cylindrical shape, and the center axis thereof coincides with the second axis AX2.
  • the inclined shaft portion 50 extends to the outside of the processing container 12 as shown in FIG.
  • the driving device 24 described above is coupled to one outer end portion of the inclined shaft portion 50.
  • the driving device 24 pivotally supports one outer end portion of the inclined shaft portion 50.
  • the support mechanism 18 rotates about the second axis AX2, and as a result, the support mechanism 18 is inclined with respect to the axis PX.
  • the support mechanism 18 can be inclined so that the first axis AX1 forms an angle within a range of 0 degrees to 60 degrees with respect to the axis PX.
  • the second axis AX2 includes the center position of the support mechanism 18 in the direction of the first axis AX1.
  • the inclined shaft portion 50 extends on the second axis AX2 that passes through the center of the support mechanism 18.
  • the shortest distance WU see FIG. 2 between the upper edge of the support mechanism 18 and the processing container 12 (or the rectifying member 26), and the support mechanism 18 It is possible to increase the minimum distance among the shortest distance WL (see FIG. 2) between the lower edge and the processing container 12 (or the rectifying member 26). That is, the minimum distance between the outline of the support mechanism 18 and the processing container 12 (or the rectifying member 26) can be maximized. Therefore, the horizontal width of the processing container 12 can be reduced.
  • the second axis AX2 includes a position between the center of the support mechanism 18 and the upper surface of the holding unit 30 in the direction of the first axis AX1. That is, in this embodiment, the inclined shaft portion 50 extends at a position that is biased toward the holding portion 30 with respect to the center of the support mechanism 18. According to this embodiment, when the support mechanism 18 is inclined, the difference in distance from the plasma source 16 to each position of the wafer W can be reduced. Therefore, the in-plane uniformity of etching is further improved.
  • the support mechanism 18 may be tiltable at an angle within 60 degrees.
  • the second axis AX2 includes the center of gravity of the support mechanism 18.
  • the inclined shaft portion 50 extends on the second axis AX2 including the center of gravity. According to this embodiment, the torque required for the drive device 24 is reduced, and the control of the drive device 24 is facilitated.
  • the rotating shaft portion 36 has a conductor portion 36A including a plurality of conductors. As will be described in detail later, the plurality of conductors of the conductor portion 36A are provided coaxially with the first axis AX1 as their central axis. The plurality of conductors of the conductor portion 36 ⁇ / b> A form an electrical path to the plurality of elements in the electrostatic chuck 32 and the lower electrode 34. The plurality of conductors of the conductor portion 36A are electrically connected to the plurality of slip rings of the rotary connector 54, respectively.
  • the rotating shaft portion 36 is provided outside the conductor portion 36A and coaxially with the conductor portion 36A, and outside the tubular portion 36B and coaxially with the tubular portion 36B. It has a cylindrical portion 36C.
  • a gas line for supplying heat transfer gas is formed in the cylindrical portion 36B.
  • This gas line is connected to the pipe 66 through a rotary joint such as a swivel joint.
  • the piping 66 extends from the internal space of the support mechanism 18 to the outside of the processing container 12 through the inner hole of the inclined shaft portion 50.
  • the pipe 66 is connected to a heat transfer gas source 68 such as He gas (see FIG. 1) outside the processing container 12. This heat transfer gas is supplied between the electrostatic chuck 32 and the wafer W.
  • the cylindrical portion 36C is provided coaxially with the cylindrical portion 36B on the outside of the cylindrical portion 36B.
  • the cylindrical portion 36C is formed with a refrigerant supply line for supplying the refrigerant to the refrigerant flow path 34f and a refrigerant recovery line for recovering the refrigerant supplied to the refrigerant flow path 34f.
  • the refrigerant supply line is connected to the pipe 72 via a rotary joint 70 such as a swivel joint.
  • the refrigerant recovery line is connected to the pipe 74 via the rotary joint 70.
  • the pipe 72 and the pipe 74 extend from the internal space of the support mechanism 18 to the outside of the processing container 12 through the inner hole of the inclined shaft portion 50.
  • the pipe 72 and the pipe 74 are connected to the chiller unit 76 (see FIG. 1) outside the processing container 12.
  • the rotary connector 54 is provided with a bearing 55, and the bearing 55 supports the rotary shaft portion 36 via the rotary connector 54.
  • the bearing 53 described above supports the upper portion of the rotating shaft portion 36
  • the bearing 55 supports the lower portion of the rotating shaft portion 36.
  • the rotary shaft portion 36 can be stably rotated about the first axis AX1. Is possible.
  • a drive device 78 such as a rotary motor is provided in the internal space of the support mechanism 18.
  • the driving device 78 generates a driving force for rotating the rotary shaft portion 36.
  • the driving device 78 is provided on the side of the rotating shaft portion 36.
  • the driving device 78 is connected to a pulley 80 attached to the rotating shaft portion 36 via a conduction belt 82.
  • the rotational driving force of the drive device 78 is transmitted to the rotary shaft portion 36, and the holding portion 30 rotates about the first axis AX1.
  • the number of rotations of the holding unit 30 is in a range of 48 rpm or less, for example.
  • the holding unit 30 is rotated at a rotation speed of 20 rpm during the process.
  • the wiring for supplying electric power to the driving device 78 is drawn out to the outside of the processing container 12 through the inner hole of the inclined shaft portion 50 and is connected to a motor power supply provided outside the processing container 12. .
  • the support mechanism 18 can be provided with various mechanisms in the internal space that can be maintained at atmospheric pressure. Further, the support mechanism 18 pulls out wiring or piping for connecting a mechanism housed in the internal space and a device such as a power source, gas source, chiller unit, etc. provided outside the processing container 12 to the outside of the processing container 12. Is configured to be possible.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing the upper part of the holding part 30 and the rotating shaft part 36.
  • the electrostatic chuck 32 has an electrode film 32a provided as an inner layer of the insulating film.
  • the electrostatic chuck 32 has a built-in heater 32b for heating the wafer W.
  • the heater 32b can be suppressed to, for example, 16W heat generation.
  • the electrostatic chuck 32 is provided on the lower electrode 34.
  • a temperature sensor 34 c that detects the temperature of the wafer W is provided in the lower electrode 34.
  • the conductor portion 36A of the rotating shaft portion 36 includes a conductor 36a, a conductor 36b, a conductor 36c, a conductor 36d, and a conductor 36e as a plurality of conductors. These conductors are provided coaxially with respect to the first axis AX1.
  • the conductor 36 a has a cylindrical shape and is connected to the electrode film 32 a of the electrostatic chuck 32.
  • the conductor 36b and the conductor 36c have a cylindrical shape.
  • the conductors 36b and 36c are conductors for supplying current to the heater 32b, and are connected to the two terminals of the heater 32b, respectively.
  • the conductor 36d has a cylindrical shape.
  • the conductor 36d is a conductor for transmitting a signal from the temperature sensor 34c, and is connected to the temperature sensor 34c.
  • the conductor 36e has a cylindrical shape.
  • the conductor 36 e is a conductor for supplying a bias from the bias power supply unit 22 to the lower electrode 34, and is connected to the lower electrode 34.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the lower portion of the rotary shaft portion 36 and the rotary connector 54 according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view seen from the Y direction of FIG. Yes.
  • the plurality of conductors of the conductor portion 36A of the rotating shaft portion 36 are connected to the plurality of slip rings of the rotary connector 54 on the lower end side thereof.
  • the plurality of slip rings of the rotary connector 54 are arranged so that their rotation axes coincide with the first axis AX1.
  • the rotary connector 54 includes five slip rings stacked in the direction of the first axis AX1, that is, a slip ring 56A, a slip ring 56B, a slip ring 56C, a slip ring 56D, and a slip ring 56E.
  • the conductor 36a is the rotor 91A of the slip ring 56A
  • the conductor 36b is the rotor 91B of the slip ring 56B
  • the conductor 36c is the rotor 91C of the slip ring 56C
  • the conductor 36d is the rotor 91D of the slip ring 56D.
  • the conductor 36e is connected to the rotor 91E of the slip ring 56E.
  • the conductor 36a extends in the Z direction, and at the lower end thereof, for example, extends in a direction perpendicular to the Z direction and is connected to the rotor 91A.
  • the conductor 36b, the conductor 36c, the conductor 36d, and the conductor 36e extend in the Z direction, and extend at their lower ends, for example, in a direction perpendicular to the Z direction, respectively, so that the rotor 91B, the rotor 91C, and the rotor respectively. 91D and the rotor 91E are connected.
  • the conductor 36a, the conductor 36b, the conductor 36c, the conductor 36d, and the conductor 36e are respectively connected to the corresponding rotor 91A, rotor 91B, rotor 91C, rotor 91D, and rotor 91E at two locations. Although connected, each conductor may be connected to the corresponding rotor at one or more locations.
  • a plurality of wires 57 are connected to the stators of the slip rings 56A to 56E.
  • the plurality of wirings 57 include a wiring 57a, a wiring 57b, a wiring 57c, a wiring 57d, and a wiring 57e.
  • the wiring 57a is on the stator 92A of the slip ring 56A
  • the wiring 57b is on the slip ring 56B.
  • Wiring 57c is connected to the stator 92C of the slip ring 56C
  • wiring 57d is connected to the stator 92D of the slip ring 56D
  • wiring 57e is connected to the stator 92E of the slip ring 56E.
  • the plurality of wires 57 extend from the internal space of the support mechanism 18 through the inner hole of the inclined shaft portion 50 to the outside of the processing container 12.
  • the wiring 57 a is connected to the DC power supply 27 outside the processing container 12.
  • the wiring 57 b and the wiring 57 c are connected to the heater power supply 28 outside the processing container 12.
  • the wiring 57d is connected to the control unit Cnt, for example, outside the processing container 12.
  • the wiring 57e is connected to the bias power supply unit 22, that is, the first power source 22a and the second power source 22b outside the processing container 12.
  • a matching device for impedance matching may be provided between the second power supply 22b and the wiring 57e.
  • the isolator 88 is provided.
  • the isolator 88 is made of an insulator and has an annular shape extending in the circumferential direction with respect to the rotation axis RX1.
  • the isolator 88 is made of, for example, polytetrafluoroethylene.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a slip ring according to an embodiment.
  • 10 (a) shows a plan view of the slip ring as viewed in the direction of the rotation axis
  • FIG. 10 (b) shows the Xb-Xb line shown in FIG. 10 (a).
  • FIG. 11 is a figure which shows roughly each component of the slip ring which concerns on one Embodiment.
  • 11 (a) shows a plan view of the rotor of the slip ring as viewed in the direction of the rotation axis
  • FIG. 11 (b) shows XIb shown in FIG.
  • FIG. 11 (a) A cross-sectional view taken along the line -XIb is shown.
  • FIG. 11 (c) shows a plan view of the stator of the slip ring as viewed in the direction of the rotation axis.
  • FIG. 11 (d) shows the XId shown in FIG. 11 (d).
  • a cross-sectional view taken along line -XId is shown.
  • the above-described slip ring 56A, slip ring 56B, slip ring 56C, slip ring 56D, and slip ring 56E have the same structure as the slip ring 56 shown in FIGS. Hereinafter, the structure of the slip ring 56 will be described.
  • the slip ring 56 includes a rotor 91 and a stator 92.
  • the slip ring 56 further includes a plurality of spheres 93, a plurality of retainers 94, a coil spring 95, and a coil spring 96.
  • the rotor 91 is a substantially annular member that extends in the circumferential direction about the rotation axis RX1.
  • the rotor 91 is rotatable around the rotation axis RX1.
  • the stator 92 is a substantially annular member extending in the circumferential direction about the rotation axis RX1.
  • the stator 92 is provided coaxially with the rotor 91 outside the rotor 91 with respect to the rotation axis RX1.
  • Both the rotor 91 and the stator 92 are made of a conductive material.
  • the rotor 91 and the stator 92 provide a space extending in the circumferential direction with respect to the rotation axis RX1 therebetween.
  • a plurality of spheres 93 and a plurality of retainers 94 are housed in the space provided by the rotor 91 and the stator 92. Specifically, in the space, the plurality of spheres 93 and the plurality of retainers 94 are alternately arranged along the circumferential direction.
  • the plurality of spheres 93 have conductivity, and form an electrical path between the rotor 91 and the stator 92.
  • the plurality of spheres 93 can make point contact with both the rotor 91 and the stator 92.
  • the plurality of retainers 94 prevent contact between the plurality of spheres 93.
  • Each of the plurality of retainers 94 is made of an insulating material in one embodiment.
  • each of the plurality of retainers 94 is made of polytetrafluoroethylene.
  • these retainers 94 are made of polytetrafluoroethylene, the wear of the spheres 93 due to the contact friction between the spheres 93 and the retainers is reduced by the effect of surface lubrication.
  • the rotor 91 provides a groove 91a.
  • the groove 91a extends in the circumferential direction with respect to the rotation axis RX1, and is continuous with the space in which the plurality of spheres 93 and the plurality of retainers 94 are accommodated.
  • a coil spring 95 is accommodated in the groove 91a.
  • the coil spring 95 extends in the circumferential direction with respect to the rotation axis RX1.
  • the coil spring 95 has conductivity, is provided between the plurality of spheres 93 and the rotor 91, and is in contact with the plurality of spheres 93 and the rotor 91. As shown in FIG.
  • the portion closest to the rotation axis RX1 in the plane of the rotor 91 that defines the groove 91a has a radius RS1 with respect to the rotation axis RX1.
  • the radius of the circular center line of the coil spring 95 is RS3, and the radius RS3 is larger than the radius RS1.
  • the stator 92 provides a groove 92a.
  • the groove 92a extends in the circumferential direction with respect to the rotation axis RX1, and is continuous with the space in which the plurality of spheres 93 and the plurality of retainers 94 are accommodated.
  • a coil spring 96 is accommodated in the groove 92a.
  • the coil spring 96 extends in the circumferential direction with respect to the rotation axis RX1.
  • the coil spring 96 has conductivity, is provided between the plurality of spheres 93 and the stator 92, and is in contact with the plurality of spheres 93 and the stator 92. As shown in FIG.
  • the portion closest to the rotational axis RX1 in the plane of the stator 92 defining the groove 92a has a radius RS2 with respect to the rotational axis RX1.
  • the radius of the circular center line of the coil spring 96 is RS4, and the radius RS4 is larger than the radius RS3 and smaller than the radius RS2.
  • the coil spring 95 extends in the circumferential direction at a position farther from the rotation axis RX1 than the coil spring 96. That is, the coil spring 95 and the coil spring 96 are arranged in the radial direction with respect to the rotation axis RX1.
  • the arrangement of the coil springs 95 and the coil springs 96 in the radial direction with respect to the rotation axis RX1 is referred to as a radial arrangement.
  • the coil spring 95 is deformed by being pressured between the plurality of spheres 93 and the rotor 91.
  • the coil spring 95 comes into contact with the plurality of spheres 93 and the rotor 91 at a number of points.
  • the coil spring 96 is deformed by being pressed between the plurality of spheres 93 and the stator 92. Accordingly, the coil spring 96 comes into contact with the plurality of spheres 93 and the stator 92 at a number of points.
  • the electrical path between the rotor 91 and the stator 92 is provided by point contact between the plurality of spheres 93 and the rotor 91 and point contact between the plurality of spheres 93 and the stator.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a state of contact between a sphere and a coil spring.
  • FIG. 12 shows a cross section taken along line XII-XII shown in FIG. 10B in the area AR1 shown in FIG. 10A.
  • the circumferential direction with respect to the rotation axis RX1 is shown as the Y1 direction.
  • the plurality of spheres 93 rotate in the Y2 direction by rotation.
  • rolling contact can occur between the coil spring 95 and the plurality of spheres 93 and between the coil spring 96 and the plurality of spheres 93.
  • the pressure applied from the rotor 91 and the stator 92 to the plurality of spheres 93 is the friction force between the plurality of spheres 93 and the coil springs 95 and the plurality of spheres 93.
  • the coil spring 96 are adjusted so that the rotational force of the plurality of spheres 93 is greater than the frictional force of the coil spring 96.
  • the coil spring 95 and the coil spring 96 may be a diagonally wound spring SCS shown in FIG.
  • a plan view of the oblique winding spring is shown in part (a) of FIG. 13, and a side view of the oblique winding spring is shown in part (b) of FIG.
  • the slant winding spring SCS shown in FIG. 13 is wound around a circular center line CL.
  • the wire rod of the slant winding spring SCS is wound around the center line CL while being inclined with respect to the tangential direction T1 of the center line CL over its entire length.
  • the reaction force generated by the slant winding spring SCS against the plurality of spheres 93 is smaller than the reaction force generated by a general coil spring.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the relationship between the shape of the coil spring and the repulsion of the spring.
  • FIG. 14A shows a cross-sectional view of a general coil spring GCS in which the direction in which the wire is wound is substantially orthogonal to the center line.
  • a sphere 93 is formed on the coil spring GCS. The state where is touching is shown.
  • FIG. 14B shows a cross-sectional view of the oblique winding spring SCS. In the cross-sectional view, a state in which the sphere 93 is in contact with the oblique winding spring SCS is shown.
  • the diagonally wound spring SCS when used as the coil spring 95 and the coil spring 96, wear of components such as the coil spring 95, the coil spring 96, and the plurality of spheres 93 is suppressed. Further, the contact area between the plurality of spheres 93 and the coil springs 95 and the contact area between the plurality of spheres 93 and the coil springs 96 are increased, the contact resistance is further reduced, and the contact resistance is stabilized. Further, according to the oblique winding spring SCS, the diameter of the wire can be increased without affecting the spring reaction force in the opposite direction to the direction of the load from the sphere 93, and the pitch of the wire in the oblique winding spring SCS can be reduced. can do.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the crushing rate of the slant winding spring SCS and the contact resistance.
  • the wire rod of the slant winding spring SCS is inclined at an inclination angle ⁇ 1 with respect to the tangential direction T3 at the contact position of the surface with which the wire rod contacts.
  • the width of the oblique winding spring SCS in the direction T2 orthogonal to the tangential direction T3 is D1.
  • a load from the sphere 93 is applied to the oblique winding spring SCS, and the inclination angle ⁇ ⁇ b> 2 with respect to the tangential direction T ⁇ b> 3 of the oblique winding spring SCS is the inclination angle at the contact point of the sphere 93. It becomes smaller than ⁇ 1.
  • the width in the direction T2 of the slant winding spring SCS at the contact point of the sphere 93 is D2 smaller than D1.
  • the spring reaction force increases as the tilt angle ⁇ 2 decreases with respect to the tilt angle ⁇ 1. Therefore, in the slant winding spring SCS, the magnitude of the spring reaction force can be adjusted by adjusting the inclination angle ⁇ 1 and the inclination angle ⁇ 2. Further, the contact resistance between the slant winding spring SCS and the sphere 93 can be changed by the value obtained by dividing the width D2 by the width D1, that is, the crushing ratio (D2 / D1). For example, the smaller the crushing ratio (D2 / D1), the larger the contact area between the slant winding spring SCS and the sphere 93 and the smaller the contact resistance between the slant winding spring SCS and the sphere 93. In addition, the sliding ratio (D2 / D1) of the diagonally wound spring SCS is adjusted within a range of, for example, 75% or more so that the wires do not contact each other.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a location where contact resistance occurs in the slip ring according to the embodiment.
  • Contact resistance occurs at the contact point P7 with the coil spring 95 and at the contact point P8 between the coil spring 95 and the rotor 91.
  • the contact resistance values at the contact point P1, the contact point P2, the contact point P3, the contact point P4, the contact point P5, the contact point P6, the contact point P7, and the contact point P8 are respectively R1, R2, R3, R4, R5. , R6, R7, R8.
  • FIG. 17 shows an equivalent circuit of the slip ring 56 considering only these contact resistances.
  • FIG. 17A shows an equivalent circuit of the slip ring 56 in consideration of only contact resistance.
  • FIG. 17B shows an equivalent circuit of the slip ring 56 when the coil spring 95 and the coil spring 96 are not present.
  • the first path is a path including the contact resistance of the contact point P2 and the contact resistance of the contact point P3.
  • the first path does not include the contact resistance provided by the coil spring 95 and the coil spring 96, but is a series path of the contact resistance between the stator 92 and the sphere 93 and the contact resistance between the sphere 93 and the rotor 91. is there.
  • the second path among the two electrical paths is a path including the contact point P5, the contact point P6, the contact point P7, and the contact point P8. That is, the second path is a series path including the contact resistance provided by the coil spring 95 and the coil spring 96.
  • the contact at the contact point P2 and the contact point P3 is a point contact, and RA is very large.
  • the combined resistance value R01 is expressed by the formula (1a), but the number of point contacts at the contact point P2 and the contact point P3 is very small.
  • the combined resistance value R01 cannot be reduced. Therefore, the resistance value of the slip ring without the coil spring 95 and the coil spring 96 is large.
  • R01 R1 + RA / n + R4 (1a)
  • the first path is between the contact resistance at the contact point P ⁇ b> 1 and the contact resistance at the contact point P ⁇ b> 4.
  • the second path is connected in parallel.
  • the contact resistance value R5, the contact resistance value R6, the contact resistance value R7, and the contact resistance value R8 in Equation (2) are very small values because they are contact resistance values obtained from a large number of contact points provided by the coil spring. . Further, the contact resistance value R5, the contact resistance value R6, the contact resistance value R7, and the contact resistance value R8 are stable. Furthermore, the combined resistance value of the contact resistance of the slip ring 56 having a plurality of spheres 93 is as shown in Expression (3).
  • R03 R1 + 1 / (1 / (RA / n) + 1 / (RB / n)) + R4 (3)
  • Equation (3) the combined resistance value of the contact resistance of the slip ring 56 having the coil spring 95 and the coil spring 96 is very small.
  • a combined resistance value as small as 2.6 m ⁇ was obtained as the combined resistance value R03 of Equation (3).
  • a DC voltage of 3000V or a minus number for slowing down with respect to the electrode film 32a of the electrostatic chuck 32 It is possible to apply a DC voltage of 1000V. Further, it is possible to supply, for example, 200 V and AC power of 20 A to 60 A from the heater power supply 28 to the heater 28b. A large bias can be supplied to the lower electrode 34.
  • the signal of the temperature sensor 34c is a voltage signal at a low level, it is easily affected by resistance, and generally, the signal from the temperature sensor 34c is taken out outside the processing container 12 by a bridge circuit.
  • a signal from the temperature sensor 34 c can be taken out of the processing container 12 through an electrical path having a small resistance value without using a bridge circuit.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the high-frequency characteristics of the rotary connector according to the embodiment.
  • FIG. 18A a portion where capacitance is generated in the rotary connector is shown.
  • FIG. 18B a circuit considering only the capacitance is shown.
  • the slip ring 56E is an electrical path for supplying a high-frequency bias as described above.
  • the slip ring 56E, the slip ring 56E, the isolator 87, and the isolator 88 generate a capacitance that affects a high frequency.
  • the location P11 including the stator 92E of the slip ring 56E, the stator 92D of the slip ring 56D, and the isolator 88 provided between the stator 92E and the stator 92D becomes a capacitor having a capacitance C1. .
  • a portion P14 including the rotor 91E of the slip ring 56E, the rotor 91D of the slip ring 56D, and the isolator 87 provided between the rotor 91E and the rotor 91D is a capacitor having a capacitance C4.
  • a location P15 including the stator 92E and the rotor 91E serves as a capacitor having a capacitance C5
  • a location P16 including the stator 92E and the rotor 91E serves as a capacitor having a capacitance C6.
  • a location P17 including the stator 92D and the rotor 91D serves as a capacitor having a capacitance C5
  • a location P18 including the stator 92D and the rotor 91D serves as a capacitor having a capacitance C6.
  • FIG. 19 is a diagram showing an equivalent circuit for a high frequency of the rotary connector according to the embodiment.
  • the capacitor described with reference to FIG. 18 and the combined resistance of the contact resistance described above constitute an equivalent circuit shown in FIG. 19 for high frequencies.
  • a capacitor at a location P11 is connected between the terminal J1 and the terminal J2, and a capacitor at a location P15, a capacitor at a location P16, a capacitor at a location P14, a capacitor at a location P17, and a location P18.
  • a capacitor is connected in parallel to the capacitor at the location P11.
  • the capacitor at the location P15 and the capacitor at the location P16 are provided in parallel, and the combined resistance of the combined resistance value R03 / n is connected in parallel to the capacitor at the location P15 and the capacitor at the location P16. Further, the capacitor at the point P17 and the capacitor at the point P18 are provided in parallel, and the combined resistor of the combined resistance value R03 / n is connected in parallel to the capacitor at the point P17 and the capacitor at the point P18. Furthermore, a load Ld for a high frequency such as a load generated in the processing container 12 is connected in parallel to the capacitor at the point P14.
  • Capacitance C5 and capacitance C6 are small capacitances because they are caused by a narrow gap between the rotor and the stator.
  • the capacitance C1 and the capacitance C4 are large capacitances because the isolator 87 and the isolator 88 are made of, for example, polytetrafluoroethylene. Therefore, the current shunted from the terminal J1 to the capacitor at the location P11 and the capacitor at the location P14 can be reduced, and a high frequency can be efficiently supplied to the load Ld.
  • the capacitance between the terminal J1 and the terminal J2 can be adjusted to 46 pF.
  • the capacitance of 46 pF has an impedance of 255 ⁇ for a high frequency of 13.56 MHz. Accordingly, assuming that the impedance of the load Ld is 1 ⁇ , 1/255 of the current applied to the terminal J1 is shunted to the capacitor at the point P11 and the capacitor at the point P14.
  • the rotary connector 54 it is possible to suppress the loss of high frequency.
  • the capacitance C1 and the capacitance C4 depend on the thickness of the isolator 87 and the isolator 88. For example, by increasing the thickness of the isolator 87 and the isolator 88, the capacitance C1 and the capacitance C4 can be increased. However, as the thickness of the isolator 87 and the isolator 88 increases, the rotary connector 54 increases in size. Therefore, the thickness of the isolator 87 and the isolator 88 can be set within the allowable size range of the rotary connector 54.
  • the material and thickness of the isolator 87 and the isolator 88 are selected so that dielectric breakdown and creeping discharge can be prevented.
  • Polytetrafluoroethylene has a DC withstand voltage of 20 kV / mm, for example, a DC creeping discharge withstand voltage of 2 kV / mm, and is an excellent material for the isolator 87 and isolator 88.
  • PEEK polyether ether ketone
  • the arrangement of the coil spring 95 and the coil spring 96 is not limited to a radial arrangement.
  • the arrangement of the coil springs 95 and 96 may be an axial arrangement as shown in FIG. Specifically, in the rotary connector 54 shown in FIG. 20, the coil spring 95 and the coil spring 96 are arranged in the direction in which the rotation axis RX1 extends.
  • the slip amount between the coil spring 95 and the plurality of spheres 93 provided closer to the rotation axis RX1 than the coil spring 96 is less than the coil spring 96 and the plurality of spheres. It becomes larger than the slip amount between 93. Accordingly, the wear of the coil spring 95 is greater than the wear of the coil spring 96.
  • the distances from the rotation axis RX1 of the coil spring 95 and the coil spring 96 are substantially the same distance. Therefore, the slip amount between the coil spring 95 and the plurality of spheres 93 and the slip amount between the coil spring 96 and the plurality of spheres 93 are substantially the same and become smaller. Therefore, wear of the coil spring 95 and the coil spring 96 is reduced, and the life of the slip ring is extended.
  • the rotor is provided inside the stator. That is, the inner ring is a rotor and the outer ring is a stator. However, the inner ring may be a stator and the outer ring may be a rotor.
  • the above-described plasma processing apparatus 10 is an inductively coupled plasma processing apparatus.
  • the idea disclosed in this specification is a capacitively coupled plasma processing apparatus, plasma processing using surface waves such as microwaves. It can be applied to any plasma processing apparatus such as an apparatus.
  • SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus, 12 ... Processing container, 14 ... Gas supply system, 14a ... 1st gas supply part, 14b ... 2nd gas supply part, 16 ... Plasma source, 18 ... Support mechanism, 20 ... Exhaust system, 20b ... turbo molecular pump, 22 ... bias power supply unit, 22a ... first power source, 22b ... second power source, 24 ... driving device, 26 ... rectifying member, 27 ... DC power source, 28 ... heater power source, 30 ... holding unit, 32 ... Electrostatic chuck, 32b ... Heater, 34 ... Lower electrode, 34c ... Temperature sensor, 34f ... Refrigerant flow path, 36 ... Rotating shaft part, 36A ...

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Abstract

一実施形態のスリップリングは、回転軸線周りで回転可能な導電性の回転子と、回転子と同軸に設けられた導電性の固定子と、回転子と固定子との間に配置される導電性の球体であり、回転子と固定子との間の電気的パスを形成する、該球体と、回転子及び固定子のうち一方と球体との間において設けられ、回転軸線に対して周方向に延在する導電性のコイルバネであり、回転子及び固定子のうち一方と球体とに接触する、該コイルバネと、を備える。

Description

スリップリング、支持機構及びプラズマ処理装置
　本発明は、スリップリング、支持機構及びプラズマ処理装置に関する。
　電子デバイスの製造では、被処理体のエッチングにプラズマ処理装置が広く用いられている。例えば、磁気ランダムアクセスメモリ（Magnetic Random Access Memory：ＭＲＡＭ）に含まれる磁性層のエッチングにもプラズマ処理装置が使用されている。プラズマ処理装置は、一般的に、その内部においてプラズマ処理が行われる処理容器を備える。処理容器内には、ステージが設けられている。
　ステージは、一般的に、静電チャック、及び、下部電極を備えている。静電チャックは、誘電体によって囲まれた電極膜を有し、当該電極膜に電圧が印加されることにより静電力を発生する。この静電力によって、静電チャックは、被処理体を吸着して保持する。また、下部電極には、被処理体にイオンを引き込むための高周波バイアスが供給される。
　このようなステージの一種として、被処理体に対するプラズマ処理の均一性を向上させるために回転可能に構成された回転ステージがある。回転ステージでは、静電チャックの電極膜に電圧を印加するために、また、下部電極に高周波バイアスを供給するために、スリップリングが用いられる。このような、回転ステージを備えるプラズマ処理装置は、例えば、特開平０１－１１７３１７号公報に記載されている。
　また、スリップリングには、非接触式のスリップリングと接触式のスリップリングとがある。非接触式のスリップリングでは、特開平１０－１４３７９１号公報に記載されているように、電気伝導性を有する媒体が固定子と回転子との間に充填されている。このような媒体には、例えば水銀が用いられる。また、接触式のスリップリングでは、固定子と回転子の間に、これら固定子と回転子とを電気的に接続するブラシが設けられている。ブラシを用いたスリップリングについては、例えば、特開２００９－２２５５７８号公報及び特開平１１－２１４１０８号公報に記載されている。
特開平０１－１１７３１７号公報 特開平１０－１４３７９１号公報 特開２００９－２２５５７８号公報 特開平１１－２１４１０８号公報
　非接触式のスリップリングでは、媒体として用いられる水銀が人体に有毒であり、また、水銀を密封するためのシール構造が必要なので、スリップリングが大型化する。さらに、長期間の使用によってシール構造が破損して水銀の漏洩が生じることにより、外部環境に深刻な影響を及ぼす恐れもある。
　接触式のスリップリングでは、非接触式のスリップリングの上述した問題は避けられるものの、ブラシの点接触によって回転子と固定子とが電気的に接続されるので、接触抵抗が大きくなる。かかる背景から、接触式のスリップリングにおいて接触抵抗を低減させることが要請されている。
　一態様においては、スリップリングが提供される。このスリップリングは、回転子、固定子、球体、及びコイルバネを備えている。回転子は導電性を有し、回転軸線周りで回転可能である。固定子は、導電性を有し、回転子と同軸に設けられている。球体は、導電性を有し、回転子と固定子との間に配置されている。球体は、回転子と固定子との間の電気的パスを形成する。コイルバネは、導電性を有し、回転子及び固定子のうち一方と球体との間において設けられており、回転軸線に対して周方向に延在している。コイルバネは、回転子及び固定子のうち一方と球体とに接触している。
　上記スリップリングでは、導電性のコイルバネが、回転子及び固定子のうち一方と球体との間に設けられており、当該コイルバネが、回転子及び固定子のうち一方及び球体に多数の点で接触する。したがって、回転子及び固定子のうち一方と球体との間の接触抵抗が低減され、スリップリングの接触抵抗が低減される。
　一実施形態のスリップリングは、導電性の別のコイルバネを更に備えていてもよい。この実施形態では、別のコイルバネは、回転子及び固定子のうち他方と球体との間に設けられ、回転軸線に対して周方向に延在し、回転子及び固定子のうち他方と球体とに接触する。この実施形態では、コイルバネが、回転子及び固定子のうち他方及び球体に多数の点で接触する。したがって、回転子及び固定子のうち他方と球体との間の接触抵抗が低減する。したがって、スリップリングの接触抵抗が更に低減される。
　一実施形態において、コイルバネ及び別のコイルバネは、回転軸線が延在する方向に配列されていてもよい。この実施形態によれば、コイルバネ及び別のコイルバネ、即ち二つのコイルバネの回転軸線からの距離が同様の距離となる。したがって、二つのコイルバネのうち一方と球体との間のスリップ量と、二つのコイルバネのうち他方と球体との間のススリップ量との差異が小さくなり、二つのコイルバネと球体の摺動に起因する摩耗が低減される。その結果として、スリップリングの寿命が長くなる。なお、別の一実施形態では、コイルバネ及び別のコイルバネは、回転軸線に対して放射方向に配列されていてもよい。
　一実施形態では、コイルバネは、斜め巻きスプリングであってもよい。斜め巻きスプリングが球体に対して発生する反力は、一般的なコイルスプリングが発生する反力よりも小さい。したがって、コイルバネと球体との接触面積が大きくなり、接触抵抗が更に小さくなる。また、接触抵抗が安定する。
　一実施形態では、コイルバネ及び別のコイルバネの双方は、斜め巻きスプリングであってもよい。コイルバネと球体との接触面積、及び別のコイルバネと球体との接触面積が大きくなり、接触抵抗が更に小さくなる。また、接触抵抗が安定する。
　別の態様においては、プラズマ処理装置の処理容器内において被処理体を支持するための支持機構が提供される。この支持機構は、保持部、駆動装置、及び回転コネクタを備えている。保持部は、被処理体を保持するよう構成されており、第１軸線中心に回転可能であるように構成されている。駆動装置は、保持部を回転させるよう構成されている。回転コネクタは、複数のスリップリングを有している。複数のスリップリングは、上述した一態様及び種々の実施形態のうち何れかのスリップリングであり、第１軸線に回転軸線が一致するように設けられている。保持部は、下部電極、静電チャック、及び複数の導体を有している。静電チャックは、下部電極上に設けられている。複数の導体は、それらの中心軸線が第１軸線に一致するように同軸に設けられている。複数の導体は、静電チャックの電極膜に接続された第１導体、及び、下部電極に接続された第２導体を含んでいる。複数のスリップリングのうち第１のスリップリングは、第１導体に電気的に接続されており、複数のスリップリングのうち第２のスリップリングは第２導体に電気的に接続されている。
　上記支持機構では、上述した一態様及び種々の実施形態のうち何れかのスリップリングを採用した回転コネクタを有しているので、静電チャックの電極膜、及び下部電極への電気的パスにおける接触抵抗が低減される。したがって、静電チャックの電極膜に大きな電圧を印加することが可能となり、また、下部電極に大きなバイアスを与えることが可能となる。
　一実施形態の支持機構は、容器部、傾斜軸部、及び別の駆動装置を更に備え得る。容器部は、保持部と共に密閉された空間を画成するように構成されている。傾斜軸部は、第１軸線に直交する第２軸線に沿って延びる中空形状を有しており、容器部に結合されている。別の駆動装置は、傾斜軸部を第２軸線周りで回転させるように構成されている。複数の導体、保持部を回転させる駆動装置、及び回転コネクタは、容器部及び保持部によって画成される空間内に設けられている。この実施形態の支持機構は、保持部を傾斜させ、且つ回転させることが可能であり、このような保持部の静電チャックの電極膜及び下部電極に対しても、接触抵抗の少ない電気的パスを提供することが可能である。また、複数の導体、保持部、及び回転コネクタが、容器部及び保持部によって画成される空間内に設けられるので、当該支持機構がプラズマ処理装置に用いられる場合に、プラズマ処理のための空間とは分離された空間内で、複数の導体、保持部、及び回転コネクタを保護することができる。
　更に別の態様においては、被処理体に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給系、プラズマ源、支持機構、排気系、直流電源、及びバイアス電力供給部を備えている。ガス供給系は、処理容器内にガスを供給するよう構成されている。プラズマ源は、処理容器内に供給されたガスを励起させるよう構成されている。支持機構は、上述した別の態様及び実施形態のうち何れかの支持機構であり、処理容器内において保持部により被処理体を保持する。排気系は、処理容器内の空間に対する排気のために設けられている。直流電源は、処理容器の外部に設けられており、静電チャックの電極膜に与えられる電圧を発生する。バイアス電力供給部は、処理容器の外部に設けられており、下部電極に与えられるバイアスを発生する。直流電源は、第１配線を介して第１のスリップリングに接続されており、バイアス電力供給部は、第２配線を介して第２のスリップリングに接続されている。
　この態様に係るプラズマ処理装置では、第１のスリップリング及び第２のスリップリングにそれぞれ接続される第１配線及び第２配線を介して、静電チャック及び下部電極に電力が安定的に供給される。
　一実施形態では、保持部及び容器部は、処理容器内に設けられており、傾斜軸部は、処理容器の内部から該処理容器の外部まで延びるように設けられており、第１配線は、傾斜軸部内を通って、直流電源と第１のスリップリングとを接続しており、第２配線は、傾斜軸部内を通って、バイアス電力供給部と第２のスリップリングとを接続していてもよい。この実施形態によれば、第１配線及び第２配線を、プラズマに晒すことなく、回転コネクタに接続することができる。また、このプラズマ処理装置によれば、被処理体を傾斜させた状態で回転させつつ、当該被処理体に対するプラズマ処理を行うことができる。
　一実施形態では、保持部は、ヒータを更に有し、複数の導体は、ヒータに接続する第３導体及び第４導体を更に有し、複数のスリップリングは、第３導体に接続する第３のスリップリング及び第４導体に接続する第４のスリップリングを更に含み、プラズマ処理装置は、処理容器の外部に設けられヒータに電力を供給するヒータ電源を更に備え、ヒータ電源は、傾斜軸部内を通る第３配線及び第４配線を介して第３及び第４のスリップリングに電気的に接続されていてもよい。
　一実施形態では、支持機構は、保持部に設けられた温度センサを更に含み、複数の導体は、温度センサに接続する第４導体を更に有し、複数のスリップリングは、第５導体に接続する第５のスリップリングを更に含み、該プラズマ処理装置は、制御部を更に有し、制御部は、傾斜軸部内を通る第５配線を介して第５のスリップリングに電気的に接続されていてもよい。
　一実施形態では、バイアス電力供給部は、パルス変調された直流電圧を下部電極に供給してもよい。この実施形態によれば、比較的低いエネルギー、且つ、狭いエネルギー帯域のイオンを被処理体に引き込むことが可能である。これにより、被処理体において特定物質から構成された領域を選択的にエッチングすることが可能となる。また、一実施形態では、バイアス電力供給部は、パルス変調された直流電圧及び高周波バイアスを選択的に下部電極に供給してもよい。
　以上説明したように、接触式のスリップリングにおいて接触抵抗を低減させることが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 パルス変調された直流電圧を示す図である。 一実施形態のプラズマ源を示す図である。 一実施形態のプラズマ源を示す図である。 一実施形態に係る支持機構を示す断面図である。 一実施形態に係る支持機構を示す断面図である。 一実施形態に係る保持部及び回転軸部の上側部分を拡大して示す断面図である。 一実施形態に係る回転軸部の下側部分及び回転コネクタを拡大して示す断面図である。 一実施形態に係るスリップリングを概略的に示す図である。 一実施形態に係るスリップリングの各部品を概略的に示す図である。 球体とコイルバネの接触の様子を示す模式図である。 一実施形態に係るコイルバネの一例である斜め巻きスプリングを示す概略図である。 一実施形態に係るコイルバネの形状とバネの反発との関係を示す断面図である。 一実施形態に係る斜め巻きスプリングのつぶし率と接触抵抗との関係を示す図である。 一実施形態に係るスリップリングにおいて接触抵抗が生じる箇所を示す図である。 接触抵抗のみを考慮したスリップリングの等価回路を示す図である。 一実施形態に係る回転コネクタでの高周波特性を説明するための図である。 一実施形態に係る回転コネクタの高周波に対する等価回路を示す図である。 別の実施形態に係る回転コネクタの断面図である。
　以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
　図１及び図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図であり、鉛直方向に延びる軸線ＰＸを含む一平面において処理容器を破断して、当該プラズマ処理装置を示している。なお、図１においては、後述する支持機構が傾斜していない状態のプラズマ処理装置が示されており、図２においては、支持機構が傾斜している状態のプラズマ処理装置が示されている。
　図１及び図２に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２、ガス供給系１４、プラズマ源１６、支持機構１８、排気系２０、バイアス電力供給部２２、直流電源２７、ヒータ電源２８、及び制御部Ｃｎｔを備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有している。一実施形態では、処理容器１２の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。この処理容器１２は、被処理体（以下、「ウエハＷ」ということがある）に対してプラズマ処理を行うための空間Ｓを提供している。
　一実施形態では、処理容器１２は、その高さ方向の中間部分１２ａ、即ち支持機構１８を収容する部分において略一定の幅を有している。また、処理容器１２は、当該中間部分の下端から底部に向かうにつれて徐々に幅が狭くなるテーパー状をなしている。また、処理容器１２の底部は、排気口１２ｅを提供しており、当該排気口１２ｅは軸線ＰＸに対して軸対称に形成されている。
　ガス供給系１４は、処理容器１２内にガスを供給するよう構成されている。ガス供給系１４は、第１のガス供給部１４ａ、及び第２のガス供給部１４ｂを有している。第１のガス供給部１４ａは、第１の処理ガスを処理容器１２内に供給するよう構成されている。第２のガス供給部１４ｂは、第２の処理ガスを処理容器１２内に供給するよう構成されている。なお、ガス供給系１４の詳細については、後述する。
　プラズマ源１６は、処理容器１２内に供給されたガスを励起させるよう構成されている。一実施形態では、プラズマ源１６は、処理容器１２の天部に設けられている。また、一実施形態では、プラズマ源１６の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。なお、プラズマ源１６の一例に関する詳細については後述する。
　支持機構１８は、処理容器１２内においてウエハＷを保持するように構成されている。この支持機構１８は、第１軸線ＡＸ１中心にウエハＷを回転させるよう構成されている。また、支持機構１８は、軸線ＰＸ及び第１軸線ＡＸ１に直交する第２軸線ＡＸ２中心に回転可能であるよう構成されている。支持機構１８は、第２軸線ＡＸ２中心の回転により、軸線ＰＸに対して傾斜することが可能である。支持機構１８を傾斜させるために、プラズマ処理装置１０は、駆動装置２４を有している。駆動装置２４は、処理容器１２の外部に設けられており、第２軸線ＡＸ２中心の支持機構１８の回転のための駆動力を発生する。なお、支持機構１８が傾斜していない状態では、図１に示すように、第１軸線ＡＸ１は軸線ＰＸに一致する。一方、支持機構１８が傾斜している状態では、第１軸線ＡＸ１は軸線ＰＸに対して傾斜する。この支持機構１８の詳細については後述する。
　排気系２０は、処理容器１２内の空間を減圧するよう構成されている。一実施形態では、排気系２０は、自動圧力制御器２０ａ、ターボ分子ポンプ２０ｂ、及び、ドライポンプ２０ｃを有している。ターボ分子ポンプ２０ｂは、自動圧力制御器２０ａの下流に設けられている。ドライポンプ２０ｃは、バルブ２０ｄを介して処理容器１２内の空間に直結されている。また、ドライポンプ２０ｃは、バルブ２０ｅを介してターボ分子ポンプ２０ｂの下流に設けられている。
　自動圧力制御器２０ａ及びターボ分子ポンプ２０ｂを含む排気系は、処理容器１２の底部に取り付けられている。また、自動圧力制御器２０ａ及びターボ分子ポンプ２０ｂを含む排気系は、支持機構１８の直下に設けられている。したがって、このプラズマ処理装置１０では、支持機構１８の周囲から排気系２０までの均一な排気の流れを形成することができる。これにより、効率の良い排気が達成され得る。また、処理容器１２内で生成されるプラズマを均一に拡散させることが可能である。
　一実施形態において、処理容器１２内には、整流部材２６が設けられていてもよい。整流部材２６は、下端において閉じられた略筒形状を有している。この整流部材２６は、支持機構１８を側方及び下方から囲むように、処理容器１２の内壁面に沿って延在している。一例において、整流部材２６は、上部２６ａ及び下部２６ｂを有している。上部２６ａは、一定の幅の円筒形状を有しており、処理容器１２の中間部分１２ａの内壁面に沿って延在している。また、下部２６ｂは、上部２６ａの下方において当該上部２６ａに連続している。下部２６ｂは、処理容器１２の内壁面に沿って徐々に幅が狭くなるテーパー形状を有しており、その下端において平板状をなしている。この下部２６ｂには、多数の開口（貫通孔）が形成されている。この整流部材２６によれば、当該整流部材２６の内側、即ちウエハＷが収容される空間と、当該整流部材２６の外側、即ち排気側の空間との間に圧力差を形成することができ、ウエハＷが収容される空間におけるガスの滞留時間を調整することが可能となる。また、均等な排気が実現され得る。
　バイアス電力供給部２２は、処理容器１２の外部に設けられ、ウエハＷにイオンを引き込むためのバイアスを支持機構１８に与えるように構成されている。一実施形態では、バイアス電力供給部２２は、第１電源２２ａ及び第２電源２２ｂを有している。第１電源２２ａは、支持機構１８に与えるバイアスとして、パルス変調された直流電圧（以下、「変調直流電圧」という）を発生する。図３は、パルス変調された直流電圧を示す図である。図３に示すように、変調直流電圧は、電圧値が高レベルをとる期間ＴＨと低レベルをとる期間ＴＬが交互に繰り返す電圧である。変調直流電圧は、例えば、０Ｖ～１２００Ｖの範囲内の電圧値に設定され得る。変調直流電圧の高レベルの電圧値は、当該電圧値の範囲内において設定される電圧値であり、変調直流電圧の高レベルの電圧値は、当該高レベルの電圧値よりも低い電圧値である。図３に示すように、期間ＴＨと当該期間ＴＨに連続する期間ＴＬとの合計が１周期ＴＣを構成する。また、変調直流電圧のパルス変調の周波数は、１／ＴＣである。パルス変調の周波数は、任意に設定され得るが、イオンの加速を可能とするシースを形成することが可能な周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。また、オン・デューティ比、即ち、１周期ＴＣにおいて期間ＴＨが占める比率は、１０％～９０％の範囲内の比率である。
　第２電源２２ｂは、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波バイアスを支持機構１８に供給するように構成されている。この高周波バイアスの周波数は、イオンをウエハＷに引き込むのに適した任意の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。プラズマ処理装置１０では、第１電源２２ａからの変調直流電圧と第２電源２２ｂからの高周波バイアスを選択的に支持機構１８に供給することができる。変調直流電圧が支持機構１８に与えられると、比較的低いエネルギー、且つ、狭いエネルギー帯域のイオンがウエハＷに引き込まれる。一方、高周波バイアスが支持機構１８に与えられると、比較的高いエネルギー、且つ比較的広いエネルギー帯域のイオンがウエハＷに引き込まれる。したがって、プラズマ処理装置１０によれば、第１電源２２ａからの変調直流電圧と第２電源２２ｂからの高周波バイアスを選択的に支持機構１８に供給することにより、膜種に応じたエッチングを行うことが可能である。例えば、ウエハ中の特定物質をエッチングするときに変調直流電圧が支持機構１８に供給され、また、エッチングレートを優先すべき膜をエッチングするときには、高周波バイアスを支持機構１８に供給することができる。このような変調直流電圧と高周波バイアスの選択的な供給は、制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
　制御部Ｃｎｔは、例えば、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである。制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。プラズマ処理装置１０の各部は、制御部Ｃｎｔからの制御信号により制御される。
　以下、ガス供給系１４、プラズマ源１６、支持機構１８のそれぞれについて詳細に説明する。
　［ガス供給系］
　ガス供給系１４は、上述したように第１のガス供給部１４ａ、及び第２のガス供給部１４ｂを有している。第１のガス供給部１４ａは、一以上のガス吐出孔１４ｅを介して処理容器１２内の第１の処理ガスを供給する。また、第２のガス供給部１４ｂは、一以上のガス吐出孔１４ｆを介して処理容器１２内の第２の処理ガスを供給する。ガス吐出孔１４ｅは、ガス吐出孔１４ｆよりも、プラズマ源１６に近い位置に設けられている。したがって、第１の処理ガスは第２の処理ガスよりもプラズマ源１６に近い位置に供給される。なお、図１及び図２においては、ガス吐出孔１４ｅ及びガス吐出孔１４ｆそれぞれの個数は、「１」であるが、複数のガス吐出孔１４ｅ、及び複数のガス吐出孔１４ｆが設けられていてもよい。複数のガス吐出孔１４ｅは、軸線ＰＸに対して周方向に均等に配列されていてもよい。また、複数のガス吐出孔１４ｆも、軸線ＰＸに対して周方向に均等に配列されていてもよい。
　一実施形態では、ガス吐出孔１４ｅによってガスが吐出される領域とガス吐出孔１４ｆによってガスが吐出される領域との間に、仕切板、所謂イオントラップが設けられていてもよい。これにより、第１の処理ガスのプラズマからウエハＷに向かうイオンの量を調整することが可能となる。
　第１のガス供給部１４ａは、一以上のガスソース、一以上の流量制御器、一以上のバルブを有し得る。したがって、第１のガス供給部１４ａの一以上のガスソースからの第１の処理ガスの流量は調整可能となっている。また、第２のガス供給部１４ｂは、一以上のガスソース、一以上の流量制御器、一以上のバルブを有し得る。したがって、第２のガス供給部１４ｂの一以上のガスソースからの第２の処理ガスの流量は調整可能となっている。第１のガス供給部１４ａからの第１の処理ガスの流量及び当該第１の処理ガスの供給のタイミング、並びに、第２のガス供給部１４ｂからの第２の処理ガスの流量及び当該第２の処理ガスの供給のタイミングは、制御部Ｃｎｔによって個別に調整される。
　以下、第１の処理ガス及び第２の処理ガスについて、二つの例を説明する。
　第１例において、第１の処理ガスは、希ガスであり得る。希ガスは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、又はＸｅガスである。また、第１の処理ガスは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスのうちから選択されるガスであり得る。また、第１例において、第２の処理ガスは、水素含有ガスであり得る。水素含有ガスとしては、ＣＨ４ガス、又はＮＨ３ガスが例示される。かかる第１例においては、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、プラズマ源１６によって励起され得る。この第１例では、制御部Ｃｎｔによる制御により、プラズマ生成時の第１の処理ガス及び第２の処理ガスの供給量が個別に制御される。
　第２例では、第１の処理ガスは、プラズマ源１６によって発生させたプラズマによって解離しラジカルを生成する分解性のガスであり得る。第１の処理ガスに由来するラジカルは、還元反応、酸化反応、塩化反応又はフッ化反応を起こすラジカルであってもよい。第１の処理ガスは、水素元素、酸素元素、塩素元素又はフッ素元素を含有するガスであってもよい。具体的には、第１の処理ガスは、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＨ４、又はＳＦ６等であってもよい。還元反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、Ｈ２等が例示される。酸化反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、Ｏ２等が例示される。塩化反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、ＢＣｌ３、Ｃｌ２等が例示される。フッ化反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６等が例示される。
　また、第２例では、第２の処理ガスは、プラズマに晒すことなくエッチング対象の物質と反応するガスであり得る。この第２処理ガスとしては、例えば、エッチング対象の物質との反応が支持機構１８の温度に依存するガスを含んでもよい。具体的に、このような第２の処理ガスには、ＨＦ、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ、ＰＦ３、Ｆ２、ＣｌＦ３、ＣＯＦ２、シクロペンタジエン又はＡｍｉｄｉｎａｔｏ等が用いられる。また、第２処理ガスは、電子供与性ガスを含み得る。電子供与性ガスとは、一般的には、電気陰性度又はイオン化ポテンシャルが大きく異なる原子で構成されるガス、或いは、孤立電子対を持つ原子を含むガスをいう。電子供与性ガスは、他の化合物に電子を与えやすい性質を有する。例えば、電子供与性ガスは、金属化合物等と配位子として結合し蒸発する性質を有する。電子供与性ガスとしては、ＳＦ６、ＰＨ３、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＢｒ３、ＰＩ３、ＣＦ４、ＡｓＨ３、ＳｂＨ３、ＳＯ３、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＳｅＨ２、ＴｅＨ２、Ｃｌ３Ｆ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２等、又は、カルボニル基を含有するガスが例示される。
　かかる第２例では、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、交互に供給され得る。第１の処理ガスの供給時にはプラズマ源１６によってプラズマが生成され、第２のガスの供給時にはプラズマ源１６によるプラズマの生成が停止される。このような第１の処理ガス及び第２の処理ガスの供給は制御部Ｃｎｔによって制御される。即ち、第２例においては、プラズマ生成時及びプラズマ消滅時のプラズマ状態に応じた第１の処理ガスの供給量及び第２の処理ガスの供給量は、制御部Ｃｎｔによる第１のガス供給部１４ａ及び第２のガス供給部１４ｂの制御によって実現され得る。
　［プラズマ源］
　図４は、一実施形態のプラズマ源を示す図であり、図１のＹ方向から視たプラズマ源を示す図である。また、図５は、一実施形態のプラズマ源を示す図であり、鉛直方向から視たプラズマ源を示している。図１及び図４に示すように、処理容器１２の天部には開口が設けられており、当該開口は、誘電体板１９４によって閉じられている。誘電体板１９４は、板状体であり、石英ガラス、又はセラミックから構成されている。プラズマ源１６は、この誘電体板１９４上に設けられている。
　より具体的には、図４及び図５に示すように、プラズマ源１６は、高周波アンテナ１４０、及びシールド部材１６０を有している。高周波アンテナ１４０は、シールド部材１６０によって覆われている。一実施形態では、高周波アンテナ１４０は、内側アンテナ素子１４２Ａ、及び外側アンテナ素子１４２Ｂを含んでいる。内側アンテナ素子１４２Ａは、外側アンテナ素子１４２Ｂよりも軸線ＰＸの近くに設けられている。換言すると、外側アンテナ素子１４２Ｂは、内側アンテナ素子１４２Ａを囲むように、当該内側アンテナ素子１４２Ａの外側に設けられている。内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂの各々は、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等の導体から構成されており、軸線ＰＸを中心に螺旋状に延在している。
　内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂは共に、複数の挟持体１４４に挟持されて一体となっている。複数の挟持体１４４は、例えば、棒状の部材であり、軸線ＰＸに対して放射状に配置されている。
　シールド部材１６０は、内側シールド壁１６２Ａ及び外側シールド壁１６２Ｂを有している。内側シールド壁１６２Ａは、鉛直方向に延在する筒形状を有しており、内側アンテナ素子１４２Ａと外側アンテナ素子１４２Ｂの間に設けられている。この内側シールド壁１６２Ａは、内側アンテナ素子１４２Ａを囲んでいる。また、外側シールド壁１６２Ｂは、鉛直方向に延在する筒形状を有しており、外側アンテナ素子１４２Ｂを囲むように設けられている。
　内側アンテナ素子１４２Ａ上には、内側シールド板１６４Ａが設けられている。内側シールド板１６４Ａは、円盤形状を有しており、内側シールド壁１６２Ａの開口を塞ぐように設けられている。また、外側アンテナ素子１４２Ｂ上には、外側シールド板１６４Ｂが設けられている。外側シールド板１６４Ｂは、環状板であり、内側シールド壁１６２Ａと外側シールド壁１６２Ｂとの間の開口を塞ぐように設けられている。
　内側アンテナ素子１４２Ａ、外側アンテナ素子１４２Ｂにはそれぞれ、高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂが接続されている。高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂは、プラズマ生成用の高周波電源である。高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂは、内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂのそれぞれに、同じ周波数又は異なる周波数の高周波電力を供給する。例えば、内側アンテナ素子１４２Ａに高周波電源１５０Ａから所定の周波数（例えば４０ＭＨｚ）の高周波電力を所定のパワーで供給すると、処理容器１２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１２内に導入された処理ガスが励起され、ウエハＷ上の中央部にドーナツ型のプラズマが生成される。また、外側アンテナ素子１４２Ｂに高周波電源１５０Ｂから所定の周波数（例えば６０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給すると、処理容器１２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１２内に導入された処理ガスが励起され、ウエハＷ上の周縁部に別のドーナツ型のプラズマが生成される。これらのプラズマによって、処理ガスからラジカルが生成される。
　なお、高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂから出力される高周波電力の周波数は、上述した周波数に限られるものではない。例えば、高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂから出力される高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚといった様々な周波数であってもよい。但し、高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂから出力される高周波に応じて内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂの電気的長さを調整する必要がある。
　このプラズマ源１６は、１ｍＴｏｒｒ（０．１３３３Ｐａ）の圧力の環境下においても処理ガスのプラズマを着火することが可能である。低圧環境下では、プラズマ中のイオンの平均自由行程が大きくなる。したがって、希ガス原子のイオンのスパッタリングによるエッチングが可能となる。また、低圧環境下では、エッチングされた物質がウエハＷに再付着することを抑制しつつ、当該物質を排気することが可能である。
　［支持機構］
　図６及び図７は、一実施形態に係る支持機構を示す断面図である。図６には、Ｙ方向（図１参照）から視た支持機構の断面図が示されており、図７には、Ｘ方向（図１参照）から視た支持機構の断面図が示されている。図６及び図７に示すように、支持機構１８は、駆動装置２４、保持部３０、容器部４０、傾斜軸部５０、回転コネクタ５４、及び駆動装置７８を有している。
　保持部３０は、ウエハＷを保持し、第１軸線ＡＸ１中心に回転することによって、ウエハＷを回転させる機構である。なお、上述したように、第１軸線ＡＸ１は、支持機構１８が傾斜していない状態では、軸線ＰＸと一致する。この保持部３０は、静電チャック３２、下部電極３４、絶縁部材３５、及び回転軸部３６を有している。上記複数の導体は、それらの中心軸線が第１軸線ＡＸ１に一致するように同軸に設けられている。
　静電チャック３２は、その上面においてウエハＷを保持するように構成され、下部電極３４上に設けられている。静電チャック３２は、第１軸線ＡＸ１をその中心軸線とする略円盤形状を有しており、後述するように、絶縁膜の内層として設けられた電極膜３２ａを有している。静電チャック３２は、直流電源２７から電極膜３２ａに電圧が印加されることにより、静電力を発生する。この直流電源２７は、処理容器１２の外部に設けられている。静電チャック３２は、その上面に載置されたウエハＷを静電力によって吸着する。
　下部電極３４は、第１軸線ＡＸ１をその中心軸線とする略円盤形状を有している。一実施形態では、下部電極３４は、第１部分３４ａ及び第２部分３４ｂを有している。第１部分３４ａは、第１軸線ＡＸ１に沿って延在する下部電極３４の中央側の部分であり、第２部分３４ｂは、第１部分３４ａよりも第１軸線ＡＸ１から離れて、即ち、第１部分３４ａよりも外側で延在する部分である。第１部分３４ａの上面及び第２部分３４ｂの上面は連続しており、第１部分３４ａの上面及び第２部分３４ｂの上面によって下部電極３４の略平坦な上面が構成されている。この下部電極３４の上面には、静電チャック３２が接している。また、第１部分３４ａは、第２部分３４ｂよりも下方に突出して、円柱状をなしている。即ち、第１部分３４ａの下面は、第２部分３４ｂの下面よりも下方において延在している。この下部電極３４は、アルミニウムといった導体から構成されている。下部電極３４は、上述したバイアス電力供給部２２と電気的に接続される。即ち、下部電極３４には、第１電源２２ａからの変調直流電圧、及び第２電源２２ｂからの高周波バイアスが選択的に供給可能となっている。また、下部電極３４には、冷媒流路３４ｆが設けられている。この冷媒流路３４ｆに冷媒が供給されることにより、ウエハＷの温度が制御されるようになっている。この下部電極３４は、絶縁部材３５上に設けられている。
　絶縁部材３５は、石英、アルミナといった絶縁体から構成されており、中央において開口した略円盤形状を有している。一実施形態では、絶縁部材３５は、第１部分３５ａ及び第２部分３５ｂを有している。第１部分３５ａは、絶縁部材３５の中央側の部分であり、第２部分３５ｂは、第１部分３５ａよりも第１軸線ＡＸ１から離れて、即ち、第１部分３５ａよりも外側で延在する部分である。第１部分３５ａの上面は、第２部分３５ｂの上面よりも下方で延在しており、また、第１部分３５ａの下面も第２部分３５ｂの下面よりも下方で延在している。絶縁部材３５の第２部分３５ｂの上面は、下部電極３４の第２部分３４ｂの下面に接している。一方、絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面は、下部電極３４の下面から離間している。
　回転軸部３６は、下部電極３４の下方において延在している。この回転軸部３６の中心軸線は、第１軸線ＡＸ１と一致している。この回転軸部３６に対して回転力が与えられることにより、保持部３０が回転するようになっている。
　このような種々の要素によって構成される保持部３０は、容器部４０と共に支持機構１８の内部空間として空間を形成している。容器部４０は、上側容器部４２、及び外側容器部４４を含んでいる。上側容器部４２は、略円盤形状を有している。上側容器部４２の中央には、回転軸部３６が通る貫通孔が形成されている。この上側容器部４２は、絶縁部材３５の第２部分３５ｂの下方において、当該第２部分３５ｂに対して僅かな間隙を提供するように設けられている。また、上側容器部４２の下面周縁には、外側容器部４４の上端が結合している。外側容器部４４は、下端において閉塞された略円筒形状を有している。
　容器部４０と回転軸部３６との間には、磁性流体シール部５２が設けられている。磁性流体シール部５２は、内輪部５２ａ及び外輪部５２ｂを有している。内輪部５２ａは、回転軸部３６と同軸に延在する略円筒形状を有しており、回転軸部３６に対して固定されている。また、内輪部５２ａの上端部は、絶縁部材３５の第１部分３５ａの下面に結合している。この内輪部５２ａは、回転軸部３６と共に第１軸線ＡＸ１中心に回転するようになっている。外輪部５２ｂは、略円筒形状を有しており、内輪部５２ａの外側において当該内輪部５２ａと同軸に設けられている。外輪部５２ｂの上端部は、上側容器部４２の中央側部分の下面に結合している。これら内輪部５２ａと外輪部５２ｂとの間には、磁性流体５２ｃが介在している。また、磁性流体５２ｃの下方において、内輪部５２ａと外輪部５２ｂとの間には、軸受５３が設けられている。この磁性流体シール部５２は、支持機構１８の内部空間を気密に封止する封止構造を提供している。この磁性流体シール部５２により、支持機構１８の内部空間は、プラズマ処理装置１０の空間Ｓから分離される。なお、プラズマ処理装置１０では、支持機構１８の内部空間は大気圧に維持される。この支持機構１８の内部空間には、回転軸部３６、回転コネクタ５４、及び駆動装置７８が設けられており、回転軸部３６、回転コネクタ５４、及び、駆動装置７８は、空間Ｓにおいて生成されるプラズマから保護されている。
　一実施形態では、磁性流体シール部５２と回転軸部３６との間に、第１部材３７及び第２部材３８が設けられている。第１部材３７は、回転軸部３６の外周面の一部分、即ち、後述する筒状部３６Ｃの上側部分の外周面及び下部電極３４の第１部分３４ａの外周面に沿って延在する略円筒形状を有している。また、第１部材３７の上端は、下部電極３４の第２部分３４ｂの下面に沿って延在する環状板形状を有している。この第１部材３７は、筒状部３６Ｃの上側部分の外周面、並びに、下部電極３４の第１部分３４ａの外周面及び第２部分３４ｂの下面に接している。
　第２部材３８は、回転軸部３６の外周面、即ち、第６筒状部３６ｇの外周面、及び第１部材３７の外周面に沿って延在する略円筒形状を有している。第２部材３８の上端は、絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面に沿って延在する環状板形状を有している。第２部材３８は、第６筒状部３６ｇの外周面、第１部材３７の外周面、絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面、及び、磁性流体シール部５２の内輪部５２ａの内周面に接している。この第２部材３８と絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面との間には、Ｏリングといった封止部材３９ａが介在している。また、第２部材３８と磁性流体シール部５２の内輪部５２ａの内周面との間には、Ｏリングといった封止部材３９ｂ及び３９ｃが介在している。かかる構造により、回転軸部３６と磁性流体シール部５２の内輪部５２ａとの間が封止される。これにより、回転軸部３６と磁性流体シール部５２との間に間隙が存在していても、支持機構１８の内部空間が、プラズマ処理装置１０の空間Ｓから分離される。
　外側容器部４４には、第２軸線ＡＸ２に沿って開口が形成されている。外側容器部４４に形成された開口には、傾斜軸部５０の内側端部が嵌め込まれている。この傾斜軸部５０は、略円筒形状を有しており、その中心軸線は第２軸線ＡＸ２と一致している。傾斜軸部５０は、図１に示すように、処理容器１２の外側まで延在している。傾斜軸部５０の一方の外側端部には、上述した駆動装置２４が結合されている。この駆動装置２４は、傾斜軸部５０の一方の外側端部を軸支している。この駆動装置２４によって傾斜軸部５０が回転されることにより、支持機構１８が第２軸線ＡＸ２中心に回転し、その結果、支持機構１８が軸線ＰＸに対して傾斜するようになっている。例えば、支持機構１８は、軸線ＰＸに対して第１軸線ＡＸ１が０度～６０度以内の範囲の角度をなすように傾斜され得る。
　一実施形態では、第２軸線ＡＸ２は、第１軸線ＡＸ１方向における支持機構１８の中心位置を含んでいる。この実施形態では、傾斜軸部５０は、支持機構１８の当該中心を通る第２軸線ＡＸ２上で延在している。この実施形態では、支持機構１８が傾斜している時に、当該支持機構１８の上縁と処理容器１２（又は整流部材２６）との間の最短距離ＷＵ（図２参照）と、支持機構１８の下縁と処理容器１２（又は整流部材２６）との間の最短距離ＷＬ（図２参照）のうち最小距離を大きくすることが可能である。即ち、支持機構１８の外郭と処理容器１２（又は整流部材２６）との間の最小距離を最大化することができる。したがって、処理容器１２の水平方向の幅を小さくすることが可能となる。
　別の実施形態では、第２軸線ＡＸ２は、第１軸線ＡＸ１方向における支持機構１８の中心と保持部３０の上面との間の位置を含んでいる。即ち、この実施形態では、傾斜軸部５０は、支持機構１８の中心よりも保持部３０側に偏った位置で延在している。この実施形態によれば、支持機構１８の傾斜時に、プラズマ源１６からウエハＷの各位置までの距離差を低減することができる。したがって、エッチングの面内均一性が更に向上される。なお、支持機構１８は６０度以内の角度で傾斜可能であってもよい。
　更に別の実施形態では、第２軸線ＡＸ２は、支持機構１８の重心を含んでいる。この実施形態では、傾斜軸部５０は、当該重心を含む第２軸線ＡＸ２上で延在している。この実施形態によれば、駆動装置２４に要求されるトルクが小さくなり、当該駆動装置２４の制御が容易となる。
　図６及び図７に戻り、傾斜軸部５０の内孔には、種々の電気系統用の配線、伝熱ガス用の配管、及び、冷媒用の配管が通されている。これらの配線及び配管は、回転軸部３６に連結されている。
　回転軸部３６は、複数の導体を含む導体部３６Ａを有している。導体部３６Ａの複数の導体は、詳細には後述するが、第１軸線ＡＸ１をそれらの中心軸線として同軸に設けられている。導体部３６Ａの複数の導体は、静電チャック３２内の複数の要素、及び下部電極３４に対する電気的パスを形成する。これら、導体部３６Ａの複数の導体はそれぞれ、回転コネクタ５４の複数のスリップリングに電気的に接続されている。また、回転軸部３６は、導体部３６Ａの外側において当該導体部３６Ａと同軸に設けられた筒状部３６Ｂ、及び、当該筒状部３６Ｂの外側で当該筒状部３６Ｂと同軸に設けられた筒状部３６Ｃを有している。
　筒状部３６Ｂには、伝熱ガス供給用のガスラインが形成されている。このガスラインは、スイベルジョイントといった回転継手を介して配管６６に接続されている。配管６６は、支持機構１８の内部空間から傾斜軸部５０の内孔を通って、処理容器１２の外部まで延びている。この配管６６は、処理容器１２の外部において、Ｈｅガスといった伝熱ガスのソース６８（図１参照）に接続されている。静電チャック３２とウエハＷとの間には、この伝熱ガスが供給される。
　筒状部３６Ｃは、筒状部３６Ｂの外側において当該筒状部３６Ｂと同軸に設けられている。この筒状部３６Ｃには、冷媒流路３４ｆに冷媒を供給するための冷媒供給ライン、及び冷媒流路３４ｆに供給された冷媒を回収する冷媒回収ラインが形成されている。冷媒供給ラインは、スイベルジョイントといった回転継手７０を介して配管７２に接続されている。また、冷媒回収ラインは回転継手７０を介して配管７４に接続されている。配管７２及び配管７４は、支持機構１８の内部空間から傾斜軸部５０の内孔を通って、処理容器１２の外部まで延びている。そして、配管７２及び配管７４は、処理容器１２の外部においてチラーユニット７６（図１参照）に接続されている。
　一実施形態では、回転コネクタ５４に軸受５５が設けられており、当該軸受５５は回転コネクタ５４を介して回転軸部３６を支持している。上述した軸受５３は回転軸部３６の上側部分を支持しているのに対して、軸受５５は回転軸部３６の下側部分を支持している。このように二つの軸受５３及び軸受５５によって、回転軸部３６がその上側部分及び下側部分の双方において支持されるので、回転軸部３６を第１軸線ＡＸ１中心に安定して回転させることが可能である。
　図７に示すように、支持機構１８の内部空間には、回転モータといった駆動装置７８が設けられている。駆動装置７８は、回転軸部３６を回転させるための駆動力を発生する。一実施形態では、駆動装置７８は、回転軸部３６の側方に設けられている。この駆動装置７８は、回転軸部３６に取り付けられたプーリ８０に伝導ベルト８２を介して連結されている。これにより、駆動装置７８の回転駆動力が回転軸部３６に伝達され、保持部３０が第１軸線ＡＸ１中心に回転する。保持部３０の回転数は、例えば、４８ｒｐｍ以下の範囲内にある。例えば、保持部３０は、プロセス中に２０ｒｍｐの回転数で回転される。なお、駆動装置７８に電力を供給するための配線は、傾斜軸部５０の内孔を通って処理容器１２の外部まで引き出され、処理容器１２の外部に設けられたモータ用電源に接続される。
　このように、支持機構１８は、大気圧に維持可能な内部空間に多様な機構を設けることが可能である。また、支持機構１８は、その内部空間に収めた機構と処理容器１２の外部に設けた電源、ガスソース、チラーユニット等の装置とを接続するための配線又は配管を処理容器１２の外部まで引き出すことが可能であるように構成されている。
　以下、回転軸部３６及び回転コネクタ５４の詳細について説明する。図８は、保持部３０及び回転軸部３６の上側部分を拡大して示す断面図であり、同図には、図６のＹ方向から視た断面図が示されている。図８に示すように、静電チャック３２は、絶縁膜の内層として設けられた電極膜３２ａを有している。また、静電チャック３２は、ウエハＷを加熱するためのヒータ３２ｂを内蔵している。ヒータ３２ｂは、例えば、１６Ｗの発熱に抑えられ得る。静電チャック３２は、上述したように、下部電極３４上に設けられている。下部電極３４内には、ウエハＷの温度を検知する温度センサ３４ｃが設けられている。
　回転軸部３６の導体部３６Ａは、一実施形態では、複数の導体として、導体３６ａ、導体３６ｂ、導体３６ｃ、導体３６ｄ、及び導体３６ｅを含んでいる。これらの導体は、第１軸線ＡＸ１に対して同軸に設けられている。導体３６ａは、円柱形状を有しており、静電チャック３２の電極膜３２ａに接続されている。導体３６ｂ及び導体３６ｃは、円筒形状を有している。導体３６ｂ及び導体３６ｃは、ヒータ３２ｂに電流を供給するための導体であり、ヒータ３２ｂの二つの端子にそれぞれ接続されている。導体３６ｄは、円筒形状を有している。導体３６ｄは、温度センサ３４ｃの信号を伝達するための導体であり、温度センサ３４ｃに接続されている。また、導体３６ｅは、円筒形状を有している。導体３６ｅは、バイアス電力供給部２２からのバイアスを下部電極３４に供給するための導体であり、下部電極３４に接続されている。
　図９は、一実施形態に係る回転軸部３６の下側部分及び回転コネクタ５４を拡大して示す断面図であり、同図には、図６のＹ方向から視た断面図が示されている。回転軸部３６の導体部３６Ａの複数の導体は、それらの下端側において回転コネクタ５４の複数のスリップリングにそれぞれ接続されている。回転コネクタ５４の複数のスリップリングは、それらの回転軸線が第１軸線ＡＸ１に一致するように配列されている。一実施形態では、回転コネクタ５４は、第１軸線ＡＸ１方向に積まれた五つのスリップリング、即ち、スリップリング５６Ａ、スリップリング５６Ｂ、スリップリング５６Ｃ、スリップリング５６Ｄ、及びスリップリング５６Ｅを有している。図９に示すように、導体３６ａはスリップリング５６Ａの回転子９１Ａ、導体３６ｂはスリップリング５６Ｂの回転子９１Ｂ、導体３６ｃはスリップリング５６Ｃの回転子９１Ｃ、導体３６ｄはスリップリング５６Ｄの回転子９１Ｄ、導体３６ｅはスリップリング５６Ｅの回転子９１Ｅに接続されている。導体３６ａは、Ｚ方向に延在し、その下端で、例えばＺ方向に垂直な方向に延びて回転子９１Ａに接続されている。導体３６ｂ、導体３６ｃ、導体３６ｄ、及び導体３６ｅも同様に、Ｚ方向に延在し、それらの下端で、例えばＺ方向に垂直な方向に延びて、それぞれ回転子９１Ｂ、回転子９１Ｃ、回転子９１Ｄ、及び回転子９１Ｅに接続されている。なお、図９では、導体３６ａ、導体３６ｂ、導体３６ｃ、導体３６ｄ、及び導体３６ｅは、それぞれ対応する回転子９１Ａ、回転子９１Ｂ、回転子９１Ｃ、回転子９１Ｄ、及び回転子９１Ｅに２箇所で接続されているが、各導体は対応する回転子と一以上の箇所で接続されてもよい。
　スリップリング５６Ａ～５６Ｅの固定子には、複数の配線５７が接続されている。具体的には、複数の配線５７は、配線５７ａ、配線５７ｂ、配線５７ｃ、配線５７ｄ、及び配線５７ｅを含んでおり、配線５７ａはスリップリング５６Ａの固定子９２Ａに、配線５７ｂはスリップリング５６Ｂの固定子９２Ｂに、配線５７ｃはスリップリング５６Ｃの固定子９２Ｃに、配線５７ｄはスリップリング５６Ｄの固定子９２Ｄに、配線５７ｅはスリップリング５６Ｅの固定子９２Ｅに接続されている。これら複数の配線５７は、支持機構１８の内部空間から傾斜軸部５０の内孔を通って、処理容器１２の外部まで延びている。配線５７ａは、処理容器１２の外部において、直流電源２７に接続されている。配線５７ｂ及び配線５７ｃは、処理容器１２の外部において、ヒータ電源２８に接続されている。配線５７ｄは、処理容器１２の外部において、例えば制御部Ｃｎｔに接続されている。配線５７ｅは、処理容器１２の外部において、バイアス電力供給部２２、即ち、第１電源２２ａ及び第２電源２２ｂに接続されている。なお、第２電源２２ｂと配線５７ｅとの間には、インピーダンスマッチング用の整合器が設けられ得る。
　図９に示すように、スリップリング５６Ａの回転子９１Ａの下面、スリップリング５６Ａの回転子９１Ａとスリップリング５６Ｂの回転子９１Ｂとの間、スリップリング５６Ｂの回転子９１Ｂとスリップリング５６Ｃの回転子９１Ｃとの間、スリップリング５６Ｃの回転子９１Ｃとスリップリング５６Ｄの回転子９１Ｄとの間、スリップリング５６Ｄの回転子９１Ｄとスリップリング５６Ｅの回転子９１Ｅとの間、及び、スリップリング５６Ｅの回転子９１Ｅの上面には、アイソレータ８７が設けられている。アイソレータ８７は、絶縁体から構成されており、回転軸線ＲＸ１に対して周方向に延在する環形状を有している。アイソレータ８７は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン製である。
　また、スリップリング５６Ａの固定子９２Ａの下面、スリップリング５６Ａの固定子９２Ａとスリップリング５６Ｂの固定子９２Ｂとの間、スリップリング５６Ｂの固定子９２Ｂとスリップリング５６Ｃの固定子９２Ｃとの間、スリップリング５６Ｃの固定子９２Ｃとスリップリング５６Ｄの固定子９２Ｄとの間、スリップリング５６Ｄの固定子９２Ｄとスリップリング５６Ｅの固定子９２Ｅとの間、及び、スリップリング５６Ｅの固定子９２Ｅの上面には、アイソレータ８８が設けられている。アイソレータ８８は、絶縁体から構成されており、回転軸線ＲＸ１に対して周方向に延在する環形状を有している。アイソレータ８８は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン製である。
　以下、図１０及び図１１を参照しつつ、回転コネクタ５４の複数のスリップリングについて説明する。図１０は、一実施形態に係るスリップリングを概略的に示す図である。図１０の（ａ）部には、回転軸線方向に視たスリップリングの平面図が示されており、図１０の（ｂ）部には、図１０の（ａ）部に示すＸｂ－Ｘｂ線に沿ってとった断面図が示されている。また、図１１は、一実施形態に係るスリップリングの各部品を概略的に示す図である。図１１の（ａ）部には、回転軸線方向に視たスリップリングの回転子の平面図が示されており、図１１の（ｂ）部には、図１１の（ａ）部に示すＸＩｂ－ＸＩｂ線に沿ってとった断面図が示されている。図１１の（ｃ）部には、回転軸線方向に視たスリップリングの固定子の平面図が示されており、図１１の（ｄ）部には、図１１の（ｄ）部に示すＸＩｄ－ＸＩｄ線に沿ってとった断面図が示されている。上述したスリップリング５６Ａ、スリップリング５６Ｂ、スリップリング５６Ｃ、スリップリング５６Ｄ、及びスリップリング５６Ｅは、図１０及び図１１に示すスリップリング５６と同様の構造を有する。以下では、スリップリング５６の構造を説明する。
　図１０及び図１１に示すように、スリップリング５６は、回転子９１及び固定子９２を有している。また、スリップリング５６は、複数の球体９３、複数のリテーナ９４、コイルバネ９５、及びコイルバネ９６を更に有している。
　回転子９１は、回転軸線ＲＸ１中心に周方向に延在する略環状の部材である。回転子９１は、回転軸線ＲＸ１周りで回転可能である。固定子９２は、回転軸線ＲＸ１中心に周方向に延在する略環状の部材である。固定子９２は、回転軸線ＲＸ１に対して回転子９１の外側で、当該回転子９１と同軸に設けられている。回転子９１と固定子９２は共に、導電性を有する材料から構成されている。回転子９１と固定子９２は、それらの間に、回転軸線ＲＸ１に対して周方向に延びる空間を提供している。
　回転子９１と固定子９２とによって提供される上記空間には、複数の球体９３及び複数のリテーナ９４が収められている。具体的には、当該空間内において、複数の球体９３及び複数のリテーナ９４は、周方向に沿って交互に配列されている。複数の球体９３は、導電性を有しており、回転子９１と固定子９２との間の電気的パスを形成する。例えば、複数の球体９３は、回転子９１と固定子９２の双方に点接触し得る。複数のリテーナ９４は、複数の球体９３同士の接触を防止している。複数のリテーナ９４の各々は、一実施形態では、絶縁性の材料から構成されている。例えば、複数のリテーナ９４の各々は、ポリテトラフルオロエチレン製である。これらのリテーナ９４がポリテトラフルオロエチレンによって構成されている場合には、表面潤滑の効果によって球体９３とリテーナとの接触摩擦による当該球体９３の摩耗が低減される。
　図１１に示すように、回転子９１は、溝９１ａを提供している。この溝９１ａは、回転軸線ＲＸ１に対して周方向に延在しており、複数の球体９３及び複数のリテーナ９４が収められる上記空間に連続している。この溝９１ａにはコイルバネ９５が収められている。コイルバネ９５は、回転軸線ＲＸ１に対して周方向に延在している。このコイルバネ９５は、導電性を有しており、複数の球体９３と回転子９１との間に設けられており、複数の球体９３と回転子９１とに接触している。なお、図１０の（ｂ）部に示すように、溝９１ａを画成する回転子９１の面内で最も回転軸線ＲＸ１に近い部分は、当該回転軸線ＲＸ１に対して半径ＲＳ１を有している。また、コイルバネ９５の円形の中心線の半径は、ＲＳ３であり、半径ＲＳ３は半径ＲＳ１よりも大きい。
　また、図１１に示すように、固定子９２は、溝９２ａを提供している。この溝９２ａは、回転軸線ＲＸ１に対して周方向に延在しており、複数の球体９３及び複数のリテーナ９４が収められる上記空間に連続している。この溝９２ａにはコイルバネ９６が収められている。コイルバネ９６は、回転軸線ＲＸ１に対して周方向に延在している。このコイルバネ９６は、導電性を有しており、複数の球体９３と固定子９２との間に設けられており、複数の球体９３と固定子９２とに接触している。なお、図１０の（ｂ）部に示すように、溝９２ａを画成する固定子９２の面内で最も回転軸線ＲＸ１に近い部分は、当該回転軸線ＲＸ１に対して半径ＲＳ２を有している。また、コイルバネ９６の円形の中心線の半径は、ＲＳ４であり、半径ＲＳ４は、半径ＲＳ３よりも大きく、半径ＲＳ２よりも小さい。
　図１０及び図１１に示した実施形態のスリップリング５６では、コイルバネ９５は、コイルバネ９６よりも回転軸線ＲＸ１から離れた位置で周方向に延在している。即ち、コイルバネ９５及びコイルバネ９６は、回転軸線ＲＸ１に対して放射方向に配列されている。以下、回転軸線ＲＸ１に対して放射方向におけるコイルバネ９５及びコイルバネ９６の配列を、ラジアル（ｒａｄｉａｌ）配列と呼ぶ。
　回転子９１と固定子９２が互いに組み合わされた状態では、コイルバネ９５は複数の球体９３と回転子９１との間で応圧されて変形するようになっている。これにより、コイルバネ９５は、複数の球体９３及び回転子９１に多数の点で接触するようになっている。また、回転子９１と固定子９２が互いに組み合わされた状態では、コイルバネ９６は複数の球体９３と固定子９２との間で応圧されて変形するようになっている。これにより、コイルバネ９６は、複数の球体９３及び固定子９２に多数の点で接触するようになっている。
　このスリップリング５６では、回転子９１と固定子９２との間の電気的パスは、複数の球体９３と回転子９１との点接触、及び、複数の球体９３と固定子との点接触によって提供されるパスのみならず、コイルバネ９５と複数の球体９３との多数の点接触、コイルバネ９５と回転子９１との多数の点接触、コイルバネ９６と複数の球体９３との多数の点接触、及び、コイルバネ９６と固定子９２との多数の点接触によって提供されるパスをも含む。したがって、このスリップリング５６では、接触面積が大きく、接触抵抗が低減されている。
　ここで、図１２を参照する。図１２は、球体とコイルバネの接触の様子を示す模式図である。図１２は、図１０の（ａ）部に示す領域ＡＲ１内において、図１０の（ｂ）部に示すＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った断面を図示している。また、図１２では、回転軸線ＲＸ１に対して周方向が、Ｙ１方向として示されている。図１２に示すように、固定子９２に対して、例えば、回転子９１がＹ１方向に移動すると、複数の球体９３は自転によりＹ２方向に回転する。これにより、コイルバネ９５複数の球体９３との間、及び、コイルバネ９６と複数の球体９３との間で転がり接触が生じ得る。但し、複数の球体９３に対する回転子９１及び固定子９２からの与圧が大きい状態で回転子９１が回転されると、複数の球体９３の自転力よりもコイルバネと球体９３との摩擦力が上回り、複数の球体９３は回転せずに、コイルバネ９５と複数の球体９３、及びコイルバネ９６と複数の球体９３との滑り摩擦が生じる。かかる滑り摩擦を防止するために、一実施形態では、複数の球体９３に対する回転子９１及び固定子９２からの与圧は、複数の球体９３とコイルバネ９５との摩擦力、及び、複数の球体９３とコイルバネ９６との摩擦力に対して、複数の球体９３の自転力が上回るように調整される。このように与圧が調整されると、複数の球体９３とコイルバネ９５との安定した接触抵抗、及び、複数の球体９３とコイルバネ９６との安定した接触抵抗が得られる。また、複数の球体９３、コイルバネ９５、及びコイルバネ９６といった部品の摩擦による消耗も低減される。
　一実施形態では、コイルバネ９５及びコイルバネ９６には、図１３に示す斜め巻きスプリングＳＣＳが用いられ得る。図１３の（ａ）部には、斜め巻きスプリングの平面図が示されており、同図の（ｂ）部には当該斜め巻きスプリングの側面図が示されている。図１３に示す斜め巻きスプリングＳＣＳは、円形の中心線ＣＬの周りで巻き回されている。この斜め巻きスプリングＳＣＳの線材は、その全長にわたって、中心線ＣＬの接線方向Ｔ１に対して傾斜しつつ、当該中心線ＣＬの周りで巻き回されている。この斜め巻きスプリングＳＣＳが複数の球体９３に対して発生する反力は、一般的なコイルバネが発生する反力よりも小さい。
　図１４は、コイルバネの形状とバネの反発との関係を示す断面図である。図１４の（ａ）部には、線材が巻かれる方向が中心線に対して略直交している一般的なコイルバネＧＣＳの断面図が示されており、当該断面図では、コイルバネＧＣＳに球体９３が接触している状態が表されている。また、図１４の（ｂ）部には、斜め巻きスプリングＳＣＳの断面図が示されており、当該断面図では、斜め巻きスプリングＳＣＳに球体９３が接触している状態が表されている。
　図１４の（ａ）部に示されるように、一般的なコイルバネＧＣＳに球体９３から図示の荷重Ｆ１が加わると、荷重Ｆ１の方向に対して反対方向にバネ反力Ｆ２が発生する。したがって、コイルバネＧＣＳと球体９３との接触圧が大きくなる。また、このバネ反力Ｆ２の大きさは、コイルバネＧＣＳのピッチ及び当該コイルバネＧＣＳの線材の直径に依存する。一方、図１４の（ｂ）部に示されるように、斜め巻きスプリングＳＣＳに、球体９３から図示の荷重Ｆ１が加わると、荷重Ｆ１の方向に直交する方向にバネ反力Ｆ２が発生し、荷重Ｆ１の方向に対して反対方向のバネ反力は極めて小さいものとなる。また、斜め巻きスプリングＳＣＳは荷重Ｆ１の方向に容易に変形する。
　したがって、斜め巻きスプリングＳＣＳがコイルバネ９５及びコイルバネ９６として用いられると、コイルバネ９５、コイルバネ９６、複数の球体９３といった部品の摩耗が抑制される。また、複数の球体９３とコイルバネ９５との接触面積、複数の球体９３とコイルバネ９６との接触面積が大きくなり、接触抵抗が更に小さくなり、また、接触抵抗が安定する。また、斜め巻きスプリングＳＣＳによれば、球体９３からの荷重の方向に対して反対方向のバネ反力に影響なく、線材の直径を大きくすることができ、斜め巻きスプリングＳＣＳにおける線材のピッチを小さくすることができる。
　なお、球体９３からの荷重に対する斜め巻きスプリングＳＣＳのバネ反力の大きさは、斜め巻きスプリングＳＣＳの線材の傾斜角度によって調整可能である。また、斜め巻きスプリングＳＣＳと球体９３との接触抵抗は、斜め巻きスプリングＳＣＳのつぶし率によって調整可能である。以下、図１５を参照して詳細に説明する。図１５は、斜め巻きスプリングＳＣＳのつぶし率と接触抵抗との関係を示す図である。図１５の（ａ）部には、球体９３が接触していない状態（即ち、自由状体）の斜め巻きスプリングＳＣＳが示されており、図１５の（ｂ）部には、球体９３が接触している状態の斜め巻きスプリングＳＣＳが示されている。
　図１５の（ａ）部に示す状態では、斜め巻きスプリングＳＣＳの線材は、当該線材が接触する面の接触位置における接線方向Ｔ３に対して傾斜角度θ１で傾斜している。この状態では、接線方向Ｔ３に直交する方向Ｔ２における斜め巻きスプリングＳＣＳの幅はＤ１である。図１５の（ｂ）部に示す状態では、斜め巻きスプリングＳＣＳに球体９３からの荷重が加わり、球体９３の接触箇所において、斜め巻きスプリングＳＣＳの線材の接線方向Ｔ３に対する傾斜角度θ２は、傾斜角度θ１よりも小さくなる。このとき、球体９３の接触箇所における斜め巻きスプリングＳＣＳの方向Ｔ２における幅はＤ１よりも小さいＤ２となる。
　斜め巻きスプリングＳＣＳでは、傾斜角度θ１に対して傾斜角度θ２が小さくなるほど、バネ反力は大きくなる。したがって、斜め巻きスプリングＳＣＳでは、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２を調整することによって、バネ反力の大きさを調整することができる。また、幅Ｄ２を幅Ｄ１で除した値、即ち、つぶし率（Ｄ２／Ｄ１）によって、斜め巻きスプリングＳＣＳと球体９３との接触抵抗を変化させることができる。例えば、つぶし率（Ｄ２／Ｄ１）が小さいほど、斜め巻きスプリングＳＣＳと球体９３との接触面積が大きくなり、斜め巻きスプリングＳＣＳと球体９３との接触抵抗は小さくなる。なお、斜め巻きスプリングＳＣＳのぶし率（Ｄ２／Ｄ１）は、線材同士が接触しないように、例えば、７５％以上となる範囲内で調整される。
　以下、スリップリング５６の接触抵抗の合成抵抗値について説明する。図１６は、一実施形態に係るスリップリングにおいて接触抵抗が生じる箇所を示す図である。図１６に示すように、スリップリング５６では、処理容器１２の外部から延びる配線と固定子９２との接触箇所Ｐ１、固定子９２と球体９３との接触箇所Ｐ２、球体９３と回転子９１との接触箇所Ｐ３、回転子９１と導体部３６Ａの対応の導体から延びる配線との接触箇所Ｐ４、固定子９２とコイルバネ９６との接触箇所Ｐ５、球体９３とコイルバネ９６との接触箇所Ｐ６、球体９３とコイルバネ９５との接触箇所Ｐ７、及び、コイルバネ９５と回転子９１との接触箇所Ｐ８において、接触抵抗が生じる。以下、接触箇所Ｐ１、接触箇所Ｐ２、接触箇所Ｐ３、接触箇所Ｐ４、接触箇所Ｐ５、接触箇所Ｐ６、接触箇所Ｐ７、接触箇所Ｐ８それぞれでの接触抵抗値を、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８とする。
　これら接触抵抗のみを考慮したスリップリング５６の等価回路を図１７に示す。図１７の（ａ）部には、接触抵抗のみを考慮したスリップリング５６の等価回路が示されている。また、図１７の（ｂ）部は、コイルバネ９５及びコイルバネ９６が存在しない場合の、スリップリング５６の等価回路が示されている。図１７の（ａ）に示すように、接触抵抗のみを考慮したスリップリング５６の等価回路では、接触箇所Ｐ１の接触抵抗と、接触箇所Ｐ４の接触抵抗との間に、二つの電気的パスが存在する。二つの電気的パスのうち第１のパスは、接触箇所Ｐ２の接触抵抗及び接触箇所Ｐ３の接触抵抗を含むパスである。即ち、第１のパスは、コイルバネ９５及びコイルバネ９６によってもたらされる接触抵抗を含んでおらず、固定子９２と球体９３の接触抵抗、及び、球体９３と回転子９１との接触抵抗の直列パスである。また、二つの電気的パスのうち第２のパスは、接触箇所Ｐ５、接触箇所Ｐ６、接触箇所Ｐ７、及び、接触箇所Ｐ８を含むパスである。即ち、第２のパスは、コイルバネ９５及びコイルバネ９６によってもたらされる接触抵抗を含む直列パスである。
　コイルバネ９５及びコイルバネ９６を有さないスリップリングには、図１７の（ｂ）部に示されるように、第２のパスが存在せず、第１のパスのみが存在する。したがって、コイルバネ９５及びコイルバネ９６を有さないスリップリングの接触抵抗の合成抵抗値Ｒ０１は、式（１）に示す通りとなる。
　　Ｒ０１＝Ｒ１＋ＲＡ＋Ｒ４　　　…（１）
ここで、ＲＡは、Ｒ２＋Ｒ３である。
　接触箇所Ｐ２及び接触箇所Ｐ３での接触は点接触であり、ＲＡは非常に大きい。また、球体９３の個数がｎ個である場合には、合成抵抗値Ｒ０１は、式（１ａ）で表されるが、接触箇所Ｐ２及び接触箇所Ｐ３での点接触の数は非常に少ないので、合成抵抗値Ｒ０１を小さくすることはできない。故に、コイルバネ９５及びコイルバネ９６を有さないスリップリングの抵抗値は、大きなものとなる。
　　Ｒ０１＝Ｒ１＋ＲＡ／ｎ＋Ｒ４　　　…（１ａ）
　一方、図１７の（ａ）部に示されるように、コイルバネ９５及びコイルバネ９６を有するスリップリング５６では、接触箇所Ｐ１の接触抵抗と、接触箇所Ｐ４の接触抵抗との間で第１のパスと第２のパスが並列に接続している。このスリップリング５６における第２のパスの合成抵抗値ＲＢは、式（２）に示す通りとなる。
　　ＲＢ＝Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７＋Ｒ８　　　…（２）
　式（２）における接触抵抗値Ｒ５、接触抵抗値Ｒ６、接触抵抗値Ｒ７、接触抵抗値Ｒ８は、コイルバネによってもたらされる多数の接触点から得られる接触抵抗値であるので、非常に小さい値である。また、接触抵抗値Ｒ５、接触抵抗値Ｒ６、接触抵抗値Ｒ７、接触抵抗値Ｒ８は、安定している。さらに、複数の球体９３を有しているスリップリング５６の接触抵抗の合成抵抗値は、式（３）に示す通りとなる。
　　Ｒ０３＝Ｒ１＋１／（１／（ＲＡ／ｎ）＋１／（ＲＢ／ｎ））＋Ｒ４　　　（３）
　式（３）からわかるように、コイルバネ９５及びコイルバネ９６を有するスリップリング５６の接触抵抗の合成抵抗値は、非常に小さいものとなる。なお、２１個の球体９３を有するスリップリング５６の一例を作成したところ、式（３）の合成抵抗値Ｒ０３として、２．６ｍΩという小さな合成抵抗値が得られることが確認された。
　したがって、このスリップリング５６と同様の構成のスリップリング５６Ａ～５６Ｅを有するプラズマ処理装置１０では、静電チャック３２の電極膜３２ａに対して、３０００Ｖの直流電圧、又は、徐電のための－数千Ｖの直流電圧を印加することが可能となる。また、ヒータ電源２８からヒータ２８ｂに対して、例えば、２００Ｖ、且つ、２０Ａ～６０Ａの交流電力を供給することも可能となる。また、大きなバイアスを下部電極３４に供給することが可能である。
　また、温度センサ３４ｃの信号は小さいレベルの電圧信号であるので抵抗の影響を受けやすく、一般的には、ブリッジ回路によって温度センサ３４ｃからの信号が処理容器１２内の外部に取り出される。しかしながら、プラズマ処理装置１０では、ブリッジ回路を用いなくとも、小さい抵抗値を有する電気的パスを介して温度センサ３４ｃからの信号を処理容器１２の外部に取り出すことが可能となる。
　以下、回転コネクタ５４の高周波特性について説明する。図１８は、一実施形態に係る回転コネクタでの高周波特性を説明するための図であり、同図の（ａ）部には、当該回転コネクタにおいてキャパシタンスが発生する箇所が示されており、同図の（ｂ）部には、当該キャパシタンスのみを考慮した回路が示されている。
　図１８の（ａ）部に示すように、スリップリング５６Ｅは、上述したように高周波バイアスを供給する電気的パスである。このスリップリング５６Ｅ、当該スリップリング５６Ｅ、アイソレータ８７、及びアイソレータ８８は、高周波に影響するキャパシタンスを発生する。具体的には、スリップリング５６Ｅの固定子９２Ｅ、スリップリング５６Ｄの固定子９２Ｄ、及び固定子９２Ｅと固定子９２Ｄの間に設けられたアイソレータ８８を含む箇所Ｐ１１は、キャパシタンスＣ１を有するコンデンサとなる。また、スリップリング５６Ｅの回転子９１Ｅ、スリップリング５６Ｄの回転子９１Ｄ、及び回転子９１Ｅと回転子９１Ｄの間に設けられたアイソレータ８７を含む箇所Ｐ１４は、キャパシタンスＣ４を有するコンデンサとなる。また、固定子９２Ｅと回転子９１Ｅを含む箇所Ｐ１５は、キャパシタンスＣ５を有するコンデンサとなり、固定子９２Ｅと回転子９１Ｅを含む箇所Ｐ１６は、キャパシタンスＣ６を有するコンデンサとなる。また、固定子９２Ｄと回転子９１Ｄを含む箇所Ｐ１７はキャパシタンスＣ５を有するコンデンサとなり、固定子９２Ｄと回転子９１Ｄを含む箇所Ｐ１８は、キャパシタンスＣ６を有するコンデンサとなる。
　図１９は、一実施形態に係る回転コネクタの高周波に対する等価回路を示す図である。図１８を参照して説明したコンデンサ、及び上述した接触抵抗の合成抵抗は、高周波に対して図１９に示す等価回路を構成する。この等価回路では、端子Ｊ１及び端子Ｊ２との間に、箇所Ｐ１１のコンデンサが接続されており、箇所Ｐ１５のコンデンサ、箇所Ｐ１６のコンデンサ、箇所Ｐ１４のコンデンサ、箇所Ｐ１７のコンデンサ、及び、箇所Ｐ１８のコンデンサが、箇所Ｐ１１のコンデンサに対して並列に接続されている。箇所Ｐ１５のコンデンサと箇所Ｐ１６のコンデンサは並列に設けられており、箇所Ｐ１５のコンデンサと箇所Ｐ１６のコンデンサには、合成抵抗値Ｒ０３／ｎの合成抵抗が並列に接続している。また、箇所Ｐ１７のコンデンサと箇所Ｐ１８のコンデンサは並列に設けられており、箇所Ｐ１７のコンデンサと箇所Ｐ１８のコンデンサには合成抵抗値Ｒ０３／ｎの合成抵抗が並列に接続している。さらに、箇所Ｐ１４のコンデンサには、処理容器１２内に生じる負荷といった高周波に対する負荷Ｌｄが並列に接続されている。
　キャパシタンスＣ５及びキャパシタンスＣ６は、回転子と固定子との間の狭いギャップによってもたらされるものであるので、小さいキャパシタンスである。一方、キャパシタンスＣ１及びキャパシタンスＣ４は、アイソレータ８７及びアイソレータ８８が、例えば、例えば、ポリテトラフルオロエチレンから構成されていることから、大きいキャパシタンスである。したがって、端子Ｊ１から箇所Ｐ１１のコンデンサ及び箇所Ｐ１４のコンデンサに分流される電流を低減させることができ、高周波を負荷Ｌｄに効率良く供給することが可能である。
　例えば、回転コネクタ５４によれば、端子Ｊ１と端子Ｊ２との間のキャパシタンスを４６ｐＦに調整することができる。４６ｐＦのキャパシタンスは、１３．５６ＭＨｚの高周波に対しては、２５５Ωのインピーダンスとなる。したがって、負荷Ｌｄのインピーダンスを１Ωとすると、端子Ｊ１に与えられる電流のうち１／２５５の電流が、箇所Ｐ１１のコンデンサ及び箇所Ｐ１４のコンデンサに分流される。このように、回転コネクタ５４によれば、高周波の損失を抑制することが可能である。
　なお、キャパシタンスＣ１及びキャパシタンスＣ４は、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の厚さに依存する。例えば、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の厚さを大きくすることで、キャパシタンスＣ１及びキャパシタンスＣ４を大きくすることができる。しかしながら、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の厚さが大きくなると、回転コネクタ５４が大型化する。したがって、回転コネクタ５４の許容可能なサイズの範囲内で、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の厚さは設定され得る。
　また、回転コネクタ５４では、複数のスリップリング間での絶縁破壊や沿面放電を防止することが望まれる。このような絶縁破壊や沿面放電にも、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の材料及び厚さが影響する。したがって、絶縁破壊や沿面放電を防止可能とするよう、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の材料及び厚さが選択される。なお、ポリテトラフルオロエチレンは、２０ｋＶ／ｍｍの直流絶縁耐圧を有し、例えば、２ｋＶ／ｍｍの直流沿面放電耐圧を有しており、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の材料として優れている。このような、アイソレータ８７及びアイソレータ８８の材料として採用され得るこのような材質としては、その他に、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）も例示される。
　以上種々の実施形態について説明してきたが、上述の実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成することが可能である。例えば、コイルバネ９５及びコイルバネ９６の配列はラジアル配列に限定されるものではない。例えば、コイルバネ９５及びコイルバネ９６の配列は、図２０に示すように、アキシャル（Ａｘｉａｌ）配列であってもよい。具体的には、図２０に示す回転コネクタ５４では、コイルバネ９５及びコイルバネ９６は、回転軸線ＲＸ１が延在する方向に配列されている。
　ラジアル配列を採用したスリップリングでは、図９に示すように、コイルバネ９６よりも回転軸線ＲＸ１の近くに設けられたコイルバネ９５と複数の球体９３との間のスリップ量が、コイルバネ９６と複数の球体９３との間のスリップ量よりも大きくなる。したがって、コイルバネ９５の摩耗がコイルバネ９６の摩耗よりも多くなる。
　一方、図２０に示すように、アキシャル配列を採用したスリップリングでは、コイルバネ９５及びコイルバネ９６の回転軸線ＲＸ１からの距離が略同様の距離となる。したがって、コイルバネ９５と複数の球体９３との間のスリップ量、及び、コイルバネ９６と複数の球体９３との間のスリップ量と略同等となり、且つ、小さくなる。したがって、コイルバネ９５及びコイルバネ９６の摩耗が少なくなり、スリップリングの寿命が長くなる。
　また、上述した実施形態のスリープリングは、回転子が固定子の内側に設けられている。即ち、内輪が回転子であり、外輪が固定子となっている。しかしながら、内輪が固定子であり、外輪が回転子であってもよい。
　また、上述したプラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置であったが、本明細書に開示された思想は、容量結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を利用するプラズマ処理装置のように、任意のプラズマ処理装置に適用可能である。
　１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…ガス供給系、１４ａ…第１のガス供給部、１４ｂ…第２のガス供給部、１６…プラズマ源、１８…支持機構、２０…排気系、２０ｂ…ターボ分子ポンプ、２２…バイアス電力供給部、２２ａ…第１電源、２２ｂ…第２電源、２４…駆動装置、２６…整流部材、２７…直流電源、２８…ヒータ電源、３０…保持部、３２…静電チャック、３２ｂ…ヒータ、３４…下部電極、３４ｃ…温度センサ、３４ｆ…冷媒流路、３６…回転軸部、３６Ａ…導体部、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ…導体、４０…容器部、５０…傾斜軸部、５２…磁性流体シール部、５４…回転コネクタ、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ，５７ｅ…配線、５６，５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄ，５６Ｅ…スリップリング、６６…配管、７０…回転継手、７２…配管、７４…配管、７６…チラーユニット、７８…駆動装置、８０…プーリ、８２…伝導ベルト、９１，９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅ…回転子、９２，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，９２Ｅ…固定子、９３…球体、９５…コイルバネ、９６…コイルバネ、１５０Ａ，１５０Ｂ…高周波電源、ＡＸ１…第１軸線、ＡＸ２…第２軸線、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ。

Claims (14)

  1. 　回転軸線周りで回転可能な導電性の回転子と、
    　前記回転子と同軸に設けられた導電性の固定子と、
    　前記回転子と前記固定子との間に配置される導電性の球体であり、前記回転子と前記固定子との間の電気的パスを形成する、該球体と、
    　前記回転子及び前記固定子のうち一方と前記球体との間において設けられ、前記回転軸線に対して周方向に延在する導電性のコイルバネであり、前記回転子及び前記固定子のうち前記一方と前記球体とに接触する、該コイルバネと、を備えるスリップリング。
  2. 　導電性の別のコイルバネを更に備え、
    　該別のコイルバネは、前記回転子及び前記固定子のうち他方と前記球体との間に設けられ、前記回転軸線に対して周方向に延在しており、前記回転子及び前記固定子のうち前記他方と前記球体とに接触する、請求項１に記載のスリップリング。
  3. 　前記コイルバネ及び前記別のコイルバネは、前記回転軸線が延在する方向に配列されている、請求項２に記載のスリップリング。
  4. 　前記コイルバネ及び前記別のコイルバネは、前記回転軸線に対して放射方向に配列されている、請求項２に記載のスリップリング。
  5. 　前記コイルバネは、斜め巻きスプリングである、請求項１に記載のスリップリング。
  6. 　前記コイルバネ及び前記別のコイルバネは、斜め巻きスプリングである、請求項２～４の何れか一項に記載のスリップリング。
  7. 　プラズマ処理装置の処理容器内において被処理体を支持するための支持機構であって、
    　被処理体を保持するための保持部であり、第１軸線中心に回転可能な該保持部と、
    　前記保持部を回転させる駆動装置と、
    　各々が請求項１～６の何れか一項に記載されたスリップリングであり、前記第１軸線に前記回転軸線が一致するように設けられた複数のスリップリングを有する回転コネクタと、
    を備え、
    　前記保持部は、
    　　下部電極と、
    　　前記下部電極上に設けられた静電チャックと、
    　　各々の中心軸線が前記第１軸線に一致するように同軸に設けられた複数の導体であり、前記静電チャックの電極膜に接続された第１導体、及び、前記下部電極に接続された第２導体を含む、該複数の導体と、
    　を有し、
    　前記複数のスリップリングのうち第１のスリップリングは前記第１導体に電気的に接続されており、前記複数のスリップリングのうち第２のスリップリングは前記第２導体に電気的に接続されている、支持機構。
  8. 　前記保持部と共に密閉された空間を画成する容器部と、
    　前記容器部に結合され、前記第１軸線に直交する第２軸線に沿って延びる中空の傾斜軸部と、
    　前記傾斜軸部を前記第２軸線周りで回転させる別の駆動装置と、
    を更に備え、
    　前記複数の導体、前記保持部を回転させる前記駆動装置、及び前記回転コネクタは、前記空間内に設けられている、請求項７に記載の支持機構。
  9. 　被処理体に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置であって、
    　処理容器と、
    　前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
    　前記処理容器内に供給されたガスを励起させるプラズマ源と、
    　請求項７又は８に記載された支持機構であり、前記処理容器内において前記保持部により被処理体を保持する、該支持機構と、
    　前記処理容器内の空間の排気のための排気系と、
    　前記処理容器の外部に設けられ、前記静電チャックの前記電極膜に与えられる電圧を発生する直流電源と、
    　前記処理容器の外部に設けられ、前記下部電極に与えられるバイアスを発生するバイアス電力供給部と、
    を備え、
    　前記直流電源は、第１配線を介して前記第１のスリップリングに接続されており、
    　前記バイアス電力供給部は、第２配線を介して前記第２のスリップリングに接続されている、プラズマ処理装置。
  10. 　前記支持機構は、請求項８に記載された支持機構であり、
    　前記保持部及び前記容器部は、前記処理容器内に設けられており、
    　前記傾斜軸部は、前記処理容器の内部から該処理容器の外部まで延びるように設けられており、
    　前記第１配線は、前記傾斜軸部内を通って、前記直流電源と前記第１のスリップリングとを接続しており、
    　前記第２配線は、前記傾斜軸部内を通って、前記バイアス電力供給部と前記第２のスリップリングとを接続している、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記保持部は、ヒータを更に有し、
    　前記複数の導体は、前記ヒータに接続する第３導体及び第４導体を更に有し、
    　前記複数のスリップリングは、前記第３導体に接続する第３のスリップリングと前記第４導体に接続する第４のスリップリングとを更に含み、
    　該プラズマ処理装置は、前記処理容器の外部に設けられ前記ヒータに電力を供給するヒータ電源を更に備え、
    　前記ヒータ電源は、前記傾斜軸部内を通る第３配線及び第４配線を介して、それぞれ前記第３のスリップリング及び前記第４のスリップリングに電気的に接続されている、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記支持機構は、前記保持部に設けられた温度センサを更に含み、
    　前記複数の導体は、前記温度センサに接続する第５導体を更に有し、
    　前記複数のスリップリングは、前記第５導体に接続する第５のスリップリングを更に含み、
    　該プラズマ処理装置は、制御部を更に有し、
    　前記制御部は、前記傾斜軸部内を通る第５配線を介して前記第５のスリップリングに電気的に接続されている、請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 　前記バイアス電力供給部は、パルス変調された直流電圧を前記下部電極に供給する請求項９～１２の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  14. 　前記バイアス電力供給部は、前記パルス変調された直流電圧及び高周波バイアスを選択的に前記下部電極に供給する請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
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