(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波電流を給電部材に供給した場合に給電部材の発熱量を小さく抑えることができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置である基板加熱装置２１は、高周波電極２７が設けられたセラミック基体２３と、高周波電極２７に高周波電流を供給する高周波電極用給電部材３５とを備え、高周波電極用給電部材３５は、給電本体部と、給電本体部の外周面に形成された、給電本体部よりも導電率の高い高導電率金属層とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電圧が印加される電極を有する基体と、
前記電極に高周波電流を供給する給電部材とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記給電部材は、給電本体部と、該給電本体部の表面側に形成され、給電本体部よりも導電率の高い高導電率金属層とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記給電部材における給電本体部と前記高導電率金属層との間に、高導電率金属層が給電本体部へ拡散することを防止する拡散防止金属層を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基体に抵抗発熱体を設け、該抵抗発熱体に電流を供給する前記給電部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記高導電率金属層の厚みは、２μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記給電部材の給電本体部は、Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕ，及びこれらを含む合金のうち、少なくともいずれかからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記高導電率金属層は、貴金属又は該貴金属を含む合金から形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記拡散防止金属層は、Ｃｒ，Ｒｈの少なくともいずれかから形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の製造工程や液晶の製造工程では、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置には、ＲＦ電極（高周波電極）へ高周波電流を供給する給電部材、例えば金属導体であるＮｉロッドが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この給電部材に高周波電圧を印加すると、表皮効果により、給電部材の表層部（例えば、給電部材の表面から数μｍ〜数十μｍの深さ範囲）に電流が集中して流れ、径方向中央部にはほとんど電流が流れなくなる。
【０００４】
給電体の抵抗は、以下の（１）式で表されるが、前述したように、表皮効果により給電体の径方向中央部は電流がほとんど流れないため、見かけ上の断面積Ｓが減少する結果、抵抗Ｒが上昇してしまう。
【０００５】
（１）Ｒ＝Ｌ／σＳ（Ｒ：抵抗、Ｌ：給電体の長さ、σ：導電率、Ｓ：断面積）
一方、給電体の発熱量は、以下の（２）式で表されるが、抵抗Ｒが上昇すると、発熱量も増加する。
【０００６】
（２）Ｗ  ＝  ＲＩ２（Ｗ：発熱量、Ｒ：抵抗、Ｉ：電流）
【特許文献１】特開平１１−２６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、前記従来のプラズマ処理装置における給電部材によれば、表皮効果による抵抗の増加によって給電部材が発熱する結果、給電部材自体の劣化を早めるおそれがあった。また、給電部材の発熱により、該給電部材の近傍に配置された周辺部材に損傷を与えるおそれがあった。さらに給電部材の劣化による給電部材の抵抗増加により、プラズマ処理装置のインピーダンスが増加し、プラズマが正常に発生しなくなるおそれがあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高周波電流を給電部材に供給した場合に給電部材の発熱量を小さく抑えることができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、電極が設けられた基体と、前記電極に高周波電流を供給する給電部材とを備えたプラズマ処理装置であって、前記給電部材は、給電本体部と、該給電本体部の表面側に形成され、給電本体部よりも導電率の高い高導電率金属層とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るプラズマ処理装置によれば、給電部材に高導電率金属層を設けているため、給電部材に高周波電圧が印加されると、給電本体部の表層部を流れる電流の一部が高導電率金属層に流れる。これによって、給電部材に高周波電圧が印加される際に、給電部材の表層部における抵抗が低減することにより、給電部材の発熱量を大幅に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
[第１実施形態]
まず、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、給電本体部の外周面（表面側）に高導電率金属層を形成した給電部材について説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１実施形態に係る給電部材の斜視図、図２は図１の給電部材における高伝導率金属層の上部を省略して示した斜視図である。
【００１４】
これらの図１，２に示すように、給電部材１は、同図の上下方向に沿って延びるロッド状（細長い円柱状）に形成されており、プラズマを発生させる高周波電極に高周波電流を供給する作用を有する。
【００１５】
給電部材１は、細長いロッド状に形成された給電本体部３と、該給電本体部３の外周面に形成された略円筒状の高導電率金属層５とから構成されている。
【００１６】
給電本体部３は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、及びこれらの金属を含む合金等で形成されている。給電本体部３の形状は、ロッド状（棒状）、円柱状、ケーブル状、板状、ひも状の織物、円筒形状など種々のものを採用することができる。
【００１７】
高導電率金属層５は、室温から９００℃の環境下において、給電本体部３よりも導電率の高い材料を採用する。例えば、給電本体部３の材質がＮｉである場合、高導電率金属層５は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈなどの貴金属から形成することが好ましい。
【００１８】
具体的には、高導電率金属層５の室温における体積抵抗値は、Ｎｉの室温における体積抵抗値である６．８μΩ・ｃｍの半分以下であることが好ましい。また、高導電率金属層５の９００℃における体積抵抗値は、Ｎｉの９００℃における体積抵抗値である４５．５μΩ・ｃｍの半分以下であることが好ましい。また、高導電率金属層５の厚みは、２〜３０μｍであることが好ましく、１０μｍ〜３０μｍであることが更に好ましい。これによれば、高導電率金属層５は、１０ＭＨｚ以上の高周波電圧を給電本体部３に印加した際に、給電本体部３の表皮電流の８０％以上を高導電率金属層５内に効率良く流すことができる。高導電率金属層５は、メッキ、溶射、ロウ付け等の手段を用いて給電本体部３の表面（外周面）に形成されている。
【００１９】
このように給電部材１は、給電本体部３の表面に給電本体部３よりも導電率の高い高導電率金属層５を形成することにより、給電部材１に高周波電圧が印加される際に、給電本体部３の表層部を流れる表皮電流の一部を高導電率金属層５へ流すことができる。これにより、高周波電圧が印加される際の給電本体部３の抵抗が低減され、給電本体部３の発熱量を低減させることができる。更に、この発熱量の低減によって、給電部材１の劣化を抑制するため、給電部材自体の抵抗の増加を抑止でき、任意のプラズマパワーを印加することが出来る。
【００２０】
[第２実施形態]
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、給電本体部の外周面（表面側）に、拡散防止金属層を介して高導電率金属層を形成した給電部材について説明する。
【００２１】
図３は本発明の第２実施形態に係る給電部材の斜視図、図４は図３の給電部材における高伝導率金属層及び拡散防止金属層の上部を省略して示した斜視図である。
【００２２】
本実施形態による給電部材１１は、細長いロッド状に形成されており、径方向中心に配置された給電本体部１３と、該給電本体部１３の外周面に形成された拡散防止金属層１７と、該拡散防止金属層１７の外周面に形成された高導電率金属層１５とを備えている。即ち、給電本体部１３と高導電率金属層１５との間に拡散防止金属層１７が形成されている。
【００２３】
拡散防止金属層１７は、給電本体部１３に拡散しにくい金属であり、例えばＣｒ、Ｒｈなどが好ましい。また、拡散防止金属層１７の厚みは、０．１〜５μｍであることが好ましい。拡散防止金属層１７は、メッキ、溶射、ロウ付け等により給電本体部１３の表面に形成される。拡散防止金属層１７は、給電本体部１３よりも導電率が低くてもよい。なお、高導電率金属層１５は、メッキ、溶射、ロウ付け等により拡散防止金属層１７の表面に形成される。
【００２４】
このように、本実施形態の給電部材１１によれば、給電本体部１３と高導電率金属層１５との間に拡散防止金属層１７を設けることにより、高温環境下において、高導電率金属層１５が給電本体部１３へ拡散することを防止することができる。これにより、高温環境下においても、給電本体部１３の表面層を流れる表皮電流の一部を高導電率金属層１５へ流し、給電本体部１３の発熱量を更に低減できる。
【００２５】
[第３実施形態]
次いで、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置である基板加熱装置について説明する。本実施形態の基板加熱装置においては、前述した第１実施形態又は第２実施形態による給電部材を備えている。
【００２６】
図５は、本発明の第３実施形態に係る基板加熱装置を示す斜視図である。
【００２７】
この基板加熱装置２１は、円盤状に形成されたセラミック基体２３と、該セラミック基体２３の裏面３３に取り付けられてセラミック基体２３を支持するシャフト２５とを備えており、前記セラミック基体２３の内部には、高周波電極２７及び抵抗発熱体２９を埋設している。この高周波電極２７の方が抵抗発熱体２９よりも上方側に配置されている。
【００２８】
セラミック基体２３の上面は、基板（ウエハー）を載置及び保持する基板載置面３１に形成されており、抵抗発熱体２９が加熱することにより、基板載置面３１上の基板を加熱することができる。セラミック基体２３は、ＡｌＮ、ＳＮ、ＳｉＣ、アルミナ等で形成することが好ましい。
【００２９】
高周波電極２７は、後述する給電部材３５，３７から高周波電流を供給されて、プラズマを発生させる。
【００３０】
高周波電極２７の形状は、メッシュ形状、プレート形状等の種々の形状を採用することができる。なお、高周波電極２７は、導電性のペーストをセラミック基体２３に印刷することにより形成してもよい。高周波電極２７は、導電性を有し、例えばＷ、Ｍｏ、ＷＭｏ、ＷＣ等の導電性高融点材料から形成することができる。
【００３１】
抵抗発熱体２９の形状は、メッシュ形状、コイル形状等の種々の形状を採用することができる。抵抗発熱体２９は、導電性のペーストをセラミック基体２３に印刷することにより形成してもよい。抵抗発熱体２９は、導電性を有し、例えばＷ、Ｍｏ、ＷＭｏ、ＷＣ等の導電性高融点材料から形成することができる。
【００３２】
シャフト２５は、中空の円筒状に形成されており、セラミック、メタル等で形成することができる。
【００３３】
シャフト２５の内周側には、高周波電極用給電部材３５及び抵抗発熱体用給電部材３７が設けられている。
【００３４】
高周波電極用給電部材３５は、かしめ、溶接、ロウ付け、はんだ付け等の手段によって、高周波電極２７に接合されている。また、抵抗発熱体用給電部材３７は、かしめ、溶接、ロウ付け、はんだ付け等の手段によって、抵抗発熱体２９に接合されている。
【００３５】
これらの高周波電極用給電部材３５及び抵抗発熱体用給電部材３７は、前記第１実施形態と第２実施形態で説明した給電部材１，１１を用いている。
【００３６】
つまり、高周波電極用給電部材３５として、給電本体部３の外周面に高導電率金属層５を形成したもの（図１，２参照）、及び給電本体部１３の外周面に拡散防止金属層１７を介して高導電率金属層１５を形成したもの（図３，４参照）のいずれを用いても良い。
【００３７】
さらに、抵抗発熱体用給電部材３７として、給電本体部３の外周面に高導電率金属層５を形成したもの（図１，２参照）、及び給電本体部１３の外周面に拡散防止金属層１７を介して高導電率金属層１５を形成したもの（図３，４参照）のいずれを用いても良い。
【００３８】
なお、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、プラズマ処理装置である前記基板加熱装置２１では、セラミック基体２３の内部に抵抗発熱体２９が埋設され、セラミック基体２３の裏面３３にシャフト２５が接合されている。しかし、抵抗発熱体２９が設けられていなくても良く、またはシャフト２５が設けられていなくても良い。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明を実施例を通じて更に具体的に説明する。
【００４０】
[実施例１]
実施例１として、図３及び図４に示した給電部材１１を作製した。
【００４１】
具体的には、まず、長さ２００ｍｍのＮｉロッドからなる給電本体部を準備した。次に、拡散防止金属層として、給電本体部の外周面に厚さ０．５μｍのＲｈメッキを施した。そして、高導電率金属層として拡散防止金属層の外周面上に厚さ２０μｍのＡｕメッキを施して、実施例１に係る給電部材とした。
【００４２】
[実施例２]
実施例２として、図１及び図２に示した給電部材１を作製した。
【００４３】
具体的には、まず、長さ２００ｍｍのＮｉロッドからなる給電本体部を準備した。次に、拡散防止金属層を形成せずに、給電本体部の外周面上に厚さ２０μｍのＡｕメッキを施して、実施例２に係る給電部材とした。
【００４４】
[実施例３〜実施例６]
前記実施例１，２と同様の手順で、実施例３〜６に係る給電部材を、以下の表１に示す内容でそれぞれ作製した。
【表１】
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【００４５】
[比較例１]
比較例１として、長さ２００ｍｍのＮｉのロッドからなる給電部材を準備した。この給電部材には、拡散防止金属層及び高導電率金属層のいずれも設けなかった。
【００４６】
[評価１（室温における抵抗値）]
前記実施例１〜６及び比較例１の給電部材に、室温である２０℃において、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合の抵抗値を測定した。
【００４７】
その結果、実施例３では、高導電率金属層であるＡｕを拡散防止金属層上に２μｍ形成するだけでも、高導電率金属層を形成しない比較例１に対して、１３．５６ＭＨｚにおける抵抗値Ｒを半分にすることができた。また、前記背景技術で説明した（２）式より、実施例３による給電部材は、比較例１による給電部材に対して、高周波電圧を印加した時の発熱量も半分に低減できることが判明した。
【００４８】
また、実施例４では、高導電率金属層の厚さを１０μｍにすると、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合における抵抗値Ｒを、比較例１に対して２０％以下まで低減できることが判明した。同様にして、実施例１，２，５，６では、高導電率金属層の厚さを２０μｍ以上にすると、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合における抵抗値を、比較例１に対して１０％以下まで低減できることが判明した。
【００４９】
[評価２（１０００℃に保持した後における体積抵抗値）]
また、以下の表２に示すように、給電部材を１０００℃の大気雰囲気中に４ｈｒ保持した後、同様にして室温において、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合における抵抗値Ｒをそれぞれ測定した。
【表２】
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【００５０】
その結果、実施例２から明らかなように、拡散防止金属層を設けない給電部材については、高温環境下に保持すると、体積抵抗値が大幅に増加することが判明した。これは、高温においては、高導電率金属層であるＡｕが給電本体部に拡散するためと考えられる。従って、給電部材に拡散防止金属層を設けることにより、高導電率金属層であるＡｕが給電本体部に拡散することを防止するため、高温環境下に給電部材を保持した場合でも抵抗値がほとんど変化しないことが判明した。
【００５１】
なお、実施例１，６に示すように、拡散防止金属層の材質がＣｒの場合でも、Ｒｈとほぼ同様の効果を得られることが判明した。
【００５２】
[評価３（周辺部材の損傷度）]
さらに、１０００℃に保持する前と保持した後のそれぞれの給電部材を用いてプラズマ処理装置を作成し、１３．５６ＭＨz、２０００Ｗの高周波電圧を給電部材に印加した場合に、周辺部材が損傷を受けるか否かを検証した。その結果を表１，２に示す。損傷が生じた場合には×、生じなかった場合には○を付した。
【００５３】
これらの表１，２に示すように、比較例１では、１０００℃の高温雰囲気に保持する前と保持した後のいずれの給電部材においても、高周波電圧印加時に周辺部材に損傷が生じることが判明した。
【００５４】
また、実施例２に示すように、拡散防止金属層を設けない場合は、１０００℃の高温雰囲気に保持する前の給電部材では高周波電圧印加時には周辺部材に損傷が生じないが、１０００℃の高温雰囲気に保持した後の高周波電圧印加時に損傷が生じることが判明した。これにより、拡散防止金属層を設けた方が好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る給電部材の斜視図である。
【図２】図１の給電部材における高伝導率金属層の上部を省略して示した斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る給電部材の斜視図である。
【図４】図３の給電部材における高伝導率金属層及び拡散防止金属層の上部を省略して示した斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置である基板加熱装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１１…給電部材
３…給電本体部
５…高導電率金属層
１１…給電部材
１３…給電本体部
１５…高導電率金属層
１７…拡散防止金属層
２１…基板加熱装置（プラズマ処理装置）
２３…セラミック基体（基体）
２７…高周波電極（電極）
２９…抵抗発熱体
３５…高周波電極用給電部材（給電部材）
３７…抵抗発熱体用給電部材（給電部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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