(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板にプラズマ処理を施すための減圧された空間を与える処理容器と、
前記処理容器内に配置される第１の電極と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
プラズマ生成用の高周波電圧を出力する高周波電源と、
前記高周波電源からの前記高周波電圧を前記第１の電極に供給するために前記第１の電極に接続される高周波給電用の導体と、
前記処理容器の外に設置され、前記高周波電源に電気的に接続される入力端子と、前記高周波給電用導体に電気的に接続される出力端子とを有し、前記高周波電源側と負荷側との間でインピーダンスの整合をとる整合器と、
前記第１の電極または前記高周波給電用導体の静電気的な表面電位を静電容量を介して非接触で計測して前記直流電位を求める直流電位測定部と
を有し、
前記整合器と前記処理容器との間で前記高周波給電用導体がグランド電位に接続された筒状の導体で周囲を囲まれ、
前記筒状導体が、一方の端部が前記処理容器に結合される第１の筒状導体部と、一方の端部が前記整合器に結合される第２の筒状導体部と、前記第１および第２の筒状導体部のそれぞれの他方の端部を互いに着脱可能に接続するための第１の継手部とを有し、前記第１の継手部に前記直流電位測定部のプローブが取り付けられる、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記高周波給電用導体が、一方の端部が前記第１の電極の背面部に固着される第１の棒状導体と、一方の端部が前記整合器の出力端子に固着される第２の棒状導体と、前記第１および第２の棒状導体のそれぞれの他方の端部を互いに着脱可能に接続するための第２の継手部とを有し、前記第２の継手部は前記第１の継手と対応する位置に設けられる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記処理容器内に前記第１の電極と平行に対向して配置される第２の電極を有する、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１の電極の上に前記被処理基板が配置され、前記第２の電極に前記第１の電極に向けて前記処理ガスを吐出するための通気孔が設けられる、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
処理装置において互いに接合する導電性部材間の電気的抵抗を低減させるために前記導電性部材の間に設けられる電気的接合部材であって、
弾性体の表面にアルミニウムからなる表面金属層を形成して構成された電気的接合部材。
【請求項６】
前記弾性体が金属材料からなるスパイラルである、請求項５に記載の電気的接合部材。
【請求項７】
前記弾性体を構成する金属材料がチタン、ステンレスまたは銅合金である、請求項６に記載の電気的接合部材。
【請求項８】
前記弾性体が有機化合物材料からなる、請求項５に記載の電気的接合部材。
【請求項９】
処理装置において互いに接合する導電性部材間の電気的抵抗を低減させるために前記導電性部材の間に設けられる電気的接合部材であって、
第１の金属材料からなる弾性体の表面に、前記第１の金属材料よりも比抵抗値が小さくかつプロセスに悪影響を及ぼさない第２の金属材料からなる表面金属層を形成して構成された電気的接合部材。
【請求項１０】
前記弾性体がスパイラルである、請求項９記載の電気的接合部材。
【請求項１１】
前記第１の金属材料がチタン、ステンレスまたは銅合金である、請求項９または請求項１０に記載の電気的接合部材。
【請求項１２】
前記第２の金属材料がアルミニウムである、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の電気的接合部材。
【請求項１３】
前記表面金属層が蒸着またはＣＶＤにより弾性体の表面に形成される、請求項５〜１２のいずれか一項に記載の電気的接合部材。
【請求項１４】
前記表面金属層の厚さが１００μｍ以下である、請求項５〜１３のいずれか一項に記載の電気的接合部材。
【請求項１５】
前記互いに接合する導電性部材間で高周波が流れる、請求項５〜１４のいずれか一項に記載の電気的接合部材。
【請求項１６】
複数の導電性部材を組み立てて構成され、高周波を用いて処理ガスをプラズマ化させて、前記処理ガスのプラズマにより被処理基板に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置において、
互いに接合する前記導電性部材の間に請求項５〜１５のいずれか一項に記載の電気的接合部材を設けたプラズマ処理装置。
【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係り、特に高周波電源からの高周波を伝搬し、または印加される部材の直流電位を測定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、平行平板型のプラズマ処理装置では、プラズマ生成用の高周波（ＲＦ）が印加される電極または高周波電極に負の直流電位Ｖdcが生成される。このことから、平行平板型プラズマエッチング装置では、被処理基板を載置する下部電極またはサセプタに高周波を印加して、サセプタ表面上の負の直流電位Ｖdcによりプラズマ中のイオンを電界の力で基板表面に垂直に引っ張り込んで異方性のエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行うことも多用されている。また、そのような高周波電極上の直流電位Ｖdcは、エッチング条件や処理容器内の高周波放電状態等とも相関関係がある。たとえば、処理容器内のガス圧力が低下すると、直流電位Ｖdcの絶対値が増大する。また、高周波放電系の中で経時劣化などによる異常箇所が生ずると、それが直流電位Ｖdcに反映する（通常はＶdcの絶対値が増大する）。このことから、直流電位Ｖdcをプラズマ処理条件の変動を示すプロセス上のパラメータ、あるいは高周波部品または部材の修理または交換時機を示すメンテナンス上のパラメータとして測定することも行なわれている。
【０００３】
従来は、高周波電極またはそれと直結される給電棒に電圧センス線を接続し、電圧センス線で感知した直流電位Ｖdcをアナログの直流電圧として電圧測定回路に取り込んで、直流電位Ｖdcの測定値を求めていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近のプラズマ処理装置では、プラズマプロセッシングの効率化や微細化を図るために、使用する高周波のパワーを高くする傾向があり、それに伴なって給電棒ないし高周波電極を伝搬する高周波電圧のピーク対ピーク値も大きくなっている。このため、従来のように高周波電極ないし給電棒に電圧センス線を接触させて直流電位Ｖdcを電圧測定回路に取り込む測定法においては、本来は高周波電極へ供給されるべき高周波が電圧測定ユニットの取付箇所でユニット内測定回路あるいはユニット筐体を介してグランドへ流れ（漏電または放電し）、測定ユニット自体が故障または破損するおそれがあるだけでなく処理容器内の高周波放電ないしプラズマ生成の特性ひいてはプラズマ処理の品質に悪影響を与えるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高周波電源からの高周波を伝搬し、または印加される部材の直流電位を安全確実かつ簡便に測定できるようにしたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、被処理基板にプラズマ処理を施すための減圧された空間を与える処理容器と、前記処理容器内に配置される第１の電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、プラズマ生成用の高周波電圧を出力する高周波電源と、前記高周波電源からの前記高周波電圧を前記第１の電極に供給するために前記第１の電極に接続される高周波給電用の導体と、前記処理容器の外に設置され、前記高周波電源に電気的に接続される入力端子と、前記高周波給電用導体に電気的に接続される出力端子とを有し、前記高周波電源側と負荷側との間でインピーダンスの整合をとる整合器と、前記第１の電極または前記高周波給電用導体の静電気的な表面電位を静電容量を介して非接触で計測して前記直流電位を求める直流電位測定部とを有し、前記整合器と前記処理容器との間で前記高周波給電用導体がグランド電位に接続された筒状の導体で周囲を囲まれ、前記筒状導体が、一方の端部が前記処理容器に結合される第１の筒状導体部と、一方の端部が前記整合器に結合される第２の筒状導体部と、前記第１および第２の筒状導体部のそれぞれの他方の端部を互いに着脱可能に接続するための第１の継手部とを有し、前記第１の継手部に前記直流電位測定部のプローブが取り付けられる。
【０００９】
本発明のプラズマ処理装置では、高周波電源からの高周波電圧が伝搬する給電棒あるいは該高周波電圧の印加を受ける電極（高周波電極）上の表面電位が導体を介さずに静電容量を介して非接触で測定され、その表面電位の測定値を示す信号から直流電位の測定値が求められる。このように非接触方式であるから、高周波パワーを高くしても、計測点で高周波が漏電または放電するおそれはなく、処理容器内の高周波放電ないしプラズマ生成に影響を与えることなく安全確実に直流電位の測定値を求めることができる。
また、本発明のプラズマ処理装置においては、高周波給電用導体を囲んでグランド電位に接続される筒状導体が、一方の端部が処理容器に結合される第１の筒状導体部と、一方の端部が整合器に結合される第２の筒状導体部と、第１および第２の筒状導体部のそれぞれの他方の端部を互いに着脱可能に接続するための第１の継手部とを有し、この第１の継手部に直流電位測定部のプローブが取り付けられる。かかる構成によれば、高周波給電用導体に近接して着脱可能に設けられる第２の継手部に直流電位測定部のプローブが取り付けられるので、測定部の調整やメンテナンスが簡単であり、既存の処理装置への適用も容易である。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置における典型的な一形態は、処理容器内に第１の電極と平行に対向して第２の電極が配置される構成である。このような平行平板型の装置では、典型的な一形態として、第１の電極の上に被処理基板が配置され、第２の電極に第１の電極に向けて処理ガスを吐出するための通気孔が設けられる。
【００１１】
本発明の好適に一態様においては、高周波給電用導体が、一方の端部が第１の電極の背面部に固着される第１の棒状導体と、一方の端部が整合器の出力端子に固着される第２の棒状導体と、第１および第２の棒状導体のそれぞれの他方の端部を互いに着脱可能に接続するための第２の継手部とを有し、第２の継手部は第１の継手と対応する位置に設けられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記のような構成および作用により、プラズマ処理装置において高周波電源からの高周波を伝搬し、または印加される部材の直流電位を安全確実に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に、本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、ＲＩＥ型のプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００１６】
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状の下部電極またはサセプタ１２が設けられている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。筒状保持部１４の上面には、サセプタ１２の上面を環状に囲むたとえば石英からなるフォーカスリング１８が配置されている。
【００１７】
チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には環状に排気路２０が形成され、この排気路２０の入口または途中に環状のバッフル板２２が取り付けられるとともに底部に排気口２４が設けられている。この排気口２４に排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
【００１８】
サセプタ１２には、プラズマ生成およびＲＩＥ用の高周波電源３２が整合器３４および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この高周波電源３２は、所定の高周波数たとえば６０ＭＨｚの高周波電圧を下部電極つまりサセプタ１２に供給する。チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。したがって、高周波電源３２からの高周波電圧はサセプタ１２とシャワーヘッド３８との間に印加される。
【００１９】
サセプタ１２の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。この静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁膜４０ｂ，４０ｃの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電源４２が電気的に接続されている。直流電源４２からの直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷをチャック上に吸着保持することができる。
【００２０】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット４６より配管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部５２からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５４を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２１】
天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する下面の電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にバッファ室６０が設けられ、このバッファ室６０のガス導入口６０ａには処理ガス供給部６２からのガス供給管６４が接続されている。
【００２２】
チャンバ１０の周囲には、環状または同心状に延在する磁石６６が配置されている。チャンバ１０内において、シャワーヘッド３８とサセプタ１２との間の空間には、高周波電源３２により鉛直方向のＲＦ電界が形成される。高周波の放電により、サセプタ１２の表面近傍に高密度のプラズマを生成することができる。
【００２３】
制御部６８は、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２８、高周波電源３２、チラーユニット４６、伝熱ガス供給部５２および処理ガス供給部６２等の動作を制御するもので、後述する表面電位測定部７０からの表面電位測定値（信号）を基に直流電位Ｖdcの測定値を求めるための信号処理または演算処理も行う。また、ホストコンピュータ等の外部装置（図示せず）とも接続されている。
【００２４】
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ３０を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に載置する。そして、処理ガス供給部６２よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源３２より所定のパワーで高周波電力をサセプタ１２に供給する。また、直流電源４２より直流電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、半導体ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，３８間で高周波の放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面がエッチングされる。
【００２５】
このプラズマエッチング装置では、高周波電源３２からの高周波がサセプタ１２に印加されている間は、整合器３４内に含まれるコンデンサがブロッキング・キャパシタとして作用することにより、整合器３４の出力側に接続される給電棒３６およびサセプタ１２には直流成分または直流電位Ｖdcが生成される。かかる直流電位Ｖdcは、いわゆる自己バイアス電圧として反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を可能にするとともに、エッチング条件の変動を示すパラメータあるいは関連部品または部材の交換時期を示すメンテナンス上のパラメータとなり得るものである。
【００２６】
次に、このプラズマエッチング装置における直流電位測定部について詳細に説明する。図１に示すように、整合器３４は、マッチングボックスとしてチャンバ１０の下方に配置されている。給電棒３６は、整合器３４とチャンバ１０の底板部１０ａとの間で同軸の筒状導体７２によって電磁気的に遮蔽されている。筒状導体７２はチャンバ１０あるいはアース線（図示せず）を介してグランド電位に接続されている。この筒状導体７２には、給電棒３６から半径方向に適当な距離間隔（たとえば数ｃｍ）を隔てて表面電位計７０が取り付けられている。この表面電位計７０は、給電棒３６の静電気的な表面電位を静電容量を介して非接触で計測し、表面電位の測定値情報を含む表面電位検出信号を制御部６８に与えるようになっている。
【００２７】
図２〜図４に、表面電位計７０回りの詳細な構成を示す。給電棒３６は、上端部がサセプタ１２の下面または背面（図１）に結合される上部円柱導体３６ａと、下端部が整合器３４の出力端子（図示せず）に結合される下部円柱導体３６ｂと、上部円柱導体３６ａの下端部と下部円柱導体３６ｂの上端部とを着脱可能に接続するための棒状継手部３６ｃとで構成される。図３に示すように、上部円柱導体３６ａの下端部および下部円柱導体３６ｂの上端部は一側面を平坦面に切り欠かれており、それぞれの平坦面を面一に揃えるようにして軸方向で互いに突き合わせられる。そして、両円柱導体３６ａ，３６ｂの切り欠き部を補完するようにほぼ半円形の横断面を有する棒状継手部３６ｃが当てられ、ボルト７６で着脱可能に一体結合されて、円柱状の給電棒３６が形成される。
【００２８】
給電棒３６を囲む筒状導体７２は、上端部がチャンバ１０の底板部に結合される上部筒状導体７８と、下端部が整合器３４の筐体に結合される下部筒状導体８０と、棒状継手部３６ｃと対応する高さ位置で上部筒状導体７８と下部筒状導体８０との間に介在して両者を着脱可能に接続するための筒状継手部８２とで構成される。筒状継手部８２は、左右一対の半筒状継手部８２Ａ，８２Ｂを突き合わせてボルト８３により一体に結合してなるもので（図４）、一方の半筒状継手部８２Ｂを半径方向外側に拡張している。この半径が大きくて半筒状の継手部８２Ｂの内側に得られるスペースに表面電位計７０のプローブ７０ａが配置される。
【００２９】
表面電位計７０は、上記のようにして筒状継手部８２の中に取り付けられるプローブ７０ａと、外に配置される電位計ユニット７０ｂと、プローブ７０ａおよび電位計ユニット７０ｂの両者を電気的に接続するケーブル７０ｃとで構成される。図５に示すように、プローブ７０ａの中には、たとえばＳｅからなる音叉型のセンサ電極８４が設けられている。電位計ユニット７０ｂの中には、該センサ電極８４を振動させるための発振器８６や、センサ電極８４からのセンサ出力信号を信号処理するための増幅器を含む測定回路８８等が設けられている。
【００３０】
被測定物つまり給電棒３６とプローブ７０ａ内のセンサ電極８４との間には静電容量Ｃが生じる。電位計ユニット７０ｂ内の発振器８６より交流駆動信号を与えてセンサ電極８４を振動させると、静電容量Ｃの値が交流成分をもって変化し、センサ電極８４より給電棒３６の表面電位を交流変調したセンサ出力信号が得られる。このセンサ電極８４からのセンサ出力信号を電位計ユニット７０ｂ内の測定回路８８で増幅し検波することにより、給電棒３６の表面電位の大きさや極性等の情報を含む表面電位検出信号が得られる。
【００３１】
こうして表面電位計７０より得られる表面電位検出信号を基に、制御部６８（図１）では所要の信号処理ないし演算処理を行って給電棒３６の表面電位の測定値を求める。通常は、表面電位の測定値をそのまま直流電位Ｖdcの測定値としてよく、必要に応じて補正を加えることもできる。そして、ホストコンピュータ等を通じて直流電位Ｖdcの測定値を表示出力したり、管理値またはパラメータ扱いでモニタリング処理に附す。なお、この実施形態における表面電位計７０には、たとえば米国ＴＲＥＫ社（トレック・インコーポレーテッド）製の表面電位計を用いることができる。
【００３２】
上記したように、この実施形態では、プラズマ生成およびＲＩＥ用の高周波電源３２からの高周波が伝搬する給電棒３６上の直流電位Ｖdcを非接触式の表面電位計７０を用いて計測するので、高周波パワーを高くしても、計測点つまり表面電位計７０で高周波が漏電または放電するおそれはなく、下部電極（サセプタ）１２と上部電極（シャワーヘッド）３８間の高周波放電ないしプラズマ生成に影響を与えることなく安全確実に直流電位Ｖdcの測定値を求めることができる。
【００３３】
また、この実施形態では、チャンバ１０側の上部円柱導体３６ａと整合器３４側の下部円柱導体３６ｂとの接合箇所付近に着脱可能に設けられる筒状継手部８２の一方の半筒状継手部８２Ｂを改造して、これに表面電位計７０のプローブ７０ａを取り付ける構成としたので、既存のプラズマエッチング装置にも簡単に適用することができる。
【００３４】
もっとも、給電棒３６上の直流電位Ｖdcは給電棒３６全体を通じてほぼ同一または一定であるから、給電棒３６の任意の部位にて上記実施形態の非接触計測法により直流電位Ｖdcを計測することが可能である。また、上記実施形態の非接触計測法によりサセプタ１２上の直流電位Ｖdcを計測できることも勿論可能である。実際のアプリケーションでは、サセプタ１２と給電棒３６との間で直流電位Ｖdcはさほど違わないので、給電棒３６で得られた直流電位Ｖdcの測定値でサセプタ１２上の直流電位Ｖdcを近似させることもできる。
【００３５】
上記した実施形態のプラズマエッチング装置は、プラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する方式であった。しかし、図示省略するが、本発明は上部電極３８にプラズマ生成用の高周波電力を印加する方式のプラズマエッチング装置にも適用可能であり、その場合は上部電極３８またはそれに直結される給電棒（図示せず）について上記実施形態と同様の非接触計測法により直流電位Ｖdcの測定値を安全確実に求めることができる。
【００３６】
次に、本発明の別の観点による電気的接合部材について説明する。一般に、プラズマ処理装置で用いられる真空チャンバやその周辺部品は、分解可能な複数の部材を組み合わせて構成されており、接合し合う部材の間に良好な気密性や電気的接触を必要とする場合が多い。電気的接触・接合を確保するうえでは、互いに接合する導電性部材の間に導電性のクッション材を電気的接合部材として挿入するのが効果的である。
【００３７】
本発明によれば、以下に述べるように、処理装置において互いに接合する導電性部材間の電気的抵抗を効果的に低減させ、しかも処理装置に対する金属汚染のおそれがない電気的接合部材が提供される。
【００３８】
図６に、本発明の一実施形態における電気的接合部材を適用したプラズマエッチング装置の構成を示す。図中、図１のプラズマエッチング装置と実質的に共通の構成または機能を有する部分には同一の符号を附してある。
【００３９】
このプラズマエッチング装置のチャンバ１０は、上面の開口したチャンバ本体部材１０ａとこのチャンバ本体部材１０ａの上面開口を閉塞するチャンバ上部部材１０ｂとを分離可能に一体接合して構成される。チャンバ上部部材１０ｂには、上部電極を兼ねるシャワーヘッド３８が一体に取り付けられる。
【００４０】
チャンバ本体部材１０ａの側壁にはゲートバルブ（図示せず）と対応する高さ位置に半導体ウエハＷの搬入出口を備えた突出ポート１００が設けられ、本体部材１０ａの内側には内壁を覆う円筒状のデポシールド１０２がたとえば図示しないスペーサを介して設けられている。チャンバ本体部材１０ａ、チャンバ上部部材１０ｂおよびデポシールド１０２のいずれも導電性部材であり、たとえばアルミニウムで構成されている。
【００４１】
デポシールド１０２の上縁は径方向外側に直角に屈曲されており、その屈曲縁である環状のフランジ部１０２ａがチャンバ本体部材１０ａの上端面とチャンバ上部部材１０ｂの周縁部との間に狭着される。そして、デポシールド１０２のフランジ部１０２ａの上面とチャンバ上部部材１０ｂの周縁部下面との間には一実施形態による電気的接合部材１０４が挿入される。
【００４２】
図７Ａおよび図７Ｂに、電気的接合部材１０４の構造を示す。この電気的接合部材１０４は、たとえば厚さが８０μｍ、幅Ｗが２ｍｍ程度のステンレス製の帯状体からなるスパイラル１０６の表面に、アルミニウムからなるたとえば厚さ３０μｍの表面金属層１０８を形成して構成される。電気的接合部材１０４の製法としては、たとえば、ステンレス製の帯状体の片面に蒸着やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりアルミニウムからなる表面金属層１０８を形成し、この表面金属層１０８側の面を外面またはおもて面にして帯状体をコイル状に巻回することによって、図７Ｂに示すようにたとえば外径ｄが２．４ｍｍ程度のスパイラル状の電気的接合部材１０４を作製することができる。
【００４３】
この例では、スパイラル１０６が弾性体を構成する。この弾性体の材料であるステンレスを第１の金属材料とすると、表面金属層１０８の材料であるアルミニウムは第１の金属材料よりも比抵抗値が小さくかつ半導体デバイス製造に悪影響を及ぼさない第２の金属材料である。
【００４４】
図６において、デポシールド１０２のフランジ部１０２ａとチャンバ上部部材１０ｂとの間の接合部は、たとえばフランジ部１０２ａ側に設けられた凹部１０３内に電気的接合部材１０４を収容し（図８）、両者をボルト１１０（図９）で締結することにより圧接して電気的な接触を確保している。ボルト１１０は図６では見えないが、電気的接合部材１０４と共にチャンバ１０の周方向に一定間隔で複数配列して設けられる。図８および図９において、溝部１０３の深さは、電気的接合部材１０４の外径ｄよりも小さく設定されており、ボルト１１０により締め付けて導電性部材１０ｂ、１０２ａの対向面同士が接合したときに電気的接合部材１０４が所定量だけつぶれ、そのつぶれ代に対応して電気的接合部材１０４と導電性部材１０ｂ，１０２ａ間の接触抵抗が決まる。一変形例として、たとえば図１０に示すように導電性部材１０ｂ、１０２ａの平坦な面の間に電気的接合部材１０４を介在させる構造であってもよい。
【００４５】
図６において、デポシールド１０２は図示しない電気ヒータを備えており、処理容器４内の熱損失を防止して処理効率のアップを図りつつ、反応生成物の付着を抑制してメンテナンス周期を延ばす機能を有している。デポシールド１０２の下端部は内側に屈曲されており、この屈曲縁１０２ｂの上面には、すり鉢状に形成された整流部材１１２の上縁部１１２ａの下面が電気的接合部材１０４を介して接合されている。この整流部材１１２には、プラズマ処理空間側から排気路２０側にガスが流れるように孔部１１２ｃが設けられている。整流部材１１２の下縁部１１２ｂの下面は、チャンバ１０の底面を構成する支持リング１１４の上面に電気的接合部材１０４を介して接合されている。支持リング１１４は接地電位に接続され、その内周面には給電棒３６を囲む筒状導体７２が接合されている。図１のプラズマエッチング装置と同様に、この筒状導体７２に表面電位計７０が取り付けられてよい。なお、整流部材１１２と支持リング１１４のいずれも、たとえばアルミニウムからなる導電性部材で構成されている。支持リング１１４と筒状導体７２との間の接合部にも電気的接合部材１０２を使用することができる。
【００４６】
次に、このプラズマエッチング装置の作用について説明する。先ず搬送アーム（図示せず）が隣のロードロック室（図示せず）から突出ポート１００内の搬入出口を通って被処理基板である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入してサセプタ１２上に載置する。この後、図示しないゲートバルブを閉じてチャンバ１０を気密な状態にする。そして、排気管２６を介してチャンバ１０内を真空排気するとともに、シャワーヘッド３８を介して処理ガスを所定の流量で導入し、チャンバ１０内を例えば数十ｍＴｏｒｒの真空度に維持する。
【００４７】
一方、高周波電源３２より所定周波数（たとえば１００ＭＨｚ）の高周波を所定のパワー（たとえば１５００Ｗ）でサセプタ（下部電極）１２に印加する。これにより、サセプタ１２と上部電極をなすシャワーヘッド３８との間の処理ガスがプラズマ化され、そのプラズマによりウエハＷに対してプラズマ処理であるエッチングが行われる。なお、プラズマ中のイオンを半導体ウエハＷに効率よく引き込むように、上記プラズマ生成用の高周波に重畳させて、図示しない別の高周波電源よりバイアス用の所定周波数（たとえば３．２ＭＨｚ）の高周波を所定のパワー（たとえば５８００Ｗ）でサセプタ１２に印加してもよい。チャンバ１０内でサセプタ１２より放出された高周波はプラズマを介してチャンバ上部部材１０ｂ側に流れ、さらにデポシールド１０２→整流部材１１２→支持リング１１４を通ってアース（グランド電位）に流れる。
【００４８】
このプラズマエッチング装置のプラズマ処理空間に面して表面部を高周波が流れる導電性部材１０ｂ，１０２，１１２，１１４においては、各部材同士の接合面に挿入されている電気的接合部材１０４の接触抵抗が小さいので、接合部の電気的抵抗を効果的に低減することができ、これによって導電性部材の表面部の電位を均一にすることができる。
【００４９】
ここで、本発明の電気的接合部材１０４におけるスパイラル１０６を構成する第１の金属材料は、ステンレスに限られるものではなく、チタンであってもよいし、あるいは例えば銅とベリリウム（Ｂｅ）とからなる銅合金を用いてもよい。この銅合金は後述の実験例からも分かるようにステンレスと同等の弾性があるため、弾性体としては有効である。また、表面金属層１０８を構成する第２の金属材料は、アルミニウムに限られるものではなく、第１の金属材料よりも比抵抗値が小さくかつ半導体デバイス製造に悪影響を及ぼさないもの、たとえば遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属でなければ、アルミニウム以外の金属やこれらの合金などであってもよい。半導体デバイス製造またはプロセスに悪影響を及ぼす金属材料とは、その金属材料が半導体装置内に不純物として微量たとえば１×１０10atoms／ｃｍ2の濃度に混入したときにその特性を悪化させるものを意味し、例えば銅などが挙げられる。さらに、第２の金属材料は比抵抗値がアルミニウムよりも小さいことが好ましい。
【００５０】
このように、弾性体を構成する第１の金属材料１０６の表面に第２の金属材料からなる表面金属層１０８を形成する構造とすることにより、比抵抗値を考慮せずに弾性のある金属材料を選定して弾性体を構成し、一方で表面金属層１０８の金属材料については、弾性を考慮せずに比抵抗値が小さく半導体デバイス製造に悪影響を与えない金属を選定することができるので、弾性を有しかつ導電性部材間の接触抵抗が小さくなる電気的接合部材１０４を製作することができる。
【００５１】
また、電気的接合部材１０４を構成する弾性体は、弾性を有する構造であれば必ずしもスパイラルに限られるものではなく、他の弾性構造体であってもよいし、さらにはまた金属材料により構成することに限られるものではない。図１１に示す電気的接合部材１０４の構成は、弾性を有する有機化合物である樹脂からなる円柱状の弾性体１１６の表面にアルミニウムからなる表面金属層１０８を形成したものであり、この例では表面金属層１０８の表面に電気的接触をより確実にするために突起１１８が形成されている。
【００５２】
さらにまた、表面金属層１０８は弾性体の全周を被覆していることに限定されず、たとえば図１２に示すように弾性体であるステンレスからなるスパイラル１２０の表面に、図１１と同様の表面金属層１０８を形成し、スパイラル１２０の表面の一部が露出している構造であってもよい。ただし、弾性体１１６あるいはスパイラル１２０が銅（Ｃｕ）などの半導体デバイス製造に悪影響を著しく及ぼす金属材料を含んでいる場合は、全周が被覆されている必要がある。図１１および図１２に示す表面金属層１０８としては、たとえばアルミニウム箔を用い、樹脂からなる弾性体１１６あるいはスパイラル１２０の表面に接合するようにしてもよい。
【００５３】
なお、電気的接合部材１０４としては、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように有機化合物である樹脂からなる直方体形状の弾性体１２２の中に、たとえばアルミニウムからなる帯状体の両端部を互いに逆方向にカギ型に折り曲げて形成した接合用導電部材１２４を埋設するとともに、当該接合用導電部材１２４の両端部を弾性体１２２の両面からそれぞれ露出させる構成としてもよい。アルミニウムは弾性をもたないが、弾性体１２２である樹脂の両面が導電性部材により挟まれたときに樹脂の復元力によりアルミニウムである接合用導電部材１２４も反力を持つことができ、したがって小さな応力で低い接触抵抗を得ることができるので有効な構造である。樹脂については弾性体１２２の長さＬの例えば３０％のつぶし量であれば、弾性限界の範囲で使用でき、当該電気的接合部材１０４が導電性部材の間に介装されたときに例えば長さＬに対して２０％のつぶし量で使用するのであれば、長さＬが０．１５ｍｍのときつぶし量は０．０３ｍｍとなり、長さＬが１．５ｍｍのときつぶし量は０．３ｍｍとなる。この場合、接合用導電部材１２４の材料は、アルミニウムに限らず、たとえばアルミニウムよりも比抵抗値が小さく、かつ半導体デバイス製造に影響のない金属材料を用いてもよい。
【００５４】
上記のように、本発明によれば、弾性体の表面にアルミニウムからなる表面金属層を形成して構成された電気的接合部材が提供される。この電気的接合部材は、比抵抗値は小さいが弾性のないアルミニウム材を複合材化して、全体として弾性を有しかつ比抵抗値が小さく、処理装置において接合し合う導電性部材の間または接合面に設けられることで、これら導電性部材間の電気的抵抗を効果的に低減させることができ、しかも処理装置において金属汚染を生ずるおそれもない。このため、処理装置に対して良好な処理を行うことができ、また電力の損失の低減などに対して寄与することができる。
【実施例】
【００５５】
次に本発明の効果を確認するために行った実験について述べる。
（電気的接合部材の作成）
【００５６】
Ａ．実施例１
厚さが８０μｍ、幅が２ｍｍのステンレス製の帯状体を用いて形成したスパイラルの表面に、アルミニウムからなる厚さ１００μｍの表面金属層を形成して電気的接合部材を得た。この電気的接合部材を実施例１とする。
【００５７】
Ｂ．実施例２
弾性体としてステンレス製のスパイラルの代わりにＢｅＣｕスパイラルを用いた他は実施例１と同様にして電気的接合部材を得た。この電気的接合部材を実施例２とする。
【００５８】
Ｃ．実施例３
一般に真空シールとして使用されているＯリングと呼ばれている樹脂製のリング体から１ｃｍだけ切り出し、これを弾性体として用いその外面をアルミ箔で被覆して電気的接合部材とした。これを実施例３とする。
【００５９】
Ｄ．比較例１
アルミニウムからなる表面金属層を形成しない他は実施例１と同様にして電気的接合部材を得た。この電気的接合部材はステンレス製のスパイラルからなるものであり、これを比較例１とする。
【００６０】
（予備試験）
プラズマ処理装置に用いられる導電性部材間を電気的接合部材を用いてボルト締めしたときにおいて、各部位の面圧がどれくらいであるのかを把握するための試験を行った。デポシールドの接合をモチーフに導電性部材の接合構造と面圧のイメージを図１４Ａおよび図１４Ｂに示しておく。図１４Ａおよび図１４Ｂにおいて１３０は電気的接合部材、１３２，１３４はそれぞれ一方の導電性部材および他方の導電性部材、１３６はボルト孔、１３８はボルトであり、ボルト締めした個所Ｅ１、ボルト締め個所から３０ｍｍ離れた個所Ｅ２及び電気的接合部材１３０が設けられている個所Ｅ３について面圧を調べた。導電性部材の外径は５９５ｍｍであり、８本のボルトで等間隔に５０ｋｇｆ・ｃｍのトルクで締め付けている。ただし、面圧の測定は実際の装置では測定できないので、アルミニウムプレートを試験ピースを用い、面圧の大きさに応じてプシュプルゲージとロードセルとを使い分けて各部位Ｅ１〜Ｅ３に対応する面圧を接触面１０ｍｍ当たりの面圧で求めた。
【００６１】
図１４Ｂに面圧のイメージを示してあるように、ボルト締めしているＥ１においては面圧は５０ｋｇｆ以上であるが、その近傍のＥ２における面圧は１０ｋｇｆ以下である。また電気的接合部材１３０が設けられている部位Ｅ３は、面圧を直接的には測定できないので、樹脂シールであるＯリングを介在させて潰した結果から少なくとも３ｋｇｆを越えていると推測される。また、各面圧がかかっている状態で直流レベルによる接触抵抗を測定したところ、ボルト締めされているＥ１においては１〜６ｍΩ、その近傍のＥ２においては３０ｍΩ 以上であった。また電気的接合部材として従来のステンレス製のスパイラルを試験ピース間に介在させ、３〜９ｋｇｆの面圧を加えた状態で接触抵抗を測定したところ、３７〜４９ｍΩ であった。従ってボルト締めを行っていてもそれ以外の個所においては大きな面圧を得ることができず、このため従来のステンレス製のスパイラルを電気的接合部材として用いた場合には、十分低い接触抵抗を得られないことが分かった。
【００６２】
（接触抵抗の評価）
一対のアルミニウムの試験ピースの間に各電気的接合部材を介在させ、互いの試験ピース間の面圧（１０ｍｍ長当たりの面圧）を０．６ｍｍのつぶし量となる値に設定して直流レベルの接触抵抗を測定したところ次の結果が得られた。
面圧            接触抵抗
実施例１     ３．７ｋｇｆ       ４．６ｍΩ
実施例２     ３．４ｋｇｆ       ４．３ｍΩ
実施例３     ９．６ｋｇｆ       ４．２ｍΩ
比較例１     ２．４ｋｇｆ     ４１．７ｍΩ
【００６３】
実施例１および比較例１は次の実験結果の値から拾い出したものであり、実施例２および実施例３は１点のみのデータである。実施例１および実施例２は比較例１とほぼ同等の面圧になり、そのときの接触抵抗がおよそ１桁程低くなっていることが分かる。実施例３は、面圧が大きく設定されているものの実施例１および実施例２とほぼ同等の接触抵抗になっている。
【００６４】
また、マイクロメータを用いたステージ移動装置とプシュプルゲージとを組み合わせた試験装置を用い、電気的接合部材に加わる応力とそのつぶれ代と直流レベルの接触抵抗（一対の試験ピース間の接触抵抗）とを、実施例１と比較例１とについて調べた結果を図１５〜図１７に示す。なお、応力は接触面１０ｍｍ長あたりの面圧として算出した。
【００６５】
図１５から、実施例１の方が比較例１に比べて同じ応力を加えたときのつぶれ代が少ないことが分かる。また図１６を見ると、つぶれ代が０．６〜２．４ｍｍの範囲においては、どちらもつぶれ代が大きくなるにつれて接触抵抗がすこしずつ小さくなる傾向にあるが、その範囲において同じつぶれ代で接触抵抗を比較すると、実施例１の接触抵抗の方が比較例１の接触抵抗に比べて概ね１桁小さくなっていることが分かる。図１７は、図１５および図１６から応力と接触抵抗との関係を導き出した結果であり、応力が同じであれば実施例１の接触抵抗の方が比較例１の接触抵抗に比べて概ね１桁小さくなっていることが分かる。また、図１７から、比較例１の接触抵抗は、応力を８ｋｇｆを越えるまで大きくしても、実施例１について応力を２ｋｇｆ程度としたときの接触抵抗よりも大きいことが分かる。従ってステンレススパイラルにアルミニウムコーティングを施すことにより、小さい応力で低い接触抵抗を得ることができることが裏付けられている。
【００６６】
（通電試験）
電気的接合体を高周波の通電路に介在させたときに通電路がどのくらい昇温するかを調べ、その昇温の程度によって高周波に対する電気的接合体と導電路部材との接触抵抗を評価する試験を行った。図１８に試験装置を示す。１４０は軸方向で２つ（１４０ａ，１４０ｂ）に分割されている導電路部材をなすパイプであり、その一端側及び他端側にはそれぞれ入射用パワーモニタ１４２、出力用パワーモニタ１４４を介して高周波電源１４６およびダミーロード１４８が接続されている。２分割されたパイプ部分１４０ａ、１４０ｂの間には、電気的接合体１５０が介在し、この電気的接合体１５０のみでパイプ部分１４０ａ、１４０ｂが電気的に接触している状態となっている。なお、パイプ１４０と導電路部材を形成する導電棒１４１は特性インピーダンスが５０Ω の同軸線路である。
【００６７】
上記の試験装置を用いたパイプ１４０に高周波を通電し、８０分間通電したときのパイプ１４０の表面温度を熱電対により測定した。測定ポイントは図１９に示す通りである。電気的接合体１５０としては実施例１および比較例１を用い、各電気的接合体１５０は長さが３０ｍｍであり、パイプ１４０の直径方向に対向する２ヶ所に設けた。高周波電源が１００ＭＨｚ、２ｋｗである場合の結果を図２０に示し、高周波電力が２ＭＨｚ、５ｋｗである場合の結果を図２１に示す。図２０および図２１の縦軸は各部位の温度測定値を雰囲気温度で規格化した値であり、通電により昇温した温度上昇分に対応するものである。また、これらの試験において電気的接合体１５０を用いずに一体型パイプを用いて同様の試験を行った場合の結果を各図に「×」で示してある。
【００６８】
高周波電力が１００ＭＨｚ、２ｋｗの場合には各部位の温度が８〜１０℃上昇して安定し、実施例１を用いたときの温度が比較例１を用いたときの温度よりも２℃程度低くなっている。また高周波電力が２ＭＨｚ、５ｋｗの場合には各部位の温度が５〜１０℃上昇して安定し、実施例１を用いたときの温度が比較例１を用いたときの温度よりも４℃程度低くなっている。従ってステンレススパイラルにアルミニウムからなる表面金属層を形成することによって高周波のロスを低くすることができ、そして、一体型パイプの場合と温度レベルが同程度（一体パイプの方が実施例１の場合よりも僅かに高くなっているが）であることから、アルミニウムによる表面金属層の形成が極めて有効であることが裏付けられている。
【００６９】
なお、本発明によるプラズマエッチング装置は、平行平板方式に限られるものではなく、たとえばマイクロ波をアンテナを通じてチャンバ内に導入してプラズマを発生させる装置あるいは電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生させる装置などであってもよい。また、本発明は、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。さらに、本発明による電気的接合部材はプラズマ処理装置に限らず、真空チャンバを有する任意の処理装置に適用可能である。本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施形態のプラズマ処理装置における表面電位計回りの構成を示す縦断面図である。
【図３】上記プラズマ処理装置における表面電位計回りの構成を示す分解斜視図である。
【図４】上記プラズマ処理装置における筒状継手部の構成を示す平面図である。
【図５】上記プラズマ処理装置における表面電位計の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態における電気的接合部材の概観示す斜視図である。
【図７Ｂ】上記電気的接合部材の断面構造を示す断面図である。
【図８】上記電気的接合部材の使用状態の一例を示す分解斜視図である。
【図９】上記電気的接合部材の使用状態の一例を示す断面図である。
【図１０】上記電気的接合部材の使用状態の別の例を示す断面図である。
【図１１】別の実施形態に係る電気的接合部材を示す概観図である。
【図１２】他の実施形態に係る電気的接合部材を示す概観図である。
【図１３Ａ】他の実施形態に係る電気的接合部材を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの電気的接合部材の内部構造を示す断面図である。
【図１４Ａ】ボルト締めによる導電性部材同士の接合と接合面の面圧とをイメージ的に示す斜視図である。
【図１４Ｂ】ボルト締めによる導電性部材同士の接合と接合面の面圧とをイメージ的に示す断面図である。
【図１５】本発明の電気的接合部材と比較例の電気的接合部材とについて、つぶし代と応力との関係を示す特性図である。
【図１６】本発明の電気的接合部材と比較例の電気的接合部材とについて、つぶし代と接触抵抗との関係を示す特性図である。
【図１７】本発明の電気的接合部材と比較例の電気的接合部材とについて、応力と接触抵抗との関係を示す特性図である。
【図１８】高周波による発熱の状態を調べるために使用した実験器具を示す断面図である。
【図１９】上記実験器具において温度測定の位置を示す説明図である。
【図２０】上記実験器具を用いて高周波を通電したときの各導電路部位の温度を示す特性図である。
【図２１】上記実験器具を用いて高周波を通電したときの各導電路部位の温度を示す特性図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    チャンバ（処理容器）
１２    サセプタ（下部電極）
２８    排気装置
３２    高周波電源
３４    整合器
３６    給電棒
３６ａ    上部円柱導体
３６ｂ    下部円柱導体
３６ｃ    棒状継手部
３８    シャワーヘッド（上部電極）
７０    表面電位計
７０ａ    プローブ
７０ｂ    電位計ユニット
７２    筒状導体
７８    上部筒状導体
８０    上部筒状導体
８２    筒状継手部
１０４    電気的接合部材
１０６    スパイラル
１０８    表面金属層
【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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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