同軸ケーブル
【課題】１つの実施形態は、例えば、効率的に高周波電力を伝送できる同軸ケーブルを提供することを目的とする。
【解決手段】１つの実施形態によれば、高周波電力を伝送する同軸ケーブルであって、内管と外管と絶縁性支持材とを有する同軸ケーブルが提供される。内管は、導体で形成されている。外管は、内管の外側に内管と同軸に配されている。外管は、導体で形成されている。絶縁性支持材は、内管と外管との間に配されている。内管の内側の第１の空間と内管及び外管の間の第２の空間との少なくとも一方には、冷却ガスが流される。
【解決手段】１つの実施形態によれば、高周波電力を伝送する同軸ケーブルであって、内管と外管と絶縁性支持材とを有する同軸ケーブルが提供される。内管は、導体で形成されている。外管は、内管の外側に内管と同軸に配されている。外管は、導体で形成されている。絶縁性支持材は、内管と外管との間に配されている。内管の内側の第１の空間と内管及び外管の間の第２の空間との少なくとも一方には、冷却ガスが流される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、同軸ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造方法では、ＱＴＡＴ（Ｑｕｉｃｋ Ｔｕｒｎａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）化のために多層膜を一括処理するケースが増えている。特に、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）加工のようにプラズマを用いたエッチング加工では、多層膜を連続処理で一括加工するケースが増えている。多層膜の一括加工では、プラズマ放電を継続しながら、各層ごとに適切なガス流量、圧力、温度、電力といった処理条件を順次連続的に切り替えることで連続処理が行われる。
【０００３】
この連続処理では、半導体基板を処理する際に処理室内の電極へ高周波電力を同軸ケーブルで伝送している。この連続処理の処理レートを向上するために、高周波電力の周波数を高くする必要がある。高周波電力の周波数が高くなると、同軸ケーブルにおける表皮効果による高周波損失により熱が発生し、その熱に起因した温度上昇により同軸ケーブルの内部導体の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５３１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１つの実施形態は、例えば、効率的に高周波電力を伝送できる同軸ケーブル及び基板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】
【０００６】
１つの実施形態によれば、高周波電力を伝送する同軸ケーブルであって、内管と外管と絶縁性支持材とを備えた同軸ケーブルが提供される。内管は、導体で形成されている。外管は、内管の外側に内管と同軸に配されている。外管は、導体で形成されている。絶縁性支持材は、内管と外管との間に配されている。内管の内側の第１の空間と内管及び外管の間の第２の空間との少なくとも一方には、冷却ガスが流される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態にかかる同軸ケーブルが適用された基板処理装置の構成を示す図。
【図２】実施形態にかかる同軸ケーブルの構成を示す図。
【図３】実施形態における冷却ガスの流れ方を示す図。
【図４】実施形態における内管の穴の構成を示す図。
【図５】実施形態の変形例における絶縁支持材の構成を示す図。
【図６】比較例にかかる同軸ケーブルの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる同軸ケーブルを詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施形態）
実施形態にかかる同軸ケーブル１０を適用した基板処理装置１について図１を用いて説明する。図１は、同軸ケーブル１０を適用した基板処理装置１の構成を示す図である。
【００１０】
基板処理装置１は、処理室９０で被処理基板を処理する装置であり、例えばＲＩＥ装置などのプラズマ処理装置であってもよいし、例えばＣＶＤ装置などの成膜装置であってもよい。以下では、基板処理装置１がプラズマ処理装置である場合について例示的に説明する。
【００１１】
基板処理装置１は、処理室９０、下部電極２０、電源制御部３０、同軸ケーブル１０、上部電極４０、冷却ガス供給管５０、排気制御部６０、及び温度制御部７０を備える。
【００１２】
処理室９０は、その内部でプラズマが発生されるための室であり、処理容器２により形成されている。処理容器２は、ガス供給制御部（図示せず）から処理室９０へ処理ガスが供給可能なように構成されているとともに、処理室９０から排気制御部６０へ処理済の処理ガスが排気可能なように構成されている。
【００１３】
下部電極２０は、絶縁材２３を介して処理容器２から絶縁されるように、処理室９０内の底面側に配されている。下部電極２０には、シリコンウエーハ等の被処理基板ＷＦが載置される。下部電極２０は、温調ステージ２１及び電極２２を有する。温調ステージ２１は、電極２２を覆っている。温調ステージ２１は、温度制御部７０により温度が制御される。これにより、温度制御部７０は、温調ステージ２１を介して被処理基板ＷＦの温度を制御する。電極２２は、電源制御部３０から同軸ケーブル１０を介して電力が供給され、温調ステージ２１を介して電力を被処理基板ＷＦまで供給する。温調ステージ２１は、例えばステンレス、アルミ等の金属またはアルミナ、イットリア等のセラミック、電極２２は、例えばステンレス、アルミ等の金属で形成されている。
【００１４】
電源制御部３０では、整合回路３２が高周波電源３１側のインピーダンスと下部電極２０側のインピーダンスとの整合をとる。整合回路３２により整合をとった状態で、高周波電源３１から同軸ケーブル１０を介して下部電極２０に高周波電力を供給する。上部電極４０は接地されており、下部電極２０に高周波電圧が供給されると、プラズマ生成用の上部電極４０及び下部電極２０は、処理室９０内にプラズマを発生させる。すなわち、上部電極４０と下部電極２０の間の空間９１にプラズマが発生する。この際、プラズマ領域と下部電極２０の間に電位勾配があるシース領域も形成され、プラズマ中にラジカルとともに生成されたイオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３＋など）が被処理基板ＷＦ表面（下部電極２０側）へ加速されることで異方性エッチング加工が行われる。
【００１５】
また、高周波電源３１は、処理室９０の下方に配されている。整合回路３２は、処理室９０の下方であって、高周波電源３１と下部電極２０との間に配されている。例えば、整合回路３２は、高周波電源３１と下部電極２０とを結ぶ直線上に配されている。
【００１６】
同軸ケーブル１０は、高周波電源３１から下部電極２０へ直線状に延びている。これにより、同軸ケーブル１０は、高周波電源３１から下部電極２０へ高周波電力を伝送する。同軸ケーブル１０は、同軸ケーブル１０ａ及び同軸ケーブル１０ｂを含む。同軸ケーブル１０ａは、高周波電源３１及び整合回路３２を接続するように、高周波電源３１から整合回路３２へ直線状に延びている。同軸ケーブル１０ｂは、整合回路３２及び下部電極２０を接続するように、整合回路３２から下部電極２０へ直線状に延びている。同軸ケーブル１０ｂ及び同軸ケーブル１０ａは、後述する同様な内部構造を有する。
【００１７】
冷却ガス供給管５０は、冷却ガスを下部電極２０へ供給するように処理室９０の下方から下部電極２０へ延びている。また、冷却ガス供給管５０は、冷却ガスを、同軸ケーブル１０内における後述する第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２（図２（ａ）参照）に供給する。具体的には、冷却ガス供給管５０は、主供給管５１、電極用供給管５４、ケーブル用供給管５５、開閉弁５２、及び開閉弁５３を有する。開閉弁５２及び開閉弁５３は、後述する温度コントローラ７２により制御される。開閉弁５２は、所定のタイミングで開状態になることにより、主供給管５１で供給された冷却ガスを電極用供給管５４経由で下部電極２０へ供給する。これにより、非処理基板ＷＦを冷却する。開閉弁５３は、所定のタイミングで開状態になることにより、主供給管５１で供給された冷却ガスをケーブル用供給管５５経由で同軸ケーブル１０内における後述する第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２へ供給する。これにより、同軸ケーブル１０内における所定の部分を冷却する。
【００１８】
排気制御部６０は、処理室９０の圧力および処理ガスの排気量を制御する。また、排気制御部６０は、同軸ケーブル１０内における後述する第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２からの冷却ガスの排気を制御する。具体的には、排気制御部６０は、圧力センサ（図示せず）、排気管６２ａ〜６２ｃ、ゲートバルブ６１、ターボポンプ６３、ロータリーポンプ６４、排気管６５、排気管６６、開閉弁６７、開閉弁６８、及び圧力コントローラ６９を有する。圧力センサは、処理室９０内の圧力を検知し、その圧力の値の情報を圧力コントローラ６９へ供給する。圧力コントローラ６９は、圧力センサから供給された圧力の値に応じて、処理室９０内の圧力が目標値になるように、ゲートバルブ６１の開度を制御する。これにより、処理室９０の圧力および処理ガスの排気量が制御される。
【００１９】
また、開閉弁６７及び開閉弁６８は、後述する温度コントローラ７２により制御される。開閉弁６７は、所定のタイミングで開状態になることにより、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却ガスを排気管６５経由で排気管６２ｂへ排気する。開閉弁６８は、所定のタイミングで開状態になることにより、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却ガスを排気管６６経由で排気管６２ｃへ排気する。なお、排気管６２ｃは、ロータリーポンプ６４により真空状態に保たれ、排気管６２ａ、６２ｂは、ターボポンプ６３により排気管６２ｃより高い真空状態に保たれる。
【００２０】
温度制御部７０は、温調ステージ２１を介して被処理基板ＷＦの温度を制御する。具体的には、温度制御部７０は、温度コントローラ７２と、温調ステージ２１内に配された温度センサ７１及び温度調整器（ヒータまたは冷却器）７３を有する。温度センサ７１は、温調ステージ２１上にある被処理基板ＷＦの温度を検知する。温度センサ７１は、検知した温度情報を温度コントローラ７２へ供給する。温度コントローラ７２は、被処理基板ＷＦの温度が所定の目標温度になるように、温度調整器７３を制御する。例えば、温度コントローラ７２は、被処理基板ＷＦを所定の目標温度まで冷却すべき場合、温調ステージ２１内に配された温度調整器（冷却器）７３で温度を設定し、開閉弁５２を開状態にして温調ステージ２１と被処理基板ＷＦとの間に供給された冷却ガスを介して被処理基板ＷＦを冷却する。これにより、被処理基板ＷＦの温度が制御される。
【００２１】
また、温度制御部７０は、同軸ケーブル１０の温度を制御する。具体的には、温度制御部７０の温度コントローラ７２は、高周波電源３１が電力を供給すべき状態になったことの通知を例えば高周波電源３１から受けて、開閉弁５３を開状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に冷却ガスを供給するとともに、開閉弁６７または６８を開状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２から冷却ガスを排気する。これにより、同軸ケーブル１０内の所定の部分が冷却される。
【００２２】
また、温度制御部７０の温度コントローラ７２は、高周波電源３１が電力の供給を終了したことの通知を例えば高周波電源３１から受けて、開閉弁５３を閉状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２への冷却ガスの供給を終了するとともに、開閉弁６７または６８を閉状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２からの冷却ガスの排気を終了する。これにより、同軸ケーブル１０内の所定の部分の冷却が終了する。
【００２３】
次に、同軸ケーブル１０の構成について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、同軸ケーブル１０の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、同軸ケーブル１０の構成を示す断面図である。
【００２４】
同軸ケーブル１０は、内管１１、外管１２、絶縁性支持材１３、及び保護被覆１４を有する。すなわち、同軸ケーブル１０ｂ及び同軸ケーブル１０ａは、それぞれ、内管１１、外管１２、絶縁性支持材１３、及び保護被覆１４を有する。
【００２５】
内管１１は、同軸ケーブル１０における内部導体として機能するものであり、高周波電力が伝達される部分である。内管１１は、所定の導体で形成されている。具体的には、内管１１の本体１１ａは、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス、銅などで形成されている。また、本体１１ａの外側表面には、メッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｂが形成されている。本体１１ａの内側表面にも、メッキ、スパッタリング、蒸着等により、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｃが形成されている。
【００２６】
外管１２は、内管１１の外側に配されている。また、外管１２は、内管１１と同軸になるように配されている。すなわち、本実施形態の同軸ケーブル１０は、概ね、内管１１及び外管１２が同軸で延びた二重配管構造を有している。外管１２は、同軸ケーブル１０における外部導体として機能するものであり、接地電位が供給されている部分である。外管１２は、所定の導体で形成されている。外管１２は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレスで形成されていても良いし、銅、アルミ等で形成されていても良い。
【００２７】
ここで、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と、内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とには、冷却ガスが流される（図３（ａ）参照）。すなわち、外管１２は、ケーブル用供給管５５が接続される箇所に穴１２ｄを有する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。内管１１は、外管１２の穴１２ｄに対応した穴１１ｄを有する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。内管１１の穴１１ｄは、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する。冷却ガスは、穴１１ｄを介して、第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の両方に流される。また、外管１２は、排気管６５、６６が接続される箇所にも第２の穴（図示せず）を有する。内管１１は、外管１２の第２の穴に対応した第２の穴を有する。内管１１の第２の穴も、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する。冷却ガスは、第２の穴を介して、第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の両方から排気される。
【００２８】
なお、同軸ケーブル１０ｂの第１の空間ＳＰ１と同軸ケーブル１０ａの第１の空間ＳＰ１とは、整合回路３２内を貫通する第１の連通路を介して連通されている。同軸ケーブル１０ｂの第２の空間ＳＰ２と同軸ケーブル１０ａの第２の空間ＳＰ２とは、整合回路３２内を貫通する第２の連通路を介して連通されている。
【００２９】
第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に流される冷却ガスは、例えば熱伝導性を有した非酸化性のガスである。冷却ガスは、例えば、ヘリウムガス又は窒素ガスを含む。ヘリウムガスは、窒素ガスよりも熱伝導性が高く熱を奪う性質が高いので、冷却ガスとして窒素ガスより好ましい。
【００３０】
絶縁性支持材１３は、内管１１と外管１２との間に配されている。具体的には、絶縁性支持材１３は、冷却ガスが通過するように内管１１と外管１２とを支持している。すなわち、絶縁性支持材１３は、複数の絶縁性支持部材１３ａ〜１３ｃを有する。各絶縁性支持部材１３ａ〜１３ｃは、断面視において、内管１１の外側表面の一部を覆うとともに、内管１１の外側表面の一部から外管１２の内側表面の一部へ延びている。これにより、断面視において内管１１の外側表面の絶縁性支持部材１３ａ〜１３ｃにより覆われていない部分に対応した第２の空間ＳＰ２を冷却ガスが通過可能になっている。絶縁性支持材１３は、内管１１と外管１２とを支持しながら内管１１と外管１２とを絶縁するように、絶縁物で形成されている。絶縁性支持材１３は、例えば、ポリエチレン、セラミック、テフロン（登録商標）、ベークライトなどで形成されている。
【００３１】
なお、絶縁性支持材１３は、内管１１の長手方向の一部において内管１１と外管１２との間に配されていてもよいし（図５（ｄ）参照）、あるいは、内管１１の長手方向に沿って延びるように内管１１と外管１２との間に配されていてもよい（図５（ｅ）参照）。
【００３２】
保護被覆１４は、外管１２の外側表面を覆う。これにより、保護被覆１４は、外管１２を絶縁被覆するとともに、外管１２を外気等から保護する。保護被覆１４は、例えば、ポリ塩化ビニルやポリエチレンなどの難燃性を有する絶縁物で形成されている。
【００３３】
ここで、仮に、図６に示すように、同軸ケーブル９１０において、内部導体９１１が内側の第１の空間ＳＰ１（図２（ａ）参照）を有さず、内部導体９１１と外部導体９１２との間に誘電体９１３が充填されている場合について考える。この場合、内部導体９１１を冷却することが困難であるので、内部導体９１１により伝送する高周波電力の周波数が高く（例えば、１００ＭＨｚ程度に）なると、内部導体９１１における表皮効果による高周波損失により熱が発生し、その熱に起因した温度上昇により内部導体９１１の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【００３４】
それに対して、実施形態では、同軸ケーブル１０において、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と、内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とに、冷却ガスが流される（図３（ａ）参照）。これにより、同軸ケーブル１０における内部導体として機能する内管１１を内側と外側との両側から冷却することができるので、内管１１における表皮効果による高周波損失により熱が発生した際に、内管１１の温度上昇を抑制できる。これにより、高周波電力の熱損失の割合の増加を抑制できるので、効率的に高周波電力を伝送することができる。
【００３５】
したがって、低損失で効率的に高周波電力を伝送することができるので、同軸ケーブル１０を適用した基板処理装置１における所定の処理レートを実現するために必要な電力使用量を低減できる。
【００３６】
また、図６に示す同軸ケーブル９１０では、内部導体９１１と外部導体９１２との間に誘電体９１３が充填されており、外部導体９１２の外側が保護被覆１４で覆われているので、外部導体９１２を冷却することが困難である。このため、内部導体９１１で伝送する高周波電力の周波数が高く（例えば、１００ＭＨｚ程度に）なると、誘電体９１３における誘電損失による高周波損失により熱が発生し、その熱が内部導体９１１へ伝達される可能性がある。そして、伝達された熱に起因した温度上昇により内部導体９１１の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【００３７】
それに対して、実施形態では、同軸ケーブル１０において、内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２に、冷却ガスが流される（図３（ａ）参照）。これにより、同軸ケーブル１０における内部導体として機能する内管１１を内側及び外側から冷却することができるので、内管１１における表皮効果による高周波損失により熱が発生した際に、内管１１の温度上昇を抑制できる。これによっても、高周波電力の熱損失の割合の増加を抑制できるので、効率的に高周波電力を伝送することができる。
【００３８】
また、図６に示す同軸ケーブル９１０では、誘電体９１３が例えば発泡ポリエチレンなどで形成されており、内部導体９１１が大気中の酸素にさらされているので、内部導体９１１の表面が酸化しやすい。内部導体９１１の表面が酸化すると、内部導体９１１の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【００３９】
それに対して、実施形態では、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とに流される冷却ガスが非酸化性のガスである。これにより、内管１１の内外表面が酸素にさらされることを低減でき、内管１１の内外表面が酸化しにくいので、内管１１の抵抗率の上昇を抑制できる。これによっても、高周波電力の熱損失の割合の増加を抑制できるので、効率的に高周波電力を伝送することができる。
【００４０】
また、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とを真空状態にした後、冷却ガスを流しても良い。この場合、内管１１および外管１２の表面に吸着した酸素が除去されるため、冷却ガスを流すだけの場合よりも更に酸化を抑制することができる。また、この場合、基板処理装置１において、ターボポンプ６３が、排気管６２ｂを排気するとともに、排気管６２ｂ及び排気管６５を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気し、高真空状態にする。冷却ガスを流す場合は、ロータリーポンプ６４が、排気管６２ｃを排気するとともに、排気管６２ｃ及び排気管６６を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２内にある冷却ガスを排気する。
【００４１】
また、図６に示す同軸ケーブル９１０では、内部導体９１１の表面が酸化しやすいので、内部導体９１１が容易に劣化し、内管１１を含む同軸ケーブル１０の寿命が短い傾向にある。
【００４２】
それに対して、実施形態では、内管１１の内外表面が酸化しにくいので、内管１１の耐久性を向上でき、内管１１を含む同軸ケーブル１０の寿命を長くすることができる。
【００４３】
また、実施形態では、内管１１は、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する穴を有する。すなわち、内管１１は、外管１２におけるケーブル用供給管５５が接続される箇所の穴１２ｄに対応した穴１１ｄと、外管１２における排気管６５、６６が接続される箇所の第２の穴に対応した第２の穴とを有する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。内管１１の穴１１ｄ及び第２の穴は、いずれも、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する。これにより、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２との両方に冷却ガスを流すことができるとともに、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２との両方から冷却ガスを排気できる。これにより、内管１１及び外管１２を効率的に冷却することができる。
【００４４】
また、実施形態では、内管１１の内外表面にメッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層が形成されている。すなわち、内管１１は、本体１１ａの外側表面にメッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｂが形成されており、本体１１ａの内側表面にメッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｃが形成されている。これにより、内管１１における表皮効果が発生した場合に高周波電力が伝送される箇所の抵抗率を低減しながら、内管１１の大部分である本体１１ａを安価な導体材料（例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス）で形成することができる。また、外管１２、絶縁性支持材１３、保護被覆１４も安価な材料で形成することができる。これにより、同軸ケーブル１０を低コストで形成することができる。
【００４５】
さらに、実施形態では、温度制御部７０の温度コントローラ７２が、高周波電源３１から下部電極２０へ電力の供給が行われている期間に、同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却を行い、高周波電源３１から下部電極２０へ電力の供給が行われていない期間に、同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却を行わない。これにより、冷却ガスのランニングコストを低減できる。また、冷却ガスを循環させるようにすれば、冷却ガスのランニングコストをさらに低減できる。
【００４６】
また、実施形態では、基板処理装置１において、冷却ガス供給管５０が、冷却ガスを、温調ステージ２１と被処理基板ＷＦとの間へ供給するとともに、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に供給する。すなわち、冷却ガスを温調ステージ２１と被処理基板ＷＦとの間へ供給する冷却ガス供給管５０を、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に冷却ガスを供給するための供給管として兼用できるので、同軸ケーブル１０を低コストで基板処理装置１に適用できる。
【００４７】
さらに、実施形態では、基板処理装置１において、ターボポンプ６３が、排気管６２ｂを排気するとともに、排気管６２ｂ及び排気管６５を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気する。また、ロータリーポンプ６４が、排気管６２ｃを排気するとともに、排気管６２ｃ及び排気管６６を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気する。すなわち、排気管６２ｂを排気するためのターボポンプ６３を同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気するためのターボポンプとして兼用でき、排気管６２ｃを排気するためのロータリーポンプ６４を同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気するためのロータリーポンプとして兼用できる。この観点からも、同軸ケーブル１０を低コストで基板処理装置１に適用できる。
【００４８】
なお、冷却ガスは、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２との少なくとも一方に流されても良い。
【００４９】
例えば、図３（ｂ）に示すように、冷却ガスは第１の空間ＳＰ１に流され、第２の空間ＳＰ２は真空状態になっていても良い。この場合、内管１１の外側が真空状態になっているので、内管１１と外管１２との間で生じる放電を抑制することができる。また、外側表面が酸素にさらされることを低減でき、内管１１の外側表面が酸化しにくいので、内管１１の抵抗率の上昇を抑制できるとともに、内管１１及び外管１２の耐久性を向上できる。
【００５０】
あるいは、例えば、図３（ｃ）に示すように、冷却ガスは第２の空間ＳＰ２に流され、第１の空間ＳＰ１は真空状態になっていても良い。この場合、内管１１の外側から内管１１を冷却するとともに、外管１２の内側から外管１２を冷却するので、内管１１の温度上昇を抑制できる。また、内管１１の内側が真空状態になっているので、内管１１の内側表面が酸素にさらされることを低減でき、内管１１の内側表面が酸化しにくいので、内管１１の抵抗率の上昇を抑制できるとともに、内管１１の耐久性を向上できる。
【００５１】
また、冷却ガスを少なくとも第２の空間ＳＰ２に流す場合（図３（ａ）又は（ｃ）の場合）、絶縁性支持材１３は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、冷却ガスを通過させる複数の穴をさらに有していても良い。
【００５２】
例えば、図５（ａ）に示すように、絶縁性支持材１３ｉが３点支持でなく全体を支持し、蓮根のように穴が配されていても良い。これにより、冷却ガスを、均等に流すことができ、内管１１や外管１２を均一に冷却することができる。
【００５３】
あるいは、例えば、図５（ｂ）に示すように、絶縁性支持材１３ｊの各絶縁性支持部材では、各穴の内管１１側の幅が外管１２側の幅よりも広くなっていてもよい。これにより、冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における外管１２側よりも内管１１側に優先的に流すことができる。
【００５４】
あるいは、例えば、図５（ｃ）に示すように、絶縁性支持材１３ｋの各絶縁性支持部材では、内管１１側に配されている穴の数（例えば、１６）が外管１２側に配されている穴の数（例えば、８）よりも多くなっていてもよい。これにより、冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における外管１２側よりも内管１１側に優先的に流すことができる。
【００５５】
また、絶縁性支持材は、内管１１の長手方向の一部において内管１１と外管１２との間に配されていてもよいし、あるいは、内管１１の長手方向に沿って延びるように内管１１と外管１２との間に配されていてもよい。
【００５６】
例えば、図５（ｃ）のＡ−Ａ断面である図５（ｄ）に示すように、絶縁性支持材１３ｋが内管１１の長手方向の一部において内管１１と外管１２との間に配されている場合、第２の空間ＳＰ２における内管１１側をすすんできた冷却ガスだけでなく外管１２側をすすんできた冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における内管１１側をすすむように導くことができる。
【００５７】
あるいは、例えば、図５（ｃ）のＡ−Ａ断面である図５（ｅ）に示すように、絶縁性支持材１３ｋが内管１１の長手方向に沿って延びるように内管１１と外管１２との間に配されている場合、絶縁性支持材１３ｋ内をすすむ冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における内管１１側をすすむように導くことができる。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基板処理装置、２ 処理容器、１０、９１０ 同軸ケーブル、１１ 内管、１１ａ 本体、１１ｂ 低抵抗層、１１ｃ 低抵抗層、１１ｄ 穴、１２ 外管、１２ｄ 穴、１３、１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ 絶縁性支持材、１３ａ〜１３ｃ、１３ｉ〜１３ｋ 絶縁性支持部材、１４ 保護被覆、２０ 下部電極、２１ 温調ステージ、２２ 電極、３０ 電源制御部、３１ 高周波電源、３２ 整合回路、４０ 上部電極、５０ 冷却ガス供給管、５１ 主供給管、５２ 開閉弁、５３ 開閉弁、５４ 電極用供給管、５５ ケーブル用供給管、６０ 排気制御部、６１ ゲートバルブ、６２ａ〜６２ｃ 排気管、６３ ターボポンプ、６４ ロータリーポンプ、６５ 排気管、６６ 排気管、６７ 開閉弁、６８ 開閉弁、６９ 圧力コントローラ、７０ 温度制御部、７１ 温度センサ、７２ 温度コントローラ、７３ 温度調整器、９０ 処理室、９１ 空間、９１１ 内部導体、９１２ 外部導体、９１３ 誘電体、 ＳＰ１ 第１の空間、ＳＰ２ 第２の空間。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、同軸ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造方法では、ＱＴＡＴ（Ｑｕｉｃｋ Ｔｕｒｎａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）化のために多層膜を一括処理するケースが増えている。特に、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）加工のようにプラズマを用いたエッチング加工では、多層膜を連続処理で一括加工するケースが増えている。多層膜の一括加工では、プラズマ放電を継続しながら、各層ごとに適切なガス流量、圧力、温度、電力といった処理条件を順次連続的に切り替えることで連続処理が行われる。
【０００３】
この連続処理では、半導体基板を処理する際に処理室内の電極へ高周波電力を同軸ケーブルで伝送している。この連続処理の処理レートを向上するために、高周波電力の周波数を高くする必要がある。高周波電力の周波数が高くなると、同軸ケーブルにおける表皮効果による高周波損失により熱が発生し、その熱に起因した温度上昇により同軸ケーブルの内部導体の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５３１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１つの実施形態は、例えば、効率的に高周波電力を伝送できる同軸ケーブル及び基板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】
【０００６】
１つの実施形態によれば、高周波電力を伝送する同軸ケーブルであって、内管と外管と絶縁性支持材とを備えた同軸ケーブルが提供される。内管は、導体で形成されている。外管は、内管の外側に内管と同軸に配されている。外管は、導体で形成されている。絶縁性支持材は、内管と外管との間に配されている。内管の内側の第１の空間と内管及び外管の間の第２の空間との少なくとも一方には、冷却ガスが流される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態にかかる同軸ケーブルが適用された基板処理装置の構成を示す図。
【図２】実施形態にかかる同軸ケーブルの構成を示す図。
【図３】実施形態における冷却ガスの流れ方を示す図。
【図４】実施形態における内管の穴の構成を示す図。
【図５】実施形態の変形例における絶縁支持材の構成を示す図。
【図６】比較例にかかる同軸ケーブルの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる同軸ケーブルを詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施形態）
実施形態にかかる同軸ケーブル１０を適用した基板処理装置１について図１を用いて説明する。図１は、同軸ケーブル１０を適用した基板処理装置１の構成を示す図である。
【００１０】
基板処理装置１は、処理室９０で被処理基板を処理する装置であり、例えばＲＩＥ装置などのプラズマ処理装置であってもよいし、例えばＣＶＤ装置などの成膜装置であってもよい。以下では、基板処理装置１がプラズマ処理装置である場合について例示的に説明する。
【００１１】
基板処理装置１は、処理室９０、下部電極２０、電源制御部３０、同軸ケーブル１０、上部電極４０、冷却ガス供給管５０、排気制御部６０、及び温度制御部７０を備える。
【００１２】
処理室９０は、その内部でプラズマが発生されるための室であり、処理容器２により形成されている。処理容器２は、ガス供給制御部（図示せず）から処理室９０へ処理ガスが供給可能なように構成されているとともに、処理室９０から排気制御部６０へ処理済の処理ガスが排気可能なように構成されている。
【００１３】
下部電極２０は、絶縁材２３を介して処理容器２から絶縁されるように、処理室９０内の底面側に配されている。下部電極２０には、シリコンウエーハ等の被処理基板ＷＦが載置される。下部電極２０は、温調ステージ２１及び電極２２を有する。温調ステージ２１は、電極２２を覆っている。温調ステージ２１は、温度制御部７０により温度が制御される。これにより、温度制御部７０は、温調ステージ２１を介して被処理基板ＷＦの温度を制御する。電極２２は、電源制御部３０から同軸ケーブル１０を介して電力が供給され、温調ステージ２１を介して電力を被処理基板ＷＦまで供給する。温調ステージ２１は、例えばステンレス、アルミ等の金属またはアルミナ、イットリア等のセラミック、電極２２は、例えばステンレス、アルミ等の金属で形成されている。
【００１４】
電源制御部３０では、整合回路３２が高周波電源３１側のインピーダンスと下部電極２０側のインピーダンスとの整合をとる。整合回路３２により整合をとった状態で、高周波電源３１から同軸ケーブル１０を介して下部電極２０に高周波電力を供給する。上部電極４０は接地されており、下部電極２０に高周波電圧が供給されると、プラズマ生成用の上部電極４０及び下部電極２０は、処理室９０内にプラズマを発生させる。すなわち、上部電極４０と下部電極２０の間の空間９１にプラズマが発生する。この際、プラズマ領域と下部電極２０の間に電位勾配があるシース領域も形成され、プラズマ中にラジカルとともに生成されたイオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３＋など）が被処理基板ＷＦ表面（下部電極２０側）へ加速されることで異方性エッチング加工が行われる。
【００１５】
また、高周波電源３１は、処理室９０の下方に配されている。整合回路３２は、処理室９０の下方であって、高周波電源３１と下部電極２０との間に配されている。例えば、整合回路３２は、高周波電源３１と下部電極２０とを結ぶ直線上に配されている。
【００１６】
同軸ケーブル１０は、高周波電源３１から下部電極２０へ直線状に延びている。これにより、同軸ケーブル１０は、高周波電源３１から下部電極２０へ高周波電力を伝送する。同軸ケーブル１０は、同軸ケーブル１０ａ及び同軸ケーブル１０ｂを含む。同軸ケーブル１０ａは、高周波電源３１及び整合回路３２を接続するように、高周波電源３１から整合回路３２へ直線状に延びている。同軸ケーブル１０ｂは、整合回路３２及び下部電極２０を接続するように、整合回路３２から下部電極２０へ直線状に延びている。同軸ケーブル１０ｂ及び同軸ケーブル１０ａは、後述する同様な内部構造を有する。
【００１７】
冷却ガス供給管５０は、冷却ガスを下部電極２０へ供給するように処理室９０の下方から下部電極２０へ延びている。また、冷却ガス供給管５０は、冷却ガスを、同軸ケーブル１０内における後述する第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２（図２（ａ）参照）に供給する。具体的には、冷却ガス供給管５０は、主供給管５１、電極用供給管５４、ケーブル用供給管５５、開閉弁５２、及び開閉弁５３を有する。開閉弁５２及び開閉弁５３は、後述する温度コントローラ７２により制御される。開閉弁５２は、所定のタイミングで開状態になることにより、主供給管５１で供給された冷却ガスを電極用供給管５４経由で下部電極２０へ供給する。これにより、非処理基板ＷＦを冷却する。開閉弁５３は、所定のタイミングで開状態になることにより、主供給管５１で供給された冷却ガスをケーブル用供給管５５経由で同軸ケーブル１０内における後述する第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２へ供給する。これにより、同軸ケーブル１０内における所定の部分を冷却する。
【００１８】
排気制御部６０は、処理室９０の圧力および処理ガスの排気量を制御する。また、排気制御部６０は、同軸ケーブル１０内における後述する第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２からの冷却ガスの排気を制御する。具体的には、排気制御部６０は、圧力センサ（図示せず）、排気管６２ａ〜６２ｃ、ゲートバルブ６１、ターボポンプ６３、ロータリーポンプ６４、排気管６５、排気管６６、開閉弁６７、開閉弁６８、及び圧力コントローラ６９を有する。圧力センサは、処理室９０内の圧力を検知し、その圧力の値の情報を圧力コントローラ６９へ供給する。圧力コントローラ６９は、圧力センサから供給された圧力の値に応じて、処理室９０内の圧力が目標値になるように、ゲートバルブ６１の開度を制御する。これにより、処理室９０の圧力および処理ガスの排気量が制御される。
【００１９】
また、開閉弁６７及び開閉弁６８は、後述する温度コントローラ７２により制御される。開閉弁６７は、所定のタイミングで開状態になることにより、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却ガスを排気管６５経由で排気管６２ｂへ排気する。開閉弁６８は、所定のタイミングで開状態になることにより、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却ガスを排気管６６経由で排気管６２ｃへ排気する。なお、排気管６２ｃは、ロータリーポンプ６４により真空状態に保たれ、排気管６２ａ、６２ｂは、ターボポンプ６３により排気管６２ｃより高い真空状態に保たれる。
【００２０】
温度制御部７０は、温調ステージ２１を介して被処理基板ＷＦの温度を制御する。具体的には、温度制御部７０は、温度コントローラ７２と、温調ステージ２１内に配された温度センサ７１及び温度調整器（ヒータまたは冷却器）７３を有する。温度センサ７１は、温調ステージ２１上にある被処理基板ＷＦの温度を検知する。温度センサ７１は、検知した温度情報を温度コントローラ７２へ供給する。温度コントローラ７２は、被処理基板ＷＦの温度が所定の目標温度になるように、温度調整器７３を制御する。例えば、温度コントローラ７２は、被処理基板ＷＦを所定の目標温度まで冷却すべき場合、温調ステージ２１内に配された温度調整器（冷却器）７３で温度を設定し、開閉弁５２を開状態にして温調ステージ２１と被処理基板ＷＦとの間に供給された冷却ガスを介して被処理基板ＷＦを冷却する。これにより、被処理基板ＷＦの温度が制御される。
【００２１】
また、温度制御部７０は、同軸ケーブル１０の温度を制御する。具体的には、温度制御部７０の温度コントローラ７２は、高周波電源３１が電力を供給すべき状態になったことの通知を例えば高周波電源３１から受けて、開閉弁５３を開状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に冷却ガスを供給するとともに、開閉弁６７または６８を開状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２から冷却ガスを排気する。これにより、同軸ケーブル１０内の所定の部分が冷却される。
【００２２】
また、温度制御部７０の温度コントローラ７２は、高周波電源３１が電力の供給を終了したことの通知を例えば高周波電源３１から受けて、開閉弁５３を閉状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２への冷却ガスの供給を終了するとともに、開閉弁６７または６８を閉状態にして同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２からの冷却ガスの排気を終了する。これにより、同軸ケーブル１０内の所定の部分の冷却が終了する。
【００２３】
次に、同軸ケーブル１０の構成について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、同軸ケーブル１０の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、同軸ケーブル１０の構成を示す断面図である。
【００２４】
同軸ケーブル１０は、内管１１、外管１２、絶縁性支持材１３、及び保護被覆１４を有する。すなわち、同軸ケーブル１０ｂ及び同軸ケーブル１０ａは、それぞれ、内管１１、外管１２、絶縁性支持材１３、及び保護被覆１４を有する。
【００２５】
内管１１は、同軸ケーブル１０における内部導体として機能するものであり、高周波電力が伝達される部分である。内管１１は、所定の導体で形成されている。具体的には、内管１１の本体１１ａは、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス、銅などで形成されている。また、本体１１ａの外側表面には、メッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｂが形成されている。本体１１ａの内側表面にも、メッキ、スパッタリング、蒸着等により、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｃが形成されている。
【００２６】
外管１２は、内管１１の外側に配されている。また、外管１２は、内管１１と同軸になるように配されている。すなわち、本実施形態の同軸ケーブル１０は、概ね、内管１１及び外管１２が同軸で延びた二重配管構造を有している。外管１２は、同軸ケーブル１０における外部導体として機能するものであり、接地電位が供給されている部分である。外管１２は、所定の導体で形成されている。外管１２は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレスで形成されていても良いし、銅、アルミ等で形成されていても良い。
【００２７】
ここで、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と、内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とには、冷却ガスが流される（図３（ａ）参照）。すなわち、外管１２は、ケーブル用供給管５５が接続される箇所に穴１２ｄを有する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。内管１１は、外管１２の穴１２ｄに対応した穴１１ｄを有する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。内管１１の穴１１ｄは、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する。冷却ガスは、穴１１ｄを介して、第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の両方に流される。また、外管１２は、排気管６５、６６が接続される箇所にも第２の穴（図示せず）を有する。内管１１は、外管１２の第２の穴に対応した第２の穴を有する。内管１１の第２の穴も、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する。冷却ガスは、第２の穴を介して、第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の両方から排気される。
【００２８】
なお、同軸ケーブル１０ｂの第１の空間ＳＰ１と同軸ケーブル１０ａの第１の空間ＳＰ１とは、整合回路３２内を貫通する第１の連通路を介して連通されている。同軸ケーブル１０ｂの第２の空間ＳＰ２と同軸ケーブル１０ａの第２の空間ＳＰ２とは、整合回路３２内を貫通する第２の連通路を介して連通されている。
【００２９】
第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に流される冷却ガスは、例えば熱伝導性を有した非酸化性のガスである。冷却ガスは、例えば、ヘリウムガス又は窒素ガスを含む。ヘリウムガスは、窒素ガスよりも熱伝導性が高く熱を奪う性質が高いので、冷却ガスとして窒素ガスより好ましい。
【００３０】
絶縁性支持材１３は、内管１１と外管１２との間に配されている。具体的には、絶縁性支持材１３は、冷却ガスが通過するように内管１１と外管１２とを支持している。すなわち、絶縁性支持材１３は、複数の絶縁性支持部材１３ａ〜１３ｃを有する。各絶縁性支持部材１３ａ〜１３ｃは、断面視において、内管１１の外側表面の一部を覆うとともに、内管１１の外側表面の一部から外管１２の内側表面の一部へ延びている。これにより、断面視において内管１１の外側表面の絶縁性支持部材１３ａ〜１３ｃにより覆われていない部分に対応した第２の空間ＳＰ２を冷却ガスが通過可能になっている。絶縁性支持材１３は、内管１１と外管１２とを支持しながら内管１１と外管１２とを絶縁するように、絶縁物で形成されている。絶縁性支持材１３は、例えば、ポリエチレン、セラミック、テフロン（登録商標）、ベークライトなどで形成されている。
【００３１】
なお、絶縁性支持材１３は、内管１１の長手方向の一部において内管１１と外管１２との間に配されていてもよいし（図５（ｄ）参照）、あるいは、内管１１の長手方向に沿って延びるように内管１１と外管１２との間に配されていてもよい（図５（ｅ）参照）。
【００３２】
保護被覆１４は、外管１２の外側表面を覆う。これにより、保護被覆１４は、外管１２を絶縁被覆するとともに、外管１２を外気等から保護する。保護被覆１４は、例えば、ポリ塩化ビニルやポリエチレンなどの難燃性を有する絶縁物で形成されている。
【００３３】
ここで、仮に、図６に示すように、同軸ケーブル９１０において、内部導体９１１が内側の第１の空間ＳＰ１（図２（ａ）参照）を有さず、内部導体９１１と外部導体９１２との間に誘電体９１３が充填されている場合について考える。この場合、内部導体９１１を冷却することが困難であるので、内部導体９１１により伝送する高周波電力の周波数が高く（例えば、１００ＭＨｚ程度に）なると、内部導体９１１における表皮効果による高周波損失により熱が発生し、その熱に起因した温度上昇により内部導体９１１の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【００３４】
それに対して、実施形態では、同軸ケーブル１０において、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と、内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とに、冷却ガスが流される（図３（ａ）参照）。これにより、同軸ケーブル１０における内部導体として機能する内管１１を内側と外側との両側から冷却することができるので、内管１１における表皮効果による高周波損失により熱が発生した際に、内管１１の温度上昇を抑制できる。これにより、高周波電力の熱損失の割合の増加を抑制できるので、効率的に高周波電力を伝送することができる。
【００３５】
したがって、低損失で効率的に高周波電力を伝送することができるので、同軸ケーブル１０を適用した基板処理装置１における所定の処理レートを実現するために必要な電力使用量を低減できる。
【００３６】
また、図６に示す同軸ケーブル９１０では、内部導体９１１と外部導体９１２との間に誘電体９１３が充填されており、外部導体９１２の外側が保護被覆１４で覆われているので、外部導体９１２を冷却することが困難である。このため、内部導体９１１で伝送する高周波電力の周波数が高く（例えば、１００ＭＨｚ程度に）なると、誘電体９１３における誘電損失による高周波損失により熱が発生し、その熱が内部導体９１１へ伝達される可能性がある。そして、伝達された熱に起因した温度上昇により内部導体９１１の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【００３７】
それに対して、実施形態では、同軸ケーブル１０において、内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２に、冷却ガスが流される（図３（ａ）参照）。これにより、同軸ケーブル１０における内部導体として機能する内管１１を内側及び外側から冷却することができるので、内管１１における表皮効果による高周波損失により熱が発生した際に、内管１１の温度上昇を抑制できる。これによっても、高周波電力の熱損失の割合の増加を抑制できるので、効率的に高周波電力を伝送することができる。
【００３８】
また、図６に示す同軸ケーブル９１０では、誘電体９１３が例えば発泡ポリエチレンなどで形成されており、内部導体９１１が大気中の酸素にさらされているので、内部導体９１１の表面が酸化しやすい。内部導体９１１の表面が酸化すると、内部導体９１１の抵抗率が上昇し、高周波電力の熱損失の割合が増える可能性がある。これにより、効率的に高周波電力を伝送することが困難になる傾向にある。
【００３９】
それに対して、実施形態では、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とに流される冷却ガスが非酸化性のガスである。これにより、内管１１の内外表面が酸素にさらされることを低減でき、内管１１の内外表面が酸化しにくいので、内管１１の抵抗率の上昇を抑制できる。これによっても、高周波電力の熱損失の割合の増加を抑制できるので、効率的に高周波電力を伝送することができる。
【００４０】
また、内管１１の内側の第１の空間ＳＰ１と内管１１及び外管１２の間の第２の空間ＳＰ２とを真空状態にした後、冷却ガスを流しても良い。この場合、内管１１および外管１２の表面に吸着した酸素が除去されるため、冷却ガスを流すだけの場合よりも更に酸化を抑制することができる。また、この場合、基板処理装置１において、ターボポンプ６３が、排気管６２ｂを排気するとともに、排気管６２ｂ及び排気管６５を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気し、高真空状態にする。冷却ガスを流す場合は、ロータリーポンプ６４が、排気管６２ｃを排気するとともに、排気管６２ｃ及び排気管６６を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２内にある冷却ガスを排気する。
【００４１】
また、図６に示す同軸ケーブル９１０では、内部導体９１１の表面が酸化しやすいので、内部導体９１１が容易に劣化し、内管１１を含む同軸ケーブル１０の寿命が短い傾向にある。
【００４２】
それに対して、実施形態では、内管１１の内外表面が酸化しにくいので、内管１１の耐久性を向上でき、内管１１を含む同軸ケーブル１０の寿命を長くすることができる。
【００４３】
また、実施形態では、内管１１は、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する穴を有する。すなわち、内管１１は、外管１２におけるケーブル用供給管５５が接続される箇所の穴１２ｄに対応した穴１１ｄと、外管１２における排気管６５、６６が接続される箇所の第２の穴に対応した第２の穴とを有する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。内管１１の穴１１ｄ及び第２の穴は、いずれも、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２とを連通する。これにより、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２との両方に冷却ガスを流すことができるとともに、第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２との両方から冷却ガスを排気できる。これにより、内管１１及び外管１２を効率的に冷却することができる。
【００４４】
また、実施形態では、内管１１の内外表面にメッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層が形成されている。すなわち、内管１１は、本体１１ａの外側表面にメッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｂが形成されており、本体１１ａの内側表面にメッキ、スパッタリング、蒸着等により、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料（金属又は金属間化合物）で低抵抗層１１ｃが形成されている。これにより、内管１１における表皮効果が発生した場合に高周波電力が伝送される箇所の抵抗率を低減しながら、内管１１の大部分である本体１１ａを安価な導体材料（例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス）で形成することができる。また、外管１２、絶縁性支持材１３、保護被覆１４も安価な材料で形成することができる。これにより、同軸ケーブル１０を低コストで形成することができる。
【００４５】
さらに、実施形態では、温度制御部７０の温度コントローラ７２が、高周波電源３１から下部電極２０へ電力の供給が行われている期間に、同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却を行い、高周波電源３１から下部電極２０へ電力の供給が行われていない期間に、同軸ケーブル１０内の第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２の冷却を行わない。これにより、冷却ガスのランニングコストを低減できる。また、冷却ガスを循環させるようにすれば、冷却ガスのランニングコストをさらに低減できる。
【００４６】
また、実施形態では、基板処理装置１において、冷却ガス供給管５０が、冷却ガスを、温調ステージ２１と被処理基板ＷＦとの間へ供給するとともに、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に供給する。すなわち、冷却ガスを温調ステージ２１と被処理基板ＷＦとの間へ供給する冷却ガス供給管５０を、同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２に冷却ガスを供給するための供給管として兼用できるので、同軸ケーブル１０を低コストで基板処理装置１に適用できる。
【００４７】
さらに、実施形態では、基板処理装置１において、ターボポンプ６３が、排気管６２ｂを排気するとともに、排気管６２ｂ及び排気管６５を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気する。また、ロータリーポンプ６４が、排気管６２ｃを排気するとともに、排気管６２ｃ及び排気管６６を介して同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気する。すなわち、排気管６２ｂを排気するためのターボポンプ６３を同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気するためのターボポンプとして兼用でき、排気管６２ｃを排気するためのロータリーポンプ６４を同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１及び第２の空間ＳＰ２を排気するためのロータリーポンプとして兼用できる。この観点からも、同軸ケーブル１０を低コストで基板処理装置１に適用できる。
【００４８】
なお、冷却ガスは、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように同軸ケーブル１０内における第１の空間ＳＰ１と第２の空間ＳＰ２との少なくとも一方に流されても良い。
【００４９】
例えば、図３（ｂ）に示すように、冷却ガスは第１の空間ＳＰ１に流され、第２の空間ＳＰ２は真空状態になっていても良い。この場合、内管１１の外側が真空状態になっているので、内管１１と外管１２との間で生じる放電を抑制することができる。また、外側表面が酸素にさらされることを低減でき、内管１１の外側表面が酸化しにくいので、内管１１の抵抗率の上昇を抑制できるとともに、内管１１及び外管１２の耐久性を向上できる。
【００５０】
あるいは、例えば、図３（ｃ）に示すように、冷却ガスは第２の空間ＳＰ２に流され、第１の空間ＳＰ１は真空状態になっていても良い。この場合、内管１１の外側から内管１１を冷却するとともに、外管１２の内側から外管１２を冷却するので、内管１１の温度上昇を抑制できる。また、内管１１の内側が真空状態になっているので、内管１１の内側表面が酸素にさらされることを低減でき、内管１１の内側表面が酸化しにくいので、内管１１の抵抗率の上昇を抑制できるとともに、内管１１の耐久性を向上できる。
【００５１】
また、冷却ガスを少なくとも第２の空間ＳＰ２に流す場合（図３（ａ）又は（ｃ）の場合）、絶縁性支持材１３は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、冷却ガスを通過させる複数の穴をさらに有していても良い。
【００５２】
例えば、図５（ａ）に示すように、絶縁性支持材１３ｉが３点支持でなく全体を支持し、蓮根のように穴が配されていても良い。これにより、冷却ガスを、均等に流すことができ、内管１１や外管１２を均一に冷却することができる。
【００５３】
あるいは、例えば、図５（ｂ）に示すように、絶縁性支持材１３ｊの各絶縁性支持部材では、各穴の内管１１側の幅が外管１２側の幅よりも広くなっていてもよい。これにより、冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における外管１２側よりも内管１１側に優先的に流すことができる。
【００５４】
あるいは、例えば、図５（ｃ）に示すように、絶縁性支持材１３ｋの各絶縁性支持部材では、内管１１側に配されている穴の数（例えば、１６）が外管１２側に配されている穴の数（例えば、８）よりも多くなっていてもよい。これにより、冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における外管１２側よりも内管１１側に優先的に流すことができる。
【００５５】
また、絶縁性支持材は、内管１１の長手方向の一部において内管１１と外管１２との間に配されていてもよいし、あるいは、内管１１の長手方向に沿って延びるように内管１１と外管１２との間に配されていてもよい。
【００５６】
例えば、図５（ｃ）のＡ−Ａ断面である図５（ｄ）に示すように、絶縁性支持材１３ｋが内管１１の長手方向の一部において内管１１と外管１２との間に配されている場合、第２の空間ＳＰ２における内管１１側をすすんできた冷却ガスだけでなく外管１２側をすすんできた冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における内管１１側をすすむように導くことができる。
【００５７】
あるいは、例えば、図５（ｃ）のＡ−Ａ断面である図５（ｅ）に示すように、絶縁性支持材１３ｋが内管１１の長手方向に沿って延びるように内管１１と外管１２との間に配されている場合、絶縁性支持材１３ｋ内をすすむ冷却ガスを、第２の空間ＳＰ２における内管１１側をすすむように導くことができる。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基板処理装置、２ 処理容器、１０、９１０ 同軸ケーブル、１１ 内管、１１ａ 本体、１１ｂ 低抵抗層、１１ｃ 低抵抗層、１１ｄ 穴、１２ 外管、１２ｄ 穴、１３、１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ 絶縁性支持材、１３ａ〜１３ｃ、１３ｉ〜１３ｋ 絶縁性支持部材、１４ 保護被覆、２０ 下部電極、２１ 温調ステージ、２２ 電極、３０ 電源制御部、３１ 高周波電源、３２ 整合回路、４０ 上部電極、５０ 冷却ガス供給管、５１ 主供給管、５２ 開閉弁、５３ 開閉弁、５４ 電極用供給管、５５ ケーブル用供給管、６０ 排気制御部、６１ ゲートバルブ、６２ａ〜６２ｃ 排気管、６３ ターボポンプ、６４ ロータリーポンプ、６５ 排気管、６６ 排気管、６７ 開閉弁、６８ 開閉弁、６９ 圧力コントローラ、７０ 温度制御部、７１ 温度センサ、７２ 温度コントローラ、７３ 温度調整器、９０ 処理室、９１ 空間、９１１ 内部導体、９１２ 外部導体、９１３ 誘電体、 ＳＰ１ 第１の空間、ＳＰ２ 第２の空間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を伝送する同軸ケーブルであって、
導体で形成された内管と、
前記内管の外側に前記内管と同軸に配され、導体で形成された外管と、
前記内管と前記外管との間に配された絶縁性支持材と、
を備え、
前記内管の内側の第１の空間と前記内管及び前記外管の間の第２の空間との少なくとも一方には、冷却ガスが流される
ことを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項２】
前記冷却ガスは、少なくとも前記第２の空間に流され、
前記絶縁性支持材は、前記冷却ガスが通過するように前記内管と前記外管とを支持している
ことを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
【請求項３】
前記冷却ガスは、前記第１の空間及び前記第２の空間の一方に流され、
前記第１の空間及び前記第２の空間の他方は、真空状態になっている
ことを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
【請求項４】
前記内管は、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通する穴を有する
前記冷却ガスは、前記穴を介して、前記第１の空間及び前記第２の空間の両方に流され、
ことを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
【請求項５】
前記内管の内外表面には、メッキ、スパッタリング、及び蒸着のいずれかにより、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料で低抵抗層が形成されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の同軸ケーブル。
【請求項１】
高周波電力を伝送する同軸ケーブルであって、
導体で形成された内管と、
前記内管の外側に前記内管と同軸に配され、導体で形成された外管と、
前記内管と前記外管との間に配された絶縁性支持材と、
を備え、
前記内管の内側の第１の空間と前記内管及び前記外管の間の第２の空間との少なくとも一方には、冷却ガスが流される
ことを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項２】
前記冷却ガスは、少なくとも前記第２の空間に流され、
前記絶縁性支持材は、前記冷却ガスが通過するように前記内管と前記外管とを支持している
ことを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
【請求項３】
前記冷却ガスは、前記第１の空間及び前記第２の空間の一方に流され、
前記第１の空間及び前記第２の空間の他方は、真空状態になっている
ことを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
【請求項４】
前記内管は、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通する穴を有する
前記冷却ガスは、前記穴を介して、前記第１の空間及び前記第２の空間の両方に流され、
ことを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
【請求項５】
前記内管の内外表面には、メッキ、スパッタリング、及び蒸着のいずれかにより、銀、銅、金、及び白金の少なくとも１つを主成分とする材料で低抵抗層が形成されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の同軸ケーブル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２１３８２（Ｐ２０１３−２１３８２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０６１３（Ｐ２０１１−１５０６１３）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]