JP2012004495A - 電力導入端子およびそれを備えたプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電力供給時の高温環境下でも破損しない電力導入端子およびそれを備えたプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】チャンバー１の壁を貫通する端子導入孔１ｂに気密に固定される一端部１１ａ₁および貫通孔１１ａ₃を有する碍子１１ａと、碍子１１ａの他端部１１ａ₂に配置される貫通孔を有する蓋体１１ｂと、碍子１１ａの貫通孔１１ａ₃と蓋体１１ｂの貫通孔に挿通される一端および一端の蓋体近傍部分に形成された雄ネジ部１１ｃ₁を有する棒状導電体１１ｃと、棒状導電体１１ｃの雄ネジ部１１ｃ₁に螺着される雌ネジ部を有する締結部材１１ｄと、蓋体１１ｂと締結部材１１ｄとの間に圧接して配置される緩衝部材１１ｅとを備えた電力導入端子。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部が密閉されたチャンバー内に外部から電力を導入する電力導入端子およびそれを備えたプラズマ処理装置に関する。

半導体素子の製造において、プラズマ放電を用いたプラズマ成膜工程もしくはプラズマエッチング工程が実施されており、これらの工程はプラズマ処理装置を用いて行われている。
プラズマ処理装置によるプラズマ処理は、一般に真空環境の容器内でプラズマを発生させて行われる。そのため、プラズマ処理装置には電力導入端子（電流導入端子）が備えられており、外部電源から電力導入端子を介して密閉された容器内に電力（電流）が導入される。

プラズマ処理装置に用いられる従来の電力導入端子として、チャンバーの壁に設けられた貫通孔に挿通され第１のパッキングを介して取り付けられる一端部およびこの一端部と反対側の他端部を有する絶縁碍子と、この絶縁碍子の他端部に締結される蓋体と、絶縁碍子および蓋体を貫通する貫通孔に挿通される端子棒とを備え、その端子棒と絶縁碍子間が第２のパッキングを介して気密状態とされた電力導入端子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−４５７４８号公報

近年、液晶パネルや太陽電池パネルなどの製造において、プラズマ処理の対象となる半導体ウエハや被処理基板の大型化が進んでおり、それらを処理するプラズマ処理装置も大型化する傾向となっている。
加えて、生産性向上のためにプラズマ処理の高速化も要求されており、それに伴って、チャンバー内へ導入する電力も大電力化が進行している。

前記従来の電力導入端子を備えたプラズマ処理装置について、プラズマ処理を高速化するために供給電力を大きくしていくと、端子棒の電気抵抗により供給電力の増加に比例して端子棒の温度が上昇し、それに伴って端子棒に接触または近接している蓋体、碍子などの構成部品も端子棒から熱が伝わって温度が上昇した。蓋体には従来フッ素樹脂（ＰＴＦＥなど）を用いていたが、供給電力を大きくしたことで蓋体がフッ素樹脂の耐熱温度を超えた温度まで上昇した為に破損する、という課題を本発明者らは見出した。

そこで、本発明者らは蓋体に耐熱温度が高いセラミックス材料を用いることを試みた。しかしながら、温度が上昇した時に、熱膨張に起因して、締結部材と蓋体間に隙間が生じるという課題を本発明者らはさらに見出した。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、高電力供給時の高温環境下での破損を抑制した電力導入端子およびそれを備えたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

かくして、本発明によれば、密閉されたチャンバーの壁を貫通する端子導入孔に気密に固定される一端部、該一端部と反対側の他端部、および前記一端部から前記他端部まで貫通する貫通孔を有する碍子と、
前記碍子の前記他端部に当接されると共に、前記碍子の前記貫通孔と連通する貫通孔を有する蓋体と、
前記碍子の貫通孔と前記蓋体の貫通孔に挿通される一端、電源と電気的に接続される他端、および前記蓋体から突出した前記一端に形成された雄ネジ部を有する棒状導電体と、
前記棒状導電体の雄ネジ部に螺着される雌ネジ部を有する締結部材と、
前記蓋体と前記締結部材との間に圧接して配置される緩衝部材と、
を備える電力導入端子が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、反応性ガスが導入される密閉可能なチャンバーと、
前記チャンバー内に対向状に配置されたカソード電極およびアノード電極を有し前記カソード電極と前記アノード電極の間でプラズマ放電を発生する放電部と、
前記カソード電極と電気的に接続される前記電力導入端子と、
電源と前記電力導入端子とを電気的に接続する電力導入線とを備えたプラズマ処理装置が提供される。

また、本発明のさらに別の観点によれば、前記プラズマ処理方法を用いて前記放電部に設置した前記基板上に半導体素子を形成する半導体素子の製造方法が提供される。

本発明に係る電力導入端子によれば、温度上昇による構成部品の破損を抑制し、真空リークの発生を抑制できる。
したがって、この電力導入端子を備えたプラズマ処理装置によって、生産性を向上させることができる。

本発明の電力導入端子を備えたプラズマ処理装置の実施形態を示す概略構成図である。 図１に示したプラズマ処理装置のチャンバーに取り付けられた本発明の電力導入端子の実施形態を示す断面図である。 図２の部分拡大断面図である。 比較例１として示された電力導入端子の熱膨張時の状態を示す部分拡大断面図である。 比較例２として示された電力導入端子の熱膨張前の状態を示す部分拡大断面図である。 比較例２の電力導入端子の熱膨張時の状態を示す部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態の電力導入端子の熱膨張時の状態を示す部分拡大断面図である。

本発明を実施するための一形態における電力導入端子は、プラズマ処理装置に備えられ、当該プラズマ処理装置にて所定の処理を行うために使用される電力を、外部の電源から密閉されたチャンバー内に導入する。ここでチャンバーとは、雰囲気が制御された環境で所定の処理を行うために、処理装置に備えられた内部が密閉された容器である。
本実施形態における電力導入端子は、大電力が導入され、電力導入端子が高温となるプラズマ処理装置に適する。例えば、本実施形態のプラズマ処理装置においては、ＡＣ１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数で１ｋＷ〜３０ｋＷの高周波電力を電力導入端子を通じてチャンバー内に導入し、それによって電力導入端子の構成部品が３００℃を超える高温に到達する。

このような処理装置としては、例えば、反応性ガスが導入される密閉可能なチャンバーと、チャンバー内に対向状に配置されたカソード電極およびアノード電極を有しカソード電極とアノード電極の間でプラズマ放電を発生する放電部と、カソード電極と電気的に接続される前記電力導入端子と、電源と電力導入端子とを電気的に接続する電力導入線とを備えたプラズマ処理装置が含まれる。
このプラズマ処理装置によれば、放電部に設置した基板上に膜（例えば、半導体素子を構成する半導体膜）を成膜する、あるいは基板上の膜（例えば、半導体素子を構成する半導体膜）をエッチングすることができる。

本実施形態の電力導入端子は、チャンバー内に大電力を導入する場合に発生する熱により起こり得る破損をより効果的に抑制できる観点から、次のように構成されていることが好ましく、次の各構成が組み合わされていることがさらに好ましい。

（１）前記電源から電力を供給された時に前記棒状導電体が到達する温度よりも高い耐熱温度を有する材料にて、前記碍子、前記蓋体、前記締結部材および前記緩衝部材が形成されている。
このようにすれば、供給電力量に応じた棒状導電体の温度を予め測定しておくことにより、碍子、蓋体、締結部材および緩衝部材が棒状導電体から伝わる熱により破壊されない供給電力量を設定することができる。
ここで、耐熱温度とは、前記各部材を構成する材料が金属の場合においては、金属単体の融点または合金の軟化点の値である。
また、フッ素系樹脂およびセラミック材料における耐熱温度は、いわゆる連続使用可能温度であり、長時間（例えば、２４時間以上）連続でその温度環境下にあっても当該材料の機能が損なわれない（軟化、破断したり性質が変化しない）上限の温度値である。

（２）前記締結部材および前記蓋体の圧縮強さよりも小さい圧縮強さを有する弾性材料にて前記緩衝部材が形成され、かつ、前記緩衝部材が弾性変形して前記締結部材と前記蓋体に圧接している。
このようにすれば、締結部材を負荷をかけて締め付けた場合に、緩衝部材のみが変形することで、締結部材および蓋体への負荷を低減できる。
また、緩衝部材が弾性材料であり、締め付け時にかかる負荷を緩衝部材が弾性変形する程度にすることで、棒状導電体が蓋体や碍子より大きく熱膨張する場合に、緩衝部材の形状が復元することで各部材間の隙間の発生を抑制できる。
ここで、圧縮強さとは、一般的に材質に対して圧縮方向の荷重をかけた時に、材質が破損せずに持ちこたえるときの最大応力である。また、弾性降伏応力とは、金属などの弾性をもつ材質において形状が元に戻らなくなる点（降伏点）の応力値である。明確な降伏点を持たない材質（徐々に変形していくアルミニウム合金など）では、一般的に０．２％耐力（０．２％の歪みが発生する点の応力）を降伏応力として規定している。

（３）前記蓋体が、前記棒状導電体の熱膨張率以下の熱膨張率を有する材料にて形成されている。
このようにすれば、蓋体が棒状導電体以上に熱膨張することで、締結部材、碍子および蓋体自体にかかる負荷を低減することができる。
ここで、熱膨張率とは、温度１℃（１Ｋ）当たりの上昇によって物体の長さおよび体積が膨張する割合であり、特に長さが膨張する割合が線膨張率、体積が膨張する割合が体積膨張率である。
ここでは、熱膨張率として、各材質の線膨張率を示す。各材質にかかる負荷は各材質の接する棒状導電体に対する平行方向一軸の膨張量（物体の伸び）に起因するからである。ΔL=α・L・ΔT（ΔL:物体の伸び、L:物体の長さ、ΔT：物体の温度（℃）上昇値）

（４）前記締結部材が、前記棒状導電体とほぼ同じ熱膨張率を有する材料にて形成されており、好ましくは同じ材質で形成されている。
このようにすれば、締結部材と棒状導電体の螺着部において、熱膨張によって互いにかかる負荷を低減することができる。

（５）前記蓋体および前記碍子がセラミックス材料からなる。
一般的なセラミックス材料の耐熱温度は１０００℃以上で、フッ素樹脂および大半の金属材料の融点より上であるため、このように構成すれば、蓋体の耐熱温度が大きく向上し、蓋体の熱による破損を抑制することができる。
また、一般的にセラミックス材料の熱膨張率は金属と比較しても略同じか小さいため、前記（３）に示した条件に適した材質である。

（６）前記締結部材が金属からなる。
（７）前記締結部材および前記棒状導電体が銅、アルミニウム、ニッケル、銀および金のうちのいずれか一つまたはそれらを含有する合金からなる。
締結部品は雌ネジ部を有し、棒状導電体先端の雄ネジ部に螺着される為、金属材料が最適である。この場合、締結部材と棒状導電体は同じ金属材料から形成されることが、前記（４）に示したようにそれらの熱膨張量が略同じになって、互いに螺着したネジ部においてかかる負荷を最小限に抑えることができる上で好ましい。

（８）前記碍子の前記他端部と前記棒状導電体とが金属ロウにて気密に接合されており、前記締結部材は前記雄ネジ部に螺着することによって前記緩衝部材を介して前記蓋体を前記碍子に圧接して固定する。
このようにすれば、チャンバーを真空容器として使用する場合にチャンバーを気密に保つことができる。
前記蓋体は、棒状導電体と碍子とを接合する金属ロウを保護する目的で備えられている。棒状導電体と碍子は、高熱処理した金属ロウで接合して固定されている。プラズマ処理装置では、プロセス処理時に密閉容器内に反応性ガスを供給し、反応性ガスをプラズマ励起して反応性を大きくする。よって、棒状導電体と碍子との接合部がチャンバー内に対して露出していると、金属ロウが励起されたガスと反応して劣化することで接合不良が生じ、チャンバーの真空リークが発生する。
したがって、蓋体が棒状導電体と碍子との接合部を覆い、かつ碍子に圧接することで、棒状導電体と碍子を接合している金属ロウを反応性ガスから保護し、それによって、チャンバーの真空リークの発生を抑制できる。

以下、図面を参照しながら本発明の電力導入端子およびそれを備えたプラズマ処理装置の実施形態を詳説する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明の電力導入端子を備えたプラズマ処理装置の実施形態を示す概略構成図である。
このプラズマ処理装置Ｐは、密閉可能なチャンバー１と、チャンバー１に反応ガスを導入するガス導入部６と、チャンバー１から反応ガスを排気する図示しない排気部と、チャンバー１内に水平かつ平行な対向状に配置されその間にプラズマ放電するカソード電極２とアノード電極３の組みからなる複数組（この場合２組）の放電部４と、各放電部４に電力を供給する電源Ｅと、各カソード電極２と電気的に接続される電力導入端子１１と、電源Ｅと電力導入端子１１とを電気的に接続する電力導入線１２とを備え、各放電部４のアノード電極３に基板Ｓを設置し、基板Ｓの表面に半導体膜を積層して半導体素子を形成することができる。

チャンバー１は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金といった電気伝導体からなり、接地されている。
チャンバー１は箱型であり、正面側に開閉扉（図示省略）を備え、その左右の内壁面には各カソード電極２と各アノード電極３を所定間隔をもって支持する支持片（図示省略）が設けられると共に、チャンバー１の所定の壁面に前記排気部が接続されている。なお、上の放電部４のアノード電極３と下の放電部４のカソード電極２との間も所定間隔に設定されている。

各カソード電極２はそれぞれ同じ構成を有し、各アノード電極３はそれぞれ同じ構成を有している。
カソード電極２は、ステンレス鋼やアルミニウム合金などから作製される。カソード電極２の寸法は、成膜される基板Ｓの寸法に合わせて適当な値に設定され、アノード電極３と略同じ寸法（平面サイズおよび厚み）で設計されることが好ましい。
カソード電極２は、内部が空洞であると共に、対向するアノード電極３に面するプラズマ放電面には前記空洞部と導通した多数の貫通穴が穴開け加工により開けられている。この穴開け加工は、直径０．１ｍｍ〜２ｍｍの円形穴を数ｍｍ〜数ｃｍピッチで行うのが望ましい。

また、カソード電極２の一端面には、ガス導入部６としてのガス導入管が接続されており、ガス供給源Ｇとガス導入部６とは接続パイプにて接続されており、反応ガスがガス供給源からカソード電極２の内部に形成された前記空洞に供給され、前記多数の貫通穴からアノード電極３にて保持された基板Ｓの表面に向かって反応ガスが均一に噴出するように構成されている。

プラズマ処理装置は、供給する反応ガスの種類に応じて、成膜処理またはエッチング処理のどちらかのプラズマ処理を選択的に実施できる。
基板上に成膜処理を実施する場合に用いる成膜用の反応ガス（原料ガス）は、成膜する膜の材質に応じたものを使用する。例えば、不純物をドーピングしたシリコン系半導体膜を成膜する場合は、Ｈ₂で希釈したＳｉＨ₄（モノシラン）ガスとともに、ＰＨ₃（ホスフィン）ガス、Ｂ₂Ｈ₆（ジボラン）ガス、ＣＯ₂ガスなどが使用される。

また、基板上の膜をエッチングする場合に用いるエッチング用の反応ガス（エッチングガス）についても、エッチングする膜の材質に応じたものを使用する。例えば、シリコン系半導体膜をエッチングする場合は、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＮＦ₃、Ｃｌ₂などの含ハロゲン化合物からなるエッチングガスが使用される。プラズマ処理装置のチャンバー内に付着した半導体膜についても、エッチングガスを用いたプラズマクリーニングにより除去することができる。
上記した成膜処理およびエッチング処理は、プラズマ放電により反応ガスが励起されることで実施される。放電部に供給する電力を大きくすれば、より大きなプラズマ放電によって反応ガスが励起されガスの反応性が向上するので、高速に成膜処理およびエッチング処理を行うことができる。

アノード電極３は、内部にヒータ５を有すると共に、対となるカソード電極２に面した側の側面上に基板Ｓが設置され、プラズマ放電下の成膜時に基板Ｓを加熱する。なお、全てのアノード電極３は接地されている。
ここで、基板Ｓとしては、半導体基板（例えば、シリコン基板）やガラス基板などが一般的であるが、特にこれらに限定されるものではない。
また、アノード電極３は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどの、導電性および耐熱性を備えた材料で製作されている。

アノード電極３の寸法は、薄膜を形成するための基板Ｓの寸法に合わせて適当な値に決定されている。例えば、アノード電極３上に一枚の基板Ｓを設置する場合、基板Ｓの寸法９００〜１２００ｍｍ×４００〜９００ｍｍに対して、アノード電極３の寸法を１０００〜１５００ｍｍ×６００〜１０００ｍｍにして設計される。また、複数の基板Ｓをアノード電極３上に設置する場合は、設置する基板の配列と合計寸法に基づいて、アノード電極３の寸法を適当に設定することが好ましい。

アノード電極３に内蔵されたヒータ５は、アノード電極３を加熱制御するものであり、例えば、アルミニウム合金中にシースヒータなどの密閉型加熱装置と熱電対などの密閉型温度センサとを内蔵したものを用いることができる。
また、本発明の実施形態ではヒータ５はアノード電極３に内蔵されているが、ヒータ５とアノード電極３が分離されて設置されている構成でもよい。その場合、ヒータ５は基板Ｓを面内均一に加熱できるように構成されていることが好ましい。例えば、アノード電極３の基板Ｓを設置した面の裏面側に、プレート状のヒータを設置して用いることができる。更には、より均一で精密な温度制御を行うために、ヒータと共に図示しない冷却パイプが設けられていてもよい。

なお、図１では、カソード電極２とアノード電極３が一対一に対応しているが、本実施形態の電力導入端子が適用できるプラズマ処理装置はそれに限られず、例えば、図１の変形として、カソード電極２に対してアノード電極３が上下両側に設置され、カソード電極２一つに対して二つのアノード電極３が設置された装置構成を取ることもできる。
また、カソード電極２とアノード電極３が水平方向の設置に限られず、垂直方向に設置されているプラズマ処理装置にも本発明は適用できる。

図示しない排気部は、真空ポンプ、とチャンバー１の内部（反応室）とを接続する排気管および排気管におけるチャンバー１と真空ポンプとの間に配置された圧力制御器とを備えてなり、チャンバー１の側壁または底壁に１箇所以上設けられる。

電源Ｅは、高周波発生器と、高周波発生器からの高周波電力を増幅してカソード電極２に供給する増幅器とを備えてなるプラズマ励起電源であり、例えば、ＡＣ１．００ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数で１０Ｗ〜１００ｋＷの高周波電力を供給することができ、本発明においては、特に、ＡＣ１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで１ｋＷ〜３０ｋＷの高周波電力を各カソード電極２に供給することを想定している。

電力導入線１２は、電力導入端子１１のチャンバー１から外部へ突出した端部と電源Ｅとを電気的に接続するものであり、電力導入線１２と電力導入端子１１とは電気的に接続されている。

図示していないが、電力導入線１２は金属ケース内に収納されていることが好ましい。このケースは、電源Ｅからの高周波電力が電力導入線１２を通電することにより生じる電磁波（高周波）が外部に漏れないように遮断する機能と、作業者が電力導入線１２に接触して感電しないようにする安全カバーの機能とを有している。
さらに、電源Ｅと各電力導入線１２との間に、電源Ｅと各カソード電極２との間のインピーダンスを整合するためのマッチングボックスを設けてもよい。

＜電力導入端子＞
図２は図１に示したプラズマ処理装置のチャンバーに取り付けられた本発明の電力導入端子を示す断面図であり、図３は図２の部分拡大断面図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態の電力導入端子１１は、碍子１１ａと、蓋体１１ｂと、棒状電極体１１ｃと、締結部材１１ｄと、緩衝部材１１ｅとを備える。
碍子１１ａは両端が細い円筒形であり、チャンバー１を構成する側壁１ａを貫通する端子導入孔１ｂに気密に挿入される小径の一端部１１ａ₁と、一端部１１ａ₁と反対側の小径の他端部１１ａ₂と、一端部１１ａ₁から他端部１１ａ₂まで貫通する貫通孔１１ａ₃とを有し、端子導入孔１ｂからチャンバー１内へ突出している。
本実施形態では便宜的に碍子を円筒形で示しているが、高電力の環境で用いる碍子では、側面にひだ状の複数の凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、碍子の表面積を大きくすることで沿面放電（碍子の表面の付着物などを伝って異常放電する現象）を抑制できる。

碍子１１ａは、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、またはフッ素金雲母（ＫＭｇ₃ＡｌＳｉ₃Ｏ₁₀Ｆ₂）を構成する所謂マシナブルセラミックス等のセラミックス材料にて形成されており、本実施形態では電力導入端子の絶縁碍子部として一般的に用いられるアルミナからなる。
この碍子１１ａによって棒状導電体１１ｃとチャンバー１の側壁１ａの間は絶縁されている。
碍子１１ａは、チャンバー側壁に気密に固定されている。本実施形態では碍子が直接チャンバー側壁に（耐熱接着剤などを用いて）固定されている形態を示しているが、上記形態に限られず、特許文献１と同様に碍子が鍔部を備え、鍔部とチャンバー側壁が気密に接続して固定される形態や、後述するメタライズ法にて碍子の端部にフランジが金属ロウにて接合され、フランジとチャンバー側壁が金属製のＯリングを挟んで気密にネジ止めされている形態でもよい。

また、碍子１１ａは、他端部１１ａ₂の端面に留め金具１１ｆを一体状に有している。
留め金具１１ｆは、碍子１１ａを棒状導電体１１ｃに固定するものであり、例えば、ステンレス材料等から形成されている。
この留め金具１１ｆは、碍子１１ａの他端部１１ａ₂の端面と略同じ大きさのリング部材であり、メタライズ法にて碍子（セラミック材）の表面に形成された金属膜に、真空ロウ（金属ロウ）を挟んで接触させ、真空中でおよそ６００〜９００度の熱処理を行うことで、碍子と一体に接合されている。

碍子１１ａの他端部１１ａ₂の端面と留め金具１１ｆとの間は、前記のように金属ロウを挟んだ熱処理により気密に接合されており、チャンバー１内部の高真空環境と大気が流入している碍子１１ａの貫通孔１１ａ₃内の大気圧環境とを分離している。
なお、上記のような碍子、留め金具および棒状導電体の取り付け構造は、本発明の一実施形態であり、碍子と棒状導電体が気密に固定できれば、その方法は上記の手法および形態に限定されない。例えば、留め金具を用いずに、碍子の貫通孔内周面にメタライズ法にて形成された金属膜に、棒状導電体が直接金属ロウ付けされて気密に接合されていてもよい。

蓋体１１ｂは、碍子１１ａの他端部１１ａ₂に配置されると共に、碍子１１ａの貫通孔１１ａ₃と連通する貫通孔１１ｂ₁を有する。
具体的に説明すると、蓋体１１ｂは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、またはフッ素金雲母（ＫＭｇ₃ＡｌＳｉ₃Ｏ₁₀Ｆ₂）を構成する所謂マシナブルセラミックス等のセラミックス材料にて形成されており、本実施形態では碍子１１ａと同じ材料であるアルミナからなる。

蓋体１１ｂは、貫通孔１１ｂ₁を有する円形リング部と、円形リング部の外周縁に沿って碍子１１ａの他端部１１ａ₂の方へ突出する周囲壁部とからなり、円形リング部と周囲壁部とで凹部が形成されている。そして、貫通孔１１ｂ₁に棒状導電体１１ｃを貫通させつつ、前記凹部を碍子１１ａの他端部１１ａ₂に嵌め込むことで蓋体と碍子が当接される。

蓋体１１ｂによって、棒状導電体と碍子（留め金具）の間の接合部がチャンバー１内のプラズマや反応ガスと接触することを抑制できる。
この構成により、特にＮＦ₃ガスといったエッチングガスを用いたプラズマクリーニング時において、プラズマ放電によってエッチングガスが励起されることで発生した反応性の大きいＦラジカルが棒状導電体と碍子（留め金具）の間の接合部に接触し、接合部の金属ロウ１１ｇの成分（例えばＡｇ成分）を蒸発させ、接合部が劣化することでチャンバー１内部と碍子１１ａの貫通孔１１ａ₃との間で真空リークが発生することを抑制できる。

棒状導電体１１ｃは、碍子１１ａの貫通孔１１ａ₃と蓋体１１ｂの貫通孔１１ｂ₁に気密に挿通される一端と、電源Ｅと電気的に接続される他端と、蓋体１１ｂから突出した前記一端の蓋体１１ｂ近傍部分に形成された雄ネジ部１１ｃ₁とを有する円柱棒である。
棒状導電体１１ｃは、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、銀および金のうちのいずれか一つまたはそれらを含有する合金からなり、本実施形態では電気抵抗が小さく、強度が大きい無酸素銅（酸化物を含まない純度99.995％以上の高純度銅）からなる。

締結部材１１ｄは、棒状導電体１１ｃの雄ネジ部１１ｃ₁に螺着できる雌ネジ部１１ｄ₁を有する。
本実施形態では、締結部材１１ｄは棒状導電体１１ｃと同じ無酸素銅からなるナット部材を用いている。

緩衝部材１１ｅは、蓋体１１ｂと締結部材１１ｄとの間に配置されており、これらの熱膨張による圧力を吸収可能な材料にて形成されている。
本実施形態において、蓋体１１ｂはアルミナ（圧縮強さ：3000MPa）からなり、締結部材１１ｄは無酸素銅（圧縮強さ：400MPa）からなるため、締結部材１１ｄとしてはこれらの圧縮強さよりも小さいアルミニウム（圧縮強さ：84MPa）からなる穴のあいた板状の金属部品（いわゆるワッシャ）が用いられている。
このような構成により、締結部材１１ｃを締め付けることで蓋体１１ｂを、緩衝部材を介して碍子１１ａに圧接した状態で固定することができる。このとき、蓋体と碍子の間に隙間が発生しないように、緩衝部材が弾性変形する程度の負荷がかかるように、締結部材をしっかり締め付けることが重要である。それによって、蓋体と碍子の間の隙間の発生を抑え、碍子と棒状導電体の接合部を保護することができる。

なお、棒状導電体１１ｃにおける締結部材１１ｅ側の端部と、カソード電極２（図１参照）との接続構造は、互いに導通して接続できる導電部材にて、棒状導電体の端部とカソード電極の電力導入端子に面する側面とが、電気的に接続されてなる。

次に、本発明の実施形態の電力導入端子の熱膨張時の状態を比較例と対比しながら説明する。
図４は比較例１として示された従来の電力導入端子の熱膨張時の状態を示す部分拡大断面図であり、図５は比較例２として示された電力導入端子の熱膨張前の状態を示す部分拡大断面図であり、図６は比較例２の電力導入端子の熱膨張時の状態を示す部分拡大断面図であり、図７は本発明の電力導入端子の熱膨張時の状態を示す部分拡大断面図である。なお、図４〜図７において、図３中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
また、表１は本発明の実施形態の電力導入端子および比較例の電力導入端子における構成部品の材料の各種物性値を示している。

図４に示す電力導入端子（比較例１）において、蓋体２１ｂは一般的なフッ素系樹脂（ＰＴＦＥ）で形成されている従来の電力導入端子である。蓋体２１ｂの材料としてフッ素系樹脂が一般的な理由は、フッ素系樹脂が容易にかつ高精度で任意の形状の物体を形成できるからである。
しかしながら、フッ素系樹脂の耐熱温度は約２６０℃であり、プラズマ処理装置による処理プロセスの高速化のために供給電力を大きくすると、棒状導電体１１ｃの温度が２６０℃を超える状態が発生し、蓋体２１ｂが熱によって溶融することで破損する。

また、表１に示すように、フッ素系樹脂の熱膨張率は金属やセラミックス材料の熱膨張率と比較して３〜１０倍程度となる。
そのため、同じ温度環境では金属からなる棒状導電体１１ｃよりも、フッ素系樹脂からなる蓋体２１ｂの方が大きく膨張する。元々、蓋体が、締結部品の締め付けにより負荷をかけた状態で碍子に圧接されている上に、締結部材１１ｄと碍子１１ａの間の棒状導電体よりも蓋体が大きく熱膨張することから、図４に示すように蓋体２１ｂの膨張が妨げられ、蓋体２１ｂが大きな負荷を受ける。
フッ素系樹脂は、圧縮強さが金属やセラミックス材料の１／８〜１／３００程度と小さく、熱膨張時は蓋体２１ｂが変形して図４に示すように凹むほどの負荷を受け、負荷がフッ素樹脂の圧縮強さを超えた時点で蓋体２１ｂが破断する。

このように、熱および熱膨張による影響で蓋体２１ｂが破損することで、碍子と棒状導電体の固定部の金属ロウ１１ｇがチャンバー内に露出する。それによって、金属ロウが励起された反応ガスによって変質したり、化学反応によって金属ロウの成分が蒸発するなどして劣化し、最終的に棒状導電体と碍子間の接合部の大部分に反応ガスによる劣化が到った結果、碍子１１ａと棒状導電体１１ｃの間の気密が破れ、チャンバー１の真空リークが発生する。

図５に示す電力導入端子（比較例２）は、比較例１の電力導入端子より蓋体１１ｂをフッ素系樹脂よりも耐熱温度が大きいセラミックス材料にて形成されているものに変更したものである。
表１に示すように、一般的なセラミックス材料の耐熱温度は１０００℃以上である。
蓋体の材料をフッ素系樹脂からセラミックス材料に変更することにより、耐熱温度が大きく向上し、比較例１における蓋体１１ｂの熱による破損を抑制することができる。

また、表１に示すように、一般的にセラミックス材料はフッ素系樹脂と比較して熱膨張率が小さく、金属と比較しても略同じか小さいため、棒状導電体１１ｃが温度上昇した際、セラミックス製の蓋体１１ｂの膨張量は金属製の棒状導電体１１ｃの膨張量よりも少なく、膨張時の蓋体１１ｂ、碍子および締結部材にかかる負荷は小さい。
また、セラミックス製の蓋体１１ｂは強度が向上しているため、より大きな負荷に耐えることができ、比較例１における負荷による蓋体の破損が抑制される。

しかしながら、セラミックス材料の熱膨張率が金属材料の熱膨張率と比較して小さいことで、蓋体１１ｂや碍子１１ａよりも棒状導電体１１ｃがより大きく膨張する為、図６に示すように締結部材１１ｄと蓋体１１ｂの間および蓋体１１ｂと碍子１１ａの間に隙間Ｆが発生する。熱膨張率が同じセラミックスと金属を用いたとしても、電力が直接流れている発熱源の棒状導電体１１ｃが最も温度が高く、同じ熱膨張率でも棒状導電体１１ｃがより大きく膨張するので上記と同様に隙間Ｆが発生する。
したがって、上記の隙間Ｆから金属ロウ１１ｇがチャンバー内に露出し、金属ロウ１１ｇが励起された反応ガスによって変質し分解され、最終的に棒状導電体１１ｃと碍子１１ａの間の接合部まで反応ガスによる劣化が到った結果、碍子１１ａと棒状導電体１１ｃの間の気密が破れ、チャンバー１の真空リークが発生する。
このように比較例２は、比較例１よりはチャンバーの真空リークの可能性が低減されているものの、依然としてリーク要因が残っている。

比較例２に対し、図３に示す本発明の電力導入端子１１は、セラミックス製（アルミナ製）の蓋体１１ｂと金属製（無酸素銅製）の締結部材１１ｄの間に、これらの圧縮強さよりも小さい圧縮強さを有する弾性材料のアルミニウム製の緩衝部材１１ｅを弾性変形させて圧接している。
つまり、図７に示すように棒状導電体１１ｃが熱により膨張して蓋体１１ｂおよび碍子１１ａより大きくなった場合に、緩衝部材１１ｅが元の形状に復元することで、締結部材１１ｄと蓋体１１ｂの圧接を維持し、比較例２における隙間Ｆの発生を抑制することで、金属ロウ１１ｇのチャンバー内への露出を防ぎ、それによって真空リークの発生を抑制できる。

したがって、本発明の構成によって初めて、熱および熱膨張による影響で蓋体１１ｂが破損する問題と、金属ロウ１１ｇがチャンバー内に露出し、プラズマ放電に励起された反応ガスによって変質して真空リークが発生する問題の両方を抑制することができる。
それに伴い、真空リークによる装置停止トラブルを抑制でき、かつ、破損した部材の交換に伴う装置メンテナンスの周期を延長でき、装置稼働率の向上や部品交換コストの低減が図られる。

なお、弾性金属材料で形成された緩衝部材１１ｅは変形しても形状は復元するが、繰返し使用することで変形度合いが徐々に大きくなり、さらに変形を繰り返す内に形成材料にダメージが蓄積され元の形状へ復元されなくなっていくことで、締結部材１１ｄによる蓋体１１ｂおよび碍子１１ａへの押圧力が徐々に低下し、最終的に蓋体１１ｂと碍子１１ａの間に隙間が形成される状態になるため、定期的に交換が必要である。
しかしながら、緩衝部材１１ｅは締結部材１１ｄや蓋体１１ｂよりも単純な構造でありかつ安価であるため、緩衝部材１１ｅや蓋体１１ｂと比較すると交換に伴うランニングコストは低く、交換作業時のメンテナンス性は優れている。

前記実施形態については、電極設置方向が水平の横型プラズマ処理装置の場合を例示しているが、本実施形態は電極設置方向が垂直の縦型プラズマ処理装置にも適用可能である。
今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の電力導入端子は、大電力が供給されるプラズマ処理装置に提供可能であり、半導体製造分野における処理基板の大型化および処理高速化に寄与する。
そして、この電力導入端子を備えたプラズマ処理装置によれば、半導体薄膜または光学的薄膜を用いた太陽電池、ＴＦＴ、感光体などの半導体素子について、安定した装置稼働率で高速な製造プロセスの実施に貢献できる。

１ チャンバー
１ａ 側壁
１ｂ 端子導入孔
２ カソード電極
３ アノード電極
４ 放電部
１１ 電力導入端子
１１ａ 碍子
１１ａ₁ 一端部
１１ａ₂ 他端部
１１ａ₃ 貫通孔
１１ｂ 蓋体
１１ｂ₁ 貫通孔
１１ｃ 棒状導電体
１１ｃ₁ 雄ネジ部
１１ｄ 締結部材
１１ｄ₁ 雌ネジ部
１１ｅ 緩衝部材
１２ 電力導入線
Ｅ 電源
Ｆ 隙間
Ｐ プラズマ処理装置

Claims (10)

1. チャンバーの壁を貫通する端子導入孔に気密に固定される一端部、該一端部と反対側の他端部、および前記一端部から前記他端部まで貫通する貫通孔を有する碍子と、
   前記碍子の前記他端部に当接されると共に、前記碍子の前記貫通孔と連通する貫通孔を有する蓋体と、
   前記碍子の貫通孔と前記蓋体の貫通孔に挿通される一端、電源と電気的に接続される他端、および前記蓋体から突出した前記一端に形成された雄ネジ部を有する棒状導電体と、
   前記棒状導電体の雄ネジ部に螺着される雌ネジ部を有する締結部材と、
   前記蓋体と前記締結部材との間に圧接して配置される緩衝部材と、
   を備える電力導入端子。
2. 前記碍子の前記他端部と前記棒状導電体とが金属ロウにて気密に接合されており、
   前記締結部材は前記雄ネジ部に螺着することによって前記緩衝部材を介して前記蓋体を前記碍子に圧接して固定する請求項１に記載の電力導入端子。
3. 前記電源から電力を供給された時に前記棒状導電体が到達する温度よりも高い耐熱温度を有する材料にて、前記碍子、前記蓋体、前記締結部材および前記緩衝部材が形成されている請求項１または２に記載の電力導入端子。
4. 前記締結部材および前記蓋体の圧縮強さよりも小さい圧縮強さを有する弾性材料にて前記緩衝部材が形成され、かつ、前記緩衝部材が弾性変形して前記締結部材と前記蓋体に圧接している請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力導入端子。
5. 前記蓋体が、前記棒状導電体の熱膨張率以下の熱膨張率を有する材料にて形成されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力導入端子。
6. 前記締結部材が、前記棒状導電体と同じ熱膨張率を有する材料にて形成されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の電力導入端子。
7. 前記蓋体および前記碍子がセラミックス材料からなる請求項１〜６のいずれか１つに記載の電力導入端子。
8. 前記締結部材が、前記棒状導電体と同じ金属材料からなる請求項１〜７のいずれか１つに記載の電力導入端子。
9. 請求項１〜８のいずれかに１つに記載の電力導入端子を備えたプラズマ処理装置であって、
   反応性ガスが導入されるチャンバーと、
   前記チャンバー内に対向状に配置されたカソード電極およびアノード電極を有し前記カソード電極と前記アノード電極の間でプラズマ放電を発生する放電部と、
   電源に電気的に接続された電力導入線とを備え、
   前記カソード電極と前記電力導入線とが前記電力導入端子にて電気的に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 請求項９に記載のプラズマ処理装置を用いて前記放電部に設置した前記基板上に半導体素子を形成する半導体素子の製造方法。

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