JP7203262B1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上部電極とシャワーヘッドとを締結する締結構造を長期間に亘って使用可能であると共に、上部電極に生じる最大応力を低減可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本発明に係るプラズマ処理装置１００は、上部電極３と、シャワーヘッド４と、締結構造１０と、を備える。締結構造は、複数本のボルト１１と、ナット１２と、複数の第１孔部１３と、ナット収納部１４と、複数の第２孔部１５と、を有する。ナットは、ナット収納部に収納された状態で、複数本のボルトがそれぞれ連結可能な複数の雌ねじ部１２１を有する。本発明は、複数の第１孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と、上部電極の外径Ｄとの比が、以下の式（２）を満足する場合に適用することが特に有効である。Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ≧０．９５ ・・・（２）【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。特に、本発明は、上部電極、シャワーヘッド、及び、上部電極とシャワーヘッドとを締結する締結構造を備えるプラズマ処理装置であって、締結構造を長期間に亘って使用可能であると共に、締結状態において上部電極に生じる最大応力を低減可能なプラズマ処理装置に関する。

従来、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式のプラズマ成膜装置（ＣＶＤ装置、スパッタ装置）やプラズマエッチング装置が知られている。
ＣＣＰ方式のプラズマ処理装置は、一般に、内部に基板が配置されるチャンバと、チャンバの上部に設けられ（例えば、チャンバの上端開口部を覆うように設けられ）、高周波電力が印加される上部電極と、上部電極の下方に上部電極に対向するように設けられ、上部電極を介してガス供給源から供給された処理ガスをチャンバ内部に均一に拡散して吐出するシャワーヘッドと、を備えている。
上部電極及びシャワーヘッドは、シリコンウェハなどの基板に対するプラズマ処理の面内均一性を確保するため、一般に、平面視円形状になっている。また、シャワーヘッドと上部電極とは、一般に、ボルトとナットとを用いた締結構造によって締結される。

シャワーヘッドには、処理ガスをチャンバ内部に吐出するための吐出孔が設けられている。基板に対するプラズマ処理の面内均一性を確保するため、この吐出孔は、シャワーヘッドの中央から外縁近傍まで多数設けることが望ましい。このため、シャワーヘッドと上部電極との締結構造も、シャワーヘッドの外縁近傍に設けることが望ましい。具体的には、締結構造を構成する複数本のボルトをそれぞれ挿入可能な複数の孔部を、シャワーヘッドの外縁近傍に沿って設けることが望ましい。

また、上部電極の単位面積当たりの印加電力である印加電力密度が小さいと、プラズマのエネルギー密度が小さくなる。このため、上部電極の外径は、印加電力密度の低減を防止するために、基板に対するプラズマ処理の面内均一性に支障が生じない限りにおいて、できるだけ小さい方が望ましい。

上記のように、シャワーヘッドに設けられる複数の孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．（Pitch Circle Diameter）はできるだけ大きい方が望ましく、上部電極の外径Ｄはできるだけ小さい方が望ましい。したがって、望ましい締結構造の構成では、シャワーヘッドに設けられる複数の孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と上部電極の外径Ｄとの比Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄが比較的大きな値（１に近い値）となる。

一方、ボルトとナットとを用いた締結構造としては、従来、ボルトとインサートナット（ねじインサートともいう）とを用いた締結構造が知られている。
このような締結構造は、従来のプラズマ処理装置において一般的に用いられている。例えば、特許文献１に開示されたプラズマ処理装置では、チャンバ１内において、ブラケット８のブラケット曲部８Ａと補捉板６とが上記のボルトとインサートナットとを用いた締結構造によって締結されている。具体的には、特許文献１の段落［００３２］に開示されているように、捕捉板６にはインサートナット７が設けられており、ブラケット曲部８Ａに設けられた穴部８Ｅ、８Ｆに挿入されたボルト（ねじ９Ａ、９Ｂ）がインサートナット７に連結（螺合）することで、補捉板６がブラケット曲部８Ａに着脱可能に固定（締結）されている。

インサートナットは、内面にボルトと連結可能な雌ねじ部を有し、且つ、外面にインサートナットを取り付ける部材（被取り付け部材）と強固に噛み合うことが可能な構造（例えば、ローレット目など）を有する部材である。例えば、被取り付け部材に設けられた取付孔にインサートナットを圧入することで、被取り付け部材の取付孔の内側に雌ねじ部を設けることができる。

被取り付け部材がアルミニウム製の上部電極である場合など、被取り付け部材が比較的柔らかい材料から形成されている場合、被取り付け部材の取付孔の内面に直接雌ねじ部を設けてボルトを連結させると、雌ねじ部とボルトとの締結力が不十分になるおそれがある。また、ボルトの挿脱を何度も繰り返す（ボルトと雌ねじ部との連結を何度も繰り返す）と、雌ねじ部のねじ山が潰れるおそれがある。これに対し、比較的硬い材料から形成されたインサートナットを被取り付け部材の取付孔に設けることにより、この問題を解消することができる。

しかしながら、ボルトとインサートナットとを用いた締結構造を長期間に亘って使用すると、大気中であってもインサートナットの雌ねじ部が徐々に腐食し、ボルトと十分に締結できなくなる場合がある。インサートナットは、被取り付け部材に一度設けてしまうと、取り外すことが実質的に困難である。具体的には、インサートナットを取り外すこと自体は可能であるが、取り外す際に被取り付け部材の取付孔の内面が削れてしまい、再挿入してもインサートナットの外面が取付孔に噛み合わなくなる。このため、インサートナットの雌ねじ部が腐食した場合、インサートナットを設けた被取り付け部材ごと新品に取り替えなければならず、不経済である。
特に、プラズマ処理装置の内部には、プラズマ処理のためにフッ素系ガスや塩素系ガスなどのハロゲン系ガスを含む処理ガスが供給される。プラズマ処理装置の内部に設けられた締結構造は、処理ガスに曝露されるため、より腐食し易いという問題がある。また、反応生成物によって汚染され易いという問題もある。

上記のようなインサートナットを用いることで生じる問題を解決するため、また、シャワーヘッドに設けられる複数の孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と上部電極の外径Ｄとの比Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄが比較的大きな値であっても、上部電極とシャワーヘッドとを比較的容易に締結可能な締結構造として、上部電極の外縁から内側に向けて溝状に形成され、上部電極の外縁側から挿入されたナットを収納可能なナット収納部を設けることが考えられる。そして、シャワーヘッドの外縁近傍に、上部電極に対向する面と反対側の面から上部電極側に向かってボルトを挿入可能な孔部（第１孔部）を設け、上部電極の外縁近傍に、第１孔部に挿入されたボルトを挿入可能でナット収納部まで貫通する孔部（第２孔部）を設けて、第１孔部及び第２孔部に挿入されたボルトを、ナット収納部に収納されたナットの雌ねじ部に連結させる締結構造が考えられる。
上記のような締結構造であれば、上部電極の外縁側からナットをナット収納部に挿入可能であるため、ボルトとナットとが連結していない非締結状態においては、逆にナットを上部電極の外縁側に向けて移動させることで、ナット収納部から抜き取ることができる。このため、例えば、ナットが腐食したり汚染された場合、非締結状態において、この腐食・汚染したナットをナット収納部から抜き取ることで、新しいナットに容易に交換することができる。したがって、上記の締結構造では、ナット収納部が設けられた上部電極自体を新品に代える必要がなく、長期間に亘って締結構造を使用可能である。

しかしながら、本発明者らの知見によれば、上記のような締結構造において、シャワーヘッドに設けられる複数の孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と上部電極の外径Ｄとの比Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄが比較的大きな値であり、１個のナットが１本のボルトに連結する１個の雌ねじ部のみを有する通常のナットである場合（以下、この締結構造を適宜「参考例に係る締結構造」という）には、締結状態において、ナット収納部が設けられた上部電極の最大応力（上部電極を平面視したときにナットの周辺に位置する部位の応力）が大きくなることが分かった。このため、上部電極がクリープ変形し易くなることが分かった。

国際公開第２００８／１４６８４４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、上部電極とシャワーヘッドとを締結する締結構造を長期間に亘って使用可能であると共に、締結状態において上部電極に生じる最大応力を低減可能なプラズマ処理装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは、前述の参考例に係る締結構造において、１個のナットが複数本のボルトにそれぞれ連結可能な複数の雌ねじ部を有する構成に変更すれば、締結構造を長期間に亘って使用可能であるという参考例に係る締結構造と同様の利点を維持しつつ、締結状態において上部電極に生じる最大応力を低減可能であることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、高周波電力が印加される平面視円形状の上部電極と、前記上部電極の下方に前記上部電極に対向するように設けられ、前記上部電極側から供給された処理ガスを拡散して吐出する平面視円形状のシャワーヘッドと、前記上部電極と前記シャワーヘッドとを締結する締結構造と、を備え、前記締結構造は、複数本のボルトと、ナットと、前記シャワーヘッドの外縁近傍に沿って前記シャワーヘッドに設けられ、前記複数本のボルトをそれぞれ前記シャワーヘッドの前記上部電極に対向する面と反対側の面から前記上部電極側に向かって挿入可能な複数の貫通した第１孔部と、前記上部電極の外縁から内側に向けて溝状に形成され、前記上部電極の外縁側から挿入された前記ナットを収納可能なナット収納部と、前記上部電極の外縁近傍に沿って、前記ナット収納部まで貫通するように前記上部電極に設けられ、前記複数の第１孔部に挿入された前記複数本のボルトをそれぞれ挿入可能な複数の第２孔部と、を有し、前記ナットは、前記ナット収納部に収納された状態で、前記複数本のボルトがそれぞれ連結可能な複数の雌ねじ部を有し、前記複数の第１孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と、前記上部電極の外径Ｄとの比が、以下の式（１）を満足する、プラズマ処理装置を提供する。
Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ＞０．９０ ・・・（１）

本発明において、「シャワーヘッドの外縁」とは、平面視円形状のシャワーヘッドの円形の外周部分を意味する。また、「シャワーヘッドの外縁近傍」とは、シャワーヘッドの径方向について外縁と近い位置を意味する。同様に、「上部電極の外縁」とは、平面視円形状の上部電極の円形の外周部分を意味する。また、「上部電極の外縁近傍」とは、上部電極の径方向について外縁と近い位置を意味する。
本発明において、「上部電極の外縁から内側に向けて溝状に形成され」とは、上部電極の外縁で開口し、上部電極の径方向内側に向けて、上部電極を貫通しないように形成されていることを意味する。
本発明に係るプラズマ処理装置が備える締結構造によれば、ナット収納部にナットを収納し、複数本のボルトを第１孔部及び第２孔部に挿入し、ナットの複数の雌ねじ部に複数本のボルトを連結（螺合）させることにより、上部電極とシャワーヘッドとを締結可能である。
本発明に係るプラズマ処理装置が備える締結構造は、ナットを上部電極の外縁側からナット収納部に挿入可能（ひいては、ナット収納部から抜き取り可能）であるため、長期間に亘って使用可能である。
また、本発明によれば、ナットが複数本のボルトにそれぞれ連結可能な複数の雌ねじ部を有するため、本発明者らが知見したように、複数の第１孔部がシャワーヘッドの外縁近傍に沿って設けられ、複数の第２孔部が上部電極の外縁近傍に沿って設けられている（換言すれば、複数の第１孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と上部電極の外径Ｄとの比Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄが０．９０よりも大きな値になっている）場合であっても、締結状態において上部電極に生じる最大応力が低減し、ひいては上部電極のクリープ変形を低減可能である。
なお、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄの上限は、１より小さな値であって、第１孔部の寸法に依存する（ボルトの外径に依存する）値となるが、実用上は、例えば、０．９６４程度である。

本発明は、前記複数の第１孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と、前記上部電極の外径Ｄとの比が、以下の式（２）を満足する場合に適用することが特に有効である。
Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ≧０．９５ ・・・（２）
本発明者らの知見によれば、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄが上記の式（２）を満足する場合に、上部電極に生じる最大応力が顕著に大きくなり易い。このため、上部電極に生じる最大応力を低減可能な本発明を適用することが特に有効である。

好ましくは、前記締結構造が前記上部電極の外縁近傍に沿って複数組設けられている。
上記の好ましい構成によれば、締結構造が複数組設けられているため、上部電極とシャワーヘッドとを確実に締結可能である。

本発明において、例えば、前記第１孔部及び前記第２孔部は、平面視円形状の丸孔とされる。
本発明に係るプラズマ処理装置で基板にプラズマ処理を施す際には、上部電極とシャワーヘッドとは、上下方向に対向する。しかしながら、後述のように、上部電極とシャワーヘッドとを締結する際には、上部電極とシャワーヘッドとの対向方向が水平方向になる場合がある。上部電極とシャワーヘッドとの対向方向が水平方向になっている状態で、上部電極及びシャワーヘッドの下部に位置する締結構造の第２孔部が丸孔であれば、第１孔部及び第２孔部に挿入されたボルトをナットの雌ねじ部に仮止めしておけば、雌ねじ部に完全に連結していなくても、シャワーヘッドは落下しない。このため、比較的容易に締結できるという利点が得られる。

また、本発明において、例えば、前記第１孔部は平面視円形状の丸孔であり、前記第２孔部は前記上部電極の外縁で開口する平面視Ｕ字状の孔である。
前述のように、上部電極とシャワーヘッドとの対向方向が水平方向になっている状態で、上部電極及びシャワーヘッドの下部に位置する締結構造の第２孔部が上部電極の外縁で開口する平面視Ｕ字状の孔であれば、第２孔部が丸孔の場合と異なり、第１孔部及び第２孔部に挿入されたボルトをナットの雌ねじ部に仮止めしても、ボルトが平面視Ｕ字状の孔の開口から落下することで、シャワーヘッドも落下するおそれがある。しかしながら、第２孔部が平面視Ｕ字状の孔であれば、丸孔の場合に比べて、ナットの雌ねじ部の位置を第２孔部とシャワーヘッドとの間から視認し易いため、ボルトをナットの雌ねじ部に連結させ易いという利点が得られる。

本発明によれば、上部電極とシャワーヘッドとを締結する締結構造を長期間に亘って使用可能であると共に、締結状態において上部電極に生じる最大応力を低減可能である。

本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を一部断面で示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える上部電極の概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ装置が備えるシャワーヘッドの概略構成を示す下面図である。 上部電極にシャワーヘッドを締結する手順の概要を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える上部電極の概略構成の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える上部電極の概略構成の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える上部電極の概略構成の変形例を示す図である。 参考例に係る締結構造を構成する上部電極の概略構成の一例を示す図である。 上部電極とシャワーヘッドとが接触する領域を説明する図である。 上部電極に生じる最大応力を評価した結果の一例を説明する図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係るプラズマ装置用締結構造及びこれを備えるプラズマ処理装置について説明する。なお、各図に表された構成要素の寸法、縮尺及び形状は、実際のものとは異なっている場合があることに留意されたい。

図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を一部断面で示す図である。図１（ａ）はプラズマ処理装置の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す締結構造を拡大して示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える上部電極の概略構成の一例を示す図である。図２（ａ）はナットをナット収納部に収納する前の上部電極の下面図であり、図２（ｂ）はナットをナット収納部に収納した後の上部電極の下面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣＣ矢視断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係るプラズマ装置が備えるシャワーヘッドの概略構成を示す下面図である。なお、図２及び図３の「下面図」は、プラズマ処理装置でプラズマ処理を実行する状態において、下方から見た図を意味する。換言すれば、上部電極の下面図は、シャワーヘッドと対向する面の図を意味する。シャワーヘッドの下面図は、上部電極と対向する面と反対側の面の図を意味する。図６、図７及び図８の下面図についても同様である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、例えば、ＳｉＨ４系のＳｉＮ膜や、ＴＥＯＳ系のＳｉＯ膜などを基板Ｗ上に成膜する容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式のプラズマ成膜装置（ＣＶＤ装置）である。
プラズマ処理装置１００は、チャンバ１と、載置台（下部電極）２と、上部電極３と、シャワーヘッド４と、高周波電源５と、加熱手段６と、を備えている。また、プラズマ処理装置１００は、シール材７ａ、７ｂと、ガス供給源８と、ヒンジ９と、を備えている。

チャンバ１の側壁及び上部電極３上には、電熱ヒーター等の加熱手段６が取り付けられており、この加熱手段６によってチャンバ１内は、例えば、５０～４００℃に加熱される。

載置台２は、シール材７ａによってチャンバ１と電気的に絶縁された状態で、チャンバ１内に配置されている。載置台２には、基板Ｗが載置される。図１（ａ）に示す例では、載置台２は接地されている。ただし、これに限るものではなく、後述の上部電極３と同様に、載置台２に高周波電力を印加することも可能である。載置台２の下面にも、電熱ヒーター等の加熱手段６が取り付けられており、この加熱手段６によって載置台２は加熱され、載置台２に載置された基板Ｗも加熱される。
なお、基板Ｗの材質は特に限定されないものの、代表的な材質はシリコンである。また、その他の材質としては、石英ガラス及びホウケイ酸ガラスに代表される耐熱ガラス、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、各種セラミックス、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、サファイアを例示できる。
基板Ｗが下地層を有する場合、特に限定されないものの、代表的には、下地層は、メタル（Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ等）膜や、樹脂膜とされる。
載置台２に載置される基板Ｗの最大外径としては、２００～３００ｍｍを例示できる。

上部電極３は、シール材７ｂによってチャンバ１と電気的に絶縁された状態で、チャンバ１の上部に設けられている。図１（ａ）に示す例では、上部電極３は、チャンバ１の上端開口部を覆うように設けられている。上部電極３は、平面視円形状であり（図２（ａ）参照）、基板Ｗの外径よりも大きな外径Ｄを有する。上部電極３は、載置台２に対して上方に対向配置されている。上部電極３は、例えば、アルミニウムや単結晶シリコンなどから形成されている。

上部電極３は、ガス供給源８と接続されている。上部電極３の内部には、ガス供給源８から処理ガスが供給される。ガス供給源８から供給される処理ガスの種類及び流量は、基板Ｗ上に成膜する膜の種類に応じて、適宜選択される。

上部電極３には高周波電源５が接続されており、高周波電源５から上部電極３に高周波電力が印加される。高周波電源５から出力される高周波電力は、例えば、相対的に高い周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波、或いは相対的に低い周波数（例えば３８０ｋＨｚ）の高周波を有する。

シャワーヘッド４は、上部電極３の下方に、上部電極３に対向するように設けられている。シャワーヘッド４は、平面視円形状であり（図３参照）、上部電極３の外径Ｄと略同一の外径を有する。シャワーヘッド４は、締結構造１０によって、上部電極３に締結されている。シャワーヘッド４には、上部電極３側から供給された処理ガスを拡散してチャンバ１の内部に吐出するための多数の吐出孔４１が設けられている。上部電極３の内部に供給された処理ガスは、シャワーヘッド４に設けられた吐出孔４１を通って、チャンバ１の内部に導入される。
なお、図１（ａ）では図示を省略しているが、上部電極３とシャワーヘッド４との間に、処理ガスを均等に拡散するためのバッフル板（多数の吐出孔が設けられたガス分散板）を挟み込んだ構成を採用することも可能である。

以上の構成を有するプラズマ処理装置１００において、チャンバ１内を真空排気し、加熱手段６によって、載置台２及びチャンバ１内（チャンバ１の側壁及び上部電極３を含む）を加熱する。次に、所定流量の処理ガスを上部電極３に供給し、シャワーヘッド４を介して、チャンバ１内に導入して、チャンバ１内が所定圧力となるように、排気流量を調整する。次に、高周波電源５から上部電極３に高周波電力を印加する。なお、載置台２にも高周波電力を印加する構成の場合には、ここで、上部電極３と同様に高周波電力を印加する。
以上の手順により、上部電極３からシャワーヘッド４を介してチャンバ１内に導入された処理ガスはプラズマ化し、生成されたプラズマ中の分子、イオン、ラジカルが載置台２に向けて移動することで、載置台２に載置された基板Ｗ上に所定の膜が成膜される。

以下、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００の特徴部分の一つである締結構造１０の構成について説明する。
図１（ｂ）に示すように、締結構造１０は、ボルト１１と、ナット１２と、シャワーヘッド４に設けられ、ボルト１１を挿入可能な第１孔部１３と、上部電極３に設けられ、ナット１２を収納可能なナット収納部１４と、上部電極に設けられ、ボルト１１を挿入可能な第２孔部１５と、を有する。１個のナット１２は、ボルト１１が連結可能な複数の雌ねじ部１２１を有する。

なお、本実施形態の締結構造１０のように、１組の締結構造１０を構成する１個のナット１２が複数の雌ねじ部１２１を有する場合、本明細書では、このナット１２を、適宜「連結ナット」と称する。特に、図２に示すように、１個の連結ナット１２が２個の雌ねじ部１２１を有する場合の締結構造１０を、適宜「締結構造１０Ａ」と称する。また、後述の図６に示すように、１個の連結ナット１２が３つの雌ねじ部１２１を有する場合の締結構造１０を、適宜「締結構造１０Ｂ」と称する。また、後述の図７に示すように、１個の連結ナット１２が６個の雌ねじ部１２１を有する場合の締結構造１０を、適宜「締結構造１０Ｃ」と称する。さらに、後述の図８に示すように、１個のナット１２が１個の雌ねじ部１２１のみを有する通常のナットである場合、このナット１２を、適宜「単独ナット」と称し、この単独ナットを有する締結構造を、適宜「締結構造１０’」と称する。

図２に示す締結構造１０Ａは、上部電極３の外縁近傍に沿って（シャワーヘッド４の外縁近傍に沿って）、６組設けられている。
各締結構造１０Ａは、２本のボルト１１（図２では図示省略）と、連結ナット１２と、を有する。
ボルト１１及び連結ナット１２の材質は特に限定されないが、耐腐食性を有する金属であることが好ましい。このような金属としては、例えば、チタン、ニッケル、又はこれらの合金が挙げられ、好ましくはニッケル合金が挙げられる。
ニッケル合金は、ニッケルを主成分として２０質量～９０質量％含み且つその他の元素を１種又は複数種含む金属である。ニッケル合金に含まれるその他の元素としては、例えば、コバルト、クロム、モリブデン、タングステン、鉄、ケイ素、マンガン、炭素、ニオブなどを例示できる。特に、耐腐食性が高いことから、例えば、ハステロイ（登録商標）やインコネル（登録商標）を用いることが好ましい。
また、ボルト１１及び連結ナット１２には、耐腐食性のコーティング膜を用いてコーティング処理を施してもよい。コーティング膜の材質は、特に限定されないが、例えば、ニッケルやフッ素系樹脂が挙げられる。

また、各締結構造１０Ａは、図３及び図１（ｂ）に示すように、シャワーヘッド４の外縁近傍に沿って設けられ、２本のボルト１１（図３では図示省略）をそれぞれシャワーヘッド４の上部電極３に対向する面と反対側の面から上部電極３側に向かって挿入可能な２個の貫通した第１孔部１３を有する。締結構造１０Ａは６組設けられているため、図３に示すシャワーヘッド４には、計１２個（＝２個×６組）の第１孔部１３が設けられている。第１孔部１３は、平面視円形状の丸孔であり、その孔径がボルト１１の外径と略同一になっている。これにより、シャワーヘッド４を上部電極３に締結する際に、シャワーヘッド４の位置がずれ難くなる。図３に示す例では、計１２個の第１孔部１３が、シャワーヘッド４の外縁近傍に沿ってほぼ等ピッチで設けられているが、必ずしも等ピッチである必要はない。

また、各締結構造１０Ａは、図２及び図１（ｂ）に示すように、上部電極３の外縁から内側に向けて溝状に形成され、上部電極３の外縁側から挿入された連結ナット１２を収納可能なナット収納部１４を有する。ナット収納部１４は、例えば、エンドミルなどの切削手段を用いて上部電極３の外縁に溝状の凹部を加工することにより容易に設けることができる。締結構造１０Ａは６組設けられているため、図２に示す上部電極３には、６個のナット収納部１４が設けられている。図２（ｂ）や図１（ｂ）を参照すれば分かるように、本実施形態では、ナット収納部１４の径方向（上部電極３の径方向）の寸法は、収納される連結ナット１２の径方向の寸法よりもやや大きくなっているが、これに限るものではなく、両寸法を略同一にすることも可能である。また、図２（ｃ）を参照すれば分かるように、本実施形態では、ナット収納部１４の周方向（上部電極３の周方向）の寸法は、収納される連結ナット１２の周方向の寸法よりもやや大きくなっているが、これに限るものではなく、両寸法を略同一にすることも可能である。

さらに、各締結構造１０Ａは、図２及び図１（ｂ）に示すように、上部電極３の外縁近傍に沿って、ナット収納部１４まで貫通するように設けられ、２個の第１孔部１３（図２では図示省略）に挿入された２本のボルト１１（図２では図示省略）をそれぞれ挿入可能な２個の第２孔部１５を有する。締結構造１０Ａは６組設けられているため、図２に示す上部電極３には、計１２個（＝２個×６組）の第２孔部１５が設けられている。図２に示す第２孔部１５は、平面視円形状の丸孔であり、ボルト１１の外径よりもやや大きく（例えば、数ｍｍ程度大きく）なっている。図２に示す例では、計１２個の第２孔部１５が、上部電極３の外縁近傍に沿ってほぼ等ピッチで設けられているが、必ずしも等ピッチである必要はない。上部電極３とシャワーヘッド４とを締結する際に（上部電極３とシャワーヘッド４とを対向させたときに）、計１２個の第２孔部１５の位置が、シャワーヘッド４に設けた計１２個の第１孔部１３の位置とほぼ合致していればよい。

各締結構造１０Ａの連結ナット１２は、連結ナット１２がナット収納部１４に収納された状態で、２本のボルト１１がそれぞれ連結可能な２個の雌ねじ部１２１を有する。締結構造１０Ａは６組設けられているため、図２に示す上部電極３には、計１２個（＝２個×６組）の雌ねじ部１２１が設けられている。

以上に説明した本実施形態の締結構造１０Ａにおいて、計１２個の第１孔部１３のＰ．Ｃ．Ｄ．（図１（ａ）参照）と、上部電極３の外径Ｄ（図１（ａ）参照）との比は、例えば、以下の式（１）を満足する。
Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ＞０．９０ ・・・（１）
特に、本実施形態の締結構造１０Ａは、後述のように、上部電極３に生じる最大応力を低減可能であるため、計１２個の第１孔部１３のＰ．Ｃ．Ｄ．と、上部電極３の外径Ｄとの比が、以下の式（２）を満足する場合（上部電極３に生じる最大応力が顕著に大きくなりやすい場合）に、特に有効である。
Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ≧０．９５ ・・・（２）

以下、上記の締結構造１０Ａを用いた、上部電極３とシャワーヘッド４との締結手順の具体例について説明する。
図４は、上部電極３にシャワーヘッド４を締結する手順の概要を説明する図である。
図４及び図１に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、チャンバ１の上壁と一方の側壁（図１に示す左側の側壁）とが、ヒンジ９によって連結されている。このため、上部電極３にシャワーヘッド４を締結する際には、図４に矢印Ａ１で示すように、ヒンジ９を支点としてチャンバ１の側壁に対して上壁を上方に約９０°回転させることにより、チャンバ１を開口状態にすることが可能である。チャンバ１の上壁を回転させることにより、これに連結された上部電極３も回転することになる。

上部電極３にシャワーヘッド４を締結するには、まず、チャンバ１を開口状態にして、この開口状態において上部電極３の上部に位置するナット収納部１４に、図４に矢印Ａ２で示すように、連結ナット１２を挿入して収納する。
次に、上部電極３にシャワーヘッド４を対向させる。この状態では、上部電極３とシャワーヘッド４の対向方向は水平方向になる。
次に、図４に矢印Ａ３で示すように、シャワーヘッド４の第１孔部１３にボルト１１を挿入し、矢印Ａ４で示すように、シャワーヘッド４を上部電極３に接するまで近づけて、ボルト１１を連結ナット１２の雌ねじ部１２１に仮止めする。これにより、シャワーヘッド４は落下しない状態になる。なお、シャワーヘッド４を上部電極３に接するまで近づけた後に、第１孔部１３にボルト１１を挿入してもよい。

次に、開口状態において上部電極３の下部に位置するナット収納部１４に、図４に矢印Ａ５で示すように、連結ナット１２を挿入して収納する。また、図４に矢印Ａ６で示すように、シャワーヘッド４の第１孔部１３にボルト１１を挿入し、ボルト１１を連結ナット１２の雌ねじ部１２１に仮止めする。

同様の動作を締結構造１０Ａの残りの組について行うと共に、上部電極３に対するシャワーヘッド４の位置の微調整を行った後、最後に、ボルト１１を連結ナット１２の雄ねじ部１２１に完全に連結（螺合）させることで、上部電極３とシャワーヘッド４との締結が完了する。この後、ヒンジ９を支点としてチャンバ１の側壁に対して上壁を下方に約９０°回転させることにより、図１に示す状態となる。
なお、図１には、特に図示していないが、第１孔部１３とボルト１１の頭部との間にワッシャーを挟み込んでもよい。また、第１孔部１３に、ボルト１１の頭部を収納可能な寸法の座ぐり部を設けて、締結状態において、ボルト１１の頭部がシャワーヘッド１３の外部に出ない構成とすることも可能である。

締結した上部電極３とシャワーヘッド４とは、上記の手順と逆の手順によって、容易に非締結状態にすることができる。本実施形態の締結構造１０Ａでは、非締結状態において、連結ナット１２をナット収納部１４から抜き取ることができる。このため、連結ナット１２が腐食したり汚染した場合、この腐食・汚染した連結ナット１２を抜き取って、新しい連結ナット１２に容易に交換することができる。したがって、上部電極３を新品に代える必要がなく、長期間に亘って締結構造１０Ａを使用可能である。

以上に説明した締結構造１０Ａでは、図２に示すように、第２孔部１５が平面視円形状の丸孔である場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではない。
図５は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１００が備える上部電極３の概略構成の変形例を示す図である。
図５に示す変形例では、第２孔部１５Ａが上部電極３の外縁で開口する平面視Ｕ字状の孔である。具体的には、上部電極３の外縁で開口し、上部電極３の径方向に延びる平面視Ｕ字状の孔である。平面視Ｕ字状の孔の延びる方向に直交する幅方向（上部電極３の周方向）の寸法は、図２に示す第２孔部１５の孔径と略同一であることが好ましい。第２孔部１５Ａが平面視Ｕ字状の孔であれば、図２に示すような丸孔の場合に比べて、連結ナット１２の雌ねじ部１２１の位置を第２孔部１５Ａとシャワーヘッド４との間から視認し易いため、ボルト１１を連結ナット１２の雌ねじ部１２１に連結させ易いという利点が得られる。

また、以上の説明では、プラズマ処理装置１００が備える締結構造１０が、１個の連結ナット１２が２個の雌ねじ部１２１を有する締結構造１０Ａである場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではない。

図６は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える上部電極の概略構成の変形例を示す図である。図６（ａ）はナットをナット収納部に収納する前の上部電極の下面図であり、図６（ｂ）はナットをナット収納部に収納した後の上部電極の下面図である。
図６に示す締結構造１０Ｂは、上部電極３の外縁近傍に沿って（シャワーヘッド４の外縁近傍に沿って）、４組設けられている。
各締結構造１０Ｂは、３本のボルト１１（図６では図示省略）と、連結ナット１２と、を有する。各締結構造１０Ｂの連結ナット１２は、連結ナット１２がナット収納部１４に収納された状態で、３本のボルト１１がそれぞれ連結可能な３個の雌ねじ部１２１を有する。締結構造１０Ｂは４組設けられているため、図６に示す上部電極３には、図２に示す場合と同様に、計１２個（＝３個×４組）の雌ねじ部１２１が設けられている。
ナット収納部１４は、３個の雌ねじ部１２１を有する連結ナット１２を収納可能な形状を有する。
締結構造１０Ｂは、締結構造１０Ａと比べて、連結ナット１２及びナット収納部１４の構成が異なるが、その他の構成は同一である。

図７は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える上部電極の概略構成の変形例を示す図である。図７（ａ）はナットをナット収納部に収納する前の上部電極の下面図であり、図７（ｂ）はナットをナット収納部に収納した後の上部電極の下面図である。
図７に示す締結構造１０Ｃは、上部電極３の外縁近傍に沿って（シャワーヘッド４の外縁近傍に沿って）、２組設けられている。
各締結構造１０Ｃは、６本のボルト１１（図７では図示省略）と、連結ナット１２と、を有する。各締結構造１０Ｃの連結ナット１２は、連結ナット１２がナット収納部１４に収納された状態で、６本のボルト１１がそれぞれ連結可能な６個の雌ねじ部１２１を有し、平面視三日月形状（略半円形状）である。締結構造１０Ｃは２組設けられているため、図７に示す上部電極３には、図２に示す場合と同様に、計１２個（＝６個×２組）の雌ねじ部１２１が設けられている。
ナット収納部１４は、６個の雌ねじ部１２１を有する連結ナット１２を収納可能な形状を有する。
締結構造１０Ｃは、締結構造１０Ａ、１０Ｂと比べて、連結ナット１２及びナット収納部１４の構成が異なるが、その他の構成は同一である。

図６に示す締結構造１０Ｂ及び図７に示す締結構造１０Ｃの第２孔部１５は、平面視円形状の丸孔であるが、図５に示す場合と同様に、平面視Ｕ字状の孔にすることも可能である。

以下、締結構造１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、参考例に係る締結構造について、締結状態において上部電極３に生じる最大応力を評価した結果の一例について説明する。
まず、参考例に係る締結構造について説明する。

図８は、参考例に係る締結構造を構成する上部電極の概略構成の一例を示す図である。図８（ａ）はナットをナット収納部に収納する前の上部電極の下面図であり、図８（ｂ）はナットをナット収納部に収納した後の上部電極の下面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）のＣ’Ｃ’矢視断面図である。
図８に示す参考例に係る締結構造１０’は、上部電極３の外縁近傍に沿って（シャワーヘッド４の外縁近傍に沿って）、１２組設けられている。各締結構造１０’は、１本のボルト１１（図８では図示省略）と、単独ナット１２と、を有する。各締結構造１０’の単独ナット１２は、単独ナット１２がナット収納部１４に収納された状態で、１本のボルト１１が連結可能な１個の雌ねじ部１２１を有する。締結構造１０’は１２組設けられているため、図８に示す上部電極３には、図２に示す場合と同様に、計１２個（＝１個×１２組）の雌ねじ部１２１が設けられている。
ナット収納部１４は、１個の雌ねじ部１２１を有する単独ナット１２を収納可能な形状を有する。
締結構造１０’は、締結構造１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと比べて、単独ナット１２及びナット収納部１４の構成が異なるが、その他の構成は同一である。

上部電極３に生じる最大応力は、何れの締結構造１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０’についても、各ボルト１１とナット１２の雌ねじ部１２１との連結（螺合）によって、３１２５［Ｎ］の軸力が作用し（締め付けトルク２．５［Ｎ・ｍ］、トルク係数０．２、ボルト１１の外径０．００４［ｍ］で計算）、図９に示す上部電極３とシャワーヘッド４とが接触する領域（図９においてハッチングを施した領域）を固定端にするという条件で、有限要素法（ＦＥＭ）による線形静解析を用いて、室温２５℃における上部電極３に生じる応力を算出し、その最大値で評価した。なお、解析に使用したボルト１１及びナット１２の材質はハステロイ（登録商標）、上部電極３の材質はアルミニウム合金とした。上部電極３に生じる応力の算出は、第１孔部１３のＰ．Ｃ．Ｄ．と上部電極３の外径Ｄとの比Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄを０．８～０．９６４の範囲で変更して行った。なお、締結構造１０Ｃ及び締結構造１０’については、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ＝０．９５８のときに、第２孔部１５が丸孔である場合と、平面視Ｕ字状の孔である場合の双方について最大応力を算出したが、その他については、第２孔部１５が丸孔である場合についてのみ最大応力を算出した。

図１０は、上部電極３に生じる最大応力を評価した結果の一例を説明する図である。図１０（ａ）は全ての結果を示す表であり、図１０（ｂ）は第２孔部１５が丸孔である場合の結果について、横軸をＰ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ、縦軸を上部電極３に生じる最大応力で表したグラフである。
図１０において、「連結ナット（２連）」は、締結構造１０Ａを構成する連結ナット１２を解析に用いたことを意味する。「連結ナット（３連）」は、締結構造１０Ｂを構成する連結ナット１２を解析に用いたことを意味する。「連結ナット（６連）」は、締結構造１０Ｃを構成する連結ナット１２を解析に用いたことを意味する。
図１０（ａ）、（ｂ）から分かるように、少なくともＰ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ＞０．９０の場合には、連結ナットを用いる本実施形態の締結構造１０の方が、単独ナットを用いる参考例に係る締結構造１０’よりも、上部電極３に生じる最大応力が低減している。
図１０（ｂ）から分かるように、特に、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ≧０．９５のときには、上部電極３に生じる最大応力が顕著に大きくなり易いが、連結ナットを用いる本実施形態の締結構造１０によって大きく低減可能である。このため、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ≧０．９５のときに、上部電極３に生じる最大応力を低減可能な本実施形態の締結構造１０を適用することが特に有効であるといえる。また、締結構造１０Ｃ（連結ナット（６連））、締結構造１０Ｂ（連結ナット（３連））、締結構造１０Ａ（連結ナット（２連））の順に最大応力の低減量が大きくなっているため、最大応力を低減させるという観点では、１個の連結ナット１２が有する雌ねじ部１２１の数を増やすほど、得られる効果が大きいといえる。本実施形態の締結構造１０によって最大応力が低減するのは、連結ナットにすることで、ナット１２の上部電極３との接触面積が増加し、応力を分散させる効果が生じるからだと考えられる。
なお、図１０（ａ）から分かるように、締結構造１０Ｃ及び締結構造１０’について、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ＝０．９５８のときに、第２孔部１５が丸孔である場合の最大応力と、平面視Ｕ字状の孔の場合の最大応力との間には大きな差が生じなかった。したがって、第２孔部１５が平面視Ｕ字状の孔である場合についても、図１０（ｂ）に示す結果と同様の傾向が得られることが期待できる。

３・・・上部電極
４・・・シャワーヘッド
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ・・・締結構造
１１・・・ボルト
１２・・・ナット
１３・・・第１孔部
１４・・・ナット収納部
１５・・・第２孔部
１００・・・プラズマ処理装置
１２１・・・雌ねじ部

Claims (5)

1. 高周波電力が印加される平面視円形状の上部電極と、前記上部電極の下方に前記上部電極に対向するように設けられ、前記上部電極側から供給された処理ガスを拡散して吐出する平面視円形状のシャワーヘッドと、前記上部電極と前記シャワーヘッドとを締結する締結構造と、を備え、
   前記締結構造は、
   複数本のボルトと、
   ナットと、
   前記シャワーヘッドの外縁近傍に沿って前記シャワーヘッドに設けられ、前記複数本のボルトをそれぞれ前記シャワーヘッドの前記上部電極に対向する面と反対側の面から前記上部電極側に向かって挿入可能な複数の貫通した第１孔部と、
   前記上部電極の外縁から内側に向けて溝状に形成され、前記上部電極の外縁側から挿入された前記ナットを収納可能なナット収納部と、
   前記上部電極の外縁近傍に沿って、前記ナット収納部まで貫通するように前記上部電極に設けられ、前記複数の第１孔部に挿入された前記複数本のボルトをそれぞれ挿入可能な複数の第２孔部と、を有し、
   前記ナットは、前記ナット収納部に収納された状態で、前記複数本のボルトがそれぞれ連結可能な複数の雌ねじ部を有し、
   前記複数の第１孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と、前記上部電極の外径Ｄとの比が、以下の式（１）を満足する、プラズマ処理装置。
   Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ＞０．９０ ・・・（１）
2. 前記複数の第１孔部のＰ．Ｃ．Ｄ．と、前記上部電極の外径Ｄとの比が、以下の式（２）を満足する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
   Ｐ．Ｃ．Ｄ．／Ｄ≧０．９５ ・・・（２）
3. 前記締結構造が前記上部電極の外縁近傍に沿って複数組設けられている、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１孔部及び前記第２孔部が平面視円形状の丸孔である、請求項１から３の何れかに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第１孔部が平面視円形状の丸孔であり、前記第２孔部が前記上部電極の外縁で開口する平面視Ｕ字状の孔である、請求項１から３の何れかに記載のプラズマ処理装置。

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