JP7846969B2

JP7846969B2 - プラズマ処理チャンバ、プラズマ処理装置及び締結部材

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Publication number: JP7846969B2
Application number: JP2021108531A
Authority: JP
Inventors: 公亮溝井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2026-04-16
Anticipated expiration: 2041-06-30
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Description

本開示は、プラズマ処理チャンバ、プラズマ処理装置及び締結部材に関する。

特許文献１には、移動及び位置決めされる可動子と、該可動子を案内するガイド機構と、該ガイド機構を搭載するステージベースと、を含むステージ装置であって、前記ステージベースと、前記装置を支える支持構造体との間に球面静圧軸受けが配置されているステージ装置が開示されている。

米国特許出願公開第２００３／０１７８５７９号

本開示にかかる技術は、プラズマ処理チャンバにおいて、チャンバ部材を締結する締結部材に生じる応力を緩和する。

本開示の一態様によると、プラズマ処理チャンバであって、複数のチャンバ部材と、前記複数のチャンバ部材を締結する締結部材とを備え、前記締結部材は、頭部と、前記頭部から延び、前記複数のチャンバ部材のうち少なくとも１つが有するネジ穴と螺合するネジ部とを有するネジ部材と、前記頭部を収容する空孔を有するネジ筐体部材と、を備え、前記頭部の少なくとも前記ネジ部側の面は凸状滑り面を有し、前記ネジ筐体部材の内側面は、前記頭部の凸状滑り面に適合する凹状滑り面を有し、前記ネジ部材の凸状滑り面に沿って前記ネジ筐体部材の凹状滑り面が滑り合うことが可能である、プラズマ処理チャンバが提供される。

本開示によれば、プラズマ処理チャンバにおいて、チャンバ部材を締結する締結部材に生じる応力を緩和することができる。

本実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成を模式的に示す説明図である。本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成の一例を示す断面図である参考例の締結部材を用いたチャンバの内部構造の一例を示す断面図である。参考例の締結部材の構成の一例を示す斜視図である。参考例の締結部材を用いたチャンバの内部構造の変形の一例を示す説明図である。参考例の締結部材を用いたチャンバの内部構造の変形の他の一例を示す説明図である。本実施形態にかかる締結部材を用いたチャンバの内部構造の一例を示す断面図である。本実施形態にかかる締結部材の構成の一例を示す側面図である。本実施形態にかかる締結部材に適用可能なワッシャの一例を示す平面図である。本実施形態にかかる締結部材の構成の一例を示す締結部材の構成の一例を示す斜視図である。本実施形態にかかる締結部材の組み立て方法の一例を示す斜視図である。本実施形態にかかる締結部材の組み立て時の構成の一例を示す斜視図である。本実施形態にかかる締結部材を用いたチャンバの内部構造の変形の一例を示す説明図である。本実施形態にかかる締結部材を用いたチャンバの内部構造の変形の他の一例を示す説明図である。本実施形態にかかる締結部材を用いたチャンバの内部構造の他の一例を示す断面図である。

プラズマ処理装置において、プラズマ処理チャンバの内部の各構成部材は締結部材により締結されることにより組み上げられることがある。

締結部材によって締結されるチャンバの各構成部材（以下、チャンバ部材）は、組み上げ時の締結に伴う応力、内部圧力の変化に伴う応力などによって、変形を生じる場合がある。特許文献１では、真空チャンバの組み立て又は真空引き時の応力によって基台が変形するという課題に対し、基台をチャンバ壁面に対して球面静圧軸受を介して取り付けることで基台の変形を低減することを開示している。なお、本開示においてチャンバ部材とは、チャンバ内部の装置や部品を構成する部材及び、チャンバ外壁を構成する部材の両方を含む。言い換えれば、プラズマ処理装置の機能を発揮するために設けられる機能的な部材と、プラズマ処理装置の構造を構成するために設けられる構造的な部材と、これら両方の性質を有する部材と、を含む。

チャンバ部材には、例えば下部電極など、プロセス最適化のため温調されるものが含まれる。本発明者は、上記締結時の応力や内部圧力の変化に伴う応力による変形の他、温調による膨張又は収縮などに伴って応力が発生し、チャンバ部材が変形し得ることを知見した。このとき、例えば複数のチャンバ部材が締結部材によって締結されている場合に、１のチャンバ部材と他のチャンバ部材における変形の度合いが異なる場合などは、締結部材には上記複数のチャンバ部材のそれぞれが異なる度合いで変形することによる応力が発生する。また、異なる温度間における温調を繰り返す場合には、特に１のチャンバ部材と他のチャンバ部材における熱容量が異なるようなとき、異なる度合いで変形する上記複数のチャンバ部材を締結している締結部材には繰り返し応力が発生し、疲労により締結部材の劣化を招くおそれがあることを知見した。

特許文献１には、組み立て又は真空引きに伴う応力による基台の変形を低減することの記載はあるものの、温調による膨張又は収縮に伴う応力による変形や、これらの変形による締結部材の疲労や劣化に関しては記載がない。そのため、特にチャンバ部材のうち変形を生じ得るもの同士を締結する締結部材について、疲労を緩和できる余地があった。

本開示にかかる技術は、プラズマ処理チャンバにおいて、チャンバ部材同士を締結する締結部材に生じる応力を緩和する。

以下、本実施形態にかかるプラズマ処理チャンバの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜プラズマ処理システム＞
図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成の概略を示す平面図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。

プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；ＣａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅＰｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：ＳｕｒｆａｃｅＷａｖｅＰｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

次に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合プラズマ処理装置の構成例について、図２を用いて説明する。容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台１２０及び静電チャック１２２を含む。基台１２０は、導電性部材を含む。基台１２０の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１２２は、基台１２０の上に配置され、締結される。静電チャック１２２の上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック１２２、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：ＳｉｄｅＧａｓＩｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。シャワーヘッド１３は天板１３０に組み込まれていてもよい。この場合、天板１３０は天板上部材１３２に締結され支持されるように構成されていてもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック１２２内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号がパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

＜参考例＞
次に、チャンバの内部構造の変形による本実施形態の参考例としての締結部材に対する影響について説明する。

図３は、チャンバの内部構造の一例として、チャンバ部材である基板支持部１１の本体部１１１に含まれる基台１２０及び静電チャック１２２を、本実施形態の参考例としての締結部材（以下、従来締結部材２００）を用いて締結した場合の構成の一例である。従来締結部材２００は、頭部２０２、ネジ部２０４が一体的に設けられ、ネジ部２０４にはねじ切り（図示せず）が施されている。基台１２０にはネジ部２０４のねじ切りに対応するネジ穴２０６が設けられている。また、静電チャック１２２には、従来締結部材２００の頭部２０２が貫通する円筒形状の第一の貫通孔２０８と、ネジ部２０４が貫通する第二の貫通孔２１０と、座面２１２と、が設けられている。以下、第一の貫通孔２０８と第二の貫通孔２１０を合わせて、単に貫通孔と称することがある。

従来締結部材２００を用いた締結において、従来締結部材２００は貫通孔を貫通し、ネジ部２０４がネジ穴２０６に螺合する。このとき、従来締結部材２００の頭部２０２の下面（頭部下面２１４）がワッシャ２２０を介して座面２１２に接し、頭部下面２１４がワッシャ２２０を介して座面２１２を基台１２０側に押す（締め付ける）ことで、基台１２０に対する静電チャック１２２の締結を実現する。なお、基台１２０と静電チャック１２２との間には、任意のＯリング２１６が設けられていてもよい。

図４は、従来締結部材２００とワッシャ２２０とを組合わせたときの斜視図である。従来締結部材２００の頭部２０２には締結に用いる締結用工具に適合する六角穴２０３が設けられる。頭部２０２とネジ部２０４は一体的に設けられており、これらの境界部分を首部２２２と称する。上記締結を可能とするため、頭部２０２の直径は第一の貫通孔２０８の直径よりも小さいものを用い、ネジ部２０４の直径は第二の貫通孔２１０の直径よりも小さいものを用いる。またワッシャ２２０は、特に限定されないが、上記締結を可能とするため、例えばワッシャ２２０の外径が、第一の貫通孔２０８の直径よりも小さくかつ頭部２０２の直径よりも大きく、内径がネジ部の直径よりも大きくかつ頭部２０２の直径よりも小さいものを用いてもよい。

図３のように構成されるチャンバの内部構造において、静電チャック１２２の温度を低温から高温又は、高温から低温へ温度を変化させる温調を繰り返すと、従来締結部材２００の一部分が劣化し、破断することがある。このような破断について、発明者は、下記に示すような静電チャック１２２の変形に起因して、従来締結部材２００の首部２２２に繰返し応力が発生していることを知見した。このような変形の詳細について、図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６は、基台１２０及び静電チャック１２２が締結された状態で、図示しない温調モジュールによって静電チャック１２２が温調される場合に生じる変形の一例及び、変形の他の一例を示す模式図である。

図５では、静電チャック１２２が低温から高温に温調される場合の変形の一例を示す。静電チャック１２２が低温から高温に温調される場合、仮に静電チャック１２２の下面（静電チャック下面２３０）から入熱されるとすると、静電チャック下面２３０と上面（静電チャック上面２４０）との間で温度差が生じる。すなわち、温調モジュールからの入熱によって温度上昇して膨張する静電チャック下面２３０に対して、温調モジュールから離間する静電チャック上面２４０は、静電チャック下面２３０ほどは温度が上昇せず膨張しない。この膨張の度合いの差によって、図中太線矢印に示す向きの応力が生じ、静電チャック外周側（図面左側）が静電チャック上面２４０側に持ち上がるような変形が生じる。また、静電チャック１２２と基台１２０とは、互いに熱容量が異なるためプロセス中の温調によっては、静電チャックのみが変形し、基台１２０は変形しない。上記変形によると、従来締結部材２００には、頭部下面２１４が座面２１２に押されることで図中太線矢印に示す向きと同方向の応力が生じる。このとき、首部２２２における静電チャック１２２の外周側に示す応力集中部２５０及び、静電チャック１２２の内周側（図面右側）に示す応力集中部２５２には、応力が集中する。特に、静電チャック１２２の外周側に示す応力集中部２５０における応力集中は、従来締結部材２００における他の部位よりも顕著である。

図６では、静電チャック１２２が高温から低温に温調される場合の変形の一例を示す。静電チャック１２２が高温から低温に温調される場合、仮に静電チャック下面２３０から抜熱されるとすると、静電チャック下面２３０と静電チャック上面２４０との間で温度差が生じる。すなわち、抜熱によって温度低下し収縮する静電チャック下面２３０に対して、温調モジュールから離間する静電チャック上面２４０は、静電チャック下面２３０ほどは温度が低下せず収縮しない。この収縮の度合いの差によって、図中太線矢印に示す向きの応力が生じ、静電チャック外周側（図面左側）が静電チャック下面２３０側に引き下がるような変形が生じる。上記変形によると、従来締結部材には頭部下面が座面に押されることで図中太線矢印に示す向きと同方向の応力が生じる。このとき、首部２２２における静電チャック内周側（図面右側）に示す応力集中部２５４及び、静電チャック１２２の内周側（図面右側）に示す応力集中部２５６には、応力が集中する。特に、静電チャック１２２の内周側に示す応力集中部２５６における応力集中は、従来締結部材２００における他の部位よりも顕著である。

温調を繰り返し、図５又は図６に示す応力が繰り返し生じる場合、特に応力が集中する応力集中部２５０及び応力集中部２５６は、疲労により破断する恐れがある。

これに対し、本開示にかかるチャンバの内部構造によると、締結部材に生じる応力を緩和することができる。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態にかかるチャンバの内部構造について、図７を用いて説明する。図７は、第１の実施形態にかかるチャンバの内部構造の一例として基板支持部１１の本体部１１１に含まれる基台１２０及び静電チャック１２２を、本実施形態にかかる締結部材３００を用いて締結した場合の構成の一例である

図７において、締結部材３００は、ネジ筐体部材３０２と、ネジ部材３０４と、を備える。ネジ筐体部材３０２とネジ部材３０４は別体に設けられ、後述する方法により互いに回動可能に組み立てられた状態で締結に用いられる。ネジ部材は頭部３１０とネジ部３１２を有し、ネジ部３１２にはねじ切り（図示せず）が施されている。基台１２０にはネジ部３１２のねじ切りに対応するネジ穴２０６が設けられている。また、静電チャック１２２には、締結部材３００のネジ筐体部材３０２が貫通する直径Ｒ_１の円筒形状の第一の貫通孔２０８と、ネジ部３１２が貫通する直径Ｒ_２の第二の貫通孔２１０と、座面２１２と、が設けられている。

締結部材３００を用いた締結においては、締結部材３００は貫通孔を貫通し、ネジ部３１２がネジ穴２０６に螺合する。このとき、ネジ筐体部材３０２の下面（筐体下面３１４）がワッシャ２２０を介して座面２１２に接し、筐体下面３１４がワッシャ２２０を介して座面２１２を基台１２０側に押す（締め付ける）ことで、基台１２０に対する静電チャック１２２の締結を実現する。なお、基台１２０と静電チャック１２２との間には、任意のＯリング２１６が設けられていてもよい。

次に、締結部材３００の詳細について、図８Ａ～図８Ｃを用いて説明する。図８Ａ～図８Ｃは、締結部材３００の構成の詳細を示す模式図であり、図８Ａは締結部材３００のネジ筐体部材３０２及びネジ部材３０４の側面図、図８Ｂはワッシャ２２０の平面図、図８Ｃは締結部材３００のネジ筐体部材３０２及びネジ部材３０４と、ワッシャ２２０と、を組み立てたときの斜視図である。

図８Ａにおいて、ネジ部材３０４は、頭部３１０と、頭部３１０から延びるネジ部３１２とを含む。頭部３１０は、上部において締結用工具に適合する六角穴３１３が設けられ、上部以外の部分は凸状球面を有している。ネジ部３１２は、頭部３１０の下部から延び、ネジ穴２０６に螺合するようにねじ切りが施されている。頭部３１０とネジ部３１２との境界を首部３２０と称する。頭部３１０は外観上、六角穴を有する上部及びネジ部３１２につながる首部３２０を除き、直径ｒ_１を有する略球形状となっている。また、首部３２０の断面直径をｒ_２とする。ネジ筐体部材３０２は、直径ｒ_３の略円筒形状を有し、内部には筐体空孔３３０が設けられる。筐体空孔３３０は、筐体上面３３２、筐体下面３１４及び、筐体側面３３４の裏面（筐体内側面３３６）に形成される凹状球面に囲まれた、直径ｒ_４の略球形状の空間である。筐体空孔３３０の直径ｒ_４は、ネジ部材３０４の頭部３１０の直径ｒ_１よりも大きくなるよう設けられる。

図８Ｂにおいて、ワッシャ２２０の構成は、特に限定されない。上記締結を可能とするため、例えばワッシャ２２０の外径ｒ_５が、第一の貫通孔２０８の直径Ｒ₁よりも小さくかつネジ筐体部材の直径ｒ_３よりも大きく、内径ｒ_６がネジ部３１２の首部３２０の断面直径ｒ_２よりも大きくかつ頭部３１０の直径ｒ_１よりも小さいものを用いてもよい。なおワッシャ２２０は、必須の構成要素ではなく省略が可能である。

図８Ｃにおいて、筐体上面３３２には、筐体空孔３３０に通じる第一の開口３４０が設けられる。第一の開口３４０は、六角穴３１３に対応する締結用工具を挿入し、締結操作をすることが可能な大きさの開口である。筐体下面３１４には、筐体空孔３３０に通じる直径ｒ_７の第二の開口３４２が設けられる。第二の開口３４２の直径ｒ_７は、ネジ部材３０４の首部３２０の断面直径ｒ_２よりも大きくなるよう設けられる。筐体側面３３４には、筐体空孔３３０に通じる第三の開口３４４が設けられる。第三の開口３４４は第二の開口３４２とつながり、連続した開口を形成する。第三の開口３４４の寸法の詳細については後述する。

次に、締結部材３００の組み立てについて、図９を用いて説明する。図９は図８Ｃに示すネジ筐体部材３０２、ネジ部材３０４及びワッシャ２２０を、図７で締結に用いるように組み立てるときの組み立て操作の例（図９Ａ）及び、組み立て時の構成（図９Ｂ）の概略を示す斜視図である。

図９Ａにおいて、締結部材３００の組み立ては、ネジ筐体部材３０２とネジ部材３０４とを組合わせることで行う。例えば、ネジ部材３０４の頭部３１０を、ネジ筐体部材３０２の第三の開口３４４を通るように、図中太線矢印の方向に筐体空孔３３０に挿入することで組み立てることができる。したがって、上述の第三の開口３４４の寸法については、頭部３１０が第三の開口３４４を通過可能とするのに必要かつ十分な大きさとする。例えば、第三の開口３４４の筐体下面３１４からの高さは、ネジ部材の頭部の高さよりも大きければよい。また、第三の開口３４４の任意の高さにおける幅が、対応する当該高さにおけるネジ部材３０４の頭部３１０の幅よりも大きければよい。第三の開口３４４を上記寸法とすることにより、頭部３１０が第三の開口３４４を通るようにして上記組み立てを行うことができる。

図９Ｂにおいて、締結部材３００の上記組み立てを行った結果、組み立て時においてネジ部材３０４の頭部３１０がネジ筐体部材３０２の筐体空孔３３０に収容される。このとき、筐体空孔３３０の直径ｒ_４は頭部の直径ｒ_１よりも大きいため、上記収容が可能となっている。また、第二の開口３４２の直径ｒ_７は、首部３２０の断面直径ｒ_２よりも大きいため、第二の開口３４２に首部３２０がはまり込んだ状態で、ネジ部材３０４のネジ部３１２がネジ筐体部材３０２の外部に露出した状態で組み立てることができる。なお、ワッシャ２２０は、上面が筐体下面３１４に接するようにして、首部３２０の直下に位置するように組み立てることができる。

上記のようにして組み立てられた締結部材３００は、ネジ部材３０４の頭部３１０の凸状球面と、ネジ筐体部材３０２の筐体空孔３３０の凹状球面とが互いに滑り合うことによって回動可能である。

次に、上記のようにして構成されるチャンバの内部構造が、温調による膨張又は収縮に伴う応力によって変形が生じる場合の、応力の緩和機構について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０及び図１１は、基台１２０及び静電チャック１２２が締結された状態で静電チャック１２２が図示しない温調モジュールによって温調される場合の変形の一例及び、変形の他の一例を示す模式図である。

図１０は、静電チャック１２２が低温から高温に温調される場合の変形の一例を示す。静電チャック１２２が低温から高温に温調される場合、仮に静電チャック下面２３０から入熱されるとすると、静電チャック下面２３０と上面との間で温度差が生じる。すなわち、温調モジュールからの入熱によって温度上昇して膨張する静電チャック下面２３０に対して、温調モジュールから離間する静電チャック上面２４０は、静電チャック下面２３０ほどは温度が上昇せず膨張しない。この膨張の度合いの差によって、図中太線矢印に示す向きの応力が生じ、静電チャック外周側（図面左側）が静電チャック上面２４０側に持ち上がるような変形が生じる。上記変形によると、ネジ筐体部材３０２には、筐体下面３１４が座面２１２に押されることで図中太線矢印に示す向きと同方向の応力が生じる。

上記応力によると、ネジ筐体部材３０２の筐体空孔３３０の凹状球面が、ネジ部材３０４の頭部３１０の凸状球面と互いに滑り合うことで、ネジ筐体部材３０２はネジ部材３０４の頭部３１０を軸として図中の曲線矢印で示す方向（図中時計回り方向）に回動する。このような回動によると、従来締結部材２００について図５で示すような応力集中部２５０、２５２に集中して生じていた応力が、本実施形態にかかる締結部材３００においては分散され、応力の集中が緩和される。

図１１は、静電チャック１２２が高温から低温に温調される場合の変形の一例を示す。静電チャック１２２が高温から低温に温調される場合、仮に静電チャック下面２３０から抜熱されるとすると、静電チャック下面２３０と静電チャック上面２４０との間で温度差が生じる。すなわち、抜熱によって温度低下し収縮する静電チャック下面２３０に対して、温調モジュールから離間する静電チャック上面２４０は、静電チャック下面２３０ほどは温度が低下せず収縮しない。この収縮の度合いの差によって、図中太線矢印に示す向きの応力が生じ、静電チャック外周側（図中左側）が静電チャック下面２３０側に引き下がるような変形が生じる。上記変形によると、ネジ筐体部材３０２には、筐体下面３１４が座面２１２に押されることで図中太線矢印に示す向きと同方向の応力が生じる。

上記応力によると、ネジ筐体部材３０２の筐体空孔３３０の凹状球面が、ネジ部材３０４の頭部３１０の凸状球面と互いに滑り合うことで、ネジ筐体部材３０２はネジ部材３０４の頭部３１０を軸として図中の曲線矢印で示す方向（図中半時計回り方向）に回動する。このような回動によると、従来締結部材２００について図６で示すような応力集中部２５４、２５６に集中して生じていた応力が、本実施形態にかかる締結部材３００においては分散され、応力の集中が緩和される。

したがって、本実施形態にかかる締結部材３００においては、温調に伴う静電チャックの変形によっては、応力の集中を緩和し、破断を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態において説明した締結部材３００は、他のチャンバ部材の締結にも適用可能であり、当該他のチャンバ部材が変形する場合にも、締結部材３００に生じる応力を緩和するよう構成することができる。特に、熱容量の異なる２以上のチャンバ部材であって、プロセス中に温調が必要なものについては、締結部材３００を適用することで特に好ましい効果を発揮する。当該他のチャンバ部材の一例であって、第２の実施形態にかかるチャンバの構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、第２の実施形態にかかるチャンバ部材としての天板１３０及び天板１３０を支持する天板上部材１３２と、これらを締結する締結部材３００と、の構成の概略を示す模式図である。

図１２において、天板１３０及び天板１３０を支持する天板上部材１３２は、天板上面４００と天板上部材下面４０２とが接した状態で、締結部材３００によって締結される。天板上部材１３２にはネジ部材３０４のネジ部３１２のねじ切り（図示せず）に対応するネジ穴４０４が設けられている。また、天板には、ネジ筐体部材３０２が貫通する直径Ｒ_３の円筒形状の第一の貫通孔４０６と、ネジ部３１２が貫通する直径Ｒ_４の第二の貫通孔４０８と、座面４１０と、が設けられている。なお、第一の貫通孔４０６の直径Ｒ_３は、締結部材３００のネジ筐体部材３０２の直径ｒ_３よりも大きければよい。または、ワッシャ２２０を用いる場合は、ワッシャ２２０の外径ｒ_５よりも大きければよい。第二の貫通孔４０８の直径Ｒ_４は、締結部材３００のネジ部材３０４におけるネジ部３１２の断面直径よりも大きければよい。

締結部材３００を用いた締結において、締結部材３００は貫通孔を貫通し、ネジ部３１２がネジ穴４０４に螺合する。このとき、筐体下面３１４がワッシャ２２０を介して座面４１０に接し、筐体下面３１４がワッシャ２２０を介して座面４１０を押すことで、天板上部材１３２に対する天板１３０の締結を実現する。なお、天板上部材１３２と天板１３０との間には、任意のＯリング４１２が設けられていてもよい。

上記のようにして締結される天板１３０及び天板上部材１３２においては、真空引きや温調などの操作によって、例えば天板１３０が変形する場合がある。このような変形が生じる場合であっても、第１の実施形態にかかる静電チャック１２２の変形時と同様にして、ネジ筐体部材３０２がネジ部材３０４の頭部３１０を軸として回動することで変形による応力を分散することができ、応力の集中が緩和される。

ところで、第１の実施形態及び第２の実施形態に用いることのできる締結部材３００について、ネジ筐体部材３０２の直径ｒ_３及び高さを、従来締結部材２００の頭部２０２の直径及び高さと同様にし、ネジ部材３０４のネジ部３１２の直径及び長さを、従来締結部材２００のネジ部２０４の直径及び長さと同様に設けることで、締結部材３００及び従来締結部材２００の外径の寸法を同様とすることができる。これによって、従来締結部材２００を適用していたチャンバ部材について、従来締結部材２００をそのまま本実施形態にかかる締結部材３００に置き換えることが可能であり、チャンバ部材の貫通孔やネジ穴などの設計の変更を必要とせず、本実施形態にかかる締結部材３００を適用することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、本開示に係る締結部材３００を適用可能なチャンバ部材は、静電チャック１２２と基台１２０、天板１３０と天板上部材１３２のみに限定されない。例えば、チャンバの側壁を構成する部材同士や、基台１２０の内部の部材同士も含む。特に、本開示の締結部材３００は、温調により温度変化が生じ、それにより部材間で応力が発生するようなチャンバ部材同士の締結において好適な効果を発揮することできる。また、本開示に係る締結部材３００は、２つのチャンバ部材に対して適用されてもよく、３つ以上のチャンバ部材に対して適用されてもよい。

また、締結部材３００においてネジ部材３０４の頭部３１０は、全体が凸状球面を有することとしたが、ネジ部３１２側の半面が凸状球面を有する構成とすれば足り、上面側の半面は凸状球面でなくてもよい。すなわち、例えば、頭部３１０の少なくとも首部３２０側の面が凸状球面を有することで、ネジ筐体部材３０２の筐体内側面３３６の凹状球面と滑り合うことができ、応力を分散する効果を発揮することができる。

また、頭部３１０を凸状球面、筐体内側面３３６を凹状球面として互いに滑り合うことが可能な構成としたが、これに代えて、互いに滑り合うことが可能な球面以外の曲率を有する凸状滑り面を有する頭部３１０と、凹状滑り面を有する筐体内側面３３６と、を備えるように締結部材３００を構成してもよい。

また、本実施形態にかかる締結部材３００は、六角穴３１３を設けることで六角穴３１３に適合する締結用工具を用いて締結可能な構成としたが、これに限定されず、プラス溝やマイナス溝など、任意の形状の穴とそれに対応する締結用工具を適用して締結可能な構成としてもよい。

１プラズマ処理装置
１０プラズマ処理チャンバ
１２０基台
１２２静電チャック
３００締結部材
３０２ネジ筐体部材
３０４ネジ部材
３１０頭部
３１２ネジ部
３３０筐体空孔
３３６筐体内側面

Claims

プラズマ処理チャンバであって、
静電チャックと、前記静電チャックを支持する基台と、を含む複数のチャンバ部材と、
少なくとも前記静電チャックと前記基台を締結する締結部材と、を備え、
前記締結部材は、
頭部と、前記頭部から延び、前記複数のチャンバ部材のうち少なくとも１つが有するネジ穴と螺合するネジ部とを有するネジ部材と、
前記頭部を収容する空孔を有するネジ筐体部材と、を備え、
前記頭部の少なくとも前記ネジ部側の面は凸状滑り面を有し、
前記ネジ筐体部材の内側面は、前記頭部の凸状滑り面に適合する凹状滑り面を有し、
前記ネジ部材の凸状滑り面に沿って前記ネジ筐体部材の凹状滑り面が滑り合うことが可能である、プラズマ処理チャンバ。
前記締結部材により締結される前記複数のチャンバ部材どうしは、それぞれの熱容量が互いに異なる、請求項１に記載のプラズマ処理チャンバ。
前記締結部材は、前記静電チャックの外周部と前記基台の外周部を締結する、請求項１又は２に記載のプラズマ処理チャンバ。
前記複数のチャンバ部材は、天板と、前記天板を支持する天板上部材と、
前記天板と前記天板上部材を締結する、第２の締結部材を含み、
前記第２の締結部材は、
第２の頭部と、前記第２の頭部から延び、前記複数のチャンバ部材のうち少なくとも１つが有するネジ穴と螺合する第２のネジ部とを有する第２のネジ部材と、
前記第２の頭部を収容する空孔を有する第２のネジ筐体部材と、を備え、
前記第２の頭部の少なくとも前記第２のネジ部側の面は凸状滑り面を有し、
前記第２のネジ筐体部材の内側面は、前記第２の頭部の凸状滑り面に適合する凹状滑り面を有し、
前記第２のネジ部材の凸状滑り面に沿って前記第２のネジ筐体部材の凹状滑り面が滑り合うことが可能である、請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理チャンバ。
前記第２の締結部材は、前記天板の外周部と前記天板上部材の外周部を締結する、請求項４に記載のプラズマ処理チャンバ。
前記凸状滑り面は凸状球面であり、前記凹状滑り面は凹状球面である、請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理チャンバ。
前記締結部材が有する前記凸状滑り面、及び、前記第２の締結部材が有する前記凸状滑り面のそれぞれは凸状球面であり、前記締結部材が有する前記凹状滑り面、及び、前記第２の締結部材が有する前記凹状滑り面のそれぞれは凹状球面である、請求項４又は５に記載のプラズマ処理チャンバ。
プラズマ処理装置であって、チャンバを備え、
前記チャンバは、内部において静電チャックと、前記静電チャックを支持する基台と、を含む複数のチャンバ部材と、少なくとも前記静電チャックと前記基台を締結する締結部材と、を含み、
前記締結部材は、
頭部と、前記頭部から延び、前記複数のチャンバ部材のうち少なくとも１つが有するネジ穴と螺合するネジ部とを有するネジ部材と、
前記頭部を収容するネジ筐体部材と、を備え、
前記頭部の少なくとも前記ネジ部側の面は凸状滑り面を有し、
前記ネジ筐体部材の内側面は、前記頭部の凸状滑り面に適合する凹状滑り面を有し、
前記ネジ部材の凸状滑り面に沿って前記ネジ筐体部材の凹状滑り面が滑り合うことが可能である、プラズマ処理装置。