WO2025115685A1 - 基板処理装置、および連結アセンブリ - Google Patents

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WO2025115685A1
WO2025115685A1 PCT/JP2024/040864 JP2024040864W WO2025115685A1 WO 2025115685 A1 WO2025115685 A1 WO 2025115685A1 JP 2024040864 W JP2024040864 W JP 2024040864W WO 2025115685 A1 WO2025115685 A1 WO 2025115685A1
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WO
WIPO (PCT)
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processing apparatus
substrate processing
female screw
sliding
cooling plate
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Pending
Application number
PCT/JP2024/040864
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English (en)
French (fr)
Inventor
智也 加藤
健一 加藤
和也 松本
浩史 太田
均 ▲高▼▲瀬▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing apparatus and a connection assembly.
  • Patent Document 1 discloses a substrate processing apparatus (film formation apparatus) that performs plasma processing such as film formation on a substrate. This type of substrate processing apparatus is affected by the plasma during plasma processing, causing thermal expansion in members installed in the processing vessel.
  • connecting parts that connect these components are subjected to stress due to the difference in thermal expansion. For this reason, connecting parts that connect components with different thermal expansion coefficients are required to have a structure that can tolerate the difference in thermal expansion.
  • This disclosure provides technology that can stably connect multiple components with different thermal expansion coefficients.
  • a substrate processing apparatus for processing a substrate, comprising: a first member and a second member that are stacked on top of each other and have different thermal expansion coefficients; and a connecting assembly that extends parallel to the stacking direction of the first member and the second member and connects the first member and the second member, the connecting assembly having a sliding structure that is slidable in a direction perpendicular to the stacking direction upon thermal expansion of the first member and/or the second member.
  • multiple components with different thermal expansion coefficients can be stably connected together.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a plasma processing system having a substrate processing apparatus (plasma processing apparatus) according to an embodiment.
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the outer periphery of a showerhead having a connection assembly.
  • 3A is a first enlarged view of the connection assembly when the cooling plate is not thermally expanded
  • FIG 3B is a second enlarged view of the connection assembly when the cooling plate is thermally expanded.
  • FIG. 4 is a third enlarged view showing the connecting assembly in a state where the ceiling member has thermally expanded.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the outer periphery of a shower head having a connection assembly according to a modified example.
  • FIG. 6(A) is a first enlarged view showing a connection assembly according to a modified example when the cooling plate is not thermally expanded
  • Fig. 6(B) is a second enlarged view showing a connection assembly according to a modified example when the cooling plate is thermally expanded.
  • [Plasma Processing System] 1 is a diagram showing the overall configuration of a plasma processing system having a substrate processing apparatus (plasma processing apparatus 1) according to an embodiment of the present invention. First, an example of the configuration of the plasma processing system will be described with reference to FIG.
  • the plasma processing system includes a capacitively coupled plasma processing device 1, which is a substrate processing device, and a control unit 2.
  • the plasma processing device 1 includes a plasma processing chamber 10, a gas supply unit 20, a power supply 30, and an exhaust system 40.
  • the plasma processing device 1 also includes a substrate support unit 11 and a gas introduction unit.
  • the gas introduction unit is configured to introduce at least one processing gas into the plasma processing chamber 10.
  • the gas introduction unit includes a shower head 50.
  • the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing chamber 10.
  • the shower head 50 is disposed above the substrate support unit 11. In one embodiment, the shower head 50 constitutes at least a part of the ceiling of the plasma processing chamber 10.
  • the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space 10s defined by the shower head 50, the sidewall 10a of the plasma processing chamber 10, and the substrate support unit 11.
  • the plasma processing chamber 10 has at least one gas supply port for supplying at least one processing gas to the plasma processing space 10s and at least one gas exhaust port for exhausting gas from the plasma processing space.
  • the sidewall 10a is grounded.
  • the showerhead 50 and the substrate support 11 are electrically insulated from the plasma processing chamber 10 housing.
  • the substrate support 11 includes a main body 111 and a ring assembly 112.
  • the main body 111 has a central region (substrate support surface) 111a for supporting a substrate (wafer) W, and an annular region (ring support surface) 111b for supporting the ring assembly 112.
  • the annular region 111b of the main body 111 surrounds the central region 111a of the main body 111 in a planar view.
  • the substrate W is disposed on the central region 111a of the main body 111
  • the ring assembly 112 is disposed on the annular region 111b of the main body 111 so as to surround the substrate W on the central region 111a of the main body 111.
  • the main body 111 includes a base and an electrostatic chuck.
  • the base includes a conductive member.
  • the conductive member of the base functions as a lower electrode.
  • the electrostatic chuck is disposed on the base.
  • the upper surface of the electrostatic chuck has a substrate support surface 111a.
  • the ring assembly 112 includes one or more annular members. At least one of the one or more annular members is an edge ring.
  • the substrate support 11 may include a temperature adjustment module configured to adjust at least one of the electrostatic chuck, the ring assembly 112, and the substrate to a target temperature.
  • the temperature adjustment module may include a heater, a heat transfer medium, a flow path, or a combination thereof.
  • a heat transfer fluid such as brine or gas flows through the flow path.
  • the substrate support 11 may also include a heat transfer gas supply unit configured to supply a heat transfer gas between the back surface of the substrate W and the substrate support surface 111a.
  • the showerhead 50 is configured to introduce at least one processing gas from the gas supply unit 20 into the plasma processing space 10s.
  • the showerhead 50 has at least one gas supply port 50a, at least one gas diffusion chamber 50b, and multiple gas inlets 50c.
  • the processing gas supplied to the gas supply port 50a passes through the gas diffusion chamber 50b and is introduced into the plasma processing space 10s from the multiple gas inlets 50c.
  • the showerhead 50 also includes a conductive member.
  • the conductive member of the showerhead 50 functions as an upper electrode.
  • the shower head 50 has a layered structure in which multiple components are stacked.
  • the multiple components of the shower head 50 include a ceiling member (first member) 51 that forms the ceiling surface of the plasma processing space 10s, and a cooling plate (second member) 52 that is stacked on top of the ceiling member 51.
  • the ceiling member 51 is formed in a disk shape and has multiple gas inlets 50c along the surface direction (horizontal direction).
  • the ceiling member 51 according to the embodiment is configured as a conductive member (upper electrode) to which a source RF signal, a bias RF signal, etc. are supplied from a power source 30 described below.
  • the ceiling member 51 generates plasma from the processing gas in the plasma processing space 10s by the supplied source RF signal, bias RF signal, etc. For this reason, the ceiling member 51 is formed from a material having conductivity.
  • the material of the ceiling member 51 is not particularly limited, but examples include carbon (C: graphite, etc.), silicon (Si), silicon carbide (SiC), or a combination of these materials.
  • the cooling plate 52 is formed in a disk shape with a recess, and is laminated on the upper surface of the ceiling member 51 to form a gas diffusion chamber 50b at the boundary with the ceiling member 51.
  • the cooling plate 52 is also provided so as to be in close contact with the ceiling member 51, and has an internal cooling mechanism (not shown). As a result, heat from the ceiling member 51, which becomes hot due to the heat input from the plasma, is transferred to the cooling plate 52, thereby cooling the ceiling member 51.
  • the cooling mechanism of the cooling plate 52 has, for example, a spiral or annular coolant flow path (not shown) extending in the circumferential direction.
  • the cooling mechanism circulates the coolant by supplying and discharging a low-temperature coolant from a chiller unit provided outside the plasma processing chamber 10 to the coolant flow path of the cooling plate 52. Cooling water, Galden (registered trademark), or the like is used as the coolant.
  • the cooling plate 52 is preferably formed of a material with high thermal conductivity in order to cool the ceiling member 51.
  • the material of the cooling plate 52 is not particularly limited, but examples thereof include aluminum or aluminum alloys that have been anodized.
  • the gas introduction section of the plasma processing chamber 10 may include one or more side gas injectors (SGIs) attached to one or more openings formed in the side wall 10a.
  • SGIs side gas injectors
  • the gas supply 20 may include at least one gas source 21 and at least one flow controller 22.
  • the gas supply 20 is configured to supply at least one process gas from a respective gas source 21 through a respective flow controller 22 to the showerhead 50.
  • Each flow controller 22 may include, for example, a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller.
  • the gas supply 20 may include one or more flow modulation devices to modulate or pulse the flow rate of the at least one process gas.
  • the power supply 30 includes an RF power supply 31 coupled to the plasma processing chamber 10 via at least one impedance matching circuit.
  • the RF power supply 31 is configured to supply at least one RF signal (RF power), such as a source RF signal and a bias RF signal, to the conductive member of the substrate support 11 and/or the conductive member of the showerhead 50. This causes a plasma to be formed from at least one processing gas supplied to the plasma processing space 10s.
  • the RF power supply 31 can function as at least a part of a plasma generating unit configured to generate plasma from one or more processing gases in the plasma processing chamber 10.
  • a bias RF signal to the conductive member of the substrate support 11
  • a bias potential is generated on the substrate W, and ion components in the formed plasma can be attracted to the substrate W.
  • the RF power supply 31 includes a first RF generating unit 31a and a second RF generating unit 31b.
  • the first RF generating unit 31a is coupled to the conductive member of the substrate support 11 and/or the conductive member of the showerhead 50 via at least one impedance matching circuit and is configured to generate a source RF signal (source RF power) for plasma generation.
  • the source RF signal has a frequency in the range of 13 MHz to 150 MHz.
  • the first RF generating unit 31a may be configured to generate multiple source RF signals having different frequencies. The generated one or more source RF signals are supplied to the conductive member of the substrate support 11 and/or the conductive member of the showerhead 50.
  • the second RF generating unit 31b is coupled to the conductive member of the substrate support 11 via at least one impedance matching circuit and is configured to generate a bias RF signal (bias RF power).
  • the bias RF signal has a lower frequency than the source RF signal.
  • the bias RF signal has a frequency in the range of 400 kHz to 13.56 MHz.
  • the second RF generator 31b may be configured to generate multiple bias RF signals having different frequencies.
  • the generated bias RF signal or signals are provided to the conductive members of the substrate support 11. Also, in various embodiments, at least one of the source RF signal and the bias RF signal may be pulsed.
  • the power supply 30 may also include a DC power supply 32 coupled to the plasma processing chamber 10.
  • the DC power supply 32 includes a first DC generator 32a and a second DC generator 32b.
  • the first DC generator 32a is connected to a conductive member of the substrate support 11 and configured to generate a first DC signal.
  • the generated first bias DC signal is applied to the conductive member of the substrate support 11.
  • the first DC signal may be applied to another electrode, such as an electrode in an electrostatic chuck.
  • the second DC generator 32b is connected to a conductive member of the showerhead 50 and configured to generate a second DC signal.
  • the generated second DC signal is applied to the conductive member of the showerhead 50.
  • at least one of the first and second DC signals may be pulsed.
  • the first and second DC generating units 32a and 32b may be provided in addition to the RF power source 31, or the first DC generating unit 32a may be provided in place of the second RF generating unit 31b.
  • the exhaust system 40 may be connected to, for example, a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the plasma processing chamber 10.
  • the exhaust system 40 may include a pressure regulating valve and a vacuum pump. The pressure in the plasma processing space 10s is adjusted by the pressure regulating valve.
  • the vacuum pump may include a turbomolecular pump, a dry pump, or a combination thereof.
  • the control unit 2 processes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described in this disclosure.
  • the control unit 2 may be configured to control each element of the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described herein. In one embodiment, a part or all of the control unit 2 may be included in the plasma processing apparatus 1.
  • the control unit 2 may include, for example, a computer 2a.
  • the computer 2a may include, for example, a processing unit (CPU: Central Processing Unit) 2a1, a memory unit 2a2, and a communication interface 2a3.
  • the processing unit 2a1 may be configured to perform various control operations based on a program stored in the memory unit 2a2.
  • the memory unit 2a2 may include a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or a combination thereof.
  • the communication interface 2a3 may communicate with the plasma processing device 1 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the outer periphery of the showerhead 50 having the connection assembly 60.
  • the showerhead 50 of the plasma processing apparatus 1 is installed on the upper part of the plasma processing chamber 10 in a state in which the above-mentioned multiple members (ceiling member 51, cooling plate 52) are stacked.
  • the showerhead 50 includes multiple connection assemblies 60 that connect the ceiling member 51 and the cooling plate 52 to the outer periphery of the ceiling member 51 and the cooling plate 52.
  • the ceiling member 51 and the cooling plate 52 are formed from different materials as described above. Therefore, the thermal expansion coefficients of the ceiling member 51 and the cooling plate 52 are also different.
  • the connecting assembly 60 has a clamping function that clamps and connects the ceiling member 51 and the cooling plate 52 in the up-down direction (vertical direction).
  • the shower head 50 may be configured by stacking other members in addition to the ceiling member 51 and the cooling plate 52.
  • the connecting assembly 60 is not limited to one that clamps two members, but may be configured to clamp three or more members.
  • the ceiling member 51 of the shower head 50 has an attachment step 511 that can be hooked onto the connecting assembly 60 on the outer periphery radially outward of the discharge surface having the multiple gas inlets 50c.
  • the attachment step 511 of the ceiling member 51 is formed to be thinner than the thickness of the discharge surface portion, and has a circular ring shape that goes around the ceiling member 51.
  • the cooling plate 52 of the shower head 50 has a protruding outer periphery 521 that protrudes radially outward from the main body portion that contacts the ceiling member 51.
  • This protruding outer periphery 521 is formed in an annular shape and is located radially outward from the mounting step 511 of the ceiling member 51.
  • An accommodation hole 522 that accommodates a part (upper part) of the connecting assembly 60 is provided in an adjacent position on the radial outside of the protruding outer periphery 521 of the ceiling member 51.
  • the accommodation holes 522 are provided in a number corresponding to the number of connecting assemblies 60 to be installed, and are arranged at intervals in the circumferential direction of the protruding outer periphery 521.
  • the multiple connecting assemblies 60 have a portion that engages with the mounting step 511 of the ceiling member 51 and a portion that is inserted into the accommodation hole 522 and engages with the cooling plate 52, and clamp the ceiling member 51 and the cooling plate 52. Each connecting assembly 60 clamps the ceiling member 51 and the cooling plate 52 at multiple points around the circumference, thereby maintaining the ceiling member 51 and the cooling plate 52 in a sealed state.
  • the showerhead 50 may also have an O-ring (not shown) or the like at the boundary between the ceiling member 51 and the cooling plate 52 to hermetically seal both members.
  • Each connection assembly 60 includes a male screw member 61, a disc spring 62, an elastic receiving member 63, an upper sliding seat member 64, a locking member 65, a female screw member 66, a washer 67, a lower sliding seat member 68, a guide member 69, and a female screw holder 70.
  • the plasma processing chamber 10 also has a protective case 71 that covers the female screw holder 70, and an insulating member 72 that sandwiches the protective case 71 between the cooling plate 52.
  • the male screw member 61 is a member whose upper portion is accommodated in the accommodation hole 522 of the cooling plate 52, while its lower portion exposed from the accommodation hole 522 is inserted into the female screw member 66.
  • the male screw member 61 and the female screw member 66 extend parallel to the stacking direction of the ceiling member 51 and the cooling plate 52, and form a fastening structure 73 that screws together.
  • the connecting assembly 60 can adjust the clamping force on the ceiling member 51 and the cooling plate 52 by adjusting the axial length of the screwed male screw member 61 and the female screw member 66.
  • the male screw member 61 has a lower screw portion 611 having a thread 61a on its outer circumferential surface that screws into the female screw member 66, an intermediate rod portion 612 connected to the upper end of the lower screw portion 611, and a head portion 613 provided at the upper end of the intermediate rod portion 612.
  • the head portion 613 also includes a flange 614 that protrudes radially outward from the intermediate rod portion 612, a connecting member 615 provided at the axis of the intermediate rod portion 612, and a heat insulating member 616 connected to the connecting member 615.
  • the lower screw portion 611, the intermediate rod portion 612, and the flange 614 are integrally molded with each other.
  • the lower region of the lower screw portion 611 is inserted into the female screw hole 663 of the female screw member 66, and is directly screwed into the female screw member 66.
  • the intermediate rod portion 612 has a smooth outer peripheral surface, and the disc spring 62 is arranged around its side.
  • the flange 614 is formed in an annular shape in a plan view, and functions as a seat that receives the elastic force of the disc spring 62.
  • the connecting member 615 is housed in a T-shaped hole in a cross-sectional view formed at the axis of the intermediate rod portion 612, and protrudes slightly vertically upward from the intermediate rod portion 612.
  • the insulating member 616 covers the protruding connecting member 615 and is fixed to the connecting member 615, thereby suppressing the transfer of temperature from the cooling plate 52 to the male screw member 61.
  • the coned disc spring 62 is disposed between the flange 614 of the male screw member 61 and the elastic receiving member 63, and has the function of elastically receiving the load applied to both members (load parallel to the stacking direction).
  • the connecting assembly 60 has multiple (five) coned disc springs 62 stacked vertically, and can mitigate large loads applied in the vertical direction.
  • the coned disc spring 62 can move integrally with the male screw member 61 by contacting the outer circumferential surface of the intermediate rod portion 612 of the male screw member 61.
  • the elastic receiving member 63 is a cylindrical member arranged around the male screw member 61, with one end of the disc spring 62 in contact with its upper end surface.
  • the outer circumferential surface of the elastic receiving member 63 is formed with an outer diameter slightly larger than the outer diameter of the flange 614 of the male screw member 61 and the outer diameter of the disc spring 62.
  • the elastic receiving member 63 is formed with an outer diameter in the range of about 2/3 to 9/10 of the inner diameter of the accommodation hole 522. This creates an appropriate gap C1 between the outer circumferential surface of the elastic receiving member 63 and the inner circumferential surface of the accommodation hole 522 (see FIG. 3A).
  • the gap C1 allows the male screw member 61, the disc spring 62, and the elastic receiving member 63 to slide horizontally (in a direction perpendicular to the stacking direction of the ceiling member 51 and the cooling plate 52).
  • the lower end surface of the elastic receiving member 63 is a flat (smooth) sliding surface 631 that extends horizontally and is in contact with the upper sliding seat member 64.
  • the sliding surface 631 allows the elastic receiving member 63 to slide relative to the upper sliding seat member 64.
  • the upper sliding seat member 64 is formed in a circular ring shape with its underside supported by the locking member 65, and is a member that supports the above-mentioned elastic receiving member 63 so that it can move relative to the elastic receiving member 63.
  • the connecting assembly 60 by using the elastic receiving member 63 and the upper sliding seat member 64, forms a sliding structure 74 that can slide in the horizontal direction perpendicular to the stacking direction.
  • the outer diameter of the upper sliding seat member 64 roughly matches the inner diameter of the accommodation hole 522. As a result, the upper sliding seat member 64 maintains a state in which horizontal sliding within the accommodation hole 522 is restricted.
  • the upper surface of the upper sliding seat member 64 is a flat (smooth) sliding surface 641 extending horizontally.
  • the sliding structure 74 is not limited to the sliding surface 631 of the elastic receiving member 63 and the sliding surface 641 of the upper sliding seat member 64 described above, and can have various configurations.
  • the sliding structure 74 may be a sliding bearing applied to either the elastic receiving member 63 or the upper sliding seat member 64, the sliding bearing having multiple rolling elements that are in contact with the sliding surface of the other and can roll.
  • the locking member 65 is formed in a circular ring shape in a plan view, and is fitted into an engagement groove formed on the inner circumferential surface of the accommodation hole 522.
  • This locking member 65 is fixed in an undetachable manner to the cooling plate 52, and is therefore able to stably support the upper sliding seat member 64.
  • the male screw member 61, disc spring 62, elastic receiving member 63, and upper sliding seat member 64 are prevented from falling out of the accommodation hole 522 by the locking member 65, and it is also possible to elastically support the male screw member 61 along the vertical direction.
  • the female screw member 66 is a member that screws into the male screw member 61 in the connecting assembly 60, and is formed to be thicker than the male screw member 61.
  • This female screw member 66 has a female screw body 661 that extends vertically, and a flange head 662 that is connected to the lower end of the female screw body 661.
  • the female screw body 661 and the flange head 662 are molded integrally with each other.
  • the female screw body 661 extends linearly in the vertical direction and is longer than the lower screw engagement portion 611 of the male screw member 61.
  • An opening for a female screw hole 663 is provided at the upper end of the female screw body 661.
  • the female screw hole 663 is formed vertically downward from the opening to a predetermined depth, and its inner peripheral surface is formed with a screw groove (not shown) into which the thread 61a of the male screw member 61 can be screwed.
  • a rotation hole portion 664 is provided at the lower end surface of the female screw body 661 for inserting a wrench (such as a hexagonal wrench) (not shown) to rotate the female screw member 66 (see FIG. 3(A)).
  • the flange head 662 protrudes a short distance radially outward from the lower end of the female screw body 661.
  • a washer 67 is layered on the upper surface of this flange head 662.
  • the washer 67 is formed in an annular shape, is supported by the flange head 662, and protrudes radially outward beyond the outer circumferential surface of the flange head 662.
  • the lower sliding seat member 68 is formed in an annular shape, supported by a washer 67, and fitted onto the outer circumferential surface of the female screw body 661.
  • the inner diameter of the lower sliding seat member 68 roughly matches the outer diameter of the female screw body 661. This allows the lower sliding seat member 68 to move integrally with the female screw member 66.
  • the lower sliding seat member 68 like the upper sliding seat member 64, slidably supports the guide member 69 that is stacked on its upper surface.
  • the upper surface of the lower sliding seat member 68 is a flat (smooth) sliding surface 681 extending horizontally.
  • the sliding structure 74 of the lower sliding seat member 68 and the guide member 69 is not limited to this, and for example, a sliding bearing having multiple rolling elements may be applied to either the lower sliding seat member 68 or the guide member 69.
  • the guide member 69 is supported by the lower sliding seat member 68 and is fitted to the outer circumferential surface of the female screw body 661.
  • the inner diameter of the guide member 69 is larger than the outer diameter of the female screw body 661, and a gap C2 is created between the inner circumferential surface of the guide member 69 and the outer circumferential surface of the female screw body 661. This gap C2 allows the female screw holder 70 to slide horizontally relative to the female screw body 661.
  • the guide member 69 is formed in a D-shape in a plan view, and is inserted into the through-hole 703 (lower hole 703b) of the female screw holder 70, which is also formed in a D-shape (see also FIG. 3(A)). This allows the guide member 69 to align the female screw holder 70 in a fixed direction.
  • the female screw holder 70 is arranged to face the accommodation hole 522 of the cooling plate 52, and is configured as a square tube-shaped member that covers the side periphery of the female screw member 66 and hooks onto the mounting step 511 of the ceiling member 51.
  • the female screw holder 70 has a holder portion 701 that extends vertically to a length approximately equal to that of the female screw member 66, and an engagement protrusion 702 that protrudes from the lower side of the holder portion 701 toward the ceiling member 51.
  • a through hole 703 for placing the female screw member 66 is formed inside the holder portion 701.
  • the through hole 703 includes an upper hole 703a in which the female screw body 661 is placed at the top, and a lower hole 703b in which the flange head 662, washer 67, lower sliding seat member 68, and guide member 69 are placed below the upper hole 703a.
  • the inner diameter of the upper hole 703a is formed larger than the outer diameter of the female screw body 661 of the female screw member 66, forming a gap C2.
  • the lower hole 703b is formed in a D-shape and houses the guide member 69.
  • the engaging protrusion 702 protrudes toward the ceiling member 51, and its upper surface contacts the mounting step 511 of the ceiling member 51.
  • the connecting assembly 60 adjusts the axial length of the male screw member 61 and the female screw member 66 by screwing them together, so that the engaging protrusion 702 comes into contact with the mounting step 511 and can clamp the ceiling member 51.
  • the connecting assembly 60 sandwiches the ceiling member 51 and the cooling plate 52 between the locking member 65 connected to the cooling plate 52 and the female screw holder 70 that engages with the ceiling member 51.
  • the protective case 71 also extends from the sidewall 10a of the plasma processing chamber 10 to the ceiling member 51 of the shower head 50, covering the above-mentioned connection assembly 60 and preventing the connection assembly 60 from being exposed to the plasma processing space 10s.
  • the insulating member 72 is provided between the sidewall 10a of the plasma processing chamber 10 and the shower head 50 (including the connecting assembly 60), thereby insulating the ceiling member 51, which functions as an upper electrode, from the sidewall 10a. This allows the plasma processing apparatus 1 to stably generate plasma in the plasma processing space 10s based on a signal supplied from the power source 30 to the ceiling member 51.
  • the plasma processing apparatus 1 is basically configured as described above, and its operation will be described below.
  • the plasma processing apparatus 1 supplies processing gas to the plasma processing space 10s of the plasma processing chamber 10 through the shower head 50.
  • the plasma processing apparatus 1 also supplies a source RF signal or a bias RF signal from the power supply 30 to the shower head 50 to generate plasma in the plasma processing space 10s.
  • the shower head 50 receives heat from the plasma generated in the plasma processing space 10s.
  • the ceiling member 51 and the cooling plate 52 of the shower head 50 are made of materials with different thermal expansion coefficients. Therefore, a difference in thermal expansion occurs between the ceiling member 51 and the cooling plate 52 when the heat of the plasma is input.
  • the plasma processing apparatus 1 uses a connection assembly 60 to connect the ceiling member 51 and the cooling plate 52, as described above.
  • Fig. 3(A) is a first enlarged view showing the connecting assembly 60 when the cooling plate 52 is not thermally expanded.
  • Fig. 3(B) is a second enlarged view showing the connecting assembly 60 when the cooling plate 52 is thermally expanded.
  • Fig. 4 is a third enlarged view showing the connecting assembly 60 when the ceiling member 51 is thermally expanded.
  • the middle view shows a cross-sectional view along line A-A in the upper view, and the lower view shows a view in the direction of arrow B in the upper view.
  • the connecting assembly 60 forms a gap C1 between the inner circumferential surface of the accommodation hole 522 of the cooling plate 52 and the male screw member 61, the disc spring 62, and the elastic receiving member 63.
  • This gap C1 allows the connecting assembly 60 to allow relative movement of the male screw member 61, the disc spring 62, the elastic receiving member 63, etc. with respect to the upper sliding seat member 64 (and the locking member 65).
  • the connecting assembly 60 forms a gap C2 between the female screw member 66, washer 67, and lower sliding seat member 68 and the guide member 69 and the inner circumferential surface of the through hole 703 of the female screw holder 70.
  • This gap C2 allows the connecting assembly 60 to move the guide member 69 and the female screw holder 70 relative to the lower sliding seat member 68.
  • the male screw member 61 and the female screw member 66 are screwed together to firmly clamp the ceiling member 51 and the cooling plate 52.
  • the male screw member 61 accommodated in the accommodation hole 522 is hooked onto the cooling plate 52 via the flange 614, the disc spring 62, the elastic receiving member 63, the upper sliding seat member 64, and the locking member 65.
  • the connecting assembly 60 applies a force that pushes the cooling plate 52 downward in the vertical direction.
  • the female screw member 66 is hooked onto the mounting step portion 511 of the ceiling member 51 via the flange head 662, the washer 67, the lower sliding seat member 68, the guide member 69, and the female screw holder 70.
  • the connecting assembly 60 applies a force that pushes the ceiling member 51 upward in the vertical direction. Therefore, the connection assembly 60 can firmly clamp the ceiling member 51 and the cooling plate 52, bringing the two members into close contact. Even if the plasma in the plasma processing space 10s inputs heat to the ceiling member 51 during plasma processing, the shower head 50 can smoothly dissipate the heat from the ceiling member 51 to the cooling plate 52.
  • the elastic receiving member 63 which is in contact with the sliding surface 641 of the upper sliding seat member 64 via the sliding surface 631, does not follow the sliding of the upper sliding seat member 64 because the sliding surfaces 631, 641 slide horizontally against each other. This causes the upper sliding seat member 64 to slide relative to the elastic receiving member 63. As a result, the connecting assembly 60 moves the locking member 65 and the upper sliding seat member 64 horizontally outward in response to thermal expansion of the cooling plate 52, while maintaining the positions of the elastic receiving member 63, disc spring 62, male screw member 61, etc. Therefore, the inside of the gap C1 (towards the center of the cooling plate 52) becomes smaller.
  • the male screw member 61 is not displaced even by the thermal expansion of the cooling plate 52, and can maintain good screw engagement with the female screw member 66.
  • the connecting assembly 60 can prevent the stress of the thermal expansion of the cooling plate 52 from being applied to the fastening structure 73, making it possible to avoid damage to the connecting assembly 60, the ceiling member 51, or the cooling plate 52, etc.
  • the ceiling member 51 thermally expands relative to the cooling plate 52.
  • the ceiling member 51 may thermally expand.
  • the mounting step portion 511 also moves radially outward.
  • the female screw holder 70 engaged with the mounting step portion 511 also slides horizontally (radially outward from the ceiling member 51).
  • the guide member 69 of the female screw holder 70 moves relative to the lower sliding seat member 68 because the sliding surface 691 contacts the sliding surface 681 of the lower sliding seat member 68.
  • the female screw member 66, washer 67, and lower sliding seat member 68 do not follow the sliding of the female screw holder 70 or guide member 69.
  • the connecting assembly 60 can accommodate the thermal expansion of the ceiling member 51 while reducing the inside of the gap C2 (the side toward the center of the ceiling member 51).
  • the female screw member 66 is not displaced even by the thermal expansion of the ceiling member 51, and can maintain good screw engagement with the male screw member 61.
  • the connecting assembly 60 can prevent the stress of the thermal expansion of the ceiling member 51 from being applied to the fastening structure 73, and can avoid damage to the connecting assembly 60, the ceiling member 51, or the cooling plate 52, etc.
  • the connecting assembly 60 has a sliding structure 74, which allows it to stably connect components with different thermal expansion coefficients. Furthermore, the connecting assembly 60 has sliding structures 74 at multiple locations (locations corresponding to the male threaded member 61 and locations corresponding to the female threaded member 66), which allows it to appropriately accommodate thermal expansion depending on the location of the component with large thermal expansion. Furthermore, the multiple sliding structures 74 can accommodate thermal expansion even when there is a large difference in thermal expansion.
  • the connecting assembly 60 can firmly attach the ceiling member 51 and the cooling plate 52 by adjusting the axial length of the screwed male screw member 61 and the female screw member 66. Furthermore, the connecting assembly 60 has a sliding structure 74 outside the outer circumferential surface of the fastening structure 73 (male screw member 61, female screw member 66), so that the sliding structure 74 can slide appropriately while maintaining the screwed fastening structure 73.
  • the sliding structure 74 is disposed adjacent to the female screw member 66, so that it can easily absorb the shear force applied to the female screw member 66 during thermal expansion.
  • the sliding structure 74 is disposed adjacent to the male screw member 61, so that it can easily absorb the shear force applied to the male screw member 61 during thermal expansion.
  • the sliding structure 74 has two sliding surfaces 631, 641 (or sliding surfaces 681, 691) in contact with each other, and thus can perform sliding in a direction perpendicular to the stacking direction with a simple configuration. Alternatively, when a member having a rolling body that contacts the sliding surface is used, the sliding structure 74 can perform even smoother sliding.
  • connection assembly 60 connects the ceiling member 51 and the cooling plate 52 of the shower head 50.
  • the connection assembly 60 may connect other members in the plasma processing chamber 10.
  • the other members include the substrate support 11, a baffle plate attached to the plasma processing chamber 10, a shielding member, etc.
  • the connection assembly 60 may be used as a connection part that connects the plasma processing chambers 10.
  • the connection assembly 60 may be applied to a substrate processing apparatus that performs a heat treatment without performing a plasma treatment.
  • connection assembly 60 the male thread member 61 is disposed on the cooling plate 52 side, and the female thread member 66 is disposed on the ceiling member 51 side.
  • this arrangement may be reversed.
  • the connecting assembly 60 is configured to engage the engaging protrusion 702 of the female screw holder 70 with the mounting step 511 of the ceiling member 51.
  • the ceiling member 51 has a hole with a similar configuration to the through hole 703 described above, the ceiling member 51 can be fastened with the female screw member 66 without using the female screw holder 70.
  • a washer 67, a lower sliding seat member 68, a guide member 69, etc. may be interposed between the female screw member 66 and the ceiling member 51.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the outer periphery of the shower head 50 having the connection assembly 60A according to the modified example.
  • Fig. 6(A) is a first enlarged view showing the connection assembly 60A according to the modified example in a state in which the cooling plate 52 is not thermally expanded.
  • Fig. 6(B) is a second enlarged view showing the connection assembly 60A according to the modified example in a state in which the cooling plate 52 is thermally expanded.
  • the lower diagrams of Figs. 6(A) and 6(B) show views in the direction of the arrow B in the upper diagrams.
  • the modified connecting assembly 60A differs from the connecting assembly 60 in that it has a sliding structure 74 adjacent to the female threaded member 66 (between the female threaded member 66 and the female threaded holder 70), but does not have a sliding structure 74 adjacent to the male threaded member 61.
  • connection assembly 60A includes a male screw member 61, a disc spring 62, an elastic receiving member 63, a locking member 65, a female screw member 66, a washer 67, a lower sliding seat member 68, a guide member 69, and a female screw holder 70.
  • the female screw member 66 is inserted into the elastic receiving member 63 while being screwed into the male screw member 61 and placed in the receiving hole 522.
  • the male screw member 61 has a lower screw-in portion 611, an intermediate rod portion 612, and a head portion 613.
  • the disc spring 62 has one end in contact with the head portion 613, which protrudes radially outward, and is fitted to the outer circumferential surface of the intermediate rod portion 612.
  • the elastic receiving member 63 is formed in a cylindrical shape extending along the vertical direction, and is supported by a locking member 65 fitted into the accommodation hole 522 at its vertically lower side.
  • the elastic receiving member 63 has a hole portion 63h into which the female screw member 66 can be inserted from the vertically lower side.
  • the outer diameter of the elastic receiving member 63 is approximately the same as the inner diameter of the accommodation hole 522, and is configured so that there is no gap C1 (see Figure 3 (A)) between it and the cooling plate 52.
  • the elastic receiving member 63 and the female screw member 66 also move horizontally in response to the thermal expansion.
  • the female screw member 66 has a female screw body 661 and a flange head 662, and the upper end of the female screw body 661 is inserted into the elastic receiving member 63 and accommodated in the accommodation hole 522.
  • the washer 67 is supported by the flange head 662 of this female screw member 66.
  • the lower sliding seat member 68 is formed in an annular shape and has a sliding surface 681 on its upper surface.
  • the guide member 69 has a sliding surface 691 on its lower surface that contacts the lower sliding seat member 68.
  • the connecting assembly 60A forms a single sliding structure 74 by the lower sliding seat member 68 and the guide member 69.
  • the guide member 69 is fixed to the female screw holder 70.
  • the female screw holder 70 has a holder portion 701 and an engaging protrusion 702, and the engaging protrusion 702 engages with the mounting step portion 511 of the ceiling member 51.
  • the through hole 703 of the female screw holder 70 has an upper hole 703a and a lower hole 703b, and forms a gap C2 between the female screw member 66. Furthermore, the lower hole 703b of the through hole 703 is formed as an elongated hole that moves the flange head 662 of the female screw member 66 in one direction.
  • the modified connecting assembly 60 is basically formed as described above, and its function will be explained below.
  • the connecting assembly 60A firmly clamps the ceiling member 51 and the cooling plate 52 by screwing together the male screw member 61 and the female screw member 66.
  • the male screw member 61 is hooked onto the cooling plate 52 via the flange 614, the disc spring 62, the elastic receiving member 63, and the locking member 65, thereby pushing the cooling plate 52 downward in the vertical direction.
  • the female screw member 66 is hooked onto the flange head 662, the washer 67, the lower sliding seat member 68, the guide member 69, and the female screw holder 70 at the protruding outer periphery 521, thereby pushing the ceiling member 51 upward in the vertical direction. Therefore, the connecting assembly 60A makes it possible to bring the ceiling member 51 and the cooling plate 52 into close contact with each other.
  • the connecting assembly 60A forms a gap C2 between the outer peripheral surface of the female screw member 66 (female screw body 661, flange head 662) and the inner peripheral surface of the through hole 703 of the guide member 69 and the female screw holder 70.
  • the horizontal sliding of the female screw member 66 also causes the washer 67 and the lower sliding seat member 68 to slide.
  • the guide member 69 which is in contact with the sliding surface 681 of the lower sliding seat member 68 via the sliding surface 691, does not follow the sliding of the lower sliding seat member 68. This causes the lower sliding seat member 68 to move relative to the guide member 69.
  • the connecting assembly 60A can accommodate the thermal expansion of the cooling plate 52 while reducing the outer side of the gap C2 (the side away from the cooling plate 52).
  • the female screw member 66 can be maintained in a state where it is not displaced even by the thermal expansion of the cooling plate 52. This prevents the stress of the thermal expansion of the cooling plate 52 from being exerted on the fastening structure 73, and prevents damage to the connecting assembly 60A, the ceiling member 51, or the cooling plate 52.
  • the modified connecting assembly 60A can also effectively connect two components with different thermal expansion coefficients, and can tolerate the difference in thermal expansion of multiple components.
  • the connecting assembly 60A with a single sliding structure 74, the structure can be further simplified, making it possible to reduce manufacturing costs.
  • the connection assembly has a sliding structure that is slidable in a direction perpendicular to the stacking direction when the first member and/or the second member undergo thermal expansion.
  • Substrate processing equipment [Appendix 2]
  • the connection assembly has a male screw member and a female screw member that extend in the stacking direction and screw together, a clamping force for the first member and the second member is adjusted by adjusting an axial length of the male screw member and the female screw member in the screwed engagement; 2.
  • the substrate processing apparatus of claim 1 [Appendix 3] The sliding structure is provided outside the outer circumferential surface of the male thread member and the outer circumferential surface of the female thread member. 3. The substrate processing apparatus of claim 2. [Appendix 4] The sliding structure is disposed adjacent to the female screw member. 4. The substrate processing apparatus according to claim 2 or 3. [Appendix 5] The sliding structure is disposed adjacent to the male screw member exposed from the female screw member. 5. The substrate processing apparatus according to claim 2 . [Appendix 6] The connecting assembly has a plurality of the sliding structures along the stacking direction. 6. The substrate processing apparatus according to claim 1 .
  • the sliding structure has sliding surfaces of two members each having a sliding surface extending in a direction perpendicular to the stacking direction, the sliding surfaces being in contact with each other. 7.
  • the substrate processing apparatus according to claim 1 [Appendix 8]
  • the sliding structure is configured to contact a member having a sliding surface extending in a direction perpendicular to the stacking direction with a member having a rolling element in contact with the sliding surface. 8.
  • the first member and the second member are provided in a plasma processing chamber having a plasma processing space therein for generating plasma. 9. The substrate processing apparatus according to claim 1 .
  • the first member and the second member constitute a showerhead that discharges a processing gas inside the plasma processing chamber and receives power for generating the plasma; 10.
  • the first member is a ceiling member having a plurality of gas inlets through which the processing gas is introduced into the plasma processing space,
  • the second member is a cooling plate that is provided vertically above the first member and dissipates heat from the ceiling member. 11.
  • connection assembly for connecting a first member and a second member provided in a substrate processing apparatus for processing a substrate, the connection assembly comprising: the first member and the second member are laminated on each other and have different thermal expansion coefficients;
  • the connection assembly includes: a sliding structure extending parallel to a stacking direction of the first member and the second member and capable of sliding in a direction perpendicular to the stacking direction when the first member and/or the second member is thermally expanded; Linkage assembly.
  • the substrate processing apparatus and connection assemblies 60, 60A are illustrative in all respects and not restrictive.
  • the embodiments may be modified and improved in various ways without departing from the spirit and scope of the appended claims.
  • the matters described in the above embodiments may be configured in other ways as long as they are not inconsistent, and may be combined as long as they are not inconsistent.
  • the substrate processing apparatus disclosed herein can be applied to any type of apparatus, including Atomic Layer Deposition (ALD) apparatus, Capacitively Coupled Plasma (CCP), Inductively Coupled Plasma (ICP), Radial Line Slot Antenna (RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma (ECR), and Helicon Wave Plasma (HWP).
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • RLSA Radial Line Slot Antenna
  • ECR Electron Cyclotron Resonance Plasma
  • HWP Helicon Wave Plasma

Landscapes

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Abstract

基板処理装置は、基板を処理する。基板処理装置は、相互に積層され、かつ相互に異なる熱膨張係数を有する第１部材および第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の積層方向に平行して延在し、前記第１部材と前記第２部材を連結する連結アセンブリと、を備える。前記連結アセンブリは、前記第１部材および／または前記第２部材の熱膨張時に、前記積層方向と直交する方向にスライド可能なすべり構造を有する。

Description

基板処理装置、および連結アセンブリ
　本開示は、基板処理装置、および連結アセンブリに関する。
　特許文献１には、成膜等のプラズマ処理を基板に施す基板処理装置（成膜装置）が開示されている。この種の基板処理装置は、プラズマ処理時のプラズマの影響を受けることで、処理容器に設けられる部材に熱膨張が生じる。
　複数の部材同士の間で熱膨張係数が異なる場合、これらの部材を連結している連結部は、熱膨張の差に伴う応力を受けることになる。このため、熱膨張係数が異なる部材同士を連結する連結部には、熱膨張の差を許容し得る構造が要望されている。
特開２０２０‐１７６９７号公報
　本開示は、熱膨張係数が異なる複数の部材同士を安定して連結できる技術を提供する。
　本開示の一態様によれば、基板を処理する基板処理装置であって、相互に積層され、かつ相互に異なる熱膨張係数を有する第１部材および第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の積層方向に平行して延在し、前記第１部材と前記第２部材を連結する連結アセンブリと、を備え、前記連結アセンブリは、前記第１部材および／または前記第２部材の熱膨張時に、前記積層方向と直交する方向にスライド可能なすべり構造を有する、基板処理装置が提供される。
　一態様によれば、熱膨張係数が異なる複数の部材同士を安定して連結できる。
実施形態に係る基板処理装置（プラズマ処理装置）を有するプラズマ処理システムの全体構成を示す図である。 連結アセンブリを有するシャワーヘッドの外周部付近を拡大して示す断面図である。 図３（Ａ）は、クーリングプレートが熱膨張していない状態の連結アセンブリを示す第１拡大図である。図３（Ｂ）は、クーリングプレートが熱膨張した状態の連結アセンブリを示す第２拡大図である。 天井部材が熱膨張した状態の連結アセンブリを示す第３拡大図である。 変形例に係る連結アセンブリを有するシャワーヘッドの外周部付近を拡大して示す断面図である。 図６（Ａ）は、クーリングプレートが熱膨張していない状態の変形例に係る連結アセンブリを示す第１拡大図である。図６（Ｂ）は、クーリングプレートが熱膨張した状態の変形例に係る連結アセンブリを示す第２拡大図である。
　以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理システム］
　図１は、実施形態に係る基板処理装置（プラズマ処理装置１）を有するプラズマ処理システムの全体構成を示す図である。まず図１を参照しながら、プラズマ処理システムの構成例について説明する。
　プラズマ処理システムは、基板処理装置である容量結合型のプラズマ処理装置１および制御部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、ガス供給部２０、電源３０および排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１およ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５０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５０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５０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５０、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａおよび基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。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１０ｓ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。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド５０および基板支持部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およ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、基台および静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１または複数の環状部材を含む。１また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、リングアセンブリ１１２およ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、また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５０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５０は、少なくとも１つのガス供給口５０ａ、少なくとも１つのガス拡散室５０ｂ、および複数のガス導入口５０ｃを有する。ガス供給口５０ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室５０ｂを通過して複数のガス導入口５０ｃ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５０は、導電性部材を含む。シャワーヘッド５０の導電性部材は上部電極として機能する。
　実施形態に係るシャワーヘッド５０は、複数の部材を積層した積層構造を呈している。シャワーヘッド５０の複数の部材としては、プラズマ処理空間１０ｓの天井面を形成する天井部材（第１部材）５１、および天井部材５１の上部に積層されるクーリングプレート（第２部材）５２があげられる。
　天井部材５１は、円盤状に形成され、面方向（水平方向）に沿って複数のガス導入口５０ｃを有する。また、実施形態に係る天井部材５１は、後記の電源３０からソースＲＦ信号、バイアスＲＦ信号等が供給される導電性部材（上部電極）に構成される。天井部材５１は、供給されるソースＲＦ信号、バイアスＲＦ信号等によって、プラズマ処理空間１０ｓの処理ガスからプラズマを生成する。このため、天井部材５１は、導電性を有する材料により形成される。この天井部材５１の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、炭素（Ｃ：グラファイト等）、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、またはこれらの材料を組み合わせたもの等があげられる。
　一方、クーリングプレート５２は、窪みを有する円盤状に形成され、天井部材５１の上面に積層されることで、天井部材５１との境界部にガス拡散室５０ｂを形成する。また、クーリングプレート５２は、天井部材５１と密着するように設けられると共に、図示しない冷却機構を内部に有する。これにより、クーリングプレート５２には、プラズマの入熱により高温となる天井部材５１の熱が伝達され、天井部材５１を冷却できる。
　クーリングプレート５２の冷却機構は、例えば、円周方向に延びる渦巻き状または環状の冷媒流路（不図示）を有する。冷却機構は、プラズマ処理チャンバ１０の外部に設けられたチラーユニットから低温の冷媒を、クーリングプレート５２の冷媒流路に供給および排出して冷媒を循環させる。この冷媒としては、冷却水やガルデン（登録商標）等が用いられる。クーリングプレート５２は、天井部材５１を冷却するために、熱伝導率が高い材料により形成されることが好ましい。このクーリングプレート５２の材料は、特に限定されないが、例えば、陽極酸化処理がされたアルミニウムやアルミニウム合金等があげられる。なお、プラズマ処理チャンバ１０のガス導入部は、シャワーヘッド５０に加えて、側壁１０ａに形成された１または複数の開口部に取り付けられる１または複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ　Ｇａｓ　Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
　ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１および少なくとも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５０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また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またはパルス化する１またはそれ以上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信号およびバイアス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の導電性部材および／またはシャワーヘッド５０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、プラズマ処理チャンバ１０において１またはそれ以上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生成部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および第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の導電性部材および／またはシャワーヘッド５０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または複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材および／またはシャワーヘッド５０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または複数のバイアス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信号およびバイアス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および第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のバイアス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５０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５０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および第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１および第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、圧力調整弁およ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、ドライポンプまたはこれらの組み合わせを含んでもよい。
　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の一部また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：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、およ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（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）、また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（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）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。
［シャワーヘッド５０および連結アセンブリ６０の構成］
　図２は、連結アセンブリ６０を有するシャワーヘッド５０の外周部付近を拡大して示す断面図である。図２に示すように、プラズマ処理装置１シャワーヘッド５０は、上記した複数の部材（天井部材５１、クーリングプレート５２）を積層した状態として、プラズマ処理チャンバ１０の上部に設置する。このため、シャワーヘッド５０は、天井部材５１およびクーリングプレート５２の外周部に、天井部材５１およびクーリングプレート５２を連結する複数の連結アセンブリ６０を備える。
　天井部材５１とクーリングプレート５２は、上記したように相互に異なる材料により形成されている。このため、天井部材５１の熱膨張係数とクーリングプレート５２の熱膨張係数も相互に異なっている。連結アセンブリ６０は、これら天井部材５１およびクーリングプレート５２を上下方向（鉛直方向）に挟み込んで連結するクランプ機能を有する。なお、シャワーヘッド５０は、天井部材５１およびクーリングプレート５２の他に、別の部材を積層して構成されてもよい。このシャワーヘッド５０に応じて、連結アセンブリ６０も、２つの部材を挟み込むものに限らず、３つ以上の部材を挟み込む構成としてもよい。
　具体的には、シャワーヘッド５０の天井部材５１は、複数のガス導入口５０ｃを有する吐出面よりも径方向外側の外周部に、連結アセンブリ６０に引っ掛かり可能な取付用段差部５１１を有する。天井部材５１の取付用段差部５１１は、吐出面部分の肉厚よりも薄く形成され、また天井部材５１を周回する円環状を呈している。
　一方、シャワーヘッド５０のクーリングプレート５２は、天井部材５１に接触する本体部分から径方向外側に突出する突出外周部５２１を有する。この突出外周部５２１は、円環状に形成され、天井部材５１の取付用段差部５１１よりも径方向外側に位置している。突出外周部５２１における天井部材５１の径方向外側の隣接位置には、連結アセンブリ６０の一部（上部）を収容する収容穴５２２が設けられている。収容穴５２２は、連結アセンブリ６０の設置数に対応する数だけ設けられ、突出外周部５２１の周方向に間隔をあけて配置されている。
　複数の連結アセンブリ６０は、天井部材５１の取付用段差部５１１に係合する部分と、収容穴５２２に挿入されてクーリングプレート５２に係合する部分と、を備えており、天井部材５１およびクーリングプレート５２をクランプする。各連結アセンブリ６０は、天井部材５１およびクーリングプレート５２の周方向の複数箇所をクランプすることで、天井部材５１およびクーリングプレート５２の密閉状態を維持する。なお、シャワーヘッド５０は、天井部材５１とクーリングプレート５２の境界に、両部材を気密にシールするＯリング（不図示）等を備えてもよい。
　各連結アセンブリ６０は、雄ネジ部材６１、皿ばね６２、弾性受部材６３、上側すべり座部材６４、係止部材６５、雌ネジ部材６６、ワッシャ６７、下側すべり座部材６８、ガイド部材６９および雌ネジホルダ７０を含む。また、プラズマ処理チャンバ１０は、雌ネジホルダ７０を覆う保護ケース７１と、クーリングプレート５２との間で保護ケース７１を挟み込む絶縁部材７２を有している。
　雄ネジ部材６１は、クーリングプレート５２の収容穴５２２にその上部が収容される一方で、収容穴５２２から露出している下部が雌ネジ部材６６に挿入される部材である。雄ネジ部材６１と雌ネジ部材６６は、天井部材５１およびクーリングプレート５２の積層方向に平行して延在すると共に、相互に螺合する締結構造７３を構成している。連結アセンブリ６０は、雄ネジ部材６１および雌ネジ部材６６の螺合における軸方向の長さを調整することで、天井部材５１およびクーリングプレート５２に対するクランプ力を調整できる。
　詳細には、雄ネジ部材６１は、雌ネジ部材６６に螺合されるネジ山６１ａを外周面に有する下側螺合部６１１と、下側螺合部６１１の上端に連なる中間棒部６１２と、中間棒部６１２の上端に設けられる頭部６１３と、を有する。また、頭部６１３は、中間棒部６１２から径方向外側に突出するフランジ６１４と、中間棒部６１２の軸心に設けられる連結部材６１５と、連結部材６１５に連結される断熱部材６１６と、を含む。下側螺合部６１１、中間棒部６１２、フランジ６１４は、相互に一体成形されている。
　下側螺合部６１１の下部領域は、雌ネジ部材６６の雌ネジ穴６６３に挿入されることで、雌ネジ部材６６に直接螺合される部分となる。中間棒部６１２は、滑らかな外周面を有しており、その側周囲に皿バネ６２が配置される。フランジ６１４は、平面視で円環状に形成され、皿バネ６２の弾性力を受ける座として機能する。連結部材６１５は、中間棒部６１２の軸心に形成された断面視でＴ字形状の穴に収容され、中間棒部６１２から鉛直方向上側に短く突出している。断熱部材６１６は、突出している連結部材６１５を覆うと共に連結部材６１５に固定されることで、クーリングプレート５２から雄ネジ部材６１への温度の伝達を抑制する。
　皿バネ６２は、雄ネジ部材６１のフランジ６１４と、弾性受部材６３と、の間に配置され、両部材にかかる荷重（積層方向と平行な方向の荷重）を弾力的に受ける機能を有している。例えば、連結アセンブリ６０は、複数（５つ）の皿バネ６２を鉛直方向に積層しており、鉛直方向にかかる大きな荷重を緩和することができる。また、皿バネ６２は、雄ネジ部材６１の中間棒部６１２の外周面に対して接触することで、雄ネジ部材６１と一体に移動することができる。
　弾性受部材６３は、雄ネジ部材６１の周囲に配置される円筒状の部材であり、その上端面に皿バネ６２の一端が接触している。弾性受部材６３の外周面は、雄ネジ部材６１のフランジ６１４の外径や皿バネ６２の外径よりも若干大きな外径に形成されている。例えば、弾性受部材６３は、収容穴５２２の内径に対して２／３～９／１０程度の範囲の外径に形成されることが好ましい。これにより、弾性受部材６３の外周面と収容穴５２２の内周面との間には、適宜の隙間Ｃ１が生じるようになる（図３（Ａ）参照）。隙間Ｃ１は、雄ネジ部材６１、皿バネ６２および弾性受部材６３を、水平方向（天井部材５１とクーリングプレート５２の積層方向と直交する方向）にスライド可能とする。
　弾性受部材６３の下端面は、水平方向に延在する平坦状の（平滑な）すべり面６３１となっており、上側すべり座部材６４に接触している。すべり面６３１は、上側すべり座部材６４と相対的に弾性受部材６３をスライド可能とする。
　上側すべり座部材６４は、係止部材６５により下側が支持される円環状に形成されており、また上記の弾性受部材６３を相対移動可能に支持する部材である。つまり、連結アセンブリ６０は、弾性受部材６３および上側すべり座部材６４によって、積層方向と直交する水平方向にスライド可能なすべり構造７４を構成している。上側すべり座部材６４の外径は、収容穴５２２の内径に概ね一致している。これにより、上側すべり座部材６４は、収容穴５２２内にて水平方向のスライドが規制された状態を維持する。
　実施形態に係る上側すべり座部材６４の上面は、水平方向に延在する平坦状の（平滑な）すべり面６４１となっている。ただし、すべり構造７４は、上記の弾性受部材６３のすべり面６３１、および上側すべり座部材６４のすべり面６４１に限定されず、種々の構成をとり得る。例えば、すべり構造７４は、弾性受部材６３および上側すべり座部材６４のうちいずれか一方に、他方のすべり面に接触すると共に転動可能な複数の転動体を有する滑り軸受を適用してもよい。
　係止部材６５は、平面視で円環状に形成され、収容穴５２２の内周面に形成された係合溝に嵌め込まれる。この係止部材６５は、クーリングプレート５２に対して離脱不能に固定されることで、上側すべり座部材６４を安定して支持することができる。言い換えれば、雄ネジ部材６１、皿バネ６２、弾性受部材６３および上側すべり座部材６４は、係止部材６５によって収容穴５２２からの脱落が防止され、また雄ネジ部材６１を鉛直方向に沿って弾力的に支持することが可能となる。
　一方、雌ネジ部材６６は、連結アセンブリ６０において雄ネジ部材６１と螺合する部材であり、雄ネジ部材６１よりも太く形成されている。この雌ネジ部材６６は、鉛直方向に延在する雌ネジ本体６６１と、雌ネジ本体６６１の下端に連なるフランジ頭部６６２と、を有する。雌ネジ本体６６１およびフランジ頭部６６２は、相互に一体成形されている。
　雌ネジ本体６６１は、鉛直方向に沿って直線状に延在しており、また雄ネジ部材６１の下側螺合部６１１よりも長く形成されている。雌ネジ本体６６１の上端には、雌ネジ穴６６３の開口が設けられている。雌ネジ穴６６３は、開口から鉛直方向下側に向かって所定の深さに形成され、その内周面には、雄ネジ部材６１のネジ山６１ａが螺合可能なネジ溝（不図示）が形成されている。また、雌ネジ本体６６１の下端面には、図示しないレンチ（六角レンチ等）が挿入されて、雌ネジ部材６６を回転させるための回転用穴部６６４が設けられている（図３（Ａ）参照）。
　フランジ頭部６６２は、雌ネジ本体６６１の下端において径方向外側に短く突出している。このフランジ頭部６６２の上面には、ワッシャ６７が積層される。ワッシャ６７は、円環状に形成され、フランジ頭部６６２に支持されると共に、フランジ頭部６６２の外周面よりも径方向外側に突出している。
　下側すべり座部材６８は、円環状に形成され、ワッシャ６７に支持されると共に、雌ネジ本体６６１の外周面に外装される。下側すべり座部材６８の内径は、雌ネジ本体６６１の外径に概ね一致している。これにより、下側すべり座部材６８は雌ネジ部材６６と一体に移動可能となっている。下側すべり座部材６８は、上側すべり座部材６４と同様に、その上面に積層されるガイド部材６９をスライド可能に支持する。
　実施形態に係る下側すべり座部材６８の上面は、水平方向に延在する平坦状の（平滑な）すべり面６８１となっている。ただし、下側すべり座部材６８およびガイド部材６９のすべり構造７４は、これに限定されず、例えば、下側すべり座部材６８およびガイド部材６９のうちいずれか一方に、複数の転動体を有する滑り軸受を適用してもよい。
　ガイド部材６９は、下側すべり座部材６８に支持されると共に、雌ネジ本体６６１の外周面に外装される。ただし、ガイド部材６９の内径は、雌ネジ本体６６１の外径よりも大きく形成されており、ガイド部材６９の内周面と雌ネジ本体６６１の外周面との間には、隙間Ｃ２が生じている。この隙間Ｃ２は、雌ネジ本体６６１に対する雌ネジホルダ７０の水平方向のスライドを許容する。
　また、ガイド部材６９は、平面視でＤ字形状に形成されており、同じくＤ字形状に形成された雌ネジホルダ７０の貫通孔７０３（下側孔７０３ｂ）に挿入される（図３（Ａ）も参照）。これにより、ガイド部材６９は、雌ネジホルダ７０の向きを一定の方向に沿わせることができる。
　雌ネジホルダ７０は、クーリングプレート５２の収容穴５２２に対向するように設けられ、雌ネジ部材６６の側周囲を覆いながら、天井部材５１の取付用段差部５１１に引っ掛かる角筒状の部材に構成されている。具体的には、雌ネジホルダ７０は、鉛直方向に沿って雌ネジ部材６６と同程度の長さで延在するホルダ部７０１と、ホルダ部７０１の下側において天井部材５１側に突出する係合凸部７０２と、を備える。
　ホルダ部７０１の内部には、雌ネジ部材６６を配置するための貫通孔７０３が形成されている。貫通孔７０３は、上部において雌ネジ本体６６１が配置される上側孔７０３ａと、上側孔７０３ａの下部においてフランジ頭部６６２、ワッシャ６７、下側すべり座部材６８およびガイド部材６９が配置される下側孔７０３ｂを、を含む。上側孔７０３ａの内径は、雌ネジ部材６６の雌ネジ本体６６１の外径よりも大きく形成され、隙間Ｃ２を形成している。下側孔７０３ｂは、Ｄ字形状に形成され、ガイド部材６９を収容している。
　係合凸部７０２は、天井部材５１に向かって突出しており、その上面が天井部材５１の取付用段差部５１１に接触する。連結アセンブリ６０は、雄ネジ部材６１および雌ネジ部材６６の螺合によって相互の軸方向長さを調整することで、係合凸部７０２が取付用段差部５１１に接触して、天井部材５１をクランプすることが可能となる。つまり、連結アセンブリ６０は、クーリングプレート５２に連結される係止部材６５と、天井部材５１に係合する雌ネジホルダ７０との間で、天井部材５１およびクーリングプレート５２を挟み込んだ状態となる。
　また、保護ケース７１は、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａからシャワーヘッド５０の天井部材５１まで延在して、上記の連結アセンブリ６０を覆うことで、プラズマ処理空間１０ｓに連結アセンブリ６０が露出されることを防止する。
　絶縁部材７２は、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａと、シャワーヘッド５０（連結アセンブリ６０を含む）との間に設けられることで、上部電極として機能する天井部材５１を側壁１０ａから絶縁する。これにより、プラズマ処理装置１は、電源３０から天井部材５１に供給した信号に基づき、プラズマ処理空間１０ｓにプラズマを安定的に生成することができる。
［プラズマ処理装置１の作用］
　実施形態に係るプラズマ処理装置１は、基本的には以上のように構成され、以下その作用について説明する。
　図１に示すように、プラズマ処理装置１は、シャワーヘッド５０によりプラズマ処理チャンバ１０のプラズマ処理空間１０ｓに処理ガスを供給する。また、プラズマ処理装置１は、電源３０からシャワーヘッド５０にソースＲＦ信号またはバイアスＲＦ信号を供給して、プラズマ処理空間１０ｓにプラズマを生成する。シャワーヘッド５０は、プラズマ処理空間１０ｓにて生成されたプラズマの熱を受けることになる。ここで、シャワーヘッド５０の天井部材５１とクーリングプレート５２とは、熱膨張係数が異なる材料により形成されている。このため、天井部材５１およびクーリングプレート５２は、プラズマの入熱において熱膨張の差が生じる。
　仮に、天井部材５１およびクーリングプレート５２を、単純な構成であるネジ（不図示）によって締結している場合には、相互の熱膨張に差が生じることで、天井部材５１、クーリングプレート５２またはネジ自体に熱膨張の応力がかかることになる。この応力が大きい場合には、天井部材５１やクーリングプレート５２が割れる等の損傷を受けるおそれがある。これに対して、実施形態に係るプラズマ処理装置１は、上記したように、天井部材５１とクーリングプレート５２との連結において、連結アセンブリ６０を適用している。
　図３（Ａ）は、クーリングプレート５２が熱膨張していない状態の連結アセンブリ６０を示す第１拡大図である。図３（Ｂ）は、クーリングプレート５２が熱膨張した状態の連結アセンブリ６０を示す第２拡大図である。図４は、天井部材５１が熱膨張した状態の連結アセンブリ６０を示す第３拡大図である。なお、図３および図４において、中図は、上図のＡ‐Ａ線断面図を示しており、下図は、上図の矢印Ｂ方向の矢視図を示している。
　図３（Ａ）に示すように、シャワーヘッド５０に熱膨張が生じていない場合に、連結アセンブリ６０は、クーリングプレート５２の収容穴５２２の内周面と、雄ネジ部材６１、皿バネ６２および弾性受部材６３との間に隙間Ｃ１を形成している。連結アセンブリ６０は、この隙間Ｃ１により、上側すべり座部材６４（および係止部材６５）に対する、雄ネジ部材６１、皿バネ６２、弾性受部材６３等の相対移動を許容している。
　同様に、連結アセンブリ６０は、雌ネジ部材６６、ワッシャ６７および下側すべり座部材６８と、ガイド部材６９および雌ネジホルダ７０の貫通孔７０３の内周面との間に隙間Ｃ２を形成している。連結アセンブリ６０は、この隙間Ｃ２により、下側すべり座部材６８に対する、ガイド部材６９および雌ネジホルダ７０の相対移動を許容している。
　そして、連結アセンブリ６０は、隙間Ｃ１、Ｃ２を備えている場合でも、雄ネジ部材６１と雌ネジ部材６６の螺合によって、天井部材５１とクーリングプレート５２を強固にクランプすることができる。具体的には、収容穴５２２に収容された雄ネジ部材６１は、フランジ６１４、皿バネ６２、弾性受部材６３、上側すべり座部材６４および係止部材６５を介して、クーリングプレート５２に引っ掛かる。これにより、連結アセンブリ６０は、クーリングプレート５２を鉛直方向下側に押し下げる力をかける。一方、雌ネジ部材６６は、フランジ頭部６６２、ワッシャ６７、下側すべり座部材６８、ガイド部材６９および雌ネジホルダ７０を介して天井部材５１の取付用段差部５１１に引っ掛かる。これにより、連結アセンブリ６０は、天井部材５１を鉛直方向上側に押し上げる力をかける。したがって、連結アセンブリ６０は、天井部材５１およびクーリングプレート５２を強固にクランプして、両部材を密着させることが可能となる。プラズマ処理時に、プラズマ処理空間１０ｓのプラズマが天井部材５１に入熱しても、シャワーヘッド５０は、天井部材５１からクーリングプレート５２にスムーズに放熱することができる。
　次に図３（Ｂ）を参照して、天井部材５１に対してクーリングプレート５２が大きく熱膨張した場合について説明する。クーリングプレート５２が熱膨張すると、クーリングプレート５２の径方向外側に設けられる突出外周部５２１も、径方向外側に移動（膨出）する。これにより、収容穴５２２に挿入されている係止部材６５、および係止部材６５に支持されている上側すべり座部材６４も、水平方向外側（クーリングプレート５２の径方向外側）にスライドする。
　ただし、上側すべり座部材６４のすべり面６４１に対しすべり面６３１により接触している弾性受部材６３は、すべり面６３１、６４１同士が水平方向にすべることで、上側すべり座部材６４のスライドに追従しない。これにより、弾性受部材６３と相対的に、上側すべり座部材６４がスライドすることになる。この結果、連結アセンブリ６０は、クーリングプレート５２の熱膨張に伴い係止部材６５、上側すべり座部材６４を水平方向外側に移動させる一方で、弾性受部材６３、皿バネ６２、雄ネジ部材６１等の位置を維持する。よって、隙間Ｃ１の内側（クーリングプレート５２の中心方向側）が小さくなる。
　雄ネジ部材６１は、クーリングプレート５２の熱膨張によっても変位しないことで、雌ネジ部材６６との螺合を良好に維持できる。連結アセンブリ６０は、クーリングプレート５２の熱膨張の応力が締結構造７３にかかることを抑制でき、連結アセンブリ６０の損傷、天井部材５１またはクーリングプレート５２の損傷等を回避することが可能となる。
　次に、図４に示すように、クーリングプレート５２に対して天井部材５１が熱膨張した場合について説明する。例えば、クーリングプレート５２において熱交換を行っていない、または熱交換の開始初期等では、天井部材５１が熱膨張することがある。天井部材５１が熱膨張すると、取付用段差部５１１も径方向外側に移動する。これにより、取付用段差部５１１に係合している雌ネジホルダ７０も、水平方向（天井部材５１の径方向外側）にスライドする。
　雌ネジホルダ７０のガイド部材６９は、すべり面６９１により下側すべり座部材６８のすべり面６８１に接触していることで、下側すべり座部材６８に対して相対移動する。言い換えれば、雌ネジ部材６６、ワッシャ６７、下側すべり座部材６８は、雌ネジホルダ７０やガイド部材６９のスライドに追従しない。この結果、連結アセンブリ６０は、隙間Ｃ２の内側（天井部材５１の中心方向側）を小さくしながら、天井部材５１の熱膨張を受容することができる。
　例えば、雌ネジ部材６６は、天井部材５１の熱膨張によっても変位しないことで、雄ネジ部材６１との螺合を良好に維持できる。連結アセンブリ６０は、天井部材５１の熱膨張の応力が締結構造７３にかかることを抑制でき、連結アセンブリ６０の損傷、天井部材５１またはクーリングプレート５２の損傷等を回避できる。
　以上のように、連結アセンブリ６０は、すべり構造７４を有することで、熱膨張係数が異なる部材同士を安定して連結することができる。しかも、連結アセンブリ６０は、複数箇所（雄ネジ部材６１に対応する箇所と、雌ネジ部材６６に対応する箇所）において、スライド可能なすべり構造７４を備えることで、熱膨張が大きい部材の位置に応じて当該熱膨張を適切に許容することが可能となる。また、複数のすべり構造７４は、熱膨張に大きな差が生じても、当該熱膨張を受容できる。
　また、連結アセンブリ６０は、雄ネジ部材６１および雌ネジ部材６６の螺合における軸方向の長さを調整することで、天井部材５１およびクーリングプレート５２を強固に密着させることができる。さらに、連結アセンブリ６０は、締結構造７３（雄ネジ部材６１、雌ネジ部材６６）の外周面よりも外側にすべり構造７４を備えることで、締結構造７３の螺合を維持しながら、すべり構造７４において適切にスライドを実行させることができる。特に、すべり構造７４は、雌ネジ部材６６の隣接位置に配置されていることで、熱膨張において雌ネジ部材６６にかかるせん断力を簡単に吸収することができる。さらに、すべり構造７４は、雄ネジ部材６１の隣接位置に配置されていることで、熱膨張において雄ネジ部材６１にかかるせん断力も簡単に吸収することができる。
　そして、すべり構造７４は、２つのすべり面６３１、６４１（またはすべり面６８１、６９１）同士を接触させていることで、簡単な構成によって積層方向と直交する方向へのスライドを実行させることができる。あるいは、すべり構造７４は、すべり面に接触する転動体を有する部材を適用した場合に、一層スムーズなスライドを実行させることができる。
　なお、本開示の技術は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、実施形態に係る連結アセンブリ６０は、シャワーヘッド５０の天井部材５１およびクーリングプレート５２を連結するものであった。しかしながら、連結アセンブリ６０は、プラズマ処理チャンバ１０内の他の部材同士を連結するものでもよい。例えば、他の部材としては、基板支持部１１、プラズマ処理チャンバ１０に取り付けられるバッフル板、遮蔽部材等があげられる。またプラズマ処理チャンバ１０が複数の部材により組み立てられている場合に、連結アセンブリ６０は、当該プラズマ処理チャンバ１０を連結する連結部として用いてよい。また、連結アセンブリ６０は、プラズマ処理を行わずに加熱処理を行う基板処理装置に適用されてもよい。
　また、例えば、実施形態に係る連結アセンブリ６０は、雄ネジ部材６１をクーリングプレート５２側に配置し、雌ネジ部材６６を天井部材５１側に配置した。しかしながら、この配置は逆であってもよい。
　また、実施形態に係る連結アセンブリ６０は、天井部材５１の取付用段差部５１１に雌ネジホルダ７０の係合凸部７０２を係合させる構成とした。しかしながら、天井部材５１が上記した貫通孔７０３と同様の構成の孔部を有する場合には、雌ネジホルダ７０を適用せずに、雌ネジ部材６６により天井部材５１を締結することができる。この場合、雌ネジ部材６６と天井部材５１との間には、ワッシャ６７、下側すべり座部材６８、ガイド部材６９等が介在してもよい。
［変形例］
　次に、変形例に係る連結アセンブリ６０Ａについて、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、変形例に係る連結アセンブリ６０Ａを有するシャワーヘッド５０の外周部付近を拡大して示す断面図である。図６（Ａ）は、クーリングプレート５２が熱膨張していない状態の変形例に係る連結アセンブリ６０Ａを示す第１拡大図である。図６（Ｂ）は、クーリングプレート５２が熱膨張した状態の変形例に係る連結アセンブリ６０Ａを示す第２拡大図である。なお、図６（Ａ）および図６（Ｂ）の下図は、上図の矢印Ｂ方向の矢視図を示している。
　変形例に係る連結アセンブリ６０Ａは、雌ネジ部材６６の隣接位置（雌ネジ部材６６と雌ネジホルダ７０との間）にすべり構造７４を有する一方で、雄ネジ部材６１の隣接位置にすべり構造７４を備えない点で、上記の連結アセンブリ６０と異なる。
　具体的には、連結アセンブリ６０Ａは、雄ネジ部材６１、皿バネ６２、弾性受部材６３、係止部材６５、雌ネジ部材６６、ワッシャ６７、下側すべり座部材６８、ガイド部材６９および雌ネジホルダ７０を含む。そして、雌ネジ部材６６は、雄ネジ部材６１に螺合して収容穴５２２に配置された状態で、弾性受部材６３に挿入される。
　雄ネジ部材６１は、下側螺合部６１１、中間棒部６１２、および頭部６１３を有する。また、皿バネ６２は、径方向外側に突出している頭部６１３に対して一端が接触すると共に、中間棒部６１２の外周面に外装される。
　弾性受部材６３は、鉛直方向に沿って延在する円筒状に形成され、鉛直方向下側において収容穴５２２に嵌め込まれた係止部材６５に支持されている。弾性受部材６３は、鉛直方向下側から雌ネジ部材６６が挿入可能な穴部６３ｈを有している。また、弾性受部材６３の外径は、収容穴５２２の内径と略一致しており、クーリングプレート５２との間に隙間Ｃ１（図３（Ａ）参照）を備えない構成としている。これにより、クーリングプレート５２が熱膨張した場合に、弾性受部材６３および雌ネジ部材６６も熱膨張に追従して水平方向に移動することになる。
　一方、雌ネジ部材６６は、雌ネジ本体６６１およびフランジ頭部６６２を有し、雌ネジ本体６６１の上端が弾性受部材６３に挿入される共に、収容穴５２２に収容される。ワッシャ６７は、この雌ネジ部材６６のフランジ頭部６６２に支持される。
　下側すべり座部材６８は、円環状に形成され、その上面にすべり面６８１を有する。ガイド部材６９は、下側すべり座部材６８に接触する下面にすべり面６９１を有する。つまり、連結アセンブリ６０Ａは、下側すべり座部材６８とガイド部材６９とによって１つのすべり構造７４を形成している。
　ガイド部材６９は、雌ネジホルダ７０に固定されている。雌ネジホルダ７０は、ホルダ部７０１、係合凸部７０２を有し、係合凸部７０２により天井部材５１の取付用段差部５１１に係合する。また、雌ネジホルダ７０の貫通孔７０３は、上側孔７０３ａ、下側孔７０３ｂを有し、雌ネジ部材６６との間に隙間Ｃ２を形成している。さらに、貫通孔７０３の下側孔７０３ｂは、雌ネジ部材６６のフランジ頭部６６２を一方向に沿って移動させる長孔に形成されている。
　変形例に係る連結アセンブリ６０は、基本的には以上のように形成され、以下その作用について説明する。
　図６（Ａ）に示すように、連結アセンブリ６０Ａは、雄ネジ部材６１と雌ネジ部材６６の螺合によって天井部材５１とクーリングプレート５２を強固に挟持している。具体的には、雄ネジ部材６１は、フランジ６１４、皿バネ６２、弾性受部材６３および係止部材６５を介してクーリングプレート５２に引っ掛かることで、当該クーリングプレート５２を鉛直方向下側に押し下げている。雌ネジ部材６６は、フランジ頭部６６２、ワッシャ６７、下側すべり座部材６８、ガイド部材６９および雌ネジホルダ７０に突出外周部５２１に引っ掛かることで、天井部材５１を鉛直方向上側に押し上げている。したがって、連結アセンブリ６０Ａは、天井部材５１およびクーリングプレート５２を密着させることが可能となる。
　そして、連結アセンブリ６０Ａは、シャワーヘッド５０に熱膨張が生じていない場合に、雌ネジ部材６６（雌ネジ本体６６１、フランジ頭部６６２）の外周面と、ガイド部材６９および雌ネジホルダ７０の貫通孔７０３の内周面との間に隙間Ｃ２を形成している。
　図６（Ｂ）に示すように、クーリングプレート５２が熱膨張すると、突出外周部５２１も径方向外側に移動し、収容穴５２２に挿入されている係止部材６５、および係止部材６５に支持されている弾性受部材６３も水平方向（クーリングプレート５２の径方向外側）にスライドする。これにより、弾性受部材６３に収容されている雌ネジ部材６６も水平方向にスライドする。
　さらに、雌ネジ部材６６の水平方向のスライドにより、ワッシャ６７および下側すべり座部材６８もスライドする。その一方で、下側すべり座部材６８のすべり面６８１に対して、すべり面６９１により接触しているガイド部材６９は、下側すべり座部材６８のスライドに追従しない。これにより、ガイド部材６９に対して下側すべり座部材６８が相対移動することになる。この結果、連結アセンブリ６０Ａは、隙間Ｃ２の外側（クーリングプレート５２から離れる方向側）を小さくしながら、クーリングプレート５２の熱膨張を受容することができる。
　例えば、雌ネジ部材６６は、クーリングプレート５２の熱膨張によっても変位しない状態を維持できる。したがって、クーリングプレート５２の熱膨張の応力が締結構造７３に及ぶことが抑制され、連結アセンブリ６０Ａの損傷、天井部材５１またはクーリングプレート５２の損傷を回避できる。
　以上のように変形例に係る連結アセンブリ６０Ａでも、熱膨張係数が異なる２つの部材を良好に連結することができ、また複数の部材の熱膨張の差を許容することが可能となる。特に、連結アセンブリ６０Ａは、１つのすべり構造７４を備えることで、構造をより簡素化することができ、製造コストを低廉化することが可能となる。
　以上に開示された実施形態は、例えば、以下の態様を含む。
　［付記１］
　基板を処理する基板処理装置であって、
　相互に積層され、かつ相互に異なる熱膨張係数を有する第１部材および第２部材と、
　前記第１部材および前記第２部材の積層方向に平行して延在し、前記第１部材と前記第２部材を連結する連結アセンブリと、を備え、
　前記連結アセンブリは、前記第１部材および／または前記第２部材の熱膨張時に、前記積層方向と直交する方向にスライド可能なすべり構造を有する、
　基板処理装置。
［付記２］
　前記連結アセンブリは、前記積層方向に延在して相互に螺合する雄ネジ部材および雌ネジ部材を有し、
　前記雄ネジ部材および前記雌ネジ部材の螺合における軸方向の長さを調整することで、前記第１部材および前記第２部材に対するクランプ力を調整する、
　付記１に記載の基板処理装置。
［付記３］
　前記すべり構造は、前記雄ネジ部材の外周面および前記雌ネジ部材の外周面よりも外側に設けられる、
　付記２に記載の基板処理装置。
［付記４］
　前記すべり構造は、前記雌ネジ部材の隣接位置に配置される、
　付記２または３に記載の基板処理装置。
［付記５］
　前記すべり構造は、前記雌ネジ部材から露出している前記雄ネジ部材の隣接位置に配置される、
　付記２乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
［付記６］
　前記連結アセンブリは、前記積層方向に沿って前記すべり構造を複数有する、
　付記１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
［付記７］
　前記すべり構造は、前記積層方向と直交する方向に延在するすべり面を有する２つの部材の当該すべり面同士を接触させている、
　付記１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
［付記８］
　前記すべり構造は、前記積層方向と直交する方向に延在するすべり面を有する部材と、前記すべり面に接触する転動体を有する部材とを接触させている、
　付記１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
［付記９］
　前記第１部材および前記第２部材は、プラズマを生成するプラズマ処理空間を内部に有するプラズマ処理チャンバに設けられる、
　付記１乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
［付記１０］
　前記第１部材および前記第２部材は、前記プラズマ処理チャンバの内部において処理ガスを吐出すると共に、前記プラズマを生成するための電力が供給されるシャワーヘッドを構成している、
　付記９に記載の基板処理装置。
［付記１１］
　前記第１部材は、前記プラズマ処理空間に前記処理ガスを導入する複数のガス導入口を有する天井部材であり、
　前記第２部材は、前記第１部材よりも鉛直方向上側に設けられ、前記天井部材の熱を放熱するクーリングプレートである、
　付記１０に記載の基板処理装置。
［付記１２］
　基板を処理する基板処理装置に設けられる第１部材および第２部材を連結する連結アセンブリであって、
　前記第１部材および前記第２部材は、相互に積層され、かつ相互に異なる熱膨張係数を有するものであり、
　前記連結アセンブリは、
　前記第１部材および前記第２部材の積層方向に平行して延在し、前記第１部材および／または前記第２部材の熱膨張時に、前記積層方向と直交する方向にスライド可能なすべり構造を有する、
　連結アセンブリ。
　今回開示された実施形態に係る基板処理装置および連結アセンブリ６０、６０Ａは、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
　本開示の基板処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
　本願は、日本特許庁に２０２３年１２月１日に出願された基礎出願である特願２０２３－２０４０８９号の優先権を主張するものであり、その全内容を参照によりここに援用する。
１　　　　　　プラズマ処理装置
５１　　　　　天井部材
５２　　　　　クーリングプレート
６０、６０Ａ　連結アセンブリ
７４　　　　　すべり構造
Ｗ　　　　　基板

Claims (12)

  1. 　基板を処理する基板処理装置であって、
    　相互に積層され、かつ相互に異なる熱膨張係数を有する第１部材および第２部材と、
    　前記第１部材および前記第２部材の積層方向に平行して延在し、前記第１部材と前記第２部材を連結する連結アセンブリと、を備え、
    　前記連結アセンブリは、前記第１部材および／または前記第２部材の熱膨張時に、前記積層方向と直交する方向にスライド可能なすべり構造を有する、
    　基板処理装置。
  2. 　前記連結アセンブリは、前記積層方向に延在して相互に螺合する雄ネジ部材および雌ネジ部材を有し、
    　前記雄ネジ部材および前記雌ネジ部材の螺合における軸方向の長さを調整することで、前記第１部材および前記第２部材に対するクランプ力を調整する、
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記すべり構造は、前記雄ネジ部材の外周面および前記雌ネジ部材の外周面よりも外側に設けられる、
    　請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 　前記すべり構造は、前記雌ネジ部材の隣接位置に配置される、
    　請求項２に記載の基板処理装置。
  5. 　前記すべり構造は、前記雌ネジ部材から露出している前記雄ネジ部材の隣接位置に配置される、
    　請求項２に記載の基板処理装置。
  6. 　前記連結アセンブリは、前記積層方向に沿って前記すべり構造を複数有する、
    　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  7. 　前記すべり構造は、前記積層方向と直交する方向に延在するすべり面を有する２つの部材の当該すべり面同士を接触させている、
    　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  8. 　前記すべり構造は、前記積層方向と直交する方向に延在するすべり面を有する部材と、前記すべり面に接触する転動体を有する部材とを接触させている、
    　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  9. 　前記第１部材および前記第２部材は、プラズマを生成するプラズマ処理空間を内部に有するプラズマ処理チャンバに設けられる、
    　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  10. 　前記第１部材および前記第２部材は、前記プラズマ処理チャンバの内部において処理ガスを吐出すると共に、前記プラズマを生成するための電力が供給されるシャワーヘッドを構成している、
    　請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 　前記第１部材は、前記プラズマ処理空間に前記処理ガスを導入する複数のガス導入口を有する天井部材であり、
    　前記第２部材は、前記第１部材よりも鉛直方向上側に設けられ、前記天井部材の熱を放熱するクーリングプレートである、
    　請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 　基板を処理する基板処理装置に設けられる第１部材および第２部材を連結する連結アセンブリであって、
    　前記第１部材および前記第２部材は、相互に積層され、かつ相互に異なる熱膨張係数を有するものであり、
    　前記連結アセンブリは、
    　前記第１部材および前記第２部材の積層方向に平行して延在し、前記第１部材および／または前記第２部材の熱膨張時に、前記積層方向と直交する方向にスライド可能なすべり構造を有する、
    　連結アセンブリ。
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