JP2010232315A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板収容孔に基板を収容したトレイを基板サセプタ上に配置するプラズマ処理装置において、基板サセプタに対して基板を高い密着度で保持する。
【解決手段】トレイ１５の厚み方向に貫通する基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに基板２が収容される。チャンバ３内の誘電体板２３は、トレイ１５の下面１５ｃを支持するトレイ支持面２８と上向きに突出する基板載置部２９Ａ〜２９Ｄを備え、静電吸着用電極４０を内蔵している。基板載置部２９Ａ〜２９Ｄはトレイ１５の下面側から基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに挿入され、その上端面である基板載置面に反りを有する基板２が載置される。基板載置面は曲面状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、厚み方向に貫通する基板収容孔に基板を収容した搬入出可能なトレイを下部電極として機能する基板サセプタ上に配置し、基板収容孔に進入させた基板サセプタの基板載置部の上端面（基板載置面）に基板を載置する構成のプラズマ処理装置が開示されている。基板は静電吸着により基板載置面に密着する。基板サセプタには冷却機構が設けられており、基板は基板サセプタとの直接的な熱伝導により冷却される。

しかし、特許文献１には記載のプラズマ処理装置では、基板載置面が実質的に平坦面であるため、基板に上向きに凸状の反りがある場合、基板の下面と基板載置面との間に隙間が生じて基板サセプタに対する基板の密着度が低下する。例えば、３inchのサファイア基板に形成されたＧａＮ層をドライエッチングする場合、基板が有する反りのために基板の中央領域では基板の下面と基板載置面との間に１００μｍ以上の隙間が生じる。この密着度の低下は、基板の冷却効率の低下の原因となる。冷却効率が低いと、高い高周波パワーを使用してエッチングレートを向上することができない。ＬＥＤを高輝度にするために、チッ化ガリウム系Ｐｎ接合型半導体、金属電極を積層した発光層にＭＱＷ(Multiple Quantum Wells ：多重量子井戸)構造等の積層膜が用いられることで、成膜後の基板の反りはより増大する。また、高生産性のために、基板のサイズを２inchから、３inch、４inch、６inchと増大するに伴い、反りも大きくなる。反りを抑えるためには、ＭＯＣVＤ等の成膜装置の条件最適化やサファイア基板を厚くする等の方法があるが、前者は、高輝度な積層膜形成とトレードオフであり、後者は、基板コストの増加となる。従って反りのある基板であっても高効率の冷却処理できる技術が求められている。

特開２００７−１０９７７０号公報

本発明は、基板収容孔に基板を収容したトレイを基板サセプタ上に配置するプラズマ処理装置において、基板サセプタに対して基板を高い密着度で保持することによる基板の冷却効率の向上を図ることを課題とする。

本発明は、減圧可能なチャンバと、前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、厚み方向に貫通する基板収容孔が設けられ、前記基板収容孔の孔壁から突出し、前記基板収容孔内に収容された基板の下面の外周縁部分を支持する基板支持部を備える、前記チャンバ内へ搬入搬出可能なトレイと、前記チャンバ内に設けられ、前記チャンバ内に搬入される前記基板を収容した前記トレイの下面を支持するトレイ支持部と、このトレイ支持部から上向きに突出し、前記トレイの下面側から前記基板収容孔に挿入され、かつその上端面である基板載置面に前記基板の下面が載置される基板載置部とを備え、前記基板載置面は上向きに凸状の曲面である、誘電体部材と、前記基板載置部に少なくとも一部が内蔵された、前記基板を前記基板載置面に静電吸着するための静電吸着用電極と、
前記静電吸着用電極に直流電圧を印加する直流電圧印加機構と、前記基板と前記基板載置面との間の空間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構とを備えることを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。

基板載置面を上向きに凸状の曲面としたので、反りが基板生じている基板の下面と基板載置面との間の密着度が高い。基板の下面と基板載置面との間の密着度が高いので、基板を基板載置面に吸着する静電吸着力が強く、伝熱ガス供給機構から供給される伝熱ガスを介した基板と基板載置面との間の熱伝導性が良好であり、高効率で基板を冷却することができる。高効率で基板を冷却できるので、プラズマ発生源に高い高周波パワーを供給してプラズマ処理の効率を向上できる。

具体的には、前記基板載置面の曲率は前記基板が有する反りの曲率よりも小さい。

好ましくは、前記静電吸着用電極は前記基板載置面に沿った曲面状である。代案としては、前記静電吸着用電極は、前記基板載置面に沿って配置された複数の部分を備える。

これらの構成により、基板載置面上に載置された基板に作用する静電吸着力を均一化でき、その結果基板の冷却効率をさらに向上できる。

前記基板載置面に載置された前記基板の下面が前記トレイの前記基板支持部から所定量離間するように、前記トレイの下面から前記基板支持部の上面までの距離が、前記トレイ支持部から前記基板載置面までの距離よりも短く設定されている。

この構成により、トレイの下面がトレイ支持部に載置された状態では、基板載置面で押し上げられた基板は基板支持部から浮き上がった状態となる。

好ましくは、前記トレイに前記基板収容孔が複数個設けられ、前記誘電体部材は前記基板載置部を複数個備え、個々の前記基板載置部がそれぞれ個々の基板収容孔に挿入される。

この構成により、バッチ処理を実現できる。

例えば、前記基板はサファイア基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板であり、前記基板の反りはエピタキシャル成長の際に生じたものである。

本発明のプラズマ処理装置では、トレイの下面側から基板収容孔に挿入される基板載置部の上端面である基板載置面に基板の下面が載置され、この基板載置面を上向きに凸状の曲面としている。そのため、凸状に反った基板の下面と基板載置面との間の密着度が高く、基板載置面に対して基板を強い静電吸着力で吸着でき、高効率で基板を冷却できるので、プラズマ発生源に高い高周波パワーを供給してプラズマ処理の効率を向上できる。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置１を示す。

ドライエッチング装置１は、その内部が基板２にプラズマ処理を行う処理室を構成する減圧可能なチャンバ（真空容器）３を備える。後に詳述するように基板２は上向きに凸状の反りを有している。チャンバ３の上端開口は石英等の誘電体からなる天板４により密閉状態で閉鎖されている。天板４上にはＩＣＰコイル５が配設されている。ＩＣＰコイル５にはマッチング回路６を介して、高周波電源７が電気的に接続されている。天板４と対向するチャンバ３内の底部側には、バイアス電圧が印加される下部電極としての機能及び基板２の保持台としての機能を有する基板サセプタ９が配設されている。チャンバ３には、隣接するロードドック室１０（図２参照）と連通する開閉可能な搬入出用のゲート３ａが設けられている。また、チャンバ３に設けられたエッチングガス供給口３ｂには、エッチングガス供給源１２が接続されている。エッチングガス供給源１２はＭＦＣ（マスフローコントローラ）等を備え、エッチングガス供給口３ｂから所望の流量でエッチングガスを供給できる。さらに、チャンバ３に設けられた排気口３ｃには、真空ポンプ等を備える真空排気装置１３が接続されている。

本実施形態では、図３から図４Ｂに示す１個のトレイ１５に４枚の基板２が収容され、トレイ１５はゲート３ａを通ってロードドック室１０からチャンバ３内（処理室）に搬入される。図２を参照すると、水平方向の直進移動（矢印Ａ参照）と水平面内での回転（矢印Ｂ参照）が可能な搬送アーム１６が設けられている。また、チャンバ３内には、基板サセプタ９を貫通し、かつ駆動装置１７で駆動されて昇降する昇降ピン１８が設けられている。トレイ１５の搬入時には、トレイ１５を支持した搬送アーム１６がゲート３ａを通ってロードドック室１０からチャンバ３内に進入する。この際、図１において二点鎖線で示すように昇降ピン１８は上昇位置にあり、チャンバ３内に進入した搬送アーム１６から昇降ピン１８の上端にトレイ１５が移載される。この状態では、トレイ１５は基板サセプタ９の上方に間隔をあけて位置している。続いて、昇降ピン１８が図１において実線で示す降下位置に降下し、それによってトレイ１５と基板２が基板サセプタ９上に載置される。一方、プラズマ処理終了後のトレイ１５の搬出時には、昇降ピン１８が上昇位置まで上昇し、続いてロードドック室１０からチャンバ３内に進入した搬送アーム１６にトレイ１５が移載される。

次に、図３から図４Ｂ及び図６Ａから図６Ｃを参照して、トレイ１５について説明する。トレイ１５は薄板円板状のトレイ本体１５ａを備える。トレイ１５の材質としては、例えばアルミナ（Al₂O₃）、窒化アルミニウム（AlN）、ジルコニア（ZrO）、イットリア（Y₂O₃）、窒化シリコン（SiN）、炭化シリコン（SiC）等のセラミクス材や、アルマイトで被覆したアルミニウム、表面にセラミクスを溶射したアルミニウム、樹脂材料で被覆したアルミニウム等の金属がある。Ｃｌ系プロセスの場合にはアルミナ、イットリア、炭化シリコン、窒化アルミニウム等、Ｆ系プロセスの場合には石英、水晶、イットリア、炭化シリコン、アルマイトを容射したアルミニウム等を採用することが考えられる。

トレイ本体１５ａには、上面１５ｂから下面１５ｃまで厚み方向に貫通する４個の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄが設けられている。基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄは、上面１５ｂ及び下面１５ｃから見てトレイ本体１５ａの中心に対して等角度間隔で配置されている。図６Ａから図６Ｃに最も明瞭に示すように、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄの下面１５ｃ側には、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの中心に向けて突出する基板支持部２１が設けられている。本実施形態では、基板支持部２１は孔壁１５ｄの全周に設けられており、平面視で円環状である。個々の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに周方向に互いに間隔をあけて配置した複数の基板支持部２１を設けてもよい。

個々の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｂにはそれぞれ１枚の基板２が収容される。図６Ａに示すように、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｂに収容された基板２は、その下面２ａの外周縁部分が基板支持部２１の上面２１ａに支持される。また、前述のように基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄはトレイ本体１５ａを厚み方向に貫通するように形成されているので、トレイ本体１５ａの下面１５ｃ側から見ると、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにより基板２の下面２ａが露出している。

トレイ本体１５ａには、外周縁を部分的に切り欠いた位置決め切欠１５ｅが設けられている。図２に示すように、前述の搬入出用の搬送アーム１６にトレイを載置する際に、位置決め切欠１５ｅに搬送アーム１６の位置決め突起１６ａが嵌め込まれる。位置決め切欠１５ｅ及び位置決め突起１６ａをロードドック室１０内に設けられたセンサ２２Ａ，２２Ｂで検出することにより、トレイ１５の回転角度位置を検出できる。

次に、図１、図３、及び図５Ａから図６Ｃを参照して、基板サセプタ９について説明する。まず、図１を参照すると、基板サセプタ９は、セラミクス等からなる誘電体板（誘電体部材）２３、表面にアルマイト被覆を形成したアルミニウム等からなり、本実施形態ではペデスタル電極として機能する金属板（支持部材）２４、セラミクス等からなるスペーサ板２５、セラミクス等からなるガイド筒体２６、及び金属製のアースシールド２７を備える。基板サセプタ９の最上部を構成する誘電体板２３は、金属板２４の上面に固定されている。また、金属板２４はスペーサ板２５上に固定されている。さらに、誘電体板２３と金属板２４の外周をガイド筒２６が覆い、その外側とスペーサ板２５の外周をアースシールド２７が覆っている。

図３及び図５Ａから図６Ｃを参照すると、誘電体板２３は全体として薄い円板状であり、平面視での外形が円形である。誘電体板２３の上端面は、トレイ１５の下面１５ｃを支持するトレイ支持面（トレイ支持部）２８を構成する。また、それぞれトレイ１５の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄと対応する短円柱状の４個の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄがトレイ支持面２８から上向きに突出している。

基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの上端面は、基板２の下面２ａが載置される基板載置面３１を構成する。また、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄには、基板載置面３１の外周縁から上向きに突出し、その上端面が基板２の下面２ａを支持する円環状突出部３２が設けられている。また、基板載置面３１の円環状突出部３２で囲まれた部分には、基板載置面３１よりも十分径が小さい円柱状突起３３が、均一に分布するように複数個設けられている。円環状突出部３２のみでなく円柱状突起３３の上端面も基板２の下面２ａを支持する。

図７を参照すると、基板２は上向きに凸状の反りを有しており、図８に最も明瞭に示すように、この基板２の反りに対応して基板載置面３１は上向きに凸状の曲面としている。基板２は平面視での中心２ｂの付近で反り量Ｃｗが最も大きく、この中心２ｂを含む中央領域２ｃから最外周縁を含む外周縁領域２ｄに向けて漸次反り量が小さくなる曲面状に反っている。このような反りを生じる基板２の例としては、ＬＥＤを製造するための、サファイアからなる基板上にＧａＮをエピタキシャル成長させた基板がある。３００μｍ〜６００μｍ程度と薄いサファイア基板に５μｍ〜１０μｍ程度の厚みのＧａＮをエピタキシャル成長させる製造工程において、例えばＭＯＣＶＤ等を用いて６００℃〜１０００℃の温度で成膜すると、基板（サファイア）と成膜の材料（ＧａＮ）の線膨張係数の差があるために熱膨張より凸方向に反りが生じる。特に、ＬＥＤを高輝度にするために、チッ化ガリウム系Ｐｎ接合型半導体、金属電極を積層した発光層にＭＱＷ(Multiple Quantum Wells ：多重量子井戸)構造等の積層膜が用いられることで、成膜後の基板の反りはより増大する。例えば、直径３inchのＧａＮ／サファイア基板上では反りが１００μｍ程度になることがある。また高生産性のために、基板のサイズを２inchから、３inch、４inch、６inchと増大するに伴い、前述の反り量Ｃｗが大きくなる。

図８を参照すると、基板載置面３１は、平面視での中心３１ｂでトレイ支持面２８からの高さが最も高く、中心３１ｂを含む中央領域３１ｃから最外周縁を含む外周縁領域３１ｄ（円環状突出部３２の上端面で構成される）に向けてトレイ支持面２８からの高さが漸次低くなる球面状の曲面としている。そのため、基板載置面３１は平面視での中心３１ｂ（中央領域３１ｃに含まれる）が最外周縁（外周縁領域３１ｄに含まれる。）に対し突出量Ｃｍだけ突出した上向きに凸の曲面状である。基板載置面３１の曲率は、基板２の反りの曲率よりも小さく設定される。言い換えれば、基板載置面３１の突出量Ｃｍは基板２の反り量Ｃｗよりも小さく設定されている。好ましくは、基板載置面３１は突出量Ｃｍが基板２の反り量Ｃｗよりも小さく、かつ基板２の反り量Ｃｗの半分（１／２Ｃｗ）よりも大きくなるように設定される。例えば、基板２がＧａＮ層が形成された３inchのサファイア基板である場合、基板２の反り量Ｃｗは１００μｍ程度である。この場合、基板載置面３１の曲率は突出量Ｃｍが約８０μｍ程度になるように設定される。

基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの上端部のうち、円環状突出部３２や円柱状突起３３の間に存在する凹部の底壁３１ａは基板載置面３１（円環状突出部３２や円柱状突起３３の上端端面）と同一曲率の球面状である。つまり、底壁３１ａは基板載置面３１と平行な曲面である。凹部の深さ（円環状突出部３２や円柱状突起３３の底壁３１ａからの突出量）は、例えば１００μm〜２００μm程度の範囲で一定に設定されている。この場合、トレイ支持面２８から底壁３１ａまでの高さは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度に設定される。

図６Ａから図６Ｃを参照すると、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの外径Ｒ１は、基板支持部２１の先端面２１ｂで囲まれた円形開口３６の径Ｒ２よりも小さく設定されている。従って、前述の搬入時にトレイ１５が誘電体板２３に向けて降下すると、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄは対応する基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにトレイ本体１５ａの下面１５ｃ側から進入し、トレイ１５の下面１５ｃは誘電体板２３のトレイ支持面２８上に載置される。また、トレイ本体１５ａの下面１５ｃからの基板支持部２１の上面２１ａの高さＨ１は、トレイ支持面２８からの基板載置面３１の高さＨ２（中央領域３１ｃ及び外周縁領域３１ｄの両方の高さ）よりも低く設定している。従って、トレイ１５の下面１５ｃがトレイ支持面２８上に載置された状態では、基板２は基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの上端の基板載置面３１で押し上げられ、トレイ１５の基板支持部２１から浮き上がっている。換言すれば、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに基板２を収容しているトレイ１５を誘電体板２３のトレイ支持面２８上に載置すると、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに収容された基板２の下面２ａは、基板支持部２１の上面２１ａから浮き上がって所定量だけ上方に離間し（基板支持部２１に対して非接触）、基板載置面３１によって支持される。基板載置面３１によって支持された基板２の外周縁部は、トレイ１５、具体的には基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄ及び基板載置部２１の先端に対して間隔をあけて臨んでいる。

図１及び図６Ａから図６Ｃを参照すると、誘電体板２３の個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１付近には単極型の静電吸着用電極４０が内蔵されている。本実施形態では、これらの静電吸着用電極４０は平板状である。静電吸着用電極４０は電気的に互いに絶縁されており、直流電源４１と調整用の抵抗４２等を備える共通の直流電圧印加機構４３から静電吸着用の直流電圧が印加される。静電吸着用電極は双極型でもよい。また、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄに共通して１個の静電吸着用電極を設けてもよい。静電吸着用電極４０は、底壁３１ａから０．４ｍｍ程度の深さに配置される。

図３及び図５Ａから図６Ｃを参照すると、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１には、伝熱ガス（本実施形態ではヘリウム）の供給孔４４が設けられている。これらの供給孔４４は共通の伝熱ガス供給機構４５（図１に図示する）に接続されている。伝熱ガス供給機構４５は、伝熱ガス源（本実施形態ではヘリウムガス源）４６、伝熱ガス源４６から供給孔４４に到る供給流路４７、供給流路４７の伝熱ガス源４６側から順に設けられた流量計４８、流量制御バルブ４９、及び圧力計５０を備える。また、伝熱ガス供給機構４５は、供給流路４７から分岐する排出流路５１と、この排出流路５１に設けられたカットオフバルブ５２を備える。さらに、伝熱ガス供給機構４５は、供給流路４７の圧力計５０よりも供給孔４４側と排出流路５１を接続するバイパス流路５３を備える。個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１とその上に載置された基板２の下面２ａとの間、詳細には基板２の下面２ａと円環状突出部３２で囲まれた閉鎖された空間に、伝熱ガス供給機構４５によって伝熱ガスが供給される。伝熱ガスの供給時にはカットオフバルブ５２は閉弁され、伝熱ガス供給源４６から供給路４７を経て供給孔４４へ伝熱ガスが送られる。流量計４８と圧力計５０で検出される供給流路４７の流量及び圧力に基づき、後述するコントローラ６３が流量制御バルブ４９を制御する。一方、伝熱ガスの排出時にはカットオフバルブ５２が開弁され、基板２の下面２ａと基板載置面３１の間の伝熱ガスは、供給孔４４、供給流路４７、及び排出流路５１を経て排気口５４から排気される。

金属板２４には、プラズマ発生用の高周波電圧であるバイアス電圧を印加する高周波印加機構５６が電気的に接続されている。高周波印加機構５６は、高周波電源５７とマッチング用の可変容量コンデンサ５８とを備える。

また、金属板２４を冷却する冷却機構５９が設けられている。冷却機構５９は金属板２４内に形成された冷媒流路６０と、温調された冷媒を冷媒流路６０中で循環させる冷媒循環装置６１とを備える。

図１にのみ模式的に示すコントローラ６３は、流量計４８及び圧力計５０を含む種々のセンサや操作入力に基づいて、高周波電源７、エッチングガス供給源１２、搬送アーム１６、真空排気装置１３、駆動装置１７、直流電圧印加機構４３、伝熱ガス供給機構４５、高周波電圧印加機構５６、及び冷却機構５９を含むドライエッチング装置１全体の動作を制御する。

次に、本実施形態のドライエッチング装置１を使用したドライエッチング方法を説明する。

まず、トレイ１の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにそれぞれ基板２が収容される。トレイ１の基板支持部２１ａで支持された基板２は、トレイ本体１５ａの下面側から見ると基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄによりトレイ本体１５ａの下面１５ｃから露出している。

次に、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにそれぞれ基板２が収容されたトレイ１５が搬送アーム１６で支持され、ロードドック室１０からゲート３ａを通ってチャンバ３内に搬入される。図１の二点鎖線で示すように、トレイ１は基板サセプタ９の上方に間隔をあけて配置される。

図６Ａに示すように駆動装置１７によって駆動された昇降ピン１８が上昇し、搬送アーム１６から昇降ピン１８の上端にトレイ１５が移載される。トレイ１５の移載後、搬送アーム１６はロードロック室１０に待避し、ゲート３ａが閉鎖される。

上端にトレイ１５を支持した昇降ピン１８は、図１において二点鎖線で示す上昇位置から基板サセプタ９に向けて降下する。図６Ｂ及び図６Ｃを参照すると、トレイ１５は下面１５ｃが基板サセプタ９の誘電体板２３のトレイ支持面２８まで降下し、トレイ１５は誘電体板２３のトレイ支持面２８によって支持される。トレイ１５がトレイ支持面２８に向けて降下する際に、誘電体板２３の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄがトレイ１５の対応する基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内にトレイ１５の下面１５ｃ側から進入する。トレイ１５の下面１５ｃがトレイ支持面２８に近付くのに伴い、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの先端の基板載置面３１は基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内をトレイ１５の上面１５ｂに向かって進む。図６Ｃに示すように、トレイ１５の下面１５ｃが誘電体板２３のトレイ支持面２８に載置されると、個々の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内の基板２は基板載置部２９Ａ〜２９Ｄによって基板支持部２１の上面２１ａから持ち上げられる。詳細には、基板２はその下面２ａが基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に載置され、トレイ１５の基板支持部２１の上面２１ａに対して間隔をあけて上方に配置される。

このようにトレイ１５の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内に基板載置部２９Ａ〜２９Ｄが進入することにより、基板２は基板載置面３１に載置される。従って、トレイ１５に収容された４枚の基板２は、いずれも高い位置決め精度で基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に載置される。

次に、誘電体板２３に内蔵された静電吸着用電極４０に対して直流電圧印加機構４３から直流電圧が印加され、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に基板２が静電吸着される。基板２の下面２ａはトレイ１５を介することなく基板載置面３１上に直接載置されている。従って、基板２は基板載置面３１に対して高い密着度で保持される。

続いて、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの円環状突出部３２と基板２の下面２ａで囲まれた空間に、供給孔４４を通って伝熱ガス供給装置４５から伝熱ガスが供給され、この空間に伝熱ガスが充填される。

その後、エッチングガス供給源１２からチャンバ３内にエッチングガスが供給され、真空排気装置１３によりチャンバ３内は所定圧力に維持される。続いて、高周波電源７からＩＣＰコイル５に高周波電圧を印加すると共に、高周波印加機構５６により基板サセプタ９の金属板２４にバイアス電圧を印加し、チャンバ３内にプラズマを発生させる。このプラズマにより基板２がエッチングされる。１枚のトレイ１５で４枚の基板２を基板サセプタ９上に載置できるので、バッチ処理が可能である。

エッチング中は、冷媒循環装置６１によって冷媒流路６０中で冷媒を循環させて金属板２４を冷却し、それによって誘電体板２３及び誘電体板２３の基板載置面３１に保持された基板２を冷却する。前述のように、基板２はその下面２ａがトレイ１５を介することなく基板載置面３１に直接載置され、高い密着度で保持されている。従って、円環状突出部３２と基板２の下面２ａで囲まれた伝熱ガスが充填されている空間の密閉度が高く、伝熱ガスを介した基板２と基板載置面３１との間の熱伝導性が良好である。その結果、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に保持された基板２を高い冷却効率で冷却できるので、高い高周波パワーを供給してドライエッチングの効率を向上できる。また、基板２の温度を高精度で制御できる。また、個々の基板２毎に基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの円環状突出部３２と下面２ａで囲まれた空間に伝熱ガスが充填される。換言すれば、伝熱ガスが充填される空間は個々の基板２毎に異なる。この点でも個々の基板２と誘電体板２３の基板載置面３１との熱伝導性が良好であり、高い冷却効率と高精度の温度制御を実現できる。

また、基板２が反りを有しているにもかかわらず、高効率で基板２を冷却できる。図６Ｃを参照すると、前述のように基板載置面３１を上向きに凸状の曲面とし、かつ基板載置面３１の曲率を基板２の反りの曲率よりも小さく設定しているため、基板２の下面と基板載置面３１との間の密着度が高い。具体的には、基板２の平面視で中央領域２ｃでは、基板２の反りに起因する基板２の下面と基板載置面３１との間に生じる隙間δは最小限に抑制される。また、基板２の外周縁付近では基板載置面３１の円環状突出部３２に対して基板２の下面が静電吸着により高い密着度で密着された状態を維持する。このように反りを有する基板２の下面と基板載置面３１との間の密着度が高いので、伝熱ガス供給機構４５から供給される伝熱ガスを介した基板２と基板載置面３１との間の熱伝導性が良好である。この点でも、高効率で基板２を冷却することができプラズマ発生源に高い高周波パワーを供給してドライエッチングの効率を向上できると共に、高精度の温度制御を実現できる。

前述のように、基板２は個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に直接載置され、かつ静電吸着されるので、基板載置面３１に対する密着度が高い。従って、基板２の上面の外周縁部分を誘電体板２３に対して機械的に加圧するためのクランプリング等の部材は不要である。換言すれば、基板２の上面には、その中央部分だけでなく外周縁付近にもプラズマの状態が不安定化する原因となる部材が存在しない。従って、外周縁付近を含む基板２の表面の全領域で均一なドライエッチング処理を実現できる。

エッチング終了後、高周波電源７からＩＣＰコイル５への高周波電圧の印加と、高周波印加機構５６から金属板２４へのバイアス電圧の印加を停止する。続いて、真空排気装置１３によりエッチングガスをチャンバ３内から排気する。また、伝熱ガス供給機構４５により基板載置面３１と基板２の下面２ａから伝熱ガスを排気する。さらに、直流電圧印加機構４３から静電吸着用電極４０への直流電圧の印加を停止して基板２の静電吸着を解除する。

次に、駆動装置１７により昇降ピン１８を上昇させる。昇降ピン１８が上昇すると、その上端でトレイ１５の下面１５ｃが押し上げられ誘電体板２３のトレイ支持面２８から浮き上がる。昇降ピン１８と共にトイレ１５がさらに上昇すると、図５Ａに示すように、トレイ１５の基板支持部２１により基板２の下面２ｃが押し上げられ、基板２は基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１から浮き上がる。昇降ピン１８は図１において二点鎖線で示す上昇位置に上昇する。

その後、ゲート３ａを通ってロードドック室１０からチャンバ３内に進入した搬送アーム１６に、トレイ１５が移載される。トレイ１５は搬送アーム１６によってロードドック室１０へ搬出される。

（第２実施形態）
図９及び図１０に示す本発明の第２実施形態では、静電吸着用電極４０を曲面状としている。具体的には、静電吸着用電極４０は前述のように曲面状である基板載置面３１からの距離が一定となるように、基板載置面３１に沿った曲面形状としている。例えば、静電吸着用電極４０の形状は、基板載置面３１の底壁３１ａから深さが０．４ｍｍで一定となるように設定される。静電吸着用電極４０をかかる曲面形状とすることにより、基板載置面３１上に載置された基板２に作用する静電吸着力を均一化でき、基板２の下面２ａと基板載置面３１との密着度をさらに高めることができる。その結果、基板２の冷却効率をさらに向上し、温度制御の精度もさらに向上できる。

第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第３実施形態）
図１１及び図１２に示す本発明の第３実施形態では、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄに２つの静電吸着用電極４０Ａ，４０Ｂを設けている。これら２つの静電吸着用電極４０Ａ，４０Ｂは電気的に互いに接続されている。つまり本実施形態では、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの静電吸着用電極を２つに部分に分割している。一方の静電吸着用電極４０Ａは、平坦な円板状であり、基板載置面３１の平面視で中央領域３１ｃ（基板載置面３１に載置された基板２の平面視で中央領域に対応する）に配置されている。他方の静電吸着用電極４０Ｂは、平坦な円環状であり、基板載置面３１の平面視で外側領域（基板載置面３１に載置された基板２の平面視で外側領域に対応する）に配置されている。また、静電吸着用電極４０Ｂは、静電吸着用電極４０Ａよりも下方に配置されている。これら２つの静電吸着用電極４０Ａ，４０Ｂは、前述のように曲面状である基板載置面３１からの距離が一定となるように配置されている。例えば、２つの静電吸着用電極４０Ａ，４０Ｂは基板載置面３１の底壁３１ａから０．４ｍｍの深さに配置される。そのため、基板載置面３１上に載置された基板２に作用する静電吸着力を均一化でき、基板２の下面２ａと基板載置面３１との密着度をさらに高め、基板２の冷却効率と温度制御をさらに向上できる。

第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、例えば以下に列挙するような種々の変形が可能である。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、誘電体板２３の代案を示す。この代案では、基板載置面３１に、供給孔４４から放射状に延びる４つの直線状溝３４と、円環状突出部３２の内側に配置された円環状溝３５を設けている。直線状溝３４と円環状溝３５は互いに連通している。これら直線状溝３４と円環状溝３５を設けることにより、供給孔４４から噴出される伝熱ガスが基板２の下面２ａと基板載置面３１の間の空間内により均等に拡散する。その結果、基板２の冷却効率と温度制御の精度をさらに高めることができる。

図１４及び図１５は、トレイ１５に関する種々の代案を示す。図１４の例では、トレイ本体１５ａに、７個の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｇが形成されている。図１５の例では、トレイ本体１５ａに矩形状の基板を収容するための９個の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｉが形成されている。これら図１４及び図１５に限定されず、トレイ１５の基板収容孔の形状及び個数は、収容する基板の形状や個数に応じて種々設定することが可能である。例えば、トレイ本体１５ａに単一の基板収容孔を設け、１枚の基板をトレイ１５に収容してもよい。また、基板サセプタ９の誘電体板２３に設ける基板載置部の形状や個数も、基板収容孔の形状及び個数に応じて種々設定できる。

本発明の効果を確認するための実験を行った。具体的には、実験例は第１実施形態に対応するもので、基板載置面３１には図１３Ａ及び図１３Ｂの直線状溝３４と環状溝３５は設けないが、基板載置面３１は上向きに凸状の球状の曲面とした。一方、比較例は図１３Ａ及び図１３Ｂの直線状溝３４と環状溝３５を基板載置面３１に設けたが、基板載置面３１を曲面ではなく単なる平坦面とした。基板２の反り量Ｃｗ（図７参照）を異ならせて中央領域２ｃと外周縁領域２ｄの温度を測定した。実験例における基板載置面３１の突出量Ｃｍは８０μmとした（比較例はＣｍ＝０）。測定条件は以下の通りである。基板２は直径３inchのサファイア基板上に５μmの厚さのGaN層を形成したものを使用した。基板２の反り量Ｃｗは０〜２００μｍの範囲であった。エッチングガスとしてはCl₂を使用した。Cl₂の供給量は５０sccmとし、チャンバ３内の圧力を１．０Paに維持した。ＩＣＰコイル５に供給する高周波電力は９００Ｗと、基板サセプタ９に供給するバイアス電力は６００Ｗとした。静電吸着用電極４０に印加する直流電圧は、＋２０００Ｖとした。基板載置面３１と基板２の下面２ａとの間には伝熱ガスとしてヘリウムを１６００Paで充填した。下部電極としての基板サセプタ９の温度は１５℃とした。実験結果を図１６に示す。

図１６から実験例では基板２の温度は中央領域２ｃと外周縁領域２ｂのいずれでも、比較例の場合よりも低いことが確認できる。また、実験例では、基板２の中央領域２ｃと外周縁領域２ｄの温度差が、比較例の場合よりも小さいことが確認できる。特に、基板２の反り量Ｃｗが１００μｍの場合、比較例では中央領域２ｃと外周縁領域２ｄの温度差Δｔ’が１０〜１５℃程度であるのに対して、実験例では中央領域２ｃと外周縁領域２ｄの温度差Δｔは３℃程度に過ぎない。これらより、実験例（本発明）では、基板載置面３１を曲面状とすることで、反りを有する基板２を効果的かつ均一に冷却できる。

ＩＣＰ型のドライエッチング処理装置を例に本発明を説明したが、平行平板型のＲＩＥ（リアクティブイオン）型のドライエッチング、プラズマＣＶＤ用プラズマ処理装置等の他のプラズマ処理装置にも本発明を適用できる。

本発明の第１実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な断面図。 本発明の第１実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な平面図。 トレイ及び誘電体板を示す斜視図。 トレイの平面図。 図４Ａの断面図。 誘電体板の平面図。 図５Ａの断面図。 図１の部分拡大図（トレイは誘電体板の上方に位置している。）。 図１の部分拡大図（トレイは誘電体板に向けて降下している。）。 図１の部分拡大図（トレイは誘電体板のトレイ支持面に載置されている。）。 基板を示す模式図。 基板載置面の部分拡大図。 本発明の第２実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な断面図。 図９の部分拡大図。 本発明の第３実施形態に係るドライエッチング装置の模式的な断面図。 図１１の部分拡大図。 誘電体板の代案を示す平面図。 図１３Ａの断面図。 トレイの第１の代案を示す平面図。 トレイの第２の代案を示す平面図。 基板の反りと温度の関係を示すグラフ。

１ ドライエッチング装置
２ 基板
２ａ 下面
２ｂ 中心
２ｃ 中央領域
２ｄ 外周縁領域
３ チャンバ
３ａ ゲート
３ｂ エッチングガス供給口
３ｃ 排気口
４ 天板
５ ＩＣＰコイル
６ マッチング回路
７ 高周波電源
９ 基板サセプタ
１０ ロードドック室
１２ エッチングガス供給源
１３ 真空排気装置
１５ トレイ
１５ａ トレイ本体
１５ｂ 上面
１５ｃ 下面
１５ｄ 孔壁
１５ｅ 位置決め切欠
１６ 搬送アーム
１６ａ 位置決め突起
１７ 駆動装置
１８ 昇降ピン
１９Ａ〜１９Ｄ 基板収容孔
２１ 基板支持部
２１ａ 上面
２１ｂ 先端面
２２Ａ，２２Ｂ センサ
２３ 誘電体板
２４ 金属板
２５ スペーサ板
２６ ガイド筒体
２７ アースシールド
２８ トレイ支持面
２９Ａ〜２９Ｄ 基板載置部
３１ 基板載置面
３１ａ 底壁
３１ｂ 中心
３１ｃ 中央領域
３１ｄ 外周縁領域
３２ 円環状突出部
３３ 円柱状突起
３４ 直線状溝
３５ 円環状溝
３６ 円形開口
４０，４０Ａ，４０Ｂ 静電吸着用電極
４１ 直流電源
４２ 抵抗
４３ 直流電圧印加機構
４４ 供給孔
４５ 伝熱ガス供給機構
４６ 伝熱ガス源
４７ 供給流路
４８ 流量計
４９ 流量制御バルブ
５０ 圧力計
５１ 排出流路
５２ カットオフバルブ
５３ バイパス流路
５４ 排気口
５６ 高周波印加機構
５７ 高周波電源
５８ 可変容量コンデンサ
５９ 冷却機構
６０ 冷媒流路
６１ 冷媒循環装置
６３ コントローラ

Claims (7)

1. 減圧可能なチャンバと、
   前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、
   厚み方向に貫通する基板収容孔が設けられ、前記基板収容孔の孔壁から突出し、前記基板収容孔内に収容された基板の下面の外周縁部分を支持する基板支持部を備える、前記チャンバ内へ搬入搬出可能なトレイと、
   前記チャンバ内に設けられ、前記チャンバ内に搬入される前記基板を収容した前記トレイの下面を支持するトレイ支持部と、このトレイ支持部から上向きに突出し、前記トレイの下面側から前記基板収容孔に挿入され、かつその上端面である基板載置面に前記基板の下面が載置される基板載置部とを備え、前記基板載置面は上向きに凸状の曲面である、誘電体部材と、
   前記基板載置部に少なくとも一部が内蔵された、前記基板を前記基板載置面に静電吸着するための静電吸着用電極と、
   前記静電吸着用電極に直流電圧を印加する直流電圧印加機構と、
   前記基板と前記基板載置面との間の空間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と
   を備えることを特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 前記基板載置面の曲率は前記基板が有する反りの曲率よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記静電吸着用電極は前記基板載置面に沿った曲面状であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記静電吸着用電極は、前記基板載置面に沿って配置された複数の部分を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記基板載置面に載置された前記基板の下面が前記トレイの前記基板支持部から所定量離間するように、前記トレイの下面から前記基板支持部の上面までの距離が、前記トレイ支持部から前記基板載置面までの距離よりも短く設定されていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記トレイに前記基板収容孔が複数個設けられ、
   前記誘電体部材は前記基板載置部を複数個備え、個々の前記基板載置部がそれぞれ個々の基板収容孔に挿入されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記基板はサファイア基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させた基板であり、前記基板の反りはエピタキシャル成長の際に生じたものであることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

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