JP2011155170A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱ガスのガス圧が高圧であっても、基板温度の面内分布を均一化できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置の静電チャック２１は基板２が載置される基板載置部２７Ａ〜２７Ｆを備える。基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａは、外周縁に沿って設けられた上向きに突出する環状突出部４１を備える。環状突出部４１に囲まれた凹部４３には多数の柱状突起４７，４８が設けられている。基板２の下面２ａは環状突出部４１と柱状突起４７，４８の上端面に直接接触して支持される。凹部４３内には供給孔２９から伝熱ガスが充填される。凹部４３は、伝熱ガスのガス圧分布の均一性のために深さを深く設定した内側領域４５と、基板２の最外周縁付近の下面と環状突出部４１の上端面（基板載置面）４１ａを通る凹部４３からの伝熱ガスの漏洩の均一化のために内側領域４５よりも深さを浅く設定した外側領域４６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、有底の凹部に基板を収容したトレイを静電チャック（ＥＳＣ）により基板サセプタに保持する構成のＩＣＰ型のドライエッチング装置が開示されている。基板サセプタには冷却機構が設けられている。トレイを介した基板サセプタとの間接的な熱伝導により基板が冷却されるため、比較的均一に基板が冷却されるものの、基板の冷却効率は低い。そのため、特許文献１に記載のドライエッチング装置では、高いエッチングレートを実現するために高い高周波電力を投入することができない。

特許文献２には、バッチ処理が可能なＩＣＰ型のドライエッチング装置が開示されている。図１５に示すように、特許文献２のドライエッチング装置は、トレイ１００に形成された厚み方向に貫通する複数の基板収容孔１００ａにそれぞれ基板１０１を収容し、トレイ１００ごと基板サセプタ１０２のＥＳＣ１０３に基板１０１を保持する構成である。基板サセプタ１０２には冷媒の循環路１０４を含む冷却機構が設けられている。個々の基板１０１の下面とＥＳＣ１０３との間にはヘリウム（He）等の伝熱ガスが充填されている。ＥＳＣ１０３が備える基板載置部１０５の上端部は、その最外周縁に沿って設けられた環状突出部１０６と、この環状突出部１０６で囲まれた伝熱ガスを溜めるための凹部１０７と、凹部１０７に内に設けられた多数の柱状突起１０８とを備える。環状突出部１０６と柱状突起１０８の上端面が、基板１０１の下面に接触する基板接触面１０６ａ，１０８ａとして機能する。凹部１０７の深さＤｅ（基板載置面１０６ａ，１０８ａから凹部１０７の底面までの距離）は、一定である。凹部１０７に充填された伝熱ガスを介した基板サセプタ１０２との熱伝導により、プラズマ処理中の基板１０１が冷却される。伝熱ガスを利用する直接的な冷却により基板１０１を効果的に冷却できるので、難エッチング材料の高エッチングレートでのエッチングに要求される高い高周波電力の投入が可能である。例えばＬＥＤの製造工程の一部であるサファイア（SF）基板のエッチングや、SF基板に設けた窒化ガリウム（GaN）エピタキシャル層のエッチングを特許文献２のドライエッチング装置で実行する場合、トレイ１００の直径が３４０mmであれば、プラズマ発生用のコイルに投入する高周波電力が１０００〜２８００Ｗ程度、基板サセプタ１０２側に投入する高周波電力（バイアス電力）が５００〜２０００Ｗ程度である。

しかし、特許文献２に記載のドライエッチング装置で高い高周波電力を投入する場合、個々の基板における面内温度分布を十分に考慮する必要がある。図１６の上段のグラフは、基板の中心から周縁に向けて生じた基板温度の分布の一例を示す（周縁に近い領域で比較的急激に基板温度が上昇している）。このような基板温度の分布があると、特にSF基板のエッチングの場合、エッチングレートの基板温度依存性（基板温度が高い程エッチングレートが低い）が顕著であるので、図１６の中段のグラフに示すように、基板温度の分布に対応してエッチングレートにも分布が生じる可能性がある（周縁に近い領域で急激にエッチングレートが低下する）。また、エッチングにより形成される構造の側壁のテーパ角度にも基板温度の分布に対応した分布が生じる可能性がある。例えば、図１６の下段のグラフに示すように、基板の中心では６０度程度である側壁のテーパ角度は基板の外側ほど増加し、基板の周縁では７５度程度となる場合がある。このように、基板の面内温度分布は、プラズマ処理の面内ばらつきの原因となり得る。

特許文献３は、He又は水素である伝熱ガスのガス圧が０〜２０torr程度（０〜２６００Pa）であれば、基板とＥＳＣ間の熱伝達係数が主としてガス圧で決まるので基板温度の制御性が良好であるとしている。また、特許文献３は、このガス圧の範囲で前述の図１５における深さＤｅを４０μｍ未満、好ましくは２０〜３５μｍに設定すれば基板温度の均一性が得られるとしている。さらに、特許文献３によれば、He又は水素である伝熱ガスのガス圧が０〜１０torr程度（０〜１３００Pa）の自由分子領域では熱伝達係数は伝熱ガスの圧力のみに依存するので特に好ましく、１０〜７８torr程度（１３００Pa〜１０１４０Pa程度）の遷移領域では熱伝達係数は伝熱ガスの圧力と深さＤｅに依存し、７８torr程度（１０１４０Pa程度）を上回る連続体領域では熱伝達係数は深さＤｅに依存するとされている。

しかしながら、SF基板やそれに形成したGaNエピタキシャル層のような難エッチング材料の高いエッチングレートでのエッチングには高い高周波電力の投入が必要であり、この高い高周波電力に対応して基板の冷却効率を高めるには、基板とＥＳＣの間に充填する伝熱ガスのガス圧を特許文献３で特に好ましいとされている０〜１０torr程度（０〜１３００Pa程度）よりも高い領域、具体的には１３００Pa〜３０００Pa程度に設定する必要がある。そのため、特許文献３で教示されているように図１５の深さＤｅを４０μｍ未満の一定値に設定しても、図１６を参照して説明した基板温度の面内分布と、それに起因するエッチングレートや形状の面内ばらつきを解消できない。

特開２０００−５８５１４号公報 特開２００５−２９７３７８号公報 特許第３１７６３０５号公報（段落００３８〜００４１，００６０）

本発明は、基板とＥＳＣの間に伝熱ガスを充填するプラズマ処理装置において、伝熱ガスのガス圧が例えばSF基板やそれに形成したGaNエピタキシャル層のエッチングに要求されるような高圧であっても、基板温度の面内分布を均一化し、プラズマ処理の面内ばらつきを解消することを課題とする。

本発明は、プラズマを発生させる減圧可能なチャンバと、基板が載置される基板載置部を少なくとも１個備え、前記基板載置部に載置された前記基板を静電的に保持する静電チャックを有する、前記チャンバ内に設けられた基板保持部と、前記基板と前記基板載部との間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、前記基板保持部を冷却する冷却機構とを備え、前記静電チャックの前記基板載置部の上端部は、周縁に設けられた環状突出部と、同一平面上にある前記環状突出部の上端面と共に前記基板の下面を載置する基板載置面を構成する上端面をそれぞれ備える複数の突起と、前記環状突出部で囲まれた領域であって、前記基板載置部の前記上端部の中心を含む内側領域と、この内側領域と前記環状突出部の間の外側領域とを備え、前記内側領域における前記基板載置面から底面までの第１の深さより、前記外側領域における前記基板載置面から底面までの第２の深さが浅い凹部とを有し、前記基板載置面に載置された前記基板で閉鎖された凹部内に前記伝熱ガス供給機構からの前記伝熱ガスが充填される、プラズマ処理装置を提供する。

具体的には、前記伝熱ガス供給機構は、前記凹部の前記内側領域内に前記伝熱ガスの供給口を有する。凹部の内側領域に含まれる基板載置部の中心に単一の伝熱ガスの供給口を設けてもよいし、内側領域内に複数個の伝熱ガスの供給口を複数個設けてもよい。

前記内側領域の平面視での外形寸法は、前記基板載置部の平面視での外形寸法の０．５倍以上０．９３倍以下に設定される。基板の直径が４インチ（約１００ｍｍ）であり、基板載置部の平面での直径が約９０〜１００mm（例えば９７mm）である場合、内側領域の直径は基板載置部の直径の０．６４倍以上０．９倍以下に設定される。また、基板の直径が６インチ（約１５０mm）であり、基板載置部の平面での直径が約１４０〜１５０mm（例えば１４７mm）である場合、内側領域の直径は基板載置部の直径の０．７３倍場合以上０．９３倍以下に設定される。さらに、基板の直径が３インチ（約７６mm）であり、基板載置部の直径が約６６〜７６mm（例えば７３mm）である場合、内側領域の直径は基板載置部の直径の０．６倍以上０．８６倍以下に設定される。さらにまた、基板の直径が２インチ（約５０mm）であり、基板載置部の直径が約４８〜５０mm（例えば４．８mm）である場合、内側領域の直径は基板載置部の直径の０．５倍以上０．８倍以下に設定される。

さらに、前記第１の深さは４０μｍ以上１００μｍ未満であり、前記第２の深さは１０μｍ以上４０μｍ未満である。

基板載置面に載置された基板で閉鎖されて伝熱ガスが供給される凹部は、中心を含む深さが深い（４０μｍ以上１００μｍ未満）内側領域と、内側領域と環状突出部の間である深さが浅い（１０μｍ以上４０μｍ未満）外側領域とを備える。内側領域では伝熱ガスの拡散性を向上させるために凹部の深さを深く設定している。伝熱ガスの拡散性向上により、基板の中心（伝熱ガスの供給口）から周縁へ向けての伝熱ガスの圧力降下の勾配が小さくなる。その結果、内側領域では、伝熱ガスのガス圧が比較的高く、かつ伝熱ガスのガス圧分布は均一化される。

環状突出部の上端面（基板載置面）と基板の周縁付近の下面との間の微細な隙間を通って、凹部からチャンバ内に微量の伝熱ガスが漏洩する。仮に凹部の外側領域の深さを内側領域と同じ深い深さに設定すると、基板の周縁付近において凹部に充填されている伝熱ガスの圧力が過度に高くなる。この過度に高い圧力により、平面視で基板の周縁のうちの単一又は複数の特定の箇所のみから凹部内の伝熱ガスが漏洩し、基板の周縁の他の箇所からは凹部内の伝熱ガスが漏洩しない状態となるおそれがある。このような凹部からの不均一な伝熱ガスの漏洩は、基板の温度の面内ばらつきを生じさせて、プラズマ処理の面内ばらつきの原因となる。本発明のプラズマ処理装置では、外側領域の深さを内側領域よりも浅く設定して内側領域よりも基板の周縁に向かう伝熱ガスの圧力降下の勾配を大きくしている。そして、圧力降下の勾配を大きくすることで、凹部からの不均一な伝熱ガスの漏洩（基板の周縁のうちの特定の箇所のみからの伝熱ガスの漏洩）が生じない程度に、基板の周縁付近における凹部内の伝熱ガスの圧力を低下させている。

以上のように、本発明では、ガス圧分布と伝熱ガスの不均一な漏洩防止との両方を考慮し、内側領域では凹部の深さを深くする一方、外側領域では凹部の深さを浅く設定している。

凹部の深さを浅く設定した外側領域では、基板の下面と凹部の底面との距離が短くなることで基板と基板載置部との間の伝熱係数が大きくなる。この伝熱係数の増加は、伝熱ガスの不均一な漏洩防止のために凹部の深さを深く設定したこと（伝熱ガスの圧力降下の勾配を大きくしたこと）による外側領域における基板の冷却効率の低下を補う。その結果、凹部の深さを異ならせたことに起因する内側領域と外側領域における基板の冷却効率の差は最小限に抑制される。

以上の理由により、内側領域では凹部の深さを深く設定し、外側領域では内側領域よりも凹部の深さを浅く設定することで、凹部に充填される伝熱ガスのガス圧がSF基板やそれに形成したGaNエピタキシャル層のような難エッチング材の高エッチングレートでのエッチングに要求されるような高圧（例えば１３００〜３０００Pa程度）であっても、基板温度の面内分布を均一化し、プラズマ処理の面内ばらつきを解消できる。

前記環状突出部は上端面に設けられた環状溝により互いに区切られた２重又は３重の環状部分を備える。

この構成により、基板の周縁の下面を通って凹部から漏洩する伝熱ガスの経路が一種のラビリンス状となる。そのため、いわゆるラビリンス効果により、凹部からの伝熱ガスの漏洩が抑制される。この漏洩抑制により、前述の不均一な伝熱ガスの漏洩を生じることなく、凹部の外側領域、特に環状突出部付近で伝熱ガスのガス圧を高い圧力で維持でき、基板の周縁付近における基板と基板載置部との間の熱伝達係数の値を大きくできる。その結果、基板の周縁付近における基板の冷却効果が向上し、基板温度分布の均一性がさらに向上する。

前記凹部は、前記内側領域と前記外側領域の境界に設けられた第１のガス分配溝と、前記外側領域と前記環状突出部の境界に設けられた第２のガス分配溝と、前記中心側から前記環状突出部に向けて延びるように設けられた前記第１及び第２のガス分配溝と連通する第３のガス分配溝とを備える。

この構成により、凹部の内側領域及び外側領域の両方における伝熱ガスの拡散性が向上する。その結果、凹部内での伝熱ガスの圧力分布の均一性がさらに向上し、基板温度分布の均一性がさらに向上する。

前記基板載置面から前記第１から第３のガス分配溝の底面までの第３の深さは１００μm以下である。

この構成により、第１から第３のガス分配溝を設けたことに起因する基板の下面と静電チャックの基板載置部との間での局所的な異常放電の発生を防止できる。

好ましくは、それぞれ前記基板が収容される厚み方向に貫通する複数の基板収容孔と、個々の前記基板収容孔の孔壁から突出する基板支持部とを備え、前記基板を前記チャンバ内に搬入出可能なトレイをさらに備え、前記静電チャックは、複数の前記基板載置部と、これらの基板載置部が突出するトレイ支持部とを備え、前記基板の搬送時には、前記基板収容孔に収容された前記基板の下面の外周縁部分が前記基板支持部で支持され、前記基板の処理時には、前記トレイが前記基板保持部へ向けて降下することにより、個々の前記基板収容孔に対応する前記基板載置部が前記トレイの下面から挿入され、前記トレイの前記下面が前記誘電体部材の前記トレイ支持部に載置されると共に、前記トレイ支持部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いことにより、前記基板が前記基板支持部の上面から浮き上がって下面が前記基板載置面上に載置される。

トレイの基板収容孔内に基板載置部が進入することにより、複数の基板がそれぞれ高い位置決め精度で対応する基板載置部の基板載置面に載置される。そのため、個々の基板毎に基板温度の面内分布をさらに均一化できる。

前記トレイが前記静電チャックの前記トレイ保持部に静電的に保持されてもよい。

この構成により、トレイが効果的に冷却され、輻射や対流によるトレイの基板収容孔の孔壁及び基板支持部から基板の周縁へのわずかな熱伝達の影響さえも除かれるので、基板温度の均一性がさらに向上する。トレイは基板と同様に静電チャックが内蔵する電極によりトレイ保持部に対して静電的に吸着されてもよいし、トレイ保持部に自己静電吸着してもよい。

前記トレイの個々の前記基板収容孔の前記孔壁には、複数個の前記基板支持部が周方向に間隔をあけて突出し、個々の前記基板載置部の側周壁には、前記基板載置部の上端から前記トレイ支持部に向けて延びる複数の収容溝が設けられ、前記基板の処理時には、前記トレイが前記トレイ支持に向けて降下することにより個々の前記基板支持部が対応する前記収容溝に進入してもよい。

この構成により、基板の基板載置部の基板載置面に対する位置決め精度がさらに向上するので、基板と基板載置部の上端部の平面視での寸法及び形状を実質的に一致させることができる。言い換えれば、基板の基板載置部の上端部に対する位置がずれた場合を考慮して基板載置部の平面視での寸法を基板よりも小さく設定する必要がない。その結果、個々の基板の最外周縁付近まで基板載置面が接触することで特に基板の周縁付近が効果的に冷却され、基板温度分布の均一性がさらに向上する。

本発明の係るプラズマ処理装置では、基板載置面に載置された基板で閉鎖されて伝熱ガスが供給される基板載置部の凹部のうち、内側領域では伝熱ガスの拡散性を向上させてガス圧分布を均一化するために深さを深く設定している（第１の深さ）。一方、凹部のうち外側領域では深さを浅く設定し（第２の深さ）、凹部からの伝熱ガスの漏洩の不均一化を防止すると共に、基板の下面と凹部の底面との距離を短くして基板と基板載置部との間の熱伝達係数を大きくしている。その結果、凹部に充填される伝熱ガスのガス圧がSF基板やそれに形成したGaNエピタキシャル層のような難エッチング材料の高いエッチングレートでのエッチングに要求されるような高圧（例えば１３００〜３０００Pa）であっても、基板温度の面内分布を均一化し、プラズマ処理の面内ばらつきを解消できる。

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。 図１の部分Ｉの拡大図。 基板サセプタ、トレイ、及び基板を示す斜視図。 トレイの平面図。 第１実施形態における基板載置部の平面図。 第１実施形態における基板載置部の模式的な部分拡大断面図。 第１実施形態における基板載置部の模式的な斜視図。 伝熱ガスのガス圧と基板温度及び伝熱係数の関係を示す模式的な線図。 形状及び温度の測定箇所を説明するための基板の平面図。 ３重構造の突出部を有する基板載置部の部分拡大断面図。 ラビンリンス構造がない環状突出部を有する基板載置部の部分拡大断面図。 ４重構造の突出部を有する基板載置部の部分拡大断面図。 ラビリンス構造の有無による圧力分布の相違を概念的に示す線図。 本発明の第２実施形態に係るドライエッチング装置における基板サセプタ、トレイ、及び基板を示す斜視図。 図１１Ａの部分拡大図。 第２実施形態における基板載置部の平面図。 第２実施形態における基板載置部の模式的な斜視図。 従来のドライエッチング装置の一例の模式的な部分拡大断面図。 図１４のドライエッチング装置における基板の中心からの位置と、基板温度、エッチングレート、及びテーパ角度の関係を示す線図。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（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。このドライエッチング装置１は、６枚の４インチ（１００mm）の基板２に対して同時にドライエッチング処理を行うバッチ処理を実行可能である。

ドライエッチング装置１は、基板２にプラズマ処理を行うための減圧可能な処理室が内部に構成されたチャンバ（真空容器）３を備える。チャンバ３には、基板２をトレイ４と共にチャンバ３内に搬入出するための開閉可能なゲート３ａが設けられている。また、チャンバ３には、真空ポンプ等を備える真空排気装置１１が接続された排気口３ｂが設けられている。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と、基板２及びトレイ４の保持台としての機能とを有する基板サセプタ（基板保持部）５が配設されている。この基板サセプタ５と対向するチャンバ３の上端開口は石英等の誘電体からなる天板７で閉鎖されている。天板７の上方には、錐体状に巻回された複数の帯状の導電体を備えるＩＣＰコイル８が配設されている。ＩＣＰコイル８には、それぞれマッチング回路１２を介して、高周波電源１３が電気的に接続されている。チャンバ３に設けられたガスエッチング供給口３ｃはＭＦＣ（マスフローコントローラ）等を備えるエッチングガス供給源１４に接続されている。

図３及び図４を併せて参照すると、トレイ４は、例えばSiC、アルミナ（Al₂O₃）、イットリア、AlN等のセラミクス材からなる直径３４０ｍｍ程度で厚みが一定の薄板である。トレイ４には、上面４ａから下面４ｂまで厚み方向に貫通する６個の基板収容孔９Ａ〜９Ｆが設けられている。個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｆに４インチの基板２が収容される。１個の基板収容孔９Ａがトレイ４の中央領域に設けられ、その周囲に残りの５個の基板収容孔９Ｂ〜９Ｆが等角度間隔で配置されている。トレイ４には個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｆの孔壁から内向きに突出する本実施形態では無端環状の基板支持部１０が設けられている。個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｂにそれぞれ１枚の基板２が収容される。基板収容孔９Ａ〜９Ｆに収容された基板２は、その下面の外周縁部分が基板支持部１０の上面に支持される。

基板サセプタ５は、セラミクス等の誘電体からなる静電チャック（ＥＳＣ）２１、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２２、及びセラミクス等の誘電体からなるスペーサ板２３を備える。基板サセプタ５の最上部を構成するＥＳＣ２１はインジウム等の接合層２４により金属板２２の上面に固定されている。

基板サセプタ５の最上部を構成するＥＳＣ２１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。ＥＳＣ２１の上端面であるトレイ支持面２６から、バッチ処理される基板２の枚数に対応する６個の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆが上向きに突出している。本実施形態では、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆは扁平な短円柱状である。トレイ支持面２６の中央に１個の基板載置部２７Ａが配置され、この基板載置部２７Ａの周囲に残りの５個の基板載置部２７Ｂ〜２７Ｆが平面視で、等角度間隔で配置されている。後に詳述するように、トレイ４がＥＳＣ２１のトレイ支持面２６で支持され、６枚の基板２がそれぞれ基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａに保持される。

図２に示すように、ＥＳＣ２１の個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａ付近には静電吸着電極２８が内蔵されている。これらの静電吸着電極２８には直流電圧印加機構１５から静電吸着用の直流電圧が印加される。

図１及び図３を参照すると、個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａには、伝熱ガス（本実施形態ではヘリウム）の供給孔２９が設けられている。個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａとその上に載置された基板２の下面２ａとの間の閉鎖された空間には、供給孔２９に接続された伝熱ガス供給機構１６（図１に図示する。）によって伝熱ガス（本実施形態ではヘリウムガス）が供給される。伝熱ガスの供給時にはカットオフバルブ１６ａは閉弁され、伝熱ガス供給源（本実施形態ではヘリウムガス源）１６ｂから供給流路１６ｃを経て供給孔２９へ伝熱ガスが送られる。流量計１６ｄと圧力計１６ｅで検出される供給流路１６ｃの流量及び圧力に基づき、流量制御バルブ１６ｆが制御される。一方、伝熱ガスの排出時にはカットオフバルブ１６ａが開弁され、供給孔２９、供給流路１６ｃ、及び排出流路１６ｇを経て排気口１６ｈから伝熱ガスが排気される。

金属板２２には、バイアス電圧としての高周波を印加する高周波印加機構１７が電気的に接続されている。また、金属板２２を冷却する冷却機構１８が設けられている。冷却機構１８は、金属板２２内に形成された冷媒流路１８ａと、温調された冷媒を冷媒流路１８ａ中で循環させる冷媒循環装置１８ｂとを備える。

図１にのみ模式的に示すコントローラ３０は、流量計１６ｄ及び圧力計１６ｅを含む種々のセンサや操作入力に基づいて、高周波電源１３、エッチングガス供給源３ｃ、真空排気装置１１、直流電圧印加機構１５、伝熱ガス供給機構１６、高周波電圧印加機構１７、及び冷却機構１８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の動作の概要を説明する。

基板収容孔９Ａ〜９Ｆにそれぞれ基板２が収容されたトレイ４は、図示しない搬送アームによりゲート３ａからチャンバ３内に搬入され、上昇位置にある昇降ピン１９の先端に移載される（このとき昇降ピン１９の先端は基板サセプタ５よりも上方に位置する。）。次に、駆動機構２０により昇降ピン１９が降下することで、基板２とトレイ４が基板サセプタ５に載置される。具体的には、トレイ４は下面４ｂがＥＳＣ２１のトレイ支持面２６へ降下する。トレイ４がトレイ支持面２６に向けて降下する際、ＥＳＣ２１の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆがトレイ４の対応する基板収容孔９Ａ〜９Ｆ内へトレイ４の下面４ｂ側から進入する。トレイ４の下面４ｂがＥＳＣ２１のトレイ支持面２６に載置されると、トレイ支持面２６から基板支持部１０の上面まで距離がトレイ支持面２６から基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端までの距離よりも短いため、個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｆ内の基板２は基板支持面１０の上面から持ち上げられて基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａに載置される。

次に、静電吸着電極２８に対して直流電圧印加機構１５から直流電圧が印加され、個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａに基板２が静電吸着される。続いて、個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆと基板２の下面２ａとの間の空間が、伝熱ガス供給機構１６から供給孔２９を通って供給される伝熱ガスにより充填される。その後、エッチングガス供給源１４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１１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１３からＩＣＰコイル１１に高周波電圧を印加する。ＩＣＰコイル８が発生する高周波磁界によりチャンバ３内に誘導電界を発生させ、電子を加速してプラズマを発生さる。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４で６枚の基板２を基板サセプタ６上に載置できるので、バッチ処理となる。エッチング中は、冷媒循環装置１８ｂにより金属板２２の冷媒流路１８ａ中で冷媒を循環させることでＥＳＣ２１を冷却し、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆとの伝熱ガスを介した熱伝導により個々の基板２を冷却する。

エッチング終了後は、駆動機構２０により昇降ピン１９が上昇することで、基板２を基板収容孔９Ａ〜９Ｆに収容したトレイ４が基板サセプタ５から上昇する。その後、図示しない搬送アームにより、基板２を保持したトレイ４がゲート３ａを通ってチャンバ３から搬出される。

次に、本実施形態におけるＥＳＣ２１の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａの構造を詳細に説明する。基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの構造は同一であるので、以下では基板載置部２７Ｄについて説明する。

基板載置部２７Ｄの上端部２７ａの平面視での最外周縁の部分に沿って途切れなく、上向きに突出する環状突出部４１が設けられている。本実施形態における環状突出部４１は、平面視での形状が円環状である。環状突出部４１の上端面は平坦面であり、基板載置部２７Ｄに載置される基板２の下面２ａと直接接触する基板載置面４１ａとして機能する。

図６及び図７に示すように、環状突出部４１は上端面（基板載置面４１ａ）に設けられた環状溝４２により内側部４１ｂと外側部４１ｃとに区切られている。本実施形態では、環状突出部４１の幅Ｗ１（一定幅）が３．２mmであり、内側部４１ｂ、環状溝４２、外側部４１ｃの幅Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４（いずれも一定幅）がそれぞれ１．２mm、０．８mm、１．２mmである。また、本実施形態では、環状溝４２の深さＤｅ１（基板載置面４１ａから環状溝４２の底面までの距離）は２５μmである。

基板載置部２７Ｄの上端部２７ａの環状突出部４１で囲まれた領域は、伝熱ガスを充填するための凹部４３となっている。凹部４３の底面４５ａ，４６ａからは互いに間隔をあけて配置された多数個の短円柱状の柱状突起４７，４８が上向きに突出している。これらの柱状突起４７，４８の上端面は平坦面であり、前述した環状突出部４１の上端面は平坦面と同様、基板載置部２７Ｄに載置される基板２の下面２ａと直接接触する基板載置面４７ａ，４８ａとして機能する。つまり、図６に示すように、環状突出部４１の上端面（基板載置面４１ａ）と柱状突起４７，４８の上端面（基板載置面４７ａ，４８ａ）は同一水平面上にあり、基板載置部２７Ｄの上端部２７ａに載置された基板２の下面２ａは、基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａに直接接触することで基板載置部２７Ｄの上端部２７ａに支持される。そして、環状突出部４１の内周面、凹部４３の底面４５ａ，４６ａ、及び基板２の下面２ａで画定される閉鎖空間に伝熱ガスが充填される。本実施形態では、柱状突起４７，４８の上端面（基板載置面４７ａ，４８ａ）の直径ＤＩは２．５〜３．０mm程度である。

凹部４３内は、平面視では内側領域４５と外側領域４６とに分かれている。内側領域４５は基板載置部２７Ｄの上端部２７ａの中心を含む円形の領域であり、外側領域４６は内側領域４５と環状突出部４１との間の円環状の領域である。図１から図３に加えて図５から図７を参照すると、平面視での基板載置部２７Ｄの上端部２７ａの中心に、伝熱ガスの供給孔２９が１個のみ開口している。本実施形態では、この供給孔２９を除いて伝熱ガスの供給口は設けられていない。しかし、複数の供給孔２９を内側領域４５内に設けてもよい。特に、基板のサイズが大きい場合（例えば本実施形態では４インチであるのに対して６インチである場合）には、それに伴って基板載置部２７Ａ〜２７Ｄも大型化するので、配置箇所に特に制約を受けることなく複数個の供給孔２９を内側領域４５内に設けることができる。

内側領域４５と外側領域４６では、凹部４３の深さＤｅ２，Ｄｅ３が異なる。具体的には、内側領域４５における凹部４３の深さＤｅ２（基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａから内側領域４５における凹部４３の底面４５ａまでの距離）よりも、外側領域４６における凹部４３の深さＤｅ３（基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａから外側領域４６における凹部４３の底面４６ａまでの距離）を浅く設定している。本実施形態では、内側領域４５での凹部の深さＤｅ２が５０μm程度、外側領域４６での凹部４３の深さＤｅ３を２５μｍ程度に設定している。別の見方をすれば、内側領域４５に属する柱状突起４７よりも、外側領域４６に属する柱状突起４８の高さが低い（前者が５０μmで後者が２５μm）。内側領域４５の深さＤｅ２は４０μｍ以上１００μｍ未満の範囲で設定し、外側領域４６の深さＤｅ３は１０μｍ以上４０μｍ未満の範囲で設定される。内側領域４５の深さＤｅ２と外側領域４６の深さＤｅ３との間には１０〜８０μｍ程度、特に１０〜５０μｍ程度の差があることが好ましい。

以下、図５を参照して、内側領域４５の大きさの設定、つまり内側領域４５と外側領域４６の境界の設定について説明する。本実施形態では、前述のように基板２は４インチ（約１００mm）であり、それに対応して基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１は９７mmに設定されている。なお、基板２が４インチの場合、基板載置部２７Ｄの平面視での直径Ｄ１は約９０〜１００mm程度の範囲で設定できる。直径Ｄ１を約１００mm程度、すなわち４インチの基板２の直径と同程度に設定する場合、後述する第２実施形態のように基板載置部２７の側壁に設けた収容溝５５に基板支持部２１を収容する構成が採用される。この基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１（＝９７mm）に対し、内側領域４５の直径Ｄ２は６２mm以上８７mm以下の範囲で設定される。言い換えれば、内側領域４５の直径Ｄ２は基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１（＝９７mm）の０．６４倍以上０．９倍以下の範囲で設定される。外側領域４６の幅Ｗ６（環状突出部４１の幅Ｗ１も含む）は、内側領域４５の直径Ｄ２に応じて５mm以上１７．５mm以下の範囲で設定される。以下の表１に基板２が４インチで基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１が９７mmの場合の内側領域４５の直径Ｄ２、基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１に対する内側領域４５の直径Ｄ２の比率Ｄ２／Ｄ１、及び外側領域４６の幅Ｗ６の関係を示す。

以下の表２は、基板２が６インチ（約１５０mm）であり、基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１が１４７mmの場合の内側領域４５の直径Ｄ２、比率Ｄ２／Ｄ１、及び外側領域４６の幅Ｗ６の関係を示す。なお、基板２が６インチの場合、基板載置部２７Ｄの平面視での直径Ｄ１は約１４０〜１５０mm程度の範囲で設定できる。直径Ｄ１を約１５０mm程度、すなわち６インチの基板２の直径と同程度に設定する場合、後述する第２実施形態のように基板載置部２７の側壁に設けた収容溝５５に基板支持部２１を収容する構成が採用される。表２に示すように、基板２が６インチの場合、内側領域４５の直径Ｄ２は基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１（＝１４７mm）の０．７３倍以上０．９３倍以下の範囲で設定される。

以下の表３は、基板２が３インチ（約７６mm）であり、基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１が７３mmの場合の内側領域４５の直径Ｄ２、比率Ｄ２／Ｄ１、及び外側領域４６の幅Ｗ６の関係を示す。なお、基板２が３インチの場合、基板載置部２７Ｄの平面視での直径Ｄ１は約６６〜７６mm程度の範囲で設定できる。直径Ｄ１を約１００mm程度、すなわち３インチの基板２の直径と同程度に設定する場合、後述する第２実施形態のように基板載置部２７の側壁に設けた収容溝５５に基板支持部２１を収容する構成が採用される。表３に示すように、基板２が３インチの場合、内側領域４５の直径Ｄ２は基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１（＝７３mm）の０．６倍以上０．８６倍以下の範囲で設定される。

以下の表４は、基板２が２インチ（約５０mm）であり、基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１が４８mmの場合の内側領域４５の直径Ｄ２、比率Ｄ２／Ｄ１、及び外側領域４６の幅Ｗ６の関係を示す。なお、基板２が２インチの場合、基板載置部２７Ｄの平面視での直径Ｄ１は約４５〜５０mm程度の範囲で設定できる。直径Ｄ１を約５０mm程度、すなわち２インチの基板２の直径と同程度に設定する場合、後述する第２実施形態のように基板載置部２７の側壁に設けた収容溝５５に基板支持部２１を収容する構成が採用される。
表４に示すように、基板２が２インチの場合、内側領域４５の直径Ｄ２は基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１（＝４８mm）の０．５倍以上０．８倍以下の範囲で設定される。

表１から表４より明らかなように、基板２が２インチ（約５０mm）から６インチ（約１５０mm）である場合、内側領域４５の直径Ｄ２は基板載置部２７Ｄの直径Ｄ１（＝４５〜１５０mm）の０．５倍以上０．９３倍以下の範囲で設定される。

次に、内側領域４５における凹部４３の深さＤｅ２よりも外側領域４６における凹部４３の深さＤｅ３を深く設定している理由を説明する。

ドライエッチング中、基板２の平面視での周縁付近は、主として下面２ａが環状突出部４１の上端面（基板載置面４１ａ）と直接的に接触することによる熱伝導で冷却される。一方、ドライエッチング中、基板２のうち周縁付近よりも中心側は、凹部４３に充填された伝熱ガス（本実施形態ではHeガス）を介した基板２の下面２ａと基板載置部２７Ｄの上端部２７ａとの間の熱伝達により冷却される。基板２がSF基板で１２０mm/min程度の高いエッチングレートとする場合、チャンバ３内の圧力を低圧（例えば０．６Pa）として高い高周波電力をＩＰＣコイル８と基板サセプタ５に高い高周波電力を印加する。そのため、基板２を適切な温度（本実施形態では１１０℃程度）に冷却するには凹部４３に充填される伝熱ガスのガス圧力を２０００Pa以上の高圧（本実施形態では２６００Pa）に設定する必要がある。

図８の上側のグラフには、凹部４３は内側領域４５と外側領域４６の深さＤｅ２，Ｄｅ３が２５μｍで一定であると仮定した場合の凹部４３内の伝熱ガスの圧力（供給孔２９が設けられている基板２の中心に対応する位置での圧力）と基板２の温度の関係を示す（実線が基板の周縁付近を示し点線は基板の中心を示す）。また、図６の上側のグラフの破線は、この場合の基板２の中心から周縁までの凹部４３内の伝熱ガスの圧力を示す。なお、図８の下側のグラフに示すように伝熱ガスのガス圧が１３００〜１０１４０Paであると、伝熱ガスは遷移領域であり基板２と基板載置部２７Ｄとの間の熱伝達係数は伝熱ガスの圧力と基板２の下面２ａから基板載置部２７Ｄの上端部２７ａとの間の距離（凹部４３の深さ）の両方に依存する。

図６の上側のグラフの破線で示すように、凹部４３の深さを浅い深さ（２５μｍ）で一定として場合には、供給孔２９が設けられている基板２の中心から周縁に向う伝熱ガスの拡散性が十分でないために、基板２の中心から周縁に向けての伝熱ガスの圧力降下の勾配が大きい。そのため、図８の上側のグラフに示すように、凹部４３の深さが２５μｍで浅いと、供給孔２９からの伝熱ガスの供給圧力が２６００Paであって十分高い場合でも、基板２の周縁の温度（９８℃）と基板２の中心の温度（８７℃）の間には１０℃を上回る温度差がある。本実施形態では、内側領域４５の凹部４３の深さＤｅ３を深く（５０μｍ）設定している。深さＤｅ３を深くして伝熱ガスの拡散性向上させたことで、図６の上側のグラフの実線で示すように、内側領域４５における基板２の中心から周縁へ向けての伝熱ガスの圧力降下の勾配が小さくなる（内側領域４５における伝熱ガスの圧力分布が均一化される）。これは凹部４３の深さが深い方が供給孔２９から流す伝熱ガスの凹部４３内での拡散に対する抵抗が小さくなり、伝熱ガスの拡散性が向上するためであると推察される。圧力分布が均一化された方が基板２の冷却効果が均一となるので、基板温度の分布が均一化される。そして、図１６を参照して説明したように、基板温度の分布が均一化された方が、エッチングレートやエッチングにより得られる形状も均一化される。

以上が内側領域４５の深さＤｅ２を深く設定している理由である。続いて、外側領域４６の深さＤｅ３を浅く設定している理由を説明する。

環状突出部４１の上端面（基板載置面４１ａ）と基板２の周縁付近の下面２ａとの間の微細な隙間を通って、凹部４３からチャンバ３内に微量の伝熱ガスが漏洩する。仮に凹部４３の外側領域４６の深さＤｅ３を内側領域と同じ深い深さに設定すると、基板２の周縁付近において凹部４３に充填されている伝熱ガスの圧力が過度に高くなる。この過度に高い圧力により、平面視で基板２の周縁のうちの単一又は複数の特定の箇所のみから凹部４３内の伝熱ガスが漏洩し、基板２の周縁の他の箇所からは凹部４３内の伝熱ガスが漏洩しない状態となるおそれがある。このような凹部４３からの不均一な伝熱ガスの漏洩は、基板２の温度の面内ばらつきを生じさせて、プラズマ処理の面内ばらつきの原因となる。本実施形態では、外側領域４６の深さＤｅ３を内側領域４５の深さＤｅ２よりも浅く（５０μｍ）設定し、内側領域４５よりも基板２の周縁に向かう伝熱ガスの圧力降下の勾配を大きくしている。そして、圧力降下の勾配を大きくすることで、凹部４３からの不均一な伝熱ガスの漏洩（基板２の周縁のうちの特定の箇所のみからの伝熱ガスの漏洩）が生じない程度に、基板２の周縁付近における凹部４３内の伝熱ガスの圧力を低下させている。

以上のように、ガス圧分布と伝熱ガスの不均一な漏洩防止との両方を考慮し、内側領域４５では凹部４３の深さＤｅ２を深くする一方、外側領域４６では凹部４３の深さＤｅ３を浅く設定している。

凹部４３の深さＤｅ３を浅く設定した外側領域４６では、基板２の下面２ａと凹部４３の底面との距離が短くなることで基板２と基板載置部２７Ｄとの間の伝熱係数が大きくなる。この伝熱係数の増加は、伝熱ガスの不均一な漏洩防止のために凹部４３の深さＤｅ３を深く設定したこと（伝熱ガスの圧力降下の勾配を大きくしたこと）による外側領域４６における基板２の冷却効率の低下を補う。その結果、凹部４３の深さＤｅ２，Ｄｅ３を異ならせたことに起因する内側領域４６と外側領域４５における基板２の冷却効率の差は最小限に抑制される。

以上のように、内側領域４５では凹部４３の深さＤｅ２を深く設定し、外側領域４６では内側領域４５よりも凹部４３の深さＤｅ３を浅く設定することで、凹部４３に充填される伝熱ガスのガス圧がSFからなる基板２やそれに形成したGaNエピタキシャル層のような難エッチング材の高エッチングレートでのエッチングに要求されるような高圧（例えば１３００〜３０００Pa程度で本実施形態では２６００Pa）であっても、基板温度の面内分布を均一化し、プラズマ処理の面内ばらつきを解消できる。

凹部４３の底面４５ａ，４６ａには、ガス分配溝５１，５２，５３，５４が設けられている。図５に示すように、ガス分配溝５１〜５３は平面視で同心円状に配置された円環状の溝であり、ガス分配溝５４は平面視で凹部４３の中心（基板載置部２７Ａの上端部２７ａの中心）から環状突出部４１に向けて径方向外向きに延びる直線状の溝である。本実施形態では、６個の直線状のガス分配溝５４が平面視で、等角度間隔で配置されている。個々の直線状のガス分配溝５４と、環状のガス分配溝５１〜５３とは、それらの交差位置で互いに連通し、伝熱ガスがガス分配溝５４からガス分配溝５１〜５３へ、又はその逆に流れるようになっている。

ガス分配溝５１は内側領域４５のうち比較的中心側に近い位置に設けられている。また、ガス分配溝５２は、内側領域４５と外側領域４６の境界、つまり内側領域４５における凹部４３の底面４５ａのうち外側領域４６に接している部分に設けられている。さらに、ガス分配溝５３は、外側領域４６と環状突出部４１の境界、つまり外側領域４６における凹部４３の底面４６ａのうち環状突出部４１の内周面に接している部分に設けられている。本実施形態では、ガス分配溝５１〜５４の幅Ｗ５は１．０mm程度に設定している。

ガス分配溝５１〜５４を設けることで供給孔２９から凹部４３に内に供給される伝熱ガス（Heガス）の拡散性が向上する。その結果、凹部４３内での伝熱ガスの圧力分布の均一性がさらに向上するので、基板温度分布の均一性がさらに向上してエッチングレートやエッチング形状の面内ばらつきをより一層低減できる。

本実施形態では、ガス分配溝５１〜５４の深さＤｅ４（基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａからガス分配溝５１〜５４の底面までの距離）を１００μmに設定している。その理由は以下の通りである。本実施形態のように凹部４３に充填するHeガスの圧力が２６００Pa以上である場合、基板２の下面２ａとＥＳＣ２１の表面との距離が３００μm程度以上となると基板２の下面２ａ側に放電（いわゆるバッハクファイアー）が生じる。また、基板２がSF基板にGaNエキタピシャル層を形成したものである場合、基板２がＥＳＣ２１から離れる向きに最大で１５０μm程度の反りが生じる。従って、ガス分配溝５１〜５４の深さＤｅ４は、放電防止のための３００μmから基板２の反りを考慮した１５０μmと位置ずれ等の他の要因を考慮した５０μmと引いた差である１００μm以下に設定することが好ましい。なお、過度に浅いと伝熱ガスの拡散を効果的に促進できないので、ガス分配溝５１〜５４の深さＤｅ４は５０μm以上に設定することが好ましい。

前述のように、本実施形態のドライエッチング装置１では、トレイ４の個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｆ内にＥＳＣ２１の対応する基板載置部２７Ａ〜２７Ｆが進入することにより、６枚の基板２が基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａに載置される。つまり、個々の基板２の対応する基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの載置は、基板収容孔９Ａ〜９Ｆへの基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの差し込みで案内される。そのため、個々の基板２の基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａに対する位置決め精度が高い。このように基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａに対して基板２が高精度で載置される点でも、個々の基板２毎の基板温度の面内分布を均一化し、エッチングレートやエッチング形状の面内ばらつきの低減を図ることができる。

（実験例）
本実施形態のドライエッチング装置で実際に基板２のドライエッチングを実行し、エッチングレート、エッチングにより形成される構造の側壁のテーパ角度、及びエッチング中の基板温度を測定した。基板２（４インチ）はSFであった。伝熱ガスは、BCl₃とArの混合ガスであり、BCl₃ガスとArガスの流量は共に１００sccmであった。チャンバ３内の圧力は０．６Paとした。ＩＣＰコイル８に印加される高周波電力は１５００Ｗで、基板サセプタ５に印加されるバイアスの高周波電力は１５００Ｗとした。ＥＳＣ２１の静電吸着用電極に印加される直流電圧は２．５６ｋＶとした。供給孔２９から凹部４３内へのHeガス（伝熱ガス）の供給圧力は２６００Paとした。基板サセプタ５の温度は４５℃に維持される。エッチング時間は５４５秒であった。図９に示すように、基板２上に高さ１．０μｍで直径３．０μｍの円柱２ｂを５．０μｍピッチで多数形成した。円柱２ｂの形状は基板２の中心である測定点Ｐ１と、基板２の外周縁から１．５mmだけ内側に等角度間隔で配置された４個の測定点Ｐ２〜Ｐ５との合計５点について測定した。具体的には、走査電子顕微鏡を使用した個々の測定点Ｐ１〜Ｐ５について複数個の円柱２ｂの側壁のテーパ角度θを測定した。個々の測定点Ｐ１〜Ｐ５毎に最大値から最小値を引いた差を平均値で除した値を求め、その値をその測定点Ｐ１〜Ｐ５０でのテーパ角度θとした。また、基板温度はサーモラベルを使用して基板２の中心（測定点Ｐ１）と周縁側の測定点Ｐ２〜Ｐ５の１つにおいて測定した。

測定結果は以下の通りである。エッチングレートは１１０nm/minであった。基板温度は中心では８７℃であるのに対して周縁側では９８℃であった。すなわち、中心と周縁側の温度差は５℃程度でありエッチング中の基板温度の面内ばらつきが非常に小さいことが確認できた。また、テーパ角度θは中心では６０°であるのに対して周縁側では６５°であった。すなわち、中心と周縁でのテーパ角度θの差は５°程度であり、面内ばらつきが解消された均一化なプラズマ処理を実現できることが確認できた。

本実施形態では、例えば図６中の拡大図に示すように、環状突出部４１は１個の環状溝４２により２つの環状部分、すなわち内側部４１ｂと外側部４１ｃに分かれている。つまり環状突出部４１は２重構造となっている。図１０Ａに示すように、環状突出部４１は２個の平面視で同心円状の環状溝４２，４２’により３つの環状部分４１ｄ，４１ｅ，４１ｆに分かれた３重構造としてもよい。環状突出部４１をこのような２重構造又は３重構造とすることによっても、基板２の冷却効果の向上と基板温度部分の均一化向上を図ることができる。以下、その理由を説明する。

まず、環状突出部４１を２重又は３重構造とすると、基板２の周縁付近の下面２ａと環状突出部４１ａの上端面（基板載置面４１ａ）の接触箇所を経て凹部４３から漏洩する伝熱ガスの経路は一種のラビリンス状となる。そのため、いわゆるラビリンス効果により、環状突出部４１の上端面と基板２の下面２ａとの間の微細な隙間から伝熱ガスの漏洩が防止される。この漏洩抑制により、凹部４３の外側領域４６、特に環状突出部４１付近で伝熱ガスのガス圧力を高い圧力で維持できる。その結果、基板２の周縁付近における基板２と基板載置部２７Ｄとの間の熱伝達係数の値を大きくできる。

図１０Ｂに示すように、環状突出部４１に環状溝を設けずに１重構造とした場合、環状突出部４１付近で伝熱ガスのガス圧力が低くなる（図１１の実線は本実施形態のように環状溝４２によって伝熱ガスの経路をラビリンス状とした場合を示す、破線は環状突出部４１の上端面（基板載置面４１ａ）を単なる平坦面とした場合を示す）。環状溝４２を設けない（環状突出部４１が１重構造）である点を除いて、前述した実験例と同一条件で基板２の温度を測定したところ、中心では８７℃であったが周縁側では１２６℃であった。すなわち、中心と周縁側の温度差は４０℃を上回り、エッチング中の基板温度の面内ばらつきが大きい。これは環状突出部４１が１重構造であるため環状突出部４１の上端面と基板２の下面２ａとの間の微細な隙間から伝熱ガスの漏洩を効果的に防止できないために、基板２の周縁側で伝熱ガスの圧力が低下したためと考えられる。

図１０Ｃに示すように、環状突出部４１を３個の同心円状の環状溝４２，４２’，４２’’により４つ環状部分４１ｄ〜４１ｇを分かれた４重構造とした場合、環状溝４２〜４２’や環状部分４１ｄ〜４１ｇの幅が本実施形態と同様（内側部４１ｂ、環状溝４２、外側部４１ｃの幅Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４はそれぞれ１．２mm、０．８mm、１．２mm）とすると、環状突出部４１の幅Ｗ１が７．２mm程度に達する。この程度まで環状突出部４１の幅が大きくなると、基板２の周縁付近において凹部４３に充填されている伝熱ガスの圧力が過度に高くなる。その結果、平面視で基板２の周縁のうちの単一又は複数の特定の箇所のみから凹部４３内の伝熱ガスが漏洩し、基板２の周縁の他の箇所からは凹部４３内の伝熱ガスが漏洩しない状態となるおそれがある。このような凹部４３からの不均一な伝熱ガスの漏洩は、基板２の温度の面内ばらつきを生じさせて、プラズマ処理の面内ばらつきの原因となる。従って、環状突出部４１は４重以上の構造ではなく、２重又は３重構造が好ましい。

（第２実施形態）
図１２Ａから図１４に示す本発明の第２実施形態のドライエッチング装置１は、ＥＳＣ２１の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆに対する基板２の位置決め精度をさらに向上させるための構造を備えている。

図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すると、トレイ４の基板収容孔９Ａ〜９Ｆの孔壁には、周方向に間隔をあけて突起状の３個の基板支持部１０が設けられている。詳細には、基板収容孔９Ａ〜９Ｆの貫通方向から見ると、基板収容孔９Ａ〜９Ｆの中心に対して等角過度間隔（１２０°間隔）で３個の基板支持部２１が設けられている。図１３及び図１４を併せて参照すると、ＥＳＣ２１の個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの側周壁には上端部２７ａからトレイ支持面２６に向けて鉛直方向に延びる３個の収容溝５５が形成されている。平面視では、個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの平面視での中心に対して等角度間隔で３個の収容溝５５が設けられている。収容溝５５の平面視での寸法及び形状は、突起状の基板支持部１９よりもわずかに大きく設定されている。

図１３及び図１４に示すように、環状突出部４１とガス分配溝５３の収容溝５５を通る部分は、収容溝５５を取り囲むように部分的に内側に迂回している。つまり、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆには収容溝５５を設けているが、第１実施形態と同様に、環状突出部４１とガス分配溝５３は無端状である。

図１２Ａに示すようにＥＳＣ２１の個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上方にトレイ４の個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｆが平面視で位置合わせされた状態で配置されている場合、トレイ４がＥＳＣ２１に向けて降下すると、個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｆの３個の基板支持部２１が対応する基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの収容溝５５の上端からその内部に進入して下方に収容溝５５内を降下する。従って、この場合、トレイ４の下面４ｂがトレイ支持面２６に達し、かつ基板２の下面２ａが基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａ上に載置されるまでトレイ４を降下させることができる。しかし、個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆに対する個々の基板収容孔９Ａ〜９Ｆの平面視での位置がずれている場合、基板支持部１０と収容溝５５の平面視での位置もずれるので、基板支持部１０は収容溝５５に進入できず、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆと干渉し、基板収容孔９Ａ〜９Ｆに対して基板載置部２７Ａ〜２７Ｆが挿入されない。このように、従って、突起状の基板支持部１０と収容溝５５とを設けることにより、個々の基板２の基板載置面４１ａ，４７ａ，４８ａに対する位置決め精度をさらに高めることができる。

突起状の基板支持部１０と収容溝５５を採用して位置決め精度を高めることで、基板２と基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａの平面視での寸法及び形状を実質的に一致させることができる。言い換えれば、基板２の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端部２７ａに対する位置がずれた場合を考慮して基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの平面視での寸法を基板２よりも小さく設定する必要がない。その結果、個々の基板２の最外周縁付近まで環状突出部４１の上端面である基板載置面４１ａが接触することで基板２の周縁付近における冷却効果が向上し、基板温度分布の均一性がさらに向上する。例えば、基板２の直径が１００mmであれば基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの直径をそれと同一の１００mmに設定できる。

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。

本発明は前記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。

ＥＳＣ２１は、基板２を静電吸着するための静電吸着電極２８により、又は静電吸着電極２８とは別の設けた静電吸着電極によりトレイ支持面２６にトレイ４の下面４ｂを静電吸着により保持してもよい。あるいは、自己静電吸着によりトレイ４の下面４ｂをＥＳＣ２１のトレイ支持面２６に静電吸着させてもよい。前述の実施形態のようにチャンバ３内の圧力が低圧（０．６Pa）である場合でも、輻射や対流によるトレイ４の基板収容孔９Ａ〜９Ｆの孔壁及び基板支持部１０から基板２への周縁への僅かな熱伝導がある。トレイ４をＥＳＣ２１に静電吸着して基板２と同様に冷却するとことにより、輻射や対流によるわずかな熱伝達の影響さえも除かれるので、基板温度の均一性がさらに向上する。

ドライエッチング装置を例に本発明を説明したが、本発明は化学気相成長（ＣＶＤ）装置を含む他のプラズマ処理装置にも適用できる。

１ ドライエッチング装置
２ 基板
２ａ 下面
３ チャンバ
３ａ ゲート
３ｂ 排気口
３ｃ エッチングガス供給口
４ トレイ
４ａ 上面
４ｂ 下面
５ 基板サセプタ
７ 天板
８ ＩＣＰコイル
９Ａ〜９Ｆ 基板収容孔
１０ 基板支持部
１１ 真空排気装置
１２ マッチング回路
１３ 高周波電源
１４ エッチングガス供給源
１５ 直流電圧印加機構
１６ 伝熱ガス供給機構
１６ａ カットオフバルブ
１６ｂ 伝熱ガス供給源
１６ｃ 供給流路
１６ｄ 流量計
１６ｅ 圧力計
１６ｆ 流量制御バルブ
１６ｇ 排出流路
１６ｈ 排気口
１７ 高周波電圧印加機構
１８ 冷却機構
１８ａ 冷媒流路
１８ｂ 冷媒循環装置
１９ 昇降ピン
２０ 駆動機構
２１ 静電チャック（ＥＳＣ）
２２ 金属板
２３ スペーサ板
２４ 接合層
２６ トレイ支持面
２７Ａ〜２７Ｆ 基板載置部
２７ａ 上端部
２８ 静電吸着用電極
２９ 供給孔
３０ コントローラ
４１ 環状突出部
４１ａ 基板載置面
４１ｂ 内側部
４１ｃ 外側部
４２ 環状溝
４３ 凹部
４５ 内側領域
４５ａ 底面
４６ 外側領域
４６ａ 底面
４７，４８ 柱状突起
４７ａ，４８ａ 基板載置面
５１，５２，５３，５４ ガス分配溝
５５ 収容溝
１００ トレイ
１００ａ 基板収容孔
１０１ 基板
１０２ 基板サセプタ
１０３ ＥＳＣ
１０４ 循環路
１０５ 基板載置部
１０６ 突出部
１０６ａ 基板載置面
１０７ 凹部
１０８ 柱状突起
１０８ａ 基板載置面

Claims (10)

1. プラズマを発生させる減圧可能なチャンバと、
   基板が載置される基板載置部を少なくとも１個備え、前記基板載置部に載置された前記基板を静電的に保持する静電チャックを有する、前記チャンバ内に設けられた基板保持部と、
   前記基板と前記基板載部との間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、
   前記基板保持部を冷却する冷却機構と
   を備え、
   前記静電チャックの前記基板載置部の上端部は、
   周縁に設けられた環状突出部と、
   同一平面上にある前記環状突出部の上端面と共に前記基板の下面を載置する基板載置面を構成する上端面をそれぞれ備える複数の突起と、
   前記環状突出部で囲まれた領域であって、前記基板載置部の前記上端部の中心を含む内側領域と、この内側領域と前記環状突出部の間の外側領域とを備え、前記内側領域における前記基板載置面から底面までの第１の深さより、前記外側領域における前記基板載置面から底面までの第２の深さが浅い凹部とを有し
   前記基板載置面に載置された前記基板で閉鎖された凹部内に前記伝熱ガス供給機構からの前記伝熱ガスが充填される、プラズマ処理装置。
2. 前記伝熱ガス供給機構は、前記凹部の前記内側領域内に前記伝熱ガスの供給口を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記内側領域の平面視での外形寸法は、前記基板載置部の平面視での外形寸法の０．５倍以上０．９３倍以下である、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１の深さは４０μｍ以上１００μｍ未満であり、前記第２の深さは１０μｍ以上４０μｍ未満である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記環状突出部は上端面に設けられた環状溝により互いに区切られた２重又は３重の環状部分を備える、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. 前記凹部は、
   前記内側領域と前記外側領域の境界に設けられた第１のガス分配溝と、
   前記外側領域と前記環状突出部の境界に設けられた第２のガス分配溝と、
   前記中心側から前記環状突出部に向けて延びるように設けられた前記第１及び第２のガス分配溝と連通する第３のガス分配溝と
   を備える、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. 前記基板載置面から前記第１から第３のガス分配溝の底面までの第３の深さが１００μm以下である、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. それぞれ前記基板が収容される厚み方向に貫通する複数の基板収容孔と、個々の前記基板収容孔の孔壁から突出する基板支持部とを備え、前記基板を前記チャンバ内に搬入出可能なトレイをさらに備え、
   前記静電チャックは、複数の前記基板載置部と、これらの基板載置部が突出するトレイ支持部とを備え、
   前記基板の搬送時には、前記基板収容孔に収容された前記基板の下面の外周縁部分が前記基板支持部で支持され、
   前記基板の処理時には、前記トレイが前記基板保持部へ向けて降下することにより、個々の前記基板収容孔に対応する前記基板載置部が前記トレイの下面から挿入され、前記トレイの前記下面が前記誘電体部材の前記トレイ支持部に載置されると共に、前記トレイ支持部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いことにより、前記基板が前記基板支持部の上面から浮き上がって下面が前記基板載置面上に載置される、請求項１から請求項７のいずれ１項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記トレイは前記静電チャックの前記トレイ保持部に静電的に保持される、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記トレイの個々の前記基板収容孔の前記孔壁には、複数個の前記基板支持部が周方向に間隔をあけて突出し、
    個々の前記基板載置部の側周壁には、前記基板載置部の上端から前記トレイ支持部に向けて延びる複数の収容溝が設けられ、
    前記基板の処理時には、前記トレイが前記トレイ支持に向けて降下することにより個々の前記基板支持部が対応する前記収容溝に進入する、請求項８又は請求項９に記載のプラズマ処理装置。

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