JP2014154866A - ドライエッチング装置及びドライエッチング装置用のクランプ - Google Patents

Abstract

【課題】クランプにレジストマスクが付着することを防止するとともに、基板外周や基板側面部のエッチングによる削れを防止する。
【解決手段】ドライエッチング装置において、基板２８の最表層に設けられているレジストマスク５０の上から基板２８を押さえてステージに基板２８を固定するためのクランプ３０は、基板２８の外周部及び側面を全周にわたって覆う環状の構造を有する。クランプ３０における基板２８と接する接触面側には、レジストマスク５０の付着を抑制する無機膜から成る付着防止層３４を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明はドライエッチング装置及びドライエッチング装置用のクランプに係り、特にチャンバ内のステージ上に基板を固定するクランプの構造及びこれを用いたドライエッチング装置に関する。

半導体装置やＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System）デバイス等の製造に用いられるドライエッチング装置において、ステージ上に基板（例えば、シリコンウエハ）を固定する手段として、基板の周辺部をクランプで押圧固定する構成が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の発明は、クランプによって押圧固定されたウエハをエッチング処理後にクランプから外す際に生じるウエハとウエハ押圧部の付着を防止し、製品の歩留まりの低下を防止するウエハ固定用のクランプを提案している。

引用文献１に記載されたクランプは、ウエハに押圧される複数の接触子と、これらの接触子が環状に配設された接触子支持体と、接触子支持体をウエハに接近・離反させる支持体移動手段とからなり、接触子が、点接触、線接触または面接触のいずれか１つでウエハに接触する接触部を有し、接触部がウエハ表面に対して略直角方向からウエハの外周近縁部に押圧される構成となっている。

特開２００２−２９９４２２号公報

ドライエッチングのプロセスでは被エッチング材をパターニングするために、レジスト材料を用いて形成されたマスク（レジストマスク）が用いられる。例えば、ＭＥＭＳデバイスなどを製作する場合、深いエッチング加工や硬い材料の加工が行われるため、マスクに用いるレジストの膜厚が厚いことが多い。レジストマスクの上からクランプで基板を押さえてステージ上に基板を固定する構成のドライエッチング装置では、エッチング中に基板が加熱され、また、クランプをレジストマスクに押し付けているため、基板上のレジストがクランプに貼り付く（付着する）という課題がある。

特許文献１に示されたクランプは、ウエハに接する複数の接触子（同文献１の図２では８個の爪部材）が環状の支持体（環状枠）に設けられている構造であり、複数の接触子によりウエハの外周部を部分的に押さえる構成である。このため、非押圧部分の隙間からプラズマが回り込み、基板外周の非被覆部分や基板側面がエッチングされてしまい、レジスト膜が剥がれるなど基板の破損やパーティクルの発生原因となる。

また、クランプとステージとの隙間で異常放電が発生する可能性があり、異常放電により、パーティクルの発生やエッチング中のデバイスが故障するといった問題がある。

さらに、従来のクランプは基板との接触部分に樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリイミド（PI）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）など）を用いている。ドライエッチング装置におけるエッチング後のプラズマクリーニングの工程では酸素プラズマを用いるため、耐酸素プラズマ性の低い樹脂材料は簡単にエッチングされてしまう。したがって、装置のメンテナンス（保守）周期が早くなり、装置の稼働率が低下する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、上記の課題を解決し、クランプにレジストマスクが付着することを防止することができ、基板外周部や基板側面のエッチングによる削れを防止することができるドライエッチング装置及びドライエッチング装置用のクランプを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、次の発明態様を提供する。

（第１態様）：第１態様に係るドライエッチング装置は、最表層にレジストマスクを有する基板が載置されるステージと、レジストマスクの上から基板を押さえ、基板をステージに固定するクランプと、ステージ及びクランプが内部に収容されているチャンバと、チャンバ内を排気する排気手段と、チャンバ内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、チャンバ内にプラズマを発生させる電力を供給する電源と、を備え、クランプは、基板の外周部及び側面を全周にわたって覆う環状の構造を有し、クランプにおける基板と接する接触面側に、レジスト材料の付着を抑制する無機膜から成る付着防止層を有するドライエッチング装置である。

第１態様のドライエッチング装置によれば、ステージ上に置かれる基板の最表層にはレジストマスクが設けられており、このレジストマスクの上からクランプが基板を押さえ付けて基板が固定される。クランプにおける基板と接触する面（すなわち、レジストマスクとの接する面）側に、無機膜による付着防止層が設けられており、この付着防止層によりクランプへのレジスト材料の付着が防止される。

無機膜は、有機膜に比べて耐プラズマ性（特に、耐酸素プラズマ性）に優れている。また、本態様のクランプは基板の外周部と側面を全周にわたって覆う環状（閉じたループ形状）の構造となっているため、基板の外周部及び側面がクランプによって保護される。このように、基板の周囲全周を被覆し、基板の外周部及び側面にプラズマが流れ込みにくい構造のクランプを採用しているため、基板の外周部及び側面がエッチングによって削れることを防止することができる。

（第２態様）：第１態様に記載のドライエッチング装置において、付着防止層の表面の平坦度がＲａの値で１０μｍ以下である構成が好ましい。

付着防止層の表面は平坦性が高いほどレジスト材料が付着しにくい。平坦性を表す指標としてのＲａ（中心線平均粗さ）の値を用いる場合、付着防止層のＲａが１０μｍ（マイクロメートル）以下であることが望ましい。また、付着防止層はその表面エネルギーが低いほど付着防止効果が高いため、表面エネルギーの低い無機材料からなる付着防止層を形成することが好ましい。

（第３態様）：第１態様又は第２態様に記載のドライエッチング装置において、付着防止層が石英、アルミナ、サファイア、イットリア、ジルコニア、五酸化タンタルのうち少なくとも１種の材料を含む無機膜から成る構成とすることができる。

付着防止層として絶縁性材料を用いることができる。絶縁性の付着防止層を採用する態様によれば、基板外周及び側面の全周囲を包囲するクランプ構造と相まって、クランプとステージ間の異常放電を確実に防止することができる。

（第４態様）：第１態様又は第２態様に記載のドライエッチング装置において、付着防止層が金属窒化物から成る構成とすることができる。

付着防止層として、材料中に酸素を含まない材料を用いることで、エンチング処理中に酸素が放出されることを回避することができ、レジスト選択比が向上する。

（第５態様）：第１態様から第４態様のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、付着防止層がフッ素基を含有する無機膜から成る構成とすることができる。

既述のとおり、付着防止層の表面エネルギーが低いほど付着抑制機能に優れる。フッ素基を含有した材料は表面エネルギーが低くなるため、付着防止層に好適な材料である。

（第６態様）：第１態様又は第２態様に記載のドライエッチング装置において、前付着防止層が導電性の材料から成る構成とすることができる。

導電性の材料を用いて付着防止層を形成する構成を採用することにより、付着防止層を介して基板表面をグランドと接続することが可能であり、基板表面のチャージアップを防止することができる。

（第７態様）：第６態様に記載のドライエッチング装置において、付着防止層がＳｉＣ、ＮｉＣｒ、Ｐｔ、ＰｔＯ、Ｉｒ、ＩｒＯ、Ｒｕ、ＲｕＯのうち少なくとも１種類の材料を含む導電性の材料から成る構成とすることができる。

第７態様に列記した導電性の材料は、耐プラズマ性が高く付着防止層として好適である。

（第８態様）：第１態様から第７態様のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、基板の側面を包囲するクランプの内側側壁面にも無機膜から成る付着防止層が設けられている構成とすることができる。

クランプにおける基板と接する側の面のみならず、基板の側面を包囲するクランプの内側側壁面にも付着防止層を設ける構成を採用することが望ましい。基板に対面するクランプの裏面（基板との接触面側）及び内側側壁面の全体に付着防止層を設ける構成とすることがさらに好ましい。

クランプの構造上、基板の外周部や側面（外周縁の端面）の付近にプラズマが流れ込み難い構造となっているが、かかる構成と相まって、第８態様において付着防止層が絶縁性の材料で構成される場合には、基板の側面（側端面）とクランプとの間の異常放電をより一層効果的に防止することができる。

また、第８態様において付着防止層が導電性の材料で構成される場合には、導電性の付着防止層を介して基板表面をグランドと接続することが容易となる。

（第９態様）：第１態様から第８態様のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、クランプの基板との接触部は、基板面に垂直な切断面の断面形状がＶ字形状を有している構成とすることができる。

第９態様によれば、クランプと基板（レジストマスク）の接触面積が小さくなるため、付着防止効果がさらに高くなる。

（第１０態様）：第１態様から第９態様のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、クランプは、基板面に垂直な切断面の断面形状が前記基板の外周縁側から基板中心に向かうにつれて厚みが減少するテーパ形状を含む構造となっている。

第１０態様によれば、クランプの上面部（プラズマに晒される表面側）が傾斜面を有する構成となる。チャンバ内において基板の上方から基板面に向かってガスの流れが生成されるとき、クランプ形状の傾斜面に沿ってガスが基板の外側に流れ易くなる。このため、ガスの流れが安定し、クランプで覆われていない基板の外周部付近（クランプによる被覆領域との境界付近の非被覆領域）でのガス流れを改善することが可能である。これにより、基板外周部のクランプとの境界付近の非被覆領域におけるエッチング性能が向上する。

（第１１態様）：第１態様から第１０態様のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、クランプは、ステージとチャンバの壁との間を覆う整流板と一体に構成された構造を有し、整流板にはガスが流れるための複数の孔が設けられている構成とすることができる。

第１１態様によれば、チャンバ内のガスの流れを基板に対して均一にすることが可能であり、エッチングの均一性が向上する。

（第１２態様）：第１２態様に係るドライエッチング装置用のクランプは、最表層にレジストマスクを有する基板をレジストマスクの上から押さえ、基板をドライエッチング装置のステージに固定するためのドライエッチング装置用のクランプであって、クランプは、基板の外周部及び側面を全周にわたって覆う環状の構造を有し、クランプにおける基板と接する接触面側に、レジストマスクの付着を抑制する無機膜から成る付着防止層を有するドライエッチング装置用のクランプである。

第１２態様に記載のドライエッチング装置用のクランプにおいて、第２態様から第１１態様に記載の特定事項を適宜組み合わせることが可能である。

本発明によれば、クランプにレジストマスクが付着することを防止することができる。また、基板の外周部と側面がエッチングによって削れることを防止することができる。

本発明の実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す図 本実施形態におけるクランプの上面図 図２の３−３線に沿って切断したクランプの断面図 クランプにおける基板との接触部の構成例を示す断面図 クランプの他の形態における断面形状の例を示す断面図 クランプの他の形態における断面形状の例を示す断面図 整流板一体型のクランプの例を示す平面図 図７のクランプを適用したドライエッチング装置の概略構成を示す図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜ドライエッチング装置の全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す図である。ここでは、シリコンのドライエッチングに用いられる装置を例に説明する。図１に示すドライエッチング装置１０は、誘電結合型プラズマ（Inductive Coupling Plasma : ICP）が適用されたものであるが、本発明の実施に際しては、これに限らず、例えば、ヘリコン波励起プラズマ（Helicon Wave Plasma: HWP）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（Electron Cyclotron resonance Plasma : ECP）、マイクロ波励起表面波プラズマ（Surface Wave Plasma: SWP）などのプラズマ源を用いた方式が適用されたドライエッチング装置を用いることも可能である。

ドライエッチング装置１０には、チャンバ１２（真空容器）内にプロセスガス（エッチングガス）を供給するプロセスガス供給手段１４と、チャンバ１２内のガスを排気する排気手段１６と、チャンバ１２内の圧力調整を行う圧力調整手段１７とが設けられている。プロセスガス供給手段１４からチャンバ１２内にプロセスガスを供給しつつ、排気手段１６から排気を行うことにより、チャンバ１２内の圧力調整が行われる。

プロセスガスとして、フッ素原子を含むガスを用いることが好ましい。例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、四フッ化炭素（ＣＦ_４）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ_２Ｆ_６）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８ ）などを用いることができる。

チャンバ１２の上面には誘電体窓１８が密閉的に取り付けられており、更に誘電体窓１８の上方（大気側）にはループコイル状のアンテナ２０が設置されている。アンテナ２０には、マッチング回路（整合器）２２を介して、プラズマ発生用の高周波（ＲＦ: Radio Frequency）電源２４が接続されている。高周波電源２４（「アンテナ電源」ともいう）の周波数は、例えば２ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ帯を用いればよく、一例として、１３．５６ＭＨｚを用いることができる。また、高周波電源２４をパルス駆動させてもよい。高周波電源２４は「チャンバ内にプラズマを発生させる電力を供給する電源」として機能する。

チャンバ１２内にはステージ２６（試料台）が配設されており、このステージ２６の上に被エッチング材となる基板２８が載置される。ステージ２６には、当該ステージ２６の上に基板２８を固定するためのクランプ３０を備えた基板冷却機構（不図示）が設けられている。すなわち、クランプ３０は、基板２８をステージ２６に固定し、基板２８の裏面側から、図示せぬヘリウム供給部よりヘリウムガスを流して基板２８を冷却する基板冷却機構として用いられる。ステージ２６と基板２８の隙間に、熱伝導率の高いヘリウム（Ｈｅ）を流すことにより、エッチング中の基板温度の上昇を抑えることができる。クランプ３０は、基板２８の外周部を押さえて固定する役割の他、基板２８の外周部及び側面を保護する機能と基板２８を冷却する機能がある。クランプ３０の構造について後述する。なお、クランプ３０と静電チャックとの併用も可能である。

ステージ２６には、マッチング回路４０を介して、バイアス印加用の電源（「バイアス電源」という。）４２が接続されている。バイアス電源４２の周波数は、例えば、２００ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下を用いる。好ましくは、バイアス電源４２の周波数を４ＭＨｚ以上２７ＭＨｚ以下とすることがよい。一例として、１３．５６ＭＨｚを用いる。

また、プラズマ発生用の高周波電源２４と同様に、バイアス電源４２をパルス駆動させてもよい。更に、バイアス電源４２をパルス駆動で使用する場合には、プラズマ生成用のアンテナ２０の電源（高周波電源２４）とバイアス電源４２のパルス周期を同期するための手段を用いるようにすれば良い。

制御手段４６は、プロセスガス供給手段１４、圧力調整手段１７、高周波電源２４、バイアス電源４２を制御する。制御手段４６にて各種エッチングパラメータを調整することができるようになっている。具体的には、プロセスガスの流量の制御、ガスの供給口及び排出口のそれぞれに設けられた弁の制御、チャンバ１２内の圧力制御、高周波電源２４の出力制御、バイアス電源４２の出力制御などが行われる。なお、制御手段４６は、ドライエッチング装置１０の全体の制御を行う制御装置で兼用することができる。

＜ドライエッチング装置におけるクランプの課題について＞
クランプを用いて基板を固定(保持)する構造の場合、基板の最表層にあるマスク材の上からクランプで基板を押さえ付けるため、基板表面のマスク材とクランプの裏面（基板と対面する側の面）が直接接することになる。被エッチング材料にもよるが、マスク材にはレジスト材料が用いられることが多い（特許文献１参照）。

このように、基板上のレジストマスクにクランプが接した状態でドライエッチングが行われるが、ドライエッチング中に基板温度が上昇し、レジスト材料が軟化してクランプの裏面に付着したり、パーティクルの発生やレジストの剥がれが発生したり、更にはレジスト材料が溶けて基板がクランプに貼り付いてしまうなどの問題が発生する。

特に、レジストマスクを基板に形成する際にスピンコート法などを用いた場合、基板の周辺が基板中心部に比べて倍以上の厚さになるため、上記のような問題が発生しやすくなる。また、レジスト材料の融点は概ね１００度程度であることが多いため、上記のような課題は、エッチング中の温度上昇の影響によるものであることが把握される。

本実施形態のドライエッチング装置１０では、既述のとおり、基板２８をクランプ３０で固定し、ステージ２６と基板２８の間にヘリウムを流すことでステージ２６から基板２８へ効率的に温度制御が可能となっているが、さらに、次のような構成が採用されている。

＜本実施形態のクランプの構成＞
図２は本実施形態におけるクランプ３０の上面図、図３はクランプ３０を基板面に垂直な切断面で切断したときの断面図（図２の３−３線に沿って切断した断面図）である。図２に示すように、クランプ３０は、基板２８の外周部及び外周縁の側面を全周にわたって覆うことができる円環（リング）形状を有している。なお、図２の符号３２はクランプ支持部である。クランプ３０は、基板２８をステージ２６に固定し、基板２８の外周部及び側面を保護する役割を果たすとともに、基板を冷却する役割を果たす。

ドライエッチング装置１０に用いられるクランプ３０は、常に腐食性のガスを含むプラズマに曝されるため、耐熱性が高く、耐プラズマ性の高い材料で構成されることが望ましい。例えば、クランプ３０の材料としてアルミナなどセラミックスを用いることが望ましい。更には、クランプ３０の表面側（プラズマに接する側）には、イットリアなどの耐プラズマ性コーティングを行ってもよい。

図３に示したように、基板２８の最表層にはレジストマスク５０が形成されており、クランプ３０はレジストマスク５０の上から基板２８を押さえ付ける構成となっている。本例のクランプ３０は、クランプ３０の裏面側（基板２８との接触面側）であるマスク材料（レジストマスク５０）と接する部分に、無機膜から成る付着防止層３４が形成されている。さらに、基板２８の側面（符号２８Ａで示した外周縁の端面）を覆うクランプ３０の内側側壁面の部分にも無機膜から成る付着防止層３５が形成されている。すなわち、本例では、クランプ３０におけるレジストマスク５０と接する接触面側及び基板２８の外周側面を覆うクランプ３０の内側側壁面の全体に付着防止層３４、３５が形成されている。

少なくともクランプ３０のレジストマスク５０と接する部分に付着防止層３４を有していればよいが、図３のようにクランプ３０の裏面と内側の側周面（内側側壁面）の全体に付着防止層を有している構成とする形態がより好ましい。

付着防止層３４、３５の表面はできるだけ平坦であることが望ましく、表面の平坦度を表すＲａの値で１０μｍ以下であることが望ましい。付着防止層３４、３５の表面の平坦度がＲａ１０μｍを超える粗さになると、レジスト材料が付着しやすくなるため、Ｒａ１０μｍ以下であることが望ましい。

〔付着防止層に用いる無機膜の材料の例について〕
（１）付着防止層３４、３５は、絶縁性材料である石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などを用いることができる。また、耐プラズマの高い材料として、例えば、サファイア、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、五酸化タンタルなど含む材料を用いることができる。付着防止層３４、３５として、サファイア、イットリア、ジルコニア、五酸化タンタルのうち少なくとも１種の材料を含む無機膜を用いることにより、耐久性をより一層高くすることができるので、装置のメンテナンス周期を長くすることができる。

（２）更には、付着防止層３４、３５として、材料中に酸素を含まない材料（例えば、金属窒化物）を用いることでエッチング処理中に酸素が放出されることが無くなるためレジスト選択比の向上などいった効果も上げられる。例えば、付着防止層３４、３５として、窒化アルミ（ＡｌＮ）、ＢＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮのうち少なくとも１種類を含む材料を用いることができる。

（３）付着防止層３４、３５は、フッ素基を含有ことが望ましく、例えば、フッ素をドーピングしたＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜（「フッ素含有ＤＬＣ」或いは「フッ素カーボン」と呼ばれる場合がある）などを用いることができる。フッ素含有ＤＬＣは、フッ素の含有量が１〜５０％が良く、特には５〜３０％であることが望ましい。フッ素含有量が５％以下の場合は、表面エネルギーが高すぎる（撥水性が低い）ためレジストの付着を十分に防ぐことができない場合も想定される。また、フッ素含有量が３０％以上の場合は、膜の硬度が低くなるため、耐久性が低くなる。

（４）付着防止層３４、３５に用いられる材料として、上記例示の他には、ＣａＦ、ＭｇＦなどやフッ素基を含有した金属でも良く、例えばフッ素化チタン（ＴｉＦ）、フッ化アルミ、フッ化アルミナなどのうち少なくとも１種類を含む材料を用いることができる。フッ素含有した材料を用いると表面エネルギーが低くなるため、レジストの付着防止効果が高くなる。また、フッ素含有した材料は、ハロゲン系プラズマや酸素プラズマに対するプラズマ耐性も高く、付着防止層３４、３５として有効な材料である。

（５）また、付着防止層３４、３５は、導電性の材料を用いて構成することもできる。基板２８の表面からクランプ３０を経由して電気的なグランドに至るまでの間に付着防止層３４、３５を設けることで、付着防止層３４、３５を介して基板表面をグランドと接続することが可能であり、基板表面のチャージアップを防止することができる。

エッチング中に基板表面のレジストマスク５０に電荷が溜まると、エッチングの加工形状が悪化するという課題がある。この点、本例における導電性の付着防止層を利用して基板２８のチャージアップが防止されることにより、ボーイングなどの形状異常のない良好な加工形状（垂直性）を得ることができ、エッチング形状が良化する。耐プラズマ性が高く、かつ導電性の材料として、例えば、ＳｉＣ、ＮｉＣｒ、Ｐｔ、ＰｔＯ、Ｉｒ、ＩｒＯ、Ｒｕ、ＲｕＯなどのうち少なくとも１種類を含む材料を用いることができる。

＜クランプの外形形状の例について＞
クランプ３０は、基板２８の外周を全周にわたって覆うように（環状に）形成されている。基板２８の外周全体を切れ目無く覆うクランプ構造を採用することで、ドライエッチング中に基板２８の外周部と側面を保護することが可能である。これにより、パーティクルの発生防止や基板強度を確保することが可能となる。

図４はクランプにおける基板との接触部の構成例を示す断面図である。なお、図４は図３と同様に、クランプを基板面に垂直な切断面で切断したときの断面図である。

クランプ３０とレジストマスク５０の付着抑制の観点から、クランプ３０の基板２８との接触部は、図４に示すように、断面がＶ字形状であることが望ましい。図４に示すように、クランプ３０の裏面側における基板２８との接触部３８を断面Ｖ字形状とすることにより、基板２８との接触面積が少なくなるため付着防止効果がより一層高くなる。

この断面Ｖ字形状の接触部３８は、基板２８の側面へのプラズマの回り込みを阻止する役割を果たす。かかる機能を果たすため、接触部３８は、例えば、クランプ３０の裏面側に、全周に渡って切れ目無く環状に設けられる。

また、他の形態として、複数個の島状の接触部３８がクランプ３０の裏面の全周にわたって配置される形態としてもよい。この形態の場合においては、クランプ３０の裏面の非接触部（接触部３８以外の部分）による隙間を通じてプラズマが基板２８の側面部に入り込まないように、基板２８の外周部の全周について、少なくとも１つの接触部３８が基板２８に当接し、これら複数個の接触部３８によって、実質的に環状に基板２８を押さえ付ける構成とすることが望ましい。さらに、基板側面へのプラズマの回り込みを効果的に抑止するために、複数個の接触部３８の配置によって形成される非接触部の隙間が面内で入り組んだ迷路構造、若しくは、非接触部の隙間が基板２８の側面まで到達しない閉じた構造となる構成が好ましい。

図５及び図６にクランプ３０の他の断面形状例を示す。クランプ３０を基板面に垂直な切断面で切断したときの断面形状は、図３で示したように、クランプ表面側（プラズマに接する側）が四角形の形態でもよいが、ガス流れの均一性を考慮すると、図５や図６に示したように、クランプ３０は、基板面に垂直な切断面の断面形状が基板２８の外周縁側から基板中心に向かうにつれてクランプ３０の厚みが徐々に減少するテーパ形状６２を有する構造であることが好ましい。

図１で説明したドライエッチング装置１０は、チャンバ１２の上部からプロセスガスが供給され、基板２８の上方から基板２８に向かって下降する方向に（図１の上から下に向かって）ガスの流れが生じる。基板２８の表面に達したガス流は基板面に当たって方向が変わり、基板２８の外周端部（側面）に向かう方向にガスが流れる。このとき、クランプ３０の外形形状によってガスの流れが影響を受ける。

図３に示した形状のように、クランプ３０の断面形状が四角形の場合、基板面に沿って基板２８の外側に向かって流れるガスの流れに対してクランプ３０の先端部が垂直に起立した壁となっているため、ガスが外側に流れにくく、ガス流が乱れ易い。

これに対し、図５に示す例では、クランプ３０の表面側について、断面形状がテーパ形状６２となっている。かかるテーパ形状６２は、ガスの流れから見ると、基板２８の外側に向かってクランプ３０の厚みが徐々に増す斜面部を形成するものである。したがって、基板面に沿って基板２８の外側に向かって流れるガスは、クランプ３０のテーパ形状６２の斜面に沿って安定した流れとなる。こうして、クランプ３０のテーパ形状６２により基板２８の外側にガスが逃げやすくなり、均一なガス流を得ることができる。これにより、エッチング均一性を良化できる。

なお、図５のように、クランプ３０の表面側における断面形状をテーパ形状６２のみの形態とすると、クランプ３０の先端部の強度が弱くなるため、図６に示したように、クランプ先端部について所要の厚さ（強度）を確保できる垂直面６４の形状とし、かかる垂直面６４と組み合わせて、クランプ３０の表面側（プラズマに晒される側）がテーパ形状６２となる形態がさらに好ましい。

図６のような形態によれば、クランプ３０の先端部の強度と、均一なガス流によるエッチング均一性を両立させることができる。

＜他の実施形態＞
図７には、ガス流の均一性をさらに改善できる整流板一体型のクランプの例を示す。図７は上面図であり、図８は図７のクランプを適用したドライエッチング装置の構成図である。図８において、図１で説明した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７では、平面視で矩形の整流板一体型のクランプ１３０を図示しているが、クランプ１３０の平面形状はチャンバ１２の形状に合わせて設計される。

図７及び図８に示すように、クランプ１３０は、平面視でステージ２６とチャンバ１２の間の全体を覆う構造となっており、図２〜図６で説明したクランプ３０としての機能と、チャンバ１２内におけるガス流を整える整流板としての機能を有する。ここでいう「全体」とは、厳密な意味での「全体」に限らず、厳密な「全体」ではないものの、基板のエッチングに際して、実質的にガス流の均一性を確保できるように整流板が作用するという目的を達成できる範囲で実質的に概ね全体と把握できるものも含むものである。つまり、「全体」という用語の解釈に際して、略全体（概ね全体）の意を含むものである。

図７及び図８に示したクランプ１３０には、ステージ２６とチャンバ１２壁との間の部分に整流板１６２が設けられている。整流板１６２には、ガスを通過させる複数の孔（貫通孔）１６４が形成されている。図７では図示を簡略化しているが、複数の孔１６４は基板２８に対して均一にガスが流れるように、適切な配置パターン（例えば、基板２８の周囲に、平均的に等方性のある対称構造の配置形態）で形成されている。

一般的なドライエッチング装置では、チャンバの排気側（ポンプがある方）にガスが流れやすくなってしまうため、排気側でのエッチングレートが速くなるといった問題がある。

この点、図７及び図８に例示したような整流板と一体のクランプ構造（クランプ１３０）を採用することで、チャンバ１２内全体でのガスの流れを良化することが可能となる。これにより、ステージ２６上でのガス流れが均一となるため、エッチングの面内均一性が向上する。

＜適用例＞
ドライエッチング装置のクランプであるが、特には、シリコンの深掘エッチング装置においてその効果が高い。レジストマスクを用いてシリコンの深掘エッチングを行う場合は、厚膜のレジストマスクを用いるため、レジストマスクがクランプに付着しやすい状態にある。

また、シリコンの深掘エッチングの場合、従来の装置では、基板の外周及び側面がエッチングにより削れてしまうのに対し、本実施形態で説明した基板の外周全体を覆うクランプを用いることで、基板外周及び側面の削れを防止することができる。なお、シリコンの深掘エッチングは、例えばＭＥＭＳデバイスの製造などで多く用いられる。例えば、インクジェットヘッドのインク流路形成にも用いられる。

マスク材料には、フォトレジストなどの感光性樹脂を用いることができる。フォトレジストには、例えば、東京応化工業社製のＯＦＰＲシリーズ、ＴＳＭＲシリーズやＡＺ社製の１５００シリーズや６０００シリーズなどを用いることが可能である。

本例におけるドライエッチングは、エッチングと保護膜形成のデポジションを繰り返し行うボッシュプロセスやフッ素系のガスに酸素を添加した方法によるものであることが好ましく、特に、レジストマスクを用いることができるボッシュプロセスを用いることがより好ましい。

ボッシュプロセスは、エッチング時には、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）やＳＦ_６とＯ_２（酸素）の混合ガスを用い、保護膜形成時はＣ_４Ｆ_８（オクタフルオロシクロブタン）用いて行い（側壁保護膜を形成しながら）、エッチングと保護膜形成を繰り返して行う方法である。

＜実施形態の利点＞
上述した本発明の実施形態によれば、次のような利点がある。

［１］レジスト材料がクランプの裏面に付着することを防止することができる。

［２］基板の外周部及び側面がエッチングによって削れられることを防止することがきる。

［３］パーティクルの発生を抑制することができる。

［４］従来の構成に比べて装置のメンテナンス周期が長くなり、稼働率が向上する。

＜他の応用例＞
上記の説明ではシリコンのドライエッチングを例に説明したが、被エッチング材料はシリコンに限らない。本発明はレジストマスクを用いてパターニングを行うドライエッチング装置に広く適用することができる。

なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有するものにより、多くの変形が可能である。

１０…ドライエッチング装置、１２…チャンバ、１４…プロセスガス供給手段、１６…排気手段、１８…誘電体窓、２０…アンテナ、２４…高周波電源、２６…ステージ、２８…基板、３０…クランプ、３４…付着防止層、３５…付着防止層、４２…バイアス電源、４６、制御手段、５０…レジストマスク、６２…テーパ形状、６４…垂直面、１３０…クランプ、１６２…整流板、１６４…孔

Claims (12)

1. 最表層にレジストマスクを有する基板が載置されるステージと、
   前記レジストマスクの上から前記基板を押さえ、前記基板を前記ステージに固定するクランプと、
   前記ステージ及び前記クランプが内部に収容されているチャンバと、
   前記チャンバ内を排気する排気手段と、
   前記チャンバ内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、
   前記チャンバ内にプラズマを発生させる電力を供給する電源と、を備え、
   前記クランプは、前記基板の外周部及び側面を全周にわたって覆う環状の構造を有し、
   前記クランプにおける前記基板と接する接触面側に、レジスト材料の付着を抑制する無機膜から成る付着防止層を有するドライエッチング装置。
2. 前記付着防止層の表面の平坦度がＲａの値で１０μｍ以下である請求項１に記載のドライエッチング装置。
3. 前記付着防止層が石英、アルミナ、サファイア、イットリア、ジルコニア、五酸化タンタルのうち少なくとも１種の材料を含む無機膜から成る請求項１又は２に記載のドライエッチング装置。
4. 前記付着防止層が金属窒化物から成る請求項１又は２に記載のドライエッチング装置。
5. 前記付着防止層がフッ素基を含有する無機膜から成る請求項１から４のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。
6. 前記付着防止層が導電性の材料から成る請求項１又は２に記載のドライエッチング装置。
7. 前記付着防止層がＳｉＣ、ＮｉＣｒ、Ｐｔ、ＰｔＯ、Ｉｒ、ＩｒＯ、Ｒｕ、ＲｕＯのうち少なくとも１種類の材料を含む前記導電性の材料から成る請求項６に記載のドライエッチング装置。
8. 前記基板の側面を包囲する前記クランプの内側側壁面にも前記無機膜から成る付着防止層が設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。
9. 前記クランプの前記基板との接触部は、基板面に垂直な切断面の断面形状がＶ字形状を有している請求項１から８のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。
10. 前記クランプは、基板面に垂直な切断面の断面形状が前記基板の外周縁側から基板中心に向かうにつれて厚みが減少するテーパ形状を含む構造となっている請求項１から９のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。
11. 前記クランプは、前記ステージと前記チャンバの壁との間を覆う整流板と一体に構成された構造を有し、
    前記整流板にはガスが流れるための複数の孔が設けられている請求項１から１０のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。
12. 最表層にレジストマスクを有する基板を前記レジストマスクの上から押さえ、前記基板をドライエッチング装置のステージに固定するためのドライエッチング装置用のクランプであって、
    前記クランプは、前記基板の外周部及び側面を全周にわたって覆う環状の構造を有し、
    前記クランプにおける前記基板と接する接触面側に、前記レジストマスクの付着を抑制する無機膜から成る付着防止層を有するドライエッチング装置用のクランプ。

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