JP2014241319A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】伝熱ガスを使用して基板の温度制御を行うプロセスにおいて、基板面内での処理の均一性を維持する。
【解決手段】基板処理方法は、処理容器内を真空状態である圧力Ｐ０に調節するステップと、リフタピン８５によって基板Ｓを載置台５の上面から離間させた状態で、処理容器１内に調圧ガスを導入し、処理容器１内を圧力Ｐ０よりも高い圧力Ｐ１に調節するステップと、リフタピン８５を下降させて載置台５に基板を載置するステップと、処理容器１内から調圧ガスを排気するステップと、伝熱空間の圧力をＰ２を維持しながら、処理容器内に処理ガスを導入し、基板Ｓを処理するステップと、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板に対して所定の処理を行う基板処理方法及びそれに用いる基板処理装置に関する。
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程では、被処理体である基板に対してプラズマエッチング処理を施すことが行われる。プラズマエッチング処理は、例えば一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置した処理容器内で、下部電極として機能する載置台に基板を載置し、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成する。この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマによって基板上の材料膜をエッチング処理する。
プラズマエッチング処理の間は、載置台に載置された基板の裏面側に向けて、例えばＨｅガスなどの伝熱ガスを供給し、基板温度をコントロールすることが行われている（例えば、特許文献１、２）。伝熱ガスは、基板を載置する載置台に設けられた複数のガス孔から供給される。
近年では、ＦＰＤ用のガラス基板が大型化しており、その一辺の長さが２ｍを超えるものもある。その一方で、基板上に形成されるデバイスは、年々、微細化が進行している。このように、基板の大型化とデバイスの微細化の進行によって、以下のような不都合が生じている。
まず、基板が大面積化していることに伴い、以前に比べ、伝熱ガスによる温度制御が難しくなってきており、基板面内での温度の不均一が生じやすくなっている。基板面内での温度が不均一な状態でエッチングを行うと、基板面内での均一なエッチング処理が困難になる。基板面内で温度を均一化するためには、載置台のガス孔を増やし、基板の裏面側への伝熱ガスの供給効率を高めることが考えられる。しかし、ガス孔に近接した部位の基板表面では、エッチングむらが生じることがある。その原因は、ガス孔から噴射された伝熱ガスが直接当たる領域と、それ以外の領域で、基板表面側のエッチングレートやエッチング精度に差異が生じるためである。従って、ガス孔の数をいたずらに増加させると、却って基板面内での処理の均一化が図りにくくなるおそれがある。しかも、エッチングむらが製品の歩留まりに与える影響は、デバイスが微細であるほど大きくなる。このような理由から、伝熱ガス用のガス孔の数を増加させることによって、基板面内における温度制御効率を改善する、という手法には限界がある。
上記のとおり、デバイスへの影響を考慮するならば、伝熱ガス用のガス孔の数は少ない方が好ましい。しかし、基板が大型になると、伝熱ガスを基板の裏面側に均等に充填するまでに時間がかかるため、現状よりもバッククーリング用のガス孔の数を削減した場合には、エッチングプロセスのスループットを大きく低下させてしまう懸念がある。従って、ガス孔の数を削減すると、大型化が進む基板面内での均一な温度制御は益々困難になる。
国際公開ＷＯ２００２／０６５５３２号（図１など）
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、伝熱ガスを使用して基板の温度制御を行うプロセスにおいて、基板面内での処理の均一性を維持することである。また、本発明の第２の目的は、伝熱ガスを使用して基板の温度制御を行う基板処理装置において、バッククーリング用のガス孔の数を極力削減することである。
本発明の基板処理方法は、基板の裏面側に伝熱ガスを供給しながら処理を行う基板処理方法である。この処理方法は、被処理体を収容するとともに、内部を真空に保持することが可能な処理容器と、前記処理容器内で前記基板を載置するとともに、前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを噴射する複数のガス孔を有する載置台と、前記載置台の上面に対して突没変位可能に設けられ、前記基板を、前記載置台の上面から離間させた位置に支持する支持部材と、前記処理容器内にガスを供給する第１のガス供給路と、前記ガス孔に連通する第２のガス供給路と、前記第１のガス供給路に設けられ、前記ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、前記処理容器に接続された排気路と、前記排気路のコンダクタンスを可変に調節するバルブと、前記排気路に接続された排気装置と、を備えた処理装置を用いて行われる。
そして、本発明の基板処理方法は、前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記処理容器内を真空状態である圧力Ｐ０に調節するステップと、前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に調圧ガスを導入し、前記処理容器内を前記圧力Ｐ０よりも高い圧力Ｐ１に調節するステップと、前記処理容器内を前記圧力Ｐ１に保持した状態で、前記支持部材を下降させて前記載置台に前記基板を載置するステップと、前記載置台に前記基板を載置した状態で、前記処理容器内への調圧ガスの導入を停止し、前記第２のガス供給路及び前記ガス孔を介して前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを供給し、前記基板と前記載置台との間の伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップと、前記伝熱空間の前記圧力Ｐ２を維持しながら、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に処理ガスを導入し、前記伝熱空間を除く前記処理容器内を圧力Ｐ３に調節して、前記基板を処理するステップと、を含む。
本発明の基板処理方法は、前記伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップにおいて、前記処理容器内から前記調圧ガスを排気してもよい。
本発明の基板処理方法は、前記圧力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の関係が、Ｐ１≧Ｐ２＞Ｐ０であってもよい。
本発明の基板処理方法は、前記調圧ガスとして、前記伝熱ガスと同じ種類のガスを用いてもよい。この場合、前記調圧ガス及び前記伝熱ガスが、ヘリウムガス又は窒素ガスであってもよい。
本発明の基板処理方法は、前記調圧ガスとして、前記伝熱ガスと異なる種類のガスを用いてもよい。この場合、前記調圧ガスが窒素ガス又はヘリウムガスであり、前記伝熱ガスが、ヘリウムガス又は窒素ガスであってもよい。
本発明の基板処理方法は、前記調圧ガスを排気するステップでは、前記処理容器内を前記圧力Ｐ０まで低下させてもよい。
本発明の基板処理方法は、前記ガス孔から、前記基板の裏面の外周部に向けて前記伝熱ガスを噴射してもよい。この場合、前記ガス孔は、前記基板の端部から５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内の裏面に向けて前記伝熱ガスを噴射するものであってもよい。
本発明の基板処理方法は、前記基板をプラズマ処理するものであってもよい。
本発明の基板処理装置は、基板の裏面側に伝熱ガスを供給しながら処理を行うものである。この基板処理装置は、被処理体を収容するとともに、内部を真空に保持することが可能な処理容器と、前記処理容器内で前記基板を載置するとともに、前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを噴射する複数のガス孔を有する載置台と、前記載置台の上面に対して突没変位可能に設けられ、前記基板を、前記載置台の上面から離間させた位置に支持する支持部材と、前記処理容器内にガスを供給する第１のガス供給路と、前記ガス孔に連通する第２のガス供給路と、前記第１のガス供給路に設けられ、前記ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、前記処理容器に接続された排気路と、前記排気路のコンダクタンスを可変に調節するバルブと、前記排気路に接続された排気装置と、前記基板処理装置の各構成部を制御して前記基板を処理する制御部と、
を備えている。
本発明の基板処理装置において、前記制御部は、前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記処理容器内を真空状態である圧力Ｐ０に調節するステップと、前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に調圧ガスを導入し、前記処理容器内を前記圧力Ｐ０よりも高い圧力Ｐ１に調節するステップと、前記処理容器内を前記圧力Ｐ１に保持した状態で、前記支持部材を下降させて前記載置台に前記基板を載置するステップと、前記載置台に前記基板を載置した状態で、前記処理容器内への調圧ガスの導入を停止し、前記第２のガス供給路及び前記ガス孔を介して前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを供給し、前記基板と前記載置台との間の伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップと、前記伝熱空間の前記圧力Ｐ２を維持しながら、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に処理ガスを導入し、前記伝熱空間を除く前記処理容器内を圧力Ｐ３に調節して、前記基板を処理するステップと、が行われるように制御する。
本発明の基板処理装置は、前記伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップにおいて、前記処理容器内から前記調圧ガスを排気してもよい。
本発明の基板処理装置において、前記圧力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の関係が、Ｐ１≧Ｐ２＞Ｐ０であってもよい。
本発明の基板処理装置は、前記ガス孔が、前記基板の裏面の外周部に対向する領域に偏在して設けられていてもよい。この場合、前記ガス孔は、前記基板の端部から５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内の裏面に対向する領域に偏在して設けられていてもよい。
本発明の基板処理装置は、前記処理容器内でプラズマを生成させるための高周波電源をさらに備えたプラズマ処理装置であってもよい。
本発明の基板処理方法は、支持部材によって基板を載置台の上面から離間させた状態で、処理容器内に調圧ガスを導入して調圧するステップを行った後、載置台に基板を載置させることによって、基板の裏面側の伝熱空間に伝熱ガスを容易に充満させることができる。従って、伝熱ガスによる伝熱効率を高め、基板面内での処理の均一性を高めることができる。
また、本発明の基板処理装置では、基板の裏面側の空間に伝熱ガスを容易に充満させることが可能であることから、伝熱ガス用のガス孔の数を大幅に削減することが可能である。従って、ガス孔によるエッチングむらの発生を低減することが可能であり、基板面内での処理の均一性を高めることができる。
本発明の一実施の形態にかかるプラズマエッチング装置の一例を示す概略断面図である。 載置台の上面の要部を拡大して示す平面図である。 図２ＡにおけるIIB-IIB線矢視の断面図である。 図１における制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態にかかる基板処理方法の工程手順を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態にかかる基板処理方法の主要な工程における処理容器内の状態を説明する工程図である。 図５に続く工程を説明する図面である。 図６に続く工程を説明する図面である。 図７に続く工程を説明する図面である。 図８に続く工程を説明する図面である。 図９に続く工程を説明する図面である。 比較例として、従来技術の基板処理方法の主要な工程における処理容器内の状態を説明する工程図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図１を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。図１に示したように、プラズマエッチング装置１００は、ＦＰＤ用の矩形の基板Ｓに対してエッチングを行なう容量結合型の平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。なお、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。特に、プラズマエッチング装置１００は、大型の基板Ｓ、例えば長辺の長さが１ｍ以上のガラス基板を処理する目的に適したものである。
＜処理容器＞
このプラズマエッチング装置１００は、表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムからなる角筒形状に成形された処理容器１を有している。処理容器１は、底壁１ａ、４つの側壁１ｂ（側壁１ｂ１，１ｂ２の２つのみ図示）により構成されている。また、処理容器１の上部には、蓋体１ｃが接合されている。
蓋体１ｃは、図示しない開閉機構により開閉可能に構成されている。蓋体１ｃを閉じた状態で蓋体１ｃと各側壁１ｂとの接合部分は、Ｏリングなどのシール部材３によってシールされ、処理容器１内の気密性が保たれている。
＜載置台＞
処理容器１内には、基板Ｓを載置する載置台５が設けられている。処理容器１内の底部には、絶縁部材６と、この絶縁部材６上に設けられた下部基材７が配置されている。この下部基材７の上に、基板Ｓを載置可能な載置台５が設けられている。下部電極でもある載置台５は、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性材料からなる基材５ａを有している。基材５ａ、下部基材７及び絶縁部材６の側部は、絶縁部材８により囲まれている。絶縁部材８により載置台５の側面の絶縁性が確保され、プラズマ処理の際の異常放電が防止されている。
載置台５は、基材５ａの上面に、下から順に、第１の絶縁層６７、電極６９および第２の絶縁層７１が積層された静電吸着機構を有している。第１の絶縁層６７と第２の絶縁層７１との間の電極６９に、直流電源７３から給電線７５を介して直流電圧を印加することにより、例えばクーロン力によって基板Ｓを静電吸着することができる。基板Ｓを載置した状態で、第２の絶縁層７１の上面と基板Ｓの裏面との間には、基板Ｓを吸着保持した状態で後述する伝熱ガスを充填するための隙間である伝熱空間５０が形成されている。なお、伝熱空間５０はわずかな高さであるため、図１ではその位置のみを示している。
また、載置台５は、その上面に対して突没変位可能に設けられ、基板Ｓを、載置台５の上面から離間させた位置に支持する支持部材としての複数のリフタピンを備えている（図１では図示省略）。
＜ガス供給機構＞
載置台５の上方には、この載置台５と平行に、かつ対向して上部電極として機能するシャワーヘッド１５が設けられている。シャワーヘッド１５は処理容器１の上部の蓋体１ｃに支持されている。シャワーヘッド１５は中空状をなし、その内部には、ガス拡散空間１５ａが設けられている。また、シャワーヘッド１５の下面（載置台５との対向面）には、処理ガスとしてのエッチングガスを吐出する複数のガス吐出孔１５ｂが形成されている。このシャワーヘッド１５は接地されており、載置台５とともに一対の平行平板電極を構成している。
シャワーヘッド１５の上部中央付近には、ガス導入口１７が設けられている。このガス導入口１７には、第１のガス供給路としてのガス供給管１９が接続されている。このガス供給管１９には、２つのバルブ２１Ａ，２１Ａおよびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３Ａが設けられている。そして、ガス供給管１９の他端側は、例えば、処理ガスとしてのエッチングガス、調圧ガス、伝熱ガスなどを供給するガス供給源２５が接続されている。なお、エッチングガスとしては、例えばハロゲン系ガスやＯ２ガスのほか、Ａｒガス等の希ガスなどを用いることができる。
＜排気機構＞
前記処理容器１内の４隅に近い位置には、底壁１ａに貫通開口部としての排気用開口２７が４箇所に形成されている（２つのみ図示）。各排気用開口２７には、排気管２９が接続されている。排気管２９は、その端部にフランジ部２９ａを有しており、このフランジ部２９ａと底壁１ａとの間にＯリング（図示省略）を介在させた状態で固定されている。排気管２９は排気装置３１に接続されている。排気装置３１は、例えばターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これにより処理容器１内を所定の減圧雰囲気まで真空引きすることが可能に構成されている。また、排気管２９には、排気路のコンダクタンスを可変に調節するＡＰＣバルブ３２が設けられている。
＜基板搬入出口＞
処理容器１の側壁１ｂ１には、基板搬送用開口３３が設けられている。この基板搬送用開口３３は、ゲートバルブ３５によって開閉され、基板Ｓを隣接する搬送室（図示省略）との間で搬送できるようになっている。ゲートバルブ３５は、側壁１ｂ１との間に第１のシール部材であるＯリング３７を介在させた状態で、螺子等の固定手段を用いて側壁１ｂ１に固定されている。
＜高周波電源＞
下部基材７には、給電線３９が接続されている。この給電線３９には、マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）４１を介して高周波電源４３が接続されている。これにより、高周波電源４３から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、下部基材７を介して下部電極としての載置台５に供給される。なお、給電線３９は、底壁１ａに形成された貫通開口部としての給電用開口４５を介して処理容器１内に導入されている。
＜バッククーリング機構＞
底壁１ａ、絶縁部材６および下部基材７には、これらを貫通するガス通路７７が形成されている。このガス通路７７は、伝熱ガス供給管７８を介して、ガス供給源２５に接続されている。この伝熱ガス供給管７８には、２つのバルブ２１Ｂ，２１Ｂ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３ＢおよびＰＣＶ（Pressure Control Valve）２４が設けられている。そして、ガス通路７７を介して伝熱ガス、例えばＨｅガスなどを基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０に供給することができる。すなわち、載置台５は、基板Ｓの裏面に伝熱ガスを供給して冷却するバッククーリング機構を備えている。ガス通路７７に供給された伝熱ガスは、下部基材７と基材５ａとの境界に形成されたガス溜り７９を介して一旦水平方向に拡散した後、基材５ａ、第１の絶縁膜６７及び第２の絶縁膜７１を貫通して形成された複数のガス孔８１から基板Ｓの裏側に噴出する。このようにして、載置台５の冷熱が基板Ｓに伝達され、基板Ｓが所定の温度に維持される。従って、載置台５から基板Ｓへの熱伝達を基板Ｓの面内で均一にすることが可能になり、エッチングむらの発生を防止できる。
図２Ａは、載置台５の上面の要部を拡大して示す平面図である。また、図２Ｂは図２ＡにおけるＩＩＢ−ＩＩＢ線矢視の断面図である。本実施の形態のプラズマエッチング装置１００では、後述する処理手順を実行することによって、基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０に伝熱ガスを容易に充満させることが可能であることから、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、複数のガス孔８１は、基板Ｓの裏面の外周部に対向する領域に偏在して設けられている。より具体的には、ガス孔８１は、載置台５において、基板Ｓの端部からの距離Ｌが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内に対向する領域に偏在して設けられている。基板Ｓの端部からの距離Ｌが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内は、デバイスが形成される領域外であるため、この部位にエッチングむらが生じても、歩留まりに影響しない。このように、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００では、基板Ｓのデバイス形成領域に対向する載置台５の領域において、伝熱ガス用のガス孔８１の数を大幅に削減することが可能であり、好ましくは当該領域におけるガス孔８１を無くすことが可能であるため、ガス孔８１によるエッチングむらの発生を低減することが可能である。
下部基材７の内部には、伝熱媒体室８３が設けられている。この伝熱媒体室８３には、例えばフッ素系液体などの伝熱媒体が伝熱媒体導入管８３ａを介して導入され、かつ伝熱媒体排出管８３ｂを介して排出されて循環するように構成されている。この伝熱媒体の熱（例えば冷熱）は、下部基材７、載置台５及び伝熱ガスを介して、基板Ｓに対して伝わり、基板Ｓの温度調節が行われる。
＜圧力検出装置＞
プラズマエッチング装置１００には、処理容器１内の圧力を計測する圧力計８８が設けられている。圧力計８８は、後述する制御部９０と接続されており、処理容器１内の圧力の計測結果をリアルタイムで制御部９０へ提供する。
＜制御部＞
プラズマエッチング装置１００の各構成部は、制御部９０に接続され、制御部９０によって統括して制御される構成となっている。制御部９０は、プラズマエッチング装置１００の各構成部を制御するモジュールコントローラ（Module Controller）である。制御部９０は、図示しないＩ／Ｏモジュールに接続されている。このＩ／Ｏモジュールは、複数のＩ／Ｏ部を有しており、プラズマエッチング装置１００の各エンドデバイスに接続されている。Ｉ／Ｏ部には、デジタル信号、アナログ信号およびシリアル信号の入出力を制御するためのＩ／Ｏボードが設けられている。各エンドデバイスに対する制御信号は、それぞれＩ／Ｏ部から出力される。また、各エンドデバイスからの出力信号は、それぞれＩ／Ｏ部に入力される。プラズマエッチング装置１００において、Ｉ／Ｏ部に接続されたエンドデバイスとしては、例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３Ａ，２３Ｂ、ＡＰＣバルブ３２、排気装置３１、高周波電源４３などが挙げられる。
次に、図３を参照して、制御部９０のハードウェア構成の一例について説明する。制御部９０は、主制御部１０１と、キーボード、マウス等の入力装置１０２と、プリンタ等の出力装置１０３と、表示装置１０４と、記憶装置１０５と、外部インターフェース１０６と、これらを互いに接続するバス１０７とを備えている。主制御部１０１は、ＣＰＵ（中央処理装置）１１１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２およびＲＯＭ（リードオンリメモリ）１１３を有している。記憶装置１０５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置１０５は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５に対して情報を記録し、また記録媒体１１５より情報を読み取るようになっている。記録媒体１１５は、情報を記録できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体１１５は、本実施の形態に係る基板処理方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
制御部９０では、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することにより、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００において基板Ｓに対するプラズマエッチング処理を実行できるようになっている。
＜処理手順＞
次に、以上のように構成されるプラズマエッチング装置１００における処理動作について説明する。図４は、プラズマエッチング装置１００において行われる本発明の一実施の形態にかかる基板処理方法の処理手順を示すタイミングチャートである。また、図５〜１０は、この処理手順の主要な工程における処理容器１内の状態を説明する工程図である。本実施の形態における好ましい処理手順は、図４に示したように、工程１〜工程５を含むことができる。
（準備工程）
まず、前段階の処理として、ゲートバルブ３５を開放した状態で、基板Ｓを、図示しない搬送装置のフォークによって、基板搬送用開口３３を介して処理容器１内へ搬入し、リフタピン８５に受け渡す。
（工程１）
工程１では、図５に示したように、リフタピン８５によって基板Ｓを載置台５の上面から離間させた状態で、処理容器１内を真空状態である圧力Ｐ０に調節する。すなわち、基板搬入後、ゲートバルブ３５を閉じ、排気装置３１を作動させて、処理容器１内を圧力Ｐ０（引き切り状態）となるまで真空引きする。図４に示したように、この工程１の段階では、調圧ガスＧ１、伝熱ガスＧ２、エッチングガスＧ３のいずれも供給しない。
（工程２）
工程２では、図６に示したように、リフタピン８５によって基板Ｓを載置台５の上面から離間させた状態で、第１のガス供給路としてのガス供給管１９を介して処理容器１内に調圧ガスＧ１を導入し、処理容器１内を圧力Ｐ０よりも大きい圧力Ｐ１に調節する。すなわち、基板Ｓをリフタピン８５によって保持した状態で、排気装置３１を作動させながら、バルブ２１Ａ，２１Ａを開放して、ガス供給源２５から調圧ガスＧ１をガス供給管１９、ガス導入口１７を介してシャワーヘッド１５のガス拡散空間１５ａへ導入する。この際、マスフローコントローラ２３Ａによって調圧ガスＧ１の流量制御が行われる。また、ＡＰＣバルブ３２によって排気路のコンダクタンスを調節する。ガス拡散空間１５ａに導入された調圧ガスＧ１は、さらに複数の吐出孔１５ｂを介して処理容器１内に均一に吐出され、処理容器１内が圧力Ｐ１に維持される。なお、図４に示したように、この工程２の段階では、伝熱ガスＧ２及びエッチングガスＧ３は供給しない。また、工程２では、排気装置３１の排気強度は工程１よりも弱い調圧に設定する。
（工程３）
工程３では、図７に示したように、処理容器１内を圧力Ｐ１に保持した状態で、リフタピン８５を下降させて載置台５に基板Ｓを載置する。これによって、基板Ｓは、載置台５上にセットされる。基板Ｓの裏面と載置台５の上面との間には、伝熱空間５０が形成される。また、基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０には、調圧ガスＧ１が封入された状態となるため、基板Ｓと載置台５との間の伝熱空間５０内の圧力は、圧力Ｐ１とほぼ同等になる。なお、図４に示したように、この工程３の段階では、伝熱ガスＧ２及びエッチングガスＧ３は供給しない。また、工程３では、排気装置３１の排気強度は工程１よりも弱い調圧に設定する。
（工程４）
工程４では、図８に示したように、処理容器１内への調圧ガスＧ１の導入を停止するとともに、基板Ｓを静電吸着させた後、伝熱ガスＧ２の供給を開始する。基板Ｓの静電吸着は、第１の絶縁層６７と第２の絶縁層７１との間の電極６９に、直流電源７３から給電線７５を介して直流電圧を印加することにより行う。そして、バルブ２１Ｂ，２１Ｂを開放して、ガス供給源２５の伝熱ガスＧ２を第２のガス供給路としての伝熱ガス供給管７８、ガス通路７７、ガス溜り７９を介して、複数のガス孔８１から基板Ｓの裏面側へ噴射し、基板Ｓと載置台５との間の伝熱空間５０を圧力Ｐ２に調節する。この際、マスフローコントローラ２３Ｂ及びＰＣＶ２４によって伝熱ガスＧ２の流量制御が行われ、伝熱空間５０の圧力がＰ２に調圧される。ここで、前段の工程３において、基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０に調圧ガスＧ１が封入されており、伝熱空間５０内の圧力は、ほぼ圧力Ｐ１に近い状態にあるため、圧力Ｐ２への調節を短時間で速やかに行うことが可能になる。また、調圧ガスＧ１と伝熱ガスＧ２が異なる種類のガスである場合でも、容易に伝熱ガスＧ２へ置換される。なお、この工程４では、調圧ガスＧ１として、プラズマエッチング処理に影響を与える可能性があるガス種を用いる場合には、図４及び図８に示したように、排気装置３１によって処理容器１内の調圧ガスＧ１の排気を行い、処理容器１内の伝熱空間５０以外の空間を圧力Ｐ０まで低下させることが好ましい。図４に示したように、この工程４の段階では、未だエッチングガスＧ３は供給しない。また、工程４では、排気装置３１の排気強度は、工程１と同等の引き切りに設定する。
（工程５）
工程５では、工程４の後で、伝熱ガスＧ２の供給を続け、伝熱空間５０の圧力Ｐ２を維持しながら、図９に示したように、処理容器１内にエッチングガスＧ３を導入し、伝熱空間５０を除く処理容器１内を圧力Ｐ３に調節して、基板Ｓをプラズマエッチング処理する。この工程５では、バルブ２１Ａ，２１Ａを開放して、ガス供給源２５からエッチングガスＧ３をガス供給管１９、ガス導入口１７を介してシャワーヘッド１５のガス拡散空間１５ａへ導入する。この際、マスフローコントローラ２３ＡによってエッチングガスＧ３の流量制御が行われる。ガス拡散空間１５ａに導入されたエッチングガスＧ３は、さらに複数のガス吐出孔１５ｂを介して載置台５上に載置された基板Ｓに対して均一に吐出される。このとき、処理容器１内の伝熱空間５０以外の空間の圧力Ｐ３は、目的とするエッチング処理の内容に応じて適宜設定できる。この状態で高周波電源４３から高周波電力が載置台５に印加する。これにより、下部電極としての載置台５と上部電極としてのシャワーヘッド１５との間に高周波電界が生じ、エッチングガスＧ３が解離してプラズマ化する。このプラズマにより、基板Ｓに対してエッチング処理が施される。なお、工程５では、排気装置３１の排気強度は工程１よりも弱い調圧に設定する。
（終了工程）
基板Ｓに対して所定時間のエッチング処理を施した後、高周波電源４３からの高周波電力の印加を停止する。また、バルブ２１Ａ，２１Ａを閉じて、エッチングガスＧ３の導入を停止した後、図１０に示したように、処理容器１内を所定の圧力まで減圧するとともに、リフタピン８５によって基板Ｓを搬送位置まで上昇させる。なお、本工程では、処理容器１内を圧力Ｐ０まで低下させることが好ましい。次に、ゲートバルブ３５を開放し、載置台５から図示しない搬送装置のフォークに基板Ｓを受け渡し、処理容器１の基板搬送用開口３３から基板Ｓを搬出する。以上の操作により、基板Ｓに対するプラズマエッチング処理が終了する。
以上のような処理手順を繰返し行うことにより、複数の基板Ｓに対してプラズマエッチング処理を行うことが可能になる。
なお、調圧ガスＧ１として、プラズマエッチング処理に影響を与えないガス種を用いる場合には、工程４において、調圧ガスＧ１の排気は行わなくてもよい。
以上の処理手順において、処理容器１内の圧力Ｐ０、Ｐ１と、伝熱空間５０のＰ２の関係は、Ｐ１≧Ｐ２＞Ｐ０とすることが好ましく、Ｐ１＝Ｐ２とすることがより好ましい。例えば、圧力Ｐ０としては０〜０．６７Ｐａの範囲内、好ましくは０．１３Ｐａ程度、圧力Ｐ１としては１００〜３００Ｐａの範囲内、好ましくは２００Ｐａ程度、圧力Ｐ２としては１００〜３００Ｐａの範囲内、好ましくは２００Ｐａ程度とすることができる。このように、工程２及び工程３において、予め処理容器１内の圧力Ｐ１を、工程５で設定される伝熱空間５０の圧力Ｐ２以上に設定しておくことによって、基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０に調圧ガスＧ１が封入された状態となる。ここで、調圧ガスＧ１として、伝熱ガスＧ２と同じ種類のガスを用いる場合には、伝熱空間５０に封入された調圧ガスＧ１をそのまま伝熱ガスＧ２として利用できるため、基板Ｓの温度調節を速やかに、かつ効率良く行うことができる。一方、調圧ガスＧ１として、伝熱ガスＧ２と異なる種類のガスを用いる場合には、伝熱空間５０に封入された状態の調圧ガスＧ１は工程４以降で伝熱ガスＧ２に容易に置換されることにより、基板Ｓの温度調節を速やかに、かつ効率良く行うことができる。このようにして、載置台５から基板Ｓへの熱伝導効率を高め、基板Ｓの面内での温度の不均一を抑制できる。その結果、例えばエッチングむらなどの処理の不均一を防ぐことができる。
以上の処理手順で用いる調圧ガスＧ１としては、伝熱ガスＧ２と同じ種類のガスを用いることができる。この場合、調圧ガスＧ１及び伝熱ガスＧ２として、例えばヘリウムガス、窒素ガスなどを用いることが好ましい。
また、調圧ガスＧ１として、伝熱ガスＧ２と異なる種類のガスを用いることもできる。例えば、調圧ガスＧ１が窒素ガスであるときは、伝熱ガスＧ２としてヘリウムガスを、調圧ガスＧ１がヘリウムガスであるときは、伝熱ガスＧ２として窒素ガスを用いることができる。
次に、従来技術との対比において、本発明の作用効果を説明する。図１１は、比較例として、従来技術の基板処理方法の主要な工程における処理容器内の状態を説明する工程図である。図１１（ａ）は、上記実施の形態の工程１に対応する工程（図５参照）を示している。すなわち、基板搬入後、ゲートバルブ３５を閉じ、リフタピン８５によって基板Ｓを載置台５の上面から離間させた状態で、排気装置３１を作動させて、処理容器１内を真空状態である圧力Ｐ０に調節する。
次に、図１１（ｂ）は、上記実施の形態の工程３に対応する工程（図７参照）を示している。但し、工程３と異なり、処理容器１内を圧力Ｐ０（引き切り状態）に保持したまま、リフタピン８５を下降させて載置台５に基板Ｓを載置する。これによって、基板Ｓは、載置台５上にセットされる。基板Ｓの裏面と載置台５の上面との間には、伝熱空間５０が形成される。
次に、図１１（ｃ）では、載置台５に基板Ｓを載置した状態で、電極６９に、直流電源７３から給電線７５を介して直流電圧を印加することにより、基板Ｓを静電吸着させる。そして、第２のガス供給路としての伝熱ガス供給管７８、ガス通路７７、ガス溜り７９を介して、複数のガス孔８１から基板Ｓの裏面側へ向けて伝熱ガスＧ２を供給し、基板Ｓと載置台５との間の伝熱空間５０を圧力Ｐ２に保持するとともに、ガス供給管１９を介して処理容器１内にエッチングガスＧ３を導入し、伝熱空間５０を除く処理容器１内を圧力Ｐ３に調節して、基板Ｓを処理する。
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、従来技術の基板処理方法は、図４のタイミングチャートにおいて、工程２及び工程４に相当する工程を設けていない。つまり、処理容器１内を圧力Ｐ０にした状態から［図１１（ａ）］、直ぐに載置台５に基板Ｓを載置し［図１１（ｂ）］、エッチングガスＧ３及び伝熱ガスＧ２の導入を開始していた［図１１（ｃ）］。そのため、基板Ｓが大型になると、伝熱ガスを基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０に均等に充填するまでに時間がかかり、スループットの低下を招くとともに、伝熱ガスによる温度制御が難しく、基板Ｓの面内での温度の不均一が生じやすいという問題があった。また、伝熱ガス用のガス孔８１を、載置台５の全面に亘って多数設ける必要があった。
それに対し、本実施の形態の基板処理方法は、工程２において、リフタピン８５によって基板Ｓを載置台５の上面から離間させた状態で、処理容器１内に調圧ガスＧ１を導入し、処理容器１内を圧力Ｐ０よりも大きい圧力Ｐ１に調節するステップを行った後、工程３で載置台５に基板Ｓを載置させる。これによって、基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０に伝熱ガスＧ２を容易に充満させることができる。従って、伝熱ガスＧ２による伝熱効率を高め、基板Ｓの面内での処理の均一性を高めることができる。
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００では、基板Ｓの裏面側の伝熱空間５０に伝熱ガスＧ２を容易に充満させることが可能であることから、伝熱ガスＧ２用のガス孔８１の数を従来技術に比べて大幅に削減することが可能となる。具体的には、複数のガス孔８１を、基板Ｓの裏面の外周部に対向する領域に偏在して設けることができる。例えば、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００では、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、ガス孔８１は、載置台５において、基板Ｓの端部からの距離Ｌが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内に対向する領域に偏在して設けられている。基板Ｓの端部からの距離Ｌが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内は、デバイスが形成される領域外であるため、この部位にエッチングむらが生じても、製品の歩留まりに影響しない。このように、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００では、基板Ｓのデバイスが形成される領域に対向する載置台５上の領域において、伝熱ガス用のガス孔８１の数を大幅に削減することが可能であり、ガス孔８１によるエッチングむらの発生を低減することが可能である。よって、基板Ｓの面内での処理の均一性を高めることができる。
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、ＦＰＤ用基板を処理対象とするプラズマ処理装置に限らず、例えば半導体ウエハを処理対象とするプラズマ処理容器にも適用できる。また、プラズマエッチング装置に限らず、例えばプラズマアッシング処理を行うアッシング装置、プラズマＣＶＤ処理やプラズマ拡散処理を行うプラズマ成膜装置、その他のプラズマ処理装置にも適用することができる。
また、上記実施の形態では、伝熱ガスＧ２を、エッチングガスや調圧ガスと共通のガス供給源２５から供給する構成としたが、別途伝熱ガス専用の供給源を設け、そこから伝熱ガスＧ２を伝熱空間５０に供給することもできる。
１…処理容器、１ａ…底壁、１ｂ、１ｂ１，１ｂ２…側壁、１ｃ…蓋体、３…シール部材、５…載置台、５ａ…基材、７…下部基材、８…絶縁部材、１５…シャワーヘッド、１５ａ…ガス拡散空間、１５ｂ…ガス吐出孔、１７…ガス導入口、１９…ガス供給管、２１Ａ，２１Ｂ…バルブ、２３Ａ，２３Ｂ…マスフローコントローラ、２５…ガス供給源、２７…排気用開口、２９…排気管、３１…排気装置、３３…基板搬送用開口、３５…ゲートバルブ、３７…Ｏリング、３９…給電線、４１…マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）、４３…高周波電源、４５…給電用開口、５０…伝熱空間、６７…第１の絶縁層、６９…電極、７１…第２の絶縁層、１００…プラズマエッチング装置、Ｓ…基板

Claims (17)

  1. 基板の裏面側に伝熱ガスを供給しながら処理を行う基板処理方法であって、
    被処理体を収容するとともに、内部を真空に保持することが可能な処理容器と、
    前記処理容器内で前記基板を載置するとともに、前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを噴射する複数のガス孔を有する載置台と、
    前記載置台の上面に対して突没変位可能に設けられ、前記基板を、前記載置台の上面から離間させた位置に支持する支持部材と、
    前記処理容器内にガスを供給する第１のガス供給路と、
    前記ガス孔に連通する第２のガス供給路と、
    前記第１のガス供給路に設けられ、前記ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、
    前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、
    前記処理容器に接続された排気路と、
    前記排気路のコンダクタンスを可変に調節するバルブと、
    前記排気路に接続された排気装置と、
    を備えた処理装置を用い、
    前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記処理容器内を真空状態である圧力Ｐ０に調節するステップと、
    前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に調圧ガスを導入し、前記処理容器内を前記圧力Ｐ０よりも高い圧力Ｐ１に調節するステップと、
    前記処理容器内を前記圧力Ｐ１に保持した状態で、前記支持部材を下降させて前記載置台に前記基板を載置するステップと、
    前記載置台に前記基板を載置した状態で、前記処理容器内への調圧ガスの導入を停止し、前記第２のガス供給路及び前記ガス孔を介して前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを供給し、前記基板と前記載置台との間の伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップと、
    前記伝熱空間の前記圧力Ｐ２を維持しながら、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に処理ガスを導入し、前記伝熱空間を除く前記処理容器内を圧力Ｐ３に調節して、前記基板を処理するステップと、
    を含む基板処理方法。
  2. 前記伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップにおいて、前記処理容器内から前記調圧ガスを排気する請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記圧力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の関係が、
    Ｐ１≧Ｐ２＞Ｐ０
    である請求項１又は２に記載の基板処理方法。
  4. 前記調圧ガスとして、前記伝熱ガスと同じ種類のガスを用いる請求項１から３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  5. 前記調圧ガス及び前記伝熱ガスが、ヘリウムガスである請求項４に記載の基板処理方法。
  6. 前記調圧ガスとして、前記伝熱ガスと異なる種類のガスを用いる請求項１から３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  7. 前記調圧ガスが窒素ガス又はヘリウムガスであり、前記伝熱ガスが、ヘリウムガス又は窒素ガスである請求項６に記載の基板処理方法。
  8. 前記調圧ガスを排気するステップでは、前記処理容器内を前記圧力Ｐ０まで低下させる請求項１から７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  9. 前記ガス孔から、前記基板の裏面の外周部に向けて前記伝熱ガスを噴射する請求項１から８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  10. 前記ガス孔は、前記基板の端部から５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内の裏面に向けて前記伝熱ガスを噴射する請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記基板をプラズマ処理するものである請求項１から１０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  12. 基板の裏面側に伝熱ガスを供給しながら処理を行う基板処理装置であって、
    被処理体を収容するとともに、内部を真空に保持することが可能な処理容器と、
    前記処理容器内で前記基板を載置するとともに、前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを噴射する複数のガス孔を有する載置台と、
    前記載置台の上面に対して突没変位可能に設けられ、前記基板を、前記載置台の上面から離間させた位置に支持する支持部材と、
    前記処理容器内にガスを供給する第１のガス供給路と、
    前記ガス孔に連通する第２のガス供給路と、
    前記第１のガス供給路に設けられ、前記ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、
    前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、
    前記処理容器に接続された排気路と、
    前記排気路のコンダクタンスを可変に調節するバルブと、
    前記排気路に接続された排気装置と、
    前記基板処理装置の各構成部を制御して前記基板を処理する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記処理容器内を真空状態である圧力Ｐ０に調節するステップと、
    前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に調圧ガスを導入し、前記処理容器内を前記圧力Ｐ０よりも高い圧力Ｐ１に調節するステップと、
    前記処理容器内を前記圧力Ｐ１に保持した状態で、前記支持部材を下降させて前記載置台に前記基板を載置するステップと、
    前記載置台に前記基板を載置した状態で、前記処理容器内への調圧ガスの導入を停止し、前記第２のガス供給路及び前記ガス孔を介して前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを供給し、前記基板と前記載置台との間の伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップと、
    前記伝熱空間の前記圧力Ｐ２を維持しながら、前記第１のガス供給路を介して前記処理容器内に処理ガスを導入し、前記伝熱空間を除く前記処理容器内を圧力Ｐ３に調節して、前記基板を処理するステップと、
    が行われるように制御することを特徴とする基板処理装置。
  13. 前記伝熱空間を圧力Ｐ２に保持するステップにおいて、前記処理容器内から前記調圧ガスを排気する請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記圧力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の関係が、
    Ｐ１≧Ｐ２＞Ｐ０
    である請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. 前記ガス孔が、前記基板の裏面の外周部に対向する領域に偏在して設けられている請求項１２から１４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  16. 前記ガス孔は、前記基板の端部から５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内の裏面に対向する領域に偏在して設けられている請求項１５に記載の基板処理装置。
  17. 前記基板処理装置は、前記処理容器内でプラズマを生成させるための高周波電源をさらに備えたプラズマ処理装置である請求項１２から１６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
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