JP2017220591A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用トレイ - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理において、トレイの割れを防止する。【解決手段】ドライエッチング装置１０は、減圧可能なチャンバ１１と、チャンバ１１内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、基板７を収容する基板収容孔３を有し、チャンバ１１内へ搬入搬出可能なトレイ１と、チャンバ１１内に設けられ、チャンバ１１内に搬入されるトレイ１が載置されるトレイ載置部２２Ａと、基板７の下面が載置される基板載置部２２Ｃとを備えるＥＳＣ２２と、ＥＳＣ２２に内蔵され、基板７を基板載置部２２Ｃに静電吸着すると共に、トレイ１をトレイ載置部２２Ａに静電吸着するための静電吸着用電極２２Ｄと、静電吸着用電極２２Ｄに直流電圧を印加する直流電源２７と、トレイ載置部２２Ａ及び基板載置部２２Ｃを含むＥＳＣ２２を冷却する冷却流路２４とを備える。トレイ１の下面２Ｂは、トレイ１を構成する材料より高い導電性を有する金属層４により部分的に被覆されている。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用トレイに関する。

トレイ上に複数の基板を載置してバッチ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。この種のプラズマ処理装置は、大量生産を行うＬＥＤ（Light Emitting Diode）及びＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイス等の製造に使用されている。

特許文献１のプラズマ処理装置では、基板を収容したトレイが、下部電極として機能する基板サセプタ上に載置される。基板及びトレイは、静電吸着により基板サセプタに密着する。基板サセプタには冷却機構が設けられており、基板及びトレイは基板サセプタと面接触し、直接的な熱伝導により冷却される。

特許第５５３９４３６号公報

プラズマ処理の際、基板だけでなくトレイにもプラズマが照射される。プラズマが照射されると、トレイの温度が上昇する。トレイの温度上昇により、トレイが熱変形し、トレイの下面の平面度が低下する。平面度の低下に起因してトレイの基板サセプタに対する密着度にばらつきが生じると、トレイの冷却にばらつきが生じる。トレイが均一に冷却されないと、トレイ内で温度差が生じ、この温度差によりトレイに割れ等の損傷が生じるおそれがある。

また、トレイ材質としては、プロセスに応じて、ＳｉＣ（炭化シリコン）、石英、又はアルミナ等が使用される。ＳｉＣのトレイは、割れ難いが高価である。石英のトレイは、割れ易く大径の基板を扱い難い。アルミナのトレイは、安価であるが、熱衝撃に弱く、ハイパワー条件でプラズマ処理を実行すると、上述のようにトレイ内の温度差により割れるおそれがある。

本発明は、プラズマ処理中のトレイの損傷を防止することを課題とする。

本発明の第１の態様のプラズマ処理装置は、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、基板を収容する基板収容部を有し、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トレイの下面が載置されるトレイ載置部と、前記基板が載置される基板載置部とを備える誘電体部材と、前記誘電体部材に内蔵され、前記基板を前記基板載置部に静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ載置部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、前記トレイ載置部及び前記基板載置部を含む前記誘電体部材を冷却する冷却機構とを備え、前記トレイの下面は、前記トレイを構成する材料より高い導電性を有する金属層により部分的に被覆されている。

プラズマ処理装置では、直流電圧印加機構で静電吸着用電極に直流電圧が印加されることにより、静電吸着用電極が内蔵された誘電体部材にトレイが静電吸着される。誘電体部材は冷却機構により冷却されており、トレイは誘電体部材と面接触することで直接的な熱伝導により冷却される。この際、プラズマがトレイに照射され、トレイが熱変形すると、この面接触が精度良く行われず、トレイの冷却にばらつきが生じ、トレイ内に温度差が生じ、トレイに割れ等の損傷が生じるおそれがある。これに対し、上記構成のように、トレイの下面が部分的に金属層により被覆されていることで、被覆された部分の導電性が向上し、その部分をトレイ載置部に強く静電吸着できる。そのため、トレイ内に冷却され易い部分を設けることができる。トレイの冷却ばらつきが存在する場合、冷却され難い箇所に対して上記のように冷却されやすい部分を設けることで、冷却ばらつきを解消し、トレイの温度を均一化できる。従って、この構成によれば、プラズマ処理時のトレイの反りの発生を抑制し、結果としてトレイの割れ等の損傷を防止できる場合がある。

前記トレイの下面の中央部は、外周部に比べて、金属層により被覆されている割合が大きくてもよい。

一般に、トレイに対してプラズマが照射されると、トレイの熱延により、トレイの中央部が外周部に対して上方に膨出する。そのため、トレイの中央部は、外周部に比べてトレイ載置部との距離が増大し、冷却され難い。即ち、相対的に、トレイの中央部は温度が高く、トレイの外周部は温度が低くなり易い。これに対し、上記構成のように、トレイの下面の中央部は、外周部に比べて、金属層により被覆されている割合が大きいことで、トレイ載置部にトレイの中央部を吸着し易くし、即ち冷却し易くしている。従って、トレイの中央部と外周部の温度差が減少し、トレイの膨出（反り）が緩和され、割れ等の損傷を防止できる。

前記トレイの下面の外周部は、外周端の全周にわたって、金属層により被覆されておらず前記トレイの下面が露出していてもよい。

上述のようにトレイの中央部が上方に膨出することから、トレイの外周端はトレイ支持部と最も近接する部分である。即ち、トレイの外周端はトレイ内で最も冷却されやすい部分である。従って、上記構成のように、トレイの外周端に金属層により被覆されておらず前記トレイの下面が露出している領域を有することで、外周部の温度を相対的に上昇させ、中央部と外周部の温度差を一層減少できる。

前記金属層は、前記基板収容部の周囲を囲んでいてもよい。

トレイの基板収容部には、プラズマの照射対象である基板が収容されている。トレイと基板はどちらも、冷却された誘電体部材に静電吸着され、冷却されているが、トレイは基板にくらべて平面度が低いため誘電体部材との熱伝導が悪く、温度が基板よりも高くなる。また、基板の冷却を確実に行うために、仮に基板載置部に冷却用のガス孔を設け、このガス孔から基板と基板載置部との間にヘリウムなどの冷却用ガスを導入して基板を冷却する場合、基板とトレイとの温度差はさらに大きくなりやすい。このように、トレイの温度が基板の温度よりも高いと、基板の外周部は、トレイとの距離が近いため、トレイからの熱輻射の影響を受け、基板の中心部に比べて温度が上昇しやすい。従って、上記構成のように、基板収容部の周囲が、金属層により被覆されていることで、トレイ載置部にトレイの基板収容部を吸着し易くし、即ち冷却し易くし、トレイの輻射熱による基板の外周部の温度上昇を抑制することができる。

前記基板収容部は、厚み方向に貫通する基板収容孔と、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側縁部分を支持する基板支持部とを備えてもよい。

基板収容部が貫通孔（基板収容孔）である場合、有底穴の場合と比べて強度が低下し、トレイの割れが生じる可能性が高い。従って、特に基板収容部が貫通孔（基板収容孔）である場合に上記のように割れ難いトレイの構造を採用することは有効である。

前記トレイは、アルミナを主成分とするセラミクスからなってもよい。

アルミナのトレイは割れ易いが安価である。従って、特にアルミナのトレイに対して上記のように割れ難いトレイの構造を採用することで、安価で割れ等の問題を克服したプラズマ処理が可能である。ここで、「主成分」とは、全体に占める質量％が９８．５％以上、好ましくは９９．５％以上であることを指すものとする。

前記金属層は、ニッケルを主成分としてもよい。

ニッケルはプラズマ処理のプロセスで通常よく使用される塩素又はフッ素に対して反応し難いため、金属層の主成分をニッケルとすることで、塩素系のプロセス又はフッ素系のプロセスを有するプラズマ処理においても上記構造のトレイを使用できる。ここで、「主成分」とは、全体に占める質量％が９８％以上であることを指すものとする。

本発明の第２の態様のプラズマ処理装置は、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、基板を収容する基板収容部を有し、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トレイの下面が載置されるトレイ載置部と、前記基板が載置される基板載置部とを備える誘電体部材と、前記誘電体部材に内蔵され、前記基板を前記基板載置部に静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ載置部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、前記トレイ載置部および前記基板載置部を含む前記誘電体部材を冷却する冷却機構とを備え、前記トレイの下面の外周部は、中央部に対して凹形状を有する。

この構成により、トレイの下面の外周部が中央部に対して凹形状を有することで、外周部が中央部に比べてトレイ載置部に接触し難くなる。即ち外周部が中央部に比べて冷却され難くなり、トレイの中央部と外周部の温度差が減少し、トレイの割れ等の損傷を防止できる。

本発明の第２の態様のプラズマ処理方法は、トレイの基板収容部に基板を収容し、前記トレイの下面は前記トレイを構成する材料より高い導電性を有する金属層により部分的に被覆されており、前記基板を収容した前記トレイをチャンバ内に配置された誘電体部材へ搬送し、前記トレイを前記誘電体部材が備えるトレイ載置部に載置すると共に、前記基板を前記誘電体部材が備える基板載置部に載置し、前記誘電体部材に内蔵された静電吸着用電極に直流電圧を印加することで、前記基板を前記基板載置部に静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ載置部に静電吸着し、前記誘電体部材の前記トレイ載置部及び前記基板載置部を冷却すると共に、前記チャンバ内にプラズマを発生させて前記基板にプラズマ処理を施すことを含む、プラズマ処理方法。

本発明の第３の態様のプラズマ処理装置用トレイは、基板を収容する基板収容部を有し、片面の中央部が外周部に比べて金属層により被覆されている割合が大きい。

本発明によれば、プラズマ処理中のトレイ内の温度を均一化できるため、トレイの割れを防止できる。

本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的な断面図。 図１のトレイ及び誘電体部材を示す斜視図。 図２のトレイを示す上側平面図。 図２のトレイを示す下側平面図。 図１のトレイを誘電体部材に載置する前の断面図。 図１のトレイを誘電体部材に載置した後の断面図。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置のトレイを示す上側平面図。 第２実施形態に係るプラズマ処理装置のトレイを示す下側平面図。 第２実施形態に係るトレイを誘電体部材に載置する前の断面図。 第２実施形態に係るトレイを誘電体部材に載置した後の断面図。 第３実施形態に係るプラズマ処理装置のトレイを示す上側平面図。 第３実施形態に係るプラズマ処理装置のトレイを示す下側平面図。 第３実施形態に係るトレイを誘電体部材に載置する前の断面図。 第３実施形態に係るトレイを誘電体部材に載置した後の断面図。

以下、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は、本発明の第１実施形態に係るドライエッチング装置（プラズマ処理装置）１０を示す。本実施形態のドライエッチング装置１０は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型であり、トレイ１に収容された基板７をプラズマ処理してドライエッチングする。

まず、ドライエッチング装置１０の構成を説明する。

ドライエッチング装置１０は、減圧可能なチャンバ１１を有する。チャンバ１１には、基板７を保持したトレイ１を搬入出するために、開閉可能なゲート１２が設けられている。本実施形態におけるトレイ１は、４インチ（直径約１００mm）の基板７を７枚保持できる（図２参照）。チャンバ１１には、エッチングガス供給源１３に接続されたエッチングガス供給口１４と、真空排気装置１５に接続された排気口１６とが設けられている。さらに、チャンバ１１内の底部には、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７及びトレイ１の載置台としての機能とを有する基板サセプタ１８が配設されている。基板サセプタ１８と対向するチャンバ１１の上端開口は、石英等の誘電体からなる天板１９で閉鎖されている。天板１９の上方にはＩＣＰコイル２０が配設されており、ＩＣＰコイル２０は高周波電源２１と電気的に接続されている。本実施形態では、これらの複数の要素によりプラズマを発生させており、即ち、これらの複数の要素がプラズマ発生源として機能する。

図２を併せて参照して、基板サセプタ１８は、セラミクス等の誘電体からなる静電チャックであるＥＳＣ（誘電体部材）２２と、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２４と、セラミクス等の誘電体からなるスペーサ板２５とを備える。また、ＥＳＣ２２と、金属板２４と、スペーサ板２５とを貫通して昇降ピン２６が上下動可能に配置されており、昇降ピン２６は後述のようにトレイ１をＥＳＣ２２に載置するために使用される。

基板サセプタ１８の最上部を構成するＥＳＣ２２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。ＥＳＣ２２の上部はトレイ載置部２２Ａを構成し、トレイ載置部２２Ａの上端面であるトレイ載置面２２Ｂから、トレイ１が保持する基板７の枚数に対応する７個の基板載置部２２Ｃが上向きに突出している。本実施形態では、基板載置部２２Ｃは扁平な短円柱状である。トレイ載置面２２Ｂの中央には１個の基板載置部２２Ｃが配置され、基板載置部２２Ｃの周囲には残りの６個の基板載置部２２Ｃが平面視で等角度間隔に配置されている。

トレイ載置部２２Ａ及び個々の基板載置部２２Ｃは、静電吸着用電極２２Ｄを内蔵している。静電吸着用電極２２Ｄは、直流電圧印加機構である直流電源２７に接続されている。金属板２４は、バイアス電圧としての高周波電圧を印加する高周波電源２８と電気的に接続されている。また、金属板２４には、冷却機構として、冷媒循環装置２９に接続された冷媒流路２４Ａが設けられている。

トレイ１は、均一な厚みを有する薄い円板状のトレイ本体２を備える。トレイ本体２の上面２Ａと下面２Ｂは、いずれも平坦面である。トレイ本体２には、上面２Ａから下面２Ｂまで厚み方向に貫通する円形孔である７個の基板収容孔３が設けられている。個々の基板収容孔３には、基板７が収容される。トレイ本体２の中心に１個の基板収容孔３が配置され、基板収容孔３の周囲に残り６個の基板収容孔３が平面視で等角度間隔に配置されている。

個々の基板収容孔３の孔壁３Ａのトレイ本体２の下面２Ｂ側には、基板収容孔３の中心に向けて突出する基板支持部３Ｂが設けられている。本実施形態では、基板支持部３Ｂは基板収容孔３の孔壁３Ａの全周に設けられており、平面視では幅一定の円環状である。このように本実施形態では、基板収容孔３と基板支持部３Ｂによって基板収容部が構成されている。基板支持部３Ｂの上面である基板支持面３Ｃは、基板収容孔３に収容された基板７の下面２Ｂの周縁付近を支持する。そのため、トレイ本体２の下面２Ｂ側から見ると、基板７の下面が露出している。

本実施形態のトレイ１（トレイ本体２）は、アルミナを主成分とするセラミクスからなる。ただし、アルミナ以外にも、例えば、窒化アルミニウム、ジルコニア、イットリア、窒化シリコン、又は炭化シリコン等のセラミクス材を使用できる。

図３，４に示すように、本実施形態のトレイ１の下面２Ｂは、トレイ本体２を構成する材料（アルミナ）より高い導電性を有するニッケルを主成分とする金属層４によって部分的に被覆されている。具体的には、金属層４は、各基板収容孔３の周囲に設けられた幅ｗの被覆領域に形成されている。幅ｗは基板収容孔３間の距離ｄ１よりも大きく、即ち各基板収容孔３の周囲の被覆領域は互いに重複している。本実施形態では、トレイ１の下面２Ｂに対し、金属層４で被覆された部分（図４の斜線部分）が中央部５を表し、中央部５の外側部分（図４の非斜線部分）が外周部６を表す。特に、本実施形態では、被覆領域を重複させて中央部５の全面を被覆しているため、中央部５内で被覆漏れが生じず、後述の冷却ばらつきを抑制している。また、幅ｗは、基板収容孔３と外周端までの距離ｄ２よりも小さい。即ち、トレイ１の下面２Ｂの外周部６は、外周端の全周にわたって、金属層４により被覆されておらずトレイ１の下面２Ｂが露出した環状の非被覆領域を有する。金属層４の被覆は、めっき、溶射、又は蒸着等によってなされる。これにより、本実施形態のトレイ１では、金属層４によって被覆された領域（図４の斜線部分）が、金属層４によって被覆されていない領域（図４の非斜線部分）よりも高い導電性を有する。本実施形態では、金属層４の材質としてニッケルを採用しているが、ニッケル以外にもチタン又はアルミニウム等を採用してもよい。

次に、ドライエッチング装置１０の作用を説明する。

図５に示すように、トレイ１の個々の基板収容孔３には、トレイ本体２の上面２Ａ側から基板７が予め収容されている。トレイ１への基板７の収容は、作業者の手作業で実行されてもよいし、又は自動移載機により実行されてもよい。基板収容孔３に収容された基板７は、下面２Ｂの周縁付近が基板支持部３Ｂの基板支持面３Ｃによって支持されている。

このように基板収容孔３にそれぞれ基板７が収容された複数のトレイ１は、図示しないカセットに収容され、このカセットがドライエッチング装置１０にセットされる。カセットをドライエッチング装置１０にセットする作業は、通常は作業者が手作業で実行する。続いて、トレイ１はドライエッチング装置１０に並設された搬送装置が備える搬送アーム（図示せず）によって、カセットからゲート１２を経てチャンバ１１内に搬入され、上昇位置にある昇降ピン２６（図１参照）の先端に移載される。このとき昇降ピン２６の先端は、基板サセプタ１８よりも上方に位置している。次に、昇降ピン２６が降下することで、図６に示すように、基板７及びトレイ１は、基板サセプタ１８のＥＳＣ２２に向けて降下して載置される。トレイ１の個々の基板収容孔３における基板支持部３Ｂの先端で囲まれた領域の直径Ｄ１は、基板載置部２２Ｃの直径Ｄ２よりも大きく設定されている。そのため、トレイ１がトレイ載置面２２Ｂに向けて降下すると、基板載置部２２Ｃが基板収容孔３内へトレイ本体２の下面２Ｂ側から進入する。基板収容孔３の基板支持部３Ｂの厚みＴＨ１は、トレイ載置面２２Ｂから基板載置部２２Ｃの上端までの距離（基板載置部２２Ｃの高さＴＨ２）よりも短い。そのため、トレイ１がトレイ載置面２２Ｂに載置されると、個々の基板収容孔３内の基板７は基板支持面３Ｃから持ち上げられて基板載置部２２Ｃの上端に載置される。

図１に示すように、チャンバ１１内は、真空排気装置１５により真空排気された後、エッチングガス供給源１３からエッチングガスが供給されて所定圧力で維持される。エッチングガス供給後、静電吸着用電極２２Ｄに対して直流電源２７から直流電圧が印加され、個々の基板載置部２２Ｃの上端に基板７が静電吸着される。また、高周波電源２１，２８からＩＣＰコイル２０と基板サセプタ１８にそれぞれ高周波電圧が印加される。ＩＣＰコイル２０が発生させる高周波磁界によりチャンバ１１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せ、基板７に照射する。このプラズマ照射により基板７の上面がエッチングされる。エッチング中は、冷媒循環装置２９により金属板２４の冷媒流路２４Ａ中で冷媒を循環させることでＥＳＣ２２を冷却し、基板載置部２２Ｃとの熱伝導により個々の基板７を冷却する。

エッチング終了後は、昇降ピン２６が上昇することで、基板７を基板収容孔３に収容したトレイ１が基板サセプタ１８から上昇する。その後、図示しない搬送アームにより、基板７を保持したトレイ１がゲート１２を通ってチャンバ１１からカセットへ搬出される。トレイ１からドライエッチング処理済みの基板７が取り出され、新たな未処理の基板７が基板収容孔３に収容される。以上の手順で、トレイ１はドライエッチング処理に繰り返し使用される。

一般に、トレイ１に対してプラズマが照射されると、トレイ１の熱延により、トレイ１の中央部５が外周部６に対して上方に膨出する。そのため、トレイ１の中央部５は、外周部６に比べてトレイ載置部２２Ａとの距離が増大し、冷却され難い。即ち、相対的に、トレイ１の中央部５は温度が高く、トレイ１の外周部６は温度が低くなり易い。これに対し、上記構成のように、トレイ１の下面２Ｂの中央部５は、外周部６に比べて、金属層４により被覆されている割合が大きいことで、トレイ載置部２２Ａにトレイ１の中央部５を吸着し易くし、即ち冷却し易くしている。従って、トレイ１の中央部５と外周部６の温度差が減少し、トレイ１の膨出（反り）が緩和され、割れ等の損傷を防止できる。

また、トレイ１の中央部５が上方に膨出することから、トレイ１の外周端はトレイ載置部２２Ａと最も近接する部分である。即ち、トレイ１の外周端はトレイ１内で最も冷却されやすい部分である。従って、上記構成のように、トレイ１の外周端に金属層４により被覆されていない領域を有することで、外周部６の温度を相対的に上昇させ、中央部５と外周部６の温度差を一層減少させている。

また、トレイ１と基板７はどちらも、冷却されたＥＳＣ２２に静電吸着され、冷却されているが、トレイ１は基板７にくらべて平面度が低いためＥＳＣ２２との熱伝導が悪く、温度が基板７よりも高くなる。また、基板７の冷却を確実に行うために、仮に基板載置部２２Ｃに冷却用のガス孔を設け、このガス孔から基板７と基板載置部２２Ｃとの間にヘリウムなどの冷却用ガスを導入して基板７を冷却する場合、基板７とトレイ１との温度差はさらに大きくなりやすい。このように、トレイ１の温度が基板７の温度よりも高いと、基板７の外周部は、トレイ１との距離が近いため、トレイ１からの熱輻射の影響を受け、基板７の中心部に比べて温度が上昇しやすい。従って、上記構成のように、基板収容孔３の周囲が、金属層４により被覆されていることで、トレイ載置部２２Ａにトレイ１の基板収容孔３の近傍を吸着し易くし、即ち冷却し易くし、トレイ１の輻射熱による基板７の外周部の温度上昇を抑制することができる。

特に、基板収容部が本実施形態のように貫通孔（基板収容孔３）である場合、有底穴の場合と比べて強度が低下し、トレイの割れ等の損傷が生じる可能性が高い。従って、特に基板収容部が貫通孔（基板収容孔３）を有する場合に上記のように割れ難いトレイの構造を採用することは有効である。

また、アルミナのトレイ１は割れ易いが安価である。従って、特にアルミナのトレイ１に対して上記のように割れ難いトレイ１の構造を採用することで、安価で割れ等の損傷の問題を克服したプラズマ処理が可能である。

また、ニッケルはプラズマ処理のプロセスで通常よく使用される塩素又はフッ素に対して反応し難いため、金属層の主成分をニッケルとすることで、塩素系のプロセス又はフッ素系のプロセスを有するプラズマ処理においても上記構造のトレイ１を使用できる。

以下の表１は、これらの効果を定量的に検証すべく、トレイ１の構造を条件１〜３のように変更して実験を行った結果である。共通条件として、アルミナのトレイに対してハイパワーかつ長時間のプラズマ処理を行った場合、具体的にはＩＣＰコイル２０に約２５００（Ｗ）及び基板サセプタ１８に約１０００（Ｗ）の電力を与え、７２０秒間の処理を行った場合を検証した。その他の諸条件はプラズマ処理においておよそ一般的な数値を設定している。

条件１は、トレイに対して、下面を金属層で被覆するようなニッケル処理を行っていない場合である。即ち、条件１のトレイでは、トレイ本体の下面においてアルミナを主成分とするセラミクスが露出している。条件１の場合、トレイは十分な導電性を有しておらず、ＥＳＣ２２に静電吸着され難い。そのため、トレイは、ＥＳＣ２２に対して熱伝導により放熱できず、トレイ全体の温度が上昇する。結果的に、トレイ内の温度が約２５０〜２８０℃の高い温度で平衡に達し、トレイの中央部と外周部の温度差が０℃になっている。条件１では、トレイの中央部と外周部に温度差が生じていないため、割れは発生していないが、過熱したトレイ１からの熱輻射により、基板７の外周部の温度が上昇し、基板７の外周部のエッチング形状が悪化するなどの悪影響を及ぼす。

条件２は、トレイに対して、下面の全面を金属層で被覆するようなニッケル処理を行っている場合である。即ち、条件２のトレイでは、トレイ本体の下面のアルミナを主成分とするセラミクスが露出していない。条件２の場合、トレイはニッケル処理により導電性を有し、ＥＳＣ２２に静電吸着される。そのため、トレイは、ＥＳＣ２２に対して熱伝導により放熱でき、トレイの温度上昇が抑制される。しかし、トレイの下面の全面に対してニッケル処理を行っているため、上述のようにトレイの中央部が外周部よりも上方に膨出し、中央部の温度が外周部の温度に比べて高くなる。具体的には、トレイ内の温度が中央部で約１７０℃、外周部で約１００℃になり、トレイの中央部と外周部の温度差が約７０℃になっている。結果として、条件２では、トレイ内の温度差により、トレイに割れが発生している。

条件３は、本実施形態の場合である。条件３の場合、トレイ１はニッケル処理され、特に中央部５が高い導電性を有し、中央部５がＥＳＣ２２に静電吸着され易い。そのため、トレイ１の中央部５は、ＥＳＣ２２に対して熱伝導により放熱でき、トレイ１の中央部５の温度上昇が抑制される。トレイ１の中央部５が外周部６よりも冷却される結果、中央部５と外周部６の温度差が減少する。具体的には、トレイ１内の温度が中央部５で約１５０℃、外周部６で約１３５℃になり、トレイ１の中央部５と外周部６の温度差が約１５℃になっている。また、条件３の場合、トレイ１の外周部６は、ニッケル処理されていないため、ＥＳＣ２２に静電吸着されにくい。そのため、トレイ１の外周部６はＥＳＣ２２に対して熱伝導による放熱がなされにくく、外周部６が過度に冷却されることがない。従って、トレイ１の反りが抑制されるので、トレイ１の中央部５の静電吸着が維持され、中央部５の温度を１５０℃に抑制するとともに、トレイ１内の温度差を約１５℃に抑えることができている。結果として、条件３では、トレイ１に割れが発生せず、また、トレイ１の過熱が抑制されているため、基板７の温度の面内分布が均一化し、エッチング形状の均一性が向上する。

以上より、トレイ１の構造を変えて比較検討した結果、割れ防止及び形状精度改善の観点から、条件３（本実施形態）のトレイ１が最も良好な結果であることが確認できる。トレイ１の構造は条件１〜３の構造に限られないが、種々の変形においても、割れを防止できる程度にトレイ１内の温度差を解消し、かつ、過熱したトレイ１の熱輻射による基板７の温度分布の悪化を防止できる程度にトレイ１を冷却できることが必要である。

また、本実施形態では、金属層４は、トレイ１の下面２Ｂの中央部５の全面に被覆されているが、被覆方法は全面被覆に限定されない。中央部５が外周部６に比べて、金属層４により被覆されている割合が大きければよく、例えばドット状の被覆領域を外周部６よりも中央部５に対して多く形成するなどしてもよい。

（第２実施形態）
図７〜１０に示す本実施形態のドライエッチング装置１０は、第１実施形態と異なり、トレイ１の基板収容部が有底穴８である。これに関する構成以外は、図３〜６の第１実施形態のドライエッチング装置１０の構成と同様である。従って、第１実施形態の構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図７，８に示すように、本実施形態のトレイ１の基板収容部は、７個の有底穴８で構成されている。７個の有底穴８の配置は、第１実施形態の７個の基板収容孔３と同じである。トレイ１の下面には、７個の有底穴８に対応する位置に、例えばニッケルを主成分とする金属層４が設けられている。金属層４の面積は第１実施形態と概ね同様であるが、本実施形態では７個の有底穴８の下面２Ｂも金属層４で被覆されているため、第１実施形態と比べて金属層４の面積は大きい。

図９，１０に示すように、本実施形態のＥＳＣ２２の上面は、平坦面である。ＥＳＣ２２の上面に、直接的に又は間接的に、基板７及びトレイ１を載置するため、本実施形態のＥＳＣ２２の上部は、基板載置部２２Ｃ及びトレイ載置部２２Ａの両方を構成している。

このように、トレイ１の構造は、第１実施形態のように貫通孔を有する構造に限らず、本実施形態のように有底穴８を有する構造であってもよい

（第３実施形態）
図１１〜１４に示す本実施形態のドライエッチング装置１０は、第１実施形態と異なり、トレイ１の下面２Ｂが金属層４で被覆されておらず、トレイ１の下面２Ｂに部分的に凹凸形状が設けられている。これに関する構成以外は、図３〜６の第１実施形態のドライエッチング装置１０の構成と同様である。従って、第１実施形態の構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のトレイ１の下面２Ｂは、相対的に、中央部５に凸形状を有し、外周部６に凹形状を有する。平面視における中央部５と外周部６の面積範囲は、第１実施形態と同様である。この凹凸形状の高さ（深さ）は、数十μｍから数百μｍ程度であり、トレイ１の材質や静電吸着用電極２２Ｄに印加する電圧等によって異なる。

本実施形態のトレイ１は、炭化シリコンを主成分とするセラミクスからなる。トレイ１に凹凸形状を設ける場合、加工のしやすさ等の観点から上記材質を使用することが好ましいが、例えば第１実施形態と同様にアルミナを主成分とするセラミクスからなってもよい。

本実施形態の構成のように、トレイ１の下面２Ｂの外周部６は、中央部５に比べて凹形状を有することで、トレイ載置部２２Ａにトレイ１の外周部６を接触し難くし、即ち冷却し難くしている。従って、第１，２実施形態と同様に、トレイ１の中央部５と外周部６の温度差が減少し、トレイ１の膨出（反り）が緩和され、割れ等の損傷を防止できる。

また、トレイ１の外周端に凹形状が設けられていることで、外周部６の温度を相対的に上昇させ、中央部５と外周部６の温度差を一層減少させている。

また、基板収容孔３の周囲以外が相対的に凹形状を有することで、トレイ載置部２２Ａにトレイ１の基板収容孔３の周囲近傍を接触し易くし、即ち冷却し易くし、トレイ１の輻射熱による基板７の外周部６の温度上昇を抑制することができる。

以上より、本発明の具体的な実施形態やその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

１ トレイ
２ トレイ本体
２Ａ 上面
２Ｂ 下面
３ 基板収容孔
３Ａ 孔壁
３Ｂ 基板支持部
３Ｃ 基板支持面
４ 金属層
５ 中央部
６ 外周部
７ 基板
８ 有底穴
１０ ドライエッチング装置
１１ チャンバ
１２ ゲート
１３ エッチングガス供給源
１４ エッチングガス供給口
１５ 真空排気装置
１６ 排気口
１８ 基板サセプタ
１９ 天板
２０ ＩＣＰコイル
２１ 高周波電源
２２ ＥＳＣ（誘電体部材）
２２Ａ トレイ載置部
２２Ｂ トレイ載置面
２２Ｃ 基板載置部
２２Ｄ 静電吸着用電極
２４ 金属板
２４Ａ 冷媒流路
２５ スペーサ板
２６ 昇降ピン
２７ 直流電源（直流電圧印加機構）
２８ 高周波電源
２９ 冷媒循環装置

Claims (10)

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、
   基板を収容する基板収容部を有し、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トレイの下面が載置されるトレイ載置部と、前記基板が載置される基板載置部とを備える誘電体部材と、
   前記誘電体部材に内蔵され、前記基板を前記基板載置部に静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ載置部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、
   前記トレイ載置部及び前記基板載置部を含む前記誘電体部材を冷却する冷却機構と
   を備え、
   前記トレイの下面は、前記トレイを構成する材料より高い導電性を有する金属層により部分的に被覆されている、プラズマ処理装置。
2. 前記トレイの下面の中央部は、外周部に比べて、金属層により被覆されている割合が大きい、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記トレイの下面の外周部は、外周端の全周にわたって、金属層により被覆されておらず前記トレイの下面が露出している、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記金属層は、前記基板収容部の周囲を囲んでいる、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. 前記基板収容部は、
   厚み方向に貫通する基板収容孔と、
   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側縁部分を支持する基板支持部と
   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. 前記トレイは、アルミナを主成分とするセラミクスからなる、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. 前記金属層は、ニッケルを主成分とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
8. 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、
   基板を収容する基板収容部を有し、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トレイの下面が載置されるトレイ載置部と、前記基板が載置される基板載置部とを備える誘電体部材と、
   前記誘電体部材に内蔵され、前記基板を前記基板載置部に静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ載置部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、
   前記トレイ載置部及び前記基板載置部を含む前記誘電体部材を冷却する冷却機構と
   を備え、
   前記トレイの下面の外周部は、中央部に対して凹形状を有する、プラズマ処理装置。
9. トレイの基板収容部に基板を収容し、前記トレイの下面は前記トレイを構成する材料より高い導電性を有する金属層により部分的に被覆されており、
   前記基板を収容した前記トレイをチャンバ内に配置された誘電体部材へ搬送し、
   前記トレイを前記誘電体部材が備えるトレイ載置部に載置すると共に、前記基板を前記誘電体部材が備える基板載置部に載置し、
   前記誘電体部材に内蔵された静電吸着用電極に直流電圧を印加することで、前記基板を前記基板載置部に静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ載置部に静電吸着し、
   前記誘電体部材の前記トレイ載置部及び前記基板載置部を冷却すると共に、前記チャンバ内にプラズマを発生させて前記基板にプラズマ処理を施す
   ことを含む、プラズマ処理方法。
10. 基板を収容する基板収容部を有し、片面の中央部が外周部に比べて金属層により被覆されている割合が大きい、プラズマ処理装置用トレイ。

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