JP5291644B2 - プラズマ処理装置用のトレイ - Google Patents

Description

本発明は、ドライエッチング装置、ＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置において基板の搬送に用いられるトレイに関する。

プラズマ処理装置においてチャンバへの基板の搬入出に使用されるトレイの一例が、特許文献１に開示されている。図１２Ａを参照すると、特許文献１に開示されたトレイ１には厚み方向に関する基板収容孔１ａが形成され、この基板収容孔１ａの孔壁１ｂから基板支持部１ｃが突出している。基板２はトレイ１の上面１ｄ側から基板収容孔１ａに収容され、下面２ａの周縁付近が基板支持部１ｃの上面１ｅによって支持される。

基板収容孔１ａに基板２を収容したトレイ１は、チャンバに搬入され、下部電極として機能する基板サセプタ上に配置される。基板２だけでなくトレイ１も基板サセプタ上に配置された状態で、プラズマ処理が実行される。プラズマ処理後、チャンバから搬出されたトレイ１の基板収容孔１ａからプラズマ処理済みの基板２が取り出され、新たな未処理の基板２が基板収容孔１ａに収容される。以上の手順で、トレイ１は繰り返し使用される。

プラズマ処理がドライエッチングである場合、基板２だけでなくトレイ１の上面１ｄもエッチングされる。そのため、トレイ１をドライエッチングに繰り返し使用すると、繰り返し回数の増加に伴ってトレイ１の厚みＴＨtryが減少する。この厚みＴＨtryの減少に伴い、トレイ１の上面１ｄから基板支持部１ｃの上面１ｅまでの距離（基板収容孔１ａの深さＤＥＰ）が減少する。基板２は孔壁１ｂによって規正されることで基板収容孔１ａ内に収容された状態で維持され、深さＤＥＰが減少すると基板２を規正する孔壁１ｂの高さが減少する。そのため、基板収容孔１ａの深さＤＥＰの基板２の厚みＴＨsubに対する割合がある値を下回ると、図１２Ｂで模式的に示すように基板収容孔１ａに対する基板２の位置ずれが生じるおそれがある。この基板２の位置ずれは、主として基板２を収容済みのトレイ１を複数枚収容しているカセットをプラズマ処理装置にセットする作業（通常は作業者が手作業で行う）の際の振動により生じるが、搬送ロボットよるカセットとチャンバ間でのトレイ１の搬入出の際の振動によって生じる場合もある。特に、チャンバへ搬入する際に基板２の位置がずれていると、基板２の基板サセプタに対する位置ずれを招き、ドライエッチング処理の品質低下の原因となる。また、基板２の基板サセプタに対する位置ずれが大きくなると、基板２を基板サセプタに保持するための静電チャック（ＥＳＣ）の頂端面が露出して直接プラズマに曝されて破損する可能性もある。

以上のように、使用回数の増加に伴ってトレイ１の削れが進行すると、基板収容孔に収容された基板の位置ずれが生じる。そして、トレイ１は基板２の位置ずれが生じる程度まで削れが進行するまでには新品に交換する必要があり、使用寿命が短い。トレイ１の使用寿命が短いことで、プラズマ処理装置の運用コストが増大する。

プラズマ処理装置において基板の搬送に使用されるトレイとして、有底の基板収容孔を備えるものも知られている（例えば特許文献２参照）。この種の有底の基板収容孔を有するトレイも、使用回数の増加に伴うトレイの削れの進行が基板収容孔に収容された基板の位置ずれの原因となり、トレイの使用寿命の短縮化によるプラズマ処理装置の運用コストの増大につながる点は、厚み方向に貫通する基板収容孔を有するトレイと同様である。

特許第４３６１０４５号公報 特開２０００−５８５１４号公報

本発明は、プラズマ処理の繰り返しに伴うトレイの削れに起因する基板の位置ずれを防止することでトレイの長寿命化を図り、それによってプラズマ処理装置の運用コストを低減することを課題とする。

本発明は、基板が収容される基板収容孔が設けられたトレイ本体と、前記基板収容孔の孔壁の周囲で前記トレイ本体の上面から突出し、前記基板収容孔に臨む側面が前記基板収容孔の前記孔壁と連続する、前記トレイ本体と一体の突起とを備えるプラズマ処理装置用のトレイを提供する。前記突起の前記基板収容孔に臨む側面は孔壁と同一の傾斜をなして連続していてもよい。

前記突起は平面視で前記基板収容孔の周方向に間隔をあけて複数個設けられる。あるいは、前記突起は平面視で前記基板収容孔の全周を取り囲む環状である。

プラズマ処理に繰り返し使用されることでトレイ本体の上面の削れが進行する。トレイ本体の削れが進行すると、基板収容孔の孔壁で基板の位置ずれを規正できない程度まで基板収容孔の深さが減少する。基板収容孔の深さがこの程度まで減少しても、トレイ本体の上面から突出している突起で規正されることで、基板は位置ずれを生じることなく基板収容孔内に保持される。つまり、突起を設けることで、プラズマ処理の繰り返しに伴ってトレイ本体の削れが進行しても、基板収容孔に収容された基板の位置ずれを防止できる。その結果、トレイの使用寿命が延び、プラズマ処理装置の運用コストを低減できる。

前記突起を構成する材料の前記基板の材料に対するエッチング選択比は、前記トレイ本体を構成する材料の前記基板の材料に対するエッチング選択比よりも大きいことが好ましい。

この構成によれば、トレイをプラズマ処理に繰り返し使用した場合、突起の削れの進行がトレイ本体の削れの進行よりも遅くなる。そのため、突起の高さを比較的低く設定しても、プラズマ処理の繰り返しによりトレイ本体の削れが進行した際に基板収容孔に収容された基板を位置ずれが生じない程度に規正できる程度の突起の高さが確保できる。つまり、この構成により、トレイ本体の削れが進行した際に位置ずれが生じないように基板を規正する機能を維持しつつ、突起の初期高さを比較的低くできる。その結果、突起が存在することの基板の周縁のプラズマ処理に対する影響を緩和でき、プラズマ処理の処理品質を向上できる。

前記基板収容孔は前記トレイ本体を厚み方向に貫通し、前記基板収容孔の前記孔壁から突出し、前記トレイ本体の下面側から見ると前記基板収容孔により下面が露出するように、前記基板収容孔に収容された前記基板の周縁部分を支持する基板支持部を備えてもよい。あるいは、基板収容孔がトレイ本体の厚み方向に貫通しない有底の孔であってもよい。

本発明のプラズマ処理装置用のトレイは、基板収容孔の孔壁の周囲でトレイ本体の上面から突出する突起を備えるので、プラズマ処理の繰り返しに伴うトレイの削れに起因する基板の位置ずれを防止できる。その結果、トレイが長寿命化するので、プラズマ処理装置の運用コストを低減できる。

また、突起を構成する材料の基板の材料に対するエッチング選択比が、トレイ本体を構成する材料の基板の材料に対するエッチング選択比よりも大きい場合、突起の高さを比較的小さくできるため、突起が存在することの基板の周縁のプラズマ処理に対する影響を緩和でき、プラズマ処理の処理品質を向上できる。

本発明の実施形態に係るトレイを備えるプラズマ処理装置の模式的な断面。 本発明の実施形態に係るトレイを基板及び基板サセプタと共に示す斜視図。 本発明の実施形態に係るトレイを示す平面図。 本発明の実施形態に係るトレイの突起を含む部分の部分斜視図。 代案の突起を備えるトレイの部分斜視図。 本発明の実施形態に係るトレイを基板及び基板サセプタと共に示す模式的な部分断面図。 本発明の実施形態に係るトレイを基板と共に示す模式的な断面図（基板収容孔の深さは初期深さＤＥＰｉ）。 本発明の実施形態に係るトレイを基板と共に示す模式的な断面図（基板収容孔の深さは最小深さＤＥＰmin）。 比較例のトレイを基板と共に示す模式的な断面図（基板収容孔の深さは初期深さＤＥＰｉ）。 比較例のトレイを基板と共に示す模式的な断面図（基板収容孔の深さは最小深さＤＥＰmin）。 本発明の参考例に係るトレイを示す平面図。 本発明の参考例に係るトレイの部分斜視図。 本発明の参考例に係るトレイを基板と共に示す模式的な断面図（基板収容孔の深さは初期深さＤＥＰｉ）。 本発明の参考例に係るトレイを基板と共に示す模式的な断面図（トレイと別体の突起の削れが進行中）。 本発明の参考例に係るトレイを基板と共に示す模式的な断面図（トレイと別体の突起が消失）。 本発明の参考例に係るトレイを基板と共に示す模式的な断面図（トレイと一体の突起の削れの限界）。 参考例に係るトレイの第１の代案を示す部分平面図。 参考例に係るトレイの第２の代案を示す部分平面図。 従来のトレイとそれに収容された基板（位置ずれなし）を示す模式的な部分断面図。 従来のトレイとそれに収容された基板（位置ずれあり）を示す模式的な部分断面図。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（実施形態）
図１及び図２は本発明の実施形態に係る基板１２を搬送するためのトレイ１１が使用されるＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置１３を示す。

まず、ドライエッチング装置１３の概要を説明する。ドライエッチング装置１３の減圧可能なチャンバ（真空容器）１５には、基板１２を保持したトレイ１１を搬入出するための開閉可能なゲート１５ａが設けられている。本実施形態におけるトレイ１１は４インチ（直径約１００mm）の基板１２を６枚保持できる。チャンバ１５には、エッチングガス供給源１６に接続されたエッチングガス供給口１５ｂと、真空排気装置１７に接続された排気口１５ｃとが設けられている。さらに、チャンバ１５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１２及びトレイ１１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）１８が配設されている。この基板サセプタ１８と対向するチャンバ１５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の上方に配設されたＩＣＰコイル２０には、高周波電源２１Ａが電気的に接続されている。

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（ＥＳＣ）２２、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２３、及びセラミクス等の誘電体からなるスペーサ板２４を備える。

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の上端面であるトレイ支持面２２ａから、トレイ１１が保持する基板１２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２２ａ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に配置されている。個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｂは、伝熱ガス源２８に接続された供給孔２７ａを備えると共に、直流電源２９に接続され静電吸着用電極３０が内蔵されている。金属板２３には、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２１Ｂが電気的に接続されている。また、金属板２３には冷媒循環装置３１に接続された冷媒流路２３ａが設けられている。

次に、図２から図４Ａ及び図５を参照して、本実施形態のトレイ１１について説明する。トレイ１１は均一な厚みＴＨtryを有する薄板円板状のトレイ本体４１を備える。トレイ本体４１の上面４１ａと下面４１ｂはいずれも平坦面である。トレイ本体４１には、上面４１ａから下面４１ｂまで厚み方向に貫通する円形孔である６個の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆが設けられている。個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに基板１２が収容される。トレイ本体４１の中心に１個の基板収容孔４２Ａが配置され、この基板収容孔４２の周囲に残り５個の基板収容孔４２Ｂ〜４２Ｆが平面視で等角度間隔に配置されている。本実施形態における基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａは、トレイ本体４１の上面４１ａから下面４１ｂに向かうほど基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの中心に近付くように傾斜している。

個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａのトレイ本体４１の下面４１ｂ側には、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの中心に向けて突出する基板支持部４４が設けられている。本実施形態では、基板支持部４４は基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａ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。ただし、基板支持部４４は円環状ではなく基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａの周方向に間隔をあけて複数個設けられたものでもよい。基板支持部４４の上面である基板支持面４４ａは、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに収容された基板１２の下面１２ｂの周縁付近を支持する。本実施形態における基板支持面４４ａは、孔壁４２ａと接続する基端側から基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに向けて下向きに傾斜している。前述のように基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆはトレイ本体４１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４１の下面４１ｂ側から見ると、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ（基板支持部４４の先端で囲まれた円形の領域）により基板１２の下面１２ｂが露出している。

トレイ本体４１の上面４１ａには、個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ毎に複数個（本実施形態では３個）の突起４５が設けられている。具体的には、上面４１ａのうち基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａの周囲に、平面視で基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの中心に対して等角度間隔（１２０度間隔）をあけて３個の突起が設けられている。ただし、個々の基板収容孔毎に２個又は４個以上の突起を設けてもよいし、後述する参考例のように突起を平面視で円環状としてもよい。また、本実施形態では、突起４５はトレイ本体４１と一体であるが、別部品の突起４５をトレイ本体４１に取り付けてもよい。

図４Ａを参照すると、本実施形態における突起４５は全体として概ね直方体状であり、トレイ本体４１の上面４１ａからの高さ（突起高さＨpro）が一定の平坦面である頂端面４５ａを備える。また、突起４５の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに臨む側面（基板規正面４５ｂ）は、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａと同一の傾斜をなして連続している。ただし、突起４５の具体的な形状は図４Ａのものに限定されず、例えば図４Ｂに示すように扁平な円柱状であってもよい。

トレイ１１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を使用できる。

次に、トレイ１１を使用したドライエッチング装置１３によるドライエッチング処理の概要を説明する。

図５の矢印Ａ１で示すように、トレイ１１の個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆには、トレイ本体４１の上面４１ａ側から基板１２が予め収容される。このトレイ１１への基板１２の収容は作業者の手作業で実行しても、自動移載機により実行してもよい。基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに収容された基板１２は下面１２ｂの周縁付近が基板支持部４４の基板支持面４４ａによって支持される。

基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆにそれぞれ基板１２が収容された複数のトレイ４が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１３にセットされる。カセットをドライエッチング装置１３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４はドライエッチング装置１３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１５ａを経てチャンバ１５内に搬入され、上昇位置にある昇降ピン３２の先端に移載される（このとき昇降ピン３２の先端は基板サセプタ１８よりも上方に位置する。）。次に、昇降ピン３２が降下することで、図５において矢印Ａ２で示すように、基板１２とトレイ１１が基板サセプタ１８のＥＳＣ２２に向けて降下する。トレイ１１の個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆにおける基板支持部４４の先端で囲まれた領域の直径ＤＩ１は、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの直径ＤＩ２よりも大きく設定されている。そのため、トレイ１１がトレイ支持面２２ａに向けて降下すると、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆが基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ内へトレイ本体４１の下面４１ｂ側から進入する。基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの基板支持部４４厚みＴＨｓｓは、トレイ支持面２２ａから基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端までの距離（基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの高さＨsp）よりも短い。そのため、図６Ａに示すように、トレイ１１がトレイ支持面２２ａに載置されると、個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ内の基板１２は基板支持面４４ａから持ち上げられて基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端に配置される。

次に、チャンバ１５内は、真空排気装置１７により真空排気された後、エッチングガス供給源１６により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３０に対して直流電源２９から直流電圧が印加され、個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端に基板１２が静電吸着される。また、高周波電源２１Ａ，２１Ｂ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を印加される。続いて、個々の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端と基板１２の下面１２ｂとの間の空間に、伝熱ガス源２８から供給孔２７ａを通って供給される伝熱ガスが充填される。ＩＣＰコイル２０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せる。このプラズマにより基板１２の上面１２ａがエッチングされる。エッチング中は、冷媒循環装置３１により金属板２３の冷媒流路２３ａ中で冷媒を循環させることでＥＳＣ２２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１２を冷却する。

エッチング終了後は、昇降ピン３２が上昇することで、基板１２を基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに収容したトレイ１１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１２を保持したトレイ１１がゲート１５ａを通ってチャンバ１５からカセットへ搬出される。トレイ１１からドライエッチング処理済みの基板１２が取り出され、新たな未処理の基板１２が基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに収容される。以上の手順で、トレイ１１はドライエッチング処理に繰り返し使用される。

ドライエッチング処理により基板１２の上面１２ａがエッチングされるだけでなく、トレイ１１（トレイ本体４１の上面４１ａ）もエッチングされる。ドライエッチング処理に繰り返し使用されることで、トレイ本体４１の上面４１ａのエッチングによる削れが進行し、トレイ本体４１の厚みＴＨtryが減少していく。このトレイ本体４１の厚みＴＨtryの減少に伴い、基板支持部４４の基板支持面４４ａからトレイ本体４１の上面４１ａまでの距離（基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの深さ）は、使用開始当初の初期深さＤＥＰiから徐々に減少していく。

図７Ａ及び図７Ｂに示す比較例のように突起４５が設けられていない場合、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの深さが初期深さＤＥＰiから最小深さＤＥＰmin（基板１２の厚みＴＨsubに対する割合がある値を下回る）まで減少すると、孔壁４２ａの高さが不足して基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに収容された状態で維持されるように基板１２を規正できなくなる。具体的には、トレイ１１を収容しているカセットをドライエッチング装置１３にセットする際の作業にトレイ１１に加わる振動や、トレイ１１のチャンバ１５への搬入出時にトレイ１１に加わる振動に対して、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに収容された状態で維持されるように基板１２を規正することができず、基板１２の位置ずれが生じる。この場合、ドライエッチング処理の繰り返しによるトレイ１１の削れの許容量（許容削れ量ＥＴＡtol）は初期深さＤＥＰiから最小深さＤＥＰminを引いた差となる。

しかし、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施形態では、ドライエッチング処理に繰り返し使用されることで、トレイ本体４１の上面４１ａの削れが進行した結果、基板収容孔４２の深さ（基板支持部４４の基板支持面４４ａからトレイ１１の上面４１ａまでの距離）が最小深さＤＥＰminよりも小さくなった状態（基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａが基板１２の位置ずれを規正できない状態）となっても、突起４５の基板規正面４５ｂが位置ずれを生じることなく基板収容孔４２Ａ〜Ｆ内に保持されるように基板１２を規正する。具体的には、基板収容孔４２の深さが最小深さＤＥＰminよりも小さくなっても、基板支持面４４ａから突起４５の頂端面４５ａまでは十分な高さを有するので、突起４５の基板規正面４５ｂで規正されることで基板１２は基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ内に保持される。従って、本実施形態では、ドライエッチング処理の繰り返しによるトレイ１１の許容削れ量ＥＴＡtolは、前述した突起４５がない場合（図７Ａ及び図７Ｂ）の削れ許容量ＥＴＡtol（初期深さＤＥＰiから最小深さＤＥＰminを引いた差）よりも大きくなる。

このように本実施形態のトレイ１１は突起４５を備えているので、ドライエッチング処理に繰り返し使用されてトレイ本体４１の削れが進行しても、カセットをドライエッチング装置にセットする際にトレイに加わる振動や、搬入出時のトレイ１１の振動による基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに対して基板１２の位置ずれが生じて搬送エラーとなるのを防止できる。特に、チャンバ１５への搬入時における基板１２の位置ずれは、基板１２の基板サセプタ１８に対する位置ずれを招き、エッチング処理品質の低下の原因となる。また、基板１２の基板サセプタ１８に対する位置ずれにより本来は全面が基板１２で覆われているはずのＥＳＣ２２の頂端面の一部が露出していると、プラズマに曝されたＥＳＣ２２が破損するおそれがある。本実施形態では突起４５を設けたことでチャンバ１５への搬入時における基板１２の位置ずれを確実に防止できるので、これら基板１２の位置ずれに起因するエッチング処理品質の低下やＥＳＣ２２の破損を確実に防止できる。このようトレイ本体４１の削れがある程度進行しても基板１２の位置ずれが生じないので、トレイ１１の使用寿命が延び、ドライエッチング装置１３の運用コストを低減できる。

ＥＳＣ２２の基板載置部２７Ａ〜２７Ｆに配置された基板１２（図６Ａ〜図７Ｂ参照）の周縁に対して僅かな隙間δ１を隔ててトレイ１１が存在している。そして、トレイ１１の基板１２に隣接する部分の高さが高いほど、基板１２の周縁における加工された形状の均一性低下等のエッチング品質の低下が生じる傾向がある。本実施形態では、トレイ本体４１の上面４１ａから突出する突起４５は基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの周囲に間隔をあけて３個設けている。従って、トレイ１１と共に基板サセプタ１８に配置された基板１２（図６Ａ参照）を基板１２を平面視で見たとすると、基板１２の周縁のうち突起４５が設けられ３箇所ではトレイ１１の上面４１ａからさらに上方に突起４５の頂端面４５ａが存在するが（いわば高い壁で囲まれた状態にある）、突起４５を設けた以外では基板１２の上面１２ａよりも上にあるのはトレイ１１の上面４１ａのみである（いわば低い壁で囲まれた状態にある）。従って、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの周囲に間隔をあけて設けることで、突起４５が存在することによる基板１２の周縁におけるドライエッチングに対する影響を緩和でき、ドライエッチングの品質向上を図ることができる。

以下、本実施形態によるトレイ１１の長寿命化について具体的な条件を示して説明する。まず、基板１２及びトレイ１１に関する条件は以下の通りである。基板１２のエッチングされる面である上面１２ａは窒化ガリウム（GaN）層である。基板１２のサイズは４インチ（直径約１００mm）で、厚みＴＨsubは０．６５mmである（４インチの基板１２の厚みＴＨsubは通常は０．６５〜０．９０mm程度）。トレイ１１については基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの直径ＤＩ３が１０１mmで、基板支持部４４の先端で囲まれた領域の直径ＤＩ１が９８mmである。トレイ１１の初期の厚みＴＨtryは１．６５mm〜２．５０mmである。基板支持部４４の厚みはＴＨssは０．７mmである。基板収容孔２７Ａ〜２７Ｆの初期深さＤＥＰｉは、０．９５〜１．７mmである。また、トレイ１１の材質はSiCである。以下では、基板１２とトレイ１１の寸法等がこの条件にあるものとする。

図７Ａ及び図７Ｂのように突起４５がない場合に孔壁４２ａで基板１２の位置ずれを防止できる基板収容孔４２の最小深さＤＥＰminは、基板１２の厚みＴＨsubの１．２倍を下回る０．５mmである。また、この場合のトレイ１１の許容削れ量ＥＴＡtolは、初期深さＤＥＰi（０．９５〜１．７mm）から最小深さＤＥＰmin（０．５mm）を引いた差の０．４５〜１．２０mmである。一方、図６Ａ及び図６Ｂのように突起高さＨproが最小深さＤＥＰminと同一０．５mmの突起４５を設けた場合、基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの深さが零、つまり基板支持面４４ａよりも上方の孔壁４２ａが消失しても、基板支持部４４の基板支持面４４ａから突出している突起４５（最小深さＤＥＰminと同一の突起高さＨproを有する）の基板規正面４５ｂによって基板１２が規正される。その結果、基板１２は位置ずれを生じることなく基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ内に収容される。この場合の許容削れ量ＥＴＡtolは初期深さＤＥＰiと等しい０．９５〜１．７mmとなる。

図１のドライエッチング装置１３を使用して基板１２の上面１２ａ（前述のようにGaN層）に高さ１．５μmのメサ構造を形成する。つまり、１回のドライエッチング処理における個々の基板１２のエッチング量ＥＴsubが１．５μmである。エッチング条件は以下の通りである。チャンバ１５内にエッチングガスとしてCl₂ガスを１０〜１００sccmの流量で供給し、チャンバ１５内を１．０Paで維持する。ＩＣＰコイル２０と基板サセプタ１８に供給する高周波電力はそれぞれ１５００Wと１８００Wである。基板サセプタ１８は１５℃維持されるように温調する。このエッチング条件のもとでは、基板１２の上面１２ａであるGaN層のエッチング速度ＥＲsubは５００nm/minで、トレイ１１の上面４１ａ（SiC）がドライエッチングにより削れられる速度ＥＲtryは２００nm/minである。

基板１２の位置ずれを生じることなくトレイ１１をドライエッチングに繰り返し使用可能な回数（処理可能回数Ｎ）は、トレイ１１の削れ許容量ＥＴＡtol、１回のドライエッチング処理での基板１２のエッチング量ＥＴsub、基板１２のエッチング速度ＥＲsub、ドライエッチングによるトレイ１１の削れ速度ＥＲtryにより以下の式（１）で表される。

ここでエッチング量ＥＴsubは１．５μｍ、エッチング速度ＥＲsubは５００nm/min、削れ速度ＥＲtryは２００nm/minであり、突起４５がない場合（図７Ａ及び図７Ｂ）のトレイ１１の許容削れ量ＥＴＡtolは０．４５〜１．２０mmで、突起４５を設けた場合（図６Ａ及び図６Ｂ）のトレイ１１の許容削れ量ＥＴＡtolは０．９５〜１．７０mmである。これらの数値を式（１）に代入して計算すると、突起４５がない場合（図７Ａ及び図７Ｂ）の処理可能回数Ｎが７５０〜２０００回程度であるのに対し、突起４５を設けた場合（図６Ａ及び図６Ｂ）の処理可能回数Ｎは１５８３〜２８３３回程度である。つまり、突起４５を設けたことで処理可能回数Ｎが概ね１．４〜２．１倍程度となり、トレイ１１の使用寿命が大幅に長くなることが確認できる。

なお、図６Ａ及び図７Ｂを参照すると、基板１２とトレイ１１が前述の条件であり、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの直径ＤＩ２が９７mmで高さＨspが１．０mmであれば、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの上端に載置された基板１２の周縁と基板収容孔４２の孔壁４２ａとの隙間δ１が０．５mm、基板１２の下面１２ｂと基板支持部４４の基板支持面４４ａとの隙間δ２が０．３mm、基板載置部２７Ａ〜２７Ｆの側壁と基板支持部４４の先端との隙間δ３が１．５mmである。隙間δ１を０．１〜０．２mm程度、隙間δ２を０．２〜０．３mm程度に設定し、かつ隙間δ３を隙間δ２よりも大きく設定すれば、基板載置部２７に対する基板１２の位置決め精度を確保しつつ、ドライエッチング処理中にプラズマが基板１２の下面１２ｂ側に回り込むのを防止できる。

基板１２のサイズが４インチ（直径約１００mm）の場合を例に、許容削れ量ＥＴＡtol等の具体的な数値を例示したが、基板１２のサイズが２インチ（直径約５０．８mm）、３インチ（直径約７６．２mm）、及び６インチ（直径約１５０mm）の場合にも本実施形態の突起４５を設けることで、許容削れ量ＥＴＡtolを増加させてトレイ１１を長寿命化できる。表１に基板１２のサイズが２，３，４，６インチの場合の厚みＴＨsub、初期深さＤＥＰｉ、最小深さＤＥＰmin、及び許容削れ量ＥＴＡtol（突起を設けない場合と最小深さDEPminと同一の高さＨpro（０．５mm）の突起を設けた場合）を示す。

前述のように基板載置部２７Ａ〜２７Ｆに配置された基板１２（図６Ａ〜図７Ｂ参照）の周縁におけるエッチング品質に対してトレイ１１の存在が影響する。この影響は、GaN層をエッチングする場合（エッチングされる基板１２の上面１２ａがGaN層の場合）よりも、サファイア（SF）をエッチングする場合（基板１２がSF基板の場合）の方が顕著である。そのため、SFのエッチングの場合、トレイ１１の存在がエッチング品質に及ぼす影響を可能な限り低減するために、エッチング時には基板１２の上面１２ａとトレイ本体４１の上面４１ａとを可能な限り同一の高さ位置となるように設定することが要求される。つまり、SF基板のエッチングの場合、図７Ａ，７Ｂにおいて符号ε，ε’で示す、エッチング前後の基板１２の上面１２ａとトレイ本体４１の上面４１ａとの高さ位置の差を可能な限り小さくすることが要求される。そのため、SFをエッチングする場合、トレイ１１の初期の厚みＴＨtryはGaN層をエッチングする場合（表１）よりも薄く設定する必要がある。具体的には、SFをエッチングする場合のトレイ１１の厚みＴＨtryは、基板１２が２インチであれば１．５mm、３インチであれば１．６〜１．７mm、４インチであれば１．９〜２．０mm、６インチであれば２．３〜２．４mmに設定される。トレイ１１の厚みＴＨtryが薄くなると、突起４５を設けないときの許容削れ量ETAtol（図７Ａ及び図７Ｂ）もそれに対応して減少するので処理可能回数Ｎが減少する。つまり、トレイ１１の厚みＴＨtryが薄くなると、それに対応してトレイ１１の使用寿命がさらに短くなる。従って、基板１２がSF基板の場合のようにトレイ１１の厚みＴＨtryを薄く設定する必要があるときには、突起４５を設けることによるトレイ１１の長寿命化の効果がより有効である。

（参考例）
図８から図１０Ａに示す本発明の参考例に係るトレイ１１には、個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ毎にトレイ本体４１とは別体の突起５５が設けられている。具体的には、トレイ本体４１を構成する材料とは異なる材料を溶射することでトレイ本体４１の上面４１ａに突起５５を形成している。突起５５を形成する材料は、トレイ本体４１を構成する材料よりも基板１２のドライエッチングにより削れにくいものが選択される。具体的には、突起５５を形成する材料の基板１２の材料に対するエッチング選択比は、トレイ本体４１を形成する材料の基板１２の材料に対するエッチング選択比よりも大きい。例えば、SiCからなるトレイ本体４１の上面４１ａにイットリアを溶射することで突起５５を形成できる。

本参考例では、前述のようにトレイ本体４１と別体の突起５５は、個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆ毎に１個だけ設けられている。具体的には、突起５５は平面視で基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａの周囲の全周を取り囲む環状ないし無端状をなすようにトレイ本体４１の上面４１ａに設けられている。突起５５の頂端面５５ａはトレイ本体４１の上面４１ａからの高さＨproが一定の平坦面である。

トレイ１１がドライエッチング処理に繰り返し使用されることで、トレイ本体４１の上面４１ａのエッチングによる削れが進行し、トレイ本体４１の厚みＴＨtryは図１０Ａに示す初期の厚みから図１０Ｂに示すように減少していく。同様に、ドライエッチング処理に繰り返し使用されることで、突起５５の頂端面５５ａのエッチングによる削れが進行し、突起５５の高さＨproは図１０Ａに示す初期高さから図１０Ｂに示すように減少していく。しかし、前述のように突起５５の方がトレイ本体４１よりも基板１２に対するエッチング選択比が大きいので、削れの進行によるトレイ本体４１の厚みＴＨtryの減少の速度（トレイ本体４１の上面４１ａの降下の速度）は、削れの進行による突起５５の高さＨproの減少の速度（突起５５の頂端面５５ａの降下の速度）よりも速い。そのため、図１０Ｂに示すように、突起５５の下側に第１実施形態における突起４５と同様にトレイ本体４１と一体の突起４５’が形成される。

図１０Ｃに示すように、頂端面５５ａのエッチングによる削れの進行により突起５５が消失しても、トレイ本体４１と一体の突起４５’が残る。前述のように突起５５の下側に形成されるので、突起４５’も平面視で基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａの周囲の全周を取り囲む環状ないし無端状である。トレイ１１がさらにドライエッチング処理に使用されるとトレイ本体４１の上面４１ａのエッチングによる削れがさらに進行し、図１０Ｄに示すように基板収容孔４２の深さ（基板支持部４４の基板支持面４４ａからトレイ１１の上面４１ａまでの距離）が最小深さＤＥＰminよりも小さくなった状態（基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａが基板１２の位置ずれを規正できない状態）となる。しかし、この状態となっても、突起４５’の高さＨpro'（基板支持面４４ａから突起４５’の頂端面４５ａ’までの距離）は十分残っているので、突起４５’の側面である基板規正面４５ｂ’が、位置ずれを生じることなく基板収容孔４２Ａ〜Ｆ内に保持されるように基板１２を規正する。このようにトレイ本体４１の削れが進行しても基板１２の位置ずれが防止されるので、トレイ１１の使用寿命が延び、ドライエッチング装置１３の運用コストを低減できる。

特に、本参考例ではトレイ本体４１を構成する材料よりも高エッチング選択比の材料からなる別体の突起５５を採用しているので、初期の突起５５の高さＨproを低く設定しても、ドライエッチング処理の繰り返しによりトレイ本体４１の削れが進行した際に基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに収容された基板１２を位置ずれが生じない程度に規正できる程度の突起４５の高さが確保できる。つまり、高エッチング選択比の材料で突起４５を形成することで、トレイ本体４１の削れが進行した際に基板１２を規正する機能を維持しつつ、突起高さＨproを低くできる。その結果、突起が存在することの基板の周縁のプラズマ処理に対する影響を緩和でき、プラズマ処理の処理品質を向上できる。例えば、SiCからなるトレイ本体４１の上面４１ａにイットリアを溶射することで突起４５を形成する場合、１００μm〜２００μmの突起高さＨproは、SiCで突起４５を形成する場合の３００μm〜６００μmの突起高さＨproに相当する。

トレイ１１をドライエッチング処理に使用し始めた段階では、トレイ本体４１の上面４１ａのうち個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの周囲には突起５５が存在する（図１０Ａ及び図１０Ｂ参照）。つまり、この段階ではトレイ本体４１の上面４１ａは、トレイ本体４１自体を構成する材料（例えばSiC）からなる領域と、突起５５を構成する材料（例えばイットリア）からなる領域とがある。そして、トレイ１１がドライエッチング処理に繰り返し使用されてエッチングによる削れで突起５５が消失すると、トレイ本体４１の上面４１ａの上面４１ａの全領域がトレイ本体４１自体を構成する材料（例えばSiC）となる。つまり、トレイ１１のドライエッチングへの使用回数の増加によって突起５５が消失すると、トレイ本体４１の上面４１ａのうち突起５５が設けられていた部分には材質（言わばエッチングされる物の材質）に変化が起こる。

しかし、本参考例では、突起５５は個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの周囲にのみ設けられている。つまり、トレイ本体４１自体を構成する材料（例えばSiC）とは異なる材料（例えばイットリア）で構成された突起５５の面積は、トレイ本体４１の上面４１ａの残りの領域の面積と比較して非常に小さい。そのため、エッチングの進行によって突起５５が消滅することによるトレイ本体４１の上面４１ａの材質の変化は、基板１２のエッチング条件に対して殆ど影響を及ぼさない。このように、本参考例では、トレイ本体４１の上面４１ａの全領域ではなく、個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの周囲にのみトレイ本体４１と異なる高エッチング選択比の材料からなる突起５５を設けることで、突起が存在することによる基板の周縁のプラズマ処理に対する影響を緩和と、トレイ本体４１の上面４１ａの材質の変化による影響の防止の両方を実現している。図８及び後述する図１１Ｂに示すように突起５５が平面視で環状又は実質的に環状である場合、突起５５の幅が２mmから５mm程度で、トレイ本体４１の上面４１ａの面積に対する個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに設けられた突起５５の面積の合計の割合が１２％以下であることが好ましい。一方、後述する図１１Ａのように複数の突起５５が点状に配置される場合、突起５５の幅が２mmから５mm程度で、トレイ本体４１の上面４１ａの面積に対する個々の基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆに設けられた突起５５の面積の合計の割合が２％以下であることが好ましい。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、イットリア等の高選択比の材料の溶射により形成したトレイ本体４１とは別体の突起５５を備えるトレイ１１の代案を示す。

図１１Ａの代案では、平面視で基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａの周囲に周方向に一定間隔で３個の点状の突起５５を設けている。この図１１Ａの例では、同一寸法の突起５５を等間隔で３個設けている。しかし、突起５５の寸法は互いに異なっていてもよく、突起５５間の間隔も均一である必要はない。また、突起５５の個数は２個又は４個以上であってもよい。基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの間隔が接近したトレイ１１の場合、突起５５の配置に制約が生じるので、設計自由度が高い図１１Ａのような点状の突起５５を設けることが実用上好ましい。

図１１Ｂの代案では、平面視で基板収容孔４２Ａ〜４２Ｆの孔壁４２ａの周囲を取り囲む環状の単一の突起５５を設けているが、この突起５５には部分的に切除部５６が形成されている。この図１１Ｂの例では、同一寸法の切除部５６を等間隔で３個設けている。しかし、切除部５６の寸法は互いに異なっていてもよく、切除部５６間の間隔も均一である必要はない。また、切除部５６の個数は特に限定されない。

参考例のその他の構成及び作用は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。

本発明は実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、有底の基板収容孔を有するトレイの場合でも、基板収容孔の孔壁の周囲でトレイ本体の上面から突出する突起を設けることで、プラズマ処理の繰り返しに伴うトレイの削れに起因する基板の位置ずれを防止し、トレイの長寿命化によるプラズマ処理装置の運用コスト低減を図ることができる。さらに、本発明に係るトレイはドライエッチング装置に限定されずＣＶＤ装置等の他のプラズマ処理装置における基板の搬送にも適用できる。

１ トレイ
１ａ 基板収容孔
１ｂ 孔壁
１ｃ 基板支持部
１ｄ 上面
１ｅ 上面
２ 基板
２ａ 下面
１１ トレイ
１２ 基板
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１３ ドライエッチング装置
１５ チャンバ
１５ａ ゲート
１５ｂ エッチングガス供給口
１５ｃ 排気口
１６ エッチングガス供給源
１７ 真空排気装置
１８ 基板サセプタ
１９ 天板
２０ ＩＣＰコイル
２１Ａ，２１Ｂ 高周波電源
２２ 静電チャック（ＥＳＣ）
２２ａ トレイ支持面
２３ 金属板
２３ａ 冷媒流路
２４ スペーサ板
２７Ａ〜２７Ｆ 基板載置部
２７ａ 供給孔
２８ 伝熱ガス源
２９ 直流電源
３０ 静電吸着用電極
３１ 冷媒循環装置
３２ 昇降ピン
４１ トレイ本体
４１ａ 上面
４１ｂ 下面
４２Ａ〜４２Ｆ 基板収容孔
４２ａ 孔壁
４４ 基板支持部
４４ａ 基板支持面
４５，４５’，５５ 突起
４５ａ，４５ａ’，５５ａ 頂端面
４５ｂ，４５ｂ’ 基板規正面
５６ 切除部

Claims (5)

1. 基板が収容される基板収容孔が設けられたトレイ本体と、
   前記基板収容孔の孔壁の周囲で前記トレイ本体の上面から突出し、前記基板収容孔に臨む側面が前記基板収容孔の前記孔壁と連続する、前記トレイ本体と一体の突起と
   を備えるプラズマ処理装置用のトレイ。
2. 前記突起の前記基板収容孔に臨む側面は孔壁と同一の傾斜をなして連続している、請求項１に記載のプラズマ処理装置用のトレイ。
3. 前記突起は平面視で前記基板収容孔の周方向に間隔をあけて複数個設けられている、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置用のトレイ。
4. 前記突起は平面視で前記基板収容孔の全周を取り囲む環状である、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置用のトレイ。
5. 前記基板収容孔は前記トレイ本体を厚み方向に貫通し、
   前記基板収容孔の前記孔壁から突出し、前記トレイ本体の下面側から見ると前記基板収容孔により下面が露出するように、前記基板収容孔に収容された前記基板の周縁部分を支持する基板支持部を備える、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用のトレイ。

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