JP5539436B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

特許文献１には、厚み方向に貫通する基板収容孔に基板を収容した搬入出可能なトレイを下部電極として機能する基板サセプタ上に配置し、基板収容孔に進入させた基板サセプタの基板載置部の上端面（基板載置面）に基板を載置する構成のプラズマ処理装置が開示されている。基板は静電吸着により基板載置面に密着する。基板サセプタには冷却機構が設けられており、基板は基板サセプタとの直接的な熱伝導により冷却される。

しかし、特許文献１のプラズマ処理装置は、トレイを直接的に冷却するための機構を備えていない。プラズマ処理中は基板だけでなくトレイも高温となる。基板の外周縁付近の領域は基板収容孔の孔壁に臨んでいるため、この領域は高温となったトレイ（基板収容孔の孔壁及び孔壁から突出する基板支持部）からの輻射熱の影響を大きく受ける。具体的には、輻射熱により高温となった基板の外周縁付近の領域においてレジスト焼け（熱によりレジストマスクに変形等の劣化が生じる現象）が起こり、歩留まり低下の原因となる。

特開２００７−１０９７７０号公報

本発明は、基板収容孔に基板を収容したトレイを基板サセプタ上に配置するプラズマ処理装置において、トレイを高効率で冷却し、それによってレジスト焼けを防止して歩留まり向上を図ることを課題とする。

第１の発明は、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、それぞれ基板を収容する厚み方向に貫通する複数の基板収容孔と、それぞれ前記基板収容孔内に収容された前記基板の下面の外周縁部分を支持する複数の基板支持部とを備える、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複数の前記基板を収容した前記トレイの下面を支持するトレイ支持部と、それぞれ前記基板の下面が前記トレイを介さずに載置される複数の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、複数の前記基板を前記トレイを介さずに前記基板載置部にそれぞれ静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ支持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、前記トレイ支持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機構とを備え、前記静電吸着用電極は、それぞれ前記基板を前記基板載置部に静電吸着するための複数の第１の静電吸着用電極と、前記トレイを前記トレイ支持部に静電吸着するための、互いに隣接する前記第１の静電吸着用電極間に拡がる第２の静電吸着用電極とを備えることを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。

基板を静電吸着用電極で基板載置部に静電吸着するだけでなく、トレイを静電吸着用電極でトレイ支持部に静電吸着するので、誘電体部材との熱伝導によりトレイを直接的に冷却できる。その結果、トレイを高効率で冷却できるので、基板の外周縁付近の領域に対するトレイ（基板収容孔の孔壁及び孔壁から突出する基板支持部）からの輻射熱を大幅に低減でき、この領域におけるレジスト焼けを防止して歩留まりを向上できる。

前記トレイは誘電体からなり、かつ下面に導電層を備えることが好ましい。

導電層を設けることにより、静電吸着用電極によってトレイ支持部にトレイを吸着する静電吸着力が強くなるので、誘電体部材との熱伝導によるトレイの冷却効果を高めることができる。また、導電層を設けることにより、直流電圧印加機構から静電吸着用電極への直流電圧の印加を停止して静電吸着を解除するとトレイの下面が速やかに除電されるので、静電吸着用電極による静電吸着解除後も残留する分極した電荷の吸着力に起因してトレイがトレイ支持部から剥がれなくなるのを防止し、それに起因するトレイの搬送トラブル発生を回避できる。つまり、導電層を設けることにより、静電吸着時の吸着力を強めつつ、残留吸着は防止できる。

また、前記トレイの下面を研磨処理していることが好ましい。

トレイの下面を研磨処理して表面粗度を低下させれば（滑らかにすれば）、トレイの下面とトレイ支持部との密着度がより向上し、誘電体部材との熱伝導によるトレイの冷却効率をさらに向上できる。

第２の発明は、トレイの複数の基板収容孔に複数の基板を収容し、複数の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支持部に載置すると共に、複数の前記基板を前記トレイを介さずに前記誘電体部材が備える複数の基板載置部にそれぞれ載置し、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、複数の前記基板を前記トレイを介さずに前記基板載置部にそれぞれ静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ支持部に静電吸着し、前記静電吸着用電極は、それぞれ前記基板を前記基板載置部に静電吸着するための複数の第１の静電吸着用電極と、前記トレイを前記トレイ支持部に静電吸着するための、互いに隣接する前記第1の静電吸着用電極間に拡がる第２の静電吸着用電極とを備え、前記誘電体部材の前記トレイ支持部及び前記基板載置部を冷却しつつ、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した後に、複数の前記基板を収容した前記トレイをチャンバから搬出する、プラズマ処理方法を提供する。

本発明のプラズマ処理装置では、基板を静電吸着用電極で基板載置部に静電吸着するだけでなく、トレイを静電吸着用電極でトレイ支持部に静電吸着するので、トレイを高効率で冷却でき、トレイからの輻射熱に起因する基板の外周縁付近の領域のレジスト焼けを防止して歩留まりを向上できる。

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。 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平面図。 トレイ及び誘電体板を示す斜視図。 トレイの平面図。 図４Ａの断面図。 誘電体板の平面図。 図５Ａの断面図。 基板吸着電極を示す平面図。 トレイ吸着電極を示す平面図。 図１の部分拡大図（トレイは誘電体板の上方に位置している。）。 図１の部分拡大図（トレイは誘電体板に向けて降下している。）。 図１の部分拡大図（トレイは誘電体板のトレイ支持面に載置されている。）。 本発明の第２実施形態に係るドライエッチング装置を示す模式的な断面図。 図９の部分拡大図。 本発明の第３実施形態に係るドライエッチング装置を示す模式的な断面図。 図１１の部分拡大図。 図１１の部分拡大図。 第３実施形態におけるトレイの斜視図。 第３実施形態に関する実験を説明するための模式的な部分断面図。 第３実施形態に関する実験を説明するための模式的な部分断面図。 第３実施形態に関する実験を説明するための模式的な部分断面図。 誘電体板の代案を示す平面図。 図１１Ａの断面図。 トレイの第１の代案を示す平面図。 トレイの第２の代案を示す平面図。 導電層２０１を設けた場合の電荷を示す概念図。 導電層２０１を設けない場合の電荷を示す概念図。

（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。

ドライエッチング装置１は、その内部が基板２にプラズマ処理を行う処理室を構成する減圧可能なチャンバ（真空容器）３を備える。チャンバ３の上端開口は石英等の誘電体からなる天板４により密閉状態で閉鎖されている。天板４上にはＩＣＰコイル５が配設されている。ＩＣＰコイル５にはマッチング回路６を介して、高周波電源７が電気的に接続されている。天板４と対向するチャンバ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及び基板２の保持台としての機能を有する基板サセプタ９が配設されている。

チャンバ３には、隣接するロードドック室１０（図２参照）と連通する開閉可能な搬入出用のゲート３ａが設けられている。また、チャンバ３に設けられたエッチングガス供給口３ｂには、エッチングガス供給源１２が接続されている。エッチングガス供給源１２はＭＦＣ（マスフローコントローラ）等を備え、エッチングガス供給口３ｂから所望の流量でエッチングガスを供給できる。さらに、チャンバ３に設けられた排気口３ｃには、真空ポンプ等を備える真空排気装置１３が接続されている。

本実施形態では、図３から図４Ｂに示す１個のトレイ１５に４枚の基板２が収容され、トレイ１５はゲート３ａを通ってロードドック室１０からチャンバ３内（処理室）に搬入される。図２を参照すると、水平方向の直進移動（矢印Ａ参照）と水平面内での回転（矢印Ｂ参照）が可能な搬送アーム１６が設けられている。また、チャンバ３内には、基板サセプタ９を貫通し、かつ駆動装置１７で駆動されて昇降する昇降ピン１８が設けられている。トレイ１５の搬入時には、トレイ１５を支持した搬送アーム１６がゲート３ａを通ってロードドック室１０からチャンバ３内に進入する。この際、図１において二点鎖線で示すように昇降ピン１８は上昇位置にあり、チャンバ３内に進入した搬送アーム１６から昇降ピン１８の上端にトレイ１５が移載される。この状態では、トレイ１５は基板サセプタ９の上方に間隔をあけて位置している。続いて、昇降ピン１８が図１において実線で示す降下位置に降下し、それによってトレイ１５と基板２が基板サセプタ９上に載置される。一方、プラズマ処理終了後のトレイ１５の搬出時には、昇降ピン１８が上昇位置まで上昇し、続いてロードドック室１０からチャンバ３内に進入した搬送アーム１６にトレイ１５が移載される。

次に、図３から図４Ｂ及び図６Ａから図６Ｄを参照して、トレイ１５について説明する。トレイ１５は薄板円板状のトレイ本体１５ａを備える。本実施形態におけるトレイ本体１５ａの材料としては、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）等のセラミクス材を含む誘電体材料を使用できる。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であってもよい。Ｃｌ系プロセスの場合にはアルミナ、イットリア、炭化シリコン、窒化アルミニウム等、Ｆ系プロセスの場合には石英、水晶、イットリア、炭化シリコン、アルマイトを溶射したアルミニウム等を採用することが考えられる。

トレイ本体１５ａの下面１５ｃには、導電層２０１が形成されている。本実施形態では、トレイ本体１５ａの下面１５ｃにトレイ本体１５ａを構成する材料とは異なる導電体材料で層を形成することで、導電層２０１を形成している。本実施形態における導電層２０１の材料としては、アルミニウム、アルミニウム以外の金属、ポリシリコン、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の少なくともトレイ本体１５よりも高い導電性を有する材料を使用できる。

導電層２０１は、トレイ本体１５ａ自体を構成する誘電体材料に不純物を添加し、トレイ本体１５ａの下面１５ｃ側の抵抗値を他の部分よりも低くすることでも形成できる。

トレイ本体１５ａの下面１５ｃに形成された導電層２０１の表面には、研磨処理を施しており表面粗度を低下してさせている。

トレイ本体１５ａには、上面１５ｂから下面１５ｃまで厚み方向に貫通する４個の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄが設けられている。基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄは、上面１５ｂ及び下面１５ｃから見てトレイ本体１５ａの中心に対して等角度間隔で配置されている。図８Ａから図８Ｃに最も明瞭に示すように、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄの下面１５ｃ側には、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの中心に向けて突出する基板支持部２１が設けられている。本実施形態では、基板支持部２１は孔壁１５ｄの全周に設けられており、平面視で円環状である。個々の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに周方向に互いに間隔をあけて配置した複数の基板支持部２１を設けてもよい。

個々の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｂにはそれぞれ１枚の基板２が収容される。図８Ａに示すように、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｂに収容された基板２は、その下面２ａの外周縁部分が基板支持部２１の上面２１ａに支持される。また、前述のように基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄはトレイ本体１５ａ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１５ａの下面１５ｃ側から見ると、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにより基板２の下面２ａが露出している。

トレイ本体１５ａには、外周縁を部分的に切り欠いた位置決め切欠１５ｅが設けられている。図２に示すように、前述の搬入出用の搬送アーム１６にトレイを載置する際に、位置決め切欠１５ｅに搬送アーム１６の位置決め突起１６ａが嵌め込まれる。位置決め切欠１５ｅ及び位置決め突起１６ａをロードドック室１０内に設けられたセンサ２２Ａ，２２Ｂで検出することにより、トレイ１５の回転角度位置を検出できる。

次に、図１、図３、及び図５Ａから図８Ｃを参照して、基板サセプタ９について説明する。まず、図１を参照すると、基板サセプタ９は、セラミクス等からなる誘電体板（誘電体部材）２３、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（支持部材）２４、セラミクス等からなるスペーサ板２５、セラミクス等からなるガイド筒体２６、及び金属製のアースシールド２７を備える。基板サセプタ９の最上部を構成する誘電体板２３は、金属板２４の上面に固定されている。また、金属板２４はスペーサ板２５上に固定されている。さらに、誘電体板２３と金属板２４の外周をガイド筒２６が覆い、その外側とスペーサ板２５の外周をアースシールド２７が覆っている。

図３及び図５Ａから図８Ｃを参照すると、誘電体板２３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。誘電体板２３の上端面は、トレイ１５の下面１５ｃを支持するトレイ支持面（トレイ支持部）２８を構成する。また、それぞれトレイ１５の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄと対応する短円柱状の４個の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄがトレイ支持面２８から上向きに突出している。

基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの上端面は、基板２の下面２ａが載置される基板載置面３１を構成する。また、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄには、基板載置面３１の外周縁から上向きに突出し、その上端面が基板２の下面２ａを支持する円環状突出部３２が設けられている。また、基板載置面３１の円環状突出部３２で囲まれた部分には、基板載置面３１よりも十分径が小さい円柱状突起３３が、均一に分布するように複数個設けられている。円環状突出部３２のみでなく円柱状突起３３の上端面も基板２の下面２ａを支持する。

図８Ａから図８Ｃを参照すると、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの外径Ｒ１は、基板支持部２１の先端面２１ｂで囲まれた円形開口３６の径Ｒ２よりも小さく設定されている。従って、前述の搬入時にトレイ１５が誘電体板２３に向けて降下すると、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄは対応する基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにトレイ本体１５ａの下面１５ｃ側から進入し、トレイ１５の下面１５ｃは誘電体板２３のトレイ支持面２８上に載置される。また、トレイ本体１５ａの下面１５ｃからの基板支持部２１の上面２１ａの高さＨ１は、トレイ支持面２８からの基板載置面３１の高さＨ２さよりも低く設定している。従って、トレイ１５の下面１５ｃがトレイ支持面２８上に載置された状態では、基板２は基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの上端の基板載置面３１で押し上げられ、トレイ１５の基板支持部２１から浮き上がっている。換言すれば、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに基板２を収容しているトレイ１５を誘電体板２３のトレイ支持面２８上に載置すると、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに収容された基板２の下面２ａは、基板支持部２１の上面２１ａから浮き上がって所定量だけ上方に離間し（基板支持部２１に対して非接触）、基板載置面３１によって支持される。基板載置面３１によって支持された基板２の外周縁部は、トレイ１５、具体的には基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄ及び基板載置部２１の先端に対して間隔をあけて臨んでいる。

図１、図６、及び図８Ａから図８Ｃを参照すると、誘電体板２３の個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１付近には単極型の静電吸着用電極である基板吸着電極（第１の静電吸着用電極）４０が内蔵されている。図６に最も明瞭に示すように、本実施形態の基板吸着電極４０は円形平板状である。基板吸着電極４０は電気的に互いに絶縁されており、直流電源４１と調整用の抵抗４２等を備える共通の直流電圧印加機構４３から静電吸着用の直流電圧が印加される。基板吸着電極は双極型の静電吸着電極でもよい。また、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄに共通して１個の静電吸着用電極を設けてもよい。

図１、図７、及び図８Ａから図８Ｃを参照すると、誘電体板２３のトレイ支持面２８付近には単極型の静電吸着用電極であるトレイ吸着電極（第２の静電吸着用電極）２０２が内蔵されている。トレイ吸着用電極２０２はトレイ支持面２８までの距離が、基板吸着用電極４０から基板載置面３１までの距離と実質的に同じになるように、誘電体板２３内に配置されている。また、図７に最も明瞭に示すように、本実施形態のトレイ吸着電極２０２は基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの部分を円形に打ち抜いた形状の円形平板状である。トレイ吸着用電極２０２は、後述する伝熱ガスの供給孔４４に対応する箇所に小径の孔を形成し円形平板状であってもよい。トレイ吸着電極２０２には直流電圧印加機構２０３から静電吸着用の直流電圧が印加される。この直流電圧印加機構２０３の構成は前述した基板吸着電極４０のための直流電圧印加機構４３と同様の構成である（同一の要素には同一の符号を付している。）。

図３及び図５Ａから図６Ｄを参照すると、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１には、伝熱ガス（本実施形態ではヘリウム）の供給孔４４が設けられている。これらの供給孔４４は共通の伝熱ガス供給機構４５（図１に図示する）に接続されている。伝熱ガス供給機構４５は、伝熱ガス源（本実施形態ではヘリウムガス源）４６、伝熱ガス源４６から供給孔４４に到る供給流路４７、供給流路４７の伝熱ガス源４６側から順に設けられた流量計４８、流量制御バルブ４９、及び圧力計５０を備える。また、伝熱ガス供給機構４５は、供給流路４７から分岐する排出流路５１と、この排出流路５１に設けられたカットオフバルブ５２を備える。さらに、伝熱ガス供給機構４５は、供給流路４７の圧力計５０よりも供給孔４４側と排出流路５１を接続するバイパス流路５３を備える。個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１とその上に載置された基板２の下面２ａとの間、詳細には基板２の下面２ａと円環状突出部３２で囲まれた閉鎖された空間に、伝熱ガス供給機構４５によって伝熱ガスが供給される。伝熱ガスの供給時にはカットオフバルブ５２は閉弁され、伝熱ガス供給源４６から供給路４７を経て供給孔４４へ伝熱ガスが送られる。流量計４８と圧力計５０で検出される供給流路４７の流量及び圧力に基づき、後述するコントローラ６３が流量制御バルブ４９を制御する。一方、伝熱ガスの排出時にはカットオフバルブ５２が開弁され、基板２の下面２ａと基板載置面３１の間の伝熱ガスは、供給孔４４、供給流路４７、及び排出流路５１を経て排気口５４から排気される。

金属板２４には、プラズマ発生用の高周波電圧であるバイアス電圧を印加する高周波印加機構５６が電気的に接続されている。高周波印加機構５６は、高周波電源５７とマッチング用の可変容量コンデンサ５８とを備える。

また、金属板２４を冷却する冷却機構５９が設けられている。冷却機構５９は金属板２４内に形成された冷媒流路６０と、温調された冷媒を冷媒流路６０中で循環させる冷媒循環装置６１とを備える。

図１にのみ模式的に示すコントローラ６３は、流量計４８及び圧力計５０を含む種々のセンサや操作入力に基づいて、高周波電源７、エッチングガス供給源１２、搬送アーム１６、真空排気装置１３、駆動装置１７、直流電圧印加機構４３，２０３、伝熱ガス供給機構４５、高周波電圧印加機構５６、及び冷却機構５９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１を使用したドライエッチング方法を説明する。

まず、トレイ１の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにそれぞれ基板２が収容される。トレイ１の基板支持部２１ａで支持された基板２は、トレイ本体１５ａの下面側から見ると基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄによりトレイ本体１５ａの下面１５ｃから露出している。

次に、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄにそれぞれ基板２が収容されたトレイ１５が搬送アーム１６で支持され、ロードドック室１０からゲート３ａを通ってチャンバ３内に搬入される。図１の二点鎖線で示すように、トレイ１は基板サセプタ９の上方に間隔をあけて配置される。

図８Ａに示すように駆動装置１７によって駆動された昇降ピン１８が上昇し、搬送アーム１６から昇降ピン１８の上端にトレイ１５が移載される。トレイ１５の移載後、搬送アーム１６はロードロック室１０に待避し、ゲート３ａが閉鎖される。

上端にトレイ１５を支持した昇降ピン１８は、図１において二点鎖線で示す上昇位置から基板サセプタ９に向けて降下する。図８Ｂ及び図８Ｃを参照すると、トレイ１５は下面１５ｃが基板サセプタ９の誘電体板２３のトレイ支持面２８まで降下し、トレイ１５は誘電体板２３のトレイ支持面２８によって支持される。トレイ１５がトレイ支持面２８に向けて降下する際に、誘電体板２３の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄがトレイ１５の対応する基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内にトレイ１５の下面１５ｃ側から進入する。トレイ１５の下面１５ｃがトレイ支持面２８に近付くのに伴い、基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの先端の基板載置面３１は基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内をトレイ１５の上面１５ｂに向かって進む。図８Ｃに示すように、トレイ１５の下面１５ｃが誘電体板２３のトレイ支持面２８に載置されると、個々の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内の基板２は基板載置部２９Ａ〜２９Ｄによって基板支持部２１の上面２１ａから持ち上げられる。詳細には、基板２はその下面２ａが基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に載置され、トレイ１５の基板支持部２１の上面２１ａに対して間隔をあけて上方に配置される。

このようにトレイ１５の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄ内に基板載置部２９Ａ〜２９Ｄが進入することにより、基板２は基板載置面３１に載置される。従って、トレイ１５に収容された４枚の基板２は、いずれも高い位置決め精度で基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に載置される。

次に、誘電体板２３に内蔵された基板吸着電極４０に対して直流電圧印加機構４３から直流電圧が印加され、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に基板２が静電吸着される。基板２の下面２ａはトレイ１５を介することなく基板載置面３１上に直接載置されている。従って、基板２は基板載置面３１に対して高い密着度で保持される。また、誘電体板２３に内蔵されたトレイ吸着電極２０２に対して直流電圧印加機構２０３から直流電圧が印加され、トレイ支持面２８にトレイ１５が静電吸着される。

その後、エッチングガス供給源１２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１３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７からＩＣＰコイル５に高周波電圧を印加すると共に、高周波印加機構５６により基板サセプタ９の金属板２４にバイアス電圧を印加し、チャンバ３内にプラズマを発生させる。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１５で４枚の基板２を基板サセプタ９上に載置できるので、バッチ処理が可能である。

エッチング中は、冷媒循環装置６１によって冷媒流路６０中で冷媒を循環させて金属板２４を冷却し、それによって誘電体板２３及び誘電体板２３の基板載置面３１に保持された基板２を冷却する。前述のように、基板２はその下面２ａがトレイ１５を介することなく基板載置面３１に直接載置され、高い密着度で保持されている。従って、円環状突出部３２と基板２の下面２ａで囲まれた伝熱ガスが充填されている空間の密閉度が高く、伝熱ガスを介した基板２と基板載置面３１との間の熱伝導性が良好である。その結果、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に保持された基板２を高い冷却効率で冷却できるので、高い高周波パワーを供給してドライエッチングの効率を向上できる。また、基板２の温度を高精度で制御できる。また、個々の基板２毎に基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの円環状突出部３２と下面２ａで囲まれた空間に伝熱ガスが充填される。換言すれば、伝熱ガスが充填される空間は個々の基板２毎に異なる。この点でも個々の基板２と誘電体板２３の基板載置面３１との熱伝導性が良好であり、高い冷却効率と高精度の温度制御を実現できる。

前述のように、基板２は個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１に直接載置され、かつ静電吸着されるので、基板載置面３１に対する密着度が高い。従って、基板２の上面の外周縁部分を誘電体板２３に対して機械的に加圧するためのクランプリング等の部材は不要である。換言すれば、基板２の上面には、その中央部分だけでなく外周縁付近にもプラズマの状態が不安定化する原因となる部材が存在しない。従って、外周縁付近を含む基板２の表面の全領域で均一なドライエッチング処理を実現できる。

また、前述のように基板２を基板吸着電極４０で基板載置面３１に静電吸着するだけでなく、トレイ１５をトレイ吸着電極２０２でトレイ支持面２８に静電吸着している。また、トレイ１５の下面１５ｃに導電層２０１を設けることで、トレイ吸着用電極２０２によってトレイ支持面２８にトレイ１５を吸着する静電吸着力を強めている。このように、トレイ１５の下面１５ｃをトレイ支持面２８に強い静電吸着力で吸着することにより、トレイ１５とトレイ支持面２８（誘電体板２３）との間には良好な熱伝導性が確保されている。そして、前述のように誘電体板２３は冷媒循環装置６１によって冷却される金属板２４によって冷却される。このようにトレイ１５を直接的に冷却することで、トレイ１５の温度上昇を防止している。特にトレイ１５の下面の導電層２０１を研磨処理して表面粗度を低下させているので、トレイ１５の下面とトレイ支持面２８の密着度がより向上し、誘電体板２３との熱伝導によってトレイ１５はより高効率で冷却される。前述のように基板載置面３１によって支持された基板２の外周縁部は、トレイ１５、具体的には基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄ及び基板載置部２１の先端に対して間隔をあけて臨んでいる。しかし、トレイ１５を直接的に冷却しているので、基板２の外周縁付近の領域に対するトレイ１５（基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄ及び孔壁１５ｄから突出する基板支持部２１）からの輻射熱を大幅に低減でき、この領域におけるレジスト焼けを防止して歩留まりを向上できる。

エッチング終了後、高周波電源７からＩＣＰコイル５への高周波電圧の印加と、高周波印加機構５６から金属板２４へのバイアス電圧の印加を停止する。続いて、真空排気装置１３によりエッチングガスをチャンバ３内から排気する。また、直流電圧印加機構４３から基板吸着電極４０への直流電圧の印加を停止して基板２の静電吸着を解除する。さらに、直流電圧印加機構２０３からトレイ吸着電極２０２への直流電圧の印加を停止してトレイ１５の静電吸着を解除する。

次に、駆動装置１７により昇降ピン１８を上昇させる。昇降ピン１８が上昇すると、その上端でトレイ１５の下面１５ｃが押し上げられ誘電体板２３のトレイ支持面２８から浮き上がる。昇降ピン１８と共にトイレ１５がさらに上昇すると、図５Ａに示すように、トレイ１５の基板支持部２１により基板２の下面２ｃが押し上げられ、基板２は基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの基板載置面３１から浮き上がる。昇降ピン１８は図１において二点鎖線で示す上昇位置に上昇する。トレイ１５の下面には導電層２０１を形成しているので、直流電圧印加機構２０３からトレイ吸着電極２０２への直流電圧の印加を停止して静電吸着を解除するとトレイ１５の下面が速やかに除電される。そのため、トレイ吸着電極２０２による静電吸着解除後も残留する分極した電荷の吸着力に起因してトレイ１５がトレイ支持面２８から剥がれなくなり、トレイ１５の搬送トラブルが発生するのを防止できる。つまり、導電層２０１を設けることにより、残留吸着を防止している。このように残留吸着を防止しているので、昇降ピン１８が上昇すると、確実にトレイ１５がトレイ支持面２８から離れて上昇する。

トレイ支持面２８からトレイ１５を上昇させることにより基板載置面３１から基板２を持上げて搬出する際に、基板２の下面２ａの外周縁部分がトレイ１５の基板支持部２１の上面２１ａに支持されて接触する。プラズマ処理中にトレイ１５が冷却されていない場合、プラズマ処理によってトレイ１５が加熱される為、搬出の際に、プラズマ処理時に加熱されたトレイ１５とプラズマ処理時に冷却されている基板２との接触により、トレイ１５からの熱伝導により基板２の温度（特に基板２の外周縁部分）が上昇する。この温度上昇は基板２の反り等の基板２の品質低下の原因となる。しかし、本実施形態では、トレイ吸着用電極２０２でトレイ支持面２８に支持されたトレイ１５は効果的に冷却されているため、トレイ１５の温度上昇が効果的に抑制されている。そのため、搬出の際のトレイ１５から熱伝導に起因する基板２の温度上昇が抑制され、反り等の問題が生じない。

その後、ゲート３ａを通ってロードドック室１０からチャンバ３内に進入した搬送アーム１６に、トレイ１５が移載される。トレイ１５は搬送アーム１６によってロードドック室１０へ搬出される。

本実施形態では、前述のようにトレイ１５の下面１５ｃに導電層２０１を設けることで、トレイ吸着用電極２０２によってトレイ支持面２８にトレイ１５を吸着する静電吸着力を強め、誘電体板２３との熱伝導によってトレイ１５を効果的に冷却している。また、導電層２０１を設けることで、トレイ吸着電極２０２への直流電圧印加停止後の残留吸着とそれに起因する搬送トラブルを防止している。つまり、導電層２０１を設けることにより、静電吸着時の吸着力を強めつつ、残留吸着を防止している。仮に導電層２０１を設けない場合、トレイ１５を静電吸着保持するトレイ支持面２８（トレイ吸着用電極２０２の上面）の吸着力が弱くなるので、誘電体板２３との熱伝導によるトレイ１５の冷却効果が弱くなる。また、導電層２０１を設けずに誘電体板２３との熱伝導によるトレイ１５の冷却能力を高めるためには、トレイ吸着用電極２０２に対する非常に高い電圧の印加が必要である。その場合、図１８Ｂに概念的に示すように、誘電体であるトレイ１５が静電分極して、トレイ吸着用電極２０２への電圧の印加を停止した後にも、トレイ支持面２８と接触するトレイ１５の下面に静電分極が残り、強い残留電荷によるトレイ１５の下面とトレイ支持面２８との間に強い残留吸着が生じる。この強い残留吸着によりトレイ１５がトレイ支持面２８から剥がれ難くいあるいは剥がれない等の搬送のトラブルが起こる恐れがある。これに対して、図１８Ａに概念的に示すように、導電体層２０１を設けた場合には、直流電圧印加機構２０３からの直流電圧の印加を停止すれば、導電体層２０１内での電荷の移動によりトレイ支持面２８（トレイ吸着用電極２０２の上面）の吸着力は速やかに消滅する。

（第２実施形態）
図９及び図１０に示す本発明の第２実施形態では、単一の静電吸着用電極２０４と単一の直流電圧印加機構２０５を備える。この静電吸着用電極２０４は、第１実施形態における基板吸着電極４０とトレイ吸着電極２０２を一体化して単一の電極としたものである。図１０に最も明瞭に示すように、静電吸着用電極２０４は基板載置面３１及びトレイ支持面２８の付近に配置されるように凹凸を持たせ、静電吸着用電極２０４から基板載置面３１までの距離と、静電吸着用電極２０４からトレイ支持面２８までの距離が実質的に等しくなるように（例えば０．４ｍｍ）、基板載置面３１とトレイ支持面２８の近傍に静電吸着用電極２０４を配置している。直流電圧印加機構２０５から静電吸着電極２０４に直流電圧が印加されると、基板２とトレイ１５が基板載置面３１とトレイ支持面２８にそれぞれ静電吸着される。直流電圧印加機構２０５から静電吸着用電極２０４への直流電圧の印加を停止すると、基板２とトレイ１５の静電吸着が共に解除される。前述のように、静電吸着用電極２０４から基板載置面３１及びトレイ支持面２８までの距離を実質的に等しく設定したことにより、より安定してトレイ１５をトレイ支持面２８に静電吸着保持できる。

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。

前述の第１実施形態（特に図８Ａ〜図８Ｃ参照）では、基板吸着電極４０の下側にトレイ吸着電極２０２を配置した２段構造としてそれぞれに直流電圧印加機構４３，２０３を設けている。この２段構造で配置した基板吸着用電極４０とトレイ吸着電極２０２を電気的に接続して一体化し、本実施形態のような基板２とトレイ１５と両方を吸着するための静電吸着用電極２０４とし、単一の直流電圧印加機構２０５から直流電圧を印加する簡素化された構成としてもよい。

本実施形態のように基板２とトレイ１５の静電吸着するための電極を一体構造とした場合、構造がシンプルになり、直流電圧印加機構が一つになるので低コスト化が可能である。しかし、基板２の静電吸着に必要な直流電圧（第１の直流電圧機構４２の電圧）よりも、トレイ１５の直流電圧に必要な直流電圧（第２の直流電圧印加機構２０３の電圧）が相対的に低い場合がある。例えば、ＬＥＤデバイスの製造におけるGaN層が形成されたサファイア基板や、サファイア単体の基板のドライエッチングの場合、第１の直流電圧印加機構４２の電圧が１５００〜２５００Ｖ程度であるのに対して、第２の直流電圧印加機構２０３の電圧は６００〜１２００Ｖ程度でよい。このような場合、残留静電吸着力の発生をより効果的に抑制するために、電気的に互いに絶縁された別体とした基板吸着電極４２とトレイ吸着電極２０２に対して、電圧をそれぞれ印加し、静電吸着力を相対的に異ならせるのが好ましい。基板吸着電極４２とトレイ吸着電極２０２に異なる電圧が印加するためには、第１実施形態のように２つの直流電圧印加機構４３，２０３を設けて別電源としてもよいが、共通の電源からスプリッタ等を用いて基板吸着電極４２とトレイ吸着電極２０２異なる電圧を印加してもよい。

（第３実施形態）
図１１から図１２Ｂに示す本発明の第３実施形態では、誘電体板２３に高周波印加用電極２０６を内蔵し、この高周波印加用電極２０６に高周波印加機構５６からバイアス電圧を印加している。

図１３を併せて参照すると、本実施形態におけるトレイ１５は、トレイ本体１５ａに対して着脱可能な４個の円環状の着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄを備える。着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄには、それぞれ基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄが形成されており、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄから突出する基板支持部２１も着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄに含まれている。トレイ１５のうち基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄと基板支持部２１を含む部分がプラズマの影響による消耗が著しい。本実施形態では、この部分を着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄとしているので交換が可能であり、必要に応じて着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄを交換することでトレイ本体１５ａは使用を継続できるので、トレイ１５の使用寿命が延ばしコスト低減を図ることができる。着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄを構成する材料としては、例えばトレイ本体１５ａと同一の材料を使用できる。

特に、ＬＥＤデバイスの製造におけるドライエッチングの場合、より生産性を向上するために、大面積のトレイ１５を用いたバッチ処理が必要である。具体的には外径３４０ｍｍサイズのトレイを用いて、直径４インチの基板２を６枚、直径６インチの基板２を３枚等のバッチ処理を行う。トレイ１５のサイズを直径２００ｍｍから直径３４０ｍｍとすることでトレイ１５単体のコストがサイズ比率以上に高くなる。従って、バイアス電圧を必要な面積のみに印加して、トレイ１５の消耗の箇所を着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄの範囲に留め、トレイ本体１５ａの寿命を延ばすことで大きなコスト低減が可能となる。

本実施形態では、高周波印加電極２０６は個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄ（基板２）毎に設けられており、高周波印加電極２０６の面積は、バイアス電圧の印加面積が基板２とその周囲を含む必要領域のみとなるように設定する。また、着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄの外径は、高周波印加電極２０６にバイアス電圧を印加した時に、基板２及びその外周を覆うシース電圧が発生する領域であるシース径よりも大きくなるように設定する。具体的には、図１２Ｂを参照すると、基板吸着電極４０の外径をＤｅ、高周波印加電極の外径をＤｒｆ、シース径をＤｓ、着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄの外径をＤｍとすると、以下の不等式の関係が成立するように設定する。

特に、着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｂの外周縁は高周波印加用電極２０６の外周縁よりも外側に位置する。そのためトレイ１５に印加されるバイアス電圧を、必要な領域、すなわち基板２を収容し基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄを含む領域に制限できる。言い換えれば、トレイ１５のうちバイアス電圧を印加する必要ない外周縁を含む領域では、バイアス電圧を低減できる。その結果、プラズマの影響による消耗を抑制してトレイ１５の使用寿命を延ばすことができる。

第３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。

実際にドライエッチングを実行して第３実施形態の着脱部材２１１Ａ〜２１１Ｄ（以下２１１と表記する。）について検討した。具体的には、基板２としてサファイア基板にＧａＮ層を形成した基板を使用した。また、実験に使用したドライエッチング装置では、トレイ吸着用電極２０２を設けず（トレイ１５の静電吸着は行わない。）、金属板２４に対して高周波印加機構５６に対してバイアス電圧を印加した。実験に使用したドライエッチング装置のその他の点は、第１実施形態のものと同一である。以下の表１に示す条件１，２について、６種類のトレイ１５の材質についてドライエッチングを実行した。条件１はバイアス電力が大きくエッチング速度が速い場合、条件２はバイアス電力が小さい場合である。結果を表２に示す。表２において選択比は基板２（ＧａＮ基板）のエッチングレートに対するトレイ１５の消耗レートの比率を示す（ＧａＮエッチングレート／トレイ消耗レート）。

図１４Ａから図１４Ｃを参照すると、基板２の外形とトレイ１５の基板収容孔の隙間を小さく設定すると、シース電位がトレイ１５の底面に形成され、トレイ底面に直接にイオンが入射しないので、局所的に削れは生じないこの場合には、トレイ１５の上面の削れ量がトレイ１５の寿命を決定する。トレイ１５が薄くなると、基板２の周辺部の均一性が悪化し、トレイ１５の強度も低下するので。基板２の上端面の高さよりトレイ１５の上面が０．４〜０．６ｍｍ程度削れた時点がトレイ１５の寿命である。従って、着脱部材２１１の形状としては、図１４Ａのように、基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄ付近のトレイ１５の上面と基板支持部２１の上面の両方を含んでいてもよいが、図１４Ｂの示すように基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄの孔壁１５ｄ付近のトレイ１５の上面のみを含むか、図１４Ｃに示すようにトレイ１５の上面全体を含むものでもよい。

N-Contact用のＧａＮエッチングの場合、ＧａＮを1.0〜2.0um程度エッチングする。例えば、前述の条件１にて基板２（ＧａＮ）を１．０μmエッチングし、トレイ１５の厚みの消耗限界を０．４mm、トレイ材質をＳｉＣとした場合、実験結果より選択比３．９であるからトレイ１５のバッチ処理回数寿命は、約１５６０回程度（４００÷（１／３．９）である。また、基板２（ＧａＮ）を２．０μmエッチングする場合は同様の条件でトレイ１５のバッチ処理回数寿命は780回程度となる。トレイ材質をトレイ消耗度合いが低いアルミナ、イットリアにすることで、更にトレイ寿命を延ばすことができ、着脱部材２１１としてアルミナやイットリアよりも消耗度が高いが比較的安価な石英等を使用することで、低コスト化を図ることができる。

本発明は、以上の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。

図１５Ａ及び図１５Ｂは、誘電体板２３の代案を示す。この代案では、基板載置面３１に、供給孔４４から放射状に延びる４つの直線状溝３４と、円環状突出部３２の内側に配置された円環状溝３５を設けている。直線状溝３４と円環状溝３５は互いに連通している。これら直線状溝３４と円環状溝３５を設けることにより、供給孔４４から噴出される伝熱ガスが基板２の下面２ａと基板載置面３１の間の空間内により均等に拡散する。その結果、基板２の冷却効率と温度制御の精度をさらに高めることができる。

図１６及び図１７は、トレイ１５に関する種々の代案を示す。図１６の例では、トレイ本体１５ａに、７個の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｇが形成されている。図１７の例では、トレイ本体１５ａに矩形状の基板を収容するための９個の基板収容孔１９Ａ〜１９Ｉが形成されている。これら図１６及び図１７に限定されず、トレイ１５の基板収容孔の形状及び個数は、収容する基板の形状や個数に応じて種々設定することが可能である。例えば、トレイ本体１５ａに単一の基板収容孔を設け、１枚の基板をトレイ１５に収容してもよい。また、基板サセプタ９の誘電体板２３に設ける基板載置部の形状や個数も、基板収容孔の形状及び個数に応じて種々設定できる。

ＩＣＰ型のドライエッチング処理装置を例に本発明を説明したが、平行平板型のＲＩＥ（リアクティブイオン）型のドライエッチング、プラズマＣＶＤ用プラズマ処理装置等の他のプラズマ処理装置にも本発明を適用できる。

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 エッチングガス供給口
３ｃ 排気口
４ 天板
５ ＩＣＰコイル
６ マッチング回路
７ 高周波電源
９ 基板サセプタ
１０ ロードドック室
１２ エッチングガス供給源
１３ 真空排気装置
１５ トレイ
１５ａ トレイ本体
１５ｂ 上面
１５ｃ 下面
１５ｄ 孔壁
１５ｅ 位置決め切欠
１６ 搬送アーム
１６ａ 位置決め突起
１７ 駆動装置
１８ 昇降ピン
１９Ａ〜１９Ｄ 基板収容孔
２１ 基板支持部
２１ａ 上面
２１ｂ 先端面
２２Ａ，２２Ｂ センサ
２３ 誘電体板
２４ 金属板
２５ スペーサ板
２６ ガイド筒体
２７ アースシールド
２８ トレイ支持面
２９Ａ〜２９Ｄ 基板載置部
３１ 基板載置面
３２ 円環状突出部
３３ 円柱状突起
３４ 直線状溝
３５ 円環状溝
３６ 円形開口
４０ 基板吸着電極
４１ 直流電源
４２ 抵抗
４３ 直流電圧印加機構
４４ 供給孔
４５ 伝熱ガス供給機構
４６ 伝熱ガス源
４７ 供給流路
４８ 流量計
４９ 流量制御バルブ
５０ 圧力計
５１ 排出流路
５２ カットオフバルブ
５３ バイパス流路
５４ 排気口
５６ 高周波印加機構
５７ 高周波電源
５８ 可変容量コンデンサ
５９ 冷却機構
６０ 冷媒流路
６１ 冷媒循環装置
６３ コントローラ
２０１ 導電層
２０２ トレイ吸着電極
２０３ 直流電圧印加機構
２０４ 静電吸着用電極
２０５ 直流電圧印加機構
２０６ 高周波印加用電極
２１１Ａ〜２１１Ｄ 着脱部材

Claims (5)

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、
   それぞれ基板を収容する厚み方向に貫通する複数の基板収容孔と、それぞれ前記基板収容孔内に収容された前記基板の下面の外周縁部分を支持する複数の基板支持部とを備える、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複数の前記基板を収容した前記トレイの下面を支持するトレイ支持部と、それぞれ前記基板の下面が前記トレイを介さずに載置される複数の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、複数の前記基板を前記トレイを介さずに前記基板載置部にそれぞれ静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ支持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、
   前記トレイ支持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機構と
   を備え、
   前記静電吸着用電極は、
   それぞれ前記基板を前記基板載置部に静電吸着するための複数の第１の静電吸着用電極と、
   前記トレイを前記トレイ支持部に静電吸着するための、互いに隣接する前記第１の静電吸着用電極間に拡がる第２の静電吸着用電極と
   を備えることを特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 前記基板と前記基板載置部との間の空間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記トレイは誘電体からなり、かつ下面に導電層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記トレイの下面を研磨処理していることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
5. トレイの複数の基板収容孔に複数の基板を収容し、
   複数の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支持部に載置すると共に、複数の前記基板を前記トレイを介さずに前記誘電体部材が備える複数の基板載置部にそれぞれ載置し、
   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、複数の前記基板を前記トレイを介さずに前記基板載置部にそれぞれ静電吸着すると共に、前記トレイを前記トレイ支持部に静電吸着し、前記静電吸着用電極は、それぞれ前記基板を前記基板載置部に静電吸着するための複数の第１の静電吸着用電極と、前記トレイを前記トレイ支持部に静電吸着するための、互いに隣接する前記第1の静電吸着用電極間に拡がる第２の静電吸着用電極とを備え、
   前記誘電体部材の前記トレイ支持部及び前記基板載置部を冷却しつつ、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した後に、複数の前記基板を収容した前記トレイを前記チャンバから搬出する、プラズマ処理方法。

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