(57)【要約】      （修正有）【課題】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する装置の提供。【解決手段】トレイ１５の厚み方向に貫通する基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに基板２が収容される。チャンバ３内の誘電体板２３は、トレイ１５の下面１５ｃを支持するトレイ支持面と上向きに突出する基板載置部２９Ａ〜２９Ｄを備え、静電吸着用電極４０を内蔵している。基板載置部２９Ａ〜２９Ｄはトレイ１５の下面側から基板収容孔１９Ａ〜１９Ｄに挿入され、その上端面である基板載置面に基板２が載置される。トレイ１５とトレイ支持面との間の空間をＯリングでシールし、この空間に伝熱ガス供給機構１０９から伝熱ガスを供給する。【選択図】図１
2010225775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
厚み方向に貫通する基板収容孔が設けられ、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周縁部分を支持する基板支持部を備える、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面と、このトレイ支持面から上向きに突出し、前記トレイの下面側から前記基板収容孔に挿入され、かつその上端面である基板載置面に前記基板の下面が載置される基板載置部とを備える、誘電体部材と、
前記基板載置部に少なくとも一部が内蔵された、前記基板を前記基板載置面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、
前記トレイを前記トレイ支持面に押し付けるクランプ部材と、
前記基板と前記基板載置面との間の第１の空間に第１の伝熱ガスを供給する第１の伝熱ガス供給機構と
前記トレイと前記トレイ支持面との間の第２の空間に第２の伝熱ガスを供給する第２の伝熱ガス供給機構と、
前記トレイ支持面に配置されて前記第２の空間をシールするシール部材と
を備えることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板載置面に載置された前記基板の下面が前記トレイの前記基板支持部から所定量離間するように、前記トレイの下面から前記基板支持部の上面までの距離が、前記トレイ支持部から前記基板載置面までの距離よりも短く設定されてい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。
【請求項３】
前記トレイに前記基板収容孔が複数個設けられ、
前記誘電体部材は前記基板載置部を複数個備え、個々の前記基板載置部がそれぞれ個々の基板収容孔に挿入されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０９７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、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、厚み方向に貫通する基板収容孔が設けられ、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周縁部分を支持する基板支持部を備える、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面と、このトレイ支持面から上向きに突出し、前記トレイの下面側から前記基板収容孔に挿入され、かつその上端面である基板載置面に前記基板の下面が載置される基板載置部とを備える、誘電体部材と、前記基板載置部に少なくとも一部が内蔵された、前記基板を前記基板載置面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、前記トレイを前記トレイ支持面に押し付けるクランプ部材と、前記基板と前記基板載置面との間の第１の空間に第１の伝熱ガスを供給する第１の伝熱ガス供給機構と、前記トレイと前記トレイ支持面との間の第２の空間に第２の伝熱ガスを供給する第２の伝熱ガス供給機構と、前記トレイ支持面に配置されて前記第２の空間をシールするシール部材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。
【０００７】
第１の伝熱ガス供給機構から基板と基板載置面と間の空間に第１の伝熱ガスを供給するだけでなく、クランプ部材で押し付けられるトレイとトレイ支持面との間の第２の空間に第２の伝熱ガス供給機構から第２の伝熱ガスを供給しているので、第２の伝熱ガスを介した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。
【０００８】
前記基板載置面に載置された前記基板の下面が前記トレイの前記基板支持部から所定量離間するように、前記トレイの下面から前記基板支持部の上面までの距離が、前記トレイ支持部から前記基板載置面までの距離よりも短く設定されている。
【０００９】
この構成により、トレイの下面がトレイ支持部に載置された状態では、基板載置面で押し上げられた基板は基板支持部から浮き上がった状態となる。
【００１０】
好ましくは、前記トレイに前記基板収容孔が複数個設けられ、前記誘電体部材は前記基板載置部を複数個備え、個々の前記基板載置部がそれぞれ個々の基板収容孔に挿入される。
【００１１】
この構成により、バッチ処理を実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置では、基板と基板載置面と間の空間だけでなく、クランプ部材で押し付けられるトレイとトレイ支持面との間の空間にも伝熱ガスを供給しているので、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る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。
【００１４】
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。また、チャンバ内には昇降可能なクランプリング（クランプ）１００が配置されている。クランプリング１００は鉛直方向に延びる昇降ロッド１０１の上端に固定されている。昇降ロッド１０１の下端はベローズ１０２を介してチャンバ３の外部に突出している。昇降ロッド１０１には駆動装置１０３が機械的に連結されている。この駆動装置１０３が昇降ロッド１０１を昇降させることにより、チャンバ３内でクランプリング１００が昇降する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。このトレイ１５の搬入時にはクランプリング１００は搬送アーム１６と干渉しないように上方の退避位置にある。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。その後、クランプリング１００が降下してトレイ１５を基板サセプタ９に押し付ける。一方、プラズマ処理終了後のトレイ１５の搬出時には、クランプリング１００が退避位置まで上昇してトレイ１５の基板サセプタ９への押し付けが解除された後、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。
【００１７】
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。トレイ１５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がある。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、アルマイトを容射したアルミニウム等を採用することが考えられる。
【００１８】
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６Ａから図６Ｄ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。
【００１９】
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６Ａ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。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、図１、図３、及び図５Ａから図６Ｄ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。
【００２２】
図３及び図５Ａから図６Ｄ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。
【００２３】
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。
【００２４】
図６Ａ及び図６Ｄ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。
【００２５】
図１及び図６Ａから図６Ｄ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４０が内蔵されている。本実施形態では、これらの静電吸着用電極４０は平板状である。静電吸着用電極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。静電吸着用電極は双極型でもよい。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。
【００２６】
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（第１の伝熱ガス供給機構）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（第１の空間）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。
【００２７】
図５Ａ及び図５Ｂに最も明瞭に示すように、誘電体板２３のトレイ支持面２８には収容溝１０４，１０５Ａ〜１０５Ｄが設けられている。これらの収容溝１０４，１０５Ａ〜１０５ＤにはそれぞれＯリング（シール部材）１０６，１０７Ａ〜１０７Ｄが収容されている。収容溝１０４はトレイ支持面２８の外周縁に沿って形成された大径の円環状の溝である。収容溝１０７Ａ〜１０７Ｄは、それぞれ対応する基板載置部２９Ａ〜２９Ｄを取り囲むように形成された小径の円環状の溝である。これらのＯリング１０６，１０７Ａ〜１０７Ｄにより、トレイ支持面２８にトレイ１５を載置した際に、トレイ１５の下面１５ｃとトレイ支持面２８との間に形成される空間（第２の空間）がシールされて密閉状態となる。
【００２８】
図１、図３、及び図５Ａを参照すると、トレイ支持面２８の中央には、トレイ１５の下面１５ｃとトレイ支持面２８との間の空間に連通する供給孔１０８Ａが設けられている。また、昇降ピン１８を収容した孔（より具体的には昇降ピン１８と孔との間の隙間）も供給孔１０８Ｂとして機能する。これらの供給孔１０８Ａ，Ｂは伝熱ガス供給機構（第２の伝熱ガス供給機構）１０９に接続されている。この伝熱ガス供給機構１０９は、前述した基板２の下面２ａと基板載置面３１の間の空間に伝熱ガスを供給するための伝熱ガス供給機構４５と機能及び構成が同様である（同一の要素には同一の符号を付している）。この伝熱ガス供給機構１０９により、トレイ支持面２８にはトレイ１５の下面１５ｃとトレイ支持面２８との間の空間に対して供給孔１０８から伝熱ガス（本実施形態ではヘリウム）が供給される。単一の伝熱ガス供給機構により、基板２の下面２ａと基板載置面３１の間の空間と、トレイ１５の下面１５ｃとトレイ支持面２８との間の空間の両方に伝熱ガスを供給してもよい。トレイ支持面２８には、供給孔１０８Ａ，Ｂから噴出する伝熱ガスをトレイ１５とトレイ支持面２８との間の空間に速やかに拡散させるために、溝２００，２０１が形成されている。溝２００はトレイ支持面２８の外周縁付近に形成された円環状の溝であり、複数の溝２０１が供給孔１０８Ａと溝２００を接続するように放射状に延びている。供給孔１０８Ｂは溝２００，２０１の接続箇所付近に設けられている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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１７，１０３、直流電圧印加機構４３、伝熱ガス供給機構４５，１０９、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。また、クランプリング１００は搬送アーム１６と干渉しないように上方の退避位置にある。
【００３５】
図６Ａ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。
【００３６】
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６Ｂ及び図６Ｃ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６Ｃ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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、図６Ｄで示すように、クランプリング１００が降下し、トレイ支持面２８に載置されたトレイ１５の外周縁付近をトレイ支持面２８に対して下向きに押し付ける。このクランプリング１００による押し付けにより、トレイ１５の下面１５ｃとトレイ支持面２８との間の空間がＯリング１０６，１０７Ａ〜１０７Ｂによって密閉される。
【００３９】
次に、誘電体板２３に内蔵された静電吸着用電極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。
【００４０】
続いて、個々の基板載置部２９Ａ〜２９Ｄの円環状突出部３２と基板２の下面２ａで囲まれた空間に、供給孔４４を通って伝熱ガス供給機構４５から伝熱ガスが供給され、この空間に伝熱ガスが充填される。また、トレイ１５の下面１５ｃとトレイ支持面２８との間の空間に、供給孔１０８Ａ，Ｂを通って伝熱ガス供給装置１０９から伝熱ガスが供給され、この空間に伝熱ガスが充填される。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
また、前述のように基板２の下面２ａと基板載置面３１との間の空間に伝熱ガス供給機構４５により充填しているだけでなく、クランプリング１００で押し付けられるトレイ１５とトレイ支持面２８との間の空間（Ｏリング１０６，１０７Ａ〜１０７Ｂでシールされている。）にも伝熱ガス供給機構１０９により伝熱ガスを充填している。そのため、トレイ１５とトレイ支持面２８（誘電体板２３）との間は、この伝熱ガスにより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。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。
【００４５】
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、伝熱ガス供給機構４５により基板載置面３１と基板２の下面２ａの間の空間から伝熱ガスを排気、伝熱ガス供給機構１０９によりトレイ支持面２８とトレイ１５の下面１５ｃの間の空間から伝熱ガスを排気する。さらに、直流電圧印加機構４３から静電吸着用電極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。
【００４６】
次に、駆動装置１０３によってクランプリング１００を退避位置まで上昇させ、トレイ１５のトレイ支持面２８への押し付けを解除する。その後、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。
【００４７】
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１５の下面とトレイ支持面２８との間の空間に伝熱ガスを充填することでトレイ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。
【００４８】
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。
【００４９】
実際にドライエッチングを実行してトレイ１５の材質について検討した。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１５の下面とトレイ支持面２８との間の空間への伝熱ガスの充填を行わなかった。実験に使用したドライエッチング装置のその他の点は、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）。
【００５０】
【表１】
2010225775.tif 000003
【００５１】
【表２】
2010225775.tif 000004
【００５２】
基板２の外形とトレイ１５の基板収容孔２９Ａ〜２８Ｄ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。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る。
【００５３】
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。
【００５４】
図７Ａ及び図７Ｂ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。
【００５５】
図８及び図９は、トレイ１５に関する種々の代案を示す。図８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９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８及び図９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。
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の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。
【図２】本発明の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。
【図３】クランプリング、トレイ、誘電体板を示す斜視図。
【図４Ａ】トレイの平面図。
【図４Ｂ】図４Ａの断面図。
【図５Ａ】誘電体板の平面図。
【図５Ｂ】図５Ａの断面図。
【図６Ａ】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６Ｂ】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６Ｃ】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。）。
【図６Ｄ】図１の部分拡大図（クランプリングがトレイを誘電体板に押し付けている。）。
【図７Ａ】誘電体板の代案を示す平面図。
【図７Ｂ】図１１Ａの断面図。
【図８】トレイの第１の代案を示す平面図。
【図９】トレイの第２の代案を示す平面図。
【符号の説明】
【００５８】
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
４０，４０Ａ，４０Ｂ  静電吸着用電極
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
１００  クランプリング
１０１  昇降ロッド
１０２  ベローズ
１０３  駆動装置
１０４，１０５Ａ〜１０５Ｄ  収容溝
１０６，１０７Ａ〜１０７Ｄ  Ｏリング
１０８Ａ，１０８Ｂ  供給孔
２００，２０１  溝
１０９  伝熱ガス供給機構
【図１】
2010225775.tif 000005
【図２】
2010225775.tif 000006
【図３】
2010225775.tif 000007
【図４Ａ】
2010225775.tif 000008
【図４Ｂ】
2010225775.tif 000009
【図５Ａ】
2010225775.tif 000010
【図５Ｂ】
2010225775.tif 000011
【図６Ａ】
2010225775.tif 000012
【図６Ｂ】
2010225775.tif 000013
【図６Ｃ】
2010225775.tif 000014
【図６Ｄ】
2010225775.tif 000015
【図７Ａ】
2010225775.tif 000016
【図７Ｂ】
2010225775.tif 000017
【図８】
2010225775.tif 000018
【図９】
2010225775.tif 000019