(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配置されたレジスト膜によりマスクパターンが形成されたサファイア基板をチャンバ内に配置して、ＢＣｌ３が主体のガスに、ＣＦ４、ＳＦ６およびＮＦ３のいずれかのガスを混合した混合ガスをチャンバ内に供給して、サファイア基板に対してプラズマ処理を行い、サファイア基板の表面にマスクパターンに応じた凹凸構造を形成する、第１プラズマ処理工程と、
チャンバ内へ処理ガスを供給してプラズマ処理を実施し、第１プラズマ処理工程の実施によりチャンバ内に付着した副生成物を除去する第２プラズマ処理工程と、を含み
第１プラズマ処理工程にて、ＢＣｌ３が主体のガスに混合されたＣＦ４、ＳＦ６およびＮＦ３のいずれかのガスと同じ種類のガスを含む処理ガスを用いて、第２プラズマ処理工程を行う、基板のプラズマ処理方法。
【請求項２】
サファイア基板が収容される複数の基板収容孔が設けられ、この基板収容孔の内壁から突出する基板支持部を有するトレイを用いて、基板支持部にその縁部が支持されて基板収容孔に収容された状態の複数のサファイア基板をチャンバ内に搬入する基板搬入工程と、
チャンバ内において、トレイ支持部とこのトレイ支持部から上向きに突出する複数の基板保持部とを有する基板ステージに対して、トレイ支持部上にトレイを載置するとともにそれぞれの基板保持部上にサファイア基板を載置することで、基板保持部の端縁よりはみ出したサファイア基板の縁部と基板支持部とを離間させた状態とする基板載置工程と、
第２プラズマ処理工程の終了後、基板支持部によりサファイア基板の縁部を支持した状態にて、トレイとともにそれぞれのサファイア基板をチャンバ内より搬出する基板搬出工程と、をさらに備え、
第１プラズマ処理工程において、基板載置工程にて縁部と基板支持部とが離間した状態とされたそれぞれのサファイア基板に対してプラズマ処理を行い、
第２プラズマ処理工程において、第１プラズマ処理工程の実施により、チャンバ内部に付着した副生成物とともにサファイア基板の縁部とトレイ支持部とに付着した副生成物を除去する、請求項１に記載の基板のプラズマ処理方法。
【請求項３】
第１プラズマ処理工程において、ＢＣｌ３が主体のガスにＣＦ４ガスを混合した混合ガスをチャンバ内に供給して、サファイア基板に対するプラズマ処理を行う、請求項１または２に記載の基板のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクパターンが配置されたサファイア基板に対して、プラズマ処理を行い、サファイア基板の表面にマスクパターンに応じた凹凸構造を形成する基板のプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤデバイスの製造工程において、デバイスからの光の外部取出し効率を向上させるために、サファイア基板の表面に凹凸構造を形成する工程としてエッチング処理（プラズマ処理）が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来のサファイア基板に対するエッチング処理では、まず、サファイア基板の表面にフォトレジスト（レジスト膜）を配置してマスクパターンを形成し、その後、ドライエッチング装置のチャンバ内にサファイア基板を配置して、ＢＣｌ３が主体のガスを用いて、サファイア基板に対するプラズマ処理が行われる。これにより、サファイア基板の表面にマスクパターンに応じた凹凸構造が形成される。このように凹凸構造が形成されたサファイア基板は、ＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）と呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９４１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、サファイアは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の単結晶であるため、ＢＣｌ３が主体のガス系でエッチング処理を行うと、サファイア基板から発生するＡｌと、レジスト膜から発生するＣとにより大量の副生成物（デポ（デポジション））が発生して、チャンバ内部に付着する。このようなデポがチャンバ内部に付着した状態でエッチング処理が行われると、デポからガスが再び放散されてチャンバ内雰囲気が安定せず、プロセス条件が影響を受ける。
【０００６】
そのため、サファイア基板に対するエッチング処理が行われた後、あるいは複数回のエッチング処理が行われた後、チャンバ内にてプラズマを発生させて付着したデポを除去するドライクリーニング処理が行われている。
【０００７】
このようなドライクリーニング処理を確実に行えば、チャンバ内部に付着したデポを除去することができるが、このようなドライクリーニング処理のための処理時間がサファイア基板に対するＰＳＳ加工処理のスループットの短縮化を阻害する１つの要因となる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、マスクパターンが配置されたサファイア基板に対して、プラズマ処理を行い、サファイア基板の表面にマスクパターンに応じた凹凸構造を形成する基板のプラズマ処理において、凹凸構造を形成するための第１プラズマ処理により生じる副生成物を除去するための第２プラズマ処理の時間を短縮化できる基板のプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、表面に配置されたレジスト膜によりマスクパターンが形成されたサファイア基板をチャンバ内に配置して、ＢＣｌ３が主体のガスに、ＣＦ４、ＳＦ６およびＮＦ３のいずれかのガスを混合した混合ガスをチャンバ内に供給して、サファイア基板に対してプラズマ処理を行い、サファイア基板の表面にマスクパターンに応じた凹凸構造を形成する、第１プラズマ処理工程と、
チャンバ内へ処理ガスを供給してプラズマ処理を実施し、第１プラズマ処理工程の実施によりチャンバ内に付着した副生成物を除去する第２プラズマ処理工程と、を含み
第１プラズマ処理工程にて、ＢＣｌ３が主体のガスに混合されたＣＦ４、ＳＦ６およびＮＦ３のいずれかのガスと同じ種類のガスを含む処理ガスを用いて、第２プラズマ処理工程を行う、基板のプラズマ処理方法を提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、サファイア基板が収容される複数の基板収容孔が設けられ、この基板収容孔の内壁から突出する基板支持部を有するトレイを用いて、基板支持部にその縁部が支持されて基板収容孔に収容された状態の複数のサファイア基板をチャンバ内に搬入する基板搬入工程と、
チャンバ内において、トレイ支持部とこのトレイ支持部から上向きに突出する複数の基板保持部とを有する基板ステージに対して、トレイ支持部上にトレイを載置するとともにそれぞれの基板保持部上にサファイア基板を載置することで、基板保持部の端縁よりはみ出したサファイア基板の縁部と基板支持部とを離間させた状態とする基板載置工程と、
第２プラズマ処理工程の終了後、基板支持部によりサファイア基板の縁部を支持した状態にて、トレイとともにそれぞれのサファイア基板をチャンバ内より搬出する基板搬出工程と、をさらに備え、
第１プラズマ処理工程において、基板載置工程にて縁部と基板支持部とが離間した状態とされたそれぞれのサファイア基板に対してプラズマ処理を行い、
第２プラズマ処理工程において、第１プラズマ処理工程の実施により、チャンバ内部に付着した副生成物とともにサファイア基板の縁部とトレイ支持部とに付着した副生成物を除去する、第１態様に記載の基板のプラズマ処理方法を提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、第１プラズマ処理工程において、ＢＣｌ３が主体のガスにＣＦ４ガスを混合した混合ガスをチャンバ内に供給して、サファイア基板に対するプラズマ処理を行う、第１態様または第２態様に記載の基板のプラズマ処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、サファイア基板の表面に凹凸構造を形成するための第１プラズマ処理工程において、ＢＣｌ３が主体のガスに、ＣＦ４、ＳＦ６およびＮＦ３のいずれかのガスを混合した混合ガスを用いてプラズマ処理を行い、その後、第１プラズマ処理工程の実施によりチャンバ内に付着した副生成物を除去するための第２プラズマ処理工程を実施している。これにより、第２プラズマ処理工程にて副生成物の除去に要する時間を短縮化でき、基板のプラズマ処理のスループットを短縮化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態にかかるドライエッチング装置の構成図
【図２】トレイ、基板および基板ステージの斜視図
【図３】トレイ、基板および基板ステージの斜視図（トレイ載置状態）
【図４】トレイおよび基板とステージ上部との関係を示す断面図
【図５】ドライエッチング装置が備える制御部の主要な構成を示すブロック図
【図６】本実施の形態のエッチング処理方法の手順を示すフローチャート
【図７Ａ】デポの付着状態を示す説明図
【図７Ｂ】デポの付着状態を示す説明図（分解状態）
【図８】トレイ搬出処理の手順を示す動作説明図
【図９】エッチング処理工程（ＰＳＳ作成工程）の説明図
【図１０】ＣＦ４の混合比率を変えてテストを行った結果のグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（実施の形態）
本発明の一の実施の形態に係るプラズマ処理装置の一例としてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置１の構成図を図１に示す。
【００１８】
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により形成された天板４により密閉状態で閉鎖されている。天板４の下面側は誘電体により形成された天板カバー部６により覆われている。天板４上にはＩＣＰコイル５が配置されており、ＩＣＰコイル５はコイルカバー部１０により覆われている。ＩＣＰコイル５にはマッチング回路を含む第１の高周波電源部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ステージ９が配置されている。チャンバ３には、例えばロードドック室（図示せず）と連通する開閉可能な搬入出用のゲートバルブ３ａが設けられており、図示しない搬送機構が備えるハンド部により基板２を収納したトレイ１５が保持されて、開放状態のゲートバルブ３ａを通して基板２の搬入・搬出動作が行われる。
【００１９】
また、チャンバ３に設けられたエッチング用のガス導入口３ｂには、ガス供給部１２が接続されている。ガス供給部１２には、複数種類のガスの供給ラインが備えられており、それぞれのガス種のライン毎に設けられた開閉バルブ１２ａ、１２ｂ、および流量調整部１２ｃの開閉動作および開度が選択的に制御されることにより、ガス導入口３ｂから所望の流量および仕様の処理ガスを供給できる。本実施の形態では、ガス供給部１２には、複数種類のガスとして、例えば、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、Ａｒ、Ｏ２、ＣＦ４のガス供給ラインが備えられている。また、チャンバ３に設けられた排気口３ｃには、真空ポンプや圧力制御弁等から構成される圧力制御部１３が接続されている。
【００２０】
次に、本実施の形態のドライエッチング装置１にて取り扱われる基板２を保持するトレイ１５について、図２および図３の模式斜視図を用いて説明する。
【００２１】
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。なお、本実施の形態では、炭化シリコンを主材料として形成されたトレイ１５が用いられる。
【００２２】
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１９が設けられている。基板収容孔１９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４（Ａ）及び（Ｂ）に詳細に示すように、それぞれの基板収容孔１９の内壁１５ｄには、孔中心に向けて突出する基板支持部２１が設けられている。本実施の形態では、基板支持部２１は内壁１５ｄの全周に設けられており、平面視で円環状である。
【００２３】
それぞれの基板収容孔１９にはそれぞれ１枚の基板２が収容される。基板収容孔１９に収容された基板２は、その外周縁部２ａの下面部分が基板支持部２１の上面２１ａに支持される。また、基板収容孔１９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の下面側から見ると、基板収容孔１９により基板２の下面が露出した状態とされている。
【００２４】
トレイ本体１５ａには、外周縁を部分的に切り欠いたノッチ１５ｅが形成されており、搬送時などでトレイ１５を取り扱う際に、センサ等を用いてトレイ１５の向きを容易に確認できる。
【００２５】
次に、図１〜図３、図４を参照して、基板ステージ９について説明する。
【００２６】
図１に示すように、基板ステージ９は、セラミクス等の誘電体部材により形成されたステージ上部２３と、表面にアルマイト被覆を形成したアルミニウム等により形成され、バイアス電圧が印加される下部電極として機能する金属ブロック２４と、絶縁体２５と、金属製のシールド２７とを備える。基板ステージ９の最上部に配置されるステージ上部２３は、金属ブロック２４の上面に固定されており、ステージ上部２３および金属ブロック２４の外周が絶縁体２５により覆われて、さらに絶縁体２５の外周が金属により形成されたシールド２７により覆われている。
【００２７】
図２に示すように、ステージ上部２３は円板状に形成されており、ステージ上部２３の上端面は、トレイ１５の下面１５ｃを支持するトレイ支持部２８となっている。また、トレイ１５のそれぞれの基板収容孔１９と対応する短円柱状の４個の基板保持部２９がトレイ支持部２８から上向きに突出している。さらにステージ上部２３上には、トレイ支持部２８を囲むように配置され、ステージ上部２３から上向きに突出して形成された環状のガイドリング３０が配置されている。このガイドリング３０は、ステージ上部２３において、トレイ１５の配置位置を案内する役目を担っている。
【００２８】
ここで、トレイ１５、基板２、および基板保持部２９等の関係について、図４（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。基板保持部２９の外径Ｒ１は、基板支持部２１の先端面（内周端面）２１ｂの内径Ｒ２よりも小さく設定されている。したがって、トレイ１５がトレイ支持部２８上に配置された状態において、基板収容孔１９に形成された基板支持部２１と、基板保持部２９との間には、互いに接触しないような隙間が確保される。
【００２９】
また、トレイ本体１５ａの下面１５ｃから基板支持部２１の上面２１ａまでの高さＨ１は、トレイ支持部２８から基板保持部２９における保持面３１までの高さＨ２よりも低く設定されている。したがって、トレイ１５の下面１５ｃがトレイ支持部２８上に配置された状態では、基板保持部２９の保持面３１により基板２が押し上げられ、トレイ１５の基板支持部２１から基板２が浮き上がった状態となる。言い換えれば、基板収容孔１９に基板２を収容しているトレイ１５をステージ上部２３上に配置すると、基板収容孔１９に収容された基板２は基板支持部２１の上面２１ａから浮き上がり、基板２の縁部２ａと基板支持部２１の上面２１ａとが互いに離間した状態にて、基板２の下面が基板保持部２９の保持面３１上に配置される。なお、図３および図４（Ｂ）に示すように、それぞれの基板２が基板保持部２９上に配置されて、トレイ１５から離間した状態では、基板２の上面とトレイ１５の上面１５ｂとはほぼ同じ高さに位置された状態となる。
【００３０】
また、基板保持部２９の外径Ｒ１は、基板２の外径Ｒ３よりも小さく設定されている。したがって、基板２が基板保持部２９上に配置されて、トレイ１５から離間した状態では、図４（Ｂ）に示すように、基板２の縁部２ａが基板保持部２９の外周端部より径方向外向きに突出してはみ出した状態とされる。
【００３１】
また、図１に示すように、ステージ上部２３に設けられた個々の基板保持部２９の保持面３１付近にはＥＳＣ電極（静電吸着用電極）４０が内蔵されている。これらのＥＳＣ電極４０は電気的に互いに絶縁されており、直流電源を内蔵するＥＳＣ駆動電源部４１から静電吸着用の直流電圧が印加される。
【００３２】
図１に示すように、それぞれの基板保持部２９の保持面３１には冷却ガス供給口４４が設けられており、それぞれの冷却ガス供給口４４は冷却ガス供給路４７を通じて共通の冷却ガス供給部４５に接続されている。なお、本実施の形態では、冷却ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）が用いられ、プラズマ処理中において、基板保持部２９の保持面３１と基板２との間に冷却ガスが供給されることで基板２の冷却が行われる。
【００３３】
金属ブロック２４には、バイアス電圧としての高周波を印加する第２の高周波電源部５６が電気的に接続されている。第２の高周波電源部５６はマッチング回路を備えている。
【００３４】
また、金属ブロック２４内には、金属ブロック２４を冷却するための冷媒流路６０が形成されており、冷却ユニット５９より温度調節された冷媒が冷媒流路６０に供給されることで、金属ブロック２４が冷却される。
【００３５】
図１に示すように、基板ステージ９には、トレイ支持部２８上に配置された状態のトレイ１５をその下面側から押し上げて（突き上げて）トレイ１５とともにそれぞれの基板２を上昇させる複数本のトレイ押上ロッド１８が備えられている。それぞれのトレイ押上ロッド１８は、トレイ支持部２８の上面より突出した押上位置と、トレイ支持部２８内に格納された格納位置との間で駆動機構１７により昇降駆動される。
【００３６】
次に、ドライエッチング装置１が備える制御部７０の構成について、図５に示すブロック図を用いて説明する。
【００３７】
図５に示すように、ドライエッチング装置１が備えるそれぞれの構成部である、第１の高周波電源部７、第２の高周波電源部５６、ＥＳＣ駆動電源部４１、ゲートバルブ３ａ、搬送機構、駆動機構１７、ガス供給部１２、冷却ユニット５９、および圧力制御部１３の動作が他の構成部の動作と関連付けられながら統括的に制御部７０により制御される。また、制御部７０には、オペレータによる操作や入力を行うための操作・入力部７１と、ドライエッチング装置１における運転情報などを表示する表示部７２とが備えられている。
【００３８】
また、本実施の形態のドライエッチング装置１では、基板２としてサファイア基板が取り扱われ、エッチング処理（プラズマ処理）として、サファイア基板２の表面に微小な凹凸構造を形成する加工（ＰＳＳ：Patterned Sapphire Substrate）が行われる。なお、このように基板２の表面に微小な凹凸構造を形成する加工を基板表面の粗面化加工または表面テキスチャ加工と言うこともできる。
【００３９】
ドライエッチング装置１では、このようなエッチング処理を行うために、トレイ１５に保持された複数の基板２をチャンバ３内に搬入して、基板ステージ９上に載置するトレイ搬入処理（基板搬入工程および基板載置工程）と、搬入された基板２に対してエッチング処理によりＰＳＳ加工を行うエッチング処理（第１プラズマ処理工程）と、エッチング処理の実施によりチャンバ３内、基板２およびトレイ１５に付着した副生成物をプラズマ処理により除去するクリーニング処理（第２プラズマ処理工程）と、除電プラズマを発生させて基板２と基板保持部２９との間の残留静電吸着力を低減させる除電処理（除電工程）と、それぞれの基板２をトレイ１５に保持させた状態にてチャンバ３内より搬出するトレイ搬出処理（基板搬出工程）とが予め設定されたプログラムを実行することにより連続的に実施される。そのため、制御部７０には、これらのプログラムおよびプログラムを実行する演算部により構成され、各種処理を実行する処理部として、搬送処理部７３、エッチング処理部７４、クリーニング処理部７５、および除電処理部７６が備えられている。また、エッチング処理、クリーニング処理、および除電処理を実施するための各種運転条件を記憶する運転条件記憶部７７が制御部７０には備えられている。
【００４０】
次に、上述したような構成を有するドライエッチング装置１を用いて、複数の基板２に対してエッチング処理を行う方法について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、以降に説明するそれぞれの処理は、ドライエッチング装置１が備える制御部７０によりそれぞれの構成部が予め設定されたプログラムおよび運転条件に基づいて制御されることにより実施される。
【００４１】
（トレイ搬入処理）
まず、図６のフローチャートにおけるトレイ搬入処理（ステップＳ１）を実施する。具体的には、ドライエッチング装置１において、ゲートバルブ３ａを開放状態とさせる。その後、４個の基板収容孔１９にそれぞれ基板２が収容された状態のトレイ１５を、搬送機構のハンド部により保持して、例えばロードロック室からゲートバルブ３ａを通ってチャンバ３内に搬入する。
【００４２】
チャンバ３内では、駆動機構１７によって駆動されたトレイ押上ロッド１８が上昇し、ハンド部からトレイ押上ロッド１８の上端にトレイ１５が移載される。トレイ１５の移載後、ハンド部はロードロック室に待避し、ゲートバルブ３ａが閉鎖される。
【００４３】
上端にトレイ１５を支持したトレイ押上ロッド１８は、その押上位置から基板ステージ９内に格納される格納位置に向けて降下する。トレイ１５は下面１５ｃが基板ステージ９のステージ上部２３のトレイ支持部２８まで降下し、トレイ１５はステージ上部２３のトレイ支持部２８によって支持される。トレイ１５がトレイ支持部２８に向けて降下する際に、ステージ上部２３の基板保持部２９がトレイ１５の対応する基板収容孔１９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がトレイ支持部２８に当接する前に、基板保持部２９の上端面である保持面３１が、基板２の下面に当接する。さらにトレイ１５を下降させてトレイ１５の下面１５ｃをトレイ支持部２８上に載置すると、それぞれの基板２の縁部２ａが基板支持部２１の上面２１ａから持ち上げられて、トレイ１５と基板２とが互いに離間した状態となる。なお、トレイ１５は、ガイドリング３０によりその配置位置が位置決めされるため、それぞれの基板２は基板保持部２９に対して高い位置決め精度で配置される。
【００４４】
その後、それぞれの基板保持部２９に内蔵されたＥＳＣ電極４０に対してＥＳＣ駆動電源部４１から直流電圧を印加する。
【００４５】
（エッチング処理）
次に、エッチング処理（ステップＳ２）を実施する。具体的には、エッチング処理用のガスとしては、ＢＣｌ３が主体のガスにＣＦ４ガスを所定の混合比率にて混合した混合ガスが用いられ、ガス供給部１２からガス導入口３ｂを通じて混合ガスがチャンバ３内に供給される。それとともに、圧力制御部１３によりチャンバ３内は所定圧力に調整される。続いて、第１の高周波電源部７からＩＣＰコイル５に高周波電圧を印加する。これによりチャンバ３内にプラズマが発生する。
【００４６】
また、チャンバ３内にプラズマが発生することにより基板２と基板保持部２９の間に静電吸着力が発生し、それぞれの基板保持部２９の保持面３１に基板２が静電吸着される。基板２の下面はトレイ１５を介することなく保持面３１上に直接配置されている。したがって、基板２は保持面３１に対して高い密着度で保持される。その後、それぞれの基板保持部２９の保持面３１と基板２の下面との間に存在する空間内に、冷却ガス供給口４４を通して冷却ガス供給部４５から冷却ガスが供給され、この空間に冷却ガスが充填される。冷却ガスが十分に充填された状態（所定の圧力に保たれた状態）にて、第２の高周波電源部５６により基板ステージ９の金属ブロック２４にバイアス電圧を印加し、チャンバ３内で発生したプラズマを基板ステージ９側へ引き寄せる。これにより、基板２に対するエッチング処理が行われて、基板２の表面に対するＰＳＳ加工が実施される。１枚のトレイ１５で４枚の基板２を基板ステージ９上に載置できるので、バッチ処理が可能である。
【００４７】
ここで、サファイア基板２の表面に対するエッチング処理を行うことにより実施されるＰＳＳ加工についてその概略を、図９（Ａ）〜（Ｅ）の説明図を用いて説明する。
【００４８】
まず、図９（Ａ）に示すように、サファイア基板２の表面には突起状の複数のレジスト５１（レジスト膜）が配置されている。これらのレジスト５１は、サファイア基板２の表面に形成される凹凸構造に応じたマスクパターンを形成する。
【００４９】
次に、サファイア基板２に対するエッチング処理が開始されると、レジスト５１により覆われていない基板２の表面がプラズマに曝されてエッチングされる。具体的には、サファイア基板２の表面に対しては、イオンエッチングと、活性種（ラジカル）との化学反応によるエッチングが行われる。一方、レジスト５１自体もプラズマに曝されるため、基板２に対するエッチングの進行とともに、エッチングされることになる。具体的には、レジスト５１に対しては、イオンエッチングが行われるとともに、サファイア基板２に対するエッチングにより発生したＯやＣｌによるエッチングが併せて行われる。
【００５０】
さらに、エッチングの進行に伴い、アルミニウムやレジスト由来のカーボン系の副生成物（デポ（デポジション））が発生する。このデポ５２はサファイア基板２の表面やレジスト５１に付着する。サファイア基板２の表面やレジスト５１の頂部では、デポ５２の付着量よりもイオンエッチングによる除去量が勝っているため、デポ５２の膜は形成されない。一方、レジスト５１の側面ではイオンエッチングの作用が弱いため、付着したデポ５２が残存して膜を形成する（図９（Ｂ）参照）。このデポ５２の膜は、エッチングの進行に伴って成長し、その一部はサファイア基板２の表面を徐々に覆いながら広がっていく。このように、マスクとして機能するデポ５２がサファイア基板２のエッチングの進行に伴って広がることで、サファイア基板２の表面において、レジスト５１およびデポ５２にて覆われた部分に、テーパ面を有する円錐台状の突起５３が形成される（図９（Ｃ）参照）。
【００５１】
エッチングの進行に伴い、レジスト５１が後退する（すなわち、容積が減少する）と、レジスト５１の側面や突起５３のテーパ面におけるイオンエッチング効果が次第に強くなり、デポ５２も消失する（図９（Ｄ）参照）。この段階でサファイア基板２に対するエッチングを停止すれば、その頂部にレジスト５１が配置された複数の円錐台状の突起５３から成る凹凸構造を備えたＰＳＳが得られる。
【００５２】
その後、さらにエッチングを継続すると、レジスト５１が完全に消滅して、図９（Ｅ）に示すように、複数の円錐状の突起５３から成る凹凸構造を備えたＰＳＳが得られる。円錐状の突起５３は高さＨおよび幅Ｗを有し、高さＨ／幅Ｗがアスペクト比となっており、エッチング処理におけるＰＲ選択比が高くなる程、突起５３の幅Ｗに対する高さＨの比率が大きくなり、高アスペクト比の突起５３を形成することができる。
【００５３】
本実施の形態のエッチング処理では、エッチング処理用のガスとして、ＢＣｌ３が主体のガス（例えばＢＣｌ３（＞８０％）／Ｃｌ２（＜１０％）／Ａｒ（＜１０％））にＣＦ４ガスを所定の混合比率にて混合した混合ガスが用いられる。なお、ＣＦ４ガスを混合させて用いることによる効果については後述する。
【００５４】
エッチング処理中は、冷却ガスによる冷却に加えて、冷却ユニット５９によって冷媒流路６０中で冷媒を循環させて金属ブロック２４を冷却し、それによってステージ上部２３及び保持面３１に保持された基板２が冷却される。したがって、エッチング処理において、基板２の温度が確実に制御される。所定の処理時間経過すると、第２の高周波電源部５６による基板ステージ９の金属ブロック２４へのバイアス電圧の印加を停止するとともに、エッチング処理用のガスの供給を停止して、基板２に対するエッチング処理が完了する。
【００５５】
（クリーニング処理）
ここで、このようなエッチング処理が行われた直後の基板２およびトレイ１５の状態を図７Ａおよび図７Ｂの説明図に示す。図７Ａに示すように、トレイ支持部２８上にトレイ１５が載置され、それぞれの基板保持部２９上に基板２が保持されている状態では、トレイ１５の基板支持部２１の上面２１ａと基板２の縁部２ａの下面との間には、互いに接触しないような隙間が設けられている。このような状態にてエッチング処理が行われると、基板２の縁部２ａの下面やその近傍（部分Ａ）、基板２の縁部２ａにて隠れてしまっているトレイ１５の基板支持部２１の上面２１ａおよびその近傍部分（部分Ｂ）では、エッチング処理の際に生じる副生成物であるデポ（デポジション（堆積物））が付着し易い。なお、図中参照符号９１は生成されたプラズマ、９２はシース、９３は付着したデポを模式的に示したものである。
【００５６】
特に、トレイ１５を用いて複数の基板２を支持しながら搬送を行うという形態では、基板２の縁部２ａをトレイ１５の基板支持部２１に支持させる必要があるため、基板２を基板保持部２９上に配置した状態にて、基板保持部２９の外周端部よりも基板２の縁部２ａがはみ出すような状態となる。さらに、基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１とは互いに離間した状態にてエッチング処理が行われることになる。そのため、エッチング処理の際に、生成されたプラズマが比較的侵入し難い部位である基板２の縁部２ａの下面やトレイ１５の基板支持部２１等にエッチング処理の副生成物であるデポ９３が付着して残り易くなる。また、基板２とトレイ１５との間の他、チャンバ３の内壁にもこのようなデポが付着する。
【００５７】
特に、本実施の形態のエッチング処理では、基板２としてサファイア基板が用いられ、サファイア基板に対するＰＳＳ加工が行われる。サファイアは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の単結晶であるため、ＢＣｌ３が主体のガス系でエッチング処理を行うと、サファイア基板から発生するＡｌと、レジスト膜から発生するＣとにより大量の副生成物（デポ（デポジション））が発生する傾向にある。このように、チャンバ３の内壁に付着したデポ、さらに基板２とトレイ１５との間に付着したデポ９３を除去する処理が次のクリーニング処理である。
【００５８】
エッチング処理が完了し、バイアス電圧の印加およびエッチング処理用のガスの供給が停止された後、クリーニング処理を実施する（ステップＳ３）。具体的には、ガス供給部１２からチャンバ３内にクリーニング処理用のガスが供給されるとともに、圧力制御部１３によりチャンバ３内を所定圧力に調整する。続いて、第１の高周波電源部７からＩＣＰコイル５に高周波電圧を印加してチャンバ３内にプラズマを発生させる。この際、第２の高周波電源部５６によるバイアス電圧は印加しない。このプラズマにより基板２の縁部２ａおよびトレイ１５の基板支持部２１ならびにその近傍に付着しているデポが除去される。クリーニング処理用のガスとしては、フッ素系のガスが用いられ、例えば、ＣＦ４とＯ２との混合ガスが用いられる。
【００５９】
このクリーニング処理では、チャンバ３内の圧力は、エッチング処理における圧力よりも高い圧力に調整される。このようにクリーニング処理において、チャンバ３内の空間を高い圧力とすることにより、生成されるプラズマの等方性的な特性を強めることができ、基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１との間の隙間にプラズマをより侵入させ易くすることができ、付着しているデポを効果的に除去できる。また、生成されるプラズマを上記隙間へ侵入させやすくするために、第２の高周波電源部５６により金属ブロック２４にバイアス電圧を印加してもよい。この場合、クリーニング処理中に印加するバイアス電圧はエッチング処理中におけるバイアス電圧よりも低くすることが望ましい。また、このクリーニング処理により、チャンバ３の内壁もプラズマに曝されるため、内壁に付着したデポが除去される。
【００６０】
また、クリーニング処理では、ＥＳＣ駆動電源部４１からＥＳＣ電極４０に対して印加される直流電圧を、エッチング処理中に印加される直流電圧よりも低くすることが望ましい。上述したようにクリーニング処理では、チャンバ３内の圧力を高めることなどによりプラズマの等方性的な特性を強めるようにしている。そのため、基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１との間の隙間にプラズマが侵入することにより、基板保持部２９の近傍に電子が多く存在することになる。一方、基板保持部２９を含むステージ上部２３を構成する誘電体部材には、基板保持部２９の保持面３１における静電吸着力を確保するために低抵抗型のセラミックス（体積抵抗率（２５℃）が１０１０〜１０１１Ω・ｃｍ）が使用されている。このため、基板保持部２９の近傍に電子が多く存在する状態でエッチング処理の場合と同等の電圧をＥＳＣ電極４０に印加すると絶縁破壊を生じるおそれがある。そこで、クリーニング処理を行う際には、基板保持部２９に内蔵されるＥＳＣ電極４０に印加される直流電圧をエッチング処理の場合に印加する電圧よりも低くするかゼロとすることにより、ＥＳＣ電極４０の周囲に絶縁破壊が生じることを防止している。
【００６１】
また、クリーニング処理においては、このようにＥＳＣ電極４０への印加電圧が下げられているため、基板２に対する静電吸着力も下がることになる。そのため、冷却ガス供給部４５から供給されて、基板２と基板保持部２９との間に充填される冷却ガスの圧力についても、静電吸着力の大きさに応じて低く設定するか、静電吸着力の大きさに関係なくゼロに設定、すなわち冷却ガスの供給を遮断する。
【００６２】
その後、所定時間が経過すると、第２の高周波電源部５６による基板ステージ９の金属ブロック２４へのバイアス電圧の印加を停止するとともに、クリーニング処理用のガスの供給を停止して、基板２およびトレイ１５に対するクリーニング処理が完了する。なお、クリーニング処理におけるバイアス電圧と冷却ガスの圧力の設定条件としては、両者ともゼロとする条件が最も好ましい。
【００６３】
（除電処理）
続いて、残留静電吸着力を低減させるための除電処理を実施する（ステップＳ４）。具体的には、ガス供給部１２からチャンバ３内にクリーニング処理用のガスとは異なる種類の除電処理用のガス（ＡｒやＨｅ等の不活性ガスやエッチングに寄与しにくいＯ２等のガス等。）が供給されるとともに、圧力制御部１３によりチャンバ３内を所定圧力に調整する。また、ＥＳＣ駆動電源部４１によるＥＳＣ電極４０への直流電圧の印加を停止する。続いて、第１の高周波電源部７からＩＣＰコイル５に高周波電圧を印加する。このとき、印加される高周波電圧は、クリーニング処理の際に印加される電圧よりも低く設定される。この状態において、チャンバ３内に生成されたプラズマにより、基板２と基板保持部２９との間に残留している静電吸着力を低減させる。なお、前述のクリーニング処理において冷却ガスを供給している場合は、除電処理に先立ち、冷却ガス供給部４５からの冷却ガスの供給を停止して、基板２と基板保持部２９との間に充填されている冷却ガスを抜いておく。
【００６４】
その後、所定時間経過すると、第１の高周波電源部７によるＩＣＰコイル５への高周波電圧の印加を停止する。
【００６５】
（トレイ搬出処理）
続いて、チャンバ３内からそれぞれの基板２をトレイ１５とともに搬出するトレイ搬出処理を実施する（ステップＳ５）。具体的には、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動機構１７によりそれぞれのトレイ押上ロッド１８を上昇させる。トレイ押上ロッド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、ステージ上部２３のトレイ支持部２８からトレイ１５が浮き上がる。トレイ押上ロッド１８とともにトレイ１５がさらに上昇すると、図８（Ｂ）に示すように、トレイ１５の基板支持部２１と基板２の縁部２ａの下面とが接触して、それぞれの基板２がトレイ１５により支持された状態にて押し上げられ、基板保持部２９の保持面３１から浮き上がる。
【００６６】
その後、ゲートバルブ３ａが開放されて、搬送機構のハンド部８１がチャンバ３内に挿入される。その後、図８（Ｃ），（Ｄ）に示すように、４個の基板収容孔１９にそれぞれ基板２が収容された状態のトレイ１５が、トレイ押上ロッド１８からハンド部８１に受け渡されて、ゲートバルブ３ａを通して、トレイ１５に支持された状態の基板２が搬出される。
【００６７】
なお、それぞれのトレイ押上ロッド１８を用いてトレイ１５を押し上げる動作は、除電用のプラズマを用いて除電処理が行われている間に、並行して実施してもよい。
【００６８】
本実施の形態のサファイア基板２に対するエッチング処理では、ＢＣｌ３が主体のガスにＣＦ４ガスが混合された混合ガスが用いられている。このようにサファイア基板に対するエッチング処理においてＣＦ４ガスを添加して用いることにより、エッチング処理中においてもチャンバ３内に付着したデポを除去する効果を得ることができる。したがって、エッチング処理の後に行われるクリーニング処理に要する時間を短縮することができる。よって、サファイア基板に対するプラズマ処理のスループットを短縮化できる。
【００６９】
また、エッチング処理中において、チャンバ３内の雰囲気を安定化することができ、プロセス条件を安定化できる。よって、サファイア基板の表面に形成される凹凸構造の品質を高めることができる。
【００７０】
また、クリーニング処理において、エッチング処理にて添加されたＣＦ４ガスと同じ種類のガスを用いることにより、クリーニング処理に要する時間を効果的に短縮できる。
【００７１】
また、基板２の縁部２ａがトレイ１５の基板支持部２１により支持された状態でトレイ１５による複数の基板２の搬送が行われ、基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１とが互いに接触しない程度に離間した状態にて基板２に対するエッチング処理が行われる形態において、基板２のエッチング処理の際に基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１とに付着した副生成物であるデポを、このクリーニング処理を実施することにより、生成されたプラズマを用いて効果的に除去することができる。
【００７２】
よって、その後、トレイ１５の基板支持部２１に基板２の縁部２ａを再び支持させて、トレイ１５に収容させた状態にて複数の基板２をチャンバ３から搬出する際に、トレイ１５と基板２との接触によりデポが落下することを防止することができる。したがって、このようなデポが基板保持部２９上等に落下して、次の処理を行う際にコンタミネーションが生じることなどのトラブルの発生を回避することができ、基板のエッチング処理方法における製品の品質を向上させることができる。
【００７３】
特に、このようなトレイ１５を用いて基板２が取り扱われる形態では、エッチング処理が行われる際に、基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１との間は、生成されたプラズマが侵入し難いように設定することが好ましい。一方、この隙間に侵入して基板２の縁部２ａおよびトレイ１５の基板支持部２１の表面に付着したデポを、クリーニング処理の実施により除去するためには、生成されたプラズマをこの隙間に効果的に侵入させる必要がある。本実施の形態では、クリーニング処理にて生成されるプラズマの等方性的な特性を高めることにより、この隙間にプラズマを効果的に侵入させて付着したデポの除去を行うことができる。
【００７４】
なお、エッチング処理中にプラズマが基板２の下面側に侵入するのを防止するためには、基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板収容孔１９の内壁１５ｄとの間の隙間が０．１〜０．２mm程度、基板２の縁部２ａの下面とトレイ１５の基板支持部２１の上面２１ａとの間の隙間が０．２〜０．３mm程度、基板保持部２９の側壁と基板支持部２１の先端（内壁端）との隙間が０．５mm程度であることが好ましい。
【００７５】
（実施例）
次に、上述した実施の形態のプラズマ処理装置を用いて、サファイア基板に対するエッチング処理を行った実施例および比較例について説明する。
【００７６】
ＢＣｌ３が主体のガスのみを用いてエッチング処理を行い、その後、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用いてクリーニング処理を行ったものとを比較例１とした。ＢＣｌ３が主体のガスにＣＦ４ガスを混合した混合ガスを用いてエッチング処理を行い、その後、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用いてクリーニング処理を行ったものとを実施例１とした。また、実施例１および比較例１ともに、トレイに支持された複数のサファイア基板を処理対象とした。
【００７７】
この実施例１と比較例１とについて、クリーニング処理にてチャンバ内等に付着したデポが除去される時間を計測した。クリーニング処理においてデポの除去が完了した時点については次のいずれかの手法により判断できる。
１）ＩＣＰコイル５へのマッチング回路（第１の高周波電源部７内）でのインピーダンスの変化点（整合位置の変化点）
２）チャンバ３内のプラズマ発光の変化
３）デポが除去された状態の目視による確認
実施例１および比較例１のテストでは、上記３）目視による確認によりデポ除去の時点を判断した。
【００７８】
以下に比較例１および実施例１における主要なプロセス条件を示す。
（比較例１）
エッチング処理用ガス      ＢＣｌ３：１９０ｓｃｃｍ
クリーニング処理用ガス      ＣＦ４：２００ｓｃｃｍ
Ｏ２：２００ｓｃｃｍ
（実施例１）
エッチング処理用ガス      ＢＣｌ３：１８０ｓｃｃｍ
ＣＦ４：  １０ｓｃｃｍ
クリーニング処理用ガス      ＣＦ４：２００ｓｃｃｍ
Ｏ２：２００ｓｃｃｍ
【００７９】
実施例１および比較例１ともに共通するプロセス条件は次の通りである。
（エッチング処理）
チャンバ内圧力：                ０．６Ｐａ
ＩＣＰコイルへの印加パワー：  １４００Ｗ
バイアス：                    １０５０Ｗ
Ｈｅ圧力：                    ２０００Ｐａ
Ｈｅ流量：                        ３０ｓｃｃｍ
（クリーニング処理）
チャンバ内圧力：                ８．０Ｐａ
ＩＣＰコイルへの印加パワー：  １８００Ｗ
バイアス：                          ０Ｗ
Ｈｅ圧力：                    １０００Ｐａ
Ｈｅ流量：                        １５ｓｃｃｍ
【００８０】
これらのプロセス条件に基づいて、エッチング処理およびクリーニング処理を行った結果、次の結果が得られた。
（比較例１）
エッチング処理時間：            ９４０ｓｅｃ
クリーニング処理時間：          ２１０ｓｅｃ
（実施例１）
エッチング処理時間：            ９４０ｓｅｃ
クリーニング処理時間：            ６０ｓｅｃ
【００８１】
比較例１と実施例１とを比較すると、チャンバ内にて付着したデポを除去するために必要なクリーニング処理の時間は、エッチング処理時にＣＦ４を添加することで、２１０ｓｅｃから６０ｓｅｃにまで大幅に短縮できることが判った。
【００８２】
次に、エッチング処理時に添加されるＣＦ４の添加量（混合比率）を変えて、サファイア基板の表面に形成される突起５３の高さＨを測定した。上述の比較例１および実施例１に実施例２、３を追加して測定を行った。エッチング処理用ガスの仕様は次の通りである。なお、エッチング処理用ガスの混合比率以外のプロセス条件は、上述した実施例１および比較例１にて用いた条件と同じである。
比較例１：  ＢＣｌ３：１９０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：  ０ｓｃｃｍ
実施例１：  ＢＣｌ３：１８０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１０ｓｃｃｍ
実施例２：  ＢＣｌ３：１７０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：２０ｓｃｃｍ
実施例３：  ＢＣｌ３：１５０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：４０ｓｃｃｍ
【００８３】
比較例１および実施例１〜３の測定結果に基づいて、サファイア基板の表面に形成された突起５３の高さＨ（ＰＳＳ高さ：μｍ）とＣＦ４の添加量（流量：ｓｃｃｍ）との関係を図１０のグラフに示す。
【００８４】
図１０に示すように、エッチング処理用ガスにＣＦ４を添加した場合であっても、突起の高さＨに大きな変化は確認されなかった。したがって、エッチング処理用ガスＣＦ４を添加するような場合であっても、少なくとも実施例１〜３にて確認された範囲の添加量であれば、形成される突起高さに影響は生じることはない。なお、デポを除去するために必要なクリーニング処理の時間は、実施例１〜３ともに６０ｓｅｃ程度であり、いずれの場合も処理時間を大幅に短縮できることが判った。
【００８５】
なお、サファイア基板を支持するトレイとして、炭化シリコン（ＳｉＣ）を主材料としてものを用いるような場合には、ＣＦ４とＳｉＣとが反応してしまうため、ＣＦ４の混合比率を増加し過ぎることは好ましくない。例えば、実施例３のようにＢＣｌ３：１５０ｓｃｃｍに対して、ＣＦ４：４０ｓｃｃｍを混合させるような混合比率を上限とすることが好ましい。
【００８６】
本実施の形態では、ＢＣｌ３が主体のガスにＣＦ４ガスを混合させた混合ガスを用いて、サファイア基板に対するエッチング処理を行うような場合について説明したが、混合するガスの種類はＣＦ４ガスのみに限られない。その他のフッ素系ガスを混合しても良く、例えば、ＳＦ６やＮＦ３をＢＣｌ３が主体のガスに混合して用いても良い。
【００８７】
なお、本発明は上述の構成に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、円盤状の基板に代えて、四角形状の基板に対しても本実施の形態のエッチング処理方法を適用できる。
【００８８】
また、上述の構成では、トレイ１５の基板収容孔１９の内壁の全周囲に渡って形成された基板支持部２１により、基板２の縁部２ａの全周囲が支持されるような例について説明したが、基板支持部２１が基板収容孔１９の内壁の一部について形成されて、基板２の縁部２ａがその外周の一部において支持されるような構成を採用しても良い。
【００８９】
また、基板２と基板保持部２９との間に残留する静電吸着力の大きさが低い場合等には、除電処理を実施しないようにすることもできる。
【００９０】
また、本実施の形態のエッチング処理方法を複数枚のトレイ１５に対して連続的に実施した後、チャンバ３内にトレイ１５を載置しない状態、もしくはダミーウェハをトレイ１５に載置した状態にてクリーニング処理を実施して、チャンバ３内に付着しているデポを除去するようにしても良い。
【００９１】
なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、マスクパターンが配置されたサファイア基板に対して、プラズマ処理を行い、サファイア基板の表面にマスクパターンに応じた微小な凹凸構造を形成する基板のプラズマ処理方法に適用できる。特に、ＬＥＤデバイスの製造工程において、デバイスからの光の外部取出し効率を向上させるために、サファイア基板の表面に凹凸構造を形成するエッチング処理に適用できる。
【符号の説明】
【００９３】
１  ドライエッチング装置
２  基板
２ａ  縁部
３  チャンバ
３ａ  ゲートバルブ
４  天板
５  ＩＣＰコイル
６  天板カバー部
７  第１の高周波電源部
９  基板ステージ
１０  コイルカバー部
１２  ガス供給部
１３  圧力制御部
１５  トレイ
１５ａ  トレイ本体
１７  駆動機構
１８  トレイ押上ロッド
１９  基板収容孔
２１  基板支持部
２３  ステージ上部
２４  金属ブロック
２５  絶縁体
２８  トレイ支持部
２９  基板保持部
３０  ガイドリング
３１  保持面
４０  ＥＳＣ電極
４１  ＥＳＣ駆動電源部
４５  冷却ガス供給部
５１  レジスト
５２  デポ
５３  突起
５６  第２の高周波電源部
５９  冷却ユニット
７０  制御部
７１  操作・入力部
７２  表示部
７３  搬送処理部
７４  エッチング処理部
７５  クリーニング処理部
７６  除電処理部
７７  運転条件記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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