(57)【要約】【課題】プラズマ処理中にウエハだけでなくトレイの冷却も可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】まず、トレイ１１に空けられた開口１１ａにウエハ１０を入れ、トレイ１１の下面に設けられた保持部材１３によりウエハ１０の下面周縁を保持する。次に、そのトレイ１１と静電チャックである下部電極１２を近づけ、下部電極１２に形成された凹部１４に保持部材１３を挿入し、下部電極１２のトレイ載置部にトレイ１１を載置し、ウエハ載置部にウエハ１０を載置する。次に、静電チャックによりウエハ１０及びトレイ１１を保持しつつ、ウエハ１０及びトレイ１１を冷却機構により冷却する。この状態でウエハ１０をプラズマ処理すれば、プラズマ処理中にウエハ１０とトレイ１１の両方が冷却されるため、ウエハ１０の中心部と外周部で温度差が生じにくくエッチングの均一性が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャックに対してウエハを搬送するための搬送用トレイを備えたプラズマ処理装置において、
前記トレイは、前記ウエハが収容される開口と、前記トレイの下面に下方に延びるように設けられ前記開口に収容されたウエハの下面周縁を保持する保持部材とを備え、
前記静電チャックは、前記トレイが載置されるトレイ載置部と、前記トレイ載置部に前記トレイが載置されたときに前記保持部材が入り込む凹部と、前記ウエハが載置されるウエハ載置部とを有し、
前記ウエハ載置部及び前記トレイ載置部の各々に冷却機構が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記保持部材に保持されたウエハの下面が、前記トレイのうち前記開口及び前記保持部材以外の下面と同じかそれよりも低い位置となるように前記保持部材が構成され、
前記トレイ載置部と前記ウエハ載置部の上面の高さ位置が同じ位置であ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】
前記保持部材が、前記開口の周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記冷却機構が、
前記ウエハ載置部及び前記トレイ載置部に形成された冷却ガス導入溝と、
前記冷却ガス導入溝に冷却ガスを導入するために該冷却ガス導入溝に設けられた冷却ガス導入孔と
を有するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記静電チャックの静電チャック電極が、前記ウエハ載置部及び前記トレイ載置部の両方にまたがるように配置されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う方法であって、
前記トレイの開口にウエハを収容して前記静電チャックに前記ウエハを搬送する工程と、
前記トレイを前記トレイ載置部に載置し、前記ウエハを前記ウエハ載置部に載置する工程と、
前記トレイ載置部及び前記ウエハ載置部を冷却しつつプラズマ処理する工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
GaNの結晶成長時の欠陥を低減させたり、あるいは、LEDの光取り出し効率を高めるために、GaNを堆積する前のサファイア基板に予め凹凸を形成することが行われている（特許文献１）。この凹凸を形成する方法として高密度プラズマエッチングが用いられるが、サファイア基板は硬く加工が困難であるため高いパワーでプラズマエッチングを行う必要がある。そうすると、プラズマ処理中にサファイア基板から大量の熱が生じるためその熱を排出してサファイア基板を冷却することが必要となる。
【０００３】
高密度プラズマエッチングは減圧した反応容器内で行われるため、熱は主に基板の載置台を介して排出される。このとき、サファイア基板とその載置台とが十分に密着していないと熱伝達の効率が悪くサファイア基板が高熱となりフォトレジストが変形したり焼けてしまいパターン通りにサファイア基板を加工できないという問題がある。
【０００４】
特許文献２や３には下面が開口した基板保持部を複数有する穴開きトレイで多数枚の基板を下部電極上面のチャック領域に搬送して、クーロン力によって基板と下部電極とを密着して冷却効率を高めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003-318441号公報
【特許文献２】特開2006-066417号公報
【特許文献３】特開2007-109770号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２や３ではウエハ裏面を冷却することは考慮されているが、トレイ裏面を冷却することは考慮されていない。そのため、プラズマ処理中にウエハとトレイとの温度差が大きくなり、ウエハの外周部分がトレイからの熱による影響を受けることになる。この結果、ウエハ外周部のフォトレジストが焼けてしまったり、ウエハの中心部分と外周部分とでエッチング速度にバラツキが生じて均一なエッチングができないという問題が生じる。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するために成されたものであり、その目的は、プラズマ処理中にウエハだけでなくトレイの冷却も可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ処理装置は、
静電チャックに対してウエハを搬送するための搬送用トレイを備えたプラズマ処理装置において、
前記トレイは、前記ウエハが収容される開口と、前記トレイの下面に下方に延びるように設けられ前記開口に収容されたウエハの下面周縁を保持する保持部材とを備え、
前記静電チャックは、前記トレイが載置されるトレイ載置部と、前記トレイ載置部に前記トレイが載置されたときに前記保持部材が入り込む凹部と、前記ウエハが載置されるウエハ載置部とを有し、
前記ウエハ載置部及び前記トレイ載置部の各々に冷却機構が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ処理方法は、
上記プラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行う方法であって、
前記トレイの開口にウエハを収容して前記静電チャックに前記ウエハを搬送する工程と、
前記トレイを前記トレイ載置部に載置し、前記ウエハを前記ウエハ載置部に載置する工程と、
前記トレイ載置部及び前記ウエハ載置部を冷却しつつプラズマ処理する工程と
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、まず、ウエハ搬送用のトレイに空けられた開口にウエハを入れ、トレイの下面に設けられた保持部材によりウエハの下面周縁を保持する。次に、そのトレイと静電チャックを近づけ、静電チャックに形成された凹部に保持部材を挿入し、静電チャックのトレイ載置部にトレイを載置し、ウエハ載置部にウエハを載置する。次に、静電チャックによりウエハ及びトレイを保持しつつ、ウエハ及びトレイを冷却機構により冷却する。この状態でウエハをプラズマ処理すれば、プラズマ処理中にウエハとトレイの両方が冷却されるため、ウエハの中心部と外周部で温度差が生じにくくエッチングの均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置のトレイ及び下部電極を説明する図であり、(ａ)はトレイ載置前の縦断面図、(ｂ)はトレイ載置後の縦断面図である。
【図２】トレイの平面図。
【図３】下部電極の平面図。
【図４】下部電極の拡大縦断面図。
【図５】凹部を横切る位置における下部電極の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施例について図面を参照しつつ説明する。本実施例のプラズマ処理装置は、ウエハ１０を搬送するためのトレイ１１と、搬送されたウエハ１０を保持するとともにプラズマ発生用の電極としても機能する下部電極１２とを備える。
【００１３】
ウエハ１０を搬送するトレイ１１は、図１のように、ウエハ１０の直径と略同一の直径の３個の開口１１ａを有する。トレイ１１の下面には開口１１ａの周縁部から下方に突出する例えば３本の保持部材１３が設けられている。保持部材１３の先端は開口の中心に向かって突出しており、搬送時はこの突出部１３ａでウエハ１０が保持される。ウエハ１０としては例えばサファイア基板、窒化ガリウムや炭化ケイ素などの化合物半導体基板、シリコン基板、または、ガラス基板が挙げられる。
【００１４】
保持部材１３は、突出部１３ａの上面がトレイ下面１１ｂよりも低い位置になるように構成されている。図２のように、本実施例では保持部材１３はウエハ１０の外周の一部を保持しているが、ウエハ１０の外周全体を保持するように環状にしてもよい。ただし、下部電極１２の上面に設ける後述の凹部１４を小さくできるという点では、保持部材１３及び突出部１３ａはできるだけ小さい方が良い。凹部１４が小さいと、その分、下部電極１２に後述するウエハ冷却ガス導入溝１５を多く形成することができるため、ウエハ１０の冷却効果が高い。
【００１５】
下部電極１２の上面は、図３のように、ウエハ１０の載置位置であるウエハ載置部１６と、それ以外の領域でありトレイ１１の載置位置であるトレイ載置部１７に分かれており、それらの上面は同一平面にある。ウエハ載置部１６は、トレイ１１裏面から突出した保持部材１３が挿入される凹部１４を有する。図１(ｂ)に示すように、凹部１４はトレイ１１裏面から突出した保持部材１３の突出距離よりも深い。このため、保持部材１３を凹部１４に挿入し、トレイ１１を降下させることにより、トレイ１１の下面１１ｂを下部電極１２の上面に当接させることができる。このとき、開口１１ａ内のウエハ１０は下部電極１２のウエハ載置部１６（チャック領域）に載置される。なお、この状態でトレイ１１の上面とウエハ１０の上面は同一平面にあることが望ましい。これにより、ウエハ１０の中心部と外周部のエッチング量がより均一になる。
【００１６】
図３、４のように、下部電極１２の各ウエハ載置部１６にはウエハ１０を冷却するためのヘリウムガスの導入口であるウエハ冷却ガス導入孔１８、および、ウエハ冷却ガス導入孔１８から導入されたヘリウムガスの流路となるウエハ冷却ガス導入溝１５が設けられている。また、トレイ載置部１７にはトレイ１１を冷却するためのヘリウムガスの導入口であるトレイ冷却ガス導入孔１９、および、トレイ冷却ガス導入孔１９から導入されたヘリウムガスの流路となるトレイ冷却ガス導入溝２０が設けられている。このように下部電極１２の上面全体に冷却機構を設け、ウエハ１０及びトレイ１１の各裏面を冷却することによって、プラズマ処理中にウエハ１０とトレイ１１の温度差が生じないようにすることができ、これによりウエハ１０の中心部と外周部でエッチングの均一性が向上する。
【００１７】
図４、５に示すように、下部電極１２の内部には、ウエハ１０及びトレイ１１を静電チャックするための櫛形の静電チャック電極２１が埋設されている。静電チャック電極２１は、ウエハ載置部１６及びトレイ載置部１７の両方にまたがるように配置されている。本実施例のプラズマ処理装置ではウエハ載置部１６とトレイ載置部１７が同一面なので、静電チャック電極２１の配置設計が容易にでき、下部電極１２の内部構造を簡略化することができる。
静電チャック電極２１は凹部１４の底面よりも深い位置であってもよく、図４に示すように凹部１４の底面と下部電極１２の表面（ウエハ載置部１６とトレイ載置部１７の表面）の間の高さでもよい。但し、後者の場合、静電チャック電極２１の配置によっては、凹部１４を避けるために静電チャック電極２１を部分的に穴抜き加工する必要がある。
下部電極１２の製造時には、平坦な上面に凹部１４や冷却ガス導入溝１５、２０等を形成するだけでよいため、各ウエハ載置部１６を同じ高さにすることは容易であり、エッチング斑（エッチング差）の発生を抑えることができる。
なお、特許文献２や３に記載のプラズマ処理装置では、下部電極上面の島状に突出した部分のそれぞれにウエハ載置部が設けられているため、ウエハ載置部毎に別個の静電チャック電極を設ける必要があり、下部電極内部の構造が複雑化する。また、各ウエハ載置部を同じ高さ（突出量）で加工するのが困難であり、ウエハ間でエッチング斑（エッチング差）が生じやすいという問題がある。
【００１８】
トレイ１１については、アルミニウム製のものや金属が裏打ちされている樹脂製のものはトレイ１１裏面に対する静電チャック電極２１によるチャック効果が大きいので、トレイ１１をトレイ載置面に強い力で密着できトレイ１１の冷却効果が向上する。これによりウエハ１０とトレイ１１の温度差をより生じにくくすることができ、ウエハ１０の中心部と外周部でエッチングの均一性が向上する。
また、トレイ１１はアルミナ等のセラミック製のものであってもよい。従来のプラズマ処理装置では処理中にトレイのウエハ近傍部とそれ以外の部分で温度差が生じやすいため、セラミック製のトレイでは割れ等の破損が生じやすいが、本実施例のプラズマ処理装置ではウエハとトレイの双方が冷却されるため、トレイ全体の温度ばらつきを抑えることができ、セラミック製のトレイであっても破損しにくい。
【００１９】
次に、上記プラズマ処理装置を用いてウエハ１０をエッチングしたときの実施例について説明する。
ウエハ１０には、上面の全域にフォトレジストによる所定形状のレジストパターンを有するサファイア基板を用い、それらをアルミナ製のトレイ１１の各開口１１ａに一枚ずつ収容した。
【００２０】
つぎに、トレイ１１をプラズマ処理装置の反応容器内に設けられた下部電極１２の上方に搬送し、トレイ１１の保持部材１３を下部電極１２の凹部１４に挿入しながらトレイ１１を降下させ、ウエハ１０をウエハ載置部１６に載置し、トレイ１１をトレイ載置部１７に載置した。
【００２１】
つぎに、下部電極１２内に埋め込まれた静電チャック電極２１に500Vの電圧を印加して直流電流を流し、クーロン力によってウエハ１０及びトレイ１１を下部電極１２に固定した。
【００２２】
つぎに、ウエハ載置部１６およびトレイ載置部１７に設けられた冷却ガス導入孔１８、１９から冷却ガス導入溝１５、２０に約2000Paのヘリウムガスを導入してウエハ１０およびトレイ１１の冷却を開始した。
【００２３】
つぎに、エッチングガスを反応容器内に導入し、ICPコイルおよび下部電極１２に所定の高周波電力を印加してガスをプラズマ化してウエハ１０のエッチングを開始した。エッチングガスにはCl2とSiCl4を用い、Cl2の流量を50sccm、SiCl4の流量を5sccmとし、圧力を0.6Paとした。ICPとバイアスの電力はそれぞれ800W、500Wとし、周波数は13.56MHzとした。
【００２４】
その後、165秒経過後にエッチング処理を終了し、冷却ガスの導入および静電チャック電極２１への通電を停止した。その後、トレイ１１を上方に上昇させてウエハ１０を持ち上げ、トレイ１１を反応容器外に搬送した。
【００２５】
プラズマ処理後のウエハ１０を取り出してウエハ１０中心部と外周部のエッチング量を測定したところ、その差は3％以内であった。
【００２６】
比較のために、トレイ載置部１７には冷却ガスを流さずにウエハ載置部１６にのみ冷却ガスを導入してサファイア基板をプラズマ処理することも行った。このとき、冷却ガス以外の条件は上記実施例と同様にした。この比較例では、プラズマ処理中にウエハ１０外周部のレジストが焼けてしまいウエハ１０外周部では所望のエッチング処理ができなかった。これはトレイ１１の冷却を行わなかったためにトレイ１１の温度が上昇したことが原因と考えられる。
【００２７】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。例えば、トレイ１１に空ける開口１１ａの数は３個に限らず、１個や２個、４個以上であってもよい。また、保持部材１３の突出部１３ａの上面はトレイ１１の下面と同じ高さでもよい。下部電極１２の凹部１４は保持部材１３の突出距離と同じ深さでもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１０…ウエハ
１１…トレイ
１１ａ…開口
１１ｂ…トレイ下面
１２…下部電極
１３…保持部材
１３ａ…突出部
１４…凹部
１５…ウエハ冷却ガス導入溝
１６…ウエハ載置部
１７…トレイ載置部
１８…ウエハ冷却ガス導入孔
１９…トレイ冷却ガス導入孔
２０…トレイ冷却ガス導入溝
２１…静電チャック電極
【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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