(57)【要約】【課題】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、選択比を向上させて、凹凸構造の高アスペクト比化や微細化を実現すること。【解決手段】サファイア基板の処理方法は、チャンバ内において、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に対して、ＢＣｌ３が主体のガスにメチレン基若しくはメチル基を含有する化合物若しくはＣｘＨｙ（式中、ｘは１若しくは２であり、ｙは２若しくは４である）を含有する炭化水素を含む処理ガスを混合した混合ガスを用い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、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、フッ素系ガスと酸素とを混合した混合ガスによりプラズマ処理を行って除去する第２プラズマ処理工程とを有する。【選択図】図１
2013254903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内において、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に対して、ＢＣｌ３が主体のガスにメチレン基若しくはメチル基を含有する化合物若しくはＣｘＨｙ（式中、ｘは１若しくは２であり、ｙは２若しくは４である）を含有する炭化水素を含む処理ガスを混合した混合ガスを用い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、
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、フッ素系ガスと酸素とを混合した混合ガスによりプラズマ処理を行って除去する第２プラズマ処理工程とを有する、サファイア基板のプラズマ処理方法。
【請求項２】
トレイの基板支持部にその縁部が支持された状態にてチャンバ内に搬入されたサファイア基板を、基板ステージに対して載置して、サファイア基板の縁部とトレイの基板支持部との間に隙間を形成した状態とする基板載置工程をさらに有し、
基板載置工程は、第１プラズマ処理工程の前に実施され、
第１プラズマ処理工程は、基板載置工程によりサファイア基板の縁部とトレイの基板支持部との間に隙間を形成した状態にて実施され、
第２プラズマ処理工程は、サファイア基板の縁部とトレイの基板支持部との間の隙間が減少された状態にて実施される、請求項１に記載のサファイア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、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部分に円錐状または円錐台状の複数の突起から成る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】
近年、ＬＥＤデバイスにおいて、デバイスからの光の外部取出し効率をさらに向上させるために、ＰＳＳにおいて凹凸構造の高アスペクト比化や微細化が求められている。このように凹凸構造の高アスペクト比化や微細化を図るためには、エッチング処理における選択比（サファイア基板のエッチングレート／レジスト膜のエッチングレート）を高める必要がある。
【０００６】
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、サファイアから発生するＯとＣｌとによりレジスト膜がエッチングされる。そのため、プロセス条件の最適化を図っても、高い選択比を得ることができない。
【０００７】
また、凹凸構造を微細化するためにマスクパターンを微細化すると、レジスト膜自体が脆弱となるため、選択比を向上させることが難しい。
【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、凹凸構造の高アスペクト比化や微細化を実現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、チャンバ内において、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に対して、ＢＣｌ３が主体のガスにメチレン基若しくはメチル基を含有する化合物若しくはＣｘＨｙ（式中、ｘは１若しくは２であり、ｙは２若しくは４である）を含有する炭化水素を含む処理ガスを混合した混合ガスを用い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、
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、フッ素系ガスと酸素とを混合した混合ガスによりプラズマ処理を行って除去する第２プラズマ処理工程とを有する、サファイア基板のプラズマ処理方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、トレイの基板支持部にその縁部が支持された状態にてチャンバ内に搬入されたサファイア基板を、基板ステージに対して載置して、サファイア基板の縁部とトレイの基板支持部との間に隙間を形成した状態とする基板載置工程をさらに有し、
基板載置工程は、第１プラズマ処理工程の前に実施され、
第１プラズマ処理工程は、基板載置工程によりサファイア基板の縁部とトレイの基板支持部との間に隙間を形成した状態にて実施され、
第２プラズマ処理工程は、サファイア基板の縁部とトレイの基板支持部との間の隙間が減少された状態にて実施される、第１態様に記載の基板のプラズマ処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、ＢＣｌ３が主体のガスに、メチレン基若しくはメチル基を含有する化合物若しくはＣｘＨｙ（式中、ｘは１若しくは２であり、ｙは２若しくは４である）を含有する炭化水素を含む処理ガスを混合した混合ガスを用いて、サファイア基板に対するプラズマ処理を行うことにより、前記処理ガスを混合しない場合に比べて高い選択比を得ることができる。よって、ＰＳＳの凹凸構造に対して、高アスペクト比化または微細化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施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】エッチング処理方法の手順を示すフローチャート
【図６】模式例１と模式例２との凹凸構造の対比説明図
【図７】エッチング処理時のトレイ、基板および基板ステージを示す説明図
【図８】クリーニング処理時のトレイ、基板および基板ステージを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
本発明の実施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。
【００１６】
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上にはＩＣＰコイル５が配置されている。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。
【００１７】
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（例えば、ＣＨ２Ｆ２、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、Ａｒ、Ｏ２、ＳＦ６）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の開閉動作ならびに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。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。
【００１８】
次に、本実施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。
【００１９】
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）、炭化シリコン（ＳｉＣ）等のセラミックス材や各種アルミニウム等の金属がある。なお、本実施形態では、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。また、トレイ１５の上面に、トレイ本体１５ａとは異なる材質（例えば、石英）からなるカバー部材が配置されるような場合であっても良い。
【００２０】
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。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（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）。本実施形態では、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図１に示すように、基板ステージ９は、セラミッ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）の内径Ｒ２よりも小さく設定されており、また、基板２の外径Ｒ３よりも小さく設定されている。
【００２６】
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（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）となる。
【００２７】
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、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。
【００２８】
図１に示すように、それぞれの基板保持部２９の上面（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の上面と基板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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、その上端がステージ上部２３のトレイ支持部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。
【００３２】
上述したドライエッチング装置１が備えるそれぞれの構成部の動作は、他の構成部の動作と関連付けられながら、統括的に、ドライエッチング装置１が備える制御部（図示せず）により制御される。
【００３３】
また、本実施形態のドライエッチング装置１では、基板２として例えば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。
【００３４】
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、複数のサファイア基板２に対してエッチング処理を行う方法について、図５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。
【００３５】
（基板載置処理）
まず、図５のフローチャートにおける基板載置処理（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、４個の基板収容孔１９にサファイア基板２がそれぞれ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、開放されたゲートバルブ３ａを通ってチャンバ３内に搬入する。
【００３６】
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、ハンド部はチャンバ３外に待避し、ゲートバルブ３ａが閉鎖される。
【００３７】
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。トレイ押上ロッド１８の降下に伴いトレイ１５も降下され、その後、トレイ１５の下面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に向けて降下する途中において、サファイア基板２の下面が、基板保持部２９の上端面である保持面３１に当接する。サファイア基板２が基板保持部２９の保持面３１に載置されると、それぞれのサファイア基板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とサファイア基板２との間に隙間が形成された状態となる。
【００３８】
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（駆動電圧）を印加する。
【００３９】
（エッチング処理（第１プラズマ処理））
次に、エッチング処理（ステップＳ２）を実施する。具体的には、ガス供給部１２からチャンバ３内にエッチング処理用のガスとして、ＢＣｌ３が主体のガスに、処理ガスとしてＣＨ２Ｆ２を混合した混合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。
【００４０】
チャンバ３内にプラズマが発生することにより、サファイア基板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にサファイア基板２が静電吸着される。その後、それぞれの基板保持部２９の保持面３１とサファイア基板２の下面との間に存在する空間内に、冷却ガス供給部４５から冷却ガス供給口４４を通して、冷却ガスが所定の圧力で供給され、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することで、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、サファイア基板２に対するエッチング処理が行われて、サファイア基板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枚のサファイア基板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。
【００４１】
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を冷却することで、ステージ上部２３及び保持面３１に保持されたサファイア基板２が冷却される。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サファイア基板２に対するエッチング処理が完了する。その後、冷却ガス供給部４５からの冷却ガスの供給を停止する。
【００４２】
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６（Ａ）〜（Ｅ）の説明図を用いて説明する。
【００４３】
まず、本実施形態のように、エッチング処理用のガスとしてＣＨ２Ｆ２を混合した混合ガスを用いる例（模式例１）について説明する。図６（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、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。
【００４４】
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サファイア基板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、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、サファイア基板２の表面と同様に、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、イオンエッチングに加えて、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。
【００４５】
さらに、エッチングの進行に伴い、デポ（フッ化アルミニウムなど、ＣＨ基がプラズマ重合して生じたポリマーやレジスト由来のカーボン系の反応生成物）５２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６（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の上面を徐々に覆いながら広がっていく。このようにして、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６（Ｃ）参照）。
【００４６】
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６（Ｄ）参照）。
【００４７】
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６（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Ｈ４および幅Ｗ４を有し、高さＨ４／幅Ｗ４がアスペクト比となっている。エッチング処理における選択比が高くなる程、高アスペクト比の突起５３を形成することができる。
【００４８】
また、本実施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ＣＨ２Ｆ２ガスを所定の混合比率（例えば、ＣＨ２Ｆ２ガスの添加率が１７．６％）にて混合した混合ガスが用いられる。そのため、ＢＣｌ３が主体のガスのみ（すなわち、ＣＨ２Ｆ２ガスを混合しない）でエッチング処理を行う場合に比して、選択比を高くすることができ、その結果、高アスペクト比の突起５３を有する凹凸構造を形成することができる。
【００４９】
また、サファイアは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の単結晶であるため、ＣＨ２Ｆ２ガスのようなフッ素系のガスを混合させてエッチング処理を行うと、フッ化アルミニウムやＣＨ基がプラズマ重合して生じたポリマーが発生してデポとして装置内に付着して堆積する。そのため、ＣＨ２Ｆ２ガスを混合して用いる模式例１では、ＣＨ２Ｆ２ガスを混合しない例（模式例２）に比して、デポの付着量が多くなる。
【００５０】
具体的には、図６（Ｂ）に示すように、模式例２ではレジスト１５１の側面に付着するデポ１５２は僅かであり、図６（Ｃ）の状態では、突起１５３の側面（テーパ面）に付着していたデポ１５２が消滅している。これに対して、模式例１では、突起５３の側面へのデポ５２の付着量が比較例１に比して多く、サファイア基板２のエッチングの進行に伴って、デポ５２が広がっている（図６（Ｂ）〜（Ｃ）参照）。そのため、デポ５２により覆われるサファイアの範囲が広くなり、形成される突起５３を大型化できる（図６（Ｄ）〜（Ｅ）参照）。
【００５１】
模式例１において、図６（Ｂ）〜（Ｅ）に示すそれぞれの状態における突起５３の底面の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４は、対応する状態における模式例２の突起１５３の底面の幅Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３よりも大きくなっている。さらに模式例１にて最終的に形成された円錐状の突起５３の高さＨ４は、模式例２の突起１５３の高さＨ１３よりも高くなっている。
【００５２】
また、突起５３の幅Ｗの大きさを、バイアスの大きさや圧力等を調整してエッチングの異方性を制御することで調整することができる。本発明の方法では、選択比を大きくすることができるため、突起５３の幅Ｗの調整代に余裕が生まれ、高さと幅の比率が最適な凹凸構造を有するＰＳＳが得やすくなる。
【００５３】
本実施形態のＣＨ２Ｆ２ガスを混合して用いる模式例１では、図６（Ａ）のレジスト５１の初期高さｈ／幅Ｗ＝２．３μｍ／１．８μｍに対して、図６（Ｅ）に示すサファイア基板２の突起５３は、エッチング形状高さＨ４／幅Ｗ４＝１．７μｍ／２．５μｍの高アスペクト比の形状を形成することができた。
【００５４】
次に、このようなエッチング処理が行われた直後のサファイア基板２およびトレイ１５の状態を図７の説明図に示す。図７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上にサファイア基板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とサファイア基板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Ｓが設けられている。この隙間Ｓは、装置構成の寸法と比較して微小な領域であるため、このような状態にてエッチング処理を行うと、サファイア基板２の縁部２ａの下面近傍（部分Ａ）や、サファイア基板２の縁部２ａにより隠れてしまっているトレイ１５の基板支持部２１の上面２１ａ近傍（部分Ｂ）には、プラズマが比較的侵入し難い。したがって、これらの部分に、エッチング処理による副生成物であるデポが付着して残り易くなる。
【００５５】
一方で、エッチング処理をさらに継続すると、隙間Ｓに対するプラズマの侵入量が徐々に増加する。隙間Ｓに侵入したプラズマは、隙間Ｓの奥に配置された基板保持部２９の側面２６にも到達する場合がある。さらに、隙間Ｓ近傍に付着しているデポがこのプラズマによって運搬されることにより、基板保持部２９の側面２６へ再付着する。再付着したデポは処理を重ねるごとに堆積し、さらに堆積が進むと基板保持部２９の上面に回り込む。デポが基板保持部２９の上面に回り込むと、サファイア基板２と基板保持部２９との間に隙間が生じ、その隙間から冷却ガスとして供給されるＨｅガスがリークする。Ｈｅガスのリークにより、Ｈｅガスの供給を制御する冷却ガス供給部４５が制御限界に至り、サファイア基板２表面（特にサファイア基板２の周縁部分）のＰＳＳ加工の形状に影響を及ぼすおそれがある。あるいは、基板保持部２９によるサファイア基板２の確実な保持が阻害されたり、サファイア基板２とデポとの接触によりコンタミネーションが生じる可能性もある。
【００５６】
（トレイ高さ変更処理）
このような側面２６へのデポの堆積を抑制するために、サファイア基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１との間の隙間Ｓを減少させた状態とする。具体的には、エッチング処理が完了し、エッチング処理用のガスの供給およびＥＳＣ電極４０への直流電圧の印加を停止した後、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（トレイ高さ変更処理）。図８に示すように、トレイ押上ロッド１８の上端によりトレイ１５の下面１５ｃが押し上げられ、サファイア基板２の縁部２ａとトレイ１５の基板支持部２１との間の隙間Ｓが減少された状態となる。例えば、基板保持部２９の側面２６への副生成物の付着を抑制する位置までトレイ１５を上昇させて、隙間Ｓを減少させることが好ましい。
【００５７】
（クリーニング処理（第２プラズマ処理））
トレイ高さ変更処理の後、クリーニング処理を実施する（ステップＳ３）。すなわち、ガス供給部１２からチャンバ３内にエッチング処理用のガスとは異なる種類のクリーニング処理用のガス、具体的にはＳＦ６にＯ２を添加した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。このプラズマによりサファイア基板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。
【００５８】
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、付着しているデポを効果的に除去できる。
【００５９】
また、クリーニング処理前のトレイ高さ変更処理により、縁部２ａの下面と基板支持部２１との間の隙間Ｓは減少されている。このように隙間Ｓが減少された状態でのクリーニング処理によれば、デポが側面２６へ再付着するのを抑制することができる。
【００６０】
その後、所定時間が経過すると、クリーニング処理用のガスの供給を停止して、サファイア基板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。
【００６１】
本実施形態において、クリーニング処理前のエッチング処理では、選択比を高めるためのガスとして、Ｃを含むＣＨ２Ｆ２が混合されている。よって、エッチング処理により生じるデポの成分もＣリッチになる。一方で、その後のクリーニング処理に用いられるガスにはＳＦ６ガスが添加されている。ＳＦ６のようなフッ素系ガスによれば、成分がＣ（炭素）主体のデポをより多く除去することができる。このように、ＳＦ６を添加したガスを用いてクリーニング処理を行うことにより、Ｃを多く含むデポを効果的に除去することができる。
【００６２】
（トレイ搬出処理）
クリーニング処理が終わると、チャンバ３内からそれぞれのサファイア基板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Ｓ４）。具体的には、圧力の調整およびＥＳＣ電極４０への直流電流の印加の停止を行った後、それぞれのトレイ押上ロッド１８をさらに上昇させる。これにより、トレイ１５の基板支持部２１とサファイア基板２の縁部２ａの下面とが接触して、それぞれのサファイア基板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。そのままトレイ押上ロッド１８を押上位置まで（トレイ１５を搬送高さまで）上昇させる。なお、このトレイ搬出処理の際に、サファイア基板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を行っても良い。
【００６３】
その後、搬送機構により、ゲートバルブ３ａを通して、トレイ１５に支持された状態のサファイア基板２が搬出される。
【００６４】
このように本実施形態のサファイア基板２に対するプラズマ処理方法によれば、エッチング処理において、ＢＣｌ３主体のガスに、処理ガスとしてＣＨ２Ｆ２を混合した混合ガスを用いているため、サファイア基板表面の凹凸構造において、高い選択比を得ることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、サファイア基板２に対するエッチング処理をサファイア基板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行い、その後、クリーニング処理を実施している。これにより、エッチング処理の際にサファイア基板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、クリーニング処理時に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。したがって、複数のサファイア基板２をその後トレイ１５に収容させた状態にてチャンバ３から搬出する際に、トレイ１５とサファイア基板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。
【００６６】
また、クリーニング処理においては、ＳＦ６、ＮＦ３、ＳＦ４等のようなフッ素系ガス（本実施形態ではＳＦ６を使用）と酸素とを混合した混合ガスを用いてプラズマ処理を行うため、エッチング処理に起因してチャンバ３内壁に付着したＣ成分の多いデポを、フッ素系ガスによって効果的に除去することができる。これにより、チャンバ３内壁に付着したデポからパーティクルが生じてＰＳＳ上の異物が増加することを抑制することができる。さらには、チャンバ３内壁に付着したデポからのデガスによるコンディション変化に伴う特性の変動や、チャンバ３内壁から剥がれたデポが基板ステージ９上に堆積することにより生じる特性異常も抑制することができる。また、これらの効果に伴って、ウェットメンテナンスサイクルを低下させることができるとともに、チャンバ３開放時に内部のデポを取り除くための時間（ダウンタイム）も少なくすることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、縁部２ａの下面と基板支持部２１との間の隙間Ｓを減少させた状態にてクリーニング処理を実施している。これにより、縁部２ａや基板支持部２１に付着した副生成物のデポがエッチング処理の際に側面２６に再付着することを抑制しつつ、プラズマを用いて、効果的にデポを除去することができる。再付着の抑制により、側面２６に堆積したデポが基板保持部２９上に回りこんでサファイア基板２と基板保持部２９との間に隙間が生じることも抑制されるため、その隙間からのＨｅガスのリークによるサファイア基板２表面のＰＳＳ加工形状への影響を低減することができる。これにより、基板保持部２９によるサファイア基板２の確実な保持を確保するとともに、コンタネーションの発生を抑制することができる。結果的に、ドライエッチング装置１のメンテナンスサイクルを延ばすことができる。
【００６８】
なお、上述したクリーニング処理時のエッチングガスに添加される処理ガスとしては、ＣＨ２Ｆ２と同様の特性を持つ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２Ｃｌ２などのガスであっても良い。すなわち、本実施形態によるサファイア基板のプラズマ処理方法に適用可能な処理ガスとしては、メチレン基若しくはメチル基を含有する化合物またはＣｘＨｙ（式中、ｘは１若しくは２であり、ｙは２若しくは４である）を含有する炭化水素を含む処理ガスなどが含まれる（言い換えれば、炭化水素若しくはハロゲン化炭化水素のうち１個または２個の炭素原子と２〜４個の水素原子とを含有する化合物を含む処理ガス、あるいは、ＣｐＨｑＸｒ（式中、ｐは１若しくは２であり、ｑは２〜４の整数であり、ｒは０〜２の整数である）を含有する炭化水素若しくはハロゲン化炭化水素を含む処理ガス、あるいは、メチレン基若しくはメチル基を含有する化合物または１個若しくは２個の炭素原子と２個若しくは４個の水素原子とを含有する炭化水素を含む処理ガス）。
【００６９】
また、本実施形態のエッチング処理方法において、サファイア基板２としてサファイア基板を用いて処理を行う場合には、それぞれの処理の運転条件は、一例として、次のように設定することができる。これらの運転条件は、制御部７０の運転条件記憶部７７に予め記憶される。
【００７０】
エッチング処理：
処理ガス種・流量：          ＢＣｌ３、１４０ｃｃ／ＣＨ２Ｆ２、３０ｃｃ
処理圧力：                  ０．５５Ｐａ
ＩＣＰコイル印加パワー：    １６００Ｗ
バイアス：                  １３００Ｗ
ＥＳＣ電極への印加電圧：    ２．５ｋＶ
冷却ガス圧力：              ２．６ｋＰａ
処理時間：                  １５ｍｉｎ
【００７１】
クリーニング処理：
処理ガス種・流量：          Ｏ２、２００ｃｃ／ＳＦ６、１５０ｃｃ
処理圧力：                  ８Ｐａ
ＩＣＰコイル印加パワー：    １８００Ｗ
バイアス：                  ０Ｗ
ＥＳＣ電極への印加電圧：    ０ｋＶ
冷却ガス圧力：              ０ｋＰａ
処理時間：                  ３ｍｉｎ
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態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、本実施形態では、クリーニング処理の開始前にトレイ高さ変更処理を実施する場合について説明したが、クリーニング処理の途中でトレイ高さ変更処理を実施しても良い。
【００７３】
また、本実施形態では、隙間Ｓを減少させた状態にてクリーニング処理を行う場合について説明したが、隙間Ｓをなくした状態、すなわちサファイア基板２の縁部２ａが基板支持部２１の上面２１ａにより支持された状態にて、クリーニング処理を行うようにしても良い。
【００７４】
さらには、トレイ高さ変更処理を省略して、隙間Ｓを減少させない状態にて、クリーニング処理を行うようにしても良い。このような場合であっても、チャンバ内壁に付着したデポをクリーニング処理により効果的に除去することができる。したがって、隙間Ｓを減少させる場合と同様に、パーティクルによるＰＳＳ上の異物の増加や、デガスによるコンディション変化に伴う特性の変動、剥がれたデポが基板ステージ９上に堆積することにより生じる特性異常、ウェットメンテナンスサイクルの増加、さらにはチャンバ３開放時に内部のデポを取り除くダウンタイムの増加を抑制することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、ＢＣｌ３が主体のガスへのＣＨ２Ｆ２ガスの混合比率が１７．６％である場合について説明したが、混合比率はこれだけに限らない。ＣＨ２Ｆ２ガスの量とデポの量、およびエッチングガスであるＢＣｌ３主体のガス量とエッチングレートの関係などを考慮すると、ＣＨ２Ｆ２ガスの混合割合は５％〜２５％の範囲内が好ましく、１０％〜２０％の範囲内とすることがより好ましい。
【００７６】
また、本実施形態では、ＥＳＣ電極４０を用いて、基板２のみを静電吸着する場合について説明したが、これに限らず例えば、基板２とともに、トレイ１５も合わせて静電吸着するＥＳＣ電極４０を採用しても良い。プラズマ処理により熱くなったトレイ１５においては、エッチングガスなどに起因してデポが付着することがあるが、そのような場合、デポを取り除くためトレイ１５を洗浄する必要がある。これを防止するために、基板２だけでなくトレイ１５もあわせて静電吸着することによりトレイ１５と金属ブロック２４との密着性を向上させて、金属ブロック２４によってトレイ１５を冷却させやすくする。このようにトレイ１５の冷却効果を高めることにより、トレイ１５においてエッチングガスなどに起因して付着するデポの発生を抑制し、洗浄頻度を少なくすることができる。
【００７７】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施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】
【００７８】
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】
【００７９】
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
２６  側面
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
【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７】
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【図８】
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