プラズマ処理装置
【課題】簡易な装置構成を有して小型化でありながら、基板やトレイ上におけるガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】ドライエッチング装置１のチャンバ５は頂壁８、底壁７、側壁９、端壁１１、及び開口端１２を備える一体構造のチャンバ本体６と、開口端１２を閉鎖する蓋体１６とを備える。処理対象物支持台２６のベース３１の側部３１ａには端壁１１と処理対象物支持台２６との間にガスが流れる十分な空間を確保する凹部５１が設けられている。
【解決手段】ドライエッチング装置１のチャンバ５は頂壁８、底壁７、側壁９、端壁１１、及び開口端１２を備える一体構造のチャンバ本体６と、開口端１２を閉鎖する蓋体１６とを備える。処理対象物支持台２６のベース３１の側部３１ａには端壁１１と処理対象物支持台２６との間にガスが流れる十分な空間を確保する凹部５１が設けられている。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置には、基板自体をチャンバ内に収容して処理するものだけでなく、複数の基板を搬送可能なトレイを利用することでバッチ処理を実現しているものもある。基板やトレイの大型化に伴い、プラズマ処理装置、特にチャンバが大型化している。基板やトレイが大型化すると、チャンバ内へ導入及び排出されるガスの流れや圧力の基板やトレイ上における分布に偏りが生じて不均一化し、処理特性（例えばエッチング特性）に分布が生じる。
【０００３】
基板やトレイ上におけるガスの流れや圧力分布の偏りをなくす主な対策としては、以下が知られている。第１の対策は、チャンバの基板やトレイが載置される下部電極の直下に、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）を含む排気機構を配置することである（特許文献１）。第２の対策は、複数の排気機構を設けることである（特許文献２）。第３の対策は、下部電極が配置される処理室とは別個の大型の排気室をチャンバ内に設けることである（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−５３１２６号
【特許文献２】特開２００４−４７５５８号
【特許文献３】特開平１１−４０５４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近時、特にＬＥＤ製造等の分野において、デバイスの低価格化がより一層求められている。しかし、第１の対策は、装置構成の複雑化及び大型化と、それに起因する設置コスト等の高コスト化を伴う。また、第１の対策では、トラブル発生時に排気機構のＴＭＰ内に異物が侵入する危険性がある。さらに、第２及び第３の対策も、装置構成の複雑化及び大型化と、それに起因する設置コスト等の高コスト化を伴う。以上のように、第１から第３の対策のいずれについても、装置構成の複雑化及び大型化による高コスト化を避けることができない。
【０００６】
本発明は、簡易な装置構成を有して小型でありながら、基板やトレイである処理対象物上におけるガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減し得るプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上下方向に互いに対向する頂壁及び底壁と、互いに対向する一対の側壁と、プラズマ処理の処理対象の搬入出口が設けられた一端側の端壁と、他端側の開口端とを備える一体構造のチャンバ本体と、前記チャンバ本体に固定されてプラズマを発生させるチャンバ室を画定するように前記開口端を閉鎖する蓋体と、前記チャンバ室の前記端壁側の領域である処理室内において前記底壁に配置された前記処理対象物を保持する処理対象物支持台と、前記処理対象物支持台の上方に設けられてプラズマ発生用のガスを前記チャンバ室内に供給するためのガス供給口と、前記チャンバ室の前記開口端側の領域である排気室において上記底壁に設けられた前記チャンバ室内の前記ガスを排気するための排気口と、前記処理対象物支持台の側部の少なくとも前記端壁及び前記側壁に対向する部位に設けられた第１の凹部とを備えるプラズマ処理装置を提供する。
【０００８】
処理対象物支持台の側部の少なくとも端壁及び側壁に対向する部位に凹部を設けることで、チャンバの外形寸法を拡大することなく、処理対象物支持台の側部と端壁及び側壁との間に円滑にガスが流れる空間を確保できる。その結果、処理対象物（基板やトレイ）上においてガス供給口から排気口に向かうガスの流れやガスの圧力分布に偏りをなくして均一化できる。また、一体構造のチャンバ本体に蓋体を固定した簡易な構成としたことでも、チャンバの外形寸法を必要最小限に抑制できる。つまり、簡易な装置構成を有して小型でありながら、処理対象物上におけるガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減できる。
【０００９】
前記端壁の内側面の前記搬入出口よりも下方側に設けられた第２の凹部を備えることが好ましい。
【００１０】
この構成により、チャンバの外形寸法を拡大することなく、処理対象物支持台の側部と端壁との間のガスが流れる空間をさらに拡大できる。その結果、処理対象物支持台の側部と端壁との間のガスの流れをより円滑にできる。
【００１１】
前記排気室における前記一対の側壁の内面間の間隔が一定であることが好ましい。
【００１２】
この構成によっても、排気室においてガス排気口に向かうガスの流れがさらに円滑化されるので、処理対象物上におけるガスの流れや圧力分布の偏りをより効果的に低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、処理対象物支持台の側部に凹部を設けると共に、一体構造のチャンバ本体に蓋体を固定してチャンバを構成している。これらにより、簡易な装置構成を有して小型でありながら、処理対象物（基板やトレイ）上におけるガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減し、処理対象物上におけるプラズマ処理の特性を均一化できるプラズマ処理装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るドライエッング装置を示す断面図。
【図２】図１のII−II線での断面図。
【図３】図１のIII−III線での断面図。
【図４】処理対象物支持台周辺の拡大断面図。
【図５Ａ】トレイが基板載置部の上方に位置する状態の模式断面図。
【図５Ｂ】トレイが基板載置部へ降下中の状態の模式断面図。
【図５Ｃ】トレイが基板載置部へ載置された状態の模式断面図。
【図６】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横断面図。
【図７】トレイ及び基板を示す分解斜視図。
【図８】比較例に係るプラズマ処理装置の模式的な横断面図。
【図９】基板上のエッチングレートの測定位置を示す模式平面図。
【図１０】段差Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を説明するための模式図。
【図１１】流速分布のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１２】圧力分布のシミュレーション結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１から図３は本発明の実施形態に係るドライエッチング装置１を示す。このドライエッチング装置１は後述するチャンバ室１７にトレイと共に搬入される基板を処理対象とするものである。図７を参照すると、トレイ２には７個の基板収容孔２ａが厚み方向に貫通するように設けられている。また、基板収容孔２ａの孔壁から基板支持部２ｂが突出している。基板収容孔２ａに収容された基板３は、下面の外周縁付近が基板支持部２ｂによって支持される。
【００１７】
図１から図３を参照すると、ドライエッチング装置１のチャンバ５は一体構造のチャンバ本体６を備える。本実施形態におけるチャンバ本体６は、概ね比較的細長い矩形箱状であり、内面が平坦な底壁７と、この底壁７の上方に間隔を隔てて対向して位置する内面が平坦な頂壁８とを備える。また、チャンバ本体６は、水平方向に間隔を隔てて互いに対向する一対の側壁９，９を備える。さらに、チャンバ本体６は一端に端壁１１を備える。この端壁１１には、隣接して設けられた搬送室１４から基板３（処理対象物）を収容したトレイ２を搬入出するための搬入出口１１ａが設けられている。搬入出口１１ａを開閉するゲート１３が設けられている。チャンバ本体６の他端（端壁１１と反対側の端部）には、壁は設けられておらず開口端１２が形成されている。
【００１８】
チャンバ本体６の開口端１２は、本実施形態では単なる板状である蓋体１６により閉鎖されている。蓋体１６はチャンバ本体６に固定されている。蓋体１６により開口端１２を閉鎖することで、チャンバ本体６の内部にはプラズマを発生させる減圧可能なチャンバ室１７が画定されている。
【００１９】
チャンバ本体６の頂壁８には端壁１１側の位置に取付孔８ａが設けられ、この取付孔８ａにインナーチャンバ１８が装着されている。インナーチャンバ１８は、薄肉の筒状部１８ａの上端にフランジ状部１８ｂを備え、全体として両端開口の筒状である。インナーチャンバ１８は、筒状部１８ａをチャンバ室１７内に差し込んだ状態でフランジ状部１８ｂがチャンバ５の頂壁８に固定されている。
【００２０】
インナーチャンバ１８の筒状部１８ａは、下端がチャンバ本体６の底壁７の内面よりも十分上方に位置する一方、上端の開口が誘電体板１９により閉鎖されている。誘電体板１９の上方には、上部電極としてのアンテナ（プラズマ源）２１が配置されている。アンテナ２１は第１の高周波電源２２Ａに電気的に接続されている。また、誘電体板１９の下面にはガス供給口として機能する複数のガスノズル１９ａが形成されている。これらのガスノズル１９ａは誘電体板１９内に形成された流路を介してプロセスガスのガス源２３に接続されている。
【００２１】
チャンバ室１７のうち端壁１１側の領域である処理室２５には、基板３がトレイ２と共に保持される処理対象物支持台２６が設けられている。一方、チャンバ室１７のうち開口端１２（蓋体１６で閉鎖されている）側の領域である排気室２７では、チャンバ室１７内のガスを排気するために底壁７を貫通する排気口７ａが設けられている。排気口７ａにはＴＭＰを含む排気機構２８が接続されている。
【００２２】
図４をさらに参照すると、処理対象物支持台２６は底壁７上に配置されている。処理対象物支持台２６のベース３１は全体としては短円柱状であり、下端が底壁７の内面に固定されている。ベース３１の上端には絶縁板３２（本実施形態ではセラミック製）、金属ブロック３３（本実施形態ではアルミニウム製）、及びステージ３４（本実施形態ではセラミック製）が積層されている。金属ブロック３３は第２の高周波電源２２Ｂに電気的に接続され、下部電極として機能する。絶縁板３２、金属ブロック３３、及びステージ３４は筒状のカバー３５（本実施形態ではアルミニウム製）に収容されており、最上層であるステージ３４はカバー３５の上端から外部に露出している。カバー３５の上端にはステージ３４の外周を取り囲むガイドリング３６が固定されている。
【００２３】
ステージ３４の上面３４ａには、トレイ２の基板収容孔２ａと対応する平面視で島状に隆起した７個の基板載置部３４ｂが設けられている。図５Ａから図５Ｃに示すように、基板３を収容したトレイ２は上方からステージ３４に向けて降下し、ステージ３４の上面３４ａにトレイ２の下面が支持されると共に、個々の基板載置部３４ｂが対応する基板収容孔２ａにトレイ２の下面側から進入する。基板載置部３４ｂの上端面は基板収容孔２ａの基板支持部２ｂから受け渡された基板３が載置される基板載置面３４ｃとして機能する。つまり、図５Ｃに示すように、基板載置面３４ｃに載置された基板３の下面は、トレイ２側の基板支持部２ｂからは浮き上がっている。
【００２４】
図４にのみ概念的に示すように、ステージ３４には、基板載置部３４ｂの上端面（基板載置面３４ｃ）付近に、基板３を静電吸着するための静電吸着用電極３８が備えられている。この静電吸着用電極３８には、駆動電源３９が電気的に接続されている。また、ステージ３４の冷却装置４１が設けられている。この冷却装置４１は、金属ブロック３３内に形成された冷媒流路３３ａと、温調された冷媒を冷媒流路３３ａ中で循環させる冷媒循環装置４２とを備える。さらに、個々の基板載置部３４ｂの基板載置面３４ｃには、伝熱ガス（例えばＨｅ）の供給孔３４ｄが設けられている。これらの供給孔３４ｄは共通の伝熱ガス源４３に接続されている。さらにまた、ステージ３４、金属ブロック３３、及び絶縁板３２を貫通するリフトピン４４が設けられている。このリフトピン４４は、ベース３１と底壁７を貫通する駆動ロッド４５、駆動ロッド４５を昇降させる駆動源４６、及び駆動ロッド４５が底壁７を貫通する部分を囲むベローズ４７を含む昇降機構４８によって昇降駆動される。このリフトピン４４はトレイ２の下面に当接してトレイ２をステージ３４の上面３４ａに対して昇降させる。
【００２５】
図１から図４を参照すると、処理対象物支持台２６のベース３１は単なる円柱状ではなく、側部３１ａに一定の深さと幅を有する凹部（第１の凹部）５１を設けている。この凹部５１は円筒面である側部３１ａを一周するように設けている。凹部５１を設けていることで、ベース３１は底壁７に固定された下側大径部３１ｂと、絶縁板３２、金属ブロック３３、及びステージ３４がその上に積層された上側大径部３１ｃを備えている。
【００２６】
図１及び図２を参照すると、チャンバ本体６の端壁１１の内側面は半円筒状である。より具体的には、チャンバ本体６の端壁１１の内側面は平面視で処理対象物支持台２６のベース３１の周囲に一定間隔をあけて配置された半円弧状である。端壁１１には前述のように搬入出口１１ａが設けられているが、この搬入出口１１ａよりも下方側の部分において端壁１１の内側面に一定の深さと幅を有する凹部（第２の凹部）５２が設けられている。
【００２７】
図１において符号ａで示す処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面の間隔は、ドライエッチング装置１の小型化の観点からは狭く設定することが好ましい。また、図１において符号ｂで示す端壁１１の厚みは、特に搬入出口１１ａが設けられている上方側では強度確保のために十分な厚さに設定する必要がある。チャンバ本体６の外形寸法をドライエッチング装置１の小型化の観点から一定とした場合、端壁１１の厚みが厚いほど処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面の間隔ａは狭くなる。一方、ガスノズル１９ａからチャンバ室１７（処理室２５）に供給されて排気口７ａによってチャンバ室１７（排気室２７）から排出されるプロセスガスの流れの円滑性を考慮すると、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にある程度の大きさの空間が形成されていることが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、まず処理対象物支持台２６のベース３１の側部３１ａに凹部５１を設けることで、チャンバ本体６の外形寸法を拡大することで間隔ａを拡げることなく、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる十分な空間を確保している。また、処理対象物支持台２６のベース３１だけでなく、端壁１１の内側面のうち搬入出口１１ａよりも下方側にも凹部５２を設けることで、強度確保が必要な搬入出口１１ａの部分における端壁１１の厚みｂを低減することなく、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる十分な空間を確保している。
【００２９】
図６に最も明瞭に示すように、チャンバ本体６の側壁９，９の内側面は互いに並行であり、チャンバ室１７の処理室２５と排気室２７はいずれも平面視での幅Ｗａ，Ｗｂが一定である。つまり、処理対象物支持台２６から排気口７ａに到るまでのチャンバ室１７の幅Ｗａ，Ｗｂが一定である。
【００３０】
次に、本実施形態のドライエッチング装置１の動作を説明する。
【００３１】
まず、トレイ２の基板収容孔２ａに基板３がそれぞれ収容される。トレイ２の基板支持部２ｂで支持された基板３は、基板収容孔２ａによりトレイ２の下面から露出している。基板３を収容済みのトレイ２は、図示しない搬送ロボットにより搬入出口１１ａからチャンバ室１７（処理室２５）内に搬入され、先端がステージ３４の上面３４ａよりも十分に上方に位置する位置まで突出したリフトピン４４に受け渡される。
【００３２】
続いて、リフトピン４４が降下することで、トレイ２は、外周がガイドリング３６により案内されつつステージ３４に向けて降下する。前述のようにトレイ２がステージ３４の上面３４ａに配置されると基板３はトレイ２の基板支持部２ｂから受け渡されて基板載置部３４ｂの上端面（基板載置面３４ｃ）に載置される。
【００３３】
次に、静電吸着用電極３８に対して駆動電源３９から直流電圧が印加され、基板載置部３４ｂの基板載置面３４ｃに基板３がそれぞれ静電吸着される。続いて、供給孔３４ｄを通って伝熱ガス源４３から伝熱ガスが供給される。その後、ガス源２３からのプロセスガスがガスノズル１９ａを通ってチャンバ２内に供給され、排気機構２８によりチャンバ室１７内は所定圧力に維持されるように制御される。続いて、高周波電源２２Ａからアンテナ２１に高周波電圧を印加してチャンバ室１７（処理室２５）にプラズマを発生させると共に、高周波電源２２Ｂにより処理対象物支持台２６側の金属ブロック３３にバイアスパワーを供給する。プロセスガスが誘導結合によりプラズマ化して基板３がエッチングされる。エッチング中は、冷媒循環装置４２によって冷媒流路３３ａ中で冷媒を循環させて金属ブロック３３を冷却し、それによってステージ３４が備える基板載置部２７Ａ〜２７Ｃの基板載置面３４ｃに保持された基板３を冷却する。基板３と基板載置面３４ｃとの間には伝熱ガスが供給されており、熱伝導性が良好であるので基板３を高効率で冷却しかつ高精度で温度制御できる。
【００３４】
前述のように処理対象物支持台２６のベース３１の側部３１ａと端壁１１の内側面とに凹部５１，５２を設けることで、チャンバ本体６の外形寸法を拡大することなく、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる十分な空間を確保している。そのため、ガスノズル１９ａからチャンバ室１７内に供給されたプロセスガスは図６において破線の矢印で示すように平面視で概ね一様に処理室２５から排気室２７に流れて排気口７ａから排気される。その結果、トレイ２と共に処理対象物支持台２６に配置された個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのプロセスガスの流れやプロセスガスの圧力分布に偏りをなくして均一化できる。このように流れや圧力分布が均一化されることで、個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのドライエッチング特性を均一化できる。
【００３５】
また、前述のようにチャンバ室１７の処理室２５と排気室２７はいずれも平面視での幅Ｗａ，Ｗｂが一定であるので、いわば処理室２５から排気室２７へ流れ排気口７ａから排出される空気の流れの流路の流路幅が一定である。この点でもプロセスガスの流れが概ね一様となり、個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのプロセスガスの流れやプロセスガスの圧力分布を均一化できる。
【００３６】
さらに、前述ようにチャンバ５は一体構造のチャンバ本体６に蓋体１６を固定した簡易な構成としたことでも、チャンバ５の外形施寸法を必要最小限に抑制できる。
【００３７】
以上のように、本実施形態のドライエッチング装置１は、簡易な装置構成を有して小型でありながら、個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減し、エッチング特性の均一化を図ることができる。
【００３８】
本実施形態では、処理対象物支持台２６のベース３１と端壁１１の内側面の両方に凹部５１，５２を設けている。しかし、処理対象物支持台２６のベース３１にのみ凹部５１を設けた構成でも処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる空間を確保する効果がある。また、本実施形態では、ベース３１の側部３１ａの全周に凹部５１を設けているが、側部３１ａの少なくとも端壁１１に対向する部位と、側壁９，９と対向する部位に凹部を設ければ、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる空間を確保する効果がある。また、本発明はトレイに収容して基板を搬送するものに限定されず、トレイを使用することなく基板を搬入出する通常のプラズマ処理装置にも適用できる。さらに、本発明は、実施形態のようなＩＣＰ型のドライエッチング装置に限定されず、平行平板型のドライエッチング装置にも適用可能であり、例えばＣＶＣ装置のような他のプラズマ処理装置にも適用できる。
【００３９】
本発明の効果を確認するための実験を行った。実験では、実施形態のドライエッチング装置１のように、処理対象物支持台２６と端壁１１に凹部５１，５２が形成され、かつチャンバ室１７の処理室２５と排気室２７はいずれも平面視での幅Ｗａ，Ｗｂが一定のものを使用した（実験例）。また、比較のために、図８に示すように、処理対象物支持台２６と端壁１１に凹部を設けておらず、かつチャンバ室１７の処理室２５の幅が排気室２７に向けて幅が漸次狭まっているものを使用した（比較例）。
【００４０】
図９に示すように、トレイ２（直径３４０mmで材質はSiC）に７枚の基板３を収容して、実験に供した。７枚の基板３はNo.１〜７で識別するものとする。中央にNo.1の基板３が位置し、その周囲をNo.2〜No.7の基板３が等角度間隔で取り囲んでいる。また、No.2とNo.7が搬入出口１１ａ側に位置し、No.４とNo.５の基板３が排気口７ａ側に位置している。
【００４１】
No.１〜７の基板３はいずれも、直径４inchで材質がサファイアである。図１０を参照すると、材質がサファイアの基板３の上に、GaN層１００を５．０μmの厚みで形成し、その上に部分的にフォトレジスト１０１を３．０μmの厚みで形成した。GaN層１０１はMOCVDで成膜したので、基板３全体が凸方向に、最大100μm程度の反りがあった。
【００４２】
ガス源２３から供給するプロセスガスはCl2とArの混合ガス（Cl2/Ar=１００/５０sccm、０．６Pa）を使用した、高周波電源２２Ａからアンテナ２１に供給する高周波電力を１５００Ｗ、高周波電力２２Ｂから処理対象物支持台２６（下部電極としての金属ブロック３３）に供給する直流電力１５００Wとした。静電吸着用電極３８には２０００Ｖの電圧を印加した。冷却装置４１により冷媒として供給するHeの供給圧は２０００Paとした。絶縁板（石英天板）の温度は１００℃、インナーチャンバ１８の温度は１００℃、処理対象物支持台（下部電極）２６の温度は１５℃であった。プラズマ処理を行う時間（エッチング時間）は２分間とした。
【００４３】
図１０を参照すると、前述の条件で実験例と実施例についてプラズマ処理を行い、エッチング前のフォトレジスト初期段差Ｄ１、エッチング終了後でフォトレジスト１０１を剥離する前のエッチング段差Ｄ２、及びフォトレジスト１０１を剥離した後の剥離後段差Ｄ３を測定した。測定には、表面段差測定器（ＫＬＡテンコール Ｐ−１０）を使用した。より具体的には、実験例と比較例の両方について、No.１の基板３（トレイ２の中央に位置する）、No.２の基板３（トレイ２の排気口７ａ、つまりTMP側に位置する）、及びNo.５の基板３（トレイ２の搬入出口１１ａ側に位置する）について、段差Ｄ１〜Ｄ３を測定した。より具体的には、No.１，２，５のそれぞれについて、５個の測定位置（Ｐ１〜Ｐ５）で段差Ｄ１〜Ｄ３を測定した。測定位置Ｐ３は基板３の中央に位置し、その周囲を４個の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５が等角度で間隔で取り囲んでいる。また、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５は基板３の端面から５mm離れている。
【００４４】
実験例及び比較例について、No.１，２，５の基板３の測定位置Ｐ１〜Ｐ３の測定結果に基づいてGaNエッチングレート（nm/min）、基板内均一性（±％）、及びトレイ内均一性（±％）の計算結果を後掲の表１と表２に示す。GaNエッチングレート（nm/min）は剥離後段差をエッチング時間で除したものである。基板内均一性（±％）は個々の基板３のGaNエッチングレート（nm/min）の最大値からGaNエッチングレート（nm/min）の最小値で引いた差を１００を乗じ、さらに２で除した値である。トレイ内均一性（±％）はNo.１，２，５の基板３のGaNエッチングレート（nm/min）の平均の最大値からNo.１，２，５の基板３のGaNエッチングレート（nm/min）の平均値の最小値で引いた差を１００を乗じ、さらに２で除した値である。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
表１(実験例)と表２（比較例）を比較すると、比較例では搬入出口１１ａ側の基板３(No.２)のGaNエッチングレートの平均値４８０(nm/min)で他の基板３（No.１，５）と比較して低い（No.１は５１４nm/minでNo.５は５０７nm/min）。これに対して、実験例ではNo.２のGaNエッチングレートの平均値４９５(nm/min)で他の基板３（No.１，５）と同程度である（No.１は４８９nm/minでNo.５は４９０nm/min）。つまり、本発明の構造を採用したことで、搬入出口１１ａ側の基板３(No.２)のGaNエッチングレートが低かったことが改善され、その結果トレイ内均一性が改善された。具体的には、本実験の場合には、比較例では約３．３（％）であったトレイ内均一性が約０．６（％）まで改善されている。
【００４８】
エッチング中の基板３上におけるプロセスガスの流速と、同じく圧力については３次元シミュレーションによる解析を行った。シミュレーションの条件は前述の実験の場合と同様である。なお、シミュレーションではあるが、本発明を実施した場合の例は前述の実験の場合との整合性を考慮して「実験例」とする。流速についてのシミュレーション結果を図１１に示し、圧力についてのシミュレーション結果を図１２に示す。
【００４９】
図１１を参照すると、比較例では排気口７ａ側で流速が速く、搬入出口１１ａ側で流速が遅い。これに対し、実験例では排気口７ａ側の流速が下がる一方、搬入出口１１ａ側では流速が上がることで、比較例と比べると流速分布の均一性が大幅に改善されている。
【００５０】
図１２を参照すると、比較例ではトレイ２内の領域において、多少の圧力勾配がある。これに対し、実験例ではトレイ２内の領域における圧力が比較例と比べて均一化され、圧力勾配がより小さくなっている。
【００５１】
以上のように、実験及びシミュレーションの結果からも、本発明を採用することによりエッチング処理（プラズマ処理）の均一性、流速の均一性、及び圧力の均一性が改善されることが確認できた。
【符号の説明】
【００５２】
１ ドライエッチング装置
２ トレイ
２ａ 基板収容孔
２ｂ 基板支持部
３ 基板
５ チャンバ
６ チャンバ本体
７ 底壁
７ａ 排気口
８ 頂壁
８ａ 取付孔
９ 側壁
１１ 端壁
１１ａ 搬入出口
１１ｂ 凹部
１２ 開口端
１３ ゲート
１４ 搬送室
１６ 蓋体
１７ チャンバ室
１８ インナーチャンバ
１８ａ 筒状部
１８ｂ フランジ状部
１９ 誘電体板
１９ａ ガスノズル
２１ アンテナ
２２Ａ，２２Ｂ 高周波電源
２３ ガス源
２５ 処理室
２６ 処理対象物支持台
２７ 排気室
２８ 排気機構
３１ ベース
３１ａ 側部
３１ｂ 下側大径部
３１ｃ 上側大径部
３２ 絶縁板
３３ 金属ブロック
３３ａ 冷媒流路
３４ ステージ
３４ａ 上面
３４ｂ 基板載置部
３４ｃ 基板載置面
３４ｄ 供給孔
３５ カバー
３６ ガイドリング
３８ 静電吸着用電極
３９ 駆動電源
４１ 冷却装置
４２ 冷媒循環装置
４３ 伝熱ガス源
４４ リフトピン
４５ 駆動ロッド
４６ 駆動源
４７ ベローズ
４８ 昇降機構
５１，５２ 凹部
１００ GaN層
１０１ フォトレジスト
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置には、基板自体をチャンバ内に収容して処理するものだけでなく、複数の基板を搬送可能なトレイを利用することでバッチ処理を実現しているものもある。基板やトレイの大型化に伴い、プラズマ処理装置、特にチャンバが大型化している。基板やトレイが大型化すると、チャンバ内へ導入及び排出されるガスの流れや圧力の基板やトレイ上における分布に偏りが生じて不均一化し、処理特性（例えばエッチング特性）に分布が生じる。
【０００３】
基板やトレイ上におけるガスの流れや圧力分布の偏りをなくす主な対策としては、以下が知られている。第１の対策は、チャンバの基板やトレイが載置される下部電極の直下に、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）を含む排気機構を配置することである（特許文献１）。第２の対策は、複数の排気機構を設けることである（特許文献２）。第３の対策は、下部電極が配置される処理室とは別個の大型の排気室をチャンバ内に設けることである（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−５３１２６号
【特許文献２】特開２００４−４７５５８号
【特許文献３】特開平１１−４０５４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近時、特にＬＥＤ製造等の分野において、デバイスの低価格化がより一層求められている。しかし、第１の対策は、装置構成の複雑化及び大型化と、それに起因する設置コスト等の高コスト化を伴う。また、第１の対策では、トラブル発生時に排気機構のＴＭＰ内に異物が侵入する危険性がある。さらに、第２及び第３の対策も、装置構成の複雑化及び大型化と、それに起因する設置コスト等の高コスト化を伴う。以上のように、第１から第３の対策のいずれについても、装置構成の複雑化及び大型化による高コスト化を避けることができない。
【０００６】
本発明は、簡易な装置構成を有して小型でありながら、基板やトレイである処理対象物上におけるガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減し得るプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上下方向に互いに対向する頂壁及び底壁と、互いに対向する一対の側壁と、プラズマ処理の処理対象の搬入出口が設けられた一端側の端壁と、他端側の開口端とを備える一体構造のチャンバ本体と、前記チャンバ本体に固定されてプラズマを発生させるチャンバ室を画定するように前記開口端を閉鎖する蓋体と、前記チャンバ室の前記端壁側の領域である処理室内において前記底壁に配置された前記処理対象物を保持する処理対象物支持台と、前記処理対象物支持台の上方に設けられてプラズマ発生用のガスを前記チャンバ室内に供給するためのガス供給口と、前記チャンバ室の前記開口端側の領域である排気室において上記底壁に設けられた前記チャンバ室内の前記ガスを排気するための排気口と、前記処理対象物支持台の側部の少なくとも前記端壁及び前記側壁に対向する部位に設けられた第１の凹部とを備えるプラズマ処理装置を提供する。
【０００８】
処理対象物支持台の側部の少なくとも端壁及び側壁に対向する部位に凹部を設けることで、チャンバの外形寸法を拡大することなく、処理対象物支持台の側部と端壁及び側壁との間に円滑にガスが流れる空間を確保できる。その結果、処理対象物（基板やトレイ）上においてガス供給口から排気口に向かうガスの流れやガスの圧力分布に偏りをなくして均一化できる。また、一体構造のチャンバ本体に蓋体を固定した簡易な構成としたことでも、チャンバの外形寸法を必要最小限に抑制できる。つまり、簡易な装置構成を有して小型でありながら、処理対象物上におけるガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減できる。
【０００９】
前記端壁の内側面の前記搬入出口よりも下方側に設けられた第２の凹部を備えることが好ましい。
【００１０】
この構成により、チャンバの外形寸法を拡大することなく、処理対象物支持台の側部と端壁との間のガスが流れる空間をさらに拡大できる。その結果、処理対象物支持台の側部と端壁との間のガスの流れをより円滑にできる。
【００１１】
前記排気室における前記一対の側壁の内面間の間隔が一定であることが好ましい。
【００１２】
この構成によっても、排気室においてガス排気口に向かうガスの流れがさらに円滑化されるので、処理対象物上におけるガスの流れや圧力分布の偏りをより効果的に低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、処理対象物支持台の側部に凹部を設けると共に、一体構造のチャンバ本体に蓋体を固定してチャンバを構成している。これらにより、簡易な装置構成を有して小型でありながら、処理対象物（基板やトレイ）上におけるガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減し、処理対象物上におけるプラズマ処理の特性を均一化できるプラズマ処理装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るドライエッング装置を示す断面図。
【図２】図１のII−II線での断面図。
【図３】図１のIII−III線での断面図。
【図４】処理対象物支持台周辺の拡大断面図。
【図５Ａ】トレイが基板載置部の上方に位置する状態の模式断面図。
【図５Ｂ】トレイが基板載置部へ降下中の状態の模式断面図。
【図５Ｃ】トレイが基板載置部へ載置された状態の模式断面図。
【図６】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横断面図。
【図７】トレイ及び基板を示す分解斜視図。
【図８】比較例に係るプラズマ処理装置の模式的な横断面図。
【図９】基板上のエッチングレートの測定位置を示す模式平面図。
【図１０】段差Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を説明するための模式図。
【図１１】流速分布のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１２】圧力分布のシミュレーション結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１から図３は本発明の実施形態に係るドライエッチング装置１を示す。このドライエッチング装置１は後述するチャンバ室１７にトレイと共に搬入される基板を処理対象とするものである。図７を参照すると、トレイ２には７個の基板収容孔２ａが厚み方向に貫通するように設けられている。また、基板収容孔２ａの孔壁から基板支持部２ｂが突出している。基板収容孔２ａに収容された基板３は、下面の外周縁付近が基板支持部２ｂによって支持される。
【００１７】
図１から図３を参照すると、ドライエッチング装置１のチャンバ５は一体構造のチャンバ本体６を備える。本実施形態におけるチャンバ本体６は、概ね比較的細長い矩形箱状であり、内面が平坦な底壁７と、この底壁７の上方に間隔を隔てて対向して位置する内面が平坦な頂壁８とを備える。また、チャンバ本体６は、水平方向に間隔を隔てて互いに対向する一対の側壁９，９を備える。さらに、チャンバ本体６は一端に端壁１１を備える。この端壁１１には、隣接して設けられた搬送室１４から基板３（処理対象物）を収容したトレイ２を搬入出するための搬入出口１１ａが設けられている。搬入出口１１ａを開閉するゲート１３が設けられている。チャンバ本体６の他端（端壁１１と反対側の端部）には、壁は設けられておらず開口端１２が形成されている。
【００１８】
チャンバ本体６の開口端１２は、本実施形態では単なる板状である蓋体１６により閉鎖されている。蓋体１６はチャンバ本体６に固定されている。蓋体１６により開口端１２を閉鎖することで、チャンバ本体６の内部にはプラズマを発生させる減圧可能なチャンバ室１７が画定されている。
【００１９】
チャンバ本体６の頂壁８には端壁１１側の位置に取付孔８ａが設けられ、この取付孔８ａにインナーチャンバ１８が装着されている。インナーチャンバ１８は、薄肉の筒状部１８ａの上端にフランジ状部１８ｂを備え、全体として両端開口の筒状である。インナーチャンバ１８は、筒状部１８ａをチャンバ室１７内に差し込んだ状態でフランジ状部１８ｂがチャンバ５の頂壁８に固定されている。
【００２０】
インナーチャンバ１８の筒状部１８ａは、下端がチャンバ本体６の底壁７の内面よりも十分上方に位置する一方、上端の開口が誘電体板１９により閉鎖されている。誘電体板１９の上方には、上部電極としてのアンテナ（プラズマ源）２１が配置されている。アンテナ２１は第１の高周波電源２２Ａに電気的に接続されている。また、誘電体板１９の下面にはガス供給口として機能する複数のガスノズル１９ａが形成されている。これらのガスノズル１９ａは誘電体板１９内に形成された流路を介してプロセスガスのガス源２３に接続されている。
【００２１】
チャンバ室１７のうち端壁１１側の領域である処理室２５には、基板３がトレイ２と共に保持される処理対象物支持台２６が設けられている。一方、チャンバ室１７のうち開口端１２（蓋体１６で閉鎖されている）側の領域である排気室２７では、チャンバ室１７内のガスを排気するために底壁７を貫通する排気口７ａが設けられている。排気口７ａにはＴＭＰを含む排気機構２８が接続されている。
【００２２】
図４をさらに参照すると、処理対象物支持台２６は底壁７上に配置されている。処理対象物支持台２６のベース３１は全体としては短円柱状であり、下端が底壁７の内面に固定されている。ベース３１の上端には絶縁板３２（本実施形態ではセラミック製）、金属ブロック３３（本実施形態ではアルミニウム製）、及びステージ３４（本実施形態ではセラミック製）が積層されている。金属ブロック３３は第２の高周波電源２２Ｂに電気的に接続され、下部電極として機能する。絶縁板３２、金属ブロック３３、及びステージ３４は筒状のカバー３５（本実施形態ではアルミニウム製）に収容されており、最上層であるステージ３４はカバー３５の上端から外部に露出している。カバー３５の上端にはステージ３４の外周を取り囲むガイドリング３６が固定されている。
【００２３】
ステージ３４の上面３４ａには、トレイ２の基板収容孔２ａと対応する平面視で島状に隆起した７個の基板載置部３４ｂが設けられている。図５Ａから図５Ｃに示すように、基板３を収容したトレイ２は上方からステージ３４に向けて降下し、ステージ３４の上面３４ａにトレイ２の下面が支持されると共に、個々の基板載置部３４ｂが対応する基板収容孔２ａにトレイ２の下面側から進入する。基板載置部３４ｂの上端面は基板収容孔２ａの基板支持部２ｂから受け渡された基板３が載置される基板載置面３４ｃとして機能する。つまり、図５Ｃに示すように、基板載置面３４ｃに載置された基板３の下面は、トレイ２側の基板支持部２ｂからは浮き上がっている。
【００２４】
図４にのみ概念的に示すように、ステージ３４には、基板載置部３４ｂの上端面（基板載置面３４ｃ）付近に、基板３を静電吸着するための静電吸着用電極３８が備えられている。この静電吸着用電極３８には、駆動電源３９が電気的に接続されている。また、ステージ３４の冷却装置４１が設けられている。この冷却装置４１は、金属ブロック３３内に形成された冷媒流路３３ａと、温調された冷媒を冷媒流路３３ａ中で循環させる冷媒循環装置４２とを備える。さらに、個々の基板載置部３４ｂの基板載置面３４ｃには、伝熱ガス（例えばＨｅ）の供給孔３４ｄが設けられている。これらの供給孔３４ｄは共通の伝熱ガス源４３に接続されている。さらにまた、ステージ３４、金属ブロック３３、及び絶縁板３２を貫通するリフトピン４４が設けられている。このリフトピン４４は、ベース３１と底壁７を貫通する駆動ロッド４５、駆動ロッド４５を昇降させる駆動源４６、及び駆動ロッド４５が底壁７を貫通する部分を囲むベローズ４７を含む昇降機構４８によって昇降駆動される。このリフトピン４４はトレイ２の下面に当接してトレイ２をステージ３４の上面３４ａに対して昇降させる。
【００２５】
図１から図４を参照すると、処理対象物支持台２６のベース３１は単なる円柱状ではなく、側部３１ａに一定の深さと幅を有する凹部（第１の凹部）５１を設けている。この凹部５１は円筒面である側部３１ａを一周するように設けている。凹部５１を設けていることで、ベース３１は底壁７に固定された下側大径部３１ｂと、絶縁板３２、金属ブロック３３、及びステージ３４がその上に積層された上側大径部３１ｃを備えている。
【００２６】
図１及び図２を参照すると、チャンバ本体６の端壁１１の内側面は半円筒状である。より具体的には、チャンバ本体６の端壁１１の内側面は平面視で処理対象物支持台２６のベース３１の周囲に一定間隔をあけて配置された半円弧状である。端壁１１には前述のように搬入出口１１ａが設けられているが、この搬入出口１１ａよりも下方側の部分において端壁１１の内側面に一定の深さと幅を有する凹部（第２の凹部）５２が設けられている。
【００２７】
図１において符号ａで示す処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面の間隔は、ドライエッチング装置１の小型化の観点からは狭く設定することが好ましい。また、図１において符号ｂで示す端壁１１の厚みは、特に搬入出口１１ａが設けられている上方側では強度確保のために十分な厚さに設定する必要がある。チャンバ本体６の外形寸法をドライエッチング装置１の小型化の観点から一定とした場合、端壁１１の厚みが厚いほど処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面の間隔ａは狭くなる。一方、ガスノズル１９ａからチャンバ室１７（処理室２５）に供給されて排気口７ａによってチャンバ室１７（排気室２７）から排出されるプロセスガスの流れの円滑性を考慮すると、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にある程度の大きさの空間が形成されていることが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、まず処理対象物支持台２６のベース３１の側部３１ａに凹部５１を設けることで、チャンバ本体６の外形寸法を拡大することで間隔ａを拡げることなく、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる十分な空間を確保している。また、処理対象物支持台２６のベース３１だけでなく、端壁１１の内側面のうち搬入出口１１ａよりも下方側にも凹部５２を設けることで、強度確保が必要な搬入出口１１ａの部分における端壁１１の厚みｂを低減することなく、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる十分な空間を確保している。
【００２９】
図６に最も明瞭に示すように、チャンバ本体６の側壁９，９の内側面は互いに並行であり、チャンバ室１７の処理室２５と排気室２７はいずれも平面視での幅Ｗａ，Ｗｂが一定である。つまり、処理対象物支持台２６から排気口７ａに到るまでのチャンバ室１７の幅Ｗａ，Ｗｂが一定である。
【００３０】
次に、本実施形態のドライエッチング装置１の動作を説明する。
【００３１】
まず、トレイ２の基板収容孔２ａに基板３がそれぞれ収容される。トレイ２の基板支持部２ｂで支持された基板３は、基板収容孔２ａによりトレイ２の下面から露出している。基板３を収容済みのトレイ２は、図示しない搬送ロボットにより搬入出口１１ａからチャンバ室１７（処理室２５）内に搬入され、先端がステージ３４の上面３４ａよりも十分に上方に位置する位置まで突出したリフトピン４４に受け渡される。
【００３２】
続いて、リフトピン４４が降下することで、トレイ２は、外周がガイドリング３６により案内されつつステージ３４に向けて降下する。前述のようにトレイ２がステージ３４の上面３４ａに配置されると基板３はトレイ２の基板支持部２ｂから受け渡されて基板載置部３４ｂの上端面（基板載置面３４ｃ）に載置される。
【００３３】
次に、静電吸着用電極３８に対して駆動電源３９から直流電圧が印加され、基板載置部３４ｂの基板載置面３４ｃに基板３がそれぞれ静電吸着される。続いて、供給孔３４ｄを通って伝熱ガス源４３から伝熱ガスが供給される。その後、ガス源２３からのプロセスガスがガスノズル１９ａを通ってチャンバ２内に供給され、排気機構２８によりチャンバ室１７内は所定圧力に維持されるように制御される。続いて、高周波電源２２Ａからアンテナ２１に高周波電圧を印加してチャンバ室１７（処理室２５）にプラズマを発生させると共に、高周波電源２２Ｂにより処理対象物支持台２６側の金属ブロック３３にバイアスパワーを供給する。プロセスガスが誘導結合によりプラズマ化して基板３がエッチングされる。エッチング中は、冷媒循環装置４２によって冷媒流路３３ａ中で冷媒を循環させて金属ブロック３３を冷却し、それによってステージ３４が備える基板載置部２７Ａ〜２７Ｃの基板載置面３４ｃに保持された基板３を冷却する。基板３と基板載置面３４ｃとの間には伝熱ガスが供給されており、熱伝導性が良好であるので基板３を高効率で冷却しかつ高精度で温度制御できる。
【００３４】
前述のように処理対象物支持台２６のベース３１の側部３１ａと端壁１１の内側面とに凹部５１，５２を設けることで、チャンバ本体６の外形寸法を拡大することなく、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる十分な空間を確保している。そのため、ガスノズル１９ａからチャンバ室１７内に供給されたプロセスガスは図６において破線の矢印で示すように平面視で概ね一様に処理室２５から排気室２７に流れて排気口７ａから排気される。その結果、トレイ２と共に処理対象物支持台２６に配置された個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのプロセスガスの流れやプロセスガスの圧力分布に偏りをなくして均一化できる。このように流れや圧力分布が均一化されることで、個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのドライエッチング特性を均一化できる。
【００３５】
また、前述のようにチャンバ室１７の処理室２５と排気室２７はいずれも平面視での幅Ｗａ，Ｗｂが一定であるので、いわば処理室２５から排気室２７へ流れ排気口７ａから排出される空気の流れの流路の流路幅が一定である。この点でもプロセスガスの流れが概ね一様となり、個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのプロセスガスの流れやプロセスガスの圧力分布を均一化できる。
【００３６】
さらに、前述ようにチャンバ５は一体構造のチャンバ本体６に蓋体１６を固定した簡易な構成としたことでも、チャンバ５の外形施寸法を必要最小限に抑制できる。
【００３７】
以上のように、本実施形態のドライエッチング装置１は、簡易な装置構成を有して小型でありながら、個々の基板５間及び個々の基板５の異なる位置間でのガスの流れや圧力分布の偏りを効果的に低減し、エッチング特性の均一化を図ることができる。
【００３８】
本実施形態では、処理対象物支持台２６のベース３１と端壁１１の内側面の両方に凹部５１，５２を設けている。しかし、処理対象物支持台２６のベース３１にのみ凹部５１を設けた構成でも処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる空間を確保する効果がある。また、本実施形態では、ベース３１の側部３１ａの全周に凹部５１を設けているが、側部３１ａの少なくとも端壁１１に対向する部位と、側壁９，９と対向する部位に凹部を設ければ、処理対象物支持台２６と端壁１１の内側面との間にプロセスガスが流れる空間を確保する効果がある。また、本発明はトレイに収容して基板を搬送するものに限定されず、トレイを使用することなく基板を搬入出する通常のプラズマ処理装置にも適用できる。さらに、本発明は、実施形態のようなＩＣＰ型のドライエッチング装置に限定されず、平行平板型のドライエッチング装置にも適用可能であり、例えばＣＶＣ装置のような他のプラズマ処理装置にも適用できる。
【００３９】
本発明の効果を確認するための実験を行った。実験では、実施形態のドライエッチング装置１のように、処理対象物支持台２６と端壁１１に凹部５１，５２が形成され、かつチャンバ室１７の処理室２５と排気室２７はいずれも平面視での幅Ｗａ，Ｗｂが一定のものを使用した（実験例）。また、比較のために、図８に示すように、処理対象物支持台２６と端壁１１に凹部を設けておらず、かつチャンバ室１７の処理室２５の幅が排気室２７に向けて幅が漸次狭まっているものを使用した（比較例）。
【００４０】
図９に示すように、トレイ２（直径３４０mmで材質はSiC）に７枚の基板３を収容して、実験に供した。７枚の基板３はNo.１〜７で識別するものとする。中央にNo.1の基板３が位置し、その周囲をNo.2〜No.7の基板３が等角度間隔で取り囲んでいる。また、No.2とNo.7が搬入出口１１ａ側に位置し、No.４とNo.５の基板３が排気口７ａ側に位置している。
【００４１】
No.１〜７の基板３はいずれも、直径４inchで材質がサファイアである。図１０を参照すると、材質がサファイアの基板３の上に、GaN層１００を５．０μmの厚みで形成し、その上に部分的にフォトレジスト１０１を３．０μmの厚みで形成した。GaN層１０１はMOCVDで成膜したので、基板３全体が凸方向に、最大100μm程度の反りがあった。
【００４２】
ガス源２３から供給するプロセスガスはCl2とArの混合ガス（Cl2/Ar=１００/５０sccm、０．６Pa）を使用した、高周波電源２２Ａからアンテナ２１に供給する高周波電力を１５００Ｗ、高周波電力２２Ｂから処理対象物支持台２６（下部電極としての金属ブロック３３）に供給する直流電力１５００Wとした。静電吸着用電極３８には２０００Ｖの電圧を印加した。冷却装置４１により冷媒として供給するHeの供給圧は２０００Paとした。絶縁板（石英天板）の温度は１００℃、インナーチャンバ１８の温度は１００℃、処理対象物支持台（下部電極）２６の温度は１５℃であった。プラズマ処理を行う時間（エッチング時間）は２分間とした。
【００４３】
図１０を参照すると、前述の条件で実験例と実施例についてプラズマ処理を行い、エッチング前のフォトレジスト初期段差Ｄ１、エッチング終了後でフォトレジスト１０１を剥離する前のエッチング段差Ｄ２、及びフォトレジスト１０１を剥離した後の剥離後段差Ｄ３を測定した。測定には、表面段差測定器（ＫＬＡテンコール Ｐ−１０）を使用した。より具体的には、実験例と比較例の両方について、No.１の基板３（トレイ２の中央に位置する）、No.２の基板３（トレイ２の排気口７ａ、つまりTMP側に位置する）、及びNo.５の基板３（トレイ２の搬入出口１１ａ側に位置する）について、段差Ｄ１〜Ｄ３を測定した。より具体的には、No.１，２，５のそれぞれについて、５個の測定位置（Ｐ１〜Ｐ５）で段差Ｄ１〜Ｄ３を測定した。測定位置Ｐ３は基板３の中央に位置し、その周囲を４個の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５が等角度で間隔で取り囲んでいる。また、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５は基板３の端面から５mm離れている。
【００４４】
実験例及び比較例について、No.１，２，５の基板３の測定位置Ｐ１〜Ｐ３の測定結果に基づいてGaNエッチングレート（nm/min）、基板内均一性（±％）、及びトレイ内均一性（±％）の計算結果を後掲の表１と表２に示す。GaNエッチングレート（nm/min）は剥離後段差をエッチング時間で除したものである。基板内均一性（±％）は個々の基板３のGaNエッチングレート（nm/min）の最大値からGaNエッチングレート（nm/min）の最小値で引いた差を１００を乗じ、さらに２で除した値である。トレイ内均一性（±％）はNo.１，２，５の基板３のGaNエッチングレート（nm/min）の平均の最大値からNo.１，２，５の基板３のGaNエッチングレート（nm/min）の平均値の最小値で引いた差を１００を乗じ、さらに２で除した値である。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
表１(実験例)と表２（比較例）を比較すると、比較例では搬入出口１１ａ側の基板３(No.２)のGaNエッチングレートの平均値４８０(nm/min)で他の基板３（No.１，５）と比較して低い（No.１は５１４nm/minでNo.５は５０７nm/min）。これに対して、実験例ではNo.２のGaNエッチングレートの平均値４９５(nm/min)で他の基板３（No.１，５）と同程度である（No.１は４８９nm/minでNo.５は４９０nm/min）。つまり、本発明の構造を採用したことで、搬入出口１１ａ側の基板３(No.２)のGaNエッチングレートが低かったことが改善され、その結果トレイ内均一性が改善された。具体的には、本実験の場合には、比較例では約３．３（％）であったトレイ内均一性が約０．６（％）まで改善されている。
【００４８】
エッチング中の基板３上におけるプロセスガスの流速と、同じく圧力については３次元シミュレーションによる解析を行った。シミュレーションの条件は前述の実験の場合と同様である。なお、シミュレーションではあるが、本発明を実施した場合の例は前述の実験の場合との整合性を考慮して「実験例」とする。流速についてのシミュレーション結果を図１１に示し、圧力についてのシミュレーション結果を図１２に示す。
【００４９】
図１１を参照すると、比較例では排気口７ａ側で流速が速く、搬入出口１１ａ側で流速が遅い。これに対し、実験例では排気口７ａ側の流速が下がる一方、搬入出口１１ａ側では流速が上がることで、比較例と比べると流速分布の均一性が大幅に改善されている。
【００５０】
図１２を参照すると、比較例ではトレイ２内の領域において、多少の圧力勾配がある。これに対し、実験例ではトレイ２内の領域における圧力が比較例と比べて均一化され、圧力勾配がより小さくなっている。
【００５１】
以上のように、実験及びシミュレーションの結果からも、本発明を採用することによりエッチング処理（プラズマ処理）の均一性、流速の均一性、及び圧力の均一性が改善されることが確認できた。
【符号の説明】
【００５２】
１ ドライエッチング装置
２ トレイ
２ａ 基板収容孔
２ｂ 基板支持部
３ 基板
５ チャンバ
６ チャンバ本体
７ 底壁
７ａ 排気口
８ 頂壁
８ａ 取付孔
９ 側壁
１１ 端壁
１１ａ 搬入出口
１１ｂ 凹部
１２ 開口端
１３ ゲート
１４ 搬送室
１６ 蓋体
１７ チャンバ室
１８ インナーチャンバ
１８ａ 筒状部
１８ｂ フランジ状部
１９ 誘電体板
１９ａ ガスノズル
２１ アンテナ
２２Ａ，２２Ｂ 高周波電源
２３ ガス源
２５ 処理室
２６ 処理対象物支持台
２７ 排気室
２８ 排気機構
３１ ベース
３１ａ 側部
３１ｂ 下側大径部
３１ｃ 上側大径部
３２ 絶縁板
３３ 金属ブロック
３３ａ 冷媒流路
３４ ステージ
３４ａ 上面
３４ｂ 基板載置部
３４ｃ 基板載置面
３４ｄ 供給孔
３５ カバー
３６ ガイドリング
３８ 静電吸着用電極
３９ 駆動電源
４１ 冷却装置
４２ 冷媒循環装置
４３ 伝熱ガス源
４４ リフトピン
４５ 駆動ロッド
４６ 駆動源
４７ ベローズ
４８ 昇降機構
５１，５２ 凹部
１００ GaN層
１０１ フォトレジスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に互いに対向する頂壁及び底壁と、互いに対向する一対の側壁と、プラズマ処理の処理対象の搬入出口が設けられた一端側の端壁と、他端側の開口端とを備える一体構造のチャンバ本体と、
前記チャンバ本体に固定されてプラズマを発生させるチャンバ室を画定するように前記開口端を閉鎖する蓋体と、
前記チャンバ室の前記端壁側の領域である処理室内において前記底壁に配置された前記処理対象物を保持する処理対象物支持台と、
前記処理対象物支持台の上方に設けられてプラズマ発生用のガスを前記チャンバ室内に供給するためのガス供給口と、
前記チャンバ室の前記開口端側の領域である排気室において上記底壁に設けられた前記チャンバ室内の前記ガスを排気するための排気口と、
前記処理対象物支持台の側部の少なくとも前記端壁及び前記側壁に対向する部位に設けられた第１の凹部と、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記端壁の内側面の前記搬入出口よりも下方側に設けられた第２の凹部を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記排気室における前記一対の側壁の内面間の間隔が一定であ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。
【請求項１】
上下方向に互いに対向する頂壁及び底壁と、互いに対向する一対の側壁と、プラズマ処理の処理対象の搬入出口が設けられた一端側の端壁と、他端側の開口端とを備える一体構造のチャンバ本体と、
前記チャンバ本体に固定されてプラズマを発生させるチャンバ室を画定するように前記開口端を閉鎖する蓋体と、
前記チャンバ室の前記端壁側の領域である処理室内において前記底壁に配置された前記処理対象物を保持する処理対象物支持台と、
前記処理対象物支持台の上方に設けられてプラズマ発生用のガスを前記チャンバ室内に供給するためのガス供給口と、
前記チャンバ室の前記開口端側の領域である排気室において上記底壁に設けられた前記チャンバ室内の前記ガスを排気するための排気口と、
前記処理対象物支持台の側部の少なくとも前記端壁及び前記側壁に対向する部位に設けられた第１の凹部と、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記端壁の内側面の前記搬入出口よりも下方側に設けられた第２の凹部を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記排気室における前記一対の側壁の内面間の間隔が一定であ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−９８５２０（Ｐ２０１３−９８５２０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３２６８（Ｐ２０１１−２４３２６８）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]