ウエハ処理装置
【課題】プラズマエッチング装置において、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるようにして保持することを可能とする。
【解決手段】ウエハに対する処理を行うためのチャンバーのステージ上にウエハーを載置してウエハの処理を行うプラズマエッチング装置において、該ウエハーＷａを、該ウエハが該ステージとしての下部電極１２０ａ上に固定されるよう保持するウエハ保持部としてのクランプ部１１０と、該下部電極上に固定されたウエハーＷａの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該下部電極は、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状となるよう構成されている。
【解決手段】ウエハに対する処理を行うためのチャンバーのステージ上にウエハーを載置してウエハの処理を行うプラズマエッチング装置において、該ウエハーＷａを、該ウエハが該ステージとしての下部電極１２０ａ上に固定されるよう保持するウエハ保持部としてのクランプ部１１０と、該下部電極上に固定されたウエハーＷａの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該下部電極は、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状となるよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ処理装置に関し、特に、プラズマエッチングなどのウエハ処理装置における、ウエハを載置するステージとしての下部電極の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のドライエッチング装置では、ウエハステージである下部電極上に載置したウェハをクランプで押さえることにより、ドライエッチング装置内でウェハを固定している。
【０００３】
図３は、例えば、特許文献１に開示のエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
【０００４】
図３において、チャンバ１には、エッチングガスを導入するガス導入管２および反応ガスを排出するガス排気管３が設けられている。
【０００５】
また、チャンバ１には、チャンバ１内でプラズマＰ１を発生させる上部電極４および下部電極７が設けられ、上部電極４はＲＦ電源１３に接続されるとともに、下部電極７は絶縁層６を介してウェハ載置台５上に設置され、下部電極７内には、ウェハＷを加熱するヒータ８が内蔵されている。
【０００６】
また、下部電極７上には、ウェハクランプ９を昇降させるクランプリフタ１２を介してリング状のウェハクランプ９が設けられ、ウェハクランプ９には、ウェハを点接触で上から押さえる爪部材９ａが設けられている。
【０００７】
また、ウェハクランプ９には、ウェハクランプ９を加熱するヒータ１０が内蔵されるとともに、爪部材９ａの先端には、ウェハクランプ９またはウェハＷの温度を検出するサーミスタ１１が取り付けられている。
【０００８】
図４（ａ）は、図３のウェハクランプの概略構成を示す平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【０００９】
図４において、ウェハクランプ９は、ウェハＷの外周に対応してリング状に構成され、ウェハクランプ９の内周には、ウェハＷの外周部分を点接触で押さえる爪部材９ａが設けられている。
【００１０】
なお、ウェハクランプ９および爪部材９ａは、例えば、セラミックなどの絶縁体で構成することができる。また、ウェハクランプ９には、ウェハクランプ９を加熱するヒータ１０が内蔵されている。
【００１１】
また、爪部材９ａの先端には、ウェハクランプ９またはウェハＷの温度を検出する温度検出手段が設けられ、温度検出手段としては、例えば、サーミスタ１１などを用いることができる。
【００１２】
また、図３において、ＲＦ電源１３は、ＲＦ電源１３のオン／オフ制御を行うＲＦ電源制御装置１４に接続されるとともに、温度制御装置１５は、ヒータ８、１０、サーミスタ１１およびＲＦ電源制御装置１４に接続されている。
【００１３】
そして、温度制御装置１５は、ＲＦ電源制御装置１４によるＲＦ電源１３のオン／オフ制御に基づいて、ヒータ１０の温度を制御するとともに、サーミスタ１１によるウェハＷの表面温度の検出結果に基づいて、ヒータ８の温度を制御する。
【００１４】
なお、この特許文献１に記載のエッチング装置では、ウェハクランプ９の温度を監視しつつ、ウェハクランプ９の温度を制御することにより、ウェハクランプ９に付着した反応生成物の膨張・収縮を抑制して、ウェハクランプ９に付着した反応生成物の剥離を抑制し、またウェハクランプ９への反応生成物の付着量を安定化させている。
【００１５】
ところで、このようなエッチング装置には、下部電極に形成したガス噴出し口から冷却ガス冷媒をウエハに噴出してウエハの温度制御を行うものもある。
【００１６】
図５は、このような構成のエッチング装置に用いられているウエハクランプ装置を説明する図である。
【００１７】
このウエハクランプ装置２００は、エッチング装置の下部電極２２０が取り付けられたベース部材２０１と、該ベース部材に設けられたクランプ部２１０とを有している。
【００１８】
ここで、ベース部材２０１には、昇降シャフト２１２を駆動して、昇降シャフト２１２に取り付けられたクランプアーム２１１を昇降させるアクチュエータ２１３が設けられている。
【００１９】
また、下部電極２２０は、その表面が凸状に湾曲した形状となっており、その表面には、例えば、複数のガス噴出し孔２１１ａが外側円周上に設けれら、複数のガス噴出し孔２１１ｂが内側円周上に設けられている。また、これらの外側円周及び内側円周の間には、外側環状溝２２３ａが形成され、ガス噴出し孔２１１ｂが配置されている内側円周のさらに内側には、内側環状溝２２３ｂが形成されている。この溝は、ガス噴出孔から噴出されたガスが円周方向及び半径方向に均一に広がるよう設けられている。さらに、下部電極の中央部にはガス排出口２２４が形成されている。
【００２０】
このようなウエハクランプ装置２００では、下部電極２２０上にウエハＷｂを載置した状態で、クランプアーム２１１を下降させてウエハＷｂの周縁部を下部電極側に押圧することで、ウエハは、下部電極２２０の表面に密着するよう変形する。
【００２１】
このようにしてウエハを下部電極２２０に固定した後、プラズマエッチングを開始し、同時に冷媒ガスをガス噴出し孔から噴出すとともに、ガス排出孔から排出することで、エッチング処理で過熱されたウエハと冷媒ガスとの間で熱交換が行われて、ウエハが所定温度に保持されるよう冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００４−１１１４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
ところが、上記従来のウエハクランプ装置では、ウエハの反り特性が下部電極の曲率に対して適合しない場合は、図５（ａ）に示すように、ウエハＷｂと下部電極の周縁部との間に隙間ができ、冷媒ガスが漏れてしまうという問題があった。
【００２４】
例えば、シリコンウエハを想定した曲率の下部電極を有するウエハクランプ装置において、サファイア基板などをクランプしようとすると、前記のような問題が生ずる。
【００２５】
また、このような問題を回避するため、図５（ｂ）に示すように、下部電極としてそのウエハ載置面をフラットにすることも考えられる。
【００２６】
なお、図５（ｂ）中、３２１ａ及び３２１ｂは複数のガス噴出し孔であり、図５（ａ）における複数のガス噴出し孔２１１ａ及び２２１ｂに相当するものである。また、３２４は、ガス排出口であり、図５（ａ）におけるガス排出口２２４に相当するものであり、さらに、３２３ａ及び３２３ｂは、外側環状溝及び内側環状溝であり、図５（ａ）における外側環状溝２２３ａ及び内側環状溝２２３ｂに相当するものである。
【００２７】
しかしながら、このようにウエハ載置面をフラットにした下部電極に、図５（ｂ）に示すように、上に凸の形状となる湾曲したウエハを載置した場合、ウエハ周縁部をクランプアームにより押圧して下部電極に固定しても、ウエハ中央部では、ウエハと下部電極のウエハ載置面との間に広い隙間ができることとなる。
【００２８】
このため、ウエハのエッチング処理中には、ウエハ中央部とウエハ周縁部とで温度差が生ずることとなり、ウエハのエッチング処理をウエハ面内で均一にすることができないという問題が生ずる。
【００２９】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるようにして保持することができるウエハ処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明に係るウエハ処理装置は、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーと、該チャンバー内に設けられ、該ウエハーを載置するステージとを有し、該ウエハーをその表面を適切な温度に保持しながら処理するウエハ処理装置であって、該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部と、該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該ステージは、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記サファイアウエハは、半導体発光素子を構成するものであることが好ましい。
【００３２】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ステージは、そのウエハ載置面を凸状の湾曲面としたものであり、前記ウエハ保持部は、該ウエハの中心部が該ステージのウエハ載置部の頂点部に接触し、該ウエハの周縁部が該ステージのウエハ載置部の周縁部に接触するよう該ウエハの周縁部を該ステージ上の押圧固定するものであることが好ましい。
【００３３】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記熱交換部は、前記ステージのウエハ載置面とその上に押圧固定されたウエハとの隙間に、ガス状の熱交換媒体を供給するガス供給機構を有することが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ガス状の媒体は、Ｈｅガスであることが好ましい。
【００３５】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハの処理は、プラズマエッチング処理であることが好ましい。
【００３６】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ステージは、前記チャンバー内にプラズマが発生するよう高周波電力を印加するための上下一対の電極のうちの下部電極を構成しており、前記下部電極の、該ウエハと対向する凸状表面の曲率を、該ウエハの温度が、前記ガス状媒体による該ウエハに対する熱交換により均一になる曲率としたものであることが好ましい。
【００３７】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１≦Ｐ≦０．００８となるよう設定されていることが好ましい。
【００３８】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００４となるよう設定されていることが好ましい。
【００３９】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、前記下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００２１となるよう設定されていることが好ましい。
【００４０】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記下部電極は、その表面に、前記ガス状媒体を噴出すガス噴出口、及び該噴出されたガスを排出するガス排出口のうちの少なくともガス噴出口を形成するとともに、該ガス噴出口から噴出されたガスが円周方向に均一に広がるよう複数の環状の溝を同心円状に複数形成したものであることが好ましい。
【００４１】
次に本発明の作用について説明する。
【００４２】
本発明においては、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーのステージ上にウエハーを載置してウエハの処理を行うウエハ処理装置において、該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部と、該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該ステージは、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたので、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるよう調節して保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明に係るウエハ処理装置によれば、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるようにして保持することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係るプラズマエッチング装置（ウエハ処理装置）を説明する図であり、図１（ａ）は該プラズマエッチング装置に用いられるウエハのクランプ装置の要部構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は該クランプ装置を構成する下部電極（ウエハステージ）を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１のプラズマエッチング装置の変形例を説明する図である。
【図３】図３は、特許文献１に開示のエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３に示す従来のウェハクランパを説明する図であり、図４（ａ）は該クランパの概略構成を示す平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】図５は、従来のエッチング装置に用いられている他のウエハクランプ装置を説明する図であり、図５（ａ）はその問題点を説明する図、図５（ａ）のその問題に対する対策を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１によるプラズマエッチング装置における下部電極の曲率について説明する図であり、図６（ａ）は、該下部電極の曲率の定義を示し、図６（ｂ）は、該下部電極の曲率とＨｅリークとの関係を示し、図６（ｃ）は、該下部電極の曲率とウエハー温度の面内バラツキとの関係を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るプラズマエッチング装置（ウエハ処理装置）を説明する図であり、図１（ａ）は該プラズマエッチング装置に用いられるウエハのクランプ装置の要部構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は該クランプ装置を構成する下部電極（ウエハステージ）を示す平面図である。
【００４７】
本発明の実施形態１によるプラズマエッチング装置は、図３に示す従来のプラズマエッチング装置と同様に、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーと、該チャンバー内に設けられ、該ウエハーを載置するステージ（下部電極）とを有し、該ウエハーをその表面を適切な温度に保持しながら処理するものである。
【００４８】
そして、この実施形態１のプラズマエッチング装置は、図１（ａ）に示すウエハクランプ装置１００を有している。このウエハクランプ装置１００は、該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部を含んでいる。
【００４９】
また、このプラズマエッチング装置は、ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部を備えている。ここでは、ウエハは、半導体発光素子を構成するサファイアウエハとしており、このサファイアウエハは、シリコンウエハに比べて厚くかつ硬いものである。
【００５０】
そして、この実施形態１では、ステージである下部電極１２０ａは、外形円柱形状を有し、その上面であるウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたものである。
【００５１】
具体的には、下部電極１２０ａは、そのウエハ載置面を凸状の湾曲面としたものであり、上記ウエハクランプ装置１００は、該ウエハＷａの中心部が該下部電極のウエハ載置部の頂点部に接触し、該ウエハの周縁部が該下部電極１２０のウエハ載置部の周縁部に接触するよう該ウエハの周縁部を該ステージ上の押圧固定するものである。
【００５２】
このウエハクランプ装置１００は、エッチング装置の下部電極１２０が取り付けられたベース部材１０１と、該ベース部材に設けられた上記ウエハ保持部としてのクランプ部１１０とを有している。
【００５３】
ここで、クランプ部１１０を構成するベース部材１０１には、昇降シャフト１１２を駆動して、昇降シャフト１１２に取り付けられたクランプアーム１１１を昇降させるアクチュエータ１１３が設けられている。
【００５４】
また、上記熱交換部は、前記ステージのウエハ載置面とその上に押圧固定されたウエハとの隙間に、ガス状の熱交換媒体を供給するガス供給機構を有する。つまり、下部電極１２０ａの表面には、例えば、複数のガス噴出し孔１２１ａが１つの外側円周上に設けれら、複数のガス噴出し孔１２１ｂが内側円周上に設けられている。また、これらの外側円周及び内側円周の間には、外側環状溝１２３ａが形成され、ガス噴出し孔１２１ｂが配置されている内側円周のさらに内側には、内側環状溝１２３ｂが形成されている。これらの溝は、ガス噴出孔から噴出されたガスが円周方向及び半径方向に均一に広がるよう設けられている。さらに、下部電極の中央部にはガス排出口１２４が形成されている。上記ガス状の媒体は、Ｈｅガスであることが好ましい。
【００５５】
なお、この実施形態のプラズマエッチング装置では、図３に示す従来のプラズマエッチング装置と同様に、上部電極、及びＲＦ電源が上記下部電極とともに設けられている。
【００５６】
これらの電極は、チャンバー内にプラズマが発生するよう高周波電力を印加するための上下一対の電極を構成しており、下部電極の、該ウエハと対向する凸状表面の曲率は、該ウエハの温度が、前記ガス状媒体による該ウエハに対する熱交換により均一になる曲率としている。
【００５７】
図６は、本発明の実施形態１によるプラズマエッチング装置における下部電極の曲率について説明する図であり、図６（ａ）は、該下部電極の曲率の定義を示し、図６（ｂ）は、該下部電極の曲率とＨｅリークとの関係を示し、図６（ｃ）は、該下部電極の曲率とウエハー温度の面内バラツキとの関係を示している。
【００５８】
つまり、図６では、シリコンウエハを用いてＬＳＩ（半導体集積回路）を製造する装置を、サファイアウエハを用いたＬＥＤ（発光ダイオード）の製造に用いた場合の、下部電極の曲率の適切な範囲を示している。
【００５９】
ここでは、下部電極は図１（ａ）及び（ｂ）から分かるように円柱状を有し、下部電極の曲率は、図６（ａ）に示すように、ｙ（下部電極のウエハを載置する上面の中心での高さ）／ｘ（ウエハを載置する下部電極の上面の半径）としている。
【００６０】
まず、図６（ｂ）では、下部電極の表面とウエハの裏面との間の空間に供給されたＨｅガスのリーク量（Ｈｅリーク％）を目安として、下部電極の適正な曲率の範囲を示している。ここで、Ｈｅリーク％は、（設定圧力−実際の圧力）／設定圧力を示しており、図６（ｂ）のグラフは、下部電極の曲率を変えたときのＨｅリーク％の変化を示している。
【００６１】
つまり、ＬＳＩの製造に用いられるプラズマエッチング装置では、下部電極の表面とウエハの裏面との間の空間に供給されたＨｅガスの圧力が圧力センサ（図示せず）により測定されており、上記Ｈｅリーク％が図６（ｂ）に示すように通常１０％以上となると、リークＮＧ（リーク状態が不良である）と判定され、エッチング処理が停止するよう構成されている。なお、ここでは、リーク状態の良否判定の基準としての、Ｈｅリーク％の値（１０％）は、プラズマエッチング装置の機種により若干異なるが、通常はおおよそ１０％前後となっている。
【００６２】
従って、このＬＳＩの製造に用いられるプラズマエッチング装置をＬＥＤの製造に転用した場合も、下部電極の曲率は、Ｈｅリーク％が１０％以下となるよう設定する必要があり、ここで用いているプラズマエッチング装置に対する測定結果（図６（ｂ））から、０．００８とすべきことが分かる。つまり、このプラズマエッチング装置では、下部電極の曲率を０．００８以下とすることで、Ｈｅリーク％が１０％以下となり、リーク状態の良否判定として、リークＯＫ（リーク状態が良好である）と判定され、エッチング処理が実行されることとなる。
【００６３】
また、図６（ｃ）のグラフは、下部電極の曲率を変えたときのウエハ面内での温度バラツキ（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）、つまり最高温度と最低温度との差（以下、ウエハー温度面内バラツキという。）の変化を示している。
【００６４】
ここで、温度の測定には、温度に応じてマークの濃さが変化するサーモラベルを、下部電極上に装着したウエハの表面に貼り付け、このサーモラベルのマークの濃度変化に基づいて、ウエハの該サーモラベルを貼り付けた部分での温度を検出している。
【００６５】
また、上記ウエハー温度面内バラツキが図６（ｃ）に示すように２０℃以上となると、温度バラツキＮＧ（温度の面内均一性が良好でない）と判定される。なお、ここでは、温度バラツキの良否判定の基準値は、ＬＳＩを処理するときのプラズマエッチング装置でのウエハー温度面内バラツキとしての許容値が２０℃程度であったことから、ＬＳＩの処理に用いるプラズマエッチング装置をＬＥＤの処理に転用する場合においても２０℃としている。
【００６６】
従って、ＬＳＩの製造に用いるプラズマエッチング装置をＬＥＤの製造に転用した場合にも、下部電極の曲率を０．００１以上で０．００８以下の範囲とすることで、ウエハー温度面内バラツキが２０℃以下となり、温度バラツキＯＫ（ウエハ温度の面内均一性が良好な状態）にすることができる。
【００６７】
なお、下部電極の曲率が小さすぎてもあるいは大きすぎても、ウエハー温度面内バラツキが増大するのは、サファイアウエハではウエハの反り生じているため、下部電極の上面の形状がフラットに近づいた場合でも、あるいは下部電極の上面の形状がサファイアウエハの反りに比べて大きく湾曲したものとなる場合でも、下部電極とウエハとの隙間が大きくなって下部電極によるウエハの冷却が不十分となるためである。
【００６８】
この結果、下部電極の曲率は、下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１以上かつ０．００８以下の範囲となるよう設定することが適正である。特に、ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１＜Ｐ≦０．００４の範囲となるよう設定することが好ましく、さらに、下部電極の曲率は、下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが０．００１＜Ｐ≦０．００２１の範囲となるよう設定することがより好ましい。
【００６９】
次に動作について説明する。
【００７０】
このようなウエハクランプ装置１００では、下部電極１２０ａ上にウエハＷａを載置した状態で、クランプアーム１１１を下降させてウエハＷａの周縁部を下部電極側に押圧することで、ウエハＷａは、下部電極１２０ａの表面に密着するよう変形する。
【００７１】
このようにしてウエハＷａを下部電極１２０ａに固定した後、プラズマエッチングを開始し、同時に冷媒ガスをガス噴出し孔から噴出すとともに、ガス排出孔から排出することで、エッチング処理で過熱されたウエハと冷媒ガスとの間で熱交換が行われて、ウエハが所定温度に保持されるよう冷却される。
【００７２】
以下、本発明の作用効果について説明する。
【００７３】
従来は、シリコンウエハを用いた半導体装置を製造するＬＳＩ設備をそのまま、サファイアウエハを用いるＬＥＤの製造装置として転用すると、特に、ウエハをプラズマエッチング装置のチャンバーの下部電極に固定保持するクランプ保持方式の転用を行うと、サファイアの反り特性により、ウエハ裏面での冷媒ガスであるＨｅリークが発生し、ウエハー冷却効果が不十分となるという問題があった。
【００７４】
また、新規にＬＥＤ向け設備を導入すると、初期コストが発生し、コスト競争力が低下してしまうという問題もあった。
【００７５】
そこで、本発明では、青色ＬＥＤの製造において、設備の有効活用、処理の面内安定化を向上させるために、ＬＳＩ設備の６インチＬＥＤ製造への転用時に、サファイアウエハの特性によりウエハー冷却効果が不十分となり面内均一性の確保が困難であるという課題を、下部電極の形状（凸曲率）をサファイアの反り特性にあわせることにより解決している。
【００７６】
つまり、本実施形態では、下部電極をサファイアの反り特性にあわせた曲率にすることにより、冷却媒体のＨｅリーク解消し、ウエハー冷却効率が確保でき、エッチング特性（均一性）を向上させている。この結果、ＬＳＩ設備のＬＥＤ設備への転用が可能となり初期コスト低減ができる。
【００７７】
このように、本実施形態１では、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーのステージ上にウエハーを載置してウエハの処理を行うプラズマエッチング装置において、該ウエハーＷａを、該ウエハが該ステージ（下部電極）１２０ａ上に固定されるよう保持するウエハ保持部（クランプ部）１１０と、該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該下部電極１２０ａを、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状となるよう構成したので、シリコンウエハに比べて厚く硬いサファイアウエハを下部電極などのウエハステージ上に、該下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイアウエハの処理中の温度が均一になるようにして保持することが可能となる。
【００７８】
なお、上記実施形態１では、下部電極の表面形状は、凸形状の滑らかに湾曲した形状としているが、下部電極の表面形状は、図２に示すように下部電極の中央部分に湾曲のない平坦な部分を有する形状としてもよい。
【００７９】
この場合、下部電極とウエハとは、ウエハ周縁部とウエハ中央部の近傍部分とで接触することとなり、その他の部分では、確実にウエハと下部電極との間にＨｅガスを供給するためのスペースを形成することができ、よりウエハ面内での高い温度均一性を得ることが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態１では、下部電極１２０ａとして、例えば、その表面にガス噴出し孔とガス排出口とが形成されているものを挙げたが、下部電極は、ガス排出口が形成されていないものでもよく、この場合は、ウエハ周縁部で下部電極とウエハとの間から所定流量でＨｅガスが放出されることとなる。
【００８１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、ウエハ処理装置の分野において、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるようして保持することができるウエハ処理装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１００ ウエハクランプ装置
１０１ ベース部材
１１０ クランプ部
１１１ クランプアーム
１１２ 昇降シャフト
１１３ アクチュエータ
１２０ａ 下部電極
１２１ａ，１２１ｂ ガス噴出し孔
１２３ａ 外側環状の溝
１２３ｂ 内側環状の溝
１２４ ガス排出口
Ｗａ ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ処理装置に関し、特に、プラズマエッチングなどのウエハ処理装置における、ウエハを載置するステージとしての下部電極の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のドライエッチング装置では、ウエハステージである下部電極上に載置したウェハをクランプで押さえることにより、ドライエッチング装置内でウェハを固定している。
【０００３】
図３は、例えば、特許文献１に開示のエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
【０００４】
図３において、チャンバ１には、エッチングガスを導入するガス導入管２および反応ガスを排出するガス排気管３が設けられている。
【０００５】
また、チャンバ１には、チャンバ１内でプラズマＰ１を発生させる上部電極４および下部電極７が設けられ、上部電極４はＲＦ電源１３に接続されるとともに、下部電極７は絶縁層６を介してウェハ載置台５上に設置され、下部電極７内には、ウェハＷを加熱するヒータ８が内蔵されている。
【０００６】
また、下部電極７上には、ウェハクランプ９を昇降させるクランプリフタ１２を介してリング状のウェハクランプ９が設けられ、ウェハクランプ９には、ウェハを点接触で上から押さえる爪部材９ａが設けられている。
【０００７】
また、ウェハクランプ９には、ウェハクランプ９を加熱するヒータ１０が内蔵されるとともに、爪部材９ａの先端には、ウェハクランプ９またはウェハＷの温度を検出するサーミスタ１１が取り付けられている。
【０００８】
図４（ａ）は、図３のウェハクランプの概略構成を示す平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【０００９】
図４において、ウェハクランプ９は、ウェハＷの外周に対応してリング状に構成され、ウェハクランプ９の内周には、ウェハＷの外周部分を点接触で押さえる爪部材９ａが設けられている。
【００１０】
なお、ウェハクランプ９および爪部材９ａは、例えば、セラミックなどの絶縁体で構成することができる。また、ウェハクランプ９には、ウェハクランプ９を加熱するヒータ１０が内蔵されている。
【００１１】
また、爪部材９ａの先端には、ウェハクランプ９またはウェハＷの温度を検出する温度検出手段が設けられ、温度検出手段としては、例えば、サーミスタ１１などを用いることができる。
【００１２】
また、図３において、ＲＦ電源１３は、ＲＦ電源１３のオン／オフ制御を行うＲＦ電源制御装置１４に接続されるとともに、温度制御装置１５は、ヒータ８、１０、サーミスタ１１およびＲＦ電源制御装置１４に接続されている。
【００１３】
そして、温度制御装置１５は、ＲＦ電源制御装置１４によるＲＦ電源１３のオン／オフ制御に基づいて、ヒータ１０の温度を制御するとともに、サーミスタ１１によるウェハＷの表面温度の検出結果に基づいて、ヒータ８の温度を制御する。
【００１４】
なお、この特許文献１に記載のエッチング装置では、ウェハクランプ９の温度を監視しつつ、ウェハクランプ９の温度を制御することにより、ウェハクランプ９に付着した反応生成物の膨張・収縮を抑制して、ウェハクランプ９に付着した反応生成物の剥離を抑制し、またウェハクランプ９への反応生成物の付着量を安定化させている。
【００１５】
ところで、このようなエッチング装置には、下部電極に形成したガス噴出し口から冷却ガス冷媒をウエハに噴出してウエハの温度制御を行うものもある。
【００１６】
図５は、このような構成のエッチング装置に用いられているウエハクランプ装置を説明する図である。
【００１７】
このウエハクランプ装置２００は、エッチング装置の下部電極２２０が取り付けられたベース部材２０１と、該ベース部材に設けられたクランプ部２１０とを有している。
【００１８】
ここで、ベース部材２０１には、昇降シャフト２１２を駆動して、昇降シャフト２１２に取り付けられたクランプアーム２１１を昇降させるアクチュエータ２１３が設けられている。
【００１９】
また、下部電極２２０は、その表面が凸状に湾曲した形状となっており、その表面には、例えば、複数のガス噴出し孔２１１ａが外側円周上に設けれら、複数のガス噴出し孔２１１ｂが内側円周上に設けられている。また、これらの外側円周及び内側円周の間には、外側環状溝２２３ａが形成され、ガス噴出し孔２１１ｂが配置されている内側円周のさらに内側には、内側環状溝２２３ｂが形成されている。この溝は、ガス噴出孔から噴出されたガスが円周方向及び半径方向に均一に広がるよう設けられている。さらに、下部電極の中央部にはガス排出口２２４が形成されている。
【００２０】
このようなウエハクランプ装置２００では、下部電極２２０上にウエハＷｂを載置した状態で、クランプアーム２１１を下降させてウエハＷｂの周縁部を下部電極側に押圧することで、ウエハは、下部電極２２０の表面に密着するよう変形する。
【００２１】
このようにしてウエハを下部電極２２０に固定した後、プラズマエッチングを開始し、同時に冷媒ガスをガス噴出し孔から噴出すとともに、ガス排出孔から排出することで、エッチング処理で過熱されたウエハと冷媒ガスとの間で熱交換が行われて、ウエハが所定温度に保持されるよう冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００４−１１１４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
ところが、上記従来のウエハクランプ装置では、ウエハの反り特性が下部電極の曲率に対して適合しない場合は、図５（ａ）に示すように、ウエハＷｂと下部電極の周縁部との間に隙間ができ、冷媒ガスが漏れてしまうという問題があった。
【００２４】
例えば、シリコンウエハを想定した曲率の下部電極を有するウエハクランプ装置において、サファイア基板などをクランプしようとすると、前記のような問題が生ずる。
【００２５】
また、このような問題を回避するため、図５（ｂ）に示すように、下部電極としてそのウエハ載置面をフラットにすることも考えられる。
【００２６】
なお、図５（ｂ）中、３２１ａ及び３２１ｂは複数のガス噴出し孔であり、図５（ａ）における複数のガス噴出し孔２１１ａ及び２２１ｂに相当するものである。また、３２４は、ガス排出口であり、図５（ａ）におけるガス排出口２２４に相当するものであり、さらに、３２３ａ及び３２３ｂは、外側環状溝及び内側環状溝であり、図５（ａ）における外側環状溝２２３ａ及び内側環状溝２２３ｂに相当するものである。
【００２７】
しかしながら、このようにウエハ載置面をフラットにした下部電極に、図５（ｂ）に示すように、上に凸の形状となる湾曲したウエハを載置した場合、ウエハ周縁部をクランプアームにより押圧して下部電極に固定しても、ウエハ中央部では、ウエハと下部電極のウエハ載置面との間に広い隙間ができることとなる。
【００２８】
このため、ウエハのエッチング処理中には、ウエハ中央部とウエハ周縁部とで温度差が生ずることとなり、ウエハのエッチング処理をウエハ面内で均一にすることができないという問題が生ずる。
【００２９】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるようにして保持することができるウエハ処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明に係るウエハ処理装置は、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーと、該チャンバー内に設けられ、該ウエハーを載置するステージとを有し、該ウエハーをその表面を適切な温度に保持しながら処理するウエハ処理装置であって、該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部と、該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該ステージは、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記サファイアウエハは、半導体発光素子を構成するものであることが好ましい。
【００３２】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ステージは、そのウエハ載置面を凸状の湾曲面としたものであり、前記ウエハ保持部は、該ウエハの中心部が該ステージのウエハ載置部の頂点部に接触し、該ウエハの周縁部が該ステージのウエハ載置部の周縁部に接触するよう該ウエハの周縁部を該ステージ上の押圧固定するものであることが好ましい。
【００３３】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記熱交換部は、前記ステージのウエハ載置面とその上に押圧固定されたウエハとの隙間に、ガス状の熱交換媒体を供給するガス供給機構を有することが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ガス状の媒体は、Ｈｅガスであることが好ましい。
【００３５】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハの処理は、プラズマエッチング処理であることが好ましい。
【００３６】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ステージは、前記チャンバー内にプラズマが発生するよう高周波電力を印加するための上下一対の電極のうちの下部電極を構成しており、前記下部電極の、該ウエハと対向する凸状表面の曲率を、該ウエハの温度が、前記ガス状媒体による該ウエハに対する熱交換により均一になる曲率としたものであることが好ましい。
【００３７】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１≦Ｐ≦０．００８となるよう設定されていることが好ましい。
【００３８】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００４となるよう設定されていることが好ましい。
【００３９】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、前記下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００２１となるよう設定されていることが好ましい。
【００４０】
本発明は、上記ウエハ処理装置において、前記下部電極は、その表面に、前記ガス状媒体を噴出すガス噴出口、及び該噴出されたガスを排出するガス排出口のうちの少なくともガス噴出口を形成するとともに、該ガス噴出口から噴出されたガスが円周方向に均一に広がるよう複数の環状の溝を同心円状に複数形成したものであることが好ましい。
【００４１】
次に本発明の作用について説明する。
【００４２】
本発明においては、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーのステージ上にウエハーを載置してウエハの処理を行うウエハ処理装置において、該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部と、該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該ステージは、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたので、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるよう調節して保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明に係るウエハ処理装置によれば、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるようにして保持することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係るプラズマエッチング装置（ウエハ処理装置）を説明する図であり、図１（ａ）は該プラズマエッチング装置に用いられるウエハのクランプ装置の要部構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は該クランプ装置を構成する下部電極（ウエハステージ）を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１のプラズマエッチング装置の変形例を説明する図である。
【図３】図３は、特許文献１に開示のエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３に示す従来のウェハクランパを説明する図であり、図４（ａ）は該クランパの概略構成を示す平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】図５は、従来のエッチング装置に用いられている他のウエハクランプ装置を説明する図であり、図５（ａ）はその問題点を説明する図、図５（ａ）のその問題に対する対策を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１によるプラズマエッチング装置における下部電極の曲率について説明する図であり、図６（ａ）は、該下部電極の曲率の定義を示し、図６（ｂ）は、該下部電極の曲率とＨｅリークとの関係を示し、図６（ｃ）は、該下部電極の曲率とウエハー温度の面内バラツキとの関係を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るプラズマエッチング装置（ウエハ処理装置）を説明する図であり、図１（ａ）は該プラズマエッチング装置に用いられるウエハのクランプ装置の要部構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は該クランプ装置を構成する下部電極（ウエハステージ）を示す平面図である。
【００４７】
本発明の実施形態１によるプラズマエッチング装置は、図３に示す従来のプラズマエッチング装置と同様に、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーと、該チャンバー内に設けられ、該ウエハーを載置するステージ（下部電極）とを有し、該ウエハーをその表面を適切な温度に保持しながら処理するものである。
【００４８】
そして、この実施形態１のプラズマエッチング装置は、図１（ａ）に示すウエハクランプ装置１００を有している。このウエハクランプ装置１００は、該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部を含んでいる。
【００４９】
また、このプラズマエッチング装置は、ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部を備えている。ここでは、ウエハは、半導体発光素子を構成するサファイアウエハとしており、このサファイアウエハは、シリコンウエハに比べて厚くかつ硬いものである。
【００５０】
そして、この実施形態１では、ステージである下部電極１２０ａは、外形円柱形状を有し、その上面であるウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたものである。
【００５１】
具体的には、下部電極１２０ａは、そのウエハ載置面を凸状の湾曲面としたものであり、上記ウエハクランプ装置１００は、該ウエハＷａの中心部が該下部電極のウエハ載置部の頂点部に接触し、該ウエハの周縁部が該下部電極１２０のウエハ載置部の周縁部に接触するよう該ウエハの周縁部を該ステージ上の押圧固定するものである。
【００５２】
このウエハクランプ装置１００は、エッチング装置の下部電極１２０が取り付けられたベース部材１０１と、該ベース部材に設けられた上記ウエハ保持部としてのクランプ部１１０とを有している。
【００５３】
ここで、クランプ部１１０を構成するベース部材１０１には、昇降シャフト１１２を駆動して、昇降シャフト１１２に取り付けられたクランプアーム１１１を昇降させるアクチュエータ１１３が設けられている。
【００５４】
また、上記熱交換部は、前記ステージのウエハ載置面とその上に押圧固定されたウエハとの隙間に、ガス状の熱交換媒体を供給するガス供給機構を有する。つまり、下部電極１２０ａの表面には、例えば、複数のガス噴出し孔１２１ａが１つの外側円周上に設けれら、複数のガス噴出し孔１２１ｂが内側円周上に設けられている。また、これらの外側円周及び内側円周の間には、外側環状溝１２３ａが形成され、ガス噴出し孔１２１ｂが配置されている内側円周のさらに内側には、内側環状溝１２３ｂが形成されている。これらの溝は、ガス噴出孔から噴出されたガスが円周方向及び半径方向に均一に広がるよう設けられている。さらに、下部電極の中央部にはガス排出口１２４が形成されている。上記ガス状の媒体は、Ｈｅガスであることが好ましい。
【００５５】
なお、この実施形態のプラズマエッチング装置では、図３に示す従来のプラズマエッチング装置と同様に、上部電極、及びＲＦ電源が上記下部電極とともに設けられている。
【００５６】
これらの電極は、チャンバー内にプラズマが発生するよう高周波電力を印加するための上下一対の電極を構成しており、下部電極の、該ウエハと対向する凸状表面の曲率は、該ウエハの温度が、前記ガス状媒体による該ウエハに対する熱交換により均一になる曲率としている。
【００５７】
図６は、本発明の実施形態１によるプラズマエッチング装置における下部電極の曲率について説明する図であり、図６（ａ）は、該下部電極の曲率の定義を示し、図６（ｂ）は、該下部電極の曲率とＨｅリークとの関係を示し、図６（ｃ）は、該下部電極の曲率とウエハー温度の面内バラツキとの関係を示している。
【００５８】
つまり、図６では、シリコンウエハを用いてＬＳＩ（半導体集積回路）を製造する装置を、サファイアウエハを用いたＬＥＤ（発光ダイオード）の製造に用いた場合の、下部電極の曲率の適切な範囲を示している。
【００５９】
ここでは、下部電極は図１（ａ）及び（ｂ）から分かるように円柱状を有し、下部電極の曲率は、図６（ａ）に示すように、ｙ（下部電極のウエハを載置する上面の中心での高さ）／ｘ（ウエハを載置する下部電極の上面の半径）としている。
【００６０】
まず、図６（ｂ）では、下部電極の表面とウエハの裏面との間の空間に供給されたＨｅガスのリーク量（Ｈｅリーク％）を目安として、下部電極の適正な曲率の範囲を示している。ここで、Ｈｅリーク％は、（設定圧力−実際の圧力）／設定圧力を示しており、図６（ｂ）のグラフは、下部電極の曲率を変えたときのＨｅリーク％の変化を示している。
【００６１】
つまり、ＬＳＩの製造に用いられるプラズマエッチング装置では、下部電極の表面とウエハの裏面との間の空間に供給されたＨｅガスの圧力が圧力センサ（図示せず）により測定されており、上記Ｈｅリーク％が図６（ｂ）に示すように通常１０％以上となると、リークＮＧ（リーク状態が不良である）と判定され、エッチング処理が停止するよう構成されている。なお、ここでは、リーク状態の良否判定の基準としての、Ｈｅリーク％の値（１０％）は、プラズマエッチング装置の機種により若干異なるが、通常はおおよそ１０％前後となっている。
【００６２】
従って、このＬＳＩの製造に用いられるプラズマエッチング装置をＬＥＤの製造に転用した場合も、下部電極の曲率は、Ｈｅリーク％が１０％以下となるよう設定する必要があり、ここで用いているプラズマエッチング装置に対する測定結果（図６（ｂ））から、０．００８とすべきことが分かる。つまり、このプラズマエッチング装置では、下部電極の曲率を０．００８以下とすることで、Ｈｅリーク％が１０％以下となり、リーク状態の良否判定として、リークＯＫ（リーク状態が良好である）と判定され、エッチング処理が実行されることとなる。
【００６３】
また、図６（ｃ）のグラフは、下部電極の曲率を変えたときのウエハ面内での温度バラツキ（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）、つまり最高温度と最低温度との差（以下、ウエハー温度面内バラツキという。）の変化を示している。
【００６４】
ここで、温度の測定には、温度に応じてマークの濃さが変化するサーモラベルを、下部電極上に装着したウエハの表面に貼り付け、このサーモラベルのマークの濃度変化に基づいて、ウエハの該サーモラベルを貼り付けた部分での温度を検出している。
【００６５】
また、上記ウエハー温度面内バラツキが図６（ｃ）に示すように２０℃以上となると、温度バラツキＮＧ（温度の面内均一性が良好でない）と判定される。なお、ここでは、温度バラツキの良否判定の基準値は、ＬＳＩを処理するときのプラズマエッチング装置でのウエハー温度面内バラツキとしての許容値が２０℃程度であったことから、ＬＳＩの処理に用いるプラズマエッチング装置をＬＥＤの処理に転用する場合においても２０℃としている。
【００６６】
従って、ＬＳＩの製造に用いるプラズマエッチング装置をＬＥＤの製造に転用した場合にも、下部電極の曲率を０．００１以上で０．００８以下の範囲とすることで、ウエハー温度面内バラツキが２０℃以下となり、温度バラツキＯＫ（ウエハ温度の面内均一性が良好な状態）にすることができる。
【００６７】
なお、下部電極の曲率が小さすぎてもあるいは大きすぎても、ウエハー温度面内バラツキが増大するのは、サファイアウエハではウエハの反り生じているため、下部電極の上面の形状がフラットに近づいた場合でも、あるいは下部電極の上面の形状がサファイアウエハの反りに比べて大きく湾曲したものとなる場合でも、下部電極とウエハとの隙間が大きくなって下部電極によるウエハの冷却が不十分となるためである。
【００６８】
この結果、下部電極の曲率は、下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１以上かつ０．００８以下の範囲となるよう設定することが適正である。特に、ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１＜Ｐ≦０．００４の範囲となるよう設定することが好ましく、さらに、下部電極の曲率は、下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが０．００１＜Ｐ≦０．００２１の範囲となるよう設定することがより好ましい。
【００６９】
次に動作について説明する。
【００７０】
このようなウエハクランプ装置１００では、下部電極１２０ａ上にウエハＷａを載置した状態で、クランプアーム１１１を下降させてウエハＷａの周縁部を下部電極側に押圧することで、ウエハＷａは、下部電極１２０ａの表面に密着するよう変形する。
【００７１】
このようにしてウエハＷａを下部電極１２０ａに固定した後、プラズマエッチングを開始し、同時に冷媒ガスをガス噴出し孔から噴出すとともに、ガス排出孔から排出することで、エッチング処理で過熱されたウエハと冷媒ガスとの間で熱交換が行われて、ウエハが所定温度に保持されるよう冷却される。
【００７２】
以下、本発明の作用効果について説明する。
【００７３】
従来は、シリコンウエハを用いた半導体装置を製造するＬＳＩ設備をそのまま、サファイアウエハを用いるＬＥＤの製造装置として転用すると、特に、ウエハをプラズマエッチング装置のチャンバーの下部電極に固定保持するクランプ保持方式の転用を行うと、サファイアの反り特性により、ウエハ裏面での冷媒ガスであるＨｅリークが発生し、ウエハー冷却効果が不十分となるという問題があった。
【００７４】
また、新規にＬＥＤ向け設備を導入すると、初期コストが発生し、コスト競争力が低下してしまうという問題もあった。
【００７５】
そこで、本発明では、青色ＬＥＤの製造において、設備の有効活用、処理の面内安定化を向上させるために、ＬＳＩ設備の６インチＬＥＤ製造への転用時に、サファイアウエハの特性によりウエハー冷却効果が不十分となり面内均一性の確保が困難であるという課題を、下部電極の形状（凸曲率）をサファイアの反り特性にあわせることにより解決している。
【００７６】
つまり、本実施形態では、下部電極をサファイアの反り特性にあわせた曲率にすることにより、冷却媒体のＨｅリーク解消し、ウエハー冷却効率が確保でき、エッチング特性（均一性）を向上させている。この結果、ＬＳＩ設備のＬＥＤ設備への転用が可能となり初期コスト低減ができる。
【００７７】
このように、本実施形態１では、ウエハに対する処理を行うためのチャンバーのステージ上にウエハーを載置してウエハの処理を行うプラズマエッチング装置において、該ウエハーＷａを、該ウエハが該ステージ（下部電極）１２０ａ上に固定されるよう保持するウエハ保持部（クランプ部）１１０と、該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、該下部電極１２０ａを、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状となるよう構成したので、シリコンウエハに比べて厚く硬いサファイアウエハを下部電極などのウエハステージ上に、該下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイアウエハの処理中の温度が均一になるようにして保持することが可能となる。
【００７８】
なお、上記実施形態１では、下部電極の表面形状は、凸形状の滑らかに湾曲した形状としているが、下部電極の表面形状は、図２に示すように下部電極の中央部分に湾曲のない平坦な部分を有する形状としてもよい。
【００７９】
この場合、下部電極とウエハとは、ウエハ周縁部とウエハ中央部の近傍部分とで接触することとなり、その他の部分では、確実にウエハと下部電極との間にＨｅガスを供給するためのスペースを形成することができ、よりウエハ面内での高い温度均一性を得ることが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態１では、下部電極１２０ａとして、例えば、その表面にガス噴出し孔とガス排出口とが形成されているものを挙げたが、下部電極は、ガス排出口が形成されていないものでもよく、この場合は、ウエハ周縁部で下部電極とウエハとの間から所定流量でＨｅガスが放出されることとなる。
【００８１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、ウエハ処理装置の分野において、シリコンウエハに比べて厚いサファイア基板を下部電極などのウエハステージ上に、下部電極のウエハ載置面との間隙をサファイア基板の処理中の温度が均一になるようして保持することができるウエハ処理装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１００ ウエハクランプ装置
１０１ ベース部材
１１０ クランプ部
１１１ クランプアーム
１１２ 昇降シャフト
１１３ アクチュエータ
１２０ａ 下部電極
１２１ａ，１２１ｂ ガス噴出し孔
１２３ａ 外側環状の溝
１２３ｂ 内側環状の溝
１２４ ガス排出口
Ｗａ ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハに対する処理を行うためのチャンバーと、該チャンバー内に設けられ、該ウエハーを載置するステージとを有し、該ウエハーをその表面を適切な温度に保持しながら処理するウエハ処理装置であって、
該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部と、
該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、
該ステージは、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたものである、ウエハ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のウエハ処理装置において、
前記サファイアウエハは、半導体発光素子を構成するものである、ウエハ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載のウエハ処理装置において、
前記ステージは、そのウエハ載置面を凸状の湾曲面としたものであり、
前記ウエハ保持部は、該ウエハの中心部が該ステージのウエハ載置部の頂点部に接触し、該ウエハの周縁部が該ステージのウエハ載置部の周縁部に接触するよう該ウエハの周縁部を該ステージ上の押圧固定するものである、ウエハ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のウエハ処理装置において、
前記熱交換部は、
前記ステージのウエハ載置面とその上に押圧固定されたウエハとの隙間に、ガス状の熱交換媒体を供給するガス供給機構を有する、ウエハ処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のウエハ処理装置において、
前記ガス状の媒体は、Ｈｅガスである、ウエハ処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハの処理は、プラズマエッチング処理である、ウエハ処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のウエハ処理装置において、
前記ステージは、前記チャンバー内にプラズマが発生するよう高周波電力を印加するための上下一対の電極のうちの下部電極を構成しており、
前記下部電極の、該ウエハと対向する凸状表面の曲率を、該ウエハの温度が、前記ガス状媒体による該ウエハに対する熱交換により均一になる曲率としたものである、ウエハ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１≦Ｐ≦０．００８となるよう設定されている、ウエハ処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、
該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００４となるよう設定されている、ウエハ処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、
該下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００２１となるよう設定されている、ウエハ処理装置。
【請求項１１】
請求項７に記載のウエハ処理装置において、
前記下部電極は、
その表面に、前記ガス状媒体を噴出すガス噴出口、及び該噴出されたガスを排出するガス排出口のうちの少なくともガス噴出口を形成するとともに、該ガス噴出口から噴出されたガスが円周方向に均一に広がるよう複数の環状の溝を同心円状に複数形成したものである、ウエハ処理装置。
【請求項１】
ウエハに対する処理を行うためのチャンバーと、該チャンバー内に設けられ、該ウエハーを載置するステージとを有し、該ウエハーをその表面を適切な温度に保持しながら処理するウエハ処理装置であって、
該ウエハーを、該ウエハが該ステージ上に固定されるよう保持するウエハ保持部と、
該ステージ上に固定されたウエハーの温度が均一に保持されるよう、該ウエハとの間で熱交換を行う熱交換部とを備え、
該ステージは、そのウエハ載置面の形状をサファイアウエハの反り特性に合わせた形状としたものである、ウエハ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のウエハ処理装置において、
前記サファイアウエハは、半導体発光素子を構成するものである、ウエハ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載のウエハ処理装置において、
前記ステージは、そのウエハ載置面を凸状の湾曲面としたものであり、
前記ウエハ保持部は、該ウエハの中心部が該ステージのウエハ載置部の頂点部に接触し、該ウエハの周縁部が該ステージのウエハ載置部の周縁部に接触するよう該ウエハの周縁部を該ステージ上の押圧固定するものである、ウエハ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のウエハ処理装置において、
前記熱交換部は、
前記ステージのウエハ載置面とその上に押圧固定されたウエハとの隙間に、ガス状の熱交換媒体を供給するガス供給機構を有する、ウエハ処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のウエハ処理装置において、
前記ガス状の媒体は、Ｈｅガスである、ウエハ処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハの処理は、プラズマエッチング処理である、ウエハ処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のウエハ処理装置において、
前記ステージは、前記チャンバー内にプラズマが発生するよう高周波電力を印加するための上下一対の電極のうちの下部電極を構成しており、
前記下部電極の、該ウエハと対向する凸状表面の曲率を、該ウエハの温度が、前記ガス状媒体による該ウエハに対する熱交換により均一になる曲率としたものである、ウエハ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが、０．００１≦Ｐ≦０．００８となるよう設定されている、ウエハ処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、
該下部電極の半径に対する該下部電極の中央部での高さである凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００４となるよう設定されている、ウエハ処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のウエハ処理装置において、
前記ウエハー温度を均一に保つ適切な形状の下部電極の曲率は、
該下部電極の半径に対する前記凸部ギャップの比率Ｐが０．００１≦Ｐ≦０．００２１となるよう設定されている、ウエハ処理装置。
【請求項１１】
請求項７に記載のウエハ処理装置において、
前記下部電極は、
その表面に、前記ガス状媒体を噴出すガス噴出口、及び該噴出されたガスを排出するガス排出口のうちの少なくともガス噴出口を形成するとともに、該ガス噴出口から噴出されたガスが円周方向に均一に広がるよう複数の環状の溝を同心円状に複数形成したものである、ウエハ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１４６９３５（Ｐ２０１２−１４６９３５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３１０（Ｐ２０１１−６３１０）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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