JP2000269189A - Method for plasma etching - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グ法に関し、更に詳しくは、シリコン系材料層と金属層
とが積層された所謂ポリメタル膜の異方性エッチングを
簡便且つ精度良く行うことを可能とするプラズマエッチ
ング法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching method, and more particularly, to an easy and accurate anisotropic etching of a so-called polymetal film in which a silicon-based material layer and a metal layer are laminated. To a plasma etching method.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSIの高集積化及び微細化は止まると
ころを知らず、西暦2000年には0.13μmデザイ
ンルールのLSIの量産が予定されている。一般に、高
集積化の指標とされるデバイスはDRAMであり、DR
AMのワード線、即ちMIS型トランジスタのゲート電
極の線幅が、デザインルールの指標とされている。2. Description of the Related Art High integration and miniaturization of LSIs are unavoidable and mass production of LSIs having a design rule of 0.13 μm is scheduled in 2000 AD. Generally, a device that is an index of high integration is a DRAM,
The word line of the AM, that is, the line width of the gate electrode of the MIS transistor is used as an index of the design rule.
【0003】従来より、MIS型トランジスタのゲート
電極は、典型的には不純物を含有するポリシリコン層を
用いて構成されていたが、ゲート電極の断面積の縮小に
起因する配線抵抗の増大、及びこれによる信号遅延の深
刻化を抑制するために、ゲート電極の上層側のみをポリ
シリコン層よりも抵抗の低い導電材料層を用いて構成す
ることが提案されている。中でも、かかる導電材料層と
して高融点金属、特にタングステンからなる金属層をポ
リシリコン層に積層した所謂ポリメタル膜は、今後の実
用化が期待されている。尚、ゲート電極の低抵抗化を徹
底するためには、ゲート電極全体を金属層のみによって
構成することが本来は望ましいが、ゲート絶縁膜との接
触界面の安定性や信頼性を考慮すると、ゲート絶縁膜に
接するゲート電極の下層側の部分は、従前通りポリシリ
コン層にて構成される方がよく、これがポリメタル膜が
用いられる理由となっている。ポリシリコン層の上に同
じ厚さのタングステン層が積層されて成るポリメタル膜
を使用すると、同じ厚さのポリシリコン層に比べて抵抗
を5分の1乃至10分の1程度に減少することができ
る。Conventionally, the gate electrode of a MIS transistor is typically formed using a polysilicon layer containing impurities. However, the wiring resistance increases due to the reduction in the cross-sectional area of the gate electrode, and In order to suppress the signal delay from becoming serious, it has been proposed to configure only the upper layer side of the gate electrode using a conductive material layer having a lower resistance than the polysilicon layer. Above all, a so-called polymetal film in which a metal layer made of a high melting point metal, particularly tungsten, is laminated on a polysilicon layer as such a conductive material layer is expected to be put to practical use in the future. Note that it is originally desirable that the entire gate electrode is composed of only a metal layer in order to thoroughly reduce the resistance of the gate electrode. However, considering the stability and reliability of the contact interface with the gate insulating film, the gate The lower part of the gate electrode in contact with the insulating film is preferably formed of a polysilicon layer as before, which is the reason why a polymetal film is used. When a polymetal film in which a tungsten layer of the same thickness is stacked on the polysilicon layer is used, the resistance can be reduced to about one fifth to one tenth as compared with a polysilicon layer of the same thickness. it can.
【0004】ゲート電極は、かかるポリメタル膜をプラ
ズマエッチング法によりエッチングして形成される。ゲ
ート電極のエッチングにおいては、異方性形状の達成、
及びエッチングの下地であるゲート絶縁膜に対する選択
性の確保が極めて重要である。ゲート電極の異方性形状
は、MIS型トランジスタの動作特性を揃える上で重要
である。近年のMIS型トランジスタの製造方法では、
ソース/ドレイン領域がゲート電極をマスクとしたイオ
ン注入により自己整合的に形成されるので、ゲート電極
の下端部の線幅の変動がチャネル長の変動に直結してし
まうからである。又、ゲート絶縁膜に対する選択性は、
ゲート絶縁膜の下に配される半導体基板、特にシリコン
基板に対するダメージを防止する上で重要である。殊
に、0.13μmデザインルールにおいては、ゲート絶
縁膜の厚さは閾値電圧を下げるために2.5nm程度ま
で薄膜化されると予測され、ポリメタル膜のエッチング
時にかかる薄いゲート絶縁膜を除去せずに半導体基板上
に残しておくためには、極めて高いレベルの選択性が必
須となる。A gate electrode is formed by etching such a polymetal film by a plasma etching method. In etching the gate electrode, achieving an anisotropic shape,
In addition, it is extremely important to ensure selectivity with respect to a gate insulating film that is a base for etching. The anisotropic shape of the gate electrode is important for making the operating characteristics of the MIS transistor uniform. In a recent method of manufacturing a MIS transistor,
This is because the source / drain regions are formed in a self-aligned manner by ion implantation using the gate electrode as a mask, so that variations in the line width at the lower end of the gate electrode are directly linked to variations in the channel length. The selectivity to the gate insulating film is
This is important for preventing damage to a semiconductor substrate, particularly a silicon substrate, disposed below the gate insulating film. In particular, under the 0.13 μm design rule, the thickness of the gate insulating film is expected to be reduced to about 2.5 nm in order to lower the threshold voltage. An extremely high level of selectivity is indispensable in order to leave it on a semiconductor substrate without using it.
【0005】しかし、一般にプラズマエッチング法にお
いて、異方性形状の達成と下地選択性の向上とは相反す
る要求である。しかも、実用的なエッチングプロセスを
考える場合、通常の半導体製造分野において容易に制御
可能な温度範囲内でエッチング反応生成物が十分に大き
な蒸気圧を有し、速やかに脱離できることが望ましい。
このような観点から、タングステン層を含むポリメタル
膜を被加工層とする場合のプラズマエッチング法として
は、例えば下記の方法が考えられている。即ち、(a)
エッチング中は一貫して被加工層の温度を室温近傍に保
ちながら、タングステン層のエッチング時はフッ素系ガ
ス、ポリシリコン層のエッチング時は塩素系ガス/酸素
混合ガス若しくは臭素系ガス/酸素混合ガスというよう
に、エッチングガスの種類を途中で切り替える方法、
(b)エッチングガスとしては一貫してフッ素系ガスを
用い、且つ、エッチング中は一貫して被加工層を0°C
以下の低温に保つ方法、及び、(c)エッチングガスと
しては一貫して塩素系ガス/酸素混合ガスを用い、且
つ、タングステン層のエッチング時は被加工層を室温よ
りも高い温度に保ち、ポリシリコン層のエッチング時は
被加工層を室温近傍に保つ方法、である。However, in the plasma etching method, generally, achieving an anisotropic shape and improving the underlayer selectivity are contradictory requirements. In addition, when considering a practical etching process, it is desirable that the etching reaction product has a sufficiently large vapor pressure within a temperature range that can be easily controlled in a normal semiconductor manufacturing field and can be quickly desorbed.
From such a viewpoint, for example, the following method is considered as a plasma etching method when a polymetal film including a tungsten layer is used as a layer to be processed. That is, (a)
While the temperature of the layer to be processed is maintained at around room temperature during the etching, a fluorine-based gas is used for etching the tungsten layer, and a chlorine-based gas / oxygen mixed gas or a bromine-based gas / oxygen mixed gas is used for etching the polysilicon layer. A method of switching the type of etching gas in the middle,
(B) A fluorine-based gas is used as an etching gas, and the layer to be processed is kept at 0 ° C. during the etching.
(C) A chlorine-based gas / oxygen mixed gas is used consistently as an etching gas, and a layer to be processed is kept at a temperature higher than room temperature when etching a tungsten layer. This is a method of keeping the layer to be processed near room temperature when etching the silicon layer.
【0006】方法(a)は、タングステン層のエッチン
グ時には、室温近傍でも蒸気圧の高いフッ化タングステ
ンを生成させて速やかにエッチングを進行させる一方、
ポリシリコン層のエッチング時には、フッ素系エッチン
グ種を用いないことでゲート絶縁膜に対して高い選択性
を達成することを意図した方法である。ここで、ゲート
絶縁膜として一般的に想定される膜は、酸化シリコン
膜、窒化シリコン膜、あるいはこれらを組み合わせた積
層膜である。ポリシリコン層のエッチングは、使用する
エッチングガスに応じて塩化シリコン、酸塩化シリコ
ン、臭化シリコン、酸臭化シリコンを生成させることに
より進行させ、しかも、酸化シリコン系堆積物の側壁保
護効果により異方性形状を確保する。In the method (a), at the time of etching a tungsten layer, tungsten fluoride having a high vapor pressure is generated even at around room temperature to promptly advance the etching.
This method is intended to achieve high selectivity to the gate insulating film by not using a fluorine-based etching species when etching the polysilicon layer. Here, a film generally assumed as the gate insulating film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film combining these. The etching of the polysilicon layer proceeds by generating silicon chloride, silicon oxychloride, silicon bromide, and silicon oxybromide in accordance with the etching gas used, and differs due to the sidewall protection effect of the silicon oxide-based deposit. Ensure an isotropic shape.
【0007】方法(b)は、いわゆる低温エッチングと
称される方法であり、被加工層を低温化することによ
り、エッチング種の化学反応速度を低下させると共に側
方マイグレーションを抑制し、その代わりに、主として
エッチング種の運動エネルギーを利用したエッチングを
進行させることにより、異方性形状を達成することを意
図している。これにより、室温近傍でフッ素系エッチン
グ種を用いた場合には困難であったポリシリコン層への
アンダカットの発生を、効果的に抑制する。The method (b) is a method called low-temperature etching. By lowering the temperature of the layer to be processed, the chemical reaction rate of the etching species is reduced and side migration is suppressed. It is intended to achieve an anisotropic shape mainly by advancing etching mainly using the kinetic energy of the etching species. This effectively suppresses the occurrence of undercut in the polysilicon layer, which has been difficult when a fluorine-based etching species is used near room temperature.
【0008】更に、方法(c)は、タングステン層のエ
ッチングを室温よりも高い温度で行うことにより、エッ
チング生成物である酸塩化タングステンの蒸気圧を高め
て脱離を促進することにより、エッチングを速やかに進
行させようとする方法である。ポリシリコン層のエッチ
ング時には、被加工層の温度を室温近傍に戻すことによ
り、ポリシリコン層のエッチング速度の過度の上昇を防
止し、これによってアンダカットの発生を回避する。Further, in the method (c), the etching of the tungsten layer is performed at a temperature higher than room temperature, thereby increasing the vapor pressure of the tungsten oxychloride as an etching product to promote desorption, thereby performing the etching. This is a method that tries to proceed promptly. At the time of etching the polysilicon layer, the temperature of the layer to be processed is returned to around room temperature to prevent an excessive increase in the etching rate of the polysilicon layer, thereby avoiding the occurrence of undercut.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法にもそれぞれに問題がある。先ず、方法(a)で
は、ポリシリコン層のエッチング時のエッチング反応生
成物の蒸気圧を考慮し、タングステン層のエッチング時
も被加工層の温度を室温近傍に設定しているが、今後の
微細化されたデザインルールの下で寸法変換差に対する
許容度がますます減少した場合、タングステン層のエッ
チングを室温近傍でフッ素系ガスを用いて行ったので
は、十分な寸法精度を確保することが極めて困難になる
と予測される。この問題を解決するには、タングステン
層のエッチング時とポリシリコン層のエッチング時と
で、被加工層の温度を変化させる必要があるが、現状で
は同一のエッチングチャンバー内で温度の異なるエッチ
ングプロセスを連続的に進行させることは困難であり、
エッチングチャンバーを分けざるを得ない。However, each of the conventional methods has its own problems. First, in the method (a), the temperature of the layer to be processed is set near room temperature also when etching the tungsten layer in consideration of the vapor pressure of the etching reaction product at the time of etching the polysilicon layer. If the tolerance for dimensional conversion differences is increasingly reduced under the simplified design rules, it is extremely difficult to ensure sufficient dimensional accuracy if the tungsten layer is etched near room temperature with a fluorine-based gas. It is expected to be difficult. In order to solve this problem, it is necessary to change the temperature of the layer to be processed between the time of etching the tungsten layer and the time of etching the polysilicon layer. However, at present, etching processes having different temperatures in the same etching chamber are required. It is difficult to make progress continuously,
The etching chamber has to be divided.
【0010】同一のエッチングチャンバー内で温度の異
なるエッチングプロセスを進行させることが何故困難で
あるかは、近年のプラズマエッチングの装置構成に関連
している。一般にプラズマエッチングを行う場合、エッ
チング装置のチャンバー内に配置された基体載置ステー
ジ(ウェハステージと呼ばれる場合がある)上に、被加
工層が形成された基体を載置・固定する。この基体と
は、典型的にはシリコン基板等の半導体基板である。被
加工層の加熱は、通常、基体載置ステージに内蔵された
ヒータから基体を経由して熱を伝導させることによって
行われる。一方、被加工層の冷却は、基体載置ステージ
中を循環する冷媒により、基体を経由して熱を奪うこと
によって行われる。従って、基体載置ステージと基体と
の密着性が、基体の面内温度分布を大きく左右する。近
年の半導体基板のような大口径の基体を取り扱う場合、
面内温度分布の均一性はエッチングプロセスの成否を左
右する要因となる。[0010] The reason why it is difficult to advance the etching processes having different temperatures in the same etching chamber is related to the recent plasma etching apparatus configuration. Generally, when performing plasma etching, a substrate on which a layer to be processed is formed is mounted and fixed on a substrate mounting stage (which may be called a wafer stage) arranged in a chamber of an etching apparatus. The substrate is typically a semiconductor substrate such as a silicon substrate. Heating of the layer to be processed is usually performed by conducting heat from a heater built in the substrate mounting stage via the substrate. On the other hand, the layer to be processed is cooled by removing heat through the substrate by the refrigerant circulating in the substrate mounting stage. Therefore, the adhesion between the substrate mounting stage and the substrate greatly affects the in-plane temperature distribution of the substrate. When handling large-diameter substrates such as recent semiconductor substrates,
The uniformity of the in-plane temperature distribution is a factor that determines the success or failure of the etching process.
【0011】そこで、近年のプラズマエッチング装置の
基体載置ステージは、静電チャック機能をほぼ標準的に
備えている。静電チャック機能とは、誘電体部材中に埋
設された内部電極に直流電圧を印加し、この誘電体部材
と基体との間に発現するクーロン力を利用して基体を密
着させる機能である。通常は、基体載置ステージの基体
載置面が誘電体部材にて構成され、静電チャック機能を
発揮する。ところが、従来の静電チャックを備えた基体
載置ステージの温度をエッチングプロセスの途中で大き
く変化させようとすると、基体載置ステージの線膨張率
と誘電体部材の線膨張率との相違に起因して誘電体部材
にクラックが発生し易くなり、静電チャックとしての機
能が失われてしまう。従って、現状では、温度の大きく
異なるエッチングプロセスは、それぞれ独立のエッチン
グチャンバー内で行わざるを得ない。このことは、製造
設備の大規模化、製造コストの上昇、スループットの低
下につながる虞れが大きい。Therefore, a substrate mounting stage of a recent plasma etching apparatus has an electrostatic chuck function almost as a standard. The electrostatic chuck function is a function of applying a DC voltage to an internal electrode buried in a dielectric member and bringing the substrate into close contact by utilizing Coulomb force generated between the dielectric member and the substrate. Normally, the substrate mounting surface of the substrate mounting stage is formed of a dielectric member, and exhibits an electrostatic chuck function. However, if the temperature of the substrate mounting stage provided with the conventional electrostatic chuck is largely changed during the etching process, the temperature difference between the linear expansion coefficient of the substrate mounting stage and the linear expansion coefficient of the dielectric member is caused. As a result, cracks easily occur in the dielectric member, and the function as an electrostatic chuck is lost. Therefore, at present, etching processes having greatly different temperatures must be performed in independent etching chambers. This is likely to lead to an increase in the scale of manufacturing equipment, an increase in manufacturing cost, and a decrease in throughput.
【0012】方法(b)では、被加工層として所謂デュ
アルゲート型CMOSのゲート電極形成に用いられるポ
リメタル膜を想定した場合に、NMOSとPMOSとの
間でゲート電極の線幅の相違が顕著となる問題が生ず
る。デュアルゲート型CMOSとは、NMOSとPMO
Sの仕事関数差に起因する閾値電圧の非対称性を解消す
るために、NMOSのゲート電極形成用にはn型のポリ
シリコン層を用い、PMOSのゲート電極形成用にはp
型のポリシリコン層を用いたCMOSである。n型のポ
リシリコン層とp型のポリシリコン層とは、共通のポリ
シリコン層にn型不純物とp型不純物とをそれぞれ領域
を限定して導入することにより形成されるので、NMO
SとPMOSのゲート電極は共通のエッチングプロセス
により同時に形成される。In the method (b), when a polymetal film used for forming a gate electrode of a so-called dual gate type CMOS is assumed as the layer to be processed, the line width of the gate electrode is remarkably different between the NMOS and the PMOS. Problems arise. Dual gate CMOS means NMOS and PMO
In order to eliminate the asymmetry of the threshold voltage due to the work function difference of S, an n-type polysilicon layer is used for forming an NMOS gate electrode, and p-type is used for forming a PMOS gate electrode.
CMOS using a type polysilicon layer. Since the n-type polysilicon layer and the p-type polysilicon layer are formed by introducing an n-type impurity and a p-type impurity to a common polysilicon layer with their respective regions limited, NMO
The S and PMOS gate electrodes are formed simultaneously by a common etching process.
【0013】ところが、通常用いられるエッチング種に
よるn型のポリシリコン層のエッチング速度は、p型の
ポリシリコン層のエッチング速度に比べて速いので、N
MOS側でゲート電極の異方性形状を達成しようとする
とPMOS側でゲート電極の線幅が増大し、逆にPMO
S側でゲート電極の異方性形状を達成しようとするとN
MOS側でゲート電極の線幅が減少してしまう。この傾
向は、エッチング時の被加工層の温度が低下するに従っ
て強調される。このため、タングステン層は低温エッチ
ングによりエッチングしたとしても、ポリシリコン層は
室温近傍でエッチングすることが本来は望ましい。とこ
ろが、上述のように温度差の大きいこれらのエッチング
プロセスを単一のエッチングチャンバー内で連続的に行
うことは、前述の理由により困難である。However, the etching rate of the n-type polysilicon layer by the commonly used etching species is higher than the etching rate of the p-type polysilicon layer.
If an attempt is made to achieve an anisotropic shape of the gate electrode on the MOS side, the line width of the gate electrode increases on the PMOS side, and conversely, the
When trying to achieve an anisotropic shape of the gate electrode on the S side, N
The line width of the gate electrode decreases on the MOS side. This tendency is emphasized as the temperature of the layer to be processed at the time of etching decreases. For this reason, even if the tungsten layer is etched by low-temperature etching, it is originally desirable that the polysilicon layer be etched near room temperature. However, it is difficult to continuously perform these etching processes having a large temperature difference in a single etching chamber as described above for the above-described reason.
【0014】方法(c)では、タングステン層のエッチ
ング生成物である酸塩化タングステン化合物が十分な蒸
気圧を持ち得るように、エッチング時の被加工層の温度
を高温とする。酸塩化タングステンが十分に大きい蒸気
圧を持ち、実用上十分な速度による脱離を促進するため
には100°C近い加熱が必要である。しかし、この後
のポリシリコン層のエッチングは常温近傍で行われるの
で、上述のように温度差の大きいこれらのエッチングプ
ロセスを単一のエッチングチャンバー内で連続的に行う
ことは、やはり前述の理由により困難である。In the method (c), the temperature of the layer to be processed at the time of etching is set high so that the tungsten oxychloride compound, which is an etching product of the tungsten layer, can have a sufficient vapor pressure. Tungsten oxychloride has a sufficiently high vapor pressure and requires heating close to 100 ° C. to promote desorption at a practically sufficient rate. However, since the subsequent etching of the polysilicon layer is performed at around room temperature, it is necessary to continuously perform these etching processes having a large temperature difference in a single etching chamber as described above for the same reason. Have difficulty.
【0015】そこで本発明は、シリコン系材料層と金属
層とが積層された所謂ポリメタル膜の異方性エッチング
を簡便且つ精度良く行うことを可能とするプラズマエッ
チング法を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a plasma etching method capable of easily and accurately performing anisotropic etching of a so-called polymetal film in which a silicon-based material layer and a metal layer are laminated. .
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のプラズマエッチング法は、セラミックス部
材の組織中にアルミニウム系材料が充填された母材と、
該母材の表面に設けられたセラミックス層とから成る複
合部材から構成され、静電チャック機能を有し、且つ、
温度制御手段を備えた基体載置ステージを使用し、基体
載置ステージ上に基体を載置し、基体上の被加工層をエ
ッチングするプラズマエッチング法であって、被加工層
は、シリコン系材料層と、該シリコン系材料層とはエッ
チング特性の異なる金属層とがこの順に積層されて成
り、(イ)基体載置ステージの温度を第1の温度に制御
しながら、金属層をエッチングする工程と、(ロ)基体
載置ステージの温度を第1の温度と異なる第2の温度に
制御しながら、シリコン系材料層をエッチングする工
程、から成ることを特徴とする。According to the present invention, there is provided a plasma etching method comprising: a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material;
A composite member comprising a ceramic layer provided on the surface of the base material, having an electrostatic chuck function, and
A plasma etching method for mounting a substrate on a substrate mounting stage and etching a layer to be processed on the substrate using a substrate mounting stage provided with temperature control means, wherein the layer to be processed is a silicon-based material. And (b) a step of etching the metal layer while controlling the temperature of the substrate mounting stage to a first temperature. And (b) etching the silicon-based material layer while controlling the temperature of the substrate mounting stage to a second temperature different from the first temperature.
【0017】基体載置ステージの温度の制御は、最終的
には基体を経由した熱伝導により被加工層の温度制御に
反映されるが、基体載置ステージの温度そのものは、被
加工層の温度と必ずしも同一ではない。それは、被加工
層の温度が、プラズマ輻射熱やエッチング反応熱の影響
により時々刻々と変化するからである。そこで、例えば
蛍光ファイバ温度計を用い、温度の測定値に基づいたフ
ィードバック制御やフィードフォワード制御によって、
基体載置ステージの温度をリアルタイムに制御すること
が好ましい。The control of the temperature of the substrate mounting stage is ultimately reflected in the temperature control of the layer to be processed by heat conduction through the substrate, but the temperature of the substrate mounting stage itself is the temperature of the layer to be processed. Is not always the same. This is because the temperature of the layer to be processed changes every moment due to the influence of plasma radiation heat and etching reaction heat. Therefore, for example, using a fluorescent fiber thermometer, by feedback control or feedforward control based on the measured value of the temperature,
It is preferable to control the temperature of the substrate mounting stage in real time.
【0018】金属層は、高融点金属材料から成ることが
特に好ましい。高融点金属材料としては、タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、ニオ
ブ(Nb)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)を例示
することができる。中でもタングステンは、実績があり
使い易い材料である。It is particularly preferable that the metal layer is made of a high melting point metal material. Examples of the high melting point metal material include tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), and nickel (Ni). Among them, tungsten is a proven and easy-to-use material.
【0019】工程(イ)における第1の温度と工程
(ロ)における第2の温度の高低関係は、金属層の種類
とエッチングガスの種類の組合せに依存するが、第1の
温度と第2の温度が異なる限り、如何なる組合せであっ
ても構わない。特に、金属層がタングステンから成る場
合、(i)第1の温度が第2の温度よりも低い方法、及
び(ii)第1の温度が第2の温度よりも高い方法、の
いずれもが可能である。The relationship between the first temperature in the step (a) and the second temperature in the step (b) depends on the combination of the type of the metal layer and the type of the etching gas. Any combination may be used as long as the temperatures are different. In particular, when the metal layer is made of tungsten, either (i) a method in which the first temperature is lower than the second temperature, and (ii) a method in which the first temperature is higher than the second temperature are possible. It is.
【0020】方法(i)は、具体例に、工程(イ)にお
いて、フッ素系エッチングガスを用いて金属層をエッチ
ングし、工程(ロ)において、塩素系エッチングガスを
用いてシリコン系材料層をエッチングすることによって
行うことができる。In the method (i), specifically, in the step (a), the metal layer is etched using a fluorine-based etching gas, and in the step (b), the silicon-based material layer is etched using a chlorine-based etching gas. It can be performed by etching.
【0021】方法(i)において良好な異方性形状を達
成するためには、工程(イ)における第1の温度を0°
C近傍あるいはそれ以下に選択し、工程(ロ)における
第2の温度を室温近傍に選択することが、特に好適であ
る。この場合、工程(イ)で行われるエッチングは、所
謂低温エッチングとなる。低温エッチングの温度の下限
は特に限定されず、温度制御手段による冷却能力の範囲
内で、実用的なエッチング速度が達成できる温度を適宜
選択すればよい。タングステンから成る金属層は、フッ
素系エッチングガスから生成したフッ素系エッチング種
と反応し、フッ化タングステンとなって除去されるが、
低温下でフッ素系エッチング種の側方マイグレーション
が抑制され、プラズマ中からのイオン入射の方向に沿っ
たイオンアシスト反応が主として進行するため、金属層
の異方性エッチングが可能となる。フッ素系エッチング
ガスとしては、F2ガス、CF4ガス、CHF3ガス、S
F6ガス、S2F2ガス、C4F8ガスを例示することがで
きる。In order to achieve a good anisotropic shape in the method (i), the first temperature in the step (a) is set to 0 °.
It is particularly preferable to select the temperature near C or lower and to select the second temperature in the step (b) near room temperature. In this case, the etching performed in step (a) is what is called low-temperature etching. The lower limit of the low-temperature etching temperature is not particularly limited, and a temperature at which a practical etching rate can be achieved may be appropriately selected within the range of the cooling ability by the temperature control means. The metal layer made of tungsten reacts with a fluorine-based etching species generated from a fluorine-based etching gas and is removed as tungsten fluoride.
At low temperatures, lateral migration of the fluorine-based etching species is suppressed, and an ion-assisted reaction mainly proceeds along the direction of ion incidence from the plasma, whereby anisotropic etching of the metal layer becomes possible. As the fluorine-based etching gas, F 2 gas, CF 4 gas, CHF 3 gas, S
F 6 gas, S 2 F 2 gas and C 4 F 8 gas can be exemplified.
【0022】方法(i)の工程(ロ)では、塩素系エッ
チングガスを用いてポリシリコン層をエッチングする
が、エッチング反応生成物が室温近傍で脱離に十分な蒸
気圧を持つためには、塩素系エッチングガスが塩素系エ
ッチング種と共に酸素系エッチング種も生成し得ること
が特に好ましい。このようなエッチングガスを用いるこ
とにより、ポリシリコン層が塩化シリコンよりも更に蒸
気圧の低い酸塩化シリコンとなって除去され、実用的な
速度でエッチングが進行する一方で、シリコンと酸素系
エッチング種との反応生成物である堆積性の酸化シリコ
ンが側壁保護効果を発揮し、異方性形状の達成に寄与す
る。しかも、工程(ロ)のエッチングが室温近傍で行わ
れれば、デュアルゲート型CMOSのゲート電極の線幅
がPMOSとNMOSとで大幅に異なるといった問題も
顕在化し難い。塩素系エッチング種と酸素系エッチング
種を同時に生成し得る塩素系エッチングガスとしては、
Cl 2ガスとO2ガスとの混合ガス、BCl3ガスとO2ガ
スとの混合ガス、あるいは酸化塩素のように分子内に塩
素原子と酸素原子の双方を含む化合物のガスを例示する
ことができる。In the step (b) of the method (i), a chlorine-based
Etching the polysilicon layer using the etching gas
However, when the etching reaction product is
To achieve atmospheric pressure, the chlorine-based etching gas must be
Oxygen-based etching species can be generated together with the etching species
Is particularly preferred. Use of such an etching gas
With this, the polysilicon layer is more vaporized than silicon chloride.
It is removed as low pressure silicon oxide
While etching proceeds at a speed, silicon and oxygen
Depositable silicon oxide as a reaction product with etching species
Provides sidewall protection and contributes to achieving anisotropic shape.
You. Moreover, the etching in the step (b) is performed at around room temperature.
If it is, the line width of the gate electrode of the dual gate type CMOS
Is significantly different between PMOS and NMOS
Difficult to manifest. Chlorine-based etching species and oxygen-based etching
As a chlorine-based etching gas capable of simultaneously generating seeds,
Cl TwoGas and OTwoGas mixture with gas, BClThreeGas and OTwoMoth
Gas, or salt in the molecule like chlorine oxide
Illustrates a compound gas containing both elemental and oxygen atoms
be able to.
【0023】方法(i)において、被加工層は、シリコ
ン系材料層と金属層との間にバリヤ層を更に備えていて
もよい。バリヤ層とは、シリコン系材料層と金属層との
間の合金化反応を抑制したり、又、シリコン系材料層の
中に含まれる不純物が金属層へ拡散してシリコン系材料
層の抵抗値が変動することを防止する目的で設けられる
層である。被加工層にバリヤ層が設けられる場合の金属
層は、タングステンに限定されない。代表的なバリヤ層
の構成材料は金属窒化物であり、窒化タングステン、窒
化チタン、窒化タンタルを例示することができる。バリ
ヤ層の構成材料は、使用する金属層の種類に応じ、シリ
コン系材料層と金属層の双方に良好な密着性を示し得る
導電性材料から選択することができる。被加工層がバリ
ヤ層を備える場合には、工程(イ)又は工程(ロ)にお
いてバリヤ層もエッチングする必要が生ずるが、いずれ
の工程においてバリヤ層をエッチングするかは、バリヤ
層の構成材料に依存する。バリヤ層の構成材料が、例え
ば窒化タングステンのようにフッ素系エッチング種でエ
ッチングされ得る材料であれば、工程(イ)において金
属層のエッチングに引き続き行うことができ、窒化チタ
ンのように塩素系エッチング種でエッチングされ得る材
料であれば、工程(ロ)においてポリシリコン層のエッ
チングに先立って行うことができる。In the method (i), the layer to be processed may further include a barrier layer between the silicon-based material layer and the metal layer. The barrier layer suppresses an alloying reaction between the silicon-based material layer and the metal layer, or diffuses impurities contained in the silicon-based material layer into the metal layer and causes the resistance value of the silicon-based material layer to increase. Is a layer provided for the purpose of preventing the fluctuation of the thickness. When the barrier layer is provided on the layer to be processed, the metal layer is not limited to tungsten. A typical constituent material of the barrier layer is a metal nitride, and examples thereof include tungsten nitride, titanium nitride, and tantalum nitride. The constituent material of the barrier layer can be selected from conductive materials that can exhibit good adhesion to both the silicon-based material layer and the metal layer, depending on the type of metal layer used. When the layer to be processed includes a barrier layer, it is necessary to etch the barrier layer in the step (a) or the step (b). In which step, the barrier layer is etched depends on the constituent material of the barrier layer. Dependent. If the constituent material of the barrier layer is a material that can be etched with a fluorine-based etching species, for example, tungsten nitride, the step (a) can be performed subsequent to the etching of the metal layer, and a chlorine-based etching such as titanium nitride is used. Any material that can be etched by the seed can be used in step (b) prior to etching the polysilicon layer.
【0024】一方、第1の温度が第2の温度よりも高い
方法(ii)は、具体的に、工程(イ)において、塩素
系エッチングガスを用いて金属層をエッチングし、工程
(ロ)において、塩素系エッチングガスを用いてシリコ
ン系材料層をエッチングすることによって行うことがで
きる。On the other hand, in the method (ii) in which the first temperature is higher than the second temperature, the metal layer is etched using a chlorine-based etching gas in the step (a). In the above, the etching can be performed by etching the silicon-based material layer using a chlorine-based etching gas.
【0025】方法(ii)の工程(イ)において、塩素
系エッチングガスを用いてタングステン層をエッチング
する場合、エッチング反応生成物が室温近傍で脱離に十
分な蒸気圧を持つためには、塩素系エッチングガスが塩
素系エッチング種と共に酸素系エッチング種も生成し得
ることが特に好ましい。このようなエッチングガスを用
いることにより、タングステン層が塩化タングステンよ
りも更に蒸気圧の低い酸塩化タングステンとなって除去
され、実用的な速度でエッチングが進行する。第1の温
度は、概ね80〜130°C程度に選択することが好ま
しいが、エッチング用マスクが有機レジスト層を含む場
合には、有機レジスト層の耐熱性を考慮して100°C
程度を上限とする。第1の温度を100°Cを超える温
度に設定する場合には、エッチング用マスクを無機化合
物層を用いて構成する必要がある。エッチング用マスク
の構成については、後述する。In the step (a) of the method (ii), when the tungsten layer is etched using a chlorine-based etching gas, the etching reaction product has a sufficient vapor pressure near the room temperature for desorption. It is particularly preferred that the system-based etching gas can generate oxygen-based etching species together with chlorine-based etching species. By using such an etching gas, the tungsten layer is removed as tungsten oxychloride having a lower vapor pressure than tungsten chloride, and the etching proceeds at a practical rate. The first temperature is preferably selected to be approximately 80 to 130 ° C., but when the etching mask includes an organic resist layer, the first temperature is set to 100 ° C. in consideration of the heat resistance of the organic resist layer.
The degree is the upper limit. When the first temperature is set to a temperature exceeding 100 ° C., the etching mask needs to be formed using an inorganic compound layer. The configuration of the etching mask will be described later.
【0026】方法(ii)の工程(ロ)における塩素系
エッチングガスの組成、エッチング機構、第2の温度の
設定については、方法(i)に関連して述べた通りであ
る。方法(ii)によれば、エッチングプロセスの途中
でエッチングガスの種類を切り替える必要がないので、
プラズマエッチング装置の操作が簡便となる。又、工程
(イ)におけるタングステン層のエッチングをフッ素系
エッチングガスを用いて行った場合、工程(ロ)に進む
前にチャンバー内の排気を徹底しないと残留フッ素系エ
ッチング種によってゲート絶縁膜に対する選択性が低下
する虞れがあるが、方法(ii)ではフッ素系エッチン
グガスを全く用いないので、かかる問題も生じない。The composition of the chlorine-based etching gas, the etching mechanism, and the setting of the second temperature in the step (b) of the method (ii) are as described in relation to the method (i). According to the method (ii), it is not necessary to switch the type of the etching gas during the etching process.
The operation of the plasma etching apparatus is simplified. If the etching of the tungsten layer in the step (a) is performed using a fluorine-based etching gas, the exhaust gas in the chamber must be thoroughly exhausted before proceeding to the step (b) to select the gate insulating film depending on the remaining fluorine-based etching species. However, such a problem does not occur because no fluorine-based etching gas is used in the method (ii).
【0027】方法(ii)においても、被加工層は、シ
リコン系材料層と金属層との間にバリヤ層を更に備える
ことができる。バリヤ層の構成材料については、方法
(i)に関連して述べた通りである。方法(ii)にお
いて、工程(イ)及び工程(ロ)のいずれにおいてバリ
ヤ層をエッチングするかは、バリヤ層の構成材料に依存
する。方法(ii)では、工程(イ)でも工程(ロ)で
も塩素系エッチングガスを使用するので、バリヤ層のエ
ッチング反応生成物(塩化物及び/又は酸塩化物)が高
温下でなければ脱離し得ない場合には工程(イ)、常温
でも脱離し得る場合には工程(ロ)でエッチングするこ
とができる。例えば、窒化タングステンから成るバリヤ
層は、工程(イ)でエッチングすることが好ましく、窒
化チタンから成るバリヤ層は、工程(ロ)でエッチング
することが好ましい。In the method (ii), the layer to be processed may further include a barrier layer between the silicon-based material layer and the metal layer. The constituent material of the barrier layer is as described in connection with the method (i). In the method (ii), whether the barrier layer is etched in the step (a) or the step (b) depends on a constituent material of the barrier layer. In the method (ii), the chlorine-based etching gas is used in both the step (a) and the step (b), so that the etching reaction product (chloride and / or acid chloride) of the barrier layer is desorbed unless the temperature is high. If it cannot be obtained, it can be etched in step (a), and if it can be desorbed even at room temperature, it can be etched in step (b). For example, the barrier layer made of tungsten nitride is preferably etched in step (a), and the barrier layer made of titanium nitride is preferably etched in step (b).
【0028】方法(ii)においては、工程(イ)に先
立ち、少なくとも無機化合物層を含むエッチング用マス
クを被加工層上に形成してもよい。これは、工程(イ)
における第1の温度が100°Cを超える場合に、有機
レジスト層の使用が困難となるからであるが、無機化合
物層を含むエッチング用マスクは、方法(i)で用いて
も構わない。この無機化合物層は、エッチング終了後も
残しておくことにより、例えば自己整合コンタクト・プ
ロセスにおけるエッチング停止層として利用できる場合
もあるからである。無機化合物層を含むエッチング用マ
スクは、無機化合物層のみから構成された単独マスクで
もよいし、あるいは無機化合物層をパターニングするた
めに用いた有機レジスト層を無機化合物層の上に残した
複合マスクであってもよい。無機化合物層としては、S
iO2、SiN、SiON、SOG(スピンオングラ
ス)を例示することができる。但し、これら酸化シリコ
ン系材料や窒化シリコン系材料は、フッ素系エッチング
種の攻撃を受けやすいので、フッ素系エッチング種を使
用するエッチングのエッチング用マスクとして用いる場
合には、有機レジスト層と組み合わせた複合マスクとし
て用いることが特に好ましい。In the method (ii), prior to the step (a), an etching mask containing at least an inorganic compound layer may be formed on the layer to be processed. This is the process (a)
If the first temperature in (1) exceeds 100 ° C., it becomes difficult to use the organic resist layer. However, the etching mask including the inorganic compound layer may be used in the method (i). This is because the inorganic compound layer can be used as an etching stop layer in a self-aligned contact process, for example, by being left after the end of the etching. The etching mask including the inorganic compound layer may be a single mask composed of only the inorganic compound layer or a composite mask in which an organic resist layer used for patterning the inorganic compound layer is left on the inorganic compound layer. There may be. As the inorganic compound layer, S
iO 2, SiN, SiON, can be exemplified SOG (spin on glass). However, since these silicon oxide-based materials and silicon nitride-based materials are easily attacked by fluorine-based etching species, when they are used as etching masks for etching using fluorine-based etching species, composite materials combined with an organic resist layer are used. It is particularly preferable to use it as a mask.
【0029】本発明のプラズマエッチング法によって形
成される部材は、いかなる部材であってもよいが、特に
半導体製造分野においてデザインルールの指標となるM
IS型トランジスタのゲート電極を簡便且つ高精度に形
成することが可能である。The member formed by the plasma etching method of the present invention may be any member.
The gate electrode of the IS type transistor can be formed easily and with high precision.
【0030】ところで、本発明のプラズマエッチング法
においては、工程(イ)及び工程(ロ)との間で、基体
載置ステージの温度に典型的には数十°Cもの差が生
じ、しかもスループットを考慮すると1分間に100°
C程度の昇降温速度で基体載置ステージの温度を変更す
ることが求められる。従来の静電チャックを備えた基体
載置ステージの温度を、エッチングプロセスの途中でこ
のように大きく且つ急激に変化させようとすると、基体
載置ステージの線膨張率と誘電体部材の線膨張率との相
違に起因して誘電体部材にクラックが発生し易くなり、
静電チャックとしての機能が失われてしまう。しかし、
本発明のプラズマエッチング法では、構成及び構成材料
が詳細に検討された基体載置ステージを使用することで
この問題を解決し、以て、単一のエッチングチャンバー
内で温度差の大きく異なるエッチングプロセスを連続的
に行うことが可能となる。以下、基体載置ステージにつ
いて説明する。By the way, in the plasma etching method of the present invention, a difference of typically several tens degrees Celsius occurs in the temperature of the substrate mounting stage between the step (a) and the step (b), 100 ° per minute
It is required to change the temperature of the substrate mounting stage at a temperature rise / fall rate of about C. If the temperature of the substrate mounting stage provided with the conventional electrostatic chuck is to be changed so greatly and rapidly during the etching process, the linear expansion coefficient of the substrate mounting stage and the linear expansion coefficient of the dielectric member are increased. Cracks easily occur in the dielectric member due to the difference between
The function as an electrostatic chuck is lost. But,
In the plasma etching method of the present invention, this problem is solved by using a substrate mounting stage whose structure and constituent materials have been studied in detail. Can be performed continuously. Hereinafter, the substrate mounting stage will be described.
【0031】本発明のプラズマエッチング法において
は、セラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料が
充填された母材と、母材の表面に設けられたセラミック
ス層とから成る複合部材から構成された基体載置ステー
ジを使用するので、基体載置ステージを急激に昇降温さ
せても、セラミックス層に損傷が発生すること無く、基
体、更には、基体上に形成された被加工層を高温に加
熱、又は低温に冷却することが可能となる。その結果、
反応生成物の気化を促進することができ、被加工層の微
細加工を確実に行うことができる。しかも、基体載置ス
テージは静電チャック機能を有しているので、基体を基
体載置ステージに確実に密着させることができ、基体、
更には、基体上に形成された被加工層を、優れた温度制
御の下、効果的に高温に加熱、又は低温に冷却すること
ができる。In the plasma etching method of the present invention, a substrate mounting member composed of a composite member comprising a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material and a ceramic layer provided on the surface of the base material is provided. Since the placing stage is used, even if the temperature of the substrate placing stage is rapidly raised and lowered, the ceramic layer is not damaged and the substrate, and further, the layer to be processed formed on the substrate is heated to a high temperature, or It becomes possible to cool to a low temperature. as a result,
Vaporization of the reaction product can be promoted, and fine processing of the processed layer can be reliably performed. Moreover, since the substrate mounting stage has an electrostatic chuck function, the substrate can be securely brought into close contact with the substrate mounting stage.
Furthermore, the layer to be processed formed on the substrate can be effectively heated to a high temperature or cooled to a low temperature under excellent temperature control.
【0032】基体載置ステージを構成する母材それ自体
を電極としてもよいし、セラミックス層内部に電極を形
成してもよく、かかる電極に直流電圧を印加することに
よって、基体載置ステージに静電チャック機能を付与す
ることができる。The base material itself constituting the base mounting stage may be used as an electrode itself, or an electrode may be formed inside the ceramic layer. By applying a DC voltage to the electrode, the base mounting stage can be statically mounted. An electric chuck function can be provided.
【0033】基体載置ステージに配設された温度制御手
段を、ヒータから構成することができる。ヒータを複合
部材の外部に配設してもよいし、母材の内部に配設して
もよく、後者の場合、母材の線膨張率をα1[単位:1
0-6/K]としたとき、ヒータを構成する材料の線膨張
率αH[単位:10-6/K]は(α1−4)≦αH≦(α1
+4)の関係を満足することが好ましい。ここで、ヒー
タを構成する材料とは、母材と接するヒータの部分(例
えば鞘管)を構成する材料を意味する。以下においても
同様である。尚、一般に、線膨張率αは、物体の長さを
L、0゜Cにおける物体の長さをL0、θを温度とした
とき、α=(dL/dθ)/L0で表すことができ、単
位はK-1(1/K)であるが、本明細書では、10-6/
Kを単位として線膨張率を表現している。以下、線膨張
率を説明するとき、単位を省略して説明する場合もあ
る。The temperature control means provided on the substrate mounting stage can be constituted by a heater. The heater may be provided outside the composite member or inside the base material. In the latter case, the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 1
0 −6 / K], the linear expansion coefficient α H [unit: 10 −6 / K] of the material constituting the heater is (α 1 -4) ≦ α H ≦ (α 1
+4) is preferably satisfied. Here, the material constituting the heater means a material constituting a portion (for example, a sheath tube) of the heater in contact with the base material. The same applies to the following. In general, the linear expansion coefficient α can be expressed as α = (dL / dθ) / L 0 where L is the length of the object, L 0 is the length of the object at 0 ° C., and θ is the temperature. The unit is K -1 (1 / K), but in the present specification, 10 -6 /
The coefficient of linear expansion is expressed in units of K. Hereinafter, when the linear expansion coefficient is described, a unit may be omitted in some cases.
【0034】あるいは又、基体載置ステージに配設され
た温度制御手段を、母材の内部に配設された温度制御用
熱媒体(以下、単に熱媒体と称する)を流す配管から構
成することもできる。この場合、母材の線膨張率をα1
[単位:10-6/K]としたとき、配管の線膨張率αP
[単位:10-6/K]は(α1−4)≦αP≦(α1+
4)の関係を満足することが好ましい。この配管は、前
述のヒータを併設することが特に好適である。Alternatively, the temperature control means provided on the base mounting stage is constituted by a pipe for flowing a heat medium for temperature control (hereinafter simply referred to as a heat medium) provided inside the base material. You can also. In this case, the linear expansion coefficient of the base material is α 1
When [unit: 10 −6 / K], the coefficient of linear expansion of the pipe α P
[Unit: 10 −6 / K] is (α 1 -4) ≦ α P ≦ (α 1 +
It is preferable to satisfy the relationship of 4). It is particularly preferable that this pipe is provided with the above-described heater.
【0035】母材の線膨張率α1とヒータを構成する材
料や配管の線膨張率αH,αPとがこれらの関係を満足す
ることによって、セラミックス層に損傷が発生すること
を効果的に防止することができる。When the linear expansion coefficient α 1 of the base material and the linear expansion coefficients α H and α P of the material and piping constituting the heater satisfy these relationships, it is possible to effectively prevent the ceramic layer from being damaged. Can be prevented.
【0036】また、母材の線膨張率をα1[単位:10
-6/K]としたとき、セラミックス層の線膨張率α
2[単位:10-6/K]は(α1−4)≦α2≦(α1+
4)の関係を満足することが好ましい。これによって、
温度の異なるエッチングプロセス間で基体載置ステージ
を急激に昇降温させても、母材の線膨張率α1とセラミ
ックス層の線膨張率α2の差に起因したセラミックス層
の損傷発生を確実に防止することが可能となる。The coefficient of linear expansion of the base material is α 1 [unit: 10
−6 / K], the coefficient of linear expansion α of the ceramic layer
2 [unit: 10 −6 / K] is (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +
It is preferable to satisfy the relationship of 4). by this,
It is rapidly raised and lowered the temperature of the substrate mounting stage between different etch process temperature, to ensure the occurrence of damage of the ceramic layer due to the difference in linear expansion coefficient alpha 2 of the linear expansion coefficient alpha 1 and the ceramic layer of the base material This can be prevented.
【0037】尚、このような母材は、例えば、(A)セ
ラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料を充填
し、以て、セラミックス部材の組織中にアルミニウム系
材料が充填された母材を作製する工程と、(B)この母
材の表面にセラミックス層を設ける工程に基づき作製す
ることができる。Such a base material is prepared by, for example, (A) filling a structure of a ceramic member with an aluminum-based material and thereby forming a base material with the structure of the ceramic member filled with an aluminum-based material. And (B) providing a ceramic layer on the surface of the base material.
【0038】この場合、母材を構成するセラミックス部
材の組成をコージエライトセラミックスとし、母材を構
成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(A
l)及びケイ素(Si)とし、セラミックス層を構成す
る材料を酸化アルミニウム(Al2O3)や窒化アルミニ
ウム(AlN)とすることができる。尚、セラミックス
層を構成する材料には、セラミックス層の線膨張率や電
気特性を調整するために、例えば、TiO2を添加して
もよい。(α1−4)≦α2≦(α1+4)の関係を満足
するように、コージエライトセラミックスとアルミニウ
ム系材料との容積比を決定することが望ましい。あるい
は又、コージエライトセラミックス/アルミニウム系材
料の容積比を、25/75乃至75/25、好ましくは
25/75乃至50/50とすることが望ましい。この
ような容積比にすることによって、母材の線膨張率の制
御だけでなく、母材は、純粋なセラミックスの電気伝導
度や熱伝導度よりも金属に近づいた値を有するようにな
る。その結果、このような母材には、電圧の印加は勿論
のこと、バイアスの印加も可能となり、反応生成物の気
化の促進を図ることができる。更には、アルミニウム系
材料を基準としたとき、アルミニウム系材料には、ケイ
素が12乃至35体積%、好ましくは16乃至35体積
%、一層好ましくは20乃至35体積%含まれているこ
とが、(α1−4)≦α2≦(α1+4)の関係を満足す
る上で望ましい。尚、実際には、コージエライトセラミ
ックスから成るセラミックス部材の組織中に、アルミニ
ウム(Al)及びケイ素(Si)が充填され、アルミニ
ウム(Al)中にケイ素(Si)が含まれているわけで
はないが、アルミニウム系材料におけるアルミニウム
(Al)とケイ素(Si)の容積比を表すために、アル
ミニウム系材料にはケイ素が含まれているという表現を
用いる。以下においても同様である。In this case, the composition of the ceramic member forming the base material is cordierite ceramics, and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (A
1) and silicon (Si), and the material constituting the ceramic layer can be aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or aluminum nitride (AlN). Note that, for example, TiO 2 may be added to the material constituting the ceramic layer in order to adjust the coefficient of linear expansion and electrical characteristics of the ceramic layer. It is desirable to determine the volume ratio between the cordierite ceramics and the aluminum-based material so as to satisfy the relationship of (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +4). Alternatively, the volume ratio of cordierite ceramics / aluminum-based material is desirably 25/75 to 75/25, preferably 25/75 to 50/50. With such a volume ratio, not only the control of the coefficient of linear expansion of the base material, but also the base material has a value closer to the metal than the electrical conductivity or thermal conductivity of pure ceramics. As a result, it is possible to apply not only a voltage but also a bias to such a base material, and it is possible to promote the vaporization of the reaction product. Further, based on an aluminum-based material, the aluminum-based material contains 12 to 35% by volume, preferably 16 to 35% by volume, and more preferably 20 to 35% by volume of silicon. It is desirable to satisfy the relationship of α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +4). Actually, the structure of a ceramic member made of cordierite ceramics is filled with aluminum (Al) and silicon (Si), and silicon (Si) is not contained in aluminum (Al). However, in order to express the volume ratio between aluminum (Al) and silicon (Si) in an aluminum-based material, the expression that aluminum-based material contains silicon is used. The same applies to the following.
【0039】母材を構成するセラミックス部材の組成を
コージエライトセラミックスとし、母材を構成するアル
ミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)及びケイ
素(Si)とする場合、上記の工程(A)は、容器の中
に多孔質のコージエライトセラミックスを組成としたセ
ラミックス部材を配し、容器内に溶融したアルミニウム
とケイ素とを組成としたアルミニウム系材料を流し込
み、高圧鋳造法にてセラミックス部材中にアルミニウム
系材料を充填する工程から成ることが好ましい。この場
合、セラミックス部材は、例えば、金型プレス成形法、
静水圧成形法(CIP法あるいはラバープレス成形法と
も呼ばれる)、鋳込み成形法(スリップキャスティング
法とも呼ばれる)、あるいは泥漿鋳込み成形法によって
コージエライトセラミックスを成形した後、焼成(焼
結)を行うことによって得ることができる。When the composition of the ceramic member forming the base material is cordierite ceramics and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al) and silicon (Si), the above-mentioned step (A) is performed as follows. A ceramic member composed of porous cordierite ceramics is placed in a container, and an aluminum-based material composed of molten aluminum and silicon is poured into the container, and the ceramic member is formed by high-pressure casting. Preferably, the method comprises a step of filling an aluminum-based material. In this case, the ceramic member is, for example, a die press molding method,
Forming cordierite ceramics by isostatic pressing (also called CIP method or rubber press forming method), casting method (also called slip casting method), or slurry casting method, and then firing (sintering). Can be obtained by:
【0040】尚、セラミックス部材を、コージエライト
セラミックス粉末を成形した後、焼成することにより作
製することができるが、コージエライトセラミックス粉
末とコージエライトセラミックス繊維との混合物を焼成
(焼結)することにより作製することが、多孔質のセラ
ミックス部材を得る上で、また、母材作製の際にセラミ
ックス部材に損傷が発生することを防ぐ上で、好まし
い。後者の場合、焼成体(焼結体)におけるコージエラ
イトセラミックス繊維の割合は、1乃至20体積%、好
ましくは1乃至10体積%、一層好ましくは1乃至5体
積%であることが望ましい。また、コージエライトセラ
ミックス粉末の平均粒径は1乃至100μm、好ましく
は5乃至50μm、一層好ましくは5乃至10μmであ
り、コージエライトセラミックス繊維の平均直径は2乃
至10μm、好ましくは3乃至5μmであり、平均長さ
は0.1乃至10mm、好ましくは1乃至2mmである
ことが望ましい。更には、コージエライトセラミックス
粉末とコージエライトセラミックス繊維との混合物を8
00乃至1200゜C、好ましくは800乃至1100
゜Cにて焼成(焼結)することが望ましい。また、セラ
ミックス部材の空孔率は25乃至75%、好ましくは5
0乃至75%であることが望ましい。The ceramic member can be produced by forming cordierite ceramic powder and then firing the same. However, a mixture of the cordierite ceramic powder and the cordierite ceramic fibers is fired (sintered). This is preferable in order to obtain a porous ceramic member and to prevent the ceramic member from being damaged when the base material is manufactured. In the latter case, the ratio of the cordierite ceramic fibers in the fired body (sintered body) is desirably 1 to 20% by volume, preferably 1 to 10% by volume, and more preferably 1 to 5% by volume. The average particle diameter of the cordierite ceramic powder is 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm, more preferably 5 to 10 μm, and the average diameter of the cordierite ceramic fibers is 2 to 10 μm, preferably 3 to 5 μm. The average length is desirably 0.1 to 10 mm, preferably 1 to 2 mm. Further, a mixture of cordierite ceramics powder and cordierite ceramics fiber is mixed with 8
00 to 1200 ° C, preferably 800 to 1100
It is desirable to fire (sinter) at ゜ C. The porosity of the ceramic member is 25 to 75%, preferably 5 to 75%.
It is desirably 0 to 75%.
【0041】また、容器内に溶融したアルミニウム系材
料を流し込む際のセラミックス部材の温度を500乃至
1000゜C、好ましくは700乃至800゜Cとし、
容器内に溶融したアルミニウム系材料を流し込む際のア
ルミニウム系材料の温度を700乃至1000゜C、好
ましくは750乃至900゜Cとし、高圧鋳造法にてセ
ラミックス部材中にアルミニウム系材料を充填する際に
加える絶対圧を200乃至1500kgf/cm2、好
ましくは800乃至1000kgf/cm2とすること
が望ましい。The temperature of the ceramic member when the molten aluminum material is poured into the container is set to 500 to 1000 ° C., preferably 700 to 800 ° C.
When the temperature of the aluminum-based material at the time of pouring the molten aluminum-based material into the container is set to 700 to 1000 ° C., preferably 750 to 900 ° C., The absolute pressure to be applied is desirably 200 to 1500 kgf / cm 2 , preferably 800 to 1000 kgf / cm 2 .
【0042】あるいは又、母材を構成するセラミックス
部材の組成を窒化アルミニウム(AlN)とし、母材を
構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(A
l)あるいはアルミニウム(Al)とケイ素(Si)と
し、セラミックス層を構成する材料を酸化アルミニウム
(Al2O3)や窒化アルミニウム(AlN)とすること
ができる。尚、セラミックス層を構成する材料には、セ
ラミックス層の線膨張率や電気特性を調整するために、
例えば、TiO2やYxOyを添加してもよい。この場
合、(α1−4)≦α2≦(α1+4)の関係を満足する
ように、窒化アルミニウムとアルミニウム系材料との容
積比を決定することが好ましい。あるいは又、窒化アル
ミニウム/アルミニウム系材料の容積比を、40/60
乃至80/20、好ましくは60/40乃至70/30
とすることが望ましい。このような容積比にすることに
よって、母材の線膨張率の制御だけでなく、母材は、純
粋なセラミックスの電気伝導度や熱伝導度よりも金属に
近づいた値を有するようになり、このような母材には電
圧の印加は勿論のこと、バイアスの印加も可能となり、
反応生成物の気化の促進を図ることができる。尚、母材
を構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム及
びケイ素とする場合、アルミニウム系材料にはケイ素が
12乃至35体積%、好ましくは16乃至35体積%、
一層好ましくは20乃至35体積%含まれていること
が、(α1−4)≦α2≦(α1+4)を満足する上で望
ましい。Alternatively, the composition of the ceramic member forming the base material is aluminum nitride (AlN), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (A
1) Or aluminum (Al) and silicon (Si), and the material constituting the ceramic layer can be aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or aluminum nitride (AlN). In addition, in order to adjust the coefficient of linear expansion and electrical characteristics of the ceramic layer,
For example, TiO 2 or Y x O y may be added. In this case, it is preferable to determine the volume ratio between aluminum nitride and the aluminum-based material so as to satisfy the relationship of (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +4). Alternatively, the volume ratio of aluminum nitride / aluminum-based material is set to 40/60.
To 80/20, preferably 60/40 to 70/30
It is desirable that By making such a volume ratio, not only the control of the coefficient of linear expansion of the base material, the base material comes to have a value closer to the metal than the electrical conductivity or thermal conductivity of pure ceramics, Such a base material can be applied with a bias as well as a voltage,
It is possible to promote the vaporization of the reaction product. When the composition of the aluminum-based material constituting the base material is aluminum and silicon, silicon is contained in the aluminum-based material in an amount of 12 to 35% by volume, preferably 16 to 35% by volume,
More preferably, it is contained in an amount of 20 to 35% by volume in order to satisfy (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +4).
【0043】母材を構成するセラミックス部材の組成を
窒化アルミニウム(AlN)とし、母材を構成するアル
ミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)とした場
合、前述の工程(A)は、非加圧金属浸透法に基づき、
窒化アルミニウム粒子から成形されたセラミックス部材
に溶融したアルミニウムを組成としたアルミニウム系材
料を非加圧状態にて浸透させる工程から成ることが好ま
しい。尚、セラミックス部材は、例えば、金型プレス成
形法、静水圧成形法、鋳込み成形法、あるいは泥漿鋳込
み成形法によって成形した後、500乃至1000゜
C、好ましくは800乃至1000゜Cの温度で焼成
(焼結)を行うことによって得ることができる。この場
合、窒化アルミニウム粒子の平均粒径は10乃至100
μm、好ましくは10乃至50μm、一層好ましくは1
0乃至20μmであることが望ましい。When the composition of the ceramic member forming the base material is aluminum nitride (AlN) and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al), the above-mentioned step (A) is performed under the non-pressurized condition. Based on metal infiltration method,
It is preferable that the method comprises a step of infiltrating an aluminum-based material having a composition of molten aluminum into a ceramic member formed from aluminum nitride particles in a non-pressurized state. The ceramic member is formed by, for example, a die press molding method, a hydrostatic molding method, a casting method, or a slurry casting method, and then fired at a temperature of 500 to 1000 ° C., preferably 800 to 1000 ° C. (Sintering). In this case, the average particle size of the aluminum nitride particles is 10 to 100.
μm, preferably 10 to 50 μm, more preferably 1 μm
Desirably, the thickness is 0 to 20 μm.
【0044】あるいは又、母材を構成するセラミックス
部材の組成を炭化ケイ素(SiC)とし、母材を構成す
るアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)又
はアルミニウム(Al)とケイ素(Si)とし、セラミ
ックス層を構成する材料を酸化アルミニウム(Al
2O3)や窒化アルミニウム(AlN)とすることができ
る。尚、セラミックス層を構成する材料には、セラミッ
クス層の線膨張率や電気特性を調整するために、例え
ば、TiO2を添加してもよい。この場合、母材の線膨
張率をα1[単位:10-6/K]としたとき、セラミッ
クス層の線膨張率α2[単位:10-6/K]が(α1−
4)≦α2≦(α1+4)を満足するように、炭化ケイ素
粒子とアルミニウム系材料との容積比を決定することが
望ましい。若しくは、炭化ケイ素粒子/アルミニウム系
材料の容積比は、40/60乃至80/20、好ましく
は60/40乃至70/30であることが望ましい。こ
のような容積比にすることによって、母材の線膨張率の
制御だけでなく、母材は、純粋なセラミックスの電気伝
導度や熱伝導度よりも金属に近づいた値を有するように
なり、このような母材には電圧の印加は勿論のこと、バ
イアスの印加も可能となり、反応生成物の気化の促進を
図ることができる。尚、母材を構成するアルミニウム系
材料の組成をアルミニウム及びケイ素とする場合、アル
ミニウム系材料にはケイ素が12乃至35体積%、好ま
しくは16乃至35体積%、一層好ましくは20乃至3
5体積%含まれていることが、(α1−4)≦α2≦(α
1+4)を満足する上で望ましい。Alternatively, the composition of the ceramic member forming the base material is silicon carbide (SiC), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al) or aluminum (Al) and silicon (Si); Aluminum oxide (Al)
2 O 3 ) or aluminum nitride (AlN). Note that, for example, TiO 2 may be added to the material constituting the ceramic layer in order to adjust the coefficient of linear expansion and electrical characteristics of the ceramic layer. In this case, assuming that the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K], the linear expansion coefficient α 2 [unit: 10 −6 / K] of the ceramic layer is (α 1 −
4) It is desirable to determine the volume ratio between the silicon carbide particles and the aluminum-based material so as to satisfy ≦ α 2 ≦ (α 1 +4). Alternatively, the volume ratio of silicon carbide particles / aluminum-based material is desirably 40/60 to 80/20, preferably 60/40 to 70/30. By adopting such a volume ratio, not only the control of the coefficient of linear expansion of the base material, but also the base material has a value closer to the metal than the electrical conductivity or thermal conductivity of pure ceramics, A voltage can be applied to such a base material as well as a bias can be applied, and the vaporization of the reaction product can be promoted. When the composition of the aluminum-based material constituting the base material is aluminum and silicon, the aluminum-based material contains 12 to 35% by volume of silicon, preferably 16 to 35% by volume, and more preferably 20 to 3% by volume.
5% by volume is expressed as (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α
It is desirable to satisfy 1 + 4).
【0045】この場合、工程(A)は、非加圧金属浸透
法に基づき、炭化ケイ素粒子から成形されたセラミック
ス部材に溶融したアルミニウム又はアルミニウムとケイ
素とを組成としたアルミニウム系材料を非加圧状態にて
浸透させる工程から成ることが好ましい。あるいは、工
程(A)は、容器の中に炭化ケイ素を組成としたセラミ
ックス部材を配し、該容器内に溶融したアルミニウム又
はアルミニウムとケイ素とを組成としたアルミニウム系
材料を流し込み、高圧鋳造法にてセラミックス部材中に
アルミニウム系材料を充填する工程から成ることが好ま
しく、この場合、容器内に溶融したアルミニウム系材料
を流し込む際のセラミックス部材の温度を500乃至1
000゜Cとし、高圧鋳造法にてセラミックス部材中に
アルミニウム系材料を充填する際に加える絶対圧を20
0乃至1500kgf/cm2とすることが望ましい。
セラミックス部材は、例えば、金型プレス成形法、静水
圧成形法、鋳込み成形法、あるいは泥漿鋳込み成形法に
よって成形した後、500乃至1000゜C、好ましく
は800乃至1000゜Cの温度で焼成を行うことによ
って得ることができる。炭化ケイ素粒子の平均粒径は1
乃至100μm、好ましくは10乃至80μm、一層好
ましくは15乃至60μmであることが望ましい。In this case, in the step (A), based on a non-pressurized metal infiltration method, molten aluminum or an aluminum-based material containing aluminum and silicon in a ceramic member formed from silicon carbide particles is subjected to non-pressurizing. Preferably, the method comprises a step of infiltrating in a state. Alternatively, in the step (A), a ceramic member composed of silicon carbide is placed in a container, and molten aluminum or an aluminum-based material composed of aluminum and silicon is poured into the container. And filling the ceramic member with an aluminum-based material by heating. In this case, when the molten aluminum-based material is poured into the container, the temperature of the ceramic member is set to 500 to 1
2,000 ° C, and the absolute pressure applied when filling the ceramic material with the aluminum-based material by the high pressure casting method is 20
It is desirable to set it to 0 to 1500 kgf / cm 2 .
The ceramic member is formed, for example, by a die press molding method, a hydrostatic molding method, a casting method, or a slurry casting method, and then fired at a temperature of 500 to 1000 ° C, preferably 800 to 1000 ° C. Can be obtained by: The average particle size of the silicon carbide particles is 1
The thickness is desirably from 10 to 80 μm, preferably 10 to 80 μm, and more preferably 15 to 60 μm.
【0046】あるいは又、母材を構成するセラミックス
部材の組成は酸化アルミニウム(Al2O3)であり、母
材を構成するアルミニウム系材料の組成はアルミニウム
(Al)又はアルミニウム(Al)とケイ素(Si)で
あり、セラミックス層を構成する材料は酸化アルミニウ
ム(Al2O3)とすることができる。尚、セラミックス
層を構成する材料には、セラミックス層の線膨張率や電
気特性を調整するために、例えば、TiO2を添加して
もよい。この場合、(α1−4)≦α2≦(α1+4)を
満足するように、酸化アルミニウムとアルミニウム系材
料との容積比を決定することが好ましい。あるいは又、
酸化アルミニウム/アルミニウム系材料の容積比を、5
0/50乃至90/10、好ましくは70/30乃至8
5/15とすることが望ましい。このような容積比にす
ることによって、母材の線膨張率の制御だけでなく、母
材は、純粋なセラミックスの電気伝導度や熱伝導度より
も金属に近づいた値を有するようになり、このような母
材には電圧の印加は勿論のこと、バイアスの印加も可能
となり、反応生成物の気化の促進を図ることができる。
尚、母材を構成するアルミニウム系材料の組成をアルミ
ニウム及びケイ素とする場合、アルミニウム系材料には
ケイ素が12乃至35体積%、好ましくは16乃至35
体積%、一層好ましくは20乃至35体積%含まれてい
ることが、(α 1−4)≦α2≦(α1+4)を満足する
上で望ましい。酸化アルミニウムの平均粒径は1乃至1
00μm、好ましくは10乃至80μm、一層好ましく
は10乃至60μmであることが望ましい。Alternatively, the ceramic constituting the base material
The composition of the member is aluminum oxide (AlTwoOThree) And mother
The composition of the aluminum-based material constituting the material is aluminum
(Al) or aluminum (Al) and silicon (Si)
Yes, the material for the ceramic layer is aluminum oxide
(AlTwoOThree). In addition, ceramics
The material constituting the layer includes the coefficient of linear expansion of the ceramic layer and the
In order to adjust the air quality, for example, TiOTwoAdd
Is also good. In this case, (α1-4) ≦ αTwo≤ (α1+4)
Aluminum oxide and aluminum based material to satisfy
It is preferable to determine the volume ratio with the material. Alternatively,
The volume ratio of aluminum oxide / aluminum-based material is 5
0/50 to 90/10, preferably 70/30 to 8
5/15 is desirable. In such a volume ratio
In addition to controlling the coefficient of linear expansion of the base material,
The material is based on the electrical and thermal conductivity of pure ceramics.
Even have values approaching that of metals, such a mother
It is possible to apply bias as well as voltage to the material
Thus, the vaporization of the reaction product can be promoted.
Note that the composition of the aluminum-based material constituting the base material is aluminum
In the case of aluminum and silicon, aluminum-based materials include
12 to 35% by volume of silicon, preferably 16 to 35% by volume
% By volume, more preferably 20 to 35% by volume.
Is (α 1-4) ≦ αTwo≤ (α1+4)
Desirable above. The average particle size of aluminum oxide is 1 to 1
00 μm, preferably 10 to 80 μm, more preferably
Is preferably 10 to 60 μm.
【0047】母材を構成するセラミックス部材の組成を
酸化アルミニウムとし、母材を構成するアルミニウム系
材料の組成をアルミニウム(Al)及びケイ素(Si)
とする場合、上記の工程(A)は、容器の中に多孔質の
酸化アルミニウムを組成としたセラミックス部材を配
し、容器内に溶融したアルミニウムとケイ素とを組成と
したアルミニウム系材料を流し込み、高圧鋳造法にてセ
ラミックス部材中にアルミニウム系材料を充填する工程
から成ることが好ましく、この場合、容器内に溶融した
アルミニウム系材料を流し込む際のセラミックス部材の
温度を500乃至1000゜Cとし、高圧鋳造法にてセ
ラミックス部材中にアルミニウム系材料を充填する際に
加える絶対圧を200乃至1500kgf/cm2とす
ることが望ましい。あるいは又、前述の工程(A)は、
非加圧金属浸透法に基づき、酸化アルミニウム粒子から
成形されたセラミックス部材に溶融したアルミニウムと
ケイ素を組成としたアルミニウム系材料を非加圧状態に
て浸透させる工程から成ることが好ましい。尚、セラミ
ックス部材は、例えば、金型プレス成形法、静水圧成形
法、鋳込み成形法、あるいは泥漿鋳込み成形法によって
成形した後、焼成(焼結)を行うことによって得ること
ができる。The composition of the ceramic member forming the base material is aluminum oxide, and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al) and silicon (Si).
In the above step (A), in the step (A), a ceramic member composed of porous aluminum oxide is disposed in a container, and an aluminum-based material composed of molten aluminum and silicon is poured into the container, Preferably, the method comprises a step of filling the ceramic member with an aluminum-based material by a high-pressure casting method. In this case, the temperature of the ceramic member when the molten aluminum-based material is poured into the container is set to 500 to 1000 ° C. It is desirable that the absolute pressure applied when the ceramic member is filled with the aluminum material by the casting method be 200 to 1500 kgf / cm 2 . Alternatively, the above-mentioned step (A) comprises:
Preferably, the method comprises a step of infiltrating a ceramic material molded from aluminum oxide particles with an aluminum-based material containing aluminum and silicon in a non-pressurized state based on a non-pressurized metal infiltration method. The ceramic member can be obtained, for example, by molding by a die press molding method, an isostatic molding method, a casting molding method, or a slurry casting molding method, followed by firing (sintering).
【0048】セラミックス層は、溶射法にて母材の表面
に形成されていることが好ましい。これによって、母材
とセラミックス層との間の応力緩和が図れると共に、母
材からセラミックス層への熱伝導が速やかとなり、基体
載置ステージを構成するセラミックス層に保持・固定さ
れた基体の温度制御を迅速に且つ確実に行うことが可能
となる。あるいは又、セラミックス層は、ロウ付け法に
て母材の表面に取り付けられていることが好ましい。こ
こで、ロウ材の線膨張率[単位:10-6/K]も、母材
の線膨張率をα1[単位:10-6/K]としたとき、
(α1−4)以上、(α1+4)以下の範囲内にあること
が望ましい。The ceramic layer is preferably formed on the surface of the base material by a thermal spraying method. As a result, the stress between the base material and the ceramic layer can be relaxed, and the heat conduction from the base material to the ceramic layer can be accelerated. Can be performed quickly and reliably. Alternatively, the ceramic layer is preferably attached to the surface of the base material by a brazing method. Here, the linear expansion coefficient of the brazing material [unit: 10 −6 / K] is also defined assuming that the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K].
It is desirable to be within the range of (α 1 -4) or more and (α 1 +4) or less.
【0049】本発明のプラズマエッチング法において、
被加工層が形成される基体として、基板の上に設けられ
たゲート絶縁膜、基板の上に設けられた絶縁層、基板の
上に設けられた絶縁層及びかかる絶縁層に設けられた接
続孔(コンタクトホールやビアホール等)の組合せ、基
板の上に設けられた絶縁層上に設けられた金属や金属化
合物から成る下地層(例えば、キャパシタ構造を構成す
る下部電極)、基板の上に設けられた絶縁層及びかかる
絶縁層上に設けられた金属や金属化合物から成る下地層
(例えば、キャパシタ構造を構成する下部電極)の組合
せを例示することができる。基体を構成する基板とし
て、シリコン半導体基板、GaAs基板等の化合物半導
体若しくは半絶縁性基板、SOI構造を有する半導体基
板を例示することができる。また、基体を構成する絶縁
層しては、SiO2、BPSG、PSG、BSG、As
SG、PbSG、SbSG、NSG、SOG、LTO
(LowTemperature Oxide、低温CVD−SiO2)、S
iN、SiON、フルオロカーボン等の公知の材料、あ
るいはこれらの材料を積層したものを例示することがで
きる。In the plasma etching method of the present invention,
As a substrate on which a layer to be processed is formed, a gate insulating film provided on a substrate, an insulating layer provided on the substrate, an insulating layer provided on the substrate, and a connection hole provided in the insulating layer (Contact holes, via holes, etc.), an underlayer made of a metal or a metal compound provided on an insulating layer provided on the substrate (for example, a lower electrode constituting a capacitor structure), provided on the substrate. And a combination of a base layer made of a metal or a metal compound provided on the insulating layer (for example, a lower electrode constituting a capacitor structure). Examples of the substrate constituting the base include a compound semiconductor such as a silicon semiconductor substrate and a GaAs substrate or a semi-insulating substrate, and a semiconductor substrate having an SOI structure. The insulating layers constituting the base are made of SiO 2 , BPSG, PSG, BSG, As.
SG, PbSG, SbSG, NSG, SOG, LTO
(Low Temperature Oxide, low temperature CVD-SiO 2 ), S
Known materials such as iN, SiON, and fluorocarbon, or a laminate of these materials can be exemplified.
【0050】被加工層の形成方法としては、被加工層を
構成する材料にも依るが、CVD法、スパッタ法、MO
CVD法、パルスレーザアブレーション法、ゾル−ゲル
法を挙げることができる。The method of forming the layer to be processed depends on the material constituting the layer to be processed, but may be a CVD method, a sputtering method, an MO method.
A CVD method, a pulse laser ablation method, and a sol-gel method can be given.
【0051】プラズマは、例えば、ECRプラズマ励起
法、ICP(誘導結合プラズマ)励起法、ヘリコン波プ
ラズマ励起法によって生成させることができる。The plasma can be generated by, for example, an ECR plasma excitation method, an ICP (inductively coupled plasma) excitation method, or a helicon wave plasma excitation method.
【0052】エッチングガスを用いたプラズマエッチン
グ法においては、反応生成物(エッチング生成物)の堆
積物がエッチング装置のチャンバーの側壁や天板に過剰
に堆積し、その結果、この堆積物がパーティクル源とな
ってしまい、被加工層の加工を損なう原因となる虞があ
る。即ち、反応生成物が、エッチング装置に設けられた
排気部に到達する以前に、チャンバー側壁や天板に堆積
してしまう。そのため、エッチングを繰り返すと、チャ
ンバー側壁や天板に堆積した反応生成物が剥がれ落ち、
パーティクル源となる結果、パーティクルレベルが悪化
するといった問題が生じる虞がある。In the plasma etching method using an etching gas, a deposit of a reaction product (etching product) is excessively deposited on a side wall or a top plate of a chamber of an etching apparatus. Therefore, there is a possibility that the processing of the layer to be processed is impaired. That is, the reaction product accumulates on the chamber side wall and the top plate before reaching the exhaust unit provided in the etching apparatus. Therefore, when etching is repeated, the reaction products deposited on the chamber side wall and the top plate are peeled off,
As a result of becoming a particle source, there is a possibility that a problem that the particle level is deteriorated may occur.
【0053】このような場合には、エッチング装置のチ
ャンバー側壁や天板の温度を被加工層の温度以上に保持
した状態で、被加工層のプラズマエッチングを行うこと
が好ましく、概ね100°C乃至400°Cの範囲に保
持することが好ましい。In such a case, it is preferable to perform the plasma etching of the layer to be processed while maintaining the temperature of the chamber side wall and the top plate of the etching apparatus at a temperature equal to or higher than the temperature of the layer to be processed. It is preferable to keep the temperature in the range of 400 ° C.
【0054】そして、チャンバー側壁や天板は、セラミ
ックス部材の組織中にアルミニウム系材料が充填された
母材と、この母材の表面に設けられたセラミックス層と
から成る複合部材から作製されていることが好ましい。
このような複合部材は、基体載置ステージを構成する複
合部材と実質的に同じ構成することができるし、かかる
複合部材と実質的に同じ作製方法にて作製することがで
きる。尚、複合部材には温度制御手段が配設され、この
温度制御手段はヒータあるいは配管から構成されている
ことが好ましい。ヒータを複合部材の外部に配設しても
よいし、母材の内部に配設してもよく、後者の場合、母
材の線膨張率をα’1[単位:10-6/K]としたと
き、ヒータを構成する材料の線膨張率α’H[単位:1
0-6/K]は(α’1−4)≦α’H≦(α’1+4)の
関係を満足することが好ましい。また、配管の線膨張率
α’P[単位:10-6/K]は(α’1−4)≦α’P≦
(α’1+4)を満足することが好ましい。更には、セ
ラミックス層の線膨張率α’2[単位:10-6/K]は
(α’1−4)≦α’2≦(α’1+4)を満足すること
が望ましい。The chamber side wall and the top plate are made of a composite member composed of a base material in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material and a ceramic layer provided on the surface of the base material. Is preferred.
Such a composite member can be configured substantially the same as the composite member constituting the base mounting stage, and can be manufactured by substantially the same manufacturing method as the composite member. The composite member is provided with a temperature control means, and this temperature control means is preferably constituted by a heater or a pipe. The heater may be provided outside the composite member or inside the base material. In the latter case, the linear expansion coefficient of the base material is α ′ 1 [unit: 10 −6 / K] , The linear expansion coefficient α ′ H of the material constituting the heater [unit: 1
0 −6 / K] preferably satisfies the relationship of (α ′ 1 -4) ≦ α ′ H ≦ (α ′ 1 +4). The linear expansion coefficient α ′ P [unit: 10 −6 / K] of the pipe is (α ′ 1 -4) ≦ α ′ P ≦
It is preferable to satisfy (α ′ 1 +4). Furthermore, the coefficient of linear expansion α ′ 2 [unit: 10 −6 / K] of the ceramic layer desirably satisfies (α ′ 1 -4) ≦ α ′ 2 ≦ (α ′ 1 +4).
【0055】このような複合部材からチャンバー側壁、
天板を作製することによって、母材はセラミックス部材
とアルミニウム系材料との中間的な性質を有するものと
なり、例えば線膨張率に関してもこれらの中間的な値に
調整することが可能となる。それ故、母材とセラミック
ス層との熱膨張に起因したセラミックス層の損傷発生を
回避でき、複合部材から作製されたチャンバー側壁、天
板を高温又は低温で確実に使用することが可能となる。
その結果、反応生成物がチャンバー側壁や天板に堆積す
ることを防止する十分に高い温度にチャンバー側壁や天
板を保持しても、セラミックス層に損傷が生じること無
く、チャンバー側壁や天板を確実に所望の温度に加熱す
ることができる。更には、セラミックス層が設けられて
いるので、金属汚染の発生防止や、例えばハロゲン系ガ
スから成るエッチングガスによる複合部材の腐蝕発生を
防止することができる。From such a composite member, the chamber side wall,
By manufacturing the top plate, the base material has an intermediate property between the ceramic member and the aluminum-based material. For example, the coefficient of linear expansion can be adjusted to an intermediate value between these. Therefore, it is possible to prevent the ceramic layer from being damaged due to the thermal expansion between the base material and the ceramic layer, and it is possible to reliably use the chamber side wall and the top plate made of the composite member at a high or low temperature.
As a result, even if the chamber side wall and the top plate are maintained at a sufficiently high temperature to prevent the reaction products from being deposited on the chamber side wall and the top plate, the ceramic layer is not damaged and the chamber side wall and the top plate are not damaged. Heating to a desired temperature can be ensured. Furthermore, since the ceramic layer is provided, it is possible to prevent the occurrence of metal contamination and the occurrence of corrosion of the composite member due to, for example, an etching gas composed of a halogen-based gas.
【0056】尚、従来のエッチング装置においては、チ
ャンバー側壁は、通常、ステンレススチールやアルミニ
ウムから作製されている。そして、例えばエッチング処
理中に、これらがプラズマに直接曝されることに起因し
た金属汚染の発生防止や、ハロゲン系ガスによるチャン
バー側壁の腐蝕の発生防止のために、アルミニウムから
作製されたチャンバー側壁の表面にAl2O3層(アルマ
イト層)を形成している。また、ステンレススチールか
らチャンバー側壁が作製されている場合には、Al2O3
製のリフレクターをエッチング装置の内部のチャンバー
側壁近傍に配設している。このような状態でチャンバー
側壁の高温加熱又は低温冷却を行うと、チャンバー側壁
がアルミニウムから作製されている場合、アルミニウム
とAl2O3の線膨張率の差に起因して、チャンバー側壁
の表面に形成されたAl2O3層に割れ等が生じ易い。ま
た、Al2O3製のリフレクターをエッチング装置の内部
のチャンバー側壁近傍に配設した場合、エッチング装置
の外側からリフレクターを十分に加熱することは困難で
ある。即ち、リフレクターに入射した反応生成物をリフ
レクターから全て離脱させるような温度までリフレクタ
ーを加熱することは難しく、高々100゜C程度までし
かリフレクターを加熱することができない。In the conventional etching apparatus, the side wall of the chamber is usually made of stainless steel or aluminum. Then, for example, during the etching process, in order to prevent the occurrence of metal contamination due to direct exposure to plasma and the occurrence of corrosion of the chamber side wall due to halogen-based gas, the chamber side wall made of aluminum is formed. An Al 2 O 3 layer (alumite layer) is formed on the surface. When the chamber side wall is made of stainless steel, Al 2 O 3
A reflector made of aluminum is arranged near the side wall of the chamber inside the etching apparatus. When high-temperature heating or low-temperature cooling of the chamber side wall is performed in such a state, when the chamber side wall is made of aluminum, due to the difference in linear expansion coefficient between aluminum and Al 2 O 3 , The formed Al 2 O 3 layer is apt to crack. Further, when a reflector made of Al 2 O 3 is arranged near the side wall of the chamber inside the etching apparatus, it is difficult to sufficiently heat the reflector from outside the etching apparatus. That is, it is difficult to heat the reflector to a temperature at which all the reaction products incident on the reflector are separated from the reflector, and the reflector can be heated only up to about 100 ° C.
【0057】あるいは又、エッチング装置に平行平板の
上部対向電極が備えられている場合、かかる上部対向電
極を、セラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料
が充填された母材と、この母材の表面に設けられたセラ
ミックス層とから成る複合部材から作製することが好ま
しい。このような複合部材は、基体載置ステージを構成
する複合部材と実質的に同じ構成することができるし、
かかる複合部材と実質的に同じ作製方法にて作製するこ
とができる。尚、母材の線膨張率をα”1[単位:10
-6/K]としたとき、セラミックス層の線膨張率α”2
[単位:10-6/K]は、(α”1−4)≦α”2≦
(α”1+4)を満足することが好ましい。この場合、
上部対向電極には温度制御手段が配設されていることが
好ましく、更には、この温度制御手段はヒータから構成
されていることが好ましい。これによって、例えば、上
部対向電極の表面に入射したプリカーサーを上部対向電
極から離脱させるような温度まで、上部対向電極を加熱
することが可能となる。ヒータを複合部材の外部に配設
してもよいし、母材の内部に配設してもよく、後者の場
合、母材の線膨張率をα”1[単位:10-6/K]とし
たとき、ヒータを構成する材料の線膨張率α”H[単
位:10-6/K]は(α”1−4)≦α”H≦(α”1+
4)を満足することが好ましい。母材の線膨張率α”1
とヒータを構成する材料の線膨張率α”Hとがこの関係
を満足することによって、セラミックス層に損傷が発生
することを効果的に防止することができる。尚、セラミ
ックス層を溶射法にて母材の表面に形成すれば、上部対
向電極の寸法が大きくとも、上部対向電極を容易に作製
することができる。場合によっては、板状のセラミック
ス層をロウ付け法にて母材の表面に取り付けてもよい。
プラズマエッチングを行う際の上部対向電極の温度は、
100°C乃至400°Cに制御されていることが望ま
しい。Alternatively, in the case where the etching apparatus is provided with a parallel plate upper counter electrode, the upper counter electrode is formed of a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material, and a surface of the base material. It is preferable to manufacture from a composite member comprising the ceramic layer provided on the substrate. Such a composite member can be configured substantially the same as the composite member forming the substrate mounting stage,
It can be manufactured by substantially the same manufacturing method as such a composite member. Note that the coefficient of linear expansion of the base material is α ″ 1 [unit: 10
−6 / K], the coefficient of linear expansion of the ceramic layer α ″ 2
[Unit: 10 −6 / K] is (α ″ 1 −4) ≦ α ″ 2 ≦
It is preferable that (α ″ 1 +4) be satisfied.
The upper counter electrode is preferably provided with a temperature control means, and more preferably, the temperature control means is constituted by a heater. Thus, for example, the upper counter electrode can be heated to a temperature at which the precursor incident on the surface of the upper counter electrode is separated from the upper counter electrode. The heater may be disposed outside the composite member or inside the base material. In the latter case, the linear expansion coefficient of the base material is α ″ 1 [unit: 10 −6 / K] Where, the linear expansion coefficient α ″ H [unit: 10 −6 / K] of the material constituting the heater is (α ″ 1 −4) ≦ α ″ H ≦ (α ″ 1 +
It is preferable to satisfy 4). Base material linear expansion coefficient α ” 1
When the linear expansion coefficient α ″ H of the material constituting the heater satisfies this relationship, it is possible to effectively prevent the ceramic layer from being damaged. If the upper counter electrode is formed on the surface of the base material, the upper counter electrode can be easily formed even if the size of the upper counter electrode is large. May be attached.
The temperature of the upper counter electrode during plasma etching is
It is desirable that the temperature be controlled between 100 ° C. and 400 ° C.
【0058】[0058]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態(以下、実施の形態と略称する)に基づき本発
明を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings based on embodiments of the present invention (hereinafter, abbreviated as embodiments).
【0059】(実施の形態1)実施の形態1では、本発
明のプラズマエッチング法を、デュアルゲート型CMO
Sのゲート電極の形成に適用した。図1に、本発明のプ
ラズマエッチング法に用いる基体載置ステージの模式的
断面図を示し、図2に、かかる基体載置ステージを備え
たプラズマエッチング装置の概念図を示し、図3及び図
4に、デュアルゲート型CMOSのゲート電極を形成す
るための工程図を示す。(Embodiment 1) In Embodiment 1, a plasma etching method of the present invention is applied to a dual gate type CMO.
It was applied to the formation of the S gate electrode. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate mounting stage used in the plasma etching method of the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram of a plasma etching apparatus provided with such a substrate mounting stage. FIG. 2 shows a process chart for forming a gate electrode of a dual gate type CMOS.
【0060】複合部材によって構成される基体載置ステ
ージ10の模式的な断面図を、図1の(A)に示す。こ
の基体載置ステージ10は複合部材11から構成されて
いる。複合部材11は、セラミックス部材の組織中にア
ルミニウム系材料が充填された母材12(温度調節ジャ
ケットに相当する)と、この母材12の表面に設けられ
たセラミックス層13とから成る。母材12の形状は円
盤である。この基体載置ステージ10は、静電チャック
機能を有し、且つ、温度制御手段を備えている。具体的
には、誘電体層であるセラミックス層13は静電チャッ
ク機能を有する。また、母材12の内部には温度制御手
段が配設され(埋め込まれ)、この温度制御手段は、ヒ
ータ14及び熱媒体を流す配管15から構成されてい
る。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the substrate mounting stage 10 composed of a composite member. The substrate mounting stage 10 is composed of a composite member 11. The composite member 11 includes a base material 12 (corresponding to a temperature control jacket) in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material, and a ceramic layer 13 provided on the surface of the base material 12. The shape of the base material 12 is a disk. The substrate mounting stage 10 has an electrostatic chuck function and includes a temperature control unit. Specifically, the ceramic layer 13 as a dielectric layer has an electrostatic chuck function. Further, a temperature control means is provided (embedded) inside the base material 12, and the temperature control means comprises a heater 14 and a pipe 15 for flowing a heat medium.
【0061】実施の形態1においては、母材12を構成
するセラミックス部材の組成をコージエライトセラミッ
クスとした。ここで、コージエライトセラミックスと
は、MgOが約13重量%、SiO2が約52重量%、
Al2O3が約35重量%となる組成比に調整されたセラ
ミックスである。コージエライトセラミックスの線膨張
率は0.1×10-6/Kである。In the first embodiment, the composition of the ceramic member constituting the base material 12 is cordierite ceramic. Here, cordierite ceramics means about 13% by weight of MgO, about 52% by weight of SiO 2 ,
It is a ceramic whose composition ratio is adjusted so that Al 2 O 3 is about 35% by weight. The coefficient of linear expansion of cordierite ceramics is 0.1 × 10 −6 / K.
【0062】また、母材12を構成するアルミニウム系
材料の組成はアルミニウム(Al)及びケイ素(Si)
である。実施の形態1においては、アルミニウム系材料
を基準として、アルミニウム系材料にはケイ素が20体
積%含まれている。尚、セラミックス部材は、コージエ
ライトセラミックス粉末とコージエライトセラミックス
繊維との混合物の焼成体であり、この焼成体におけるコ
ージエライトセラミックス繊維の割合を5体積%とし
た。ここで、コージエライトセラミックス粉末の平均粒
径は10μmであり、コージエライトセラミックス繊維
の平均直径は3μmであり、平均長さは1mmである。
セラミックス部材の空孔率は約50%であり、空孔径は
約1乃至2μmである。従って、コージエライトセラミ
ックス/アルミニウム系材料の容積比は約1/1であ
る。このような構成の母材12の線膨張率は、100〜
300゜Cにおける平均値で、約10.6×10-6/K
である。即ち、α1=10.6である。コージエライト
セラミックス/アルミニウム系材料の容積比が約1/1
であるが故に、母材12は、純粋なセラミックスの電気
伝導度や熱伝導度よりも金属に近づいた値を有する。従
って、このような母材12から作製された基体載置ステ
ージ10には、電圧の印加は勿論のこと、バイアスの印
加も可能である。The composition of the aluminum-based material constituting the base material 12 is aluminum (Al) and silicon (Si).
It is. In the first embodiment, the aluminum-based material contains 20% by volume of silicon based on the aluminum-based material. The ceramic member was a fired body of a mixture of cordierite ceramic powder and cordierite ceramic fiber, and the ratio of the cordierite ceramic fiber in the fired body was 5% by volume. Here, the average particle diameter of the cordierite ceramic powder is 10 μm, the average diameter of the cordierite ceramic fibers is 3 μm, and the average length is 1 mm.
The porosity of the ceramic member is about 50%, and the pore diameter is about 1 to 2 μm. Therefore, the volume ratio of cordierite ceramics / aluminum-based material is about 1/1. The linear expansion coefficient of the base material 12 having such a configuration is 100 to
About 10.6 × 10 −6 / K at an average value at 300 ° C.
It is. That is, α 1 = 10.6. The volume ratio of cordierite ceramics / aluminum material is about 1/1
Therefore, the base material 12 has a value closer to the metal than the electrical conductivity or the thermal conductivity of pure ceramics. Therefore, not only a voltage but also a bias can be applied to the substrate mounting stage 10 manufactured from such a base material 12.
【0063】セラミックス層13を構成する材料を、T
iO2が約2.5重量%添加されたAl2O3とした。厚
さ約0.2mmのセラミックス層13は、溶射法にて母
材12の表面に形成されている。このような組成のセラ
ミックス層13の線膨張率は、100〜300゜Cにお
ける平均値で、約9×10-6/Kである。従って、α 2
は約9であり、セラミックス層13の線膨張率α2は
(α1−4)≦α2≦(α1+4)を満足している。尚、
Al2O3それ自体の線膨張率は約8×10-6/Kであ
る。また、Al2O3にTiO2を約2.5重量%添加す
ることによって、セラミックス層13の体積固有抵抗値
を1011Ω/□オーダーに調整することができる。これ
によって、セラミックス層13は誘電体として作用し、
静電チャックとしての機能を発揮することができる。こ
のように体積固有抵抗値を調整する理由は、セラミック
ス層13が1011Ω/□オーダーを越えると、静電チャ
ックとして用いた場合にセラミックス層13の吸着力が
弱くなりすぎ、基体をセラミックス層13に充分吸着さ
せることが困難となる虞れがあるからである。一方、セ
ラミックス層13が1011Ω/□オーダーを下回ると、
基体載置ステージ10を高温で用いた際、セラミックス
層13の抵抗値が更に低くなり、基体とセラミックス層
13との界面で電流が生じる虞がある。尚、使用条件に
よるが、一般的には、セラミックス層の体積固有抵抗値
を1011〜1016Ω/□とすることが望ましい。The material constituting the ceramic layer 13 is T
iOTwoAbout 2.5% by weight of AlTwoOThreeAnd Thick
The ceramic layer 13 having a thickness of about 0.2 mm is
It is formed on the surface of the material 12. Sera of such composition
The linear expansion coefficient of the mix layer 13 is 100 to 300 ° C.
About 9 × 10-6/ K. Therefore, α Two
Is about 9, and the coefficient of linear expansion α of the ceramic layer 13 isTwoIs
(Α1-4) ≦ αTwo≤ (α1+4). still,
AlTwoOThreeIts own coefficient of linear expansion is about 8 × 10-6/ K
You. Also, AlTwoOThreeTiO2TwoAbout 2.5% by weight
The volume resistivity of the ceramic layer 13
1011It can be adjusted to the order of Ω / □. this
Thereby, the ceramic layer 13 acts as a dielectric,
The function as an electrostatic chuck can be exhibited. This
The reason for adjusting the volume resistivity as in
Layer 13 is 1011If it exceeds the Ω / □ order,
When the ceramic layer 13 is used as a
It becomes too weak, and the substrate is sufficiently adsorbed on the ceramic layer 13.
This is because there is a possibility that it may be difficult to perform the operation. On the other hand,
Lamix layer 13 is 1011Below the Ω / □ order,
When the substrate mounting stage 10 is used at a high temperature, the ceramic
The resistance of the layer 13 is further reduced, and the substrate and the ceramic layer
There is a possibility that a current is generated at the interface with the semiconductor device 13. The usage conditions
Generally, the volume resistivity of the ceramic layer depends on the
1011-1016Ω / □ is desirable.
【0064】尚、図1の(B)の模式的な断面図に示す
ように、セラミックス層を溶射法でなくロウ付け法によ
って母材12の表面に設けてもよい。この場合には、焼
結法にて作製されたAl2O3製セラミックス板から成る
セラミックス層16を、例えば、約600゜Cの温度に
てAl−Mg−Ge系のロウ材17を用いたロウ付け法
にて母材12の表面に取り付ければよい。尚、ロウ材1
7としては、その他、チタン、錫、アンチモン、マグネ
シウムから成る合金を挙げることができる。ロウ材17
の線膨張率[単位:10-6/K]も、母材12の線膨張
率をα1[単位:10-6/K]としたとき、(α1−4)
以上、(α1+4)以下の範囲内にあることが望まし
い。必要に応じて、基体載置ステージ10の側面にセラ
ミックス材料から成る環状のカバーを取り付けてもよ
い。As shown in the schematic sectional view of FIG. 1B, a ceramic layer may be provided on the surface of the base material 12 by a brazing method instead of a thermal spraying method. In this case, a ceramic layer 16 made of an Al 2 O 3 ceramic plate manufactured by a sintering method was used, for example, using an Al—Mg—Ge brazing material 17 at a temperature of about 600 ° C. What is necessary is just to attach to the surface of the base material 12 by the brazing method. In addition, brazing material 1
Other examples of 7 include alloys composed of titanium, tin, antimony, and magnesium. Brazing material 17
The linear expansion coefficient [unit: 10 −6 / K] is also (α 1 -4) when the linear expansion coefficient of the base material 12 is α 1 [unit: 10 −6 / K].
As described above, it is desirable that the value be within the range of (α 1 +4) or less. If necessary, an annular cover made of a ceramic material may be attached to the side surface of the base mounting stage 10.
【0065】ヒータ14として、母材12の面積(底面
積)に応じた大型で大容量のシーズヒータを使用した。
ヒータ14は、ヒータ本体(図示せず)と、ヒータ本体
の外側に配設されそしてヒータ本体を保護する鞘管(図
示せず)から構成された公知のヒータである。ヒータ1
4は、図示しない配線を介して電源に接続されている。
ヒータ14の熱膨張は、基体載置ステージ10に影響を
与える。従って、母材12やセラミックス層13の線膨
張率α1,α2に近い値を有する材料を用いることが好ま
しい。具体的には、チタンやステンレススチール等、線
膨張率が9×10-6/K〜12×10-6/Kの材料から
作製された鞘管を用いることが好ましい。即ち、ヒータ
14を構成する材料(母材12と接する鞘管の材料)の
線膨張率αH[単位:10-6/K]は、(α1−4)≦α
H≦(α1+4)を満足することが好ましい。尚、ヒータ
14の本体の線膨張率は、基体載置ステージ10に影響
を与えることがないので、特に制限されない。As the heater 14, a large-capacity sheathed heater corresponding to the area (bottom area) of the base material 12 was used.
The heater 14 is a known heater including a heater body (not shown) and a sheath tube (not shown) provided outside the heater body and protecting the heater body. Heater 1
Reference numeral 4 is connected to a power supply via a wiring (not shown).
The thermal expansion of the heater 14 affects the substrate mounting stage 10. Therefore, it is preferable to use a material having values close to the linear expansion coefficients α 1 and α 2 of the base material 12 and the ceramic layer 13. Specifically, titanium or stainless steel or the like, it is preferable that the linear expansion coefficient which sheath tube made from the material of the 9 × 10 -6 / K~12 × 10 -6 / K. That is, the linear expansion coefficient α H [unit: 10 −6 / K] of the material constituting the heater 14 (the material of the sheath tube in contact with the base material 12) is (α 1 -4) ≦ α
It is preferable that H ≦ (α 1 +4) is satisfied. The linear expansion coefficient of the main body of the heater 14 is not particularly limited since it does not affect the base mounting stage 10.
【0066】配管15は、熱媒体供給装置(図2の符号
40)に接続されており、金属あるいは合金から作製さ
れている。熱媒体供給装置40から供給された熱媒体を
基体載置ステージ10内の配管15に流すことによっ
て、基体載置ステージ10の温度制御を行うことができ
る。配管15の熱膨張も、基体載置ステージ10に影響
を与える。従って、母材12やセラミックス層13の線
膨張率α1,α2に近い値を有する材料を用いることが好
ましい。具体的には、チタンやステンレススチール等、
線膨張率が9×10-6/K〜12×10-6/Kの材料か
ら作製された配管15を用いることが好ましい。即ち、
配管15を構成する材料の線膨張率αP[単位:10-6
/K]は、(α1−4)≦αP≦(α1+4)を満足する
ことが好ましい。The pipe 15 is connected to a heating medium supply device (reference numeral 40 in FIG. 2), and is made of a metal or an alloy. By flowing the heat medium supplied from the heat medium supply device 40 to the pipe 15 in the substrate mounting stage 10, the temperature of the substrate mounting stage 10 can be controlled. The thermal expansion of the pipe 15 also affects the substrate mounting stage 10. Therefore, it is preferable to use a material having values close to the linear expansion coefficients α 1 and α 2 of the base material 12 and the ceramic layer 13. Specifically, titanium, stainless steel, etc.
It is preferable to use a pipe 15 made of a material having a linear expansion coefficient of 9 × 10 −6 / K to 12 × 10 −6 / K. That is,
Linear expansion coefficient α P of the material constituting the pipe 15 [Unit: 10 -6]
/ K] preferably satisfies (α 1 -4) ≦ α P ≦ (α 1 +4).
【0067】このような構成の基体載置ステージ10
(より具体的には母材12)には、配線(図示せず)を
介して直流電圧が印加される。従って、基体載置ステー
ジ10を電極として用いることにより、セラミックス層
13が静電チャックとして機能する。尚、この基体載置
ステージ10には、セラミックス層13上に載置、保持
された基体(例えばシリコン半導体基板)を押し上げる
ためのプッシャーピン(図示せず)が埋設されている。
また、このプッシャーピンには、プッシャーピンをセラ
ミックス層13の頂面上に突出させあるいは頂面下に埋
没させる機構(図示せず)が取り付けられている。The substrate mounting stage 10 having such a configuration
A DC voltage is applied to the (more specifically, the base material 12) via wiring (not shown). Therefore, by using the substrate mounting stage 10 as an electrode, the ceramic layer 13 functions as an electrostatic chuck. A pusher pin (not shown) for pushing up a base (for example, a silicon semiconductor substrate) mounted and held on the ceramic layer 13 is embedded in the base mounting stage 10.
The pusher pin is provided with a mechanism (not shown) for projecting the pusher pin above the top surface of the ceramic layer 13 or burying the pusher pin below the top surface.
【0068】上述した基体載置ステージは、例えば図2
に示すプラズマエッチング装置20に組み込んで使用す
ることができる。このプラズマエッチング装置20は、
2系統のRFアンテナを用いてヘリコン波プラズマを生
成させるプラズマ生成部と、生成されたヘリコン波プラ
ズマを利用してプラズマエッチングを行う処理部とに大
別される。The above-described substrate mounting stage is, for example, shown in FIG.
Can be used by being incorporated in a plasma etching apparatus 20 shown in FIG. This plasma etching apparatus 20
It is roughly divided into a plasma generation unit that generates helicon wave plasma using two types of RF antennas, and a processing unit that performs plasma etching using the generated helicon wave plasma.
【0069】プラズマ生成部は、例えば直径35cmの
円筒状の石英管から成るプラズマ容器21、プラズマ容
器21を周回して設けられ、RFパワーをプラズマへカ
ップリングさせるための2個のループを有するダブルル
ープ・アンテナ22、このダブルループ・アンテナ22
の更に外側においてプラズマ容器21を周回するソレノ
イドコイル・アセンブリ23、プラズマ容器21の上端
を閉鎖する非導電材料からなる天板24、プラズマ容器
21の外部において天板24に平行な面内で単一ループ
を成すシングルループ・アンテナ25を備える。ソレノ
イドコイル・アセンブリ23は、プラズマ容器21の軸
方向に沿った磁界を生成させ、主としてヘリコン波の伝
搬に寄与する内周側コイル23Aと、主としてヘリコン
波プラズマの輸送に寄与する外周側コイル23Bから成
る。The plasma generating unit is, for example, a plasma vessel 21 composed of a cylindrical quartz tube having a diameter of 35 cm, and is provided around the plasma vessel 21 and has a double loop having two loops for coupling RF power to plasma. Loop antenna 22, this double loop antenna 22
A solenoid coil assembly 23 orbiting the plasma container 21 further outside, a top plate 24 made of a non-conductive material closing the upper end of the plasma container 21, and a single plate outside the plasma container 21 in a plane parallel to the top plate 24. A single loop antenna 25 forming a loop is provided. The solenoid coil assembly 23 generates a magnetic field along the axial direction of the plasma container 21, and includes an inner peripheral coil 23 </ b> A mainly contributing to helicon wave propagation and an outer peripheral coil 23 </ b> B mainly contributing to helicon wave plasma transport. Become.
【0070】ダブルループ・アンテナ22の2個のルー
プは、伝搬させるヘリコン波の波長の約1/2に相当す
る距離だけ離間され、且つ、プラズマ容器21に対する
巻回方向を互いに逆とされている。ダブルループ・アン
テナ22には、第1RF電源27からインピーダンス整
合用のマッチング・ネットワーク26を経由してRFパ
ワーが供給され、これによってプラズマ容器21の内部
にm=0モードのヘリコン波プラズマが励起される。
又、シングルループ・アンテナ25には、第2RF電源
29からマッチング・ネットワーク28を経由してRF
パワーが供給され、これによってプラズマ容器21の内
部にm=0モードのヘリコン波プラズマが励起される。
これら2系統のアンテナにより、プラズマ容器21内に
おける飽和イオン電流密度分布が若干異なる2種類のヘ
リコン波プラズマが生成する。The two loops of the double-loop antenna 22 are separated by a distance corresponding to about 約 of the wavelength of the helicon wave to be propagated, and their winding directions with respect to the plasma container 21 are reversed. . RF power is supplied to the double-loop antenna 22 from the first RF power supply 27 via the matching network 26 for impedance matching, whereby m = 0 mode helicon wave plasma is excited inside the plasma container 21. You.
In addition, a single loop antenna 25 receives an RF signal from a second RF power source 29 via a matching network 28.
Power is supplied, and thereby the helicon wave plasma of m = 0 mode is excited inside the plasma container 21.
These two antennas generate two types of helicon wave plasmas having slightly different saturated ion current density distributions in the plasma container 21.
【0071】上述のように、シングルループ・アンテナ
25とダブルループ・アンテナ22とをそれぞれ独立に
第1RF電源27と第2RF電源29とに接続すると、
2種類のヘリコン波プラズマを同時に励起させたり、あ
るいは一方を連続励起、他方を間歇励起とすることによ
り、プラズマ容器21内に所望の飽和イオン電流密度分
布を創出することができる。あるいは、シングルループ
・アンテナ25とダブルループ・アンテナ22とを共通
のRF電源に接続し、且つ、いずれか一方のアンテナと
RF電源との間に位相を2/πだけシフトさせるための
リレー回路を介在させておけば、2種類のプラズマを干
渉を避けながら交互に励起することができる。さらに、
ダブルループ・アンテナ22に替えてプラズマ容器21
を半周だけ周回するハーフターン・アンテナを配設すれ
ば、m=1モードのヘリコン波プラズマを励起させるこ
とができる。m=1モードとm=0モードのヘリコン波
プラズマの併用によっても、所望の飽和イオン電流密度
分布を創出することができる。As described above, when the single-loop antenna 25 and the double-loop antenna 22 are independently connected to the first RF power supply 27 and the second RF power supply 29,
A desired saturated ion current density distribution can be created in the plasma container 21 by simultaneously exciting two types of helicon wave plasmas, or continuously exciting one of them and intermittently exciting the other. Alternatively, a relay circuit for connecting the single-loop antenna 25 and the double-loop antenna 22 to a common RF power source and shifting the phase by 2 / π between one of the antennas and the RF power source is provided. By intervening, two types of plasma can be excited alternately while avoiding interference. further,
Plasma container 21 instead of double loop antenna 22
If a half-turn antenna is arranged to make a half turn around, the m = 1 mode helicon wave plasma can be excited. A desired saturated ion current density distribution can also be created by using the helicon wave plasma in the m = 1 mode and the m = 0 mode in combination.
【0072】一方、処理部は、プラズマ容器21の下端
に接続された処理チャンバー30、処理チャンバー30
の壁面から電気的に絶縁された基体載置ステージ10、
処理チャンバー30をその外部において周回する多極磁
石31を備える。この多極磁石31は、基体載置ステー
ジ10近傍における発散磁界を収束させ、又、チャンバ
ー壁によるプラズマ中の電子や活性種の消滅を抑制する
ために、マルチカスプ磁場を生成してプラズマを閉じこ
める機能を有する。尚、多極磁石31の配設位置は、図
示される例に限られず、たとえば基体載置ステージ10
の支柱の周囲等の他の場所であってもよい。あるいは、
これをミラー磁場形成用のソレノイドコイルに置き換え
てもよい。処理チャンバー30は排気口32を有し、こ
の排気口32は真空ポンプ等の負圧手段(図示せず)に
接続されている。尚、図2において、エッチングガス導
入部、ゲートバルブ等のエッチング装置の細部について
は、その図示を省略した。On the other hand, the processing section includes a processing chamber 30 connected to the lower end of the plasma container 21 and a processing chamber 30.
Substrate mounting stage 10, electrically insulated from the wall of
A multi-pole magnet 31 is provided around the processing chamber 30 outside the processing chamber 30. The multipole magnet 31 has a function of generating a multi-cusp magnetic field and confining the plasma in order to converge a divergent magnetic field in the vicinity of the substrate mounting stage 10 and to suppress annihilation of electrons and active species in the plasma due to a chamber wall. Having. The position of the multipole magnet 31 is not limited to the illustrated example.
Other places, such as around the pillars. Or,
This may be replaced by a solenoid coil for forming a mirror magnetic field. The processing chamber 30 has an exhaust port 32, and the exhaust port 32 is connected to negative pressure means (not shown) such as a vacuum pump. In FIG. 2, details of an etching apparatus such as an etching gas introduction unit and a gate valve are not shown.
【0073】基体載置ステージ10を構成する母材12
には、バイアス電源34がマッチング・ネットワーク3
3を介して接続されている。このバイアス電源34は、
プラズマ中から入射するイオンのエネルギーを制御する
ために、シリコン半導体基板50に基板バイアスを印加
する機能を有する。尚、基板バイアスに対する対向アー
ス電極の役目は、天板24が果たしている。更に、誘電
体部材であるセラミックス層13に静電吸着力を発揮さ
せるための直流電源35が接続されている。又、基体載
置ステージ10のヒータ14は、電源36に接続されて
いる。基体載置ステージ10の中央部には、シリコン半
導体基板50の温度を計測するための蛍光ファイバ温度
計37が挿通されている。蛍光ファイバ温度計37で検
出された温度に基づいて、制御装置(PIDコントロー
ラ)38がヒータ14への通電量を決定し、出力制御信
号を電源36に送ることによって、基体載置ステージ1
0の温度制御が行われる。Base material 12 constituting base mounting stage 10
The bias power supply 34 has a matching network 3
3 are connected. This bias power supply 34
It has a function of applying a substrate bias to the silicon semiconductor substrate 50 in order to control the energy of ions incident from the plasma. The top plate 24 plays the role of the opposite ground electrode with respect to the substrate bias. Furthermore, a DC power supply 35 for exerting an electrostatic attraction force on the ceramic layer 13 as a dielectric member is connected. Further, the heater 14 of the substrate mounting stage 10 is connected to a power supply 36. A fluorescent fiber thermometer 37 for measuring the temperature of the silicon semiconductor substrate 50 is inserted through the center of the base mounting stage 10. Based on the temperature detected by the fluorescent fiber thermometer 37, the control device (PID controller) 38 determines the amount of power to the heater 14 and sends an output control signal to the power supply 36, whereby the substrate mounting stage 1
Zero temperature control is performed.
【0074】基体載置ステージ10の母材12内に配設
された配管15は、配管39A,39Bを介して温度制
御用の熱媒体供給装置40に接続されている。熱媒体供
給装置40は、シリコンオイル、フルオロカーボン系等
の熱媒体を、配管39Aを介して基体載置ステージ10
の配管15に供給し、配管39Bを介して配管15から
送り出された熱媒体を受け入れ、更に、この熱媒体を所
定温度に加熱あるいは冷却する。場合によっては、熱媒
体供給装置40にチラーを組み込み、配管39A,1
5,39B内に低温(例えば0゜C以下)の熱媒体(冷
媒)を流してもよい。このように、熱媒体を配管15内
に循環させることによって、基体載置ステージ10上に
保持・固定された基体であるシリコン半導体基板50の
温度制御を行う。熱媒体供給装置40に接続された配管
39Aには、高温あるいは低温での動作が可能な制御バ
ルブ41が配設されている。一方、配管39Aと配管3
9Bとの間のバイパス配管39Cにも制御バルブ41が
配設されている。そして、このような構成のもと、制御
バルブ41の開閉度を制御することによって、配管15
への熱媒体の供給量を制御する。また、蛍光ファイバ温
度計37で検知された温度を制御装置(PIDコントロ
ーラ)38で検出し、予め設定されたシリコン半導体基
板50の温度との差から、予め実験や計算によって決定
された供給量となるように、熱媒体の供給量が制御装置
38によって決定される。The piping 15 provided in the base material 12 of the base mounting stage 10 is connected to a heating medium supply device 40 for temperature control via pipings 39A and 39B. The heat medium supply device 40 supplies a heat medium such as silicon oil or fluorocarbon to the base stage 10 through a pipe 39A.
And receives the heat medium sent out from the pipe 15 through the pipe 39B, and further heats or cools the heat medium to a predetermined temperature. In some cases, a chiller is incorporated in the heat medium supply device 40, and the piping 39A, 1
A low-temperature (for example, 0 ° C. or lower) heat medium (refrigerant) may be allowed to flow in 5, 39B. In this way, by circulating the heat medium in the pipe 15, the temperature of the silicon semiconductor substrate 50 as the base held and fixed on the base mounting stage 10 is controlled. A control valve 41 capable of operating at a high temperature or a low temperature is provided in a pipe 39A connected to the heat medium supply device 40. On the other hand, the pipe 39A and the pipe 3
A control valve 41 is also provided in the bypass pipe 39C between the control valve 41 and the control valve 9B. Then, under such a configuration, by controlling the opening / closing degree of the control valve 41, the piping 15
To control the amount of heat medium supplied to the heater. Further, the temperature detected by the fluorescent fiber thermometer 37 is detected by the control device (PID controller) 38, and the difference between the temperature of the silicon semiconductor substrate 50 and the supply amount determined by experiments and calculations in advance is determined. Thus, the supply amount of the heat medium is determined by the control device 38.
【0075】尚、図1の(A)に示した基体載置ステー
ジ10においては、基体であるシリコン半導体基板50
の設定温度に応じて、ヒータ14への通電又は配管15
に高温の熱媒体を流すことによる加熱、若しくは、配管
15に低温の熱媒体(冷媒)を流すことによる冷却を通
じて、主たる温度制御がなされる。エッチングプロセス
間で急激な昇降温を行う際は、加熱又は冷却の一方のみ
を行う。エッチング中に基板載置ステージ10の温度を
維持する際は、加熱又は冷却の一方のみを行ってもよい
し、加熱と冷却を併用してもよい。エッチング中の設定
温度の維持は、フィードバック制御やフィードフォワー
ド制御によって、リアルタイムに制御することが好まし
い。In the substrate mounting stage 10 shown in FIG. 1A, a silicon semiconductor substrate 50 as a substrate is provided.
Energizing the heater 14 or piping 15
The main temperature control is performed through heating by flowing a high-temperature heat medium through the heater or cooling by flowing a low-temperature heat medium (refrigerant) through the pipe 15. When performing rapid temperature rise and fall between etching processes, only one of heating and cooling is performed. When maintaining the temperature of the substrate mounting stage 10 during etching, only one of heating and cooling may be performed, or both heating and cooling may be performed. The maintenance of the set temperature during etching is preferably controlled in real time by feedback control or feedforward control.
【0076】以下、上記のプラズマエッチング装置を用
い、前述の方法(i)に従って実際にデュアルゲート型
CMOSのゲート電極を形成するプロセスについて、図
3及び図4を参照して説明する。ここでは、基体として
シリコン半導体基板50、ゲート絶縁膜としてゲート酸
化膜53、被加工層としてポリメタル膜57A、エッチ
ング用マスクとして複合マスク60を用いる例について
説明する。ポリメタル膜57Aは、シリコン系材料層で
あるポリシリコン層54、バリヤ層である窒化チタン層
55、金属層であるタングステン層56の三者から構成
される。又、複合マスク60は、無機化合物層である窒
化シリコン層58と、有機レジスト層59とから構成さ
れる。Hereinafter, a process of actually forming a gate electrode of a dual gate type CMOS according to the above-mentioned method (i) using the above-described plasma etching apparatus will be described with reference to FIGS. Here, an example will be described in which a silicon semiconductor substrate 50 is used as a base, a gate oxide film 53 is used as a gate insulating film, a polymetal film 57A is used as a layer to be processed, and a composite mask 60 is used as an etching mask. The polymetal film 57A is composed of a polysilicon layer 54 as a silicon-based material layer, a titanium nitride layer 55 as a barrier layer, and a tungsten layer 56 as a metal layer. The composite mask 60 includes a silicon nitride layer 58 which is an inorganic compound layer and an organic resist layer 59.
【0077】[工程−100]先ず、シリコン半導体基
板50上に、例えばLOCOS法により素子分離領域5
1を形成する。尚、素子分離領域51は、トレンチ構造
を有していてもよい。次に、PMOS形成領域内のシリ
コン半導体基板50にはn型不純物、NMOS形成領域
内のシリコン半導体基板50にはp型不純物をそれぞれ
例えばイオン注入法により導入し、活性化アニール(ド
ライブイン)を経てn型ウェル52nとp型ウェル52
pを形成する。次に、シリコン半導体基板50の表面を
例えばパイロジェニック法により酸化し、ゲート酸化膜
53を約2.5nmの厚さに形成する。次いで、ポリシ
リコン層54を、全面に例えばCVD法にて約70nm
の厚さに製膜する。次に、PMOS形成領域内のポリシ
リコン層54にはp型不純物、NMOS形成領域内のポ
リシリコン層54にはn型不純物をそれぞれ例えばイオ
ン注入法により導入する。次に、窒化チタン層55を、
全面に例えばスパッタリング法にて約5nmの厚さに製
膜する。次に、タングステン層56を、全面に例えばC
VD法にて約100nmの厚さに製膜する。これらポリ
シリコン層54、窒化チタン層55及びタングステン層
56の三者によって、ポリメタル膜57Aが構成され
る。ポリメタル膜57A上には、窒化シリコン層58
を、全面に例えばスパッタリング法にて約200nmの
厚さに製膜する。次に、全面に有機レジスト層59を形
成し、この有機レジスト層59を通常のフォトリソグラ
フィ及び現像工程を経てパターニングする。更に、有機
レジスト層59をエッチング用マスクとし、窒化シリコ
ン層58を例えばSF6ガスを用いたプラズマエッチン
グによりエッチングする。このようにしてパターニング
された有機レジスト層59と窒化シリコン層58とによ
り、複合マスク60が構成される。複合マスク60の線
幅は、約1.3μmである。図3の(A)には、ここま
でのプロセスを終了した状態を示す。[Step-100] First, the element isolation region 5 is formed on the silicon semiconductor substrate 50 by, for example, the LOCOS method.
Form one. Note that the element isolation region 51 may have a trench structure. Next, an n-type impurity is introduced into the silicon semiconductor substrate 50 in the PMOS formation region and a p-type impurity is introduced into the silicon semiconductor substrate 50 in the NMOS formation region, for example, by ion implantation, and activation annealing (drive-in) is performed. Through the n-type well 52n and the p-type well 52
Form p. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate 50 is oxidized by, for example, a pyrogenic method to form a gate oxide film 53 with a thickness of about 2.5 nm. Next, a polysilicon layer 54 is formed on the entire surface to a thickness of about 70 nm by a CVD method, for example.
Film is formed to a thickness of Next, a p-type impurity is introduced into the polysilicon layer 54 in the PMOS formation region, and an n-type impurity is introduced into the polysilicon layer 54 in the NMOS formation region, for example, by an ion implantation method. Next, the titanium nitride layer 55 is
A film is formed on the entire surface to a thickness of about 5 nm by, for example, a sputtering method. Next, a tungsten layer 56 is coated on the entire surface with, for example, C
A film is formed to a thickness of about 100 nm by the VD method. The polysilicon layer 54, the titanium nitride layer 55, and the tungsten layer 56 form a polymetal film 57A. A silicon nitride layer 58 is formed on the polymetal film 57A.
Is formed on the entire surface to a thickness of about 200 nm by, for example, a sputtering method. Next, an organic resist layer 59 is formed on the entire surface, and the organic resist layer 59 is patterned through ordinary photolithography and development steps. Further, using the organic resist layer 59 as an etching mask, the silicon nitride layer 58 is etched by, for example, plasma etching using SF 6 gas. The organic resist layer 59 and the silicon nitride layer 58 thus patterned form a composite mask 60. The line width of the composite mask 60 is about 1.3 μm. FIG. 3A shows a state in which the process up to this point has been completed.
【0078】[工程−110]次に、シリコン半導体基
板50を図2に示したエッチング装置20内の基体載置
ステージ10上に載置し、セラミックス層13に静電吸
着力を発揮させてシリコン半導体基板50を基体載置ス
テージ10上に保持・固定する。そして、主として冷媒
による基体載置ステージ10の温度制御を行いながら、
複合マスク60から表出したタングステン層56の部分
を、一例として以下の表1に示す条件にてプラズマエッ
チングによりエッチングする。尚、冷媒により基体載置
ステージ10の温度が目標温度よりも低下した時は、ヒ
ータ14を作動させて温度を上昇させる。ここで使用す
るフッ素系エッチングガスは、SF6である。このエッ
チングは、図3の(B)に示すように、所謂低温エッチ
ングにより異方的に進行する。[Step-110] Next, the silicon semiconductor substrate 50 is mounted on the substrate mounting stage 10 in the etching apparatus 20 shown in FIG. The semiconductor substrate 50 is held and fixed on the base mounting stage 10. Then, while controlling the temperature of the base mounting stage 10 mainly by the refrigerant,
The portion of the tungsten layer 56 exposed from the composite mask 60 is etched by plasma etching under the conditions shown in Table 1 below as an example. When the temperature of the substrate mounting stage 10 is lower than the target temperature by the refrigerant, the heater 14 is operated to increase the temperature. Fluorine-based etching gas used herein is an SF 6. This etching proceeds anisotropically by so-called low-temperature etching, as shown in FIG.
【0079】 [表1] エッチングガス :SF6=20sccm 圧力 :0.5Pa(4mTorr) RFパワー (シングルループ・アンテナ):1.5kW(13.56MHz) RFパワー (ダブルループ・アンテナ) :1kW(13.56MHz) RFバイアスパワー :0.1kW(400kHz) 基体載置ステージの温度 :−20゜C[Table 1] Etching gas: SF 6 = 20 sccm Pressure: 0.5 Pa (4 mTorr) RF power (single loop antenna): 1.5 kW (13.56 MHz) RF power (double loop antenna): 1 kW ( 13.56 MHz) RF bias power: 0.1 kW (400 kHz) Temperature of substrate mounting stage: -20 ° C
【0080】[工程−120]次に、冷媒の循環を中止
し、ヒータ14を作動させることにより、基体載置ステ
ージ10の温度を室温(25°C)まで昇温させる。こ
の時の昇温速度は、100°C/分程度とすることがで
きる。そして、基体載置ステージ10の温度を25°C
に制御しながら、複合マスク60から表出した窒化チタ
ン層55の部分、及びその下に現れるポリシリコン層5
4の部分を、一例として以下の表2に示す条件にてプラ
ズマエッチングによりエッチングする。ここで使用する
塩素系エッチングガスは、Cl2とO2の混合ガスであ
る。[Step-120] Next, the circulation of the refrigerant is stopped, and the heater 14 is operated to raise the temperature of the substrate mounting stage 10 to room temperature (25 ° C.). The heating rate at this time can be set to about 100 ° C./min. Then, the temperature of the substrate mounting stage 10 is set to 25 ° C.
The portion of the titanium nitride layer 55 exposed from the composite mask 60 and the polysilicon layer 5 appearing therebelow.
The portion 4 is etched by plasma etching under the conditions shown in Table 2 below as an example. The chlorine-based etching gas used here is a mixed gas of Cl 2 and O 2 .
【0081】 [表2] エッチングガス :Cl2/O2=40/10sccm 圧力 :1Pa(8mTorr) RFパワー (シングルループ・アンテナ):1.5kW(13.56MHz) RFパワー (ダブルループ・アンテナ) :1kW(13.56MHz) RFバイアスパワー :20W(400kHz) 基体載置ステージの温度 :25゜C[Table 2] Etching gas: Cl 2 / O 2 = 40/10 sccm Pressure: 1 Pa (8 mTorr) RF power (single loop antenna): 1.5 kW (13.56 MHz) RF power (double loop antenna) : 1 kW (13.56 MHz) RF bias power: 20 W (400 kHz) Temperature of substrate mounting stage: 25 ° C
【0082】[工程−120]のエッチングでは、窒化
チタン層55の除去に引き続き、エッチング特性が互い
に異なるn型とp型のポリシリコン層54を同時にエッ
チングするが、室温近傍でエッチングが行われるため
に、導電型の違いによるエッチング速度の差が顕在化し
難い。従って、図4の(A)に示すように、デュアルゲ
ート型CMOSのPMOS形成領域とNMOS形成領域
の双方において、ゲート電極61Aを同時に、且つ、い
ずれも精度く形成することが可能となる。又、[工程−
110]と[工程−120]とでは、基体載置ステージ
の温度に45°Cもの差があるが、母材12と配管15
の線膨張率が前述のように規定された本発明の基体載置
ステージ10においては、誘電体部材へのクラックの発
生が防止される。従って、単一のプラズマチャンバー内
で温度の異なるエッチングプロセスを連続して行うこと
が可能となる。In the etching of [Step-120], the n-type and p-type polysilicon layers 54 having different etching characteristics are simultaneously etched following the removal of the titanium nitride layer 55, but the etching is performed at around room temperature. In addition, it is difficult for the difference in etching rate due to the difference in conductivity type to become apparent. Therefore, as shown in FIG. 4A, in both the PMOS formation region and the NMOS formation region of the dual gate CMOS, the gate electrode 61A can be formed simultaneously and with high accuracy. Also, [Process-
110] and [Step-120], there is a difference of 45 ° C. in the temperature of the substrate mounting stage.
In the substrate mounting stage 10 of the present invention in which the coefficient of linear expansion is defined as described above, generation of cracks in the dielectric member is prevented. Therefore, it is possible to continuously perform etching processes having different temperatures in a single plasma chamber.
【0083】[工程−130]この後、図4の(B)に
示すように、有機レジスト層59を例えばアッシングに
より除去する。ゲート電極61Aの上には窒化シリコン
膜58が残るが、この窒化シリコン層58はゲート電極
61Aを覆う絶縁層の一部として利用することができ
る。後工程で自己整合コンタクト・プロセスが行われる
場合には、この窒化シリコン層58が絶縁層に孔部を開
口する際のエッチング停止層の役割も果たす。[Step-130] Thereafter, as shown in FIG. 4B, the organic resist layer 59 is removed by, for example, ashing. Although the silicon nitride film 58 remains on the gate electrode 61A, the silicon nitride layer 58 can be used as a part of an insulating layer covering the gate electrode 61A. When a self-aligned contact process is performed in a later step, the silicon nitride layer 58 also serves as an etching stop layer when opening a hole in the insulating layer.
【0084】尚、実施の形態1においては、バリヤ層と
して、上記の窒化チタン層55に変えて窒化タングステ
ン層を用いることもできる。この場合は、[工程−11
0]においてフッ素系エッチングガスを用いてタングス
テン層56をエッチングした後、このままの条件でエッ
チングを継続することにより、窒化タングステン層をエ
ッチングすることができる。In the first embodiment, a tungsten nitride layer may be used as the barrier layer instead of the titanium nitride layer 55. In this case, [Step-11
0], the tungsten layer 56 is etched using a fluorine-based etching gas, and then the tungsten nitride layer can be etched by continuing the etching under the same conditions.
【0085】(実施の形態2)実施の形態2は、実施の
形態1の変形例であり、上記のプラズマエッチング装置
20を用い、前述の方法(ii)に従って実際にデュア
ルゲート型CMOSのゲート電極を形成するプロセスに
関する。このプロセスを、図5及び図6を参照して説明
する。実施の形態1と共通する部分については、詳しい
説明を省略する。(Embodiment 2) Embodiment 2 is a modification of Embodiment 1 and uses the above-described plasma etching apparatus 20 to actually form a gate electrode of a dual gate type CMOS according to the above-described method (ii). The process of forming This process will be described with reference to FIGS. Detailed description of portions common to the first embodiment is omitted.
【0086】[工程−200]先ず、シリコン半導体基
板50に対して、素子分離領域51の形成、ウェル52
p,52nの形成、ゲート酸化膜53の形成、ポリシリ
コン層54の形成までを実施の形態1と同様に行った
後、全面にバリヤ層として窒化タングステン層62を例
えばスパッタリング法にて約5nmの厚さに製膜する。
次に、タングステン層56を、例えばCVD法にて全面
に、約100nmの厚さに製膜する。これらポリシリコ
ン層54、窒化タングステン層62及びタングステン層
56の三者によって、ポリメタル膜57Bが構成され
る。ポリメタル膜57B上には、実施の形態1と同様に
複合マスク60を形成する。ここまでのプロセスを終了
した状態を、図5の(A)に示す。[Step-200] First, an element isolation region 51 is formed in a silicon semiconductor substrate 50, and a well 52 is formed.
After the formation of p, 52n, the formation of the gate oxide film 53, and the formation of the polysilicon layer 54 are performed in the same manner as in the first embodiment, a tungsten nitride layer 62 is formed as a barrier layer on the entire surface to a thickness of about 5 nm by, for example, a sputtering method. The film is formed to a thickness.
Next, a tungsten layer 56 is formed to a thickness of about 100 nm over the entire surface by, for example, a CVD method. The polysilicon layer 54, the tungsten nitride layer 62, and the tungsten layer 56 form a polymetal film 57B. The composite mask 60 is formed on the polymetal film 57B as in the first embodiment. FIG. 5A shows a state in which the processes up to this point have been completed.
【0087】[工程−210]次に、シリコン半導体基
板50を図2に示したエッチング装置20内の基体載置
ステージ10上に載置し、セラミックス層13に静電吸
着力を発揮させてシリコン半導体基板50を基体載置ス
テージ10上に保持・固定する。そして、ヒータ14に
よる基体載置ステージ10の温度制御を行いながら、複
合マスク60から表出したタングステン層56の部分、
及びその下に現れる窒化タングステン層62を、一例と
して以下の表3に示す条件にてプラズマエッチングによ
りエッチングする。尚、ヒータ14により基体載置ステ
ージ10の温度が目標温度よりも上昇した時は、冷媒を
循環させて温度を降下させる。ここで使用する塩素系エ
ッチングガスは、Cl2とO2の混合ガスである。このエ
ッチングは、図5の(B)に示すように、異方的に進行
する。[Step-210] Next, the silicon semiconductor substrate 50 is mounted on the substrate mounting stage 10 in the etching apparatus 20 shown in FIG. The semiconductor substrate 50 is held and fixed on the base mounting stage 10. Then, while controlling the temperature of the substrate mounting stage 10 by the heater 14, the portion of the tungsten layer 56 exposed from the composite mask 60,
The tungsten nitride layer 62 appearing thereunder is etched by plasma etching under the conditions shown in Table 3 below as an example. When the temperature of the substrate mounting stage 10 rises above the target temperature by the heater 14, the coolant is circulated to lower the temperature. The chlorine-based etching gas used here is a mixed gas of Cl 2 and O 2 . This etching proceeds anisotropically, as shown in FIG.
【0088】 [表3] エッチングガス :Cl2/O2=40/10sccm 圧力 :0.5Pa(4mTorr) RFパワー (シングルループ・アンテナ):1.5kW(13.56MHz) RFパワー (ダブルループ・アンテナ) :1kW(13.56MHz) RFバイアスパワー :0.1kW(400kHz) 基体載置ステージの温度 :100゜C[Table 3] Etching gas: Cl 2 / O 2 = 40/10 sccm Pressure: 0.5 Pa (4 mTorr) RF power (single loop antenna): 1.5 kW (13.56 MHz) RF power (double loop Antenna): 1 kW (13.56 MHz) RF bias power: 0.1 kW (400 kHz) Temperature of substrate mounting stage: 100 ° C
【0089】[工程−220]次に、ヒータ14への通
電を中止し、配管15に冷媒を循環させることにより、
基体載置ステージ10の温度を室温(25°C)まで低
下させる。この時の降温速度は、100°C/分程度と
することができる。そして、基体載置ステージ10の温
度を25°Cに制御しながら、複合マスク60から表出
したポリシリコン層54の部分を、実施の形態1の表2
に示した条件にてエッチングする。この結果、図6に示
すように、PMOS形成領域及びNMOS形成領域のい
ずれにおいても、良好な異方性形状を有するゲート電極
61Bを形成することができる。[Step-220] Next, the power supply to the heater 14 is stopped, and the refrigerant is circulated through the pipe 15 so that
The temperature of the substrate mounting stage 10 is lowered to room temperature (25 ° C.). At this time, the temperature decreasing rate can be about 100 ° C./min. Then, while controlling the temperature of the substrate mounting stage 10 to 25 ° C., the portion of the polysilicon layer 54 exposed from the composite mask
Etching is performed under the conditions shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 6, a gate electrode 61B having a good anisotropic shape can be formed in both the PMOS formation region and the NMOS formation region.
【0090】(実施の形態3)以下、実施の形態1及び
実施の形態2にて用いた基体載置ステージ10(図1の
(A)参照)の作製方法の概要を説明する。(Embodiment 3) An outline of a method of manufacturing the substrate mounting stage 10 (see FIG. 1A) used in Embodiments 1 and 2 will be described below.
【0091】複合部材11は、(A)セラミックス部材
の組織中にアルミニウム系材料を充填し、以て、セラミ
ックス部材の組織中にアルミニウム系材料が充填された
母材を作製する工程と、(B)母材の表面にセラミック
ス層を設ける工程から作製される。実施の形態3におい
ては、この工程(A)は、容器(鋳型)の中に多孔質の
コージエライトセラミックスを組成としたセラミックス
部材を配し、容器(鋳型)内に溶融したアルミニウムと
ケイ素とを組成としたアルミニウム系材料を流し込み、
高圧鋳造法にてセラミックス部材中にアルミニウム系材
料を充填する工程から成る。The composite member 11 comprises (A) a step of filling a structure of a ceramic member with an aluminum-based material, thereby producing a base material in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material; ) It is produced from the step of providing a ceramic layer on the surface of the base material. In the third embodiment, in this step (A), a ceramic member composed of porous cordierite ceramics is disposed in a container (mold), and molten aluminum and silicon are contained in the container (mold). Pour an aluminum-based material with a composition of
The method comprises a step of filling an aluminum-based material into a ceramic member by high-pressure casting.
【0092】多孔質のコージエライトセラミックスを組
成としたセラミックス部材は、セラミックス部材を作製
する際の焼結過程において多孔質化される。実施の形態
3においては、多孔質のコージエライトセラミックスと
して、コージエライトセラミックス粉末とコージエライ
トセラミックス繊維とを焼結して得られる焼結体である
多孔質のコージエライトセラミックス・ファイバーボー
ド(以下、ファイバーボードと略称する)を用いた。一
般的な粉体焼結セラミックスが約1200゜Cで高温焼
結されるのに対して、ファイバーボードは約800゜C
で低温焼結されたものであり、コージエライトセラミッ
クス繊維の周りにコージエライトセラミックス粉末がバ
インダーを介して密着するように焼結され、多孔質化さ
れている。従って、例えば、コージエライトセラミック
ス粉末とコージエライトセラミックス繊維との容積比を
変えることによって、得られる多孔質のコージエライト
セラミックスを組成としたセラミックス部材の空孔率や
空孔径を調整することが可能である。A ceramic member made of a porous cordierite ceramic is made porous in a sintering process when the ceramic member is manufactured. In the third embodiment, a porous cordierite ceramic fiber board which is a sintered body obtained by sintering cordierite ceramic powder and cordierite ceramic fiber is used as the porous cordierite ceramic. (Hereinafter, abbreviated as a fiber board). Whereas general powder sintered ceramics are sintered at a high temperature of about 1200 ° C, fiberboard is about 800 ° C.
The cordierite ceramic powder is sintered so as to adhere tightly around a cordierite ceramic fiber via a binder, and is made porous. Therefore, for example, by changing the volume ratio between cordierite ceramic powder and cordierite ceramic fibers, the porosity and pore diameter of the resulting ceramic member having a porous cordierite ceramic composition can be adjusted. Is possible.
【0093】基体載置ステージ10を作製するには、先
ず、所定の円盤形状に成形された第1のファイバーボー
ドを用意する。尚、第1のファイバーボードには、ヒー
タ14を配設するための溝を加工しておく。また、第1
のファイバーボードとは別の第2のファイバーボードを
用意する。この第2のファイバーボードには、配管15
を配設するための溝を加工しておく。そして、容器(鋳
型)の底部に第1のファイバーボードを配し、更に、第
1のファイバーボードに設けられた溝内にヒータ14を
配置する。次に、第1のファイバーボード上に第2のフ
ァイバーボードを乗せ、第2のファイバーボードに設け
られた溝内に配管15を配置する。そして、更に、この
第2のファイバーボード上に第3のファイバーボードを
乗せる。尚、これらのファイバーボードには、プッシャ
ーピン等を埋設するための孔を予め加工しておく。In order to manufacture the substrate mounting stage 10, first, a first fiber board formed into a predetermined disk shape is prepared. In addition, a groove for disposing the heater 14 is formed in the first fiber board. Also, the first
A second fiber board different from the above fiber board is prepared. This second fiber board has a pipe 15
The groove for arranging is processed. Then, the first fiber board is arranged on the bottom of the container (mold), and the heater 14 is arranged in a groove provided in the first fiber board. Next, the second fiber board is placed on the first fiber board, and the pipe 15 is arranged in a groove provided in the second fiber board. Then, a third fiber board is placed on the second fiber board. In addition, holes for embedding pusher pins and the like are formed in these fiber boards in advance.
【0094】次いで、これらのファイバーボードから成
るセラミックス部材を約800゜Cに予備加熱してお
き、続いて、容器(鋳型)内に約800゜Cに加熱して
溶融状態としたアルミニウム系材料(Al80体積%−
Si20体積%)を流し込む。そして、容器(鋳型)内
に約1トン/cm2の高圧を加える高圧鋳造法を実行す
る。その結果、多孔質のファイバーボードには、即ち、
セラミックス部材の組織中には、アルミニウム系材料が
充填される。そして、アルミニウム系材料を冷却・固化
させることによって、母材12が作製される。Next, the ceramic member made of the fiber board is preheated to about 800 ° C., and then heated to about 800 ° C. in a container (mold) to obtain an aluminum-based material (in a molten state). Al 80% by volume-
(20% by volume of Si). Then, a high-pressure casting method in which a high pressure of about 1 ton / cm 2 is applied in the container (mold) is performed. As a result, a porous fiber board
The structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material. Then, the base material 12 is produced by cooling and solidifying the aluminum-based material.
【0095】次いで、母材12の頂面、即ち、ヒータ側
の面を研磨する。その後、この研磨面に、Al2O3にT
iO2を約2.5重量%混合した粒径が約10μmの混
合粉末を真空溶射法によって溶融状態で吹き付け、固化
させる。これによって、体積固有抵抗値が1011Ω/□
オーダーの厚さ約0.2mmのセラミックス層13を溶
射法にて形成することができる。尚、セラミックス層1
3の形成の前に、溶射下地層として例えばアルミニウム
を約5重量%含んだニッケル(Ni−5重量%Al)を
溶射しておき、この溶射下地層上にセラミックス層13
を溶射法にて形成してもよい。Next, the top surface of the base material 12, that is, the surface on the heater side is polished. Then, T on the polished surface, the Al 2 O 3
A mixed powder having a particle diameter of about 10 μm in which about 2.5% by weight of iO 2 is mixed is sprayed in a molten state by a vacuum spraying method to be solidified. As a result, the volume resistivity value is 10 11 Ω / □
The ceramic layer 13 having a thickness of the order of about 0.2 mm can be formed by a thermal spraying method. The ceramic layer 1
Prior to the formation of the thermal spraying layer 3, for example, nickel (Ni-5% by weight Al) containing about 5% by weight of aluminum is sprayed as a thermal spraying underlayer, and a ceramic layer 13 is formed on the thermal spraying underlayer.
May be formed by a thermal spraying method.
【0096】このようにして得られた基体載置ステージ
10のセラミックス層13の割れ防止効果を確認するた
めに、温風循環式のオーブンを用い、以下のようにして
基体載置ステージ10の熱サイクルテストを行った。In order to confirm the effect of preventing the ceramic layer 13 of the substrate mounting stage 10 thus obtained from cracking, a hot air circulating oven was used to heat the substrate mounting stage 10 as follows. A cycle test was performed.
【0097】(1)基体載置ステージ10をオーブン内
に入れ、オーブン内を30分間かけて300゜Cに昇温
する。 (2)オーブン内を、300゜Cの温度で20分間保持
する。 (3)オーブン内を、40分間かけて降温し、常温に戻
す。 (4)オーブン内から基体載置ステージ10を取り出
し、外観を観察する。(1) The substrate mounting stage 10 is placed in an oven, and the inside of the oven is heated to 300 ° C. over 30 minutes. (2) Hold the inside of the oven at a temperature of 300 ° C. for 20 minutes. (3) The temperature in the oven is lowered over 40 minutes to return to room temperature. (4) Take out the substrate mounting stage 10 from the oven and observe the appearance.
【0098】このような(1)〜(4)の操作を10回
繰り返したところ、10回終了後においても基体載置ス
テージ10の外観には変化が認められず、セラミックス
層13に割れ等の破損は生じていないことが確認され
た。When the operations (1) to (4) were repeated 10 times, no change was observed in the appearance of the substrate mounting stage 10 even after the completion of the operation 10 times, and cracks and the like were found on the ceramic layer 13. It was confirmed that no damage occurred.
【0099】このようにして得られた基体載置ステージ
10は、多孔質のコージエライトセラミックス・ファイ
バーボードから成るセラミックス部材にAl80体積%
−Si20体積%のアルミニウム系材料を充填して得ら
れた母材(温度調節ジャケット)12によって構成され
ており、母材12の線膨張率α1はセラミックス層13
の線膨張率α2に近い値となっている。従って、基体載
置ステージ10の加熱・冷却による母材12とセラミッ
クス層13の伸縮の度合いは殆ど同じである。それ故、
これらの材料間の線膨張率α1,α2の差に起因して、高
温加熱時や、基体載置ステージ10を急激に昇降温させ
た場合にセラミックス層13に割れ等の損傷が発生する
ことを確実に回避することができる。The substrate mounting stage 10 obtained as described above is made of a ceramic member made of porous cordierite ceramic fiber board, and is provided with 80% by volume of Al.
-Si20 volume percent of aluminum-based material preform obtained by filling the is constituted by (temperature regulating jacket) 12, the linear expansion coefficient alpha 1 of the matrix 12 ceramic layer 13
Has a value close to the coefficient of linear expansion α 2 . Therefore, the degree of expansion and contraction of the base material 12 and the ceramic layer 13 due to heating and cooling of the base mounting stage 10 is almost the same. Therefore,
Due to the difference between the linear expansion coefficients α 1 and α 2 between these materials, damages such as cracks occur in the ceramic layer 13 at the time of high-temperature heating or when the temperature of the substrate mounting stage 10 is rapidly raised and lowered. Can be reliably avoided.
【0100】また、実施の形態3にあっては、特に、多
孔質のコージエライトセラミックス・ファイバーボード
を用いているが、高圧鋳造時にアルミニウム系材料がそ
の空孔内に入り込む際の衝撃にファイバーボードは耐え
得る。その結果、ファイバーボードに割れが生じること
を抑制することができる。即ち、通常の粉末焼結法によ
って得られる多孔質のコージエライトセラミックスから
成るセラミックス部材においては、高圧鋳造時に割れが
起こり易い。然るに、多孔質のコージエライトセラミッ
クス・ファイバーボードを用いることによって、高圧鋳
造時におけるセラミックス部材の割れ発生を抑えること
ができる。In the third embodiment, a porous cordierite ceramic fiber board is used. The board is tolerable. As a result, the occurrence of cracks in the fiber board can be suppressed. That is, in a ceramic member made of porous cordierite ceramic obtained by a normal powder sintering method, cracks are likely to occur during high-pressure casting. However, by using a porous cordierite ceramic fiberboard, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the ceramic member during high-pressure casting.
【0101】そして、高圧鋳造時にファイバーボードに
割れ等が発生することを回避できるので、母材12の表
面に設けられたセラミックス層13にクラック等の損傷
が生じることを一層確実に防止することができる。即
ち、ファイバーボードに割れが発生したとしても、ファ
イバーボードから成るセラミックス部材の組織中にアル
ミニウム系材料を充填したとき、アルミニウム系材料が
一種の接着材として働く結果、母材12を得ることはで
きる。しかしながら、このようにして得られた母材12
においては、ファイバーボードに発生した割れ等の隙間
にアルミニウム系材料から成る層が形成されてしまう。
その結果、母材12の表面に設けられたセラミックス層
13が、基体載置ステージ10の使用時、温度変化に追
従できなくなり、セラミックス層13に割れが生じ易く
なる。つまり、セラミックス層13は、粒径が約10μ
mの混合粉末が溶射されそして母材12と同化されてい
るので、ファイバーボードにおける1〜2μmの空孔内
に充填されたアルミニウム系材料そのものの熱膨張から
は殆ど影響を受けない。しかしながら、ファイバーボー
ドの割れた部分の隙間に存在するアルミニウム系材料か
ら成る層は、セラミックス層13を形成する粒子の径よ
り大きい長さや幅を有する。従って、アルミニウム系材
料から成るかかる層の熱膨張によるセラミックス層13
への影響は無視できないものとなり、セラミックス層1
3に割れが発生する確率が高くなる。Further, since it is possible to avoid the occurrence of cracks and the like in the fiber board during high-pressure casting, it is possible to more reliably prevent the ceramic layer 13 provided on the surface of the base material 12 from being damaged by cracks and the like. it can. That is, even if a crack occurs in the fiber board, when the structure of the ceramic member made of the fiber board is filled with the aluminum-based material, the aluminum-based material acts as a kind of adhesive, so that the base material 12 can be obtained. . However, the thus obtained base material 12
In this case, a layer made of an aluminum-based material is formed in gaps such as cracks generated in the fiber board.
As a result, the ceramic layer 13 provided on the surface of the base material 12 cannot follow the temperature change when the base mounting stage 10 is used, and the ceramic layer 13 is easily cracked. That is, the ceramic layer 13 has a particle size of about 10 μm.
Since the mixed powder of m is sprayed and assimilated with the base material 12, it is hardly affected by the thermal expansion of the aluminum-based material itself filled in the pores of 1 to 2 μm in the fiberboard. However, the layer made of the aluminum-based material existing in the gap between the cracked portions of the fiber board has a length and a width larger than the diameter of the particles forming the ceramic layer 13. Therefore, the ceramic layer 13 due to the thermal expansion of such a layer made of an aluminum-based material
The effect on the ceramic layer becomes significant and cannot be ignored.
The probability that cracks will occur in 3 increases.
【0102】また、セラミックス層13を母材12上に
溶射法にて形成するので、母材12とセラミックス層1
3とがより一層一体化する。これによって、母材12と
セラミックス層13との間の応力緩和が図れると共に、
母材12からセラミックス層13への熱伝導が速やかと
なり、セラミックス層13に保持・固定された基体(例
えばシリコン半導体基板)の温度制御を迅速に且つ確実
に行うことが可能となる。Further, since the ceramic layer 13 is formed on the base material 12 by the thermal spraying method, the base material 12 and the ceramic layer 1 are formed.
3 is further integrated. Thereby, stress relaxation between the base material 12 and the ceramic layer 13 can be achieved,
The heat conduction from the base material 12 to the ceramic layer 13 becomes faster, and the temperature of the base (for example, a silicon semiconductor substrate) held and fixed to the ceramic layer 13 can be quickly and reliably controlled.
【0103】(実施の形態4)実施の形態4は、実施の
形態3の変形である。実施の形態4が実施の形態3と相
違する点は、複合部材における母材を構成するセラミッ
クス部材の組成を窒化アルミニウム(TiN)とし、母
材を構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム
(Al)とした点にある。尚、実施の形態4における基
体載置ステージ10Aの構造を、図7の(A)に模式的
な断面図で示す。(Embodiment 4) Embodiment 4 is a modification of Embodiment 3. Embodiment 4 is different from Embodiment 3 in that the composition of the ceramic member forming the base material in the composite member is aluminum nitride (TiN), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al). It is in the point which was. The structure of the base mounting stage 10A in the fourth embodiment is shown in a schematic cross-sectional view in FIG.
【0104】実施の形態4においては、母材12を構成
するセラミックス部材の組成を窒化アルミニウム(Al
N)とした。尚、窒化アルミニウムの線膨張率は5.1
×10-6/Kであり、熱伝導率は0.235cal/c
m・秒・Kである。また、母材を構成するアルミニウム
系材料の組成をアルミニウム(Al)とした。(α1−
4)≦α2≦(α1+4)の関係を満足するように窒化ア
ルミニウムとアルミニウムとの容積比は決定されてお
り、具体的には、窒化アルミニウム/アルミニウムの容
積比は70/30である。尚、母材12の線膨張率は、
100〜300゜Cにおける平均値で8.7×10-6/
Kである。即ち、α1は8.7である。セラミックス層
13を構成する材料を、TiO2が約2.5重量%添加
されたAl2O3とした。セラミックス層13は、溶射法
にて母材12の表面に形成されている。Al2O3にTi
O2を添加することによって、その線膨張率は、100
〜300゜Cにおける平均値で約9×10-6/K(α2
=約9)となり、母材12の線膨張率α1とほぼ同じ値
となる。これによって、母材12の高温加熱などによる
温度変化によってもセラミックス層13に割れ等の損傷
が発生することを効果的に防止し得る。また、Al2O3
にTiO2を添加することにより、セラミックス層13
の体積固有抵抗値を1011Ω/□のオーダーに調整する
ことができる。これによって、セラミックス層13が静
電チャックとしての機能を効果的に発揮する。即ち、基
体載置ステージ10Aの母材12に配線(図示せず)を
介して直流電圧を電源から印加すれば、母材12を電極
として用いることができ、セラミックス層13が静電チ
ャックとして機能する。尚、この基体載置ステージ10
Aには、セラミックス層13上に載置・保持された例え
ばシリコン半導体基板を押し上げるためのプッシャーピ
ン(図示せず)が埋設されている。また、このプッシャ
ーピンには、プッシャーピンをセラミックス層13の頂
面上に突出させあるいは頂面下に埋没させる機構(図示
せず)が取り付けられている。In the fourth embodiment, the composition of the ceramic member forming base material 12 is aluminum nitride (Al
N). The coefficient of linear expansion of aluminum nitride is 5.1.
× 10 -6 / K and thermal conductivity of 0.235 cal / c
m · sec · K. The composition of the aluminum-based material constituting the base material was aluminum (Al). (Α 1 −
4) The volume ratio between aluminum nitride and aluminum is determined so as to satisfy the relationship of ≦ α 2 ≦ (α 1 +4), and specifically, the volume ratio of aluminum nitride / aluminum is 70/30. . The linear expansion coefficient of the base material 12 is
8.7 × 10 −6 / average value at 100 to 300 ° C.
K. That is, α 1 is 8.7. The material constituting the ceramic layer 13 was Al 2 O 3 to which about 2.5% by weight of TiO 2 was added. The ceramic layer 13 is formed on the surface of the base material 12 by a thermal spraying method. Ti to Al 2 O 3
By adding O 2 , the coefficient of linear expansion becomes 100
About 9 × 10 -6 / K (α 2
= About 9), and substantially the same value as the linear expansion coefficient alpha 1 of the matrix 12. Accordingly, it is possible to effectively prevent the ceramic layer 13 from being damaged by cracks or the like due to a temperature change due to high-temperature heating of the base material 12 or the like. Also, Al 2 O 3
By adding TiO 2 to the ceramic layer 13
Can be adjusted to the order of 10 11 Ω / □. Thereby, the ceramic layer 13 effectively exerts a function as an electrostatic chuck. That is, if a DC voltage is applied from a power supply to the base material 12 of the base mounting stage 10A via wiring (not shown), the base material 12 can be used as an electrode, and the ceramic layer 13 functions as an electrostatic chuck. I do. The substrate mounting stage 10
A is embedded with a pusher pin (not shown) for pushing up, for example, a silicon semiconductor substrate placed and held on the ceramic layer 13. The pusher pin is provided with a mechanism (not shown) for projecting the pusher pin above the top surface of the ceramic layer 13 or burying the pusher pin below the top surface.
【0105】実施の形態4におけるヒータ14Aは、約
500゜Cまでの加熱が可能なPBNヒータ(パイロリ
ティック・ボロン・ナイトライド・パイロリティック・
グラファイト・ヒータ)である。ヒータ14Aを母材1
2の外側表面に取り付けることにより、母材12を常温
から約500゜Cまでの範囲内で温度制御することが可
能である。The heater 14A in the fourth embodiment is a PBN heater (pyrolytic boron nitride pyrolytic heater) capable of heating up to about 500 ° C.
(Graphite heater). Heater 14A as base material 1
By attaching the base material 12 to the outside surface of the base material 2, the temperature of the base material 12 can be controlled within a range from room temperature to about 500 ° C.
【0106】複合部材11によって構成される基体載置
ステージ10Aの作製方法を、以下、説明する。複合部
材11は、基本的には、(A)セラミックス部材の組織
中にアルミニウム系材料を充填し、以て、セラミックス
部材の組織中にアルミニウム系材料が充填された母材を
作製する工程と、(B)母材の表面にセラミックス層を
設ける工程から作製される。実施の形態4においては、
この工程(A)は、非加圧金属浸透法に基づき、窒化ア
ルミニウム粒子から成形されたセラミックス部材に溶融
したアルミニウムを組成としたアルミニウム系材料を非
加圧状態にて浸透させる工程から成る。A method for manufacturing the base mounting stage 10A constituted by the composite member 11 will be described below. The composite member 11 is basically (A) a step of filling a structure of a ceramic member with an aluminum-based material, thereby producing a base material in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material; (B) It is produced from the step of providing a ceramic layer on the surface of the base material. In the fourth embodiment,
This step (A) includes a step of infiltrating a ceramic material formed from aluminum nitride particles with an aluminum-based material containing molten aluminum in a non-pressurized state based on a non-pressurized metal permeation method.
【0107】具体的には、平均粒径10μmのAlN粒
子を泥漿鋳込み成形法にて成形した後、約1000゜C
の温度で焼成(焼結)を行うことによって、AlN粒子
を成形したプリフォームであるセラミックス部材を作製
した。そして、このセラミックス部材を約800゜Cに
予備加熱しておき、約800゜Cに加熱して溶融したア
ルミニウムを非加圧でセラミックス部材に浸透させる。
これによって、AlN70体積%−Al30体積%の構
成の母材12を作製することができる。次いで、母材1
2を成形加工して円盤状とする。次いで、このようにし
て得られた母材12の頂面及び側面を研磨する。その
後、この研磨面に、Al2O3にTiO2を約2.5重量
%混合した粒径が約10μmの混合粉末を真空溶射法に
よって溶融状態で吹き付け、固化させる。その後、母材
12の下面、即ちセラミックス層13が設けられた面と
反対側の面にPBNヒータから成るヒータ14Aを取り
付け、基体載置ステージ10Aを得る。尚、セラミック
ス層13の形成の前に、溶射下地層として例えばアルミ
ニウムを約5重量%含んだニッケル(Ni−5重量%A
l)を溶射しておき、この溶射下地層上にセラミックス
層13を溶射法にて形成してもよい。Specifically, AlN particles having an average particle size of 10 μm are formed by a slurry casting method,
By performing firing (sintering) at the temperature described above, a ceramic member as a preform formed of AlN particles was produced. Then, the ceramic member is preheated to about 800 ° C., and the aluminum melted by heating to about 800 ° C. is infiltrated into the ceramic member without pressure.
Thereby, the base material 12 having a configuration of 70% by volume of AlN-30% by volume of Al can be manufactured. Then, the base material 1
2 is formed into a disk shape. Next, the top and side surfaces of the base material 12 thus obtained are polished. Thereafter, a mixed powder of about 2.5% by weight of TiO 2 mixed with Al 2 O 3 having a particle size of about 10 μm is sprayed onto the polished surface in a molten state by a vacuum spraying method to be solidified. Thereafter, a heater 14A made of a PBN heater is attached to the lower surface of the base material 12, that is, the surface opposite to the surface on which the ceramic layer 13 is provided, to obtain the substrate mounting stage 10A. Prior to the formation of the ceramic layer 13, for example, nickel containing approximately 5% by weight of aluminum (Ni-5% by weight
1) may be sprayed, and the ceramic layer 13 may be formed on the sprayed underlayer by a spraying method.
【0108】このようにして作製された基体載置ステー
ジ10Aにあっては、セラミックス層13の線膨張率α
2が母材12の線膨張率α1とほぼ同じ値となっている。
それ故、母材12の高温加熱などによる温度変化によっ
ても、セラミックス層13に割れ等の損傷は発生しな
い。また、窒化アルミニウムとアルミニウムとの容積比
を調整することによって、更には、必要に応じて、Al
2O3から成るセラミックス層13におけるTiO2の添
加率を調整することによって、母材12の線膨張率α1
とセラミックス層13の線膨張率α2を、(α1−4)≦
α2≦(α1+4)の関係を満足する関係とすることがで
きる。その結果、基体載置ステージ10Aの温度変化に
起因するセラミックス層13の割れ等の損傷発生を、効
果的に防止することができる。In the substrate mounting stage 10A thus manufactured, the coefficient of linear expansion α of the ceramics layer 13 is
2 is almost the same value as the linear expansion coefficient α 1 of the base material 12.
Therefore, even if the base material 12 changes in temperature due to high-temperature heating or the like, the ceramic layer 13 is not damaged such as a crack. Further, by adjusting the volume ratio between aluminum nitride and aluminum, and further, if necessary,
By adjusting the addition rate of TiO 2 in the ceramic layer 13 made of 2 O 3, the linear expansion coefficient α 1 of the base material 12 is adjusted.
And the coefficient of linear expansion α 2 of the ceramic layer 13 is defined as (α 1 -4) ≦
The relationship may satisfy the relationship α 2 ≦ (α 1 +4). As a result, it is possible to effectively prevent damage such as cracking of the ceramic layer 13 due to a temperature change of the base mounting stage 10A.
【0109】また、セラミックス層13を母材12上に
溶射法にて形成すれば、大面積の複合部材を作製するこ
とができ、基体の大面積化に容易に対処することができ
る。しかも、母材12とセラミックス層13とがより一
層一体化する。これによって、母材12とセラミックス
層13との間の応力緩和が図れると共に、母材12から
セラミックス層13への熱伝導が速やかとなる。尚、図
7の(B)に示すように、必要に応じて、母材12の側
面にセラミックス層を形成してもよい。Further, if the ceramic layer 13 is formed on the base material 12 by a thermal spraying method, a large-area composite member can be manufactured, and it is possible to easily cope with an increase in the area of the base. Moreover, the base material 12 and the ceramic layer 13 are further integrated. Thereby, the stress between the base material 12 and the ceramic layer 13 can be relaxed, and the heat conduction from the base material 12 to the ceramic layer 13 can be quickly performed. In addition, as shown in FIG. 7B, a ceramic layer may be formed on the side surface of the base material 12 as necessary.
【0110】図1の(B)の模式的な断面図に示したと
同様に、セラミックス層を溶射法でなくロウ付け法によ
って母材12の表面(必要に応じて、更に側面)に設け
てもよい(図7の(C)参照)。この場合には、焼結法
にて作製されたAl2O3製セラミックス板から成るセラ
ミックス層16を、例えば、約600゜Cの温度にてA
l−Mg−Ge系のロウ材17を用いたロウ付け法にて
母材12の表面に取り付ければよい。必要に応じて、母
材12の側面にセラミックス材料から成る環状のカバー
(図示せず)を取り付けてもよい。また、実施の形態3
における基体載置ステージ10と同様の温度制御手段と
することもできる。As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1B, the ceramic layer may be provided on the surface (and, if necessary, the side surface) of the base material 12 by a brazing method instead of a thermal spraying method. Good (see FIG. 7C). In this case, the ceramic layer 16 made of an Al 2 O 3 ceramic plate manufactured by the sintering method is applied to the ceramic layer 16 at a temperature of, for example, about 600 ° C.
It may be attached to the surface of the base material 12 by a brazing method using a l-Mg-Ge brazing material 17. If necessary, an annular cover (not shown) made of a ceramic material may be attached to the side surface of the base material 12. Embodiment 3
The temperature control means may be the same as that of the substrate mounting stage 10 in the above.
【0111】尚、母材を構成するアルミニウム系材料の
組成をアルミニウムとしたが、その代わりに、母材を構
成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム及びケ
イ素(例えば、Al80体積%−Si20体積%)とす
ることができる。アルミニウム系材料の組成をアルミニ
ウム及びケイ素とすることによって、母材の線膨張率を
α1を制御することが可能となり、一層セラミックス層
の線膨張率α2との差を小さくすることが可能となる。
また、セラミックス層をAl2O3から構成する代わり
に、窒化アルミニウム(AlN)から構成してもよい。Although the composition of the aluminum-based material forming the base material was aluminum, the composition of the aluminum-based material forming the base material was changed to aluminum and silicon (for example, 80% by volume of Al—20% by volume of Si). It can be. By the composition of the aluminum-based material and aluminum and silicon, it is possible to control the alpha 1 the linear expansion coefficient of the base material, it is possible to reduce the difference more linear expansion ratio alpha 2 of the ceramic layer Become.
Further, instead of forming the ceramic layer from Al 2 O 3 , the ceramic layer may be formed from aluminum nitride (AlN).
【0112】また、実施の形態4にて説明した基体載置
ステージの構造を実施の形態3にて説明した基体載置ス
テージに適用することもできるし、実施の形態3にて説
明した基体載置ステージの構造を実施の形態4にて説明
した基体載置ステージに適用することもできる。The structure of the substrate mounting stage described in the fourth embodiment can be applied to the substrate mounting stage described in the third embodiment, or the substrate mounting stage described in the third embodiment can be applied. The structure of the mounting stage can be applied to the base mounting stage described in the fourth embodiment.
【0113】(実施の形態5)実施の形態5は実施の形
態4の変形である。実施の形態5が実施の形態4と相違
する点は、複合部材における母材を構成するセラミック
ス部材の組成を炭化ケイ素(SiC)とし、母材を構成
するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)
とした点にある。実施の形態5における基体載置ステー
ジ10Aの構造は、図7の(A)に模式的な断面図を示
したと同様である。(Fifth Embodiment) The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment. Embodiment 5 is different from Embodiment 4 in that the composition of the ceramic member forming the base material in the composite member is silicon carbide (SiC), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al).
It is in the point which was. The structure of the base mounting stage 10A in the fifth embodiment is the same as that shown in the schematic cross-sectional view of FIG.
【0114】実施の形態5においては、母材12を構成
するセラミックス部材の組成を炭化ケイ素(SiC)と
した。尚、炭化ケイ素の線膨張率は4×10-6/Kであ
り、熱伝導率は0.358cal/cm・秒・K(15
0W/m・K)である。また、母材を構成するアルミニ
ウム系材料の組成をアルミニウム(Al)とした。(α
1−4)≦α2≦(α1+4)を満足するように炭化ケイ
素とアルミニウムとの容積比は決定されており、具体的
には、炭化ケイ素/アルミニウムの容積比は70/30
である。尚、母材12の線膨張率は、100〜300゜
Cにおける平均値で、6.2×10-6/Kである。即
ち、α1=6.2である。セラミックス層13を構成す
る材料を、TiO2が約1.5重量%添加されたAl2O
3とした。セラミックス層13は、溶射法にて母材12
の頂面及び側面に形成されている。Al2O3は本来その
線膨張率が約8×10-6/Kであるが、Al2O3にTi
O2を添加することによって、その線膨張率は、100
〜300゜Cにおける平均値で、約8〜9×10-6/K
(α2は約8〜9)となり、母材12の線膨張率α1とセ
ラミックス層13の線膨張率α2の関係は、(α1−4)
≦α2≦(α1+4)を満足する。これによって、母材1
2の高温加熱などによる温度変化によってもセラミック
ス層13に割れ等の損傷が発生することを効果的に防止
し得る。また、Al2O3にTiO2を添加することによ
り、セラミックス層13の体積固有抵抗値を1011Ω/
□のオーダーに調整することができる。これによって、
セラミックス層13が静電チャックとしての機能を効果
的に発揮する。In the fifth embodiment, the composition of the ceramic member forming base material 12 is silicon carbide (SiC). The linear expansion coefficient of silicon carbide is 4 × 10 −6 / K, and the thermal conductivity is 0.358 cal / cm · sec · K (15
0 W / m · K). The composition of the aluminum-based material constituting the base material was aluminum (Al). (Α
1 -4) ≦ α 2 ≦ ( α 1 +4) the volume ratio of silicon carbide and aluminum so as to satisfy is determined, specifically, the volume ratio of silicon carbide / aluminum 70/30
It is. The coefficient of linear expansion of the base material 12 is 6.2 × 10 −6 / K as an average value at 100 to 300 ° C. That is, α 1 = 6.2. The material constituting the ceramic layer 13 is Al 2 O to which about 1.5% by weight of TiO 2 is added.
It was set to 3 . The ceramic layer 13 is formed by spraying the base material 12
Are formed on the top surface and the side surfaces. Al 2 O 3 is originally the linear expansion coefficient of about 8 × 10 -6 / K, Ti to Al 2 O 3
By adding O 2 , the coefficient of linear expansion becomes 100
About 8 to 9 × 10 −6 / K at an average value of about 300 ° C.
(The alpha 2 about 8-9), and the relation between the linear expansion coefficient alpha 2 of the linear expansion coefficient alpha 1 and the ceramic layer 13 of the matrix 12, (alpha 1 -4)
≦ α 2 ≦ (α 1 +4). Thereby, the base material 1
2, it is possible to effectively prevent the ceramic layer 13 from being damaged such as a crack due to a temperature change due to high-temperature heating or the like. Further, by adding TiO 2 to Al 2 O 3 , the volume resistivity of the ceramic layer 13 is set to 10 11 Ω /
Can be adjusted to the order of □. by this,
The ceramic layer 13 effectively exhibits a function as an electrostatic chuck.
【0115】ヒータ14Aは、実施の形態4と同様に、
PBNヒータである。ヒータ14Aを母材12である温
度調節ジャケットの裏面に取り付けることにより、母材
12を常温から約500゜Cまでの範囲内で温度制御す
ることが可能である。あるいは又、実施の形態3におけ
る基体載置ステージと同様の温度制御手段とすることも
できる。そして、基体載置ステージ10Aの母材12に
配線(図示せず)を介して直流電圧を印加すれば、母材
12を電極として用いることができ、セラミックス層1
3が静電チャックとして機能する。尚、この基体載置ス
テージ10Aには、セラミックス層13上に載置、保持
された例えばシリコン半導体基板を押し上げるためのプ
ッシャーピン(図示せず)が埋設されている。また、こ
のプッシャーピンには、プッシャーピンをセラミックス
層13の頂面上に突出させあるいは頂面下に埋没させる
機構(図示せず)が取り付けられている。The heater 14A is provided in the same manner as in the fourth embodiment.
It is a PBN heater. By attaching the heater 14A to the back surface of the temperature control jacket, which is the base material 12, it is possible to control the temperature of the base material 12 from room temperature to about 500 ° C. Alternatively, a temperature control unit similar to that of the substrate mounting stage in the third embodiment can be used. When a DC voltage is applied to the base material 12 of the base mounting stage 10A via wiring (not shown), the base material 12 can be used as an electrode, and the ceramic layer 1
3 functions as an electrostatic chuck. A pusher pin (not shown) for pushing up, for example, a silicon semiconductor substrate mounted and held on the ceramic layer 13 is embedded in the base mounting stage 10A. The pusher pin is provided with a mechanism (not shown) for projecting the pusher pin above the top surface of the ceramic layer 13 or burying the pusher pin below the top surface.
【0116】基体載置ステージ10Aの作製方法を、以
下、説明する。複合部材11は、基本的には、(A)セ
ラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料を充填
し、以て、セラミックス部材の組織中にアルミニウム系
材料が充填された母材を作製する工程と、(B)母材の
表面にセラミックス層を設ける工程から作製される。実
施の形態5においては、この工程(A)は、非加圧金属
浸透法に基づき、炭化ケイ素粒子から成形されたセラミ
ックス部材に溶融したアルミニウムを組成としたアルミ
ニウム系材料を非加圧状態にて浸透させる工程から成
る。The method of manufacturing the substrate mounting stage 10A will be described below. The composite member 11 is basically (A) a step of filling a structure of a ceramic member with an aluminum-based material, thereby producing a base material in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material; (B) It is produced from the step of providing a ceramic layer on the surface of the base material. In the fifth embodiment, this step (A) is based on a non-pressurized metal infiltration method, in which a ceramic member molded from silicon carbide particles is subjected to a non-pressurized aluminum-based material in a non-pressurized state. Permeation step.
【0117】具体的には、平均粒径15μmのSiC粒
子と平均粒径60μmのSiC粒子とを容積比で1:4
にて混合したものを鋳込み泥漿成形法にて成形した後、
約800゜Cの温度で焼成を行うことによって、SiC
粒子を成形したプリフォームであるセラミックス部材を
作製した。そして、このセラミックス部材を約800゜
Cに予備加熱しておき、約800゜Cに加熱して溶融し
たアルミニウムを非加圧でセラミックス部材に浸透させ
る。これによって、SiC70体積%−Al30体積%
の構成の母材12を作製することができる。次いで、母
材12を成形加工して円盤状の温度調節ジャケットの形
状とする。尚、この母材12には、プッシャーピン等を
埋設するための孔も予め加工しておく。次いで、このよ
うにして得られた母材12の頂面を研磨する。その後、
この研磨面に、Al2O3にTiO 2を約1.5重量%混
合した粒径が約10μmの混合粉末を真空溶射法によっ
て溶融状態で吹き付け、固化させる。これによって、体
積固有抵抗値が1011Ω/□オーダーの厚さ約0.2m
mのセラミックス層13を形成することができる。その
後、母材12の底面、即ちセラミックス層13が設けら
れた頂面と反対側の面にPBNヒータから成るヒータ1
4Aを取り付け、基体載置ステージ10Aを得る。尚、
セラミックス層13の形成の前に、溶射下地層として例
えばアルミニウムを約5重量%含んだニッケル(Ni−
5重量%Al)を溶射しておき、この溶射下地層上にセ
ラミックス層13を溶射法にて形成してもよい。Specifically, SiC particles having an average particle size of 15 μm
And SiC particles having an average particle diameter of 60 μm in a volume ratio of 1: 4.
After shaping the mixture mixed in with the casting slurry forming method,
By firing at a temperature of about 800 ° C., the SiC
A ceramic member, which is a preform formed from particles,
Produced. And about 800 mm
Preheat to C, heat to about 800 ° C and melt
Aluminum that has passed through the ceramic member without pressure
You. Thereby, SiC 70 volume% -Al 30 volume%
Can be manufactured. Then mother
Material 12 is shaped and shaped into a disc-shaped temperature control jacket
State. A pusher pin or the like is attached to the base material 12.
Holes for embedding are also processed in advance. Then this
The top surface of the base material 12 thus obtained is polished. afterwards,
On this polished surface, AlTwoOThreeTiO2 TwoAbout 1.5% by weight
The mixed powder having a combined particle size of about 10 μm is
Spray in a molten state to solidify. This allows the body
Product specific resistance value is 1011Ω / □ thickness about 0.2m
m ceramic layers 13 can be formed. That
Thereafter, the bottom surface of the base material 12, that is, the ceramic layer 13 is provided.
Heater 1 consisting of a PBN heater on the surface opposite to the top surface
4A is attached to obtain a substrate mounting stage 10A. still,
Before forming the ceramics layer 13
For example, nickel containing about 5% by weight of aluminum (Ni-
5% by weight of Al), and the thermal spray
The lamix layer 13 may be formed by a thermal spray method.
【0118】尚、基体載置ステージ10Aの作製方法
は、上述の方法に限定されない。上述の工程(A)を、
実施の形態3と同様に、容器(鋳型)の中に炭化ケイ素
を組成としたセラミックス部材を配し、この容器(鋳
型)内に溶融したアルミニウムを組成としたアルミニウ
ム系材料を流し込み、高圧鋳造法にてセラミックス部材
中にアルミニウム系材料を充填する工程から構成するこ
ともできる。即ち、基体載置ステージ10Aを作製する
には、先ず、所定の円盤形状に成形されたSiCから成
るプリフォームを用意する。尚、プリフォームには、プ
ッシャーピン等を埋設するための孔を予め加工してお
く。次いで、プリフォームから成るセラミックス部材を
約800゜Cに予備加熱しておき、続いて、容器(鋳
型)内に約800゜Cに加熱して溶融状態としたアルミ
ニウムを流し込む。そして、容器(鋳型)内に約1トン
/cm2の高圧を加える高圧鋳造法を実行する。その結
果、セラミックス部材の組織中には、アルミニウムが充
填される。そして、アルミニウムを冷却・固化させるこ
とによって、母材12が作製される。以下、先に述べた
と同様の方法で基体載置ステージ10Aを作製すればよ
い。Note that the method of manufacturing the substrate mounting stage 10A is not limited to the above-described method. The above step (A)
As in Embodiment 3, a ceramic member composed of silicon carbide is placed in a container (mold), and an aluminum-based material composed of molten aluminum is poured into the container (mold). And filling the ceramic member with an aluminum-based material. That is, to manufacture the substrate mounting stage 10A, first, a preform made of SiC molded into a predetermined disk shape is prepared. A hole for embedding a pusher pin or the like is formed in the preform in advance. Next, the ceramic member made of the preform is preheated to about 800 ° C., and subsequently, molten aluminum is poured into the vessel (mold) by heating to about 800 ° C. Then, a high-pressure casting method in which a high pressure of about 1 ton / cm 2 is applied in the container (mold) is performed. As a result, the structure of the ceramic member is filled with aluminum. Then, the base material 12 is manufactured by cooling and solidifying the aluminum. Hereinafter, the substrate mounting stage 10A may be manufactured by the same method as described above.
【0119】このようにして作製された基体載置ステー
ジ10Aにあっては、母材12の高温加熱などによる温
度変化によっても、セラミックス層13に割れ等の損傷
は発生しない。また、炭化ケイ素とアルミニウム系材料
との容積比を調整することによって、更には、必要に応
じて、Al2O3から成るセラミックス層13におけるT
iO2の添加率を調整することによって、母材12の線
膨張率α1とセラミックス層13の線膨張率α2を、(α
1−4)≦α2≦(α1+4)を満足する関係とすること
ができる。その結果、基体載置ステージ10Aの温度変
化に起因するセラミックス層13の割れ等の損傷発生
を、効果的に防止することができる。In the substrate mounting stage 10A manufactured as described above, the ceramic layer 13 does not suffer damage such as cracks even when the base material 12 changes in temperature due to high-temperature heating or the like. Further, by adjusting the volume ratio between silicon carbide and the aluminum-based material, and further, if necessary, the T 2 in the ceramic layer 13 made of Al 2 O 3 may be adjusted.
By adjusting the addition rate of the iO 2, linear expansion coefficient alpha 2 of the linear expansion coefficient alpha 1 and the ceramic layer 13 of the preform 12, (alpha
1 -4) ≦ α 2 ≦ ( α 1 +4) can be related to satisfy. As a result, it is possible to effectively prevent damage such as cracking of the ceramic layer 13 due to a temperature change of the base mounting stage 10A.
【0120】また、セラミックス層13を母材12上に
溶射法にて形成すれば、大面積の複合部材を作製するこ
とができ、基体の大面積化に容易に対処することができ
る。しかも、母材12とセラミックス層13とがより一
層一体化する。これによって、母材12とセラミックス
層13との間の応力緩和が図れると共に、母材12から
セラミックス層13への熱伝導が速やかとなり、セラミ
ックス層13に保持・固定された基体(例えばシリコン
半導体基板)の温度制御を迅速に且つ確実に行うことが
可能となる。Further, if the ceramic layer 13 is formed on the base material 12 by a thermal spraying method, a large-area composite member can be manufactured, and it is possible to easily cope with an increase in the area of the base. Moreover, the base material 12 and the ceramic layer 13 are further integrated. As a result, the stress between the base material 12 and the ceramic layer 13 can be relaxed, and the heat conduction from the base material 12 to the ceramic layer 13 can be accelerated. ) Can be quickly and reliably performed.
【0121】図7の(C)の模式的な断面図に示したと
同様に、セラミックス層を溶射法でなくロウ付け法によ
って母材12の頂面(必要に応じて、更に側面)に設け
てもよい。この場合には、焼結法にて作製されたAl2
O3製セラミックス板から成るセラミックス層16を、
例えば、約600゜Cの温度にてAl−Mg−Ge系の
ロウ材17を用いたロウ付け法にて母材の頂面に取り付
ければよい。As shown in the schematic sectional view of FIG. 7C, the ceramic layer is provided on the top surface (and, if necessary, the side surface) of the base material 12 by a brazing method instead of a thermal spraying method. Is also good. In this case, Al 2 produced by the sintering method
A ceramic layer 16 made of an O 3 ceramic plate is
For example, it may be attached to the top surface of the base material by a brazing method using an Al-Mg-Ge brazing material 17 at a temperature of about 600 ° C.
【0122】尚、母材を構成するアルミニウム系材料の
組成をアルミニウムとしたが、その代わりに、母材を構
成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム及びケ
イ素(例えば、Al80体積%−Si20体積%)とす
ることができる。アルミニウム系材料の組成をアルミニ
ウム及びケイ素とすることによって、母材の線膨張率α
1を制御することが可能となり、一層セラミックス層の
線膨張率α2との差を小さくすることが可能となる。ま
た、セラミックス層をAl2O3から構成する代わりに、
窒化アルミニウム(AlN)から構成してもよい。Although the composition of the aluminum-based material constituting the base material was aluminum, the composition of the aluminum-based material constituting the base material was changed to aluminum and silicon (for example, 80% by volume of Al—20% by volume of Si). It can be. By setting the composition of the aluminum-based material to aluminum and silicon, the coefficient of linear expansion of the base material α
It is possible to control the 1, it is possible to reduce the difference between the linear expansion coefficient alpha 2 of the further ceramic layer. Also, instead of forming the ceramic layer from Al 2 O 3 ,
It may be made of aluminum nitride (AlN).
【0123】また、実施の形態5にて説明した基体載置
ステージの構造を実施の形態3にて説明した基体載置ス
テージに適用することもできるし、実施の形態3にて説
明した基体載置ステージの構造を実施の形態5にて説明
した基体載置ステージに適用することもできる。Further, the structure of the substrate mounting stage described in the fifth embodiment can be applied to the substrate mounting stage described in the third embodiment, or the substrate mounting stage described in the third embodiment can be applied. The structure of the mounting stage can be applied to the base mounting stage described in the fifth embodiment.
【0124】(実施の形態6)実施の形態6も実施の形
態4の変形である。実施の形態6が実施の形態4と相違
する点は、複合部材における母材を構成するセラミック
ス部材の組成を酸化アルミニウム(Al2O3)とし、母
材を構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム
(Al)とした点にある。実施の形態6における基体載
置ステージ10Aの構造は、図7の(A)に模式的な断
面図を示したと同様である。(Embodiment 6) Embodiment 6 is also a modification of Embodiment 4. Embodiment 6 is different from Embodiment 4 in that the composition of the ceramic member forming the base material in the composite member is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum. (Al). The structure of the base mounting stage 10A in the sixth embodiment is the same as that shown in the schematic cross-sectional view of FIG.
【0125】実施の形態6においては、母材12を構成
するセラミックス部材の組成を酸化アルミニウム(Al
2O3)とした。尚、酸化アルミニウムの線膨張率は7.
8×10-6/Kであり、熱伝導率は0.069cal/
cm・秒・K(29W/m・K)である。また、母材を
構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(A
l)とした。(α1−4)≦α2≦(α1+4)を満足す
るように酸化アルミニウムアルミニウムとの容積比は決
定されており、具体的には、酸化アルミニウム/アルミ
ニウムの容積比は80/20である。尚、母材12の線
膨張率は、100〜300゜Cにおける平均値で、11
×10-6/Kである。即ち、α1=11である。セラミ
ックス層13を構成する材料を、TiO2が約1.5重
量%添加されたAl2O3とした。セラミックス層13
は、溶射法にて母材12の頂面及び側面に形成されてい
る。そして、母材12の線膨張率α1とセラミックス層
13の線膨張率α2の関係は、(α1−4)≦α2≦(α1
+4)を満足する。これによって、母材12の高温加熱
などによる温度変化によってもセラミックス層13に割
れ等の損傷が発生することを効果的に防止し得る。ま
た、Al2O3にTiO2を添加することにより、セラミ
ックス層13の体積固有抵抗値を1011Ω/□のオーダ
ーに調整することができる。これによって、セラミック
ス層13が静電チャックとしての機能を効果的に発揮す
る。In the sixth embodiment, the composition of the ceramic member constituting base material 12 is changed to aluminum oxide (Al
2 O 3 ). The linear expansion coefficient of aluminum oxide is 7.
8 × 10 −6 / K and thermal conductivity of 0.069 cal /
cm · sec · K (29 W / m · K). The composition of the aluminum-based material constituting the base material is changed to aluminum (A
l). The volume ratio with aluminum aluminum oxide is determined so as to satisfy (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +4). Specifically, the volume ratio of aluminum oxide / aluminum is 80/20. is there. The coefficient of linear expansion of the base material 12 is an average value at 100 to 300 ° C.
× 10 −6 / K. That is, α 1 = 11. The material forming the ceramic layer 13 was Al 2 O 3 to which about 1.5% by weight of TiO 2 was added. Ceramic layer 13
Are formed on the top surface and side surfaces of the base material 12 by thermal spraying. The relationship between the linear expansion coefficient alpha 2 of the linear expansion coefficient alpha 1 and the ceramic layer 13 of the matrix 12, (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1
+4) is satisfied. Accordingly, it is possible to effectively prevent the ceramic layer 13 from being damaged by cracks or the like due to a temperature change due to high-temperature heating of the base material 12 or the like. Further, by adding TiO 2 to Al 2 O 3 , the volume resistivity of the ceramic layer 13 can be adjusted to the order of 10 11 Ω / □. Thereby, the ceramic layer 13 effectively exerts a function as an electrostatic chuck.
【0126】実施の形態6の基体載置ステージ10Aの
作製方法を、以下、説明する。複合部材11は、基本的
には、(A)セラミックス部材の組織中にアルミニウム
系材料を充填し、以て、セラミックス部材の組織中にア
ルミニウム系材料が充填された母材を作製する工程と、
(B)母材の表面に溶射法にてセラミックス層を設ける
工程から作製される。実施の形態6においては、この工
程(A)は、非加圧金属浸透法に基づき、酸化アルミニ
ウムから成形されたセラミックス部材に溶融したアルミ
ニウムを組成としたアルミニウム系材料を非加圧状態に
て浸透させる工程から成る。A method of manufacturing the substrate mounting stage 10A according to the sixth embodiment will be described below. The composite member 11 is basically (A) a step of filling an aluminum-based material in the structure of a ceramic member, thereby producing a base material in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material;
(B) It is produced from a step of providing a ceramic layer on the surface of the base material by a thermal spraying method. In the sixth embodiment, in the step (A), based on a non-pressurized metal infiltration method, an aluminum-based material containing molten aluminum is penetrated in a non-pressurized state into a ceramic member formed from aluminum oxide. The step of causing
【0127】具体的には、平均粒径20μmのAl2O3
粒子と平均粒径80μmのAl2O3粒子とを容積比で
1:4にて混合したものを鋳込み泥漿成形法にて成形し
た後、約800゜Cの温度で焼成を行うことによって、
Al2O3粒子を成形したプリフォームであるセラミック
ス部材を作製した。そして、このセラミックス部材を約
800゜Cに予備加熱しておき、約800゜Cに加熱し
て溶融したアルミニウムを非加圧でセラミックス部材に
浸透させる。これによって、Al2O380体積%−Al
20体積%の構成の母材12を作製することができる。
次いで、母材12を成形加工して円盤状の温度調節ジャ
ケットの形状とする。尚、この母材12には、プッシャ
ーピン等を埋設するための孔も予め加工しておく。次い
で、このようにして得られた母材12の頂面及び側面を
研磨する。Specifically, Al 2 O 3 having an average particle size of 20 μm
A mixture obtained by mixing particles and Al 2 O 3 particles having an average particle diameter of 80 μm at a volume ratio of 1: 4 is cast by a slurry molding method, and then baked at a temperature of about 800 ° C.
A ceramic member as a preform formed of Al 2 O 3 particles was produced. Then, the ceramic member is preheated to about 800 ° C., and the aluminum melted by heating to about 800 ° C. is infiltrated into the ceramic member without pressure. Thereby, Al 2 O 3 80 volume% -Al
The base material 12 having a composition of 20% by volume can be manufactured.
Next, the base material 12 is formed into a shape of a disc-shaped temperature control jacket. A hole for embedding a pusher pin or the like is also formed in the base material 12 in advance. Next, the top and side surfaces of the base material 12 thus obtained are polished.
【0128】その後、この研磨面に、Al2O3にTiO
2を約1.5重量%混合した粒径が約10μmの混合粉
末を真空溶射法によって溶融状態で吹き付け、固化させ
る。これによって、体積固有抵抗値が1011Ω/□オー
ダーのセラミックス層を溶射法にて形成することができ
る。尚、セラミックス層の形成の前に、溶射下地層とし
て例えばアルミニウムを約5重量%含んだニッケル(N
i−5重量%Al)を溶射しておき、この溶射下地層上
にセラミックス層を溶射法にて形成してもよい。その
後、母材12の底面、即ちセラミックス層13が設けら
れた頂面と反対側の面にPBNヒータから成るヒータ1
4Aを取り付け、基体載置ステージ10Aを得る。Thereafter, TiO was added to Al 2 O 3 on the polished surface.
2 is mixed at about 1.5% by weight, and a mixed powder having a particle size of about 10 μm is sprayed in a molten state by a vacuum spraying method and solidified. As a result, a ceramic layer having a volume resistivity of the order of 10 11 Ω / □ can be formed by the thermal spraying method. Prior to the formation of the ceramics layer, for example, nickel (N
i-5% by weight of Al), and a ceramic layer may be formed on the thermal sprayed underlayer by a thermal spraying method. Then, a heater 1 comprising a PBN heater is provided on the bottom surface of the base material 12, that is, on the surface opposite to the top surface on which the ceramic layer 13 is provided.
4A is attached to obtain a substrate mounting stage 10A.
【0129】尚、基体載置ステージ10Aの作製方法
は、上述の方法に限定されない。上述の工程(A)を、
実施の形態3と同様に、容器(鋳型)の中に酸化アルミ
ニウムを組成としたセラミックス部材を配し、この容器
(鋳型)内に溶融したアルミニウムを組成としたアルミ
ニウム系材料を流し込み、高圧鋳造法にてセラミックス
部材中にアルミニウム系材料を充填する工程から構成す
ることもできる。即ち、基体載置ステージ10Aを作製
するには、先ず、所定の円盤形状に成形されたAl2O3
から成るプリフォームを用意する。尚、プリフォームに
は、プッシャーピン等を埋設するための孔を予め加工し
ておく。次いで、プリフォームから成るセラミックス部
材を約800゜Cに予備加熱しておき、続いて、容器
(鋳型)内に約800゜Cに加熱して溶融状態としたア
ルミニウムを流し込む。そして、容器(鋳型)内に約1
トン/cm2の高圧を加える高圧鋳造法を実行する。そ
の結果、セラミックス部材の組織中には、アルミニウム
が充填される。そして、アルミニウムを冷却・固化させ
ることによって、母材12が作製される。以下、先に述
べたと同様の方法で基体載置ステージ10Aを作製すれ
ばよい。The method of manufacturing the substrate mounting stage 10A is not limited to the method described above. The above step (A)
As in the third embodiment, a ceramic member containing aluminum oxide is placed in a container (mold), and an aluminum-based material containing molten aluminum is poured into the container (mold). And filling the ceramic member with an aluminum-based material. That is, in order to manufacture the substrate mounting stage 10A, first, Al 2 O 3 formed into a predetermined disc shape is used.
A preform consisting of A hole for embedding a pusher pin or the like is formed in the preform in advance. Next, the ceramic member made of the preform is preheated to about 800 ° C., and subsequently, molten aluminum is poured into the vessel (mold) by heating to about 800 ° C. And about 1 in the container (mold)
A high pressure casting method is applied, applying a high pressure of ton / cm 2 . As a result, the structure of the ceramic member is filled with aluminum. Then, the base material 12 is manufactured by cooling and solidifying the aluminum. Hereinafter, the substrate mounting stage 10A may be manufactured by the same method as described above.
【0130】このようにして作製された基体載置ステー
ジ10Aにあっては、母材12の高温加熱などによる温
度変化によっても、セラミックス層13に割れ等の損傷
は発生しない。また、実施の形態6における基体載置ス
テージにあっては、酸化アルミニウムとアルミニウム系
材料との容積比を調整することによって、更には、必要
に応じて、Al2O3から成るセラミックス層13におけ
るTiO2の添加率を調整することによって、母材12
の線膨張率α1とセラミックス層13の線膨張率α2を、
(α1−4)≦α2≦(α1+4)を満足する関係とする
ことができる。その結果、基体載置ステージ10Aの温
度変化に起因するセラミックス層13の割れ等の損傷発
生を、効果的に防止することができる。In the substrate mounting stage 10A manufactured as described above, the ceramic layer 13 does not suffer damage such as cracks even when the base material 12 changes in temperature due to high-temperature heating or the like. In the substrate mounting stage according to the sixth embodiment, the volume ratio between aluminum oxide and the aluminum-based material is adjusted, and if necessary, the ceramic layer 13 made of Al 2 O 3 is used. By adjusting the addition rate of TiO 2, the base material 12
The linear expansion coefficient α 1 of the ceramic layer 13 and the linear expansion coefficient α 2 of
A relationship satisfying (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +4) can be established. As a result, it is possible to effectively prevent damage such as cracking of the ceramic layer 13 due to a temperature change of the base mounting stage 10A.
【0131】また、セラミックス層13を母材12上に
溶射法にて形成すれば、大面積の複合部材を作製するこ
とができ、基体の大面積化に容易に対処することができ
る。しかも、母材12とセラミックス層13とがより一
層一体化するので、母材12とセラミックス層13との
間の応力緩和が図れると共に、母材12からセラミック
ス層13への熱伝導が速やかとなり、セラミックス層1
3に保持・固定された基体の温度制御を迅速に且つ確実
に行うことが可能となる。Further, if the ceramic layer 13 is formed on the base material 12 by a thermal spraying method, a large-area composite member can be manufactured, and it is possible to easily cope with an increase in the area of the base. In addition, since the base material 12 and the ceramic layer 13 are further integrated, stress relaxation between the base material 12 and the ceramic layer 13 can be achieved, and heat conduction from the base material 12 to the ceramic layer 13 can be promptly performed. Ceramic layer 1
The temperature control of the substrate held and fixed at 3 can be performed quickly and reliably.
【0132】尚、母材を構成するアルミニウム系材料の
組成をアルミニウムとしたが、その代わりに、母材を構
成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム及びケ
イ素(例えば、Al80体積%−Si20体積%)とす
ることができる。アルミニウム系材料の組成をアルミニ
ウム及びケイ素とすることによって、母材の線膨張率α
1を制御することが可能となり、一層セラミックス層の
線膨張率α2との差を小さくすることが可能となる。ま
た、セラミックス層をAl2O3から構成する代わりに、
窒化アルミニウム(AlN)から構成してもよい。Although the composition of the aluminum-based material forming the base material was aluminum, the composition of the aluminum-based material forming the base material was changed to aluminum and silicon (for example, Al 80 vol% -Si 20 vol%). It can be. By setting the composition of the aluminum-based material to aluminum and silicon, the coefficient of linear expansion of the base material α
It is possible to control the 1, it is possible to reduce the difference between the linear expansion coefficient alpha 2 of the further ceramic layer. Also, instead of forming the ceramic layer from Al 2 O 3 ,
It may be made of aluminum nitride (AlN).
【0133】図7の(C)の模式的な断面図に示したと
同様に、セラミックス層を溶射法でなくロウ付け法によ
って母材12の頂面(必要に応じて、更に側面)に設け
てもよい。この場合には、焼結法にて作製されたAl2
O3製セラミックス板から成るセラミックス層16を、
例えば、約600゜Cの温度にてAl−Mg−Ge系の
ロウ材17を用いたロウ付け法にて母材の頂面に取り付
ければよい。As shown in the schematic sectional view of FIG. 7C, a ceramic layer is provided on the top surface (and, if necessary, the side surface) of the base material 12 by a brazing method instead of a thermal spraying method. Is also good. In this case, Al 2 produced by the sintering method
A ceramic layer 16 made of an O 3 ceramic plate is
For example, it may be attached to the top surface of the base material by a brazing method using an Al-Mg-Ge brazing material 17 at a temperature of about 600 ° C.
【0134】また、実施の形態6にて説明した基体載置
ステージの構造を実施の形態3にて説明した基体載置ス
テージに適用することもできるし、実施の形態3にて説
明した基体載置ステージの構造を実施の形態6にて説明
した基体載置ステージに適用することもできる。The structure of the substrate mounting stage described in the sixth embodiment can be applied to the substrate mounting stage described in the third embodiment, or the substrate mounting stage described in the third embodiment can be applied. The structure of the mounting stage can be applied to the base mounting stage described in the sixth embodiment.
【0135】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明した基体載置ステージの
構造の変形例の模式的な断面図を、図8〜図13に示
す。図8の(A)に示す例においては、図1の(A)に
示した構造と異なり、ヒータ14が省略されている。ま
た、図8の(B)に示す例においては、図1の(A)に
示した構造と異なり、配管15が省略されている。尚、
図8の(A)及び(B)に示した構造を、図1の(B)
に示した基体載置ステージに適用することもできる。Although the present invention has been described based on the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to these embodiments. FIGS. 8 to 13 show schematic cross-sectional views of a modification of the structure of the base mounting stage described in the embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 8A, unlike the structure shown in FIG. 1A, the heater 14 is omitted. Further, in the example shown in FIG. 8B, unlike the structure shown in FIG. 1A, the pipe 15 is omitted. still,
The structure shown in FIGS. 8A and 8B is replaced with the structure shown in FIG.
Can be applied to the substrate mounting stage shown in FIG.
【0136】発明の実施の形態においては、専ら、一体
的に形成された母材から基体載置ステージを作製した
が、基体載置ステージは、例えば金属材料と母材との組
み合わせから作製することもできる。このような基体載
置ステージの模式的な断面図を図9及び図10に示す。
基体載置ステージ10Bは、アルミニウム製あるいはス
テンレススチール製の円盤状部材18に複合部材11を
ロウ付け法又はビス止めにて固定して作製されている。
尚、ロウ材あるいはビスは図9、図10及び後述する図
13、図17、図20、図21及び図22には図示して
いない。In the embodiments of the present invention, the base mounting stage is manufactured exclusively from the integrally formed base material. However, the base mounting stage may be manufactured from a combination of a metal material and a base material. Can also. FIGS. 9 and 10 are schematic sectional views of such a substrate mounting stage.
The base mounting stage 10B is manufactured by fixing the composite member 11 to an aluminum or stainless steel disk-shaped member 18 by brazing or screwing.
The brazing material or screw is not shown in FIGS. 9 and 10 and FIGS. 13, 17, 20, 21 and 22 described later.
【0137】図9に示す構造においては、基体載置ステ
ージ10Bの頂面及び基体載置ステージ10Bの側面は
セラミックス層13にて被覆されている。尚、必要に応
じて、基体載置ステージ10Bの側面をセラミックス層
13にて被覆しなくともよい。一方、図10に示す構造
においては、基体載置ステージ10Bの頂面には、例え
ばAl2O3製セラミックス板から成るセラミックス層1
6がロウ材17によって取り付けられている。図9の
(A)あるいは図10の(A)においては、アルミニウ
ム製の円盤状部材18の内部に配管15Bが配設されて
いる。また、母材12が円盤状部材18の上面及び下面
に固定されている。円盤状部材18の上面に固定された
複合部材11の構造、及び円盤状部材18の下面に固定
された母材12の構成は、実施の形態3〜実施の形態6
にて説明した複合部材の構造、母材の構成と同様とする
ことができる。図9の(B)あるいは図10の(B)に
おいては、アルミニウム製の円盤状部材18の下面には
母材が省略されている。図9の(C)あるいは図10の
(C)においては、アルミニウム製の円盤状部材18の
下面にPBNヒータ14Bが取り付けられている。そし
て、複合部材11が円盤状部材18の上面に固定されて
いる。In the structure shown in FIG. 9, the top surface of base mounting stage 10B and the side surface of base mounting stage 10B are covered with ceramic layer 13. Note that, if necessary, the side surface of the base mounting stage 10B need not be covered with the ceramic layer 13. On the other hand, in the structure shown in FIG. 10, a ceramic layer 1 made of, for example, an Al 2 O 3 ceramic plate is provided on the top surface of the base mounting stage 10B.
6 is attached by a brazing material 17. In FIG. 9A or FIG. 10A, a pipe 15B is provided inside a disk-shaped member 18 made of aluminum. Further, the base material 12 is fixed to the upper and lower surfaces of the disk-shaped member 18. The structure of the composite member 11 fixed to the upper surface of the disk-shaped member 18 and the configuration of the base material 12 fixed to the lower surface of the disk-shaped member 18 are described in Embodiments 3 to 6.
It can be the same as the structure of the composite member and the structure of the base material described in. In FIG. 9B or FIG. 10B, the base material is omitted on the lower surface of the disc-shaped member 18 made of aluminum. In FIG. 9C or FIG. 10C, a PBN heater 14B is attached to the lower surface of a disk-shaped member 18 made of aluminum. Then, the composite member 11 is fixed to the upper surface of the disc-shaped member 18.
【0138】発明の実施の形態においては、基体載置ス
テージの母材を電極として用いることによってセラミッ
クス層が静電チャック機能を有する形態(単極形式)と
したが、セラミックス層の内部に電極を形成することに
よってセラミックス層が静電チャック機能を有する形態
(双極形式)とすることもできる。この場合には、母材
の表面に溶射法によってセラミックス層を設けるとき、
母材の表面に溶射法にて第1のセラミックス層を形成
し、この第1のセラミックス層上に溶射法、ロウ付け
法、メッキ法あるいは、導電性ペーストを印刷、硬化さ
せる印刷法等によって電極を形成し、次いで、溶射法に
基づき第2のセラミックス層にて全面を被覆することが
好ましい。このような構造を有する基体載置ステージ1
0Cの模式的な断面図を図11の(A)に示し、複合部
材の頂面端部の拡大断面図を図11の(B)に示す。In the embodiment of the invention, the ceramic layer has the electrostatic chuck function (single-pole type) by using the base material of the base mounting stage as an electrode, but the electrode is provided inside the ceramic layer. By forming the ceramic layer, the ceramic layer can have a form (a bipolar type) having an electrostatic chuck function. In this case, when providing a ceramic layer on the surface of the base material by thermal spraying,
A first ceramic layer is formed on the surface of the base material by a thermal spraying method, and the electrode is formed on the first ceramic layer by a thermal spraying method, a brazing method, a plating method, or a printing method of printing and curing a conductive paste. Is preferably formed, and then the entire surface is coated with a second ceramic layer based on a thermal spraying method. Substrate mounting stage 1 having such a structure
FIG. 11A shows a schematic cross-sectional view at 0C, and FIG. 11B shows an enlarged cross-sectional view of the top end of the composite member.
【0139】具体的には、例えば、実施の形態3におい
て、母材12を作製した後、母材12の頂面を研磨す
る。その後、この研磨面に、Al2O3にTiO2を約
2.5重量%混合した粒径が約10μmの混合粉末を真
空溶射法によって溶融状態で吹き付け、固化させる。こ
れによって、体積固有抵抗値が1011Ω/□オーダーの
第1のセラミックス層130Aを溶射法にて形成するこ
とができる。尚、第1のセラミックス層130Aの形成
の前に、溶射下地層として例えばアルミニウムを約5重
量%含んだニッケル(Ni−5重量%Al)を溶射して
おき、この溶射下地層上に第1のセラミックス層130
Aを溶射法にて形成してもよい。その後、ロウ材を用い
て電極19を第1のセラミックス層130A上に形成す
る。電極19の平面形状を模式的に図11の(C)に示
すが、電極19は、所謂櫛型電極形状を有し、双極形式
である。図11の(C)において、電極19を明確化す
るために、電極19に斜線を付した。尚、ロウ材とし
て、例えば、Al−Mg−Ge系、チタン、錫、アンチ
モンあるいはマグネシウムから成る合金を挙げることが
できるが、これらに限定するものではない。電極19を
構成するロウ材の線膨張率[単位:10-6/K]も、母
材の線膨張率をα1[単位:10-6/K]としたとき、
(α1−4)以上、(α1+4)以下の範囲内にあること
が望ましいが、電極19の厚さが薄ければ、ロウ材の線
膨張率はこのような範囲から外れていても、問題は生じ
難い。その後、全面に、Al2O3にTiO2を約2.5
重量%混合した粒径が約10μmの混合粉末を真空溶射
法によって溶融状態で吹き付け、固化させることによっ
て、第2のセラミックス層130Bを溶射法にて形成す
る。こうして、内部に電極19が形成されたセラミック
ス層13C(第1のセラミックス層130A及び第2の
セラミックス層130B)を形成することができる。More specifically, for example, in the third embodiment, after the base material 12 is manufactured, the top surface of the base material 12 is polished. Thereafter, a mixed powder of about 2.5% by weight of TiO 2 mixed with Al 2 O 3 having a particle size of about 10 μm is sprayed onto the polished surface in a molten state by a vacuum spraying method to be solidified. Thereby, the first ceramics layer 130A having a volume resistivity of the order of 10 11 Ω / □ can be formed by the thermal spraying method. Prior to the formation of the first ceramic layer 130A, for example, nickel (Ni-5% by weight Al) containing about 5% by weight of aluminum is sprayed as a thermal spray underlayer, and the first thermal spraying layer is formed on the thermal spray underlayer. Ceramic layer 130
A may be formed by a thermal spraying method. After that, the electrode 19 is formed on the first ceramic layer 130A using a brazing material. The planar shape of the electrode 19 is schematically shown in FIG. 11C, and the electrode 19 has a so-called comb-shaped electrode shape and is of a bipolar type. In FIG. 11C, the electrodes 19 are hatched to clarify the electrodes 19. In addition, examples of the brazing material include, but are not limited to, an Al-Mg-Ge alloy, an alloy made of titanium, tin, antimony, or magnesium. The linear expansion coefficient [unit: 10 −6 / K] of the brazing material constituting the electrode 19 is also given assuming that the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K].
It is desirable that the thickness be in the range of (α 1 -4) or more and (α 1 +4) or less, but if the thickness of the electrode 19 is small, the linear expansion coefficient of the brazing material is out of this range. The problem is unlikely to occur. Thereafter, TiO 2 is added to Al 2 O 3 for about 2.5
The second ceramic layer 130B is formed by a thermal spraying method by spraying a mixed powder having a particle diameter of about 10 μm mixed in a weight percentage in a molten state by a vacuum spraying method and solidifying the mixed powder. Thus, the ceramic layer 13C (the first ceramic layer 130A and the second ceramic layer 130B) in which the electrode 19 is formed can be formed.
【0140】このような構成の基体載置ステージ10C
の電極19に配線(図示せず)を介して直流電圧を直流
電源35から印加することによって、セラミックス層1
3Cが静電チャックとして機能する。尚、図11の
(A)、図12及び図13においては、セラミックス層
13Cを1層で表した。図12の(B)に模式的な断面
図を示すように、セラミックス層13Cを母材12の側
面に形成してもよい。更には、電極19は、実施の形態
4〜実施の形態6にて説明した基体載置ステージにも適
用することができる。例えば、図7の(A)、図7の
(B)及び図8の(B)を参照して説明した基体載置ス
テージに電極19を設けた基体載置ステージ10Cの模
式的な断面図を図12の(A)、(B)及び(C)に示
す。また、図9の(A)、(B)及び(C)を参照して
説明した基体載置ステージと略同じ構造を有する基体載
置ステージに電極19を設けた基体載置ステージ10D
の模式的な断面図を図13の(A)、(B)及び(C)
に示す。電極19の平面形状は、所謂櫛型電極形状に限
定されず、例えば、円を2分割した2つの半円形状等、
任意の一対の形状とすることができる。The substrate mounting stage 10C having such a configuration
A DC voltage is applied from a DC power supply 35 to the electrode 19 of the ceramic layer 1 through a wiring (not shown), so that the ceramic layer 1
3C functions as an electrostatic chuck. In FIGS. 11A, 12 and 13, the ceramic layer 13C is represented by a single layer. As shown in a schematic sectional view of FIG. 12B, a ceramic layer 13C may be formed on the side surface of the base material 12. Furthermore, the electrode 19 can be applied to the base mounting stage described in Embodiments 4 to 6. For example, FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of a substrate mounting stage 10C in which an electrode 19 is provided on the substrate mounting stage described with reference to FIGS. 7B and 8B. These are shown in FIGS. 12A, 12B and 12C. Further, a substrate mounting stage 10D in which electrodes 19 are provided on a substrate mounting stage having substantially the same structure as the substrate mounting stage described with reference to FIGS. 9A, 9B, and 9C.
13 (A), (B) and (C) in FIG.
Shown in The planar shape of the electrode 19 is not limited to a so-called comb-shaped electrode shape, and may be, for example, two semicircular shapes obtained by dividing a circle into two.
Any pair of shapes can be used.
【0141】プラズマエッチング装置も図2に示した構
造に限定されない。ICP型のプラズマエッチング装置
(以下、単にエッチング装置20Aと略称する)の概念
図を図14に示す。図14の参照符号は、図2と一部共
通である。エッチング装置20Aには、チャンバー側壁
72と天板73から構成されたチャンバー71と、天板
73を加熱するためのヒータ74と、チャンバー側壁7
2の外側に配設された誘導結合コイル75が備えられて
いる。誘導結合コイル75には、RF電源77が接続さ
れている。尚、チャンバー側壁72は石英製であり、天
板73は後述するように複合部材から作製されている。
チャンバー71内には、シリコン半導体基板50を保持
・固定するための基体載置ステージ10(図1の(A)
参照)が配設されている。更に、チャンバー71内のガ
スを排気するための排気口76が、真空ポンプ等の負圧
手段(図示せず)に接続されている。基体載置ステージ
10には、シリコン半導体基板50への入射イオンエネ
ルギーを制御するためのバイアス電源34がマッチング
・ネットワーク33を介して接続され、更には、母材1
2に相当する温度調節ジャケットにはセラミックス層1
3に静電吸着力を発揮させるための直流電源35が接続
されている。また、基体載置ステージ10の母材12に
配設されたヒータ14は、電源36に接続されている。
基体載置ステージを、図1の(B)に示した構造とする
こともできる。尚、図14において、エッチングガス導
入部、ゲートバルブ等のエッチング装置の細部について
は、その図示を省略した。The plasma etching device is not limited to the structure shown in FIG. FIG. 14 is a conceptual diagram of an ICP type plasma etching apparatus (hereinafter simply referred to as an etching apparatus 20A). The reference numerals in FIG. 14 are partially the same as those in FIG. The etching apparatus 20A includes a chamber 71 including a chamber side wall 72 and a top plate 73, a heater 74 for heating the top plate 73, and a chamber side wall 7
2 is provided with an inductive coupling coil 75 disposed outside. An RF power supply 77 is connected to the inductive coupling coil 75. The chamber side wall 72 is made of quartz, and the top plate 73 is made of a composite member as described later.
A substrate mounting stage 10 (FIG. 1A) for holding and fixing the silicon semiconductor substrate 50 is provided in the chamber 71.
See also). Further, an exhaust port 76 for exhausting gas in the chamber 71 is connected to negative pressure means (not shown) such as a vacuum pump. A bias power source 34 for controlling the ion energy incident on the silicon semiconductor substrate 50 is connected to the base mounting stage 10 via a matching network 33.
The ceramic layer 1 is attached to the temperature control jacket corresponding to
3 is connected to a DC power supply 35 for exerting an electrostatic attraction force. Further, the heater 14 provided on the base material 12 of the base mounting stage 10 is connected to a power supply 36.
The substrate mounting stage may have the structure shown in FIG. In FIG. 14, details of the etching apparatus such as an etching gas introduction unit and a gate valve are not shown.
【0142】複合部材によって構成された上部対向電極
80を備えた平行平板型プラズマエッチング装置(以
下、単にエッチング装置20Bと略称する)の概念図を
図15に示す。また、上部対向電極80の模式的な断面
図を図16の(A)に示す。FIG. 15 is a conceptual diagram of a parallel plate type plasma etching apparatus (hereinafter, simply referred to as an etching apparatus 20B) provided with an upper counter electrode 80 constituted by a composite member. FIG. 16A is a schematic cross-sectional view of the upper counter electrode 80.
【0143】このエッチング装置20Bにおいては、下
部電極に相当する基体載置ステージ10と対向して、チ
ャンバー84内の上方に平行平板の上部対向電極80が
配置されている。この上部対向電極80は、マッチング
・ネットワーク81を介してRF電源82に接続されて
いる。ここで、参照番号85はチャンバー側壁、参照番
号86は天板、参照番号87はチャンバー84内のガス
を排気するための排気口である。尚、エッチング装置2
0Bにおいて、図2に示したエッチング装置20と同じ
参照番号を付した構成要素、部品は、図2に示したエッ
チング装置20と同じ構成要素、部品である。In this etching apparatus 20B, a parallel plate upper counter electrode 80 is arranged above the chamber 84 so as to face the substrate mounting stage 10 corresponding to the lower electrode. The upper counter electrode 80 is connected to an RF power source 82 via a matching network 81. Here, reference numeral 85 denotes a chamber side wall, reference numeral 86 denotes a top plate, and reference numeral 87 denotes an exhaust port for exhausting gas in the chamber 84. In addition, the etching apparatus 2
In FIG. 0B, components and parts denoted by the same reference numerals as those of the etching apparatus 20 shown in FIG. 2 are the same as those of the etching apparatus 20 shown in FIG.
【0144】上部対向電極80を構成する複合部材にお
いては、実施の形態3と同様に、母材112を構成する
セラミックス部材の組成をコージエライトセラミックス
とした。また、母材を構成するアルミニウム系材料の組
成はアルミニウム(Al)及びケイ素(Si)であり、
アルミニウム系材料を基準として、アルミニウム系材料
にはケイ素が20体積%含まれている。母材112は、
純粋なセラミックスの電気伝導度や熱伝導度よりも金属
に近づいた値を有する。従って、このような母材112
から作製された上部対向電極80には、高周波も問題な
く印加することができる。セラミックス層113を構成
する材料を、TiO2が約2.5重量%添加されたAl2
O3とする。厚さ約0.2mmのセラミックス層113
は、溶射法にて母材112の表面に形成されている。こ
のような組成のセラミックス層113の線膨張率は、1
00〜300゜Cにおける平均値で、約9×10-6/K
である。従って、α”2は約9であり、セラミックス層
113の線膨張率α”2は(α”1−4)≦α”2≦
(α”1+4)を満足している。尚、Al2O3それ自体
の線膨張率は約8×10-6/Kである。尚、α”1は母
材112の線膨張率である。In the composite member forming the upper opposing electrode 80, as in the third embodiment, the composition of the ceramic member forming the base material 112 was cordierite ceramics. The composition of the aluminum-based material constituting the base material is aluminum (Al) and silicon (Si),
The aluminum-based material contains 20% by volume of silicon based on the aluminum-based material. The base material 112
It has a value closer to metal than the electrical and thermal conductivity of pure ceramics. Therefore, such a base material 112
A high frequency can be applied to the upper opposing electrode 80 manufactured from the same without any problem. The material forming the ceramics layer 113 is Al 2 to which about 2.5% by weight of TiO 2 is added.
O 3 . Ceramic layer 113 having a thickness of about 0.2 mm
Are formed on the surface of the base material 112 by thermal spraying. The coefficient of linear expansion of the ceramic layer 113 having such a composition is 1
About 9 × 10 -6 / K at an average value at 00 to 300 ° C.
It is. Therefore, α ″ 2 is about 9, and the coefficient of linear expansion α ″ 2 of the ceramic layer 113 is (α ″ 1 −4) ≦ α ″ 2 ≦
(Α ″ 1 +4). The coefficient of linear expansion of Al 2 O 3 itself is about 8 × 10 −6 / K, where α ″ 1 is the coefficient of linear expansion of the base material 112. is there.
【0145】上部対向電極80の内部には、公知のシー
ズヒータから成るヒータ114が配設されている。ヒー
タ114は、ヒータ本体(図示せず)と、ヒータ本体の
外側に配設されそしてヒータ本体を保護する鞘管(図示
せず)から構成されている。そして、ヒータ114は、
図示しない配線を介して電源83(図15参照)に接続
されている。ヒータ114の熱膨張は、上部対向電極8
0に影響を与える。従って、セラミックス層113や母
材112の線膨張率に近い値を有する材料を用いること
が好ましい。具体的には、チタンやステンレススチール
等、線膨張率が9×10-6/K〜12×10-6/Kの材
料から作製された鞘管を用いることが好ましい。即ち、
ヒータ114を構成する材料(母材112と接する鞘管
の材料)の線膨張率α”H[単位:10-6/K]は、
(α”1−4)≦α”H≦(α”1+4)を満足すること
が好ましい。尚、ヒータ114の本体の線膨張率は、上
部対向電極80に影響を与えることがないので、特に制
限されない。Inside the upper counter electrode 80, a heater 114 composed of a known sheathed heater is provided. The heater 114 includes a heater body (not shown) and a sheath tube (not shown) provided outside the heater body and protecting the heater body. And the heater 114 is
It is connected to a power supply 83 (see FIG. 15) via wiring (not shown). The thermal expansion of the heater 114 depends on the upper counter electrode 8.
Affects 0. Therefore, it is preferable to use a material having a value close to the coefficient of linear expansion of the ceramic layer 113 and the base material 112. Specifically, titanium or stainless steel or the like, it is preferable that the linear expansion coefficient which sheath tube made from the material of the 9 × 10 -6 / K~12 × 10 -6 / K. That is,
The linear expansion coefficient α ″ H [unit: 10 −6 / K] of the material constituting the heater 114 (the material of the sheath tube in contact with the base material 112) is
It is preferable to satisfy (α ″ 1 −4) ≦ α ″ H ≦ (α ″ 1 +4) Since the linear expansion coefficient of the main body of the heater 114 does not affect the upper counter electrode 80, There is no particular limitation.
【0146】複合部材によって構成される上部対向電極
80の作製方法は、実質的には、実施の形態3にて説明
した複合部材の製造方法と同様の方法で作製することが
できるので、詳細な説明は省略する。また、上部対向電
極80を実施の形態4〜実施の形態6にて説明した複合
部材の製造方法と同様の方法で作製することもできる。
更には、図16の(B)に示すように、セラミックス層
116をロウ付け法に基づきロウ材117にて母材11
2の表面に取り付けてもよい。The method of manufacturing the upper counter electrode 80 composed of a composite member can be substantially the same as the method of manufacturing the composite member described in the third embodiment. Description is omitted. Further, the upper opposing electrode 80 can be manufactured by the same method as the method of manufacturing the composite member described in the fourth to sixth embodiments.
Further, as shown in FIG. 16B, the ceramic layer 116 is brazed by a brazing material 117 based on a brazing method.
2 may be attached to the surface.
【0147】更には、図17に示すように、ステンレス
スチール製あるいはアルミニウム製の円盤状部材118
に複合部材111をロウ付け法又はビス止めにて固定し
て作製された上部対向電極80Aとすることもできる。
円盤状部材118の内部にヒータ114Aが配設されて
いる。複合部材111は円盤状部材118の上面及び下
面に固定されている(図17の(A)参照)。この複合
部材111の構造は、実施の形態3〜実施の形態6にて
説明した複合部材11と同様の構造を有する。図17の
(B)に示す構造においては、セラミックス層116が
ロウ材117により母材112の表面に取り付けられて
いる。また、図17の(C)においては、円盤状部材1
18の上面には複合部材が省略されている。Further, as shown in FIG. 17, a disk-shaped member 118 made of stainless steel or aluminum is used.
The upper facing electrode 80A may be formed by fixing the composite member 111 to the upper surface by brazing or screwing.
The heater 114A is provided inside the disk-shaped member 118. The composite member 111 is fixed to the upper and lower surfaces of the disk-shaped member 118 (see FIG. 17A). The structure of the composite member 111 has the same structure as the composite member 11 described in the third to sixth embodiments. In the structure shown in FIG. 17B, the ceramic layer 116 is attached to the surface of the base material 112 by the brazing material 117. Also, in FIG. 17C, the disc-shaped member 1
The composite member is omitted from the upper surface of 18.
【0148】プラズマエッチング装置のチャンバー側壁
あるいは天板は、複合部材から作製されていることが好
ましい。図15に示したプラズマエッチング装置20B
におけるチャンバー側壁85の模式的な一部断面図を、
図18〜図22に示す。このチャンバー側壁85は、セ
ラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料が充填さ
れた母材212と、この母材212の表面に設けられた
セラミックス層213とから成る複合部材211から作
製されている。The chamber side wall or the top plate of the plasma etching apparatus is preferably made of a composite member. Plasma etching apparatus 20B shown in FIG.
A schematic partial cross-sectional view of the chamber side wall 85 in FIG.
It is shown in FIGS. The chamber side wall 85 is made of a composite member 211 including a base material 212 in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material, and a ceramic layer 213 provided on the surface of the base material 212.
【0149】チャンバー側壁85の内部には、公知のシ
ーズヒータから成るヒータ214が配設されている(図
18の(A)及び(B)参照)。ヒータ214は、ヒー
タ本体(図示せず)と、ヒータ本体の外側に配設されそ
してヒータ本体を保護する鞘管(図示せず)から構成さ
れている。そして、ヒータ214は、配線を介して電源
(図示せず)に接続されている。ヒータ214の熱膨張
は、チャンバー側壁85に影響を与える。従って、母材
212やセラミックス層213の線膨張率α’ 1,α’2
に近い値を有する材料を用いることが好ましい。具体的
には、チタンやステンレススチール等、線膨張率が9×
10-6/K〜12×10-6/Kの材料から作製された鞘
管を用いることが好ましい。即ち、ヒータ214を構成
する材料(母材212と接する鞘管の材料)の線膨張率
α’H[単位:10-6/K]は、(α’1−4)≦α’H
≦(α’1+4)の関係を満足することが好ましい。ヒ
ータ214の本体の線膨張率は、チャンバー側壁85に
影響を与えることがないので、特に制限されない。場合
によっては、ヒータ214を配設すると同時に、先に説
明した配管15と同様の構造の配管をチャンバー側壁8
5の内部に配設してもよいし、ヒータ214を配設する
代わりに、配管をチャンバー側壁85の内部に配設して
もよい。A known seal is provided inside the chamber side wall 85.
A heater 214 composed of a heater is provided (see FIG.
18 (A) and (B)). The heater 214 is
Heater body (not shown) and the heater body
And a sheath tube (not shown) that protects the heater body.
Have been. The heater 214 is connected to a power source via a wiring.
(Not shown). Thermal expansion of heater 214
Affects the chamber side wall 85. Therefore, the base material
212 and the coefficient of linear expansion α ′ of the ceramic layer 213 1, Α 'Two
It is preferable to use a material having a value close to. concrete
Has a coefficient of linear expansion of 9 ×, such as titanium or stainless steel.
10-6/ K ~ 12 × 10-6/ K made of material
Preferably, a tube is used. That is, the heater 214 is configured.
Coefficient of expansion of material (material of sheath tube in contact with base material 212)
α ’H[Unit: 10-6/ K] is (α '1-4) ≦ α ′H
≤ (α '1+4) is preferably satisfied. Hi
The coefficient of linear expansion of the main body of the
There is no particular limitation as it has no effect. If
In some cases, the heater 214 is provided and
The piping having the same structure as the piping 15 described above is connected to the chamber side wall 8.
5 or a heater 214 may be provided.
Instead, a pipe is placed inside the chamber side wall 85
Is also good.
【0150】あるいは又、図18の(B)の模式的な断
面図に示すように、セラミックス層216を溶射法でな
くロウ付け法によって母材212の表面に設けてもよ
い。この場合には、焼結法にて作製されたAl2O3製セ
ラミックス環状部材から成るセラミックス層216を、
例えば、約600゜Cの温度にてAl−Mg−Ge系の
ロウ材217を用いたロウ付け法にて母材212の表面
(内面)に取り付ければよい。尚、ロウ材としては、そ
の他、チタン、錫、アンチモン、マグネシウムから成る
合金を挙げることができる。Alternatively, as shown in a schematic sectional view of FIG. 18B, the ceramic layer 216 may be provided on the surface of the base material 212 by a brazing method instead of a thermal spraying method. In this case, a ceramic layer 216 made of a ceramic annular member made of Al 2 O 3 produced by a sintering method is used.
For example, it may be attached to the surface (inner surface) of the base material 212 by a brazing method using an Al-Mg-Ge brazing material 217 at a temperature of about 600 ° C. In addition, examples of the brazing material include alloys composed of titanium, tin, antimony, and magnesium.
【0151】あるいは又、図19の(A)や(B)の模
式的な断面図に示すように、ヒータを母材212に埋設
する代わりに、チャンバー側壁85の外面(チャンバー
84と面する面とは反対側の面)に、例えば、PBNヒ
ータから成るヒータ214Aを取り付けてもよい。Alternatively, as shown in the schematic cross-sectional views of FIGS. 19A and 19B, instead of embedding the heater in the base material 212, the outer surface of the chamber side wall 85 (the surface facing the chamber 84) is used. A heater 214A made of, for example, a PBN heater may be attached to the surface on the opposite side.
【0152】図20〜図22には、ステンレススチール
製あるいはアルミニウム製の中空円筒部材218に複合
部材211をロウ付け法又はビス止めにて固定して作製
されたプラズマエッチング装置の側壁の模式的な断面図
を示す。図20の(A)あるいは(B)においては、中
空円筒部材218の内部にヒータ214B(配管であっ
てもよい)が配設されている。母材212は中空円筒部
材218の内面及び外面に固定されている。中空円筒部
材218の内面(チャンバー84側)に固定された複合
部材211の構造は、実施の形態にて説明した複合部材
と同様の構造を有する。図21の(A)あるいは(B)
においては、中空円筒部材218の外面の母材212が
省略されている。図22の(A)あるいは(B)におい
ては、中空円筒部材218の外面にPBNヒータ214
Cが取り付けられている。そして、複合部材211が中
空円筒部材218の内面に固定されている。FIGS. 20 to 22 show schematic side walls of a plasma etching apparatus manufactured by fixing a composite member 211 to a hollow cylindrical member 218 made of stainless steel or aluminum by brazing or screwing. FIG. 20 (A) or (B), a heater 214B (may be a pipe) is disposed inside the hollow cylindrical member 218. The base material 212 is fixed to the inner surface and the outer surface of the hollow cylindrical member 218. The structure of the composite member 211 fixed to the inner surface (the chamber 84 side) of the hollow cylindrical member 218 has the same structure as the composite member described in the embodiment. (A) or (B) of FIG.
In the figure, the base material 212 on the outer surface of the hollow cylindrical member 218 is omitted. 22 (A) or (B), the PBN heater 214 is provided on the outer surface of the hollow cylindrical member 218.
C is attached. The composite member 211 is fixed to the inner surface of the hollow cylindrical member 218.
【0153】プラズマエッチング装置の天板24,7
3,86も同様の構造とすればよい。尚、これらのプラ
ズマエッチング装置のチャンバー側壁あるいは天板は、
実施の形態3〜実施の形態6にて説明した複合部材の製
造方法と同様の方法に基づき作製することができるの
で、詳細な説明は省略する。Top plates 24 and 7 of plasma etching apparatus
3, 86 may have the same structure. In addition, the chamber side wall or top plate of these plasma etching devices is:
Since the composite member can be manufactured based on the same method as the manufacturing method of the composite member described in Embodiment Modes 3 to 6, detailed description will be omitted.
【0154】[0154]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のプラズマエッチング法で用いられる基体載置ステー
ジは、構成材料の線膨張率が所定の範囲に規定されるこ
とにより、急激な昇降温に対しても損傷を生じない。従
って、温度の大きく異なるエッチングプロセスを、単一
のプラズマチャンバー内で連続して行うことが可能とな
り、スループットや経済性を大幅に改善することができ
る。特に、本発明のプラズマエッチング法により、ポリ
メタル膜の異方性エッチングを簡便且つ精度良く行うこ
とが可能となり、以て、ポリメタル膜の実用価値を著し
く高めることができる。As is apparent from the above description, the substrate mounting stage used in the plasma etching method of the present invention can be rapidly moved up and down by setting the linear expansion coefficient of the constituent material within a predetermined range. No damage to temperature. Therefore, it is possible to continuously perform etching processes having greatly different temperatures in a single plasma chamber, and it is possible to greatly improve throughput and economic efficiency. In particular, the anisotropic etching of the polymetal film can be easily and accurately performed by the plasma etching method of the present invention, so that the practical value of the polymetal film can be significantly increased.
【図1】複合部材によって構成される基体載置ステージ
を示す模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a substrate mounting stage constituted by a composite member.
【図2】発明の実施の形態1において使用するヘリコン
波プラズマエッチング装置の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a helicon wave plasma etching apparatus used in the first embodiment of the present invention.
【図3】発明の実施の形態1のプラズマエッチング法を
説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図であ
る。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like for describing a plasma etching method according to the first embodiment of the present invention.
【図4】図3に引き続き、発明の実施の形態1のプラズ
マエッチング法を説明するための半導体基板等の模式的
な一部断面図である。FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like for explaining the plasma etching method of the first embodiment of the invention, following FIG. 3;
【図5】発明の実施の形態2のプラズマエッチング法を
説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図であ
る。FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like for describing a plasma etching method according to a second embodiment of the present invention.
【図6】図5に引き続き、発明の実施の形態1のプラズ
マエッチング法を説明するための半導体基板等の模式的
な一部断面図である。FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate and the like for explaining the plasma etching method of the first embodiment of the invention, following FIG. 5;
【図7】基体載置ステージを構成する複合部材の変形例
を示す模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the composite member constituting the base mounting stage.
【図8】基体載置ステージを構成する複合部材の変形例
を示す模式的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the composite member forming the base mounting stage.
【図9】基体載置ステージを構成する複合部材の変形例
を示す模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a composite member constituting the base mounting stage.
【図10】基体載置ステージを構成する複合部材の変形
例を示す模式的な断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the composite member forming the base mounting stage.
【図11】複合部材によって構成される基体載置ステー
ジの変形例を示す模式的な断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the base mounting stage constituted by a composite member.
【図12】図11に示した基体載置ステージを構成する
複合部材の変形例を示す模式的な断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the composite member constituting the base mounting stage shown in FIG.
【図13】図11に示した基体載置ステージを構成する
複合部材の変形例を示す模式的な断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the composite member constituting the base mounting stage shown in FIG.
【図14】ICP型プラズマエッチング装置の概念図で
ある。FIG. 14 is a conceptual diagram of an ICP type plasma etching apparatus.
【図15】上部対向電極を備えた平行平板型プラズマエ
ッチング装置の概念図である。FIG. 15 is a conceptual diagram of a parallel plate type plasma etching apparatus provided with an upper counter electrode.
【図16】上部対向電極を構成する複合部材を示す模式
的な断面図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a composite member constituting an upper counter electrode.
【図17】上部対向電極を構成する複合部材の変形例を
示す模式的な断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the composite member forming the upper counter electrode.
【図18】プラズマエッチング装置の側壁を構成する複
合部材を示す模式的な一部断面図である。FIG. 18 is a schematic partial sectional view showing a composite member constituting a side wall of the plasma etching apparatus.
【図19】プラズマエッチング装置の側壁を構成する複
合部材の変形例を示す模式的な一部断面図である。FIG. 19 is a schematic partial cross-sectional view showing a modified example of the composite member forming the side wall of the plasma etching apparatus.
【図20】プラズマエッチング装置の側壁を構成する複
合部材の変形例を示す模式的な一部断面図である。FIG. 20 is a schematic partial cross-sectional view showing a modification of the composite member forming the side wall of the plasma etching apparatus.
【図21】プラズマエッチング装置の側壁を構成する複
合部材の変形例を示す模式的な一部断面図である。FIG. 21 is a schematic partial cross-sectional view showing a modification of the composite member forming the side wall of the plasma etching apparatus.
【図22】プラズマエッチング装置の側壁を構成する複
合部材の変形例を示す模式的な一部断面図である。FIG. 22 is a schematic partial cross-sectional view showing a modified example of the composite member forming the side wall of the plasma etching apparatus.
10,10A,10B,10C・・・基体載置ステー
ジ、11,111,211・・・複合部材、12,11
2,212・・・母材、13,13C,113,213
・・・セラミックス層、14,14A,14B,114
・・・ヒータ、15・・・配管、16,116,216
・・・セラミックス層、17,117,217・・・ロ
ウ材、18,118,218・・・円盤状部材、19・
・・電極、20,20A,20B・・・プラズマエッチ
ング装置、21・・・プラズマ容器、22・・・ダブル
ループ・アンテナ、23・・・ソレノイドコイル・アセ
ンブリ、25・・・シングルループ・アンテナ、27・
・・第1RF電源、29・・・第2RF電源、30・・
・処理チャンバー、31・・・多極磁石、34・・・バ
イアス電源、35・・・直流電源(静電チャック用)、
36・・・電源(ヒータ用)、37・・・蛍光ファイバ
温度計、38・・・制御装置、39A,39B・・・配
管、39C・・・バイパス配管、40・・・熱媒体供給
装置、50・・・シリコン半導体基板、53・・・ゲー
ト酸化膜、54・・・ポリシリコン層、55・・・窒化
チタン層、56・・・タングステン層、57A,57B
・・・ポリメタル膜、58・・・窒化シリコン層、59
・・・有機レジスト層、60・・・複合マスク、61
A,61B・・・ゲート電極、62・・・窒化タングス
テン層、71・・・チャンバー、75・・・誘導結合コ
イル、77,82・・・RF電源、80・・・上部対向
電極、82・・・RF電源、84・・・チャンバー10, 10A, 10B, 10C: substrate mounting stage, 11, 111, 211 ... composite member, 12, 11
2,212: Base material, 13, 13C, 113, 213
... Ceramic layers, 14, 14A, 14B, 114
... heater, 15 ... piping, 16, 116, 216
... ceramic layers, 17, 117, 217 ... brazing material, 18, 118, 218 ... disk-shaped members, 19
..Electrodes, 20, 20A, 20B ... plasma etching apparatus, 21 ... plasma container, 22 ... double loop antenna, 23 ... solenoid coil assembly, 25 ... single loop antenna, 27 ・
..First RF power supply, 29 ... Second RF power supply, 30 ...
Processing chamber, 31: multi-pole magnet, 34: bias power supply, 35: DC power supply (for electrostatic chuck),
36 ... power supply (for heater), 37 ... fluorescent fiber thermometer, 38 ... control device, 39A, 39B ... piping, 39C ... bypass piping, 40 ... heat medium supply device 50: silicon semiconductor substrate, 53: gate oxide film, 54: polysilicon layer, 55: titanium nitride layer, 56: tungsten layer, 57A, 57B
... polymetal film, 58 ... silicon nitride layer, 59
... Organic resist layer, 60 ... Composite mask, 61
A, 61B: gate electrode, 62: tungsten nitride layer, 71: chamber, 75: inductive coupling coil, 77, 82: RF power supply, 80: upper counter electrode, 82 ..RF power supply, 84 ... chamber
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Claims (21)
系材料が充填された母材と、該母材の表面に設けられた
セラミックス層とから成る複合部材から構成され、静電
チャック機能を有し、且つ、温度制御手段を備えた基体
載置ステージを使用し、基体載置ステージ上に基体を載
置し、基体上の被加工層をエッチングするプラズマエッ
チング法であって、 被加工層は、シリコン系材料層と、該シリコン系材料層
とはエッチング特性の異なる金属層とがこの順に積層さ
れて成り、 (イ)基体載置ステージの温度を第1の温度に制御しな
がら、金属層をエッチングする工程と、 (ロ)基体載置ステージの温度を第1の温度と異なる第
2の温度に制御しながら、シリコン系材料層をエッチン
グする工程、から成ることを特徴とするプラズマエッチ
ング法。1. A composite member comprising a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material and a ceramic layer provided on the surface of the base material, having a function of electrostatic chucking. A plasma etching method of using a substrate mounting stage provided with a temperature control means, mounting the substrate on the substrate mounting stage, and etching a layer to be processed on the substrate, wherein the layer to be processed is silicon The base material layer and a metal layer having different etching characteristics from the silicon-based material layer are laminated in this order, and (a) etching the metal layer while controlling the temperature of the base mounting stage to the first temperature. And (b) etching the silicon-based material layer while controlling the temperature of the substrate mounting stage to a second temperature different from the first temperature. Grayed method.
特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング法。2. The plasma etching method according to claim 1, wherein the metal layer is made of a high melting point metal material.
とを特徴とする請求項2に記載のプラズマエッチング
法。3. The plasma etching method according to claim 2, wherein the high melting point metal material is tungsten.
を特徴とする請求項3に記載のプラズマエッチング法。4. The plasma etching method according to claim 3, wherein the first temperature is lower than the second temperature.
を用いて金属層をエッチングし、 工程(ロ)では、塩素系エッチングガスを用いてシリコ
ン系材料層をエッチングすることを特徴とする請求項4
に記載のプラズマエッチング法。5. The method according to claim 1, wherein in the step (a), the metal layer is etched using a fluorine-based etching gas, and in the step (b), the silicon-based material layer is etched using a chlorine-based etching gas. Item 4
3. The plasma etching method according to 1.
の間にバリヤ層を更に備え、工程(イ)又は工程(ロ)
においてバリヤ層もエッチングすることを特徴とする請
求項5に記載のプラズマエッチング法。6. The layer to be processed further includes a barrier layer between the silicon-based material layer and the metal layer.
6. The plasma etching method according to claim 5, wherein the barrier layer is also etched.
を特徴とする請求項3に記載のプラズマエッチング法。7. The plasma etching method according to claim 3, wherein the first temperature is higher than the second temperature.
用いて金属層をエッチングし、 工程(ロ)では、塩素系エッチングガスを用いてシリコ
ン系材料層をエッチングすることを特徴とする請求項7
に記載のプラズマエッチング法。8. The method according to claim 1, wherein in the step (a), the metal layer is etched using a chlorine-based etching gas, and in the step (b), the silicon-based material layer is etched using a chlorine-based etching gas. Item 7
3. The plasma etching method according to 1.
の間にバリヤ層を更に備え、工程(イ)又は工程(ロ)
においてバリヤ層もエッチングすることを特徴とする請
求項8に記載のプラズマエッチング法。9. The process layer further comprises a barrier layer between the silicon-based material layer and the metal layer, wherein the step (a) or the step (b)
9. The plasma etching method according to claim 8, wherein the barrier layer is also etched.
合物層を含むエッチング用マスクを被加工層上に形成す
ることを特徴とする請求項8に記載のプラズマエッチン
グ法。10. The plasma etching method according to claim 8, wherein prior to step (a), an etching mask including at least an inorganic compound layer is formed on the layer to be processed.
トランジスタのゲート電極を形成することを特徴とする
請求項1に記載のプラズマエッチング法。11. The plasma etching method according to claim 1, wherein a gate electrode of the MIS transistor is formed by etching the layer to be processed.
ることを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチン
グ法。12. The plasma etching method according to claim 1, wherein said temperature control means comprises a heater.
き、ヒータを構成する材料の線膨張率αH[単位:10
-6/K]は(α1−4)≦αH≦(α1+4)を満足する
ことを特徴とする請求項12に記載のプラズマエッチン
グ法。13. A heater is disposed inside a base material. When a linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K], a linear expansion coefficient α of a material forming the heater is defined as α. H [Unit: 10
-6 / K], wherein (α 1 -4) ≦ α H ≦ (α 1 +4) is satisfied.
た温度制御用熱媒体を流す配管から構成されており、 母材の線膨張率をα1[単位:10-6/K]としたと
き、配管の線膨張率αP[単位:10-6/K]は(α1−
4)≦αP≦(α1+4)を満足することを特徴とする請
求項1に記載のプラズマエッチング法。14. The temperature control means comprises a pipe arranged inside the base material for flowing a heat medium for temperature control, wherein the coefficient of linear expansion of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K]. ], The linear expansion coefficient α P [unit: 10 −6 / K] is (α 1 −
4. The plasma etching method according to claim 1, wherein 4) ≦ α P ≦ (α 1 +4) is satisfied.
K]としたとき、セラミックス層の線膨張率α2[単
位:10-6/K]は(α1−4)≦α2≦(α1+4)を
満足することを特徴とする請求項1に記載のプラズマエ
ッチング法。15. The coefficient of linear expansion of the base material is α 1 [unit: 10 −6 /
K], the coefficient of linear expansion α 2 [unit: 10 −6 / K] of the ceramic layer satisfies (α 1 -4) ≦ α 2 ≦ (α 1 +4). 3. The plasma etching method according to 1.
はコージエライトセラミックスであり、母材を構成する
アルミニウム系材料の組成はアルミニウムとケイ素であ
り、セラミックス層を構成する材料は酸化アルミニウム
であることを特徴とする請求項15に記載のプラズマエ
ッチング法。16. The composition of the ceramic member forming the base material is cordierite ceramics, the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum and silicon, and the material forming the ceramic layer is aluminum oxide. The plasma etching method according to claim 15, wherein:
は窒化アルミニウムであり、母材を構成するアルミニウ
ム系材料の組成はアルミニウム又はアルミニウムとケイ
素であり、セラミックス層を構成する材料は酸化アルミ
ニウム又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請
求項15に記載のプラズマエッチング法。17. The composition of a ceramic member forming a base material is aluminum nitride, the composition of an aluminum-based material forming a base material is aluminum or aluminum and silicon, and the material forming a ceramic layer is aluminum oxide or nitride. The plasma etching method according to claim 15, wherein the plasma etching method is aluminum.
は炭化ケイ素であり、母材を構成するアルミニウム系材
料の組成はアルミニウム又はアルミニウムとケイ素であ
り、セラミックス層を構成する材料は酸化アルミニウム
又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項1
5に記載のプラズマエッチング法。18. The composition of the ceramic member constituting the base material is silicon carbide, the composition of the aluminum-based material constituting the base material is aluminum or aluminum and silicon, and the material constituting the ceramic layer is aluminum oxide or nitride. 2. The method according to claim 1, wherein the material is aluminum.
6. The plasma etching method according to 5.
は酸化アルミニウムであり、母材を構成するアルミニウ
ム系材料の組成はアルミニウム又はアルミニウムとケイ
素であり、セラミックス層を構成する材料は酸化アルミ
ニウムであることを特徴とする請求項15に記載のプラ
ズマエッチング法。19. The composition of the ceramic member forming the base material is aluminum oxide, the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum or aluminum and silicon, and the material forming the ceramic layer is aluminum oxide. The plasma etching method according to claim 15, wherein:
面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
プラズマエッチング法。20. The plasma etching method according to claim 1, wherein the ceramics layer is formed on a surface of the base material by a thermal spraying method.
の表面に取り付けられていることを特徴とする請求項1
に記載のプラズマエッチング法。21. The method according to claim 1, wherein the ceramic layer is attached to the surface of the base material by a brazing method.
3. The plasma etching method according to 1.
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- 1999-03-15 JP JP11068386A patent/JP2000269189A/en active Pending
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