JPH09260474A

JPH09260474A - 静電チャックおよびウエハステージ

Info

Publication number: JPH09260474A
Application number: JP6562596A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村; Tomohide Shirosaki; 友秀城崎; Shinsuke Hirano; 信介平野; Kinya Miyashita; 欣也宮下; Seiichiro Miyata; 征一郎宮田; Yoshiaki Tatsumi; 良昭辰巳
Original assignee: SOUZOU KAGAKU KK; SOZO KAGAKU KK; Sony Corp
Current assignee: SOUZOU KAGAKU KK; SOZO KAGAKU KK; Sony Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03
Also published as: US5981913A

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットに影響を与えることなく、短時
間でウエハの温度を変更することができるようにした静
電チャック、およびウエハステージの提供が望まれてい
る。【解決手段】絶縁材料からなる誘電体４と、これの下
側に配設された導体からなる電極５と、電極５の下側に
配設されて誘電体４を加熱するヒータ６とを備えた静電
チャック３。この静電チャック３を、冷却手段を備えた
金属製ジャケット２上に備えてなるウエハステージ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング装置な
どの半導体装置の製造装置に用いられて、ウエハを吸着
保持する静電チャックと、この静電チャックを備えたウ
エハステージに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超ＬＳＩにおける微細加工への要
求は益々厳しいものとなっており、例えばエッチング処
理に関しては、寸法変換差を限りなく抑えた高精度微細
加工と下地に対する高選択比とを両立させた処理方法が
不可欠になっている。ところで、酸化膜系以外の材料を
プラズマエッチングした場合における、異方性形状の確
保については、周知のとおりいわゆる側壁保護膜の存在
によってなされている。すなわち、この側壁保護膜は、
プラズマエッチング時に生成した反応生成物がプラズマ
中で再解離することで形成される、有機ポリマーをはじ
めとする種々の堆積物が、パターンの側壁に堆積して形
成されるもので、該パターンの側壁を保護してこの側壁
がエッチングされるのを防ぐといった役目を果たすもの
である。

【０００３】ところが、この側壁保護膜は反応生成物か
らの堆積物によって形成されるため、エッチングによっ
て形成されるパターンが凸である場合では、その幅が細
ければ相対的に側壁保護膜の厚くなりすぎ、全体のパタ
ーン幅を所望する幅より太くしてしまう。同様に、エッ
チングによって形成されるパターンが凹溝である場合で
は、その幅が狭ければ相対的に側壁保護膜の厚くなりす
ぎ、全体のパターン幅を所望する幅より一層狭くしてし
まう。したがって、前述したように各種パターンの微細
化が進み、パターン幅が細く（狭く）なると、側壁保護
膜を利用してエッチングの異方性を確保しようとした場
合、得られるパターンの寸法精度が低下してしまうので
ある。

【０００４】このような不都合を解決するため、近時、
高速排気を行いつつエッチングを行うことにより、寸法
精度を確保するといった試みがなされ、注目されてい
る。この高速排気プロセスは、従来のエッチング処理装
置より排気速度の大きなポンプを取り付け、かつ、エッ
チングガスのコンダクタンスを改善することにより、エ
ッチング処理中におけるエッチングガスのレジデンスタ
イム（滞留時間）を短くし、エッチング処理中に反応生
成物がプラズマ中で再解離するのを抑制したものであ
る。そして、このような高速排気プロセスによれば、反
応生成物の再解離による堆積物を大幅に減らせるので、
寸法変換差の絶対値とそのばらつきを極めて効果的に抑
制することができる。

【０００５】しかしながら、前記の高速排気プロセスで
は、反応生成物を速やかに排気することから側壁保護膜
の供給源が減少してしまい、側壁保護膜が十分な厚さに
形成されず異方性形状の確保が不十分になってしまうた
め、オーバーエッチングを行った際に得られるパターン
の形状精度が悪化するといった新たな課題を生じてい
る。つまり、オーバーエッチング時に、下地との選択比
を確保するため基板印加バイアスを低下させると、側壁
保護膜が薄くしたがって弱いため、サイドエッチやノッ
チングの発生が避けられなくなってしまい、逆に形状確
保のため印加バイアスを高くすると、今度は下地との選
択比が低下してしまうのである。

【０００６】このように選択比と形状とがトレードオフ
の関係となっている問題を解決し、選択比と異方性形状
とを両立できる技術として、エッチング時のウエハ温度
を０℃以下に冷却するいわゆる低温エッチング技術が提
案されている。この低温エッチング技術は、例えば田地
氏らのグループ（日立中研）によって報告（1988 DRYPR
OCESS SYMPOSIUM 「Low-Temperature Microwave Plasma
Etching」）されたもので、試料温度を低下させること
によってラジカル反応を抑制し、低い基板バイアス下で
も異方性を確保することができるようにしたものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この低温エッ
チング技術にあっても以下に述べる不都合がある。第１
に、Ｗポリサイドのように反応生成物の蒸気圧の異なる
材料に対してはその加工が困難である。なぜなら、Ｗポ
リサイドをエッチングするにあたっては、ＷＳｉ_xをエ
ッチングしたときに生ずるＷＣｌ_x、ＷＯ_xＣｌ_y等の
反応生成物の蒸気圧が低いため、ポリシリコンをエッチ
ングするのに都合のよい温度まで試料を低温化してしま
うと、ＷＳｉ_xのエッチングができなくなってしまうか
らである。

【０００８】第２に、エッチング時において、ΔＴ（試
料台の設定温度とウエハ温度の差）が大きくなってしま
う。すなわち、例えばコンタクトホールの加工において
は、下地Ｓｉとの選択比確保には低温化が効果的である
ものの、低温化は過剰なポリマー堆積によるコンタクト
ホール形状のテーパ化を招いてしまうことから、前述し
たごとく低温条件の設定が難しく、しかも、コンタクト
ホールの加工ではＳｉ−Ｏボンドを切るためどうしても
入射エネルギーを大きくする必要があり、これがΔＴの
上昇を招いてしまうのである。したがって、このような
不都合から、低温エッチングとはいっても実際には、中
途半端な温度でしかエッチングができなくなっているの
である。

【０００９】このような不都合を解消するためには、例
えば反応生成物の蒸気圧の異なる材料をそれぞれエッチ
ングする間や、ジャストエッチングとオーバーエッチン
グとの間等でウエハ等からなる試料の設定温度を変える
ことが考えられる。しかし、このような設定温度の変更
をエッチング処理の最中に行うのでは、当然スループッ
トが小さくなってしまい、コスト的に不利を招いてしま
う。したがって、スループットに影響がないように短時
間でウエハの温度を変更できるような、すなわち急速降
温や急速昇温を可能にした機構の提供が切望されている
のである。本発明は前記事情に鑑みてなされもので、そ
の目的とするところは、スループットに影響を与えるこ
となく、短時間でウエハの温度を変更することができる
ようにした静電チャック、およびウエハステージを提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記低温エッチ
ング技術の利点に着目してなされたものであり、請求項
１記載の静電チャックでは、絶縁材料からなる誘電体
と、これの下側に配設された導体からなる電極と、該電
極の下側に配設されて前記誘電体を加熱するヒータと、
を備えたことを前記課題の解決手段とした。この静電チ
ャックによれば、静電チャックにヒータが一体化されて
いるので、ヒータによる加熱によって熱が速やかに電極
を介して誘電体に伝わり、これにより誘電体上に載置・
保持されたウエハが速やかに加熱される。

【００１１】前記電極としては、例えば前記誘電体を固
定するためのろう付け層によって形成してもよく、その
場合には、誘電体と電極との接合が確実になるとともに
電極を薄厚に形成することが可能になり、しかも、該電
極がろう材、すなわち熱伝導性の良好な金属あるいは合
金からなっているため、ヒータから誘電体への熱伝導が
一層速やかになる。前記誘電体については、焼結体をそ
のまま用いてもよいが、例えばこれを溶射法によって形
成してもよく、その場合には、製造にあたっての自由度
が大きくなるとともに、コスト的にも有利になる。ま
た、その形状については、例えばウエハの吸着面を形成
する円板部と、その側周縁より下方に向かって延出した
筒状部を有したものとしてもよく、その場合に、前記電
極の側周部を該筒状部で覆うようにしてこれらを配設す
れば、例えばこの静電チャックをプラズマ処理装置によ
るプラズマ処理に用いたとき、プラズマによって電極側
面にリーク電流が発生するのが防止される。

【００１２】前記電極へのヒータの取り付けについて
は、これらの間に高熱伝導率の絶縁体を介してヒータを
設けてもよく、その場合、絶縁体としては窒化アルミニ
ウムが好適とされる。このように電極とヒータとの間に
絶縁体を介在させることにより、電極からヒータへ電流
が流れることが防がれ、また、絶縁体が高熱伝導率（例
えば窒化アルミニウムの熱伝導率は０．２３５〔cal/cm
・sec ・℃〕）であることから、該絶縁体によるヒータ
からの熱伝導の遅延が抑えられる。

【００１３】また、前記ヒータとしてはこれを薄膜状の
ものとしてもよく、その場合には、前記絶縁体とヒータ
との間、あるいはヒータの下側に金属板を設けるのが好
ましい。このように金属板を設けることにより、ヒータ
が薄膜状であるにもかかわらず、静電チャック全体の機
械強度を十分に保持することが可能になる。また、金属
板がヒータの上側にある場合には、該金属板がヒータか
らの熱を絶縁体に速やかに伝える伝熱板として機能し、
金属板がヒータの下側にある場合には、例えばこの静電
チャックが、冷却手段を備えた金属製ジャケット等に置
かれたとき、前記金属板が金属製ジャケット等からの冷
熱をヒータ側に伝える伝熱板として機能する。

【００１４】特に、ヒータを単に薄膜状にしただけでな
く螺旋状に形成した場合、ヒータ全体の機械強度が低く
なるとともにその伝熱性も低くなるが、前述したように
金属板を設けることにより、これら機能の低下を補うこ
とが可能になる。さらに、前記絶縁体を窒化アルミニウ
ムによって形成した場合、前記金属板としては、熱伝導
率が０．３７〔cal/cm・sec ・℃〕）と大きいモリブデ
ンからなるものを用いるのが、該金属板が前述したよう
に伝熱板として十分機能するものとなり好ましい。ま
た、モリブデンは線膨張係数が５．７×１０^-6／℃と、
セラミックス（例えば窒化アルミニウムは５．１×１０
^-6／℃）に近い線膨張係数を有していることから、この
ように金属板にモリブデンを用いれば、冷却、加熱の繰
り返しなどによる熱ストレスを受けても、この熱ストレ
スに起因して絶縁体やこれの上に配設される誘電体に割
れや剥離が生じるといった不都合が抑えられる。

【００１５】また、前記絶縁体を、その側周縁に下方に
向かって延出した筒状部を設けて形成し、前記ヒータを
該筒状部の内部に配置するようにしてもよく、その場合
には、ヒータの側面を筒状部で確実に覆うことができる
ことから、例えばこの静電チャックをプラズマ処理装置
によるプラズマ処理に用いたとき、プラズマによってヒ
ータの側面にリーク電流が発生するのが防止される。さ
らに、前記筒状部にその下端縁より外方に向かって延出
した鍔部を設ければ、該鍔部によって絶縁体が機械的に
補強されたものとなる。

【００１６】また、本発明における請求項１３記載のウ
エハステージでは、冷却手段を備えた金属製ジャケット
上に、絶縁材料からなる誘電体と、これの下側に配設さ
れた導体からなる電極と、該電極の下側に配設されて前
記誘電体を加熱するヒータとを備えてなる静電チャック
を設けたことを前記課題の解決手段とした。このウエハ
ステージによれば、冷却手段を備えた金属製ジャケット
上に前記請求項１記載の静電チャックを設けているの
で、静電チャックに設けたヒータによってウエハを速や
かに加熱するだけでなく、金属製ジャケットによって静
電チャックを介してウエハを冷却することも可能にな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のウエハステージの一実施形態例を示す
図であり、図１中符号１はウエハステージである。この
ウエハステージ１は、金属製ジャケット２上に、本発明
の静電チャックの一実施形態例となる静電チャック３が
載置固定されて構成されたものである。金属製ジャケッ
ト２は、後述する冷却手段（図示略）を備えて形成され
たもので、これにより冷却手段からの冷熱をその上の静
電チャック３に伝えるものとなっている。

【００１８】静電チャック３は、絶縁材料からなる誘電
体４と、これの下面に設けられた導体からなる電極５
と、該電極５の下方に配設されたヒータ６とを備えてな
る略円柱（円盤）状のもので、電極５とヒータ６との間
に絶縁体７を介在させて構成されたものである。誘電体
４は、熱伝導率の高い絶縁材料、例えばサファイア（熱
伝導率；０．１〔cal/cm・sec ・℃〕）やアルミナ（熱
伝導率；０．０５〔cal/cm・sec ・℃〕）等のセラミッ
クス板から形成された厚さ０．２ｍｍ程度の円板状のも
ので、この例では予め作製された焼結体からなってい
る。

【００１９】電極５は、金属や合金など導体からなるも
のであれば特に限定されることはないものの、この例で
は、前記絶縁体７上に誘電体４を固定するためのろう付
け層、すなわち絶縁体７と誘電体４との間に設けられた
厚さ０．５ｍｍ程度のろう材により形成されたものとな
っている。このろう材として具体的には、チタン、ス
ズ、アンチモン、マグネシウムからなる合金等が挙げら
れる。なお、この電極５には、図１中に示さないものの
高圧電源に配線を介して接続されており、これにより該
電極５に直流電圧が印加されると、前記誘電体４が吸着
力を発揮するようになっている。

【００２０】絶縁体７は、この例では前記電極５、すな
わちろう付け層に当接する円板部７ａと、この円板部７
ａの側周縁より下方に向かって延出した筒状部７ｂと、
該筒状部７ｂの下端縁より外方に向かって延出した鍔部
７ｃを有して形成されたもので、全体として厚さ２ｍｍ
程度に形成されたものである。また、この絶縁体７は高
熱伝導率を有する絶縁材料から形成されたもので、この
ような絶縁材料としては例えば窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）（熱伝導率；０．２３５〔cal/cm・sec ・℃〕）が
挙げられる。なお、本実施形態例においては、絶縁体７
を窒化アルミニウムから形成している。

【００２１】ヒータ６は、本実施形態例ではＦｅ、Ｃ
ｒ、Ａｌからなる合金であるヒートロイによって平面視
螺旋状に形成されたものとなっており、厚さ０．１ｍｍ
程度の薄膜で、かつ幅２〜３ｍｍ程度に形成されたもの
である。なお、このヒータ６には、図示しないものの電
源が配線を介して接続されており、これによって２ｋＷ
程度の発熱がなされるようになっている。また、このヒ
ータ６には、その螺旋状となるヒータパターンの間隙に
絶縁材８が埋め込まれており、これによってヒータ６
は、絶縁材８により補強された状態で円盤形状を形成し
たものとなっている。ここで、絶縁材８としては、本実
施形態例では窒化アルミニウムが用いられている。

【００２２】また、このヒータ６と絶縁材８とからなる
円盤形状のものには、その上面に金属板９ａが、下面に
金属板９ｂがそれぞれ貼設されている。そして、このよ
うにして金属板９ａ、９ｂに挟着されたヒータ６は、こ
れら金属板９ａ、９ｂとともに、前記絶縁体７の筒状部
７ｂ内に隙間なく納められたものとなっている。ここ
で、金属板９ａ、９ｂとしては、ヒータ６からの熱を速
やかに誘電体４側に伝えるため、あるいは後述するよう
に金属製ジャケット２からの冷熱を速やかにヒータ６側
に伝えるため、熱伝導率の大きい金属あるいは合金が好
適とされ、本実施形態例では厚さ２ｍｍ程度のモリブデ
ン板が用いられている。また、これら金属板９ａ、９ｂ
には、それぞれその内面、すなわちヒータ６側の面に酸
化膜等からなる絶縁被膜（図示略）が設けられており、
これによってヒータ６から金属板９ａ、９ｂに電気が流
れることが防止されている。また、金属板９ａは絶縁体
７にろう付けによって接合されており、同様に金属板９
ｂは前記金属製ジャケット２にろう付けによって接合さ
れたものとなっている。ここで、金属板９ａ、９ｂのろ
う付けに用いられるろう材として具体的には、前記電極
５となるろう材と同様に、チタン、スズ、アンチモン、
マグネシウムからなる合金等が挙げられる。

【００２３】なお、この静電チャック３においては、ろ
う付け層からなる電極５の側周縁が外側に露出しないよ
う、樹脂等からなる絶縁物（図示略）によって誘電体４
と絶縁体７との間が覆われている。そして、このように
電極５の側周縁が絶縁物（図示略）で覆われていること
により、例えばこの静電チャック３をプラズマ処理装置
によるプラズマ処理に用いたとき、プラズマによって電
極５の側周縁にリーク電流が発生するのが防止される。
また、この静電チャック３には、誘電体４上に載置保持
されるウエハを押し上げるためのプッシャーピン（図示
略）が埋設され、さらに該プッシャーピンには、これを
誘電体４の面上に突出させあるいは該面下に埋没させる
出没機構（図示略）が接続されている。

【００２４】次に、このような静電チャック３を備えた
ウエハステージ１の使用方法について、本実施形態例の
ウエハステージ１を図２に示すプラズマエッチング装置
１０に用いた例に基づいて説明する。まず、プラズマエ
ッチング装置（以下、エッチング装置と略称する）１０
について説明すると、このエッチング装置１０は、ＲＦ
アンテナを二箇所に設置したヘリコン波プラズマ発生源
と、上下方向に移動可能なステージとを備えて構成され
たもので、拡散チャンバー１１と、この拡散チャンバー
１１の上部に設けられたＲＦアンテナ１２、１２と、拡
散チャンバー１１の天板１１ａの上にループ状に設置さ
れたＲＦアンテナ１３と、拡散チャンバー１１の下部外
側に設けられてエレクトロンの壁での消失を抑えるため
のカスプ磁場を形成するマルチポール磁石１４とを有し
たものである。

【００２５】ＲＦアンテナ１２、１２は、拡散チャンバ
ー１２の上部に形成された直径３５０ｍｍの円筒状石英
菅からなるベルジャー１５の外側を周回して設けられた
ものであり、Ｍ＝１モードのプラズマが立つアンテナ形
状のものである。これらＲＦアンテナ１２、１２の外側
には、内周コイルと外周コイルとからなるソレノイドコ
イルアッセンブリ１６が配設されている。このソレノイ
ドコイルアッセンブリ１６のうち内周コイルは、ヘリコ
ン波の伝搬に寄与し、外周コイルは生成されたプラズマ
の輸送に寄与するものである。また、ＲＦアンテナ１
２、１２にはマッチングネットワーク１７を介して電源
１８が接続されており、ＲＦアンテナ１３にはマッチン
グネットワーク１９を介して電源２０が接続されてい
る。

【００２６】また、拡散チャンバー１１内には、試料と
なるウエハＷを支持固定するための前記ウエハステージ
１が設けられ、さらに拡散チャンバー１１内のガスを排
気するための排気口２１が真空ポンプ等の負圧手段（図
示略）に接続されて形成されている。ウエハステージ１
には、ウエハＷ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２２が接続されている。

【００２７】また、このウエハステージ１の前記金属製
ジャケット２には、冷媒配管２３、２４を介してチラー
２５が接続され、さらにウエハＷの温度を計測するため
の蛍光ファイバ温度計２６が接続されている。チラー２
５は、Ｈｅガス等からなる−１００℃以下のガス冷媒を
冷媒配管２３を介してウエハステージ１の金属製ジャケ
ット２に供給し、かつ冷媒配管２２を介して金属製ジャ
ケット２から返送された冷媒を受け入れさらにこれを所
定温度に冷却するもので、このようなガス冷媒の循環に
よってウエハステージ１上に支持固定されたウエハＷを
冷却するものである。すなわち、これらチラー２５、冷
媒配管２３、２４、さらにはチラー２５から金属製ジャ
ケット２に循環せしめられるガス冷媒により、本発明に
おける冷却手段が構成されているのである。

【００２８】チラー２５に接続された冷媒配管２３には
極低温での動作が可能な電子制御バルブ２７が配設さ
れ、また冷媒配管２３と冷媒配管２４との間のバイパス
配管２８にも極低温での動作が可能な電子制御バルブ２
７が配設されている。ここで、ウエハＷの冷却の度合い
は、チラー２５から供給される冷媒の流量によって制御
されるようになっている。すなわち、ウエハステージ１
の金属製ジャケット２を冷却してウエハＷの温度を所望
する温度に冷却するには、蛍光ファイバ温度計２６で検
知された温度を制御装置（ＰＩＤコントローラ）２９で
検出し、ここで予め設定されたウエハＷの温度との差か
ら、予め実験や計算によて決定されたガス冷媒流量とな
るように制御装置２９で前記電子制御バルブ２７、２７
の開閉度を制御する。なお、図２においては、エッチン
グガス導入孔、ゲートバルブ等の装置細部についてはそ
の図示を省略している。

【００２９】次に、このようなエッチング装置１を用い
たドライエッチング処理方法の一例を、図３（ａ）〜
（ｃ）を参照して説明する。この処理方法は、Ｗポリサ
イドを２ステップのエッチング処理によって加工する方
法である。すなわち、この例は、図３（ａ）に示すよう
にシリコン基板３０上のＳｉＯ₂膜３１の上にポリシリ
コン層３２とＷＳｉ_x層３３とからなるＷポリサイドを
形成し、さらにこの上にフォトレジストパターン３４を
形成したウエハＷの、Ｗポリサイドをエッチング処理し
てこれをフォトレジストパターン３４に対応したパター
ン形状に加工するもので、第１ステップとして常温より
やや高温によるメインエッチングを、続く第２ステップ
として低温によるオーバーエッチングを行うものであ
る。

【００３０】まず、以下の条件で常温よりやや高温（５
０℃）による第１ステップのメインエッチングを行い、
図３（ｂ）に示すようにＷＳｉ_x層３３とポリシリコン
層３２とを、ポリシリコン層３２の一部を残した状態に
までエッチング除去する。・第１ステップ（メインエッチング）エッチングガス；Ｃｌ₂／Ｏ₂ ４５０／５０ｓｃｃｍ圧；１０ｍＴｏｒｒソースパワー；１５００ＷＲＦバイアス；１００Ｗウエハステージ温度；５０℃ なお、ここでのウエハ温度調整については、ウエハステ
ージ１に備えられた静電チャック３のヒータ６によって
加熱するとともに、チラー２５による冷却をも行い、特
に前述した制御装置２９による冷却制御によってウエハ
温度を微調整している。

【００３１】次に、この第１ステップに続く第２ステッ
プのオーバーエッチング処理を行うため、一旦エッチン
グ装置１０における放電を切り、拡散チャンバー１１内
に残存するガスを排気口２１から排気する。そして、後
述する第２ステップに用いるエッチングガス（本実施形
態例では第１ステップと同一のガスを用いている）を拡
散チャンバー１１内に導入し、このガスを安定させて拡
散チャンバー１１内を一定の圧力に調整する。また、こ
のような一連の操作の間に、すなわち第１ステップのエ
ッチング処理が終了したら直ちに、前記ヒータ６への通
電を停止するとともに、前記チラー２５による冷却シス
テムにおける、バイパス配管２８の電子制御バルブ２７
を全閉し、さらに冷媒配管２３の電子制御バルブ２７を
全開して、チラー２５から−１００℃以下のガス冷媒を
金属製ジャケット２に供給し、ウエハＷを急速冷却す
る。

【００３２】すると、このような急速冷却によってウエ
ハステージ１は、約３０秒という短時間で後述するエッ
チング温度である−５０℃に到達した。これは、前述し
たように本発明のウエハステージ１では、熱伝導率の高
いモリブデン製の金属板９ｂが金属製ジャケット２にろ
う付けによって接合されており、また薄膜のヒータ６を
介して金属板９ｂ上に設けられたモリブデン製の金属板
９ａが絶縁体７にろう付けによって接合されているの
で、金属製ジャケット２からの冷熱が金属板９ｂ、ヒー
タ６、金属板９ａを介して速やかに絶縁体７に伝わるか
らであり、さらに、この絶縁体７が熱伝導率の高い窒化
アルミニウムから形成され、電極５がろう付け層によっ
て形成されていることから、絶縁体７に伝わった冷熱が
絶縁体７、電極５を介して速やかに誘電体４に伝わるか
らである。

【００３３】なお、前述した一連の操作、すなわち放電
を切ってから拡散チャンバー２内の残存ガスを排気し、
さらに新たなエッチングガス導入してこれを安定させる
といった一連の操作は、急速冷却に要する時間以上ある
いはほぼ同じ時間かかることから、この急速冷却に要す
る時間が、ウエハＷのエッチング処理に要する時間を遅
らせる要因となることがない。

【００３４】続いて、放電を再度行って以下の条件で低
温（−５０℃）による第２ステップのオーバーエッチン
グを行い、図３（ｃ）に示すようにＳｉＯ₂膜３２上に
露出した状態で残ったポリシリコン層３２の一部をエッ
チング除去する。・第２ステップ（オーバーエッチング）エッチングガス；Ｃｌ₂／Ｏ₂ ４５０／５０ｓｃｃｍ圧；１０ｍＴｏｒｒソースパワー；１５００ＷＲＦバイアス；１０Ｗウエハステージ温度；−５０℃

【００３５】このようにしてオーバーエッチング処理を
行うと、このエッチング処理が低温冷却下における処理
であることから、形成される側壁保護膜が薄くても低温
化によりラジカル反応を抑制することができ、したがっ
て過剰なラジカルアタックに耐え得るようになり、第１
ステップに比べて１００Ｗから１０ＷとウエハＷへの印
加バイアスを低くしても、アンダーカットやノッチング
の発生を抑えることができる。よって、１００％のオー
バーエッチ下でも形状に影響を与えることなく、下地と
なるＳｉＯ₂に対して選択比１００以上を確保しつつ、
図３（ｃ）に示したように十分な異方性形状を確保する
ことができる。

【００３６】このように、本発明のウエハステージ１を
用いたドライエッチング処理方法にあっては、高選択比
と、異方性形状の確保、すなわち高精度微細加工とを両
立させることができ、しかも、各ステップを同一のエッ
チング装置１０で行うことによってウエハ温度をステッ
プ間で容易にしかも短時間で変化させることができるの
で、ステップ間における放電の停止やエッチングガスの
変更などといった一連の操作に要する時間内、あるいは
これに近い時間で温度変更を行うことができ、したがっ
てスループットを低下させることなく複数のステップか
らなるドライエッチング処理を迅速に行うことができ
る。

【００３７】また、このような２ステップのエッチング
処理が終了した後、新たなウエハに対して同じ処理装置
で同じ処理を連続して繰り返し行う場合には、第２ステ
ップが終了して処理後の試料を取り出した後、新たな試
料を拡散チャンバ１１内に入れるに先立って最初のステ
ップ、この例では第１ステップにおける試料設定温度
（ウエハステージ設定温度）にウエハステージ１を調整
しておく。すなわち、前記例では、第２ステップで試料
設定温度を−５０℃にしていたのを、静電チャック３の
ヒータ６に通電してウエハステージ１全体（特に誘電体
４側）を加熱し、かつ、チラー２５による冷却システム
における、バイパス配管２８の電子制御バルブ２７を全
開するとともに、冷媒配管２３の電子制御バルブ２７を
全閉して、チラー２５から金属製ジャケット２へのガス
冷媒の供給を止めるといった方法でウエハステージ１を
急速加熱する。

【００３８】すると、一つのウエハのエッチング処理が
終了した後、新たな試料のエッチング処理にとりかかる
までの時間を短縮化することができ、特に、新たなウエ
ハを拡散チャンバ１１内に搬送するまでの時間内、ある
いはこれに近い時間でウエハステージ１をその設定温度
にまで温度変更できれば、スループットを低下させるこ
となく、すなわち十分な生産性の効率を確保した状態で
複数のステップからなるドライエッチング処理を行うこ
とができる。ちなみに、本実施形態例のウエハステージ
１によれば、前述したように良好な熱伝導性を有するよ
うな構造としたことにより、−５０℃から５０℃への加
熱を、約４０秒間という短時間で行うことができた。

【００３９】したがって、本発明のウエハステージ１に
あっては、静電チャック３に一体化したヒータ６と、金
属製ジャケット２の冷却手段とによって急速加熱および
急速冷却が可能となっているので、長時間を要すること
なく３０〜４０秒程度といった短時間でウエハＷの温度
切り換えを行うことができ、これにより異なる温度のエ
ッチングをほとんど連続的に行えることから、低温エッ
チングの利点を十分に活かすことができる。

【００４０】また、金属板９ａ、９ｂとして、線膨張係
数が５．７×１０^-6／℃と、絶縁体７を形成する窒化ア
ルミニウムの線膨張係数（５．１×１０^-6／℃）に近い
値を有するモリブデンを用いていることから、ウエハス
テージ１が冷却、加熱の繰り返しなどによる熱ストレス
を受けても、この熱ストレスに起因して、絶縁体７やこ
れの上に配設される誘電体４に割れや剥離が生じるとい
ったことを抑えることができる。さらに、金属製ジャケ
ット２と金属板９ｂとの間、金属板９ａと絶縁体７との
間、さらに絶縁体７と誘電体４との間を全てろう付けで
接合していることから、これらろう材の線膨張係数を窒
化アルミニウムの線膨張係数とモリブデンの線膨張係数
との間の値となるように、あるいはこれらに近い値とな
るように調整することにより、ウエハステージ１の加熱
・冷却に伴う熱ストレスの影響をより確実に緩和するこ
とができる。

【００４１】なお、前記実施形態例では、誘電体４を円
板状に形成したが、本発明はこれに限定されることな
く、例えば、図１中二点鎖線で示すように円板状の部分
の側周縁より下方に向かって延出した筒状部４ａを有し
た形状とし、前記電極５の側周縁を該筒状部４ａで覆う
ようにしてもよい。そして、その場合にも、前記実施形
態例における絶縁物に代わって筒状部４ａで電極５の側
周縁を覆うことができることから、例えばこの静電チャ
ックをプラズマ処理装置によるプラズマ処理に用いたと
き、プラズマによって電極５の側周縁にリーク電流が発
生するのを防止することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の静電チャッ
クは、静電チャックにヒータを一体化したことにより、
ヒータによる加熱によって熱が速やかに電極を介して誘
電体に伝わり、これにより誘電体上に載置・保持された
ウエハを速やかに加熱するようにしたので、例えばこれ
をエッチング装置に用いた場合、低温から高温への温度
切り換えを短時間にて行うことができる。

【００４３】本発明のウエハステージは、冷却手段を備
えた金属製ジャケット上に前記静電チャックを設けたも
のであるから、加熱だけでなく冷却をも速やかに行うこ
とができ、したがって短時間でウエハの温度切り換えを
行うことができることから、例えば異なる温度のエッチ
ングを連続して行うようにすることにより、スループッ
トに悪影響を受けることなく低温エッチングの利点を十
分に活かしたエッチングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハステージの概略構成を示す図で
あり、静電チャックのみを断面視した側断面図である。

【図２】図１に示したウエハステージを用いたエッチン
グ装置の概略構成図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は図２に示したエッチング装置
によるドライエッチング処理方法の一例を処理順に説明
するための要部側断面図である。

【符号の説明】

１ウエハステージ２金属製ジャケット３
静電チャック４誘電体５電極６ヒータ７絶縁体１０プラズマエッチング装置２３、２４冷媒配
管２５チラーＷウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野信介東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者宮下欣也神奈川県川崎市高津区下作延802 株式会社創造科学内 (72)発明者宮田征一郎神奈川県川崎市高津区下作延802 株式会社創造科学内 (72)発明者辰巳良昭神奈川県川崎市高津区下作延802 株式会社創造科学内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁材料からなる誘電体と、これの下側に配設された導体からなる電極と、該電極の下側に配設されて前記誘電体を加熱するヒータ
と、を備えたことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】前記電極が、前記誘電体を固定するため
のろう付け層によって形成されてなることを特徴とする
請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】前記誘電体が、溶射法によって形成され
てなることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項４】前記ヒータが、前記電極との間に高熱伝
導率の絶縁体を介して設けられてなることを特徴とする
請求項１記載の静電チャック。
【請求項５】前記ヒータが薄膜状のものであり、該ヒ
ータと前記絶縁体との間に金属板が設けられてなること
を特徴とする請求項４記載の静電チャック。
【請求項６】前記ヒータが薄膜状のものであり、該ヒ
ータの下側に金属板が設けられてなることを特徴とする
請求項４記載の静電チャック。
【請求項７】前記絶縁体がその側周縁より下方に向か
って延出した筒状部を有してなり、前記ヒータが該筒状
部の内部に配置されてなることを特徴とする請求項４記
載の静電チャック。
【請求項８】前記絶縁体がその側周縁より下方に向か
って延出した筒状部を有し、かつ該筒状部の下端縁より
外方に向かって延出した鍔部を有して形成されてなり、
前記ヒータが前記筒状部の内部に配置されてなることを
特徴とする請求項４記載の静電チャック。
【請求項９】前記絶縁体が窒化アルミニウムからなる
ことを特徴とする請求項４記載の静電チャック。
【請求項１０】前記絶縁体が窒化アルミニウムからな
り、前記金属板がモリブデンからなることを特徴とする請求
項５記載の静電チャック。
【請求項１１】前記絶縁体が窒化アルミニウムからな
り、前記金属板がモリブデンからなることを特徴とする請求
項６記載の静電チャック。
【請求項１２】前記誘電体がその側周縁より下方に向
かって延出した筒状部を有してなり、前記電極はその側
周部が該筒状部に覆われてなることを特徴とする請求項
１記載の静電チャック。
【請求項１３】冷却手段を備えた金属製ジャケット上
に、絶縁材料からなる誘電体と、これの下側に配設され
た導体からなる電極と、該電極の下側に配設されて前記
誘電体を加熱するヒータとを備えてなる静電チャックを
設けたことを特徴とするウエハステージ。