JPH10163307A

JPH10163307A - ウエハステージとその製造方法およびドライエッチング装置

Info

Publication number: JPH10163307A
Application number: JP32367996A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村; Tomohide Shirosaki; 友秀城崎; Shinsuke Hirano; 信介平野; Megumi Takatsu; 恵高津
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JP3438496B2

Abstract

(57)【要約】【課題】静電チャックを搭載し、かつ、高温加熱時に
おける不都合を解消してウエハの高温加熱を可能にした
ウエハステージの提供が望まれている。【解決手段】温調ジャケット２に静電チャック機能を
付与してなるウエハステージ１である。温調ジャケット
２は、その内部にヒータ５と温調手段２５に接続される
温媒配管６とを埋め込み、かつその上面部に、熱緩衝層
７を備えて一体化されたアルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金製のものである。熱緩衝層７は、板状の多孔質
Ａｌ₂Ｏ₃の孔内にアルミニウムまたはアルミニウム合
金を流し込んでこれらが複合化されて形成されたもので
ある。温調ジャケット２の熱緩衝層７の上には、溶射法
によって絶縁材料からなる誘電体膜４が形成されてい
る。温調ジャケット２が電極として用いられることによ
り、温調ジャケット２と誘電体膜４とが静電チャックと
しての機能を発揮するものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体装置の
製造に用いられるウエハステージに係り、詳しくはウエ
ハを高温に加熱してプラズマ処理を行うプロセスに好適
に用いられるウエハステージと、これの製造方法、およ
びこのウエハステージを備えたドライエッチング装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造においては、プラズマ
エッチングやプラズマＣＶＤなど、ウエハにプラズマ処
理を施すプロセスが多くある。このようなプラズマプロ
セスにおいては、特にプラズマエッチングなどにおい
て、その加工精度を上げるため常温から低温でのエッチ
ングなどが採用されつつあり、そのためウエハの温度制
御が重要であることが認識されつつある。

【０００３】ところで、近年では、ＬＳＩにおける多層
配線技術の進歩に伴い、配線材料として例えば低抵抗化
のためＣｕを用いたいといったような新材料への要求
や、ギャップフィル技術に高密度プラズマＣＶＤを採用
したいなどといった要求がなされるようになってきてお
り、前述したような常温から低温でのプラズマ処理を行
うプロセスだけでなく、高温でのプラズマ処理を行うプ
ロセスについてもその重要度が増してきている。

【０００４】ところが、このようなプラズマ処理では、
エッチングプロセスにおけるイオン衝撃や、ギャップフ
ィルＣＶＤプロセスにおける高密度プラズマの照射など
により、プラズマからウエハへ大きな入熱があり、例え
ばウエハの温度がプラズマ発生前に比べて４０℃程度か
ら１００℃程度以上も上昇してしまうことがある。した
がって、ウエハを保持するウエハステージによってウエ
ハを加熱し、高温下でプラズマ処理するプロセスにおい
ても、プラズマからウエハへの入熱の影響を抑え、ウエ
ハを設定温度に制御することが重要になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は高温下においてこのようなウエハ温度制御が十分行わ
れておらず、プロセス処理中に前述した程度の温度上昇
が起こるのが当然とされ、このような温度上昇を見込ん
で予めウエハステージの温度を低めに設定し、プロセス
条件を組んでいるのが実状である。しかして、このよう
に温度上昇を見込んでプロセスを進めるのでは、プロセ
ス時間が延びてスループットが低下したり、温度変化が
大きいことによってプロセスの再現性や制御性が低下す
るなどといった、多くの改善すべき課題が残されてい
る。

【０００６】このような課題を解決する手段の一つとし
て、高温加熱されたウエハステージの上に静電チャック
を搭載することが考えられる。しかしながら、ウエハス
テージの上に静電チャックを搭載するには、加熱された
ウエハステージと静電チャックにおける誘電体との接合
をどうするかという大きな問題があり、この問題が静電
チャック搭載ウエハステージの実用化を阻んできた。す
なわち、加熱仕様のウエハステージでは、静電チャック
を介してウエハをステージ上に吸着固定した際、該ウエ
ハに効率良く熱を伝え得ることが必要条件となる。した
がって、ウエハステージと静電チャックとは、熱伝導の
良い状態で接合されていることが必要となるのである。

【０００７】ところで、エッチングやＣＶＤ等のプロセ
ス装置におけるウエハステージの材料としては、その熱
伝導率や加工のし易さなどから、アルミニウム（Ａｌ）
が用いられることが多い。しかし、Ａｌはその線膨張係
数が約２３×１０^-6／℃と大きく、一般に静電チャック
の誘電体として用いられるセラミックスでは、Ａｌとの
線膨張係数の差に起因して、高温加熱時に破壊されてし
まうのである。

【０００８】このため、現在では静電チャックをネジ止
め等の方法でウエハステージに固定し、これを用いてい
る。しかしながら、このような構造では、プラズマ処理
装置内にて減圧下で使用した際、静電チャックとウエハ
ステージとの接合界面が真空断熱されてしまい、ウエハ
ステージから静電チャックを介してウエハに効率良く熱
を伝えることができず、結果的にウエハがプラズマから
熱を受け、設定以上に温度が上昇してしまうのである。

【０００９】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、静電チャックを搭載し、か
つ、高温加熱時における不都合を解消してウエハの高温
加熱を可能にしたウエハステージと、その製造方法、お
よびこのウエハステージを備えたドライエッチング装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載のウエハステージでは、温調ジャケットに静電チャ
ック機能を付与してなるウエハステージであり、前記温
調ジャケットは、その内部にヒータと温調手段に接続さ
れる温媒配管とを埋め込み、かつその上面部に、熱緩衝
層を備えて一体化されたアルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金製のものであり、前記熱緩衝層は、板状の多孔
質Ａｌ₂Ｏ₃の孔内にアルミニウムまたはアルミニウム
合金を流し込んでこれらが複合化されて形成されたもの
であり、該温調ジャケットの前記熱緩衝層の上には、溶
射法によって誘電体膜が形成され、前記温調ジャケット
が電極として用いられることにより、該温調ジャケット
と前記誘電体膜とが静電チャックとしての機能を発揮す
るものとなることを前記課題の解決手段とした。

【００１１】このウエハステージによれば、熱緩衝層
が、板状の多孔質Ａｌ₂Ｏ₃の孔内にアルミニウムまた
はアルミニウム合金を流し込んでこれらが複合化されて
形成されたものであるから、その線膨張係数がＡｌ₂Ｏ
₃とアルミニウムとの中間的な値となり、したがって、
線膨張係数が大きい金属と、線膨張係数が小さい絶縁材
料との間の線膨張係数を有するものとなる。よって、絶
縁材料からなる誘電体膜は、アルミニウムあるいはアル
ミニウム合金からなる温調ジャケットによる加熱を受け
た際、直接熱伝導されることなく熱緩衝層を介して熱伝
導されることから、これらの間の線膨張係数の差に起因
して誘電体膜に割れや剥離等が発生することが抑えられ
る。また、誘電体膜が温調ジャケット上に溶射法で成膜
されていることから、これら温調ジャケットと誘電体膜
とがより一体化し、これによりこれらの間の応力緩和が
図れるとともに、温調ジャケットから誘電体膜への熱伝
導が速やかになる。

【００１２】本発明における請求項３記載のウエハステ
ージの製造方法では、鋳型内の底部に板状の多孔質Ａｌ
₂Ｏ₃を設け、かつこれの上にヒータ、温媒配管を設
け、この状態で鋳型内に溶融アルミニウムあるいは溶融
アルミニウム合金を流し込み、高圧鋳造法によって温調
ジャケットを形成し、その後、該温調ジャケットにおけ
る前記多孔質Ａｌ₂Ｏ₃側の面に、溶射法によって絶縁
材料を成膜して誘電体膜を形成することを前記課題の解
決手段とした。

【００１３】このウエハステージの製造方法によれば、
鋳型の底部に設けた多孔質Ａｌ₂Ｏ ₃に溶融アルミニウ
ムあるいは溶融アルミニウム合金を流し込み、高圧鋳造
法によって温調ジャケットを形成するので、得られる温
調ジャケットでは、多孔質Ａｌ₂Ｏ₃側が表面側にほぼ
露出した状態となる。また、この多孔質Ａｌ₂Ｏ₃に
は、その孔内にアルミニウムあるいはアルミニウム合金
が充填されることにより、この多孔質Ａｌ₂Ｏ₃部分が
Ａｌ₂Ｏ₃とアルミニウムあるいはアルミニウム合金と
の中間的な性質を有する複合材となり、例えば線膨張係
数についてもこれらの中間的な値となる。よって、この
多孔質アルミナ側の面に溶射法によって絶縁材料を成膜
して誘電体膜を形成することにより、絶縁材料からなる
誘電体膜はその線膨張係数に近い前記多孔質アルミナ部
分を介して温調ジャケットの本体部分となるアルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金に間接的に接続することに
なる。したがって、得られるウエハステージにあって
は、その誘電体膜と温調ジャケットとの間の線膨張係数
の差に起因して、誘電体膜に割れや剥離等が発生するこ
とが抑えられる。

【００１４】本発明における請求項５記載のドライエッ
チング装置では、前記請求項１記載のウエハステージを
具備してなることを前記課題の解決手段とした。

【００１５】このドライエッチング装置によれば、前記
ウエハステージを具備していることから、高温エッチン
グ処理を行っても、ウエハステージに誘電体膜の割れ等
の不都合が生ずることなく、しかも該ウエハステージ上
に静電吸着したウエハを加熱して所望温度、例えば２０
０〜２５０℃といった高温に安定させることが可能にな
る。

【００１６】

【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、静電チャック機能を有したもの
で、円盤状の温調ジャケット２上に溶射下地層３を介し
て静電チャック機能における誘電体膜４を形成したもの
である。

【００１７】温調ジャケット２は、高圧鋳造法によって
形成されたアルミニウム製のもので、その内部にヒータ
５と温媒配管６とを埋め込み、かつその上面部に、複合
化アルミニウム材料からなる熱緩衝層７を備えて一体化
されたものである。ヒータ５は、温調ジャケット２の面
積（底面積）に応じた大型で大容量のシーズヒータから
なるもので、図示しない配線を介して電源に接続された
ものである。温媒配管６は、後述する温調手段に接続さ
れたＡｌやＣｕなどの熱伝導率が高い金属からなるもの
で、温調手段から供給された温媒を温調ジャケット２内
に流し、温調ジャケット２との間で熱交換を行わせるた
めのものである。

【００１８】熱緩衝層７は、後に製造方法について述べ
るように、ファイバーボードと称される板状の多孔質Ａ
ｌ₂Ｏ₃の孔内に、アルミニウムが流し込まれて複合化
され形成された、厚さ１０ｍｍ程度のものである。そし
て、この例では、多孔質Ａｌ ₂Ｏ₃としてその空孔率が
５０％のものが選択されたことにより、その線膨張係数
が１２×１０^-6／℃程度と、金属アルミニウムの線膨張
係数が前述したように約２３×１０^-6／℃であるのに比
較して半分程度に調整され、また熱伝導率が１５０〔Ｗ
／ｍ・Ｋ〕と、金属アルミニウムの熱伝導率が２４０
〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕であるのと近い値に調整されたものとな
っている。

【００１９】また、このような構成の温調ジャケット２
の上には、その熱緩衝層７の上に、溶射下地層３、誘電
体膜４がこの順に形成されている。溶射下地層３は、こ
の例ではＮｉ−５％Ａｌによって形成されたものであ
り、誘電体膜４は、絶縁材料であるＡｌ₂Ｏ₃にＴｉＯ
₂が適量添加されて形成されたものである。また、これ
ら溶射下地層３、誘電体膜４は、後述するようにいずれ
も溶射法によって温調ジャケット２上に形成されたもの
で、溶射下地層３は０．４ｍｍ程度の厚さに、誘電体膜
４は０．２ｍｍ程度の厚さに形成されたものである。こ
こで、溶射下地層３としては、該熱緩衝層７の線膨張係
数と誘電体膜４の線膨張係数との中間的な線膨張係数を
有する材料によって形成されるもので、この例では、前
記したように線膨張係数が１７×１０^-6／℃程度のＮｉ
−５％Ａｌが用いられている。また、誘電体膜４となる
Ａｌ₂Ｏ₃の線膨張係数は、８×１０ ^-6／℃程度であ
る。

【００２０】このような構成のもとにウエハステージ１
は、前記温調ジャケット２に配線（図示略）を介してＤ
Ｃ電圧が印加され、したがって該温調ジャケット２が電
極して用いられることにより、後述するように該温調ジ
ャケット２と前記誘電体膜４とが静電チャックとして機
能するものとなっている。なお、このウエハステージに
は、誘電体膜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。

【００２１】このような構成のウエハステージ１を作製
するには、まず、図２に示すように鋳型３０内の底部に
板状の多孔質Ａｌ₂Ｏ₃３１を置き、その上にヒータ５
を置く。続いて、この上にスペーサとしてＡｌ板３２を
置き、さらにその上に温媒配管６を置く。そして、この
状態でＡｌ板３２を予備加熱しておき、その後、この鋳
型３０内に溶融アルミニウム３３を流し込む。そして、
鋳型３０内に１ｔｏｎ／ｃｍ²程度の高圧をかける高圧
鋳造法により、温調ジャケット２を得る。

【００２２】このようにして温調ジャケッット２を形成
すると、多孔質Ａｌ₂Ｏ₃３１にはその孔内に溶融アル
ミニウム３３が充填され、さらにこれが冷却固化せしめ
られることにより、多孔質Ａｌ₂Ｏ₃３１は複合化アル
ミニウム材料となる。そして、この複合化アルミニウム
材料により、熱緩衝層７が形成されるのである。なお、
前述したように多孔質Ａｌ₂Ｏ₃の空孔率を選択するこ
とにより、得られる複合化アルミニウム材料（熱緩衝層
７）の物性、例えば線膨張係数や熱伝導度を所望する値
に調整することができる。

【００２３】次いで、得られた温調ジャケット２の多孔
質Ａｌ₂Ｏ₃３１側の面、すなわち熱緩衝層７の上面
に、図１に示したようにＮｉ−５％Ａｌを溶射し、溶射
下地層３を形成する。その後、該溶射下地層３の上にＡ
ｌ₂Ｏ₃を溶射し、誘電体膜４を形成し、ウエハステー
ジ１を得る。ここで、誘電体膜４の形成に際しては、該
誘電体膜４を静電チャックの誘電体として機能させるべ
く、Ａｌ₂Ｏ₃中にＴｉＯ₂を適宜量添加し、その堆積
固有抵抗を１０¹¹Ω／ｃｍ²オーダーに調整した。誘電
体膜４がこの固有抵抗値の範囲より高くなると、静電チ
ャックとして用いた場合にその吸着力が強くなりすぎ、
ウエハが外しにくくなるといった不都合を招くおそれが
あるからであり、また、前記固有抵抗値の範囲より低く
なると、ウエハステージ１を高温で用いた際抵抗がさら
に低くなることから、ウエハと誘電体膜４との界面で電
流が生じるおそれがあるからである。

【００２４】このような製造方法によれば、高圧鋳造法
で温調ジャケット２を形成することにより、多孔質Ａｌ
₂Ｏ₃３１の孔内に溶融アルミニウム３３を十分に充填
することができ、これにより機械的強度はもちろん線膨
張係数や熱伝導度などの物性についても、多孔質Ａｌ₂
Ｏ₃３１の空孔率からＡｌ₂Ｏ₃とアルミニウムとの量
比によって推算される値にほぼ近い値の複合化アルミニ
ウム材料が、温調ジャケット２の表層部に一体化された
状態で得られる。

【００２５】したがって、このようにして得られたウエ
ハステージ１では、温調ジャケット２における熱緩衝層
７が、その線膨張係数がＡｌ₂Ｏ₃とアルミニウムとの
中間的な値となることから、当然Ａｌ₂Ｏ₃からなる誘
電体膜４と、アルミニウムを主材料とする温調ジャケッ
ト２との間の線膨張係数を有するものとなる。しかも、
溶射下地層３が、該熱緩衝層７と誘電体膜４との間の線
膨張係数を有する材料によって形成されているので、誘
電体膜４は、温調ジャケット２による高温加熱を受けた
際、直接熱伝導されることなく、熱緩衝層７、溶射下地
層３と段階的に線膨張係数が小さくなる材料を介して熱
伝導されることになり、したがって、温調ジャケット２
の主材料であるアルミニウムとＡｌ₂Ｏ₃からなる誘電
体膜４との線膨張係数の差に起因して、該誘電体膜４に
割れや剥離等が発生することが抑えられる。また、誘電
体膜４が温調ジャケット２上に溶射法で成膜されている
ことから、これら温調ジャケット２と誘電体膜４とがよ
り一体化し、これによりこれらの間の応力緩和が図れる
とともに、温調ジャケット２から誘電体膜４への熱伝導
が速やかになり、後述するように誘電体膜４上に保持固
定されるウエハの温度制御を迅速に行うことができる。

【００２６】なお、前記例では温調ジャケット２を、ア
ルミニウムを主材料として形成したが、線膨張係数や熱
伝導度等を考慮して、アルミニウム合金を主材料として
形成してもよい。また、誘電体膜４の材質を適宜選択
し、温調ジャケット２との間で線膨張係数や熱伝導度の
差を小さくした場合には、前記溶射下地層３をなくし、
誘電体膜４を温調ジャケット２の熱緩衝層７上に直接溶
射してもよい。

【００２７】次に、本発明のドライエッチング装置の一
実施形態例として、図１に示したウエハステージ１を備
えたドライエッチング装置を図３を参照して説明する。
図３において符号１０はドライエッチング装置（以下、
エッチング装置と略称する）であり、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１
２、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。

【００２８】ＲＦアンテナ１２、１２は、拡散チャンバ
ー１１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。

【００２９】また、拡散チャンバー１１内には、試料と
なるウエハＷを保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、さらに温調ジャケッ
ト２には誘電体膜４に静電吸着力を発揮させるためのＤ
Ｃ電源２３が接続されている。

【００３０】また、このウエハステージ１には、その温
調ジャケット２の温媒配管６に配管２４ａ、２４ｂを介
して温媒供給装置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。温媒供給装置２５は、シリコンオイル等の熱媒
（温媒）を、配管２４ａを介してウエハステージ１の温
媒配管６内に供給し、かつ配管２４ｂを介して温媒配管
６から返送された熱媒を受け入れさらにこれを所定温度
に加熱するもので、このように熱媒（温媒）を温媒配管
６内に循環させることによってウエハステージ１上に保
持固定されたウエハＷを加熱するものである。

【００３１】温媒供給装置２５に接続された配管２４ａ
には高温での動作が可能な制御バルブ２７が配設され、
また配管２４ａと配管２４ｂとの間のバイパス配管２８
にも制御バルブ２７が配設されている。そして、このよ
うな構成のもとに、制御バルブ２７、２７を制御するこ
とによって温媒配管への熱媒の供給量を調整できるので
ある。また、この熱媒の供給量は、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熱媒供
給量となるように制御装置２９によって決定される。

【００３２】ただし、図１に示したウエハステージ１に
おいては、ウエハＷの設定温度にもよるものの、通常は
ヒータ５による加熱が主となり、熱媒（温媒）供給によ
る加熱はウエハＷの温度安定のための補助的な加熱とな
る。すなわち、プラズマエッチングを行った場合など、
プラズマからの入熱をウエハＷ、さらにはウエハステー
ジ１が受けることから、ヒータ５による加熱だけではウ
エハＷを設定温度に維持しておくのが困難であるが、ヒ
ータ５の加熱に加えて行う熱媒供給による加熱として、
実際にはウエハＷを設定温度に保つべくプラズマからの
入熱を相殺するように設定温度より低い温度の熱媒を供
給することで行い、これによりウエハＷを設定温度に安
定させるのである。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。

【００３３】次に、このようなエッチング装置１０を用
いたドライエッチング処理方法の一例を、図４（ａ）、
（ｂ）を参照して説明する。この処理方法は、図４
（ａ）に示すように、シリコンウエハ４０上に形成され
たＳｉＯ₂層４１の上に、Ｃｕからなる配線パターンを
プラズマエッチング処理によって形成する方法である。
すなわち、この例では、まず、シリコンウエハ４０上の
ＳｉＯ₂層４１の上に、密着層としてＴｉＮ膜４２をス
パッタ法によって形成し、続いてその上にスパッタ法等
によってＣｕ膜４３を形成し、さらにその上にＴｉＮ膜
４４を形成した。そして、このＴｉＮ膜４４の上にＳｉ
Ｏ₂膜（図示略）を形成し、さらに公知のリソグラフィ
ー技術、エッチング技術によって該ＳｉＯ₂膜をパター
ンニングし、図４（ａ）に示すようにＳｉＯ₂膜からな
るマスクパターン４５を形成した。

【００３４】次いで、マスクパターンを形成したシリコ
ンウエハ４０をエッチング装置１０内のウエハステージ
１上に載置し、温調ジャケット２に静電吸着力を発揮さ
せて該シリコンウエハ４０を保持固定するとともに、ヒ
ータ５および熱媒（温媒）供給による加熱を行ってシリ
コンウエハ４０を以下の設定温度に調整した。そして、
このマスクパターン４５をマスクにして以下の条件でＴ
ｉＮ膜４４、Ｃｕ膜４３、ＴｉＮ膜４２をエッチング
し、図４（ｂ）に示すように配線パターン４６を得た。エッチングガス；Ｃｌ₂ ３ｓｃｃｍ圧；５ｍＴｏｒｒソースパワー１（ＲＦアンテナ４）；１５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ）ソースパワー２（ＲＦアンテナ３、３）；１５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ）ＲＦバイアス；３５０Ｗウエハ温度；２５０℃

【００３５】このようにしてエッチングを行ったとこ
ろ、エッチング中においてもプラズマからの入熱に起因
するシリコンウエハ４０の温度上昇がほとんど認められ
ず、処理中、シリコンウエハ４０を設定した温度（２５
０℃）に安定して保ことができた。そして、このように
温度を高精度で安定させることができたことから、エッ
チングガスとしてＣｌ₂を単独で用いたにもかかわら
ず、良好な異方性形状の配線パターンを得ることがで
き、これによりＣｕ膜の加工を良好に行うことができ
た。

【００３６】なお、比較のため、静電チャック機能を発
揮させず、単に温調ジャケット２による加熱のみを行っ
て前記条件と同一の条件でシリコンウエハ４０の温度変
化を調べたところ、シリコンウエハ４０の温度は、処理
開始時においては十分な加熱がなされず、設定温度より
かなり低い１９０℃であった。そして、処理の進行に伴
って温度も上昇し、処理開始後約６０秒で設定温度であ
る２５０℃に達した。しかし、さらに処理を続けたとこ
ろ、プラズマからの入熱に起因して温度上昇がさらに進
み、処理開始後１２０秒後では約２６５℃にまで上昇し
てしまった。したがって、本発明のウエハステージ１で
は、その静電吸着力を発揮させることにより、従来では
不可能であった高い精度での温度制御が行えることが確
認された。

【００３７】次に、図３に示したエッチング装置１０を
用いたドライエッチング処理方法の他の例を、図５
（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。この処理方法は、
図５（ａ）に示すように、シリコンウエハ５０上に形成
されたＳｉＯ₂層５１に、ポリシリコンからなるサイド
ウォール５２をマスクとしてコンタクトホールを形成す
る方法である。すなわち、この例では、まず、シリコン
ウエハ５０上に厚さ１．０μｍのＳｉＯ₂層５１を形成
し、続いてこれの上にポリシリコン層５３を形成し、さ
らにこのポリシリコン層５３にコンタクトホール５４を
形成した。次に、このコンタクトホール５４の内壁面に
も堆積するようにして再度ポリシリコン層（図示略）を
形成し、さらにこれをエッチバックしてコンタクトホー
ル５４内にサイドウォール５２を形成した。なお、この
ようにして形成したサイドウォール５２に囲まれる孔の
径については、０．１μｍとした。

【００３８】次いで、サイドウォール５２を形成したシ
リコンウエハ５０をエッチング装置１０内のウエハステ
ージ１上に載置し、先の例と同様に温調ジャケット２に
静電吸着力を発揮させて該シリコンウエハ５０を保持固
定するとともに、ヒータ５および熱媒（温媒）供給によ
る加熱を行ってシリコンウエハ５０を以下の設定温度に
調整した。そして、サイドウォール５２をマスクにして
以下の条件でＳｉＯ₂層５１をエッチングし、図５
（ｂ）に示すようにコンタクトホール５４に連通するコ
ンタクトホール５５を形成した。エッチングガス；Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ８／１２０／１５０ｓｃｃｍ圧；５ｍＴｏｒｒソースパワー１（ＲＦアンテナ４）；１５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ）ソースパワー２（ＲＦアンテナ３、３）；１５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ）ＲＦバイアス；３５０Ｗウエハ温度；１５０℃

【００３９】従来では、このようなコンタクトホール５
５の形成を行った場合、サイドウォール５２に囲まれる
孔の径が０．１μｍと小さいため、通常の温度では反応
生成物であるフルオロカーボンポリマーで孔が埋まって
しまい、ＳｉＯ₂層５１のエッチングが進行せず、した
がってコンタクトホール５５を良好に形成することがで
きなかった。また、十分な温度制御を行うことなく高温
加熱すると、前記フルオロカーボンポリマーが全く堆積
されずに形状がボウイング化してしまい、下地に対する
選択比を確保することができなかった。

【００４０】しかして、ウエハステージ１を用いた前記
の方法によれば、シリコンウエハ５０を設定温度どおり
に高精度で安定させることができ、これにより高精度の
エッチングを行うことができるので、フルオロカーボン
ポリマーの堆積を制御できる温度範囲にシリコンウエハ
５０の温度を設定してエッチングを行うことにより、図
５（ｂ）に示したように、超微細高アスペクト比のコン
タクトホール５５を形成することができた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のウエハステ
ージは、線膨張係数が大きい金属と、線膨張係数が小さ
い絶縁材料との間の線膨張係数を有する熱緩衝層を備
え、この熱緩衝層の上に誘電体膜を形成したことによ
り、ウエハを加熱するに際して誘電体膜が温調ジャケッ
トによる加熱を受けた際、誘電体膜が直接熱伝導される
ことなく熱緩衝層を介して熱伝導されるようにしたもの
であるから、誘電体膜と温調ジャケットとの間の線膨張
係数の差に起因して誘電体膜に割れや剥離等が発生する
ことを抑えることができ、これにより支障なくウエハを
高温加熱することができるとともに、例えばプラズマか
らの入熱によって大きな温度上昇を引き起こすことなく
ウエハを高温域にても高精度に温度制御することができ
る。したがって、このウエハステージを用いることによ
り、例えばＣｕ等の材料に対して良好な異方性加工を行
うことができ、また、超微細高アスペクト比のコンタク
ホールの形成などをも可能にすることができる。また、
誘電体膜が温調ジャケット上に溶射法で成膜されている
ことから、これら温調ジャケットと誘電体膜とがより一
体化し、これによりこれらの間の応力緩和を図ることが
できるとともに、温調ジャケットから誘電体膜への熱伝
導を速やかにすることができ、したがって誘電体膜の破
損をより抑えることができるとともに、ウエハの温度制
御をより迅速に行うことができる。

【００４２】本発明のウエハステージの製造方法は、鋳
型の底部に設けた多孔質Ａｌ₂Ｏ₃に溶融アルミニウム
あるいは溶融アルミニウム合金を流し込み、高圧鋳造法
によって温調ジャケットを形成することにより、多孔質
Ａｌ₂Ｏ₃部分をＡｌ₂Ｏ₃とアルミニウムあるいはア
ルミニウム合金との中間的な性質を有する複合材とする
方法であるから、多孔質アルミナ側の面に溶射法によっ
て絶縁材料を成膜して誘電体膜を形成することにより、
絶縁材料からなる誘電体膜をその線膨張係数に近い前記
多孔質アルミナ部分を介して温調ジャケットの本体部分
となるアルミニウムあるいはアルミニウム合金に間接的
に接続することができる。したがって、得られるウエハ
ステージにあっては、その誘電体膜と温調ジャケットと
の間の線膨張係数の差に起因して、誘電体膜に割れや剥
離等が発生することが抑えることができる。

【００４３】このドライエッチング装置によれば、前記
ウエハステージを具備していることから、高温エッチン
グ処理を行っても、ウエハステージに誘電体膜の割れ等
の不都合が生ずることなく、しかも該ウエハステージ上
に静電吸着したウエハを加熱して所望温度、例えば２０
０〜２５０℃といった高温に安定させることができ、こ
れにより、前述したようにＣｕ等の材料に対して良好な
異方性加工を行うことができ、また、超微細高アスペク
ト比のコンタクホールの形成などをも可能にすることが
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側断
面図である。

【図２】図１に示したウエハステージの製造方法を説明
するための側断面図である。

【図３】本発明のドライエッチング装置の概略構成図で
ある。

【図４】（ａ）、（ｂ）は図３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。

【図５】（ａ）、（ｂ）は図３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他の例を、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温調ジャケット３溶
射下地層４誘電体膜５ヒータ６温媒配管７
熱緩衝層１０ドライマエッチング装置２５温媒供給装置
３０鋳型３１多孔質アルミナ３３溶融アルミニウム
Ｗウエハ

フロントページの続き (72)発明者高津恵東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温調ジャケットに静電チャック機能を付
与してなるウエハステージであって、前記温調ジャケットは、その内部にヒータと温調手段に
接続される温媒配管とを埋め込み、かつその上面部に、
熱緩衝層を備えて一体化されたアルミニウムあるいはア
ルミニウム合金製のものであり、前記熱緩衝層は、板状の多孔質Ａｌ₂Ｏ₃の孔内にアル
ミニウムまたはアルミニウム合金を流し込んでこれらが
複合化されて形成されたものであり、該温調ジャケットの前記熱緩衝層の上には、溶射法によ
って絶縁材料からなる誘電体膜が形成され、前記温調ジャケットが電極として用いられることによ
り、該温調ジャケットと前記誘電体膜とが静電チャック
としての機能を発揮するものとなることを特徴とするウ
エハステージ。
【請求項２】前記熱緩衝層と誘電体膜との間に、該熱
緩衝層の線膨張係数と誘電体膜の線膨張係数との間の線
膨張係数を有する材料からなる溶射下地層が、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
ウエハステージ。
【請求項３】鋳型内の底部に板状の多孔質Ａｌ₂Ｏ₃
を設け、かつこれの上にヒータ、温媒配管を設け、この
状態で鋳型内に溶融アルミニウムあるいは溶融アルミニ
ウム合金を流し込み、高圧鋳造法によって温調ジャケッ
トを形成し、その後、該温調ジャケットにおける前記多孔質Ａｌ₂Ｏ
₃側の面に、溶射法によって絶縁材料を成膜して誘電体
膜を形成することを特徴とするウエハステージの製造方
法。
【請求項４】前記温調ジャケットを形成した後、誘電
体材料を成膜するに先立ち、前記多孔質Ａｌ₂Ｏ₃に溶
融アルミニウムあるいは溶融アルミニウム合金が流し込
まれて形成された熱緩衝層の線膨張係数と、前記絶縁材
料の線膨張係数との間の線膨張係数を有する材料を、前
記熱緩衝層上に溶射法によって成膜し、溶射下地層を形
成することを特徴とする請求項３記載のウエハステージ
の製造方法。
【請求項５】温調ジャケットに静電チャック機能を付
与してなるウエハステージであり、前記温調ジャケット
は、その内部にヒータと温調手段に接続される温媒配管
とを埋め込み、かつその上面部に、熱緩衝層を備えて一
体化されたアルミニウムあるいはアルミニウム合金製の
ものであり、前記熱緩衝層は、板状の多孔質Ａｌ₂Ｏ₃
の孔内にアルミニウムまたはアルミニウム合金を流し込
んでこれらが複合化されて形成されたものであり、該温
調ジャケットの前記熱緩衝層の上には、溶射法によって
絶縁材料からなる誘電体膜が形成され、前記温調ジャケ
ットが電極として用いられることにより、該温調ジャケ
ットと前記誘電体膜とが静電チャックとしての機能を発
揮するものとなるウエハステージを、具備してなること
を特徴とするドライエッチング装置。