JPH1064984A

JPH1064984A - ウエハステージ

Info

Publication number: JPH1064984A
Application number: JP21622696A
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; Yoshiaki Tatsumi; 良昭辰巳; Seiichiro Miyata; 征一郎宮田
Original assignee: SOUZOU KAGAKU KK; SOZO KAGAKU KK; Sony Corp
Current assignee: SOUZOU KAGAKU KK; SOZO KAGAKU KK; Sony Corp
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】特に温度制御性を上げた静電チャック技術の
確立により、高温加熱条件下でプラズマ処理を可能にす
るウエハステージの提供が望まれている。【解決手段】静電チャック３と、静電チャック３の下
に配設された金属製ジャケット２とからなるウエハステ
ージ１である。静電チャック３は、絶縁材料からなる誘
電体３と、誘電体３の下側に配設されて誘電体３を固定
するためのろう付け層からなる電極５と、電極５の下側
に配設されて電極５により誘電体４を固定した窒化アル
ミニウム板６と、窒化アルミニウム板６の下側に配設さ
れて誘電体４を加熱するヒータ７と、窒化アルミニウム
板６の下側に配設され、かつヒータ７の上側あるいは下
側の少なくとも一方に配設された金属板８ａ（８ｂ）と
を備えている。金属製ジャケット２は、温調手段を備え
ている。

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
ハを常温以上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知られている。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低温でのエッチング
などが採用されつつあることから、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、前述したような低温下でプラズマ処理を行うプロセ
スだけでなく、高温下で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、ギャップフィ
ルＣＶＤやバリアメタルＣＶＤプロセスにおける高密度
プラズマの照射などによる、プラズマからウエハへの大
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。

【０００６】このような高温下でのプラズマプロセスに
おいて、ウエハの温度制御が十分できないのは以下の理
由による。（１）ウエハステージによるウエハの加熱は、通常ウエ
ハステージに設けられたヒータによって行うが、ヒータ
による加熱のみでは、プラズマからの入熱による温度上
昇が抑えられない。（２）ウエハステージとして、ウエハを吸着保持するた
めの静電チャックとこの静電チャックの温度調整を行う
金属製のジャケットとを備えたものを用いた場合、従来
では、ウエハとウエハステージとの密着性を向上させる
ことで、温度制御性を上げる静電チャック技術が確立さ
れていない。特に（２）については、高温では、静電チ
ャック用の誘電体としてポリイミド等の有機系膜が当然
使えないし、またセラミックスも体積固有抵抗が変化す
るため使いにくい。しかも、セラミックスは、静電チャ
ック中の他の金属材料や金属製ジャケットとの接合をど
うするかという問題もある。

【０００７】すなわち、一般に金属とセラミックスとの
線膨張係数は大きく異なるので、通常これらの接合に用
いられる溶射やろう付けでは、線膨張係数の違いから、
加熱状態にてセラミックスが破壊する可能性が高いから
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、特に温度制御性を上げた静電チャ
ック技術の確立により、高温加熱条件下でプラズマ処理
を可能にするウエハステージを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のウエハステージ
では、静電チャックと、該静電チャックの下に配設され
た金属製ジャケットとからなり、前記静電チャックは、
絶縁材料からなる誘電体と、該誘電体の下側に配設され
て該誘電体を固定するためのろう付け層からなる電極
と、該電極の下側に配設されて該電極により前記誘電体
を固定した窒化アルミニウム板と、該窒化アルミニウム
板の下側に配設されて前記誘電体を加熱するヒータと、
前記窒化アルミニウム板の下側に配設され、かつ前記ヒ
ータの上側あるいは下側の少なくとも一方に配設された
金属板とを備え、前記金属製ジャケットは、温調手段を
備えたことを前記課題の解決手段とした。

【０００９】このウエハステージによれば、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・保持されるウエハが速やかに
加熱される。また、静電チャックにおける電極が前記誘
電体を固定するためのろう付け層によって形成されてい
るので、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。また、電極とヒータとの間には、熱伝
導率が０．２３５〔cal/cm・sec ・℃〕と高い窒化アル
ミニウム板が設けられているので、ヒータから電極への
熱伝導が速やかになる。

【００１０】また、ヒータの上側あるいは下側の少なく
とも一方に金属板が配設されているので、ろう付け層か
らなる電極を薄く形成しても、金属板によって静電チャ
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。さらに、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窒化アルミニウム板側に速や
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、この静電チャックの下に配設された金
属製ジャケットからの温熱あるいは冷熱をヒータ側に伝
える伝熱板として機能する。また、このような構成の静
電チャックの下に温調手段を備えた金属製ジャケットが
配設されているので、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のに加え、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の温度調整を
行うことが可能になる。

【００１１】また、静電チャックと金属製ジャケットと
については、ろう付け層によって接合し、これらを一体
化するのが好ましく、このようにろう付け層によって一
体化した場合には、金属製ジャケットからの温熱あるい
は冷熱をより一層速やかに静電チャック側に伝えること
が可能になる。

【００１２】

【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、後述する温調手段（図示略）を備えて
形成されたアルミニウム製のもので、これにより温調手
段からの温熱あるいは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。

【００１３】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ろう付け層からなる電
極５と、電極５の下側に配設された窒化アルミニウム板
６と、該窒化アルミニウム板６の下側に配設されたヒー
タ７と、前記窒化アルミニウム板６の下側に配設され、
かつ前記ヒータ７の上下両側に配設された金属板８ａ、
８ｂとを備えて略円柱（円盤）状に構成されたものであ
る。

【００１４】誘電体４は、熱伝導率の高い絶縁材料、こ
の実施形態例では窒化アルミニウム（熱伝導率；０．２
３５〔cal/cm・sec ・℃〕）によって形成された厚さ
０．２ｍｍ程度の略円板状のもので、この例では予め作
製された焼結体からなっている。この誘電体４には、そ
の円板状の部分の側周縁にこれより下方に向かって延出
する筒状部４ａが形成され、また、その円板状の部分に
は、後述するように誘電体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）を、該誘
電体４の面上に突出させるための貫通穴４ｂが形成され
ている。さらに、この誘導体４の下面において貫通孔４
ｂの周辺部には、プッシャーピンがろう付け層からなる
電極５と接しないように該電極５の層厚と同じ高さの筒
部４ｃが形成されている。なお、この誘電体４として
は、窒化アルミニウム以外にも例えばサファイア（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
ス板も使用可能である。

【００１５】電極５は、前記窒化アルミニウム板６上に
誘電体４を固定するためのろう付け層、すなわち窒化ア
ルミニウム板６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である。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。このろう付
け層からなる電極５は、窒化アルミニウム板６の上面と
誘電体４との間に設けられるようになっており、これに
よりその側端は誘電体４の前記筒状部４ａに覆われてい
る。また、このろう付け層からなる電極５は、窒化アル
ミニウム板６の上面と誘電体４との間において、誘電体
４の前記筒部４ｃを避けて設けられており、これによっ
て該筒部４ｃを通るプッシャーピンと電極５とは接触し
ないようになっている。なお、この電極５には、図１中
に示さないものの高圧電源が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。

【００１６】窒化アルミニウム板６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６ａと、
この円板部６ａの側周縁より下方に向かって延出した筒
状部６ｂと、該筒状部６ｂの下端縁より外方に向かって
延出した鍔部６ｃを有して形成されたもので、全体が厚
さ２ｍｍ程度に形成されたものである。また、この窒化
アルミニウム板６は、前述したように高い熱伝導率
（０．２３５〔cal/cm・sec ・℃〕）を有するもので、
これによりこれの下に配設されるヒータ７から前記電極
５への熱伝導が速やかになされるようになっている。

【００１７】ヒータ７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７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７には、その螺旋状となるヒータパターンの間隙に
絶縁材９が埋め込まれており、これによってヒータ７
は、絶縁材９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９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。

【００１８】また、このヒータ７と絶縁材９とからなる
円盤形状のものには、その上面に金属板８ａが、下面に
金属板８ｂ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８ａ、８ｂに挟着されたヒータ７は、こ
れら金属板８ａ、８ｂとともに、前記窒化アルミニウム
板６の筒状部６ｂ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８ａ、８ｂとしては、ヒータ７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からの温熱あるいは冷
熱を速やかにヒータ７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（Ｍｏ）板が用いられてい
る。

【００１９】これら金属板８ａ、８ｂには、それぞれそ
の内面、すなわちヒータ７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７から金属板８ａ、８ｂに電気が流れることが防止さ
れている。また、金属板８ａは窒化アルミニウム板６に
ろう付けによって接合されており、同様に金属板８ｂ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て
いる。金属板８ａ、８ｂ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。なお、この静電チャック３には、前述
したように誘電体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。

【００２０】次に、このようなウエハステージ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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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、温調媒体用の配管２３、２４を介し
て媒体供給装置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。媒体供給装置２５は、Ｈｅガス等からなる−１０
０℃以下のガス冷媒を供給するチラーなども用いること
ができるが、本実施形態例では、シリコンオイル等の５
０℃〜２００℃といった高温の媒体を配管２３に供給す
る高熱媒体供給装置が用いられている。すなわち、この
媒体供給装置２５は、配管２３を介して高温媒体をウエ
ハステージ１の金属製ジャケット２に供給し、かつ配管
２４を介して金属製ジャケット２から返送された高温媒
体を受け入れさらにこれを所定温度に加熱または冷却す
るもので、このような高温媒体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を静電チャック３
のヒータ７とともに加熱しかつ温度調整するものであ
る。そして、これら媒体供給装置２５、配管２３、２
４、さらには媒体供給装置２５から金属製ジャケット２
に循環せしめられる高温媒体により、本発明における温
調手段が構成されているのである。

【００２４】媒体供給装置２５に接続された配管２３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２３と配管２４との間のバイパス配管２８にも高
温での動作が可能な制御バルブ２７が配設されている。
ここで、ウエハＷの加熱は、ウエハＷの設定温度にもよ
るものの、通常は主に静電チャック３のヒータ７によっ
て加熱を行う。一方、媒体供給装置２５から高温媒体が
循環されることによる金属製ジャケット２での加熱は、
むしろウエハＷの温度安定のため、さらにはプラズマ発
生による入熱を相殺するために、逆にヒータやプラズマ
によって設定温度以上に加熱されたウエハＷを、設定温
度にまで冷却するために用いられる。

【００２５】例えば、プラズマ処理プロセスにおけるウ
エハＷの設定温度を２００℃とする場合、ヒータ７によ
る加熱条件として例えば２２０℃程度にウエハＷを加熱
するようにしておき、一方、金属製ジャケット２に循環
させる高温媒体の温度を例えば１５０℃にしておく。そ
して、このようなヒータ７による加熱と金属製ジャケッ
ト２からの加熱により、ウエハＷを設定温度である２０
０℃に制御する。このようにして制御されたウエハＷ
は、前述したように、プラズマ発生による大きな入熱に
よって温度上昇が起こるが、その際、媒体供給装置２５
から供給される高温媒体の温度またはその流量により、
設定温度を維持するように制御される。

【００２６】すなわち、ウエハステージ１の金属製ジャ
ケット２をプラズマ発生前に比べて冷却し、プラズマ発
生による入熱を相殺すべくウエハＷの温度を設定した温
度にまで冷却するには、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って決定された温度となるよう
に媒体供給装置２５によって高温媒体を冷却し、または
予め実験や計算によって決定された流量となるように制
御装置２９で前記制御バルブ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。

【００２７】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３（ａ）〜
（ｂ）を参照して説明する。ここでの処理は、図３
（ａ）に示すようにウエハＷ上にＳｉＯ₂膜３１を介し
て形成されたＰｔ膜３２を、これの上に形成したＳｉＯ
₂パターン３３をマスクにして以下の条件でパターニン
グ（エッチング）する方法である。まず、図３（ａ）の
状態に形成されたウエハＷを、図２に示したようにウエ
ハステージ１上にセットし、このウエハＷをプラズマエ
ッチングの条件温度（設定温度）である２００℃に加熱
調整する。ウエハＷの加熱調整としては、静電チャック
３のヒータ７によってウエハＷの温度が２００℃を越え
るように加熱しつつ、この２００℃を越える分を相殺す
るように媒体供給装置２５から１５０℃に加熱調整され
たシリコンオイル（高温媒体）を金属製ジャケット２に
供給循環させ、ウエハＷの温度を設定温度である２００
℃に調整する。

【００２８】このようにしてウエハＷを設定温度に調整
したら、以下の条件でプラズマエッチングを行う。エッチングガス；Ｃｌ₂／Ｏ₂ ４５０／５０sccm 圧；約１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒ
ｒ）ソースパワー１；２５００Ｗソースパワー２；２５００ＷＲＦバイアス；３００Ｗウエハステージ温度；２００℃

【００２９】ここで、このようなプラズマエッチングに
おいては、プラズマの発生によってウエハＷに大きな入
熱があるものの、前述したように蛍光ファイバ温度計２
６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、この検出値に基づいて高温媒体の温度ま
たは流量を調整することにより、金属製ジャケット２に
送る熱量を少なくしてプラズマ発生によるウエハＷへの
入熱分を相殺し、ウエハＷの温度を設定温度に維持して
いる。このような条件のプラズマエッチングにより、図
３（ｂ）に示すように良好な形状のＰｔパターン３４を
形成することができた。

【００３０】なお、従来のヒータ加熱のみによる温度制
御方式では、プラズマからの入熱で２００℃近い温度上
昇が起こるため、その分を見込んで予めウエハステージ
による加熱の度合いを低くしておく必要があったが、ウ
エハステージ１を用いた本例では、最初からウエハＷを
設定温度（２００℃）に調整した状態で処理を行った。
そして、このようなウエハステージ１を用いた温度制御
方式では、プラズマ発生前から発生後までにかけてのウ
エハＷの最大温度上昇分ΔＴを、約２０℃に抑えること
がきた。すなわち、このウエハステージ１を用いたプラ
ズマエッチングの例では、従来のごとく予め設定温度を
低くしておいてエッチングを行うことにより、エッチン
グ開始当初にエッチング速度が極端に遅くなるなどとい
った不都合が生じていたのを、回避することができるの
である。

【００３１】次に、図１に示したウエハステージ１を用
いた、プラズマプロセスの他の例について、図４（ａ）
〜（ｃ）を参照して説明する。このプロセス例では、図
２に示したプラズマエッチング装置１０の装置構成にお
いて、その拡散チャンバー１１内のウエハステージ１周
辺にＳｉＨ₄供給用のガスリング３９（図２中二点鎖線
で示す）を設けた構成からなるプラズマＣＶＤ装置４０
を用い、図４（ａ）に示すようにウエハＷ上にＳｉＯ₂
膜４１を介して形成された複数のＡｌ配線４２…上に、
ギャップフィル用ＳｉＯ₂の成膜を行うようにした。

【００３２】まず、図４（ａ）の状態に形成されたウエ
ハＷを、先の例と同様にしてウエハステージ１上にセッ
トし、このウエハＷをプラズマＣＶＤの条件温度（設定
温度）である３５０℃に加熱調整する。ウエハＷの加熱
調整としては、静電チャック３のヒータ７によってウエ
ハＷの温度が３５０℃を越えるように加熱しつつ、この
３５０℃を越える分を相殺するように媒体供給装置２５
から２００℃に加熱調整されたシリコンオイル（高温媒
体）を金属製ジャケット２に供給循環させ、ウエハＷの
温度を設定温度である３５０℃に調整する。

【００３３】このようにしてウエハＷを設定温度に調整
したら、以下の条件でプラズマＣＶＤ処理を行う。原料ガス；ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ａｒ１０／
３０／１００sccm 圧；０．５Ｐａソースパワー１；２５００Ｗソースパワー２；２５００ＷＲＦバイアス；５００Ｗウエハステージ温度；３５０℃

【００３４】ここで、このようなプラズマＣＶＤにおい
ては、プラズマの発生によってウエハＷに大きな入熱が
あるものの、先の例と同様に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、この検出値に基づいて高温媒体の温度または
流量を調整することにより、金属製ジャケット２に送る
熱量を少なくしてプラズマ発生によるウエハＷへの入熱
分を相殺し、ウエハＷの温度を設定温度に維持してい
る。このような条件のプラズマＣＶＤにより、図４
（ｂ）に示すように緻密で良好な膜質のＳｉＯ₂膜４３
が形成され、これにより良好なギャップフィルを行うこ
とができた。

【００３５】なお、従来では、ウエハＷの保持固定に静
電チャックを用いていても、この静電チャックを金属製
ジャケットに接合していなかったり、金属製ジャケット
によるウエハステージ全体の冷却（すなわち、ヒータに
よる加熱に対する相対的な冷却）を実施していなかった
ので、プラズマ発生に伴う入熱による温度上昇分を見込
んでウエハステージによる加熱をウエハＷが２００℃程
度となるようにし、高温での成膜を実施していたが、ウ
エハステージ１を用いた本例では、最初からウエハＷを
設定温度（３５０℃）に調整した状態で処理を行った。
そして、このようなウエハステージ１を用いた温度制御
方式では、プラズマ発生前から発生後までにかけてのウ
エハＷの最大温度上昇分ΔＴを、約２０℃に抑えること
がきた。

【００３６】すなわち、このウエハステージ１を用いた
プラズマＣＶＤの例では、従来のごとく予め設定温度を
低くしておいて成膜を行うことにより、時間の経過に伴
って成膜温度が変化し、これにより得られる膜がその厚
み方向で膜質が異なってしまうといった不都合が生じて
いたのを、回避することができるのである。この後、得
られたウエハＷのＳｉＯ₂膜４３に対し、化学機械研磨
（ＣＭＰ）を行い、図４（ｃ）のようにＳｉＯ₂膜４３
を平坦化した。

【００３７】以上述べたように図１に示したウエハステ
ージ１にあっては、特にウエハＷを高温に設定する場
合、静電チャック３に一体化したヒータ７で設定温度を
越える温度にウエハＷを加熱しつつ、金属製ジャケット
２によってヒータ７による設定温度を越える分を相殺す
るようにウエハＷへの加熱の度合いを抑えて加熱するこ
とにより、ウエハＷの温度を設定温度に安定させること
ができる。また、プラズマ発生に伴う入熱があっても、
ヒータ７の温度を調整し、あるいは金属製ジャケット２
に備えられた温調手段を調整することによって該入熱分
を相殺することができ、これによりプラズマ処理中にウ
エハＷの温度が大きく変化するのを防止することができ
る。

【００３８】また、静電チャック３においては、金属板
８ａ、８ｂとして線膨張係数が５．７×１０^-6／℃と、
窒化アルミニウム板６の線膨張係数（５．１×１０^-6／
℃）に近い値を有し、かつ熱伝導率が０．３７０〔cal/
cm・sec ・℃〕のモリブデンを用いていることから、ウ
エハステージ１が温度変化に伴う熱ストレスを受けて
も、この熱ストレスに起因して、窒化アルミニウム板６
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。

【００３９】さらに、金属製ジャケット２と金属板８ｂ
との間、金属板８ａと窒化アルミニウム板６との間、さ
らに窒化アルミニウム板６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
の温度変化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。また、特に金属製ジャケット２と金属
板８ｂとの間、すなわち金属製ジャケット２と静電チャ
ック３との間をろう付け層で接合しているので、金属製
ジャケット２からの温熱あるいは冷熱をより速やかに静
電チャック３側に伝えることができ、これによりウエハ
Ｗの温度制御性を高めることができる。

【００４０】また、電極５は、その側端が誘電体４の筒
状部４ａに覆われており、さらに窒化アルミニウム板６
の上面と誘電体４との間においては筒部４ｃによってプ
ッシャーピンから絶縁されているため、このウエハステ
ージ１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にリーク電流が発生する
のを防止することができる。なお、前記実施形態例にお
いては、主にウエハＷを高温に設定する場合について説
明したが、本発明のウエハステージでは、ウエハＷを常
温あるいは低温に設定する場合にも用いることができる
のはもちろんである。

【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、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を速やかに誘電体に伝
え、これにより誘電体上に載置・保持されるウエハを速
やかに加熱することができ、かつ、この静電チャックの
下に温調手段を備えた金属製ジャケットが配設されてい
るので、静電チャックに設けたヒータによってウエハを
速やかに加熱するのに加え、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の温度調整を行うことがで
きる。したがって、このウエハステージは、ウエハ温度
を二重に制御することができることから、ウエハに対す
る温度制御性を高めたものとなり、これにより例えばプ
ラズマ処理のプロセス精度を向上させることができる。

【００４２】また、静電チャックにおける電極が誘電体
を固定するためのろう付け層によって形成されているの
で、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でき、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
なり、ウエハに対する温度制御性がより高いものとな
る。また、電極とヒータとの間に、熱伝導率が０．２３
５〔cal/cm・sec ・℃〕と高い窒化アルミニウム板が設
けられているので、ヒータから電極への熱伝導がより速
やかになり、これによってもウエハに対する温度制御性
が高められることになる。

【００４３】また、ヒータの上側あるいは下側の少なく
とも一方に金属板が配設されているので、ろう付け層か
らなる電極を薄く形成しても、金属板によって静電チャ
ック全体の機械強度を十分に保持することができる。さ
らに、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窒化アルミニウム板側に速やかに伝
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、この静電チャックの下に配設された金属製ジ
ャケットからの温熱あるいは冷熱をヒータ側に伝える伝
熱板として機能することから、やはり熱伝導性が良くな
ることにより、ウエハに対する温度制御性が高まる。

【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プラズマ
処理装置の概略構成図である。

【図３】（ａ）〜（ｂ）は図２に示した装置によるドラ
イエッチング処理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４】（ａ）〜（ｃ）は図２に示した装置を用いた成
膜処理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窒化アルミニウム板
７ヒータ８ａ、８ｂ金属板２３、２４配管２５媒
体供給装置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 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電チャックと、該静電チャックの下に
配設された金属製ジャケットとからなるウエハステージ
であって、前記静電チャックは、絶縁材料からなる誘電体と、該誘電体の下側に配設されて該誘電体を固定するための
ろう付け層からなる電極と、該電極の下側に配設されて該電極により前記誘電体を固
定した窒化アルミニウム板と、該窒化アルミニウム板の下側に配設されて前記誘電体を
加熱するヒータと、前記窒化アルミニウム板の下側に配設され、かつ前記ヒ
ータの上側あるいは下側の少なくとも一方に配設された
金属板とを備えてなり、前記金属製ジャケットは、温調手段を備えてなることを
特徴とするウエハステージ。
【請求項２】前記静電チャックと金属製ジャケットと
は、ろう付け層を介して接合され一体化されていること
を特徴とする請求項１記載のウエハステージ。