JPH11307515A

JPH11307515A - 銅薄膜のプラズマエッチング法

Info

Publication number: JPH11307515A
Application number: JP11186698A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】高温にて銅薄膜の異方性加工を良好に且つ確実
に行うことができるプラズマエッチング法を提供する。【解決手段】基体上に形成された銅薄膜のプラズマエッ
チング法は、ハロゲン系ガスをエッチング用ガスとして
用い、銅薄膜を２３０゜Ｃ乃至３００゜Ｃに加熱した状
態で、エッチング生成物である銅−ハロゲン化合物の銅
薄膜表面からの脱離が銅−ハロゲン化合物の生成を上回
るように、エッチング用ガス流量及び圧力、並びに電子
密度を制御して、銅薄膜をプラズマエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基体上に形成され
た銅薄膜のプラズマエッチング法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の超ＬＳＩにおいては、数ｍｍ角の
チップに数百万個以上の素子を集積することが要求され
ている。それ故、従来のような平面的な素子の微細化に
よってこのような高集積化を実現することは極めて困難
であり、配線を二重、三重に積み上げる多層配線技術が
不可欠である。一方、素子の高機能化、デバイスの動作
速度の高速化に対する要求も止まるところを知らず、こ
れらの要求を満たす半導体装置プロセス技術の整備が急
がれている。

【０００３】これらの要求を満たす技術の１つとして、
次世代以降の配線材料として銅（Ｃｕ）を用いる技術が
注目されて久しい。銅は、従来から使用されているアル
ミニウム系合金よりも抵抗値が低く、しかもエレクトロ
マイグレーションに対する耐性が高い等、半導体装置の
配線材料として優れた特性を有する。その反面、加工が
難しいことから、その実用化が遅れている。

【０００４】即ち、例えば、半導体基板上に設けられた
絶縁層上に形成された銅薄膜をプラズマエッチングする
場合、一般にプラズマエッチングに用いられるハロゲン
系ガスと銅とのエッチング生成物の蒸気圧は低い。その
ため、蒸気圧の低いエッチング生成物を気化させるため
に、銅薄膜を高温加熱しながらプラズマエッチングを行
う必要がある。ここで、プラズマエッチングを行う際に
は、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（ウエハステージと呼ばれる場合がある）上
に半導体基板を載置・固定する。そして、銅薄膜の加熱
は、通常、基体載置ステージに内蔵されたヒータによっ
て行う。ところが、プラズマエッチングが進行するに従
い、銅薄膜へのプラズマ照射によって銅薄膜に大きな入
熱があり、その結果、銅薄膜、更には半導体基板の温度
が大幅に上昇する。そのため、従来の技術においては、
例えば２５０゜Ｃにて銅薄膜のプラズマエッチングを実
施する場合、プラズマ照射による銅薄膜の温度上昇が１
００゜Ｃであるとすれば、プラズマエッチング開始時、
この温度上昇分だけ銅薄膜の温度を下げた状態で、即
ち、基体載置ステージの設定温度を例えば１５０゜Ｃに
設定した状態で、プラズマエッチングを開始している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このよう
に、銅薄膜の温度を下げた状態（例えば１５０゜Ｃ）か
らプラズマエッチングを開始すると、銅薄膜のプラズマ
エッチングを開始した後、銅薄膜の表面に難エッチング
層である銅−ハロゲン化合物層（例えば、ハロゲン系ガ
スとしてＣｌ₂ガスを用いた場合、ＣｕＣｌ_X層）が形成
される。このような難エッチング層が形成されると、そ
れ以降、銅薄膜のプラズマエッチングが進行しなくな
る。一方、プラズマエッチング開始前から半導体基板を
設定温度（例えば２５０゜Ｃ）に保持した場合には、プ
ラズマからの入熱によってプラズマエッチング中に銅薄
膜の温度が上昇する。その結果、銅薄膜とエッチング用
ガスとの間の化学反応は進行し易くなるものの、エッチ
ングされた銅薄膜の形状制御が困難となり、エッチング
加工精度が大幅に低下するという問題がある。

【０００６】また、たとえ、プラズマエッチング開始前
から半導体基板を設定温度（例えば２５０゜Ｃ）に保持
し、しかも、プラズマエッチング中にプラズマからの入
熱による銅薄膜の温度上昇を抑制することができたとし
ても、プラズマエッチング時に、未解離のハロゲン系ガ
ス成分あるいはそのラジカルが過剰に存在していると、
銅とハロゲン系ガスの反応生成物である銅−ハロゲン化
合物が銅薄膜表面から脱離する前に、銅のハロゲン化が
銅薄膜表面から内部へと進行してしまい、銅薄膜をエッ
チングできなくなるといった現象が認められている。

【０００７】銅薄膜の温度制御を行いながら、半導体基
板上に設けられた絶縁層上に形成された銅薄膜をプラズ
マエッチングする場合、半導体基板を基体載置ステージ
に十分に密着させる必要がある。そのための簡便な手段
としてクランプがあるが、クランプを使用した場合、ク
ランプと接する部分の銅薄膜に対するエッチングを行う
ことができない。また、半導体基板の周辺部のみにおい
て半導体基板を基体載置ステージに押し付けるため、半
導体基板の大口径化に伴い、半導体基板の中央部と周辺
部とでの均一なる基体載置ステージへの密着が難しいと
いった問題を有する。

【０００８】半導体基板を基体載置ステージに十分に密
着させる別の手段として、静電チャックがある。この静
電チャックは、文字通り、静電吸着によって半導体基板
を基体載置ステージに吸着するための装置である。即
ち、静電チャックは、通常、基体載置ステージの表面に
設けられた誘電体部材から成り、この誘電体部材に直流
電圧を印加することによって誘電体部材に静電吸着力を
生じさせる。静電チャックを使用すれば、クランプを使
用した場合と異なり、半導体基板の全面を基体載置ステ
ージに確実に密着させることができる。

【０００９】ところで、従来の静電チャックを備えた基
体載置ステージを高温に加熱すると、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てしまい、静電チャ
ックとしての機能が失われてしまう。このような問題を
解決する手段が、例えば、特開平１０−３２２３９号公
報に開示されている。この特許公開公報に開示された静
電チャックステージは、静電チャック用セラミックス焼
結体プレートと、セラミックとアルミニウムとの複合プ
レートとを接合して成る。この静電チャックステージを
使用することによって、高温で優れた温度制御下、銅薄
膜のプラズマエッチングが可能である。しかしながら、
この特許公開公報には、具体的な銅薄膜のプラズマエッ
チング法について記載も示唆もなされていない。

【００１０】従って、本発明の目的は、高温にて銅薄膜
の異方性加工を良好に且つ確実に行うことができるプラ
ズマエッチング法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、基体上に
形成された銅薄膜のプラズマエッチング法であって、ハ
ロゲン系ガスをエッチング用ガスとして用い、銅薄膜を
２３０゜Ｃ乃至３００゜Ｃ、好ましくは２３０゜Ｃ乃至
２７０゜Ｃに加熱した状態で、エッチング生成物である
銅−ハロゲン化合物の銅薄膜表面からの脱離が銅−ハロ
ゲン化合物の生成を上回るように、エッチング用ガス流
量及び圧力、並びに電子密度を制御して、銅薄膜をプラ
ズマエッチングすることを特徴とする本発明の銅薄膜の
プラズマエッチング法によって達成することができる。

【００１２】このように、銅薄膜の温度を２３０乃至３
００゜Ｃに保持した状態で銅薄膜のプラズマエッチング
を行えば、銅のハロゲン化が銅薄膜表面から内部へと進
行する前に、銅−ハロゲン化合物が銅薄膜表面から脱離
するので、プラズマエッチングの進行が妨げられること
がなくなる。尚、銅薄膜の温度を２３０゜Ｃ未満とした
のでは、銅薄膜表面に難エッチング層が形成され、プラ
ズマエッチングの進行が妨げられる虞がある。一方、銅
薄膜の温度が３００゜Ｃを越えると、基体とエッチング
用ガスとの反応速度が早くなりすぎ、プラズマエッチン
グの進行の制御が困難になる場合がある。

【００１３】例えば、ハロゲン系ガスとしてＣｌ₂ガス
を使用し、銅薄膜の温度を２３０乃至３００゜Ｃに保持
した状態で銅薄膜のプラズマエッチングを行うとき、プ
ラズマ中で解離した塩素ラジカルや塩素イオン等の活性
種以外にも、未解離の塩素分子によっても銅薄膜表面に
ＣｕＣｌ_Xが生成する。特に、未解離の塩素分子が過剰
に存在すると、基体加熱の効果も相俟って、エッチング
生成物である銅−ハロゲン化合物の銅薄膜表面からの脱
離が銅−ハロゲン化合物の生成を下回る結果、銅のハロ
ゲン化が銅薄膜表面から内部へと進行し、銅薄膜のエッ
チングの進行が妨げられる。

【００１４】本発明においては、エッチング生成物であ
る銅−ハロゲン化合物（ハロゲン系ガスとしてＣｌ₂ガ
スを使用した場合、ＣｕＣｌ_X）の銅薄膜表面からの脱
離が銅−ハロゲン化合物の生成を上回るように、エッチ
ング用ガス流量及び圧力、並びに電子密度を制御した状
態で銅薄膜をプラズマエッチングするので、銅のハロゲ
ン化が銅薄膜表面から内部へと進行することを抑制する
ことができ、プラズマエッチングの進行が妨げられるこ
とがなくなり、しかも、エッチング加工精度の低下を抑
えることができる。

【００１５】基体として直径２００ｍｍ（８インチ）の
シリコンウエハを使用し、ハロゲン系ガスとしてＣｌ₂
ガスを用い、銅薄膜を２３０゜Ｃ乃至２７０゜Ｃに加熱
した状態にて銅薄膜のプラズマエッチングを行う場合、
エッチング用ガス流量を２０ｓｃｃｍ以下（下限は銅薄
膜をエッチングできるガス流量）、エッチング用ガス圧
力を０．５Ｐａ以下、好ましくは０．１Ｐａ以下（下限
は銅薄膜をエッチングできる圧力）、電子密度を１×１
０¹⁰／ｃｍ³以上、好ましくは１×１０¹¹／ｃｍ³以上
（上限は、使用するエッチング装置に依存するが、例え
ば１×１０¹³／ｃｍ³）とするプラズマエッチング条件
を例示することができる。尚、銅薄膜１ｍ²当たりのエ
ッチング用ガス流量を１５０乃至３２０ｓｃｃｍとする
ことが好ましい。また、このときのエッチング用ガス圧
力を０．０１Ｐａ乃至０．５Ｐａ、電子密度を１×１０
¹⁰／ｃｍ³乃至１×１０¹¹／ｃｍ³とすることが好まし
い。尚、電子密度とイオン密度は平均において等しく、
これらはプラズマ密度とも呼ばれる。従って、本明細書
中で電子密度と表現する場合の電子密度という用語は、
イオン密度あるいはプラズマ密度と等価である。ここ
で、エッチング生成物である銅−ハロゲン化合物の銅薄
膜表面からの脱離が銅−ハロゲン化合物の生成を確実に
上回るようにするためには、一般的には、エッチング用
ガス流量を少なくし、エッチング用ガスの圧力を低く
し、電子密度を高くすることが好ましい。即ち、未解離
のハロゲン系ガス成分を出来る限り少なくすることによ
って、銅のハロゲン化が銅薄膜表面から内部へと進行す
ることを抑制することが重要である。

【００１６】本発明のプラズマエッチング法において
は、基体として、基板及びその上に設けられた絶縁層を
挙げることができる。あるいは又、例えばポリイミドフ
ィルム等のプラスチックフィルム等、半導体装置の製造
分野以外の分野における材料を挙げることができる。基
体を構成する基板としては、シリコン半導体基板、Ｇａ
Ａｓ基板等の化合物半導体若しくは半絶縁性基板、ＳＯ
Ｉ構造を有する半導体基板、絶縁性基板を挙げることが
できる。また、基体を構成する絶縁層しては、Ｓｉ
Ｏ₂、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳ
Ｇ、ＳｂＳＧ、ＮＳＧ、ＳＯＧ、ＬＴＯ（Low Temperat
ure Oxide、低温ＣＶＤ−ＳｉＯ₂）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ
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。

【００１７】ハロゲン系ガスとして、Ｃｌ₂ガスを挙げ
ることができる。

【００１８】プラズマは、ＥＣＲプラズマ法、ＩＣＰ
（Inductive Coupled Plasma）プラズマ法、ヘリコン波
プラズマ法等によって生成させることができる。

【００１９】尚、基体を、基板及びその上に設けられた
絶縁層から構成し、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に基体を載置した
状態で銅薄膜のプラズマエッチングを行うことが好まし
い。この場合、基体載置ステージは、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
材料から構成されていることが望ましい。そして、基体
載置ステージを電極として用い、セラミックス層は静電
チャック機能としての機能を発揮させることが好まし
い。尚、基体載置ステージ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から構成されていること
が好ましい。ヒータを複合材料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：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（α₁−３）≦α_H≦（α₁＋３）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。あるいは又、
基体載置ステージには温度制御手段が配設され、この温
度制御手段を、母材の内部に配設された温度制御用熱媒
体を流す配管から構成することもでき、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α_P［単位：１０^-6／Ｋ］は（α₁−３）≦
α_P≦（α₁＋３）の関係を満足することが好ましい。
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。

【００２０】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α_H，α_P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。

【００２１】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（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋
３）の関係を満足することが好ましい。これによって、
例えば３００゜Ｃ程度の高温にて使用しても、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ほぼ確実に防止すること
が可能となる。

【００２２】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。

【００２３】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Ａｌ₂Ｏ₃や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。（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）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、（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋
３）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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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Ａｌ₂Ｏ₃や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Ｙ_xＯ_yを添加してもよ
い。この場合、（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）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
も可能となる。

【００２８】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。

【００２９】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Ａｌ₂Ｏ₃又は窒化アルミニウ
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、（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）を満
足するように、炭化ケイ素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、炭化ケイ
素／アルミニウム系材料の容積比を、４０／６０乃至８
０／２０、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、（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）を満足する上で
望ましい。

【００３０】セラミックス層は、溶射法にて母材の表面
に形成されており、あるいは又、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、（α₁−３）
以上、（α₁＋３）以下の範囲内にあることが望まし
い。

【００３１】エッチング用ガスを用いたプラズマエッチ
ング法によれば、銅薄膜の異方性加工が実現できる反
面、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、銅薄膜の加工を
損なう原因となる虞がある。即ち、エッチング生成物
は、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
堆積したエッチング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。

【００３２】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銅薄膜の温度以上に保持し
た状態で、銅薄膜のプラズマエッチングを行うことが好
ましく、銅薄膜の温度をＴ₁゜Ｃ、チャンバー側壁や天
板の温度をＴ₂゜Ｃとしたとき、Ｔ₁≦Ｔ₂≦（Ｔ₁＋２０
０）、好ましくは（Ｔ₁＋５０）≦Ｔ₂≦（Ｔ₁＋２０
０）、一層好ましくは（Ｔ₁＋１００）≦Ｔ₂≦（Ｔ₁＋
２００）の関係を満足することが望ましい。

【００３３】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
から成る複合材料から作製されていることが好ましい。
尚、複合材料には温度制御手段が配設され、この温度制
御手段はヒータから構成されていることが好ましい。ヒ
ータを複合材料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：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（α₁−３）≦
α_H≦（α₁＋３）の関係を満足することが好ましい。

【００３４】このような複合材料から基体載置ステージ
やチャンバー側壁、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、複合材料から作製され
た基体載置ステージやチャンバー側壁、天板を高温で確
実に使用することが可能となる。しかも、母材は高い熱
伝導率を有しているので、基体載置ステージによって基
体を効率良く加熱することができ、あるいは又、チャン
バー側壁や天板を効率良く加熱することが可能となる。
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
ング用ガスによる複合材料の腐蝕発生を防止することが
できる。また、チャンバー側壁や天板を、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
成る複合材料から作製すれば、エッチング生成物がチャ
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。

【００３５】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エッチング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。

【００３６】

【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。

【００３７】（実施の形態１）実施の形態１での使用に
適したヘリコン波プラズマエッチング装置２０（以下、
単にエッチング装置２０と略称する）の概念図を図１に
示す。エッチング装置２０のチャンバー２１内には、シ
リコン半導体基板４０を保持・固定するための基体載置
ステージ１０が配設されている。

【００３８】実施の形態１における基体載置ステージ１
０の模式的な断面図を、図２の（Ａ）に示す。この基体
載置ステージ１０は複合材料１１から構成されている。
複合材料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。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の下
面には、温度制御手段として、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）から成るヒータ１４が取り付け
られている。尚、基体載置ステージ１０には、セラミッ
クス層１３上に載置、保持された例えばシリコン半導体
基板４０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。

【００３９】実施の形態１における複合材料１１は、具
体的には、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）から成るアルミニウム系材料が充填された母
材１２と、この母材１２の表面（チャンバー２１側の面
及び側面）に設けられたＡｌ₂Ｏ₃から成るセラミックス
層１３とから構成されている。また、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１２の形状は円盤状である。
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３
５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。

【００４０】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（焼結体）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５μｍであり、平均長さは２ｍｍ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。また、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は、セラミックスのみから作製された基
体載置ステージよりも高い熱伝導性を有するし、電圧の
印加は勿論のこと、バイアスの印加も可能である。

【００４１】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、α₂
は約９であり、セラミックス層１３の線膨張率α₂は
（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）の関係を満足してい
る。尚、Ａｌ₂Ｏ₃それ自体の線膨張率は約８×１０^-6／
Ｋである。

【００４２】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、シリコン半導体基板４０をセラミ
ックス層１３に充分吸着させることが困難になる虞があ
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、シリコン半導体基板４０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、ＴｉＯ₂を０〜約１０重量％添加すること
によって、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。

【００４３】複合材料１１によって構成される基体載置
ステージ１０の作製方法を、以下、説明する。複合材料
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。具体的には、この工程（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。

【００４４】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
１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体とコージエライ
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体がバ
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
ス粉体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。

【００４５】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ファイバーボードを用
意する。そして、容器（鋳型）の底部にファイバーボー
ドを配置する。尚、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。

【００４６】次いで、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８００〜８５０゜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。

【００４７】次に、母材１２の上面、即ち、ヒータ側の
頂面、及び側面を研磨する。その後、この研磨面に、Ａ
ｌ₂Ｏ₃にＴｉＯ₂を約２．５重量％混合した粒径が約１
０μｍ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１
０¹¹Ω／□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。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１４を取り付
け、基体載置ステージ１０を得る。

【００４８】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、高温から常温に基体載置ステージ１０を戻
したときに、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。

【００４９】また、基体載置ステージ１０の作製方法に
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。

【００５０】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、母材の表面に
設けられたセラミックス層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、母材の表
面に設けられたセラミックス層が、基体載置ステージ１
０の使用時、温度変化に追従できなくなり、セラミック
ス層に割れが生じ易くなる。つまり、セラミックス層
は、粒径が約１０μｍの混合粉末が溶射されそして母材
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
クス層への影響は無視できないものとなり、セラミック
ス層１３に割れが発生する確率が高くなる。

【００５１】また、セラミックス層を母材上に溶射法に
て形成するので、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、基
体載置ステージ１０を構成するセラミックス層１３に保
持・固定された基体（あるいは銅薄膜）の温度制御を迅
速に且つ確実に行うことが可能となる。

【００５２】尚、図２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（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１２の表面に取
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。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。

【００５３】このような基体載置ステージ１０を組み込
んだ実施の形態１のエッチング装置２０は、更に、チャ
ンバー２１と、ＲＦアンテナ２６と、マルチポール磁石
２４を備えている。尚、このエッチング装置２０におい
ては、プラズマエッチングすべき銅薄膜がシリコン半導
体基板４０上に設けられた絶縁層上に形成されている場
合を例にとり説明する。

【００５４】２つのＲＦアンテナ２６は、チャンバー２
１の上部に設けられた直径３５０ｍｍの円筒状石英菅か
ら成るベルジャー（チャンバー側壁）２３の外側を周回
して配設され、Ｍ＝１モードのプラズマを生成するアン
テナ形状を有し、マッチングネットワーク２７を介して
ヘリコン波プラズマ発生源２８に接続されている。これ
らのＲＦアンテナ２６の外側には、内周コイルと外周コ
イルとから構成されたソレノイドコイル・アッセンブリ
２５が配設されている。このソレノイドコイル・アッセ
ンブリ２５のうち、内周コイルはヘリコン波の伝搬に寄
与し、外周コイルは生成したプラズマの輸送に寄与す
る。マルチポール磁石２４は、チャンバー２１の下部外
側に設けられており、エレクトロンがチャンバー２１の
側壁にて消失することを抑制するためのカスプ磁場を形
成する。尚、参照番号２２は、チャンバー２１の天板で
ある。

【００５５】チャンバー２１内には、シリコン半導体基
板４０を保持・固定するための基体載置ステージ１０
（図２の（Ａ）参照）が配設されている。更に、チャン
バー２１内のガスを排気するための排気口２９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４０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３
１が接続され、更には、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３２が
接続されている。また、基体載置ステージ１０のヒータ
１４は、電源３３に接続されている。更には、シリコン
半導体基板４０の温度を計測するための蛍光ファイバ温
度計３５が、エッチング装置２０には備えられている。
尚、基体載置ステージ１０の温度制御は、蛍光ファイバ
温度計３５で検知された温度を制御装置（ＰＩＤコント
ローラ）３４で検出し、ヒータ１４へ電力を供給するた
めの電源３３を制御することによって行うことができ
る。尚、図１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。

【００５６】次に、エッチング装置２０を用いたプラズ
マエッチング法を、図３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して
説明する。

【００５７】先ず、シリコン半導体基板４０の上に形成
されたＳｉＯ₂から成る下地絶縁層４１の上に、銅薄膜
を形成する。具体的には、先ず、シリコン半導体基板４
０の上に公知のＣＶＤ法で形成された下地絶縁層４１の
上に、密着層としてＴｉＮ膜４２をスパッタ法によって
形成した。続いて、ＴｉＮ膜４２の上にスパッタ法によ
って銅薄膜４３を形成し、更にその上にＳｉＮ膜を形成
し、更に公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術に
よってこのＳｉＮ膜をパターニングし、ＳｉＮ膜から成
るマスクパターン４４を形成した。この状態を、図３の
（Ａ）の模式的な一部断面図に示す。

【００５８】次いで、マスクパターン４４を形成したシ
リコン半導体基板４０を図１に示したエッチング装置２
０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４
０を基体載置ステージ１０上に保持・固定した。そし
て、ヒータ１４の作動によって基体載置ステージ１０の
温度制御を行い、銅薄膜４３を含むシリコン半導体基板
４０を以下の表１に示す設定温度に調整した。

【００５９】そして、マスクパターン４４をエッチング
用マスクとして、以下の表１に示す条件にて、銅薄膜４
３及びＴｉＮ膜４２に対してプラズマエッチング処理を
行い、銅薄膜４３から構成された配線を得た。この状態
を、図３の（Ｂ）の模式的な一部断面図に示す。また、
比較のために、エッチング用ガスの圧力及びヘリコン波
プラズマ発生源２８からのソースパワーを変えた試験を
行った。尚、全ての試験において、エッチング用ガスと
してＣｌ₂を使用し、流量を１０ｓｃｃｍとした。ま
た、ＲＦバイアスを３００Ｗとした。

【００６０】

【表１】圧力発生源２８からのパワー基板温度（ＲＦアンテナ２６）（１３．５６ＭＨｚ）単位（Ｐａ）（ｋＷ）（゜Ｃ）実施の形態１（Ａ）０．１１．５２３０比較例１１１．５２３０実施の形態１（Ｂ）０．５２．５２５０比較例２０．５０．５２５０

【００６１】表１に示した実施の形態１（Ａ）及び比較
例１の条件における電子密度は１０¹⁰／ｃｍ³オーダー
である。また、実施の形態１（Ｂ）の条件における電子
密度は１０¹¹／ｃｍ³オーダーであり、比較例２の条件
における電子密度は１０⁹／ｃｍ³オーダーである。

【００６２】プラズマエッチング処理においては、プラ
ズマの発生によって銅薄膜４３（更にはシリコン半導体
基板４０）に大きな入熱がある。しかしながら、蛍光フ
ァイバ温度計３５で検知された温度を制御装置（ＰＩＤ
コントローラ）３４で検出し、この検出値に基づいてヒ
ータ１４を制御することによって、シリコン半導体基板
４０の温度を設定温度（表１の基板温度）に維持した。
このように、銅薄膜４３を含むシリコン半導体基板４０
の温度を高精度で安定させることができたため、実施の
形態１（Ａ）及び実施の形態１（Ｂ）においては、Ｃｌ
₂ガスの解離が十分に進み、豊富な活性種と銅との反応
が速やかに進行し、エッチング用ガスとしてＣｌ₂を用
いて良好な異方性形状を有する配線を形成することがで
き、銅薄膜４３の異方性加工を良好に行うことができ
た。また、エッチング生成物である銅−ハロゲン化合物
の銅薄膜表面からの脱離が銅−ハロゲン化合物の生成を
上回り、難エッチング層の生成は全く認められなかっ
た。

【００６３】一方、圧力を１Ｐａとした比較例１のプラ
ズマエッチング条件においては、エッチング用ガスのチ
ャンバー２１内での滞留時間が、圧力を０．１Ｐａとし
た実施の形態１（Ａ）のプラズマエッチング条件よりも
約１０倍長く、未解離の塩素ガスと銅とが反応し、Ｃｕ
Ｃｌ_X層が銅薄膜表面から内部へと形成され、エッチン
グ開始直後からエッチングが進行しなくなった。また、
ヘリコン波プラズマ発生源２８からのソースパワーを
０．５ｋＷとした比較例２においては、即ち、電子密度
が１０¹⁰／ｃｍ³を下回るプラズマエッチング条件にあ
っては、未解離の塩素ガスと銅とが反応し、ＣｕＣｌ_X
層が銅薄膜表面から内部へと形成され、エッチング開始
直後からエッチングが進行しなくなった。

【００６４】（実施の形態２）実施の形態２での使用に
適したヘリコン波プラズマエッチング装置２０Ａの概念
図を図４に示す。実施の形態２においては、基体載置ス
テージ１０Ａの模式的な断面図を図５の（Ａ）に示すよ
うに、温度制御手段を、母材１２Ａの内部に配設された
ヒータ１４Ａ、及び母材１２Ａの内部に配設された温度
制御用熱媒体を流す配管１５Ａから構成した。ヒータ１
４Ａとして、母材１２Ａ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１４Ａ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１４Ａは、配線を
介して電源３３（図４参照）に接続されている。ヒータ
１４Ａの熱膨張は、基体載置ステージ１０Ａに影響を与
える。従って、母材１２Ａやセラミックス層１３Ａ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１４Ａを構成する材料（母材１２Ａと接する鞘管の材
料）の線膨張率α_H［単位：１０^-6／Ｋ］は、（α₁−
３）≦α_H≦（α₁＋３）の関係を満足することが好まし
い。尚、ヒータ１４Ａの本体の線膨張率は、基体載置ス
テージ１０Ａに影響を与えることがないので、特に制限
されない。

【００６５】基体載置ステージ１０Ａの母材１２Ａ内に
配設された配管１５Ａは、配管３６Ａ，３６Ｂを介して
温度制御用熱媒体供給装置３８（図４参照）に接続され
ている。そして、金属あるいは合金から作製されてい
る。温度制御用熱媒体供給装置３８から供給された温度
制御用熱媒体を基体載置ステージ１０Ａ内の配管１５Ａ
に流すことによって、基体載置ステージ１０Ａの温度制
御を行うことができる。配管１５Ａの熱膨張も、基体載
置ステージ１０Ａに影響を与える。従って、母材１２Ａ
やセラミックス層１３Ａ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１５Ａを
用いることが好ましい。即ち、配管１５Ａを構成する材
料の線膨張率α_P［単位：１０^-6／Ｋ］は、（α₁−３）
≦α_P≦（α₁＋３）の関係を満足することが好ましい。

【００６６】温度制御用熱媒体供給装置３８は、例え
ば、フロンガス等の低温（例えば０゜Ｃ）の温度制御用
熱媒体（冷媒）を供給するチラーから構成されている。
そして、温度制御用熱媒体供給装置３８は、フロンガス
等の低温（例えば０゜Ｃ）の温度制御用熱媒体（冷媒）
（場合によってはシリコンオイル等の温度制御用熱媒
体）を、配管３６Ａを介して基体載置ステージ１０Ａの
配管１５Ａに供給し、配管３６Ｂを介して配管１５Ａか
ら送り出された温度制御用熱媒体を受け入れ、更に、こ
の温度制御用熱媒体を所定温度に冷却する。このよう
に、温度制御用熱媒体を配管１５Ａ内に循環させること
によって、基体載置ステージ１０Ａ上に保持・固定され
た基体の温度制御を行うことができる。温度制御用熱媒
体供給装置３８に接続された配管３６Ａには、高温での
動作が可能な制御バルブ３７が配設されている。一方、
配管３６Ａと配管３６Ｂとの間のバイパス配管３６Ｃに
も制御バルブ３７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３７の開閉度を制御すること
によって、配管１５Ａへの温度制御用熱媒体の供給量を
制御する。また、蛍光ファイバ温度計３５で検知された
温度を制御装置（ＰＩＤコントローラ）３４で検出し、
予め設定された基体の温度との差から、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、温度制御用熱
媒体の供給量が制御装置３４によって決定される。

【００６７】図５の（Ａ）に示した基体載置ステージ１
０Ａにおいては、基体の設定温度にも依るが、通常は、
ヒータ１４Ａによる加熱によって主たる温度制御がなさ
れる。そして、温度制御用熱媒体による基体載置ステー
ジ１０Ａの温度制御は、基体の温度安定のための補助的
な温度制御である。即ち、プラズマエッチング処理を行
った場合、プラズマからの入熱を銅薄膜４３、更にはシ
リコン半導体基板４０が受ける結果、ヒータ１４Ａによ
る加熱だけでは銅薄膜４３を設定温度に維持しておくこ
とが困難となる場合がある。このような場合、ヒータ１
４Ａの加熱に加えて、銅薄膜４３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（例えば０゜Ｃ）の温度制御用熱媒体を配管１５Ａ
に流す。これによって、銅薄膜４３を一層確実に設定温
度に安定させることができる。

【００６８】複合材料１１Ａ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
材料１１Ａも、（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。具体的には、この工程（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。

【００６９】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１４Ａ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
１５Ａ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
１４Ａ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１５Ａ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。

【００７０】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８００〜８５０゜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１２Ａが作製され
る。

【００７１】次に、母材１２Ａの上面、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。

【００７２】この基体載置ステージ１０Ａを用いたプラ
ズマエッチング法は、実施の形態１にて説明した方法と
実質的には同様とすることができるので、詳細な説明は
省略する。

【００７３】尚、図５の（Ｂ）の模式的な断面図に示す
ように、基体載置ステージ１０Ｂにおいては、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１２Ａの
表面に設けている。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１
６Ａを、例えば、約６００゜Ｃの温度にてＡｌ−Ｍｇ−
Ｇｅ系のロウ材１７Ａを用いたロウ付け法にて母材１２
Ａの表面に取り付ければよい。必要に応じて、基体載置
ステージ１０Ｂ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。また、場合によっては、
図５の（Ｃ）の模式的な断面図に示す基体載置ステージ
１０Ｃのように、配管１５Ａを省略してもよいし、ヒー
タ１４Ａを省略して配管１５Ａのみとしてもよい。更に
は、ヒータを母材１２Ａに埋設する代わりに、母材の下
面に取り付けてもよい。

【００７４】（実施の形態３）実施の形態３も、実施の
形態１の変形である。実施の形態３が実施の形態１と相
違する点は、複合材料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３における基
体載置ステージ１０の構造は、図１の（Ａ）に模式的な
断面図を示したと同様である。

【００７５】実施の形態３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。（α_１−
３）≦α_２≦（α₁＋３）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１０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。

【００７６】実施の形態３におけるヒータ１４も、約４
００゜Ｃまでの加熱が可能なＰＢＮヒータである。ヒー
タ１４を母材１２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４００゜Ｃまでの範囲内で温度制
御することが可能となる。

【００７７】複合材料１１によって構成される基体載置
ステージ１０の作製方法を、以下、説明する。複合材料
１１は、基本的には、実施の形態１と同様に、（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、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。

【００７８】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％−Ａｌ体積３０％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１４を取り付
け、基体載置ステージ１０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１
３を溶射法にて形成してもよい。

【００７９】このようにして作製された基体載置ステー
ジ１０にあっては、セラミックス層１３の線膨張率α₂
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、（α₁−３）≦
α₂≦（α₁＋３）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１０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。

【００８０】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
なる。

【００８１】複合材料１１によって構成される基体載置
ステージ１０を備えた実施の形態３のエッチング装置
は、実施の形態１にて説明したプラズマエッチング装置
と同様とすることができるので、詳細な説明は省略す
る。また、実施の形態３におけるプラズマエッチング法
は、実質的には、実施の形態１にて説明したプラズマエ
ッチング法と同様とすることができるので、詳細な説明
は省略する。尚、基体載置ステージ１０の温度制御は、
蛍光ファイバ温度計３５で検知された温度を制御装置
（ＰＩＤコントローラ）３４で検出し、ヒータ１４へ電
力を供給するための電源３３を制御することによって行
うことができる。

【００８２】図２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。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１２の表面に取
り付ければよい。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。あるいは又、実施の形態２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。

【００８３】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。

【００８４】（実施の形態４）実施の形態４も実施の形
態１の変形である。実施の形態４が実施の形態１と相違
する点は、複合材料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。

【００８５】実施の形態４における基体載置ステージ１
０の構造は、図２の（Ａ）に模式的な断面図を示したと
同様である。

【００８６】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
₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）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、（α₁−３）
≦α₂≦（α₁＋３）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。

【００８７】ヒータ１４は、実施の形態１と同様に、Ｐ
ＢＮヒータである。ヒータ１４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４００゜Ｃまでの範囲内で温度制御するこ
とが可能となる。あるいは又、実施の形態２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１０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
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。

【００８８】基体載置ステージ１０の作製方法を、以
下、説明する。複合材料１１は、基本的には、実施の形
態１と同様に、（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、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。

【００８９】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の頂面及び側面を研磨する。
その後、この研磨面に、Ａｌ₂Ｏ₃にＴｉＯ₂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
０．２ｍｍ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１４を取り付け、基体載置ステージ１０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（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１３を溶射法にて形成してもよい。

【００９０】尚、基体載置ステージ１０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１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１０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１０を作製すればよい。

【００９１】このようにして作製された基体載置ステー
ジ１０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Ｔｉ
Ｏ₂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
−３）≦α₂≦（α₁＋３）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１０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。

【００９２】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。

【００９３】図２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の頂面に取り付けれ
ばよい。

【００９４】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。

【００９５】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、ドライエッチング
装置の構造は例示であり、適宜設計変更することができ
る。また、発明の実施の形態にて説明した各種の加工条
件も例示であり、適宜変更することができる。更には、
複合材料の組成やコージエライトセラミックス・ファイ
バーボードの物性も例示であり、適宜変更することがで
きる。

【００９６】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、例えばアルミニウム材料と母
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６及び図７に
示す。基体載置ステージ１１０は、アルミニウム製の円
盤状部材１１８に複合材料１１１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６、図７及び後述する図１１〜図１３には図示
していない。図６に示す構造においては、基体載置ステ
ージ１１０の頂面はセラミックス層１１３にて被覆され
ている。尚、必要に応じて、基体載置ステージ１１０の
側面をセラミックス層１１３にて被覆しておいてもよ
い。一方、図７に示す構造においては、基体載置ステー
ジ１１０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１１６がロウ材１１７によって
取り付けられている。図６の（Ａ）あるいは図７の
（Ａ）においては、アルミニウム製の円盤状部材１１８
の内部に配管１１５が配設されている。また、母材１１
２が円盤状部材１１８の上面及び下面に固定されてい
る。円盤状部材１１８の上面に固定された複合材料１１
１の構造、及び円盤状部材１１８の下面に固定された母
材１１２の構成は、実施の形態１〜実施の形態４にて説
明した複合材料の構造、母材の構成と同様とすることが
できる。図６の（Ｂ）あるいは図７の（Ｂ）において
は、アルミニウム製の円盤状部材１１８の下面には母材
が省略されている。図６の（Ｃ）あるいは図７の（Ｃ）
においては、アルミニウム製の円盤状部材１１８の下面
にＰＢＮヒータ１１４が取り付けられている。そして、
複合材料１１１が円盤状部材１１８の上面に固定されて
いる。

【００９７】プラズマエッチング装置を、図８に示すよ
うに、例えば、ＩＣＰ型のプラズマエッチング装置とす
ることもできる。エッチング装置２０Ｂには、チャンバ
ー側壁５２と天板５３から構成されたチャンバー５１
と、天板５３を加熱するためのヒータ５４と、チャンバ
ー側壁５２の外側に配設された誘導結合コイル５５が備
えられている。尚、チャンバー側壁５２は石英製であ
り、天板５３は後述するように複合材料から作製されて
いる。チャンバー５１内には、基体であるシリコン半導
体基板４０を保持・固定するための基体載置ステージ１
０（図２の（Ａ）参照）が配設されている。更に、チャ
ンバー５１内のガスを排気するための排気口５９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４０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
５６が接続され、更には、母材１２に相当する温度調節
ジャケットにはセラミックス層１３に静電吸着力を発揮
させるための直流電源５７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５８に接続されている。更には、基体であるシ
リコン半導体基板４０の温度を計測するための蛍光ファ
イバ温度計（図示せず）が、エッチング装置２０には備
えられている。基体載置ステージ１０の温度制御は、蛍
光ファイバ温度計で検知された温度を制御装置（ＰＩＤ
コントローラ）（図示せず）で検出し、ヒータ１４へ電
力を供給するための電源５８を制御することによって行
うことができる。

【００９８】プラズマエッチング装置のチャンバー側壁
２３あるいは天板２２，５３は、複合材料から作製され
ていることが好ましい。図１に示したプラズマエッチン
グ装置２０におけるチャンバー２１のチャンバー側壁２
３の模式的な一部断面図を、図９〜図１３に示す。この
チャンバー側壁２３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
成る複合材料２１１から作製されている。

【００９９】チャンバー側壁２３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
９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２３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９×１
０^-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、（α₁−３）≦α_H≦（α₁＋
３）の関係を満足することが好ましい。尚、ヒータ２１
４の本体の線膨張率は、チャンバー側壁２３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１５Ａと同様の構造の配管をチャンバー側壁２３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２３の内部に配設してもよ
い。

【０１００】あるいは又、図９の（Ｂ）の模式的な断面
図に示すように、チャンバー側壁２３においては、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。

【０１０１】あるいは又、図１０の（Ａ）や（Ｂ）の模
式的な断面図に示すように、ヒータ２１４を母材２１２
に埋設する代わりに、チャンバー側壁２３の外面（チャ
ンバー２１と面する面とは反対側の面）に、例えば、Ｐ
ＢＮヒータから成るヒータ２１４Ａを取り付けてもよ
い。

【０１０２】図１１〜図１３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
材料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１１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２１４（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２１側）に固定された複合材
料２１１の構造は、実施の形態にて説明した複合材料と
同様の構造を有する。図１２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１３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２１４Ｂ
が取り付けられている。そして、複合材料２１１が中空
円筒部材２１８の内面に固定されている。

【０１０３】プラズマエッチング装置の天板２２，５３
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２２あるいは天板２２，５
３は、実施の形態１〜実施の形態４にて説明した複合材
料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。

【０１０４】

【発明の効果】本発明の銅薄膜のプラズマエッチング法
によれば、銅のハロゲン化が銅薄膜表面から内部へと進
行することを抑制することができ、プラズマエッチング
の進行が妨げられることがなくなる。それ故、銅薄膜の
エッチング加工精度の低下を抑えることができ、良好な
異方性形状を有する銅薄膜パターンを形成することがで
きる。従って、このように銅薄膜の加工を良好に行える
ことから、本発明のプラズマエッチング法を例えばＬＳ
Ｉにおける多層配線構造の形成に適用することにより、
配線の低抵抗化や耐エレクトロマイグレーション性の向
上を図ることができる。

【０１０５】また、複合材料を母材とセラミックス層と
から構成すれば、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、複合材料を
高温で確実に使用することが可能となる。しかも、母材
は高い熱伝導率を有しているので、銅薄膜を効率よく加
熱することが可能であるし、例えば温度制御手段によっ
て効率よく複合材料を加熱することができる。また、従
来の技術では、セラミックス層の割れ等が原因で行うこ
とができなかった高温加熱時における高精度の温度制御
を行うことができ、これにより、プラズマエッチング処
理といった半導体装置の製造プロセスを高い精度で安定
して実行することができる。また、例えば、３００ｍｍ
程度の大径の基体載置ステージも実現可能となり、これ
により将来のウエハの大径化にも十分対応が可能とな
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、ハロゲン系ガスによる複合材料の
腐蝕発生を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１での使用に適したヘリコン
波プラズマエッチング装置の概念図である。

【図２】発明の実施の形態１における基体載置ステージ
の模式的な断面図である。

【図３】本発明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。

【図４】発明の実施の形態２での使用に適したヘリコン
波プラズマエッチング装置の概念図である。

【図５】発明の実施の形態２における基体載置ステージ
の模式的な断面図である。

【図６】基体載置ステージの別の形態の模式的な断面図
である。

【図７】基体載置ステージの別の形態の模式的な断面図
である。

【図８】ＩＣＰ型のプラズマエッチング装置の概念図で
ある。

【図９】チャンバー側壁の模式的な一部断面図である。

【図１０】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【図１１】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【図１２】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【図１３】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１１０・・・基体載置
ステージ、１１，１１Ａ，１１１，２１１・・・複合材
料、１２，１２Ａ，１１２，２１２・・・母材、１３，
１３Ａ，１１３，２１３・・・セラミックス層、１４，
１４Ａ，１１４，２１４，２１４Ａ，２１４Ｂ・・・ヒ
ータ、１５Ａ，１１５・・・配管、１６，１６Ａ，１１
６，２１６・・・セラミックス層、１１８・・・円盤状
部材、２１８・・・中空円筒部材、１７，１７Ａ，１１
７，２１７・・・ロウ材、２０，２０Ａ・・・ヘリコン
波プラズマエッチング装置、２０Ｂ・・・ＩＣＰ型プラ
ズマエッチング装置、２１・・・チャンバー、２２・・
・天板、２３・・・チャンバー側壁、２４・・・マルチ
ポール磁石、２５・・・ソレノイドコイル・アッセンブ
リ、２６・・・ＲＦアンテナ、２７・・・マッチングネ
ットワーク、２８・・・ヘリコン波プラズマ発生源、２
９・・・排気口、３１・・・バイアス電源、３２・・・
直流電源、３３・・・電源、３４・・・制御装置、３５
・・・蛍光ファイバ温度計、３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ・
・・配管、３７・・・制御バルブ、３８・・・温度制御
用熱媒体供給装置、４０・・・シリコン半導体基板、４
１・・・下地絶縁層、４２・・・ＴｉＮ膜、４３・・・
銅薄膜、４４・・・マスクパターン、５１・・・チャン
バー、５２・・・チャンバー側壁、５３・・・天板、５
４・・・ヒータ、５５・・・誘導結合コイル、５６・・
・バイアス電源、５７・・・直流電源、５８・・・電
源、５９・・・排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に形成された銅薄膜のプラズマエッ
チング法であって、ハロゲン系ガスをエッチング用ガスとして用い、銅薄膜
を２３０゜Ｃ乃至３００゜Ｃに加熱した状態で、エッチ
ング生成物である銅−ハロゲン化合物の銅薄膜表面から
の脱離が銅−ハロゲン化合物の生成を上回るように、エ
ッチング用ガス流量及び圧力、並びに電子密度を制御し
て、銅薄膜をプラズマエッチングすることを特徴とする
銅薄膜のプラズマエッチング法。
【請求項２】ハロゲン系ガスはＣｌ₂ガスであることを
特徴とする請求項１に記載の銅薄膜のプラズマエッチン
グ法。
【請求項３】基体は、基板及びその上に設けられた絶縁
層から成り、静電チャック機能を有し、且つ、温度制御手段を備えた
基体載置ステージに基体を載置した状態で銅薄膜のプラ
ズマエッチングを行い、該基体載置ステージは、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材料から構成
されていることを特徴とする請求項１に記載の銅薄膜の
プラズマエッチング法。
【請求項４】基体載置ステージを電極として用い、セラ
ミックス層は静電チャック機能を有することを特徴とす
る請求項３に記載の銅薄膜のプラズマエッチング法。
【請求項５】基体載置ステージには温度制御手段が配設
され、該温度制御手段はヒータから構成されていること
を特徴とする請求項３に記載の銅薄膜のプラズマエッチ
ング法。
【請求項６】ヒータは母材の内部に配設されており、母材の線膨張率をα₁［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（α₁−３）≦α_H≦（α₁＋３）を満足する
ことを特徴とする請求項５に記載の銅薄膜のプラズマエ
ッチング法。
【請求項７】基体載置ステージには温度制御手段が配設
され、該温度制御手段は、母材の内部に配設された温度
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α_P［単位：１０^-6／Ｋ］は（α₁−
３）≦α_P≦（α₁＋３）を満足することを特徴とする請
求項３に記載の銅薄膜のプラズマエッチング法。
【請求項８】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］は（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）を
満足することを特徴とする請求項３に記載の銅薄膜のプ
ラズマエッチング法。
【請求項９】母材を構成するセラミックス部材の組成は
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Ａｌ₂Ｏ₃であるこ
とを特徴とする請求項８に記載の銅薄膜のプラズマエッ
チング法。
【請求項１０】母材を構成するセラミックス部材の組成
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Ａｌ₂Ｏ₃又
は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項８に
記載の銅薄膜のプラズマエッチング法。
【請求項１１】母材を構成するセラミックス部材の組成
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Ａｌ₂Ｏ₃又は窒化
アルミニウムであることを特徴とする請求項８に記載の
銅薄膜のプラズマエッチング法。
【請求項１２】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を特徴とする請求項３に記載の
銅薄膜のプラズマエッチング法。
【請求項１３】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を特徴とする請求項３
に記載の銅薄膜のプラズマエッチング法。