JP2000269189A

JP2000269189A - プラズマエッチング法

Info

Publication number: JP2000269189A
Application number: JP11068386A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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と、該母材１２の表面に設
けられたセラミックス層１３とから成る複合部材１１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１０を使用し、基体載置
ステージ１０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１０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１０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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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α_H［単位：１０^-6／Ｋ］は（α₁−４）≦α_H≦（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。

【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α_P
［単位：１０^-6／Ｋ］は（α₁−４）≦α_P≦（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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ｙ_xＯ_y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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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α_H［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。

【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α_P［単位：１０^-6
／Ｋ］は、（α₁−４）≦α_P≦（α₁＋４）を満足する
ことが好ましい。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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

【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。

【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

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１４】ＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概念図で
ある。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/092 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３０１Ｆ 29/78 Ｆターム(参考） 4M104 BB01 BB18 BB30 BB33 DD17 DD37 DD43 DD65 EE03 FF13 FF18 GG14 HH14 5F004 AA02 BA04 BA14 BA20 BB11 BB25 BB26 BB29 CA04 DA00 DA01 DA04 DA11 DA16 DA18 DA26 DA28 DB02 DB08 DB10 DB12 EA03 EA28 EB02 5F033 HH04 HH19 HH33 HH34 MM08 QQ08 QQ10 QQ12 QQ15 QQ16 QQ21 QQ28 QQ29 RR04 RR06 SS08 WW03 XX03 XX33 XX34 5F040 DA00 DB03 EC02 EC04 EC07 EC12 ED03 EK01 EK05 FC11 FC21 5F048 AA07 AC03 BA01 BA16 BB06 BB07 BB09 BB13 BE03 BG12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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プラズマエッチ
ング法。
【請求項２】金属層は、高融点金属材料から成ることを
特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング法。
【請求項３】高融点金属材料は、タングステンであるこ
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。
【請求項４】第１の温度は、第２の温度よりも低いこと
を特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング法。
【請求項５】工程（イ）では、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）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。
【請求項６】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、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。
【請求項７】第１の温度は、第２の温度よりも高いこと
を特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング法。
【請求項８】工程（イ）では、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）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。
【請求項９】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、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。
【請求項１０】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。
【請求項１１】被加工層のエッチングにより、ＭＩＳ型
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。
【請求項１２】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１に記載のプラズマエッチン
グ法。
【請求項１３】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（α₁−４）≦α_H≦（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。
【請求項１４】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−
４）≦α_P≦（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。
【請求項１５】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（α₁−４）≦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。
【請求項１６】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。
【請求項１７】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。
【請求項１８】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。
【請求項１９】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。
【請求項２０】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１に記載の
プラズマエッチング法。
【請求項２１】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１
に記載のプラズマエッチング法。