JPH1064985A - ウエハステージ、ウエハの温度調整方法及びドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットに影響を与えることなく、短時
間でウエハの温度を変更することができるようにしたウ
エハステージの提供が望まれている。 【解決手段】 絶縁材料からなる誘電体６と導体からな
る電極７とを備えた静電チャック３と、静電チャック３
に接合された金属製ジャケット２とからなるウエハステ
ージ１である。電極７は、誘電体６を金属製ジャケット
２に固定するためのろう付け層によって形成されてい
る。金属製ジャケット２は、その内部にヒータ４と冷却
手段に接続される冷媒配管５とを埋め込んで形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング装置な
どの半導体装置の製造装置に用いられて、ウエハを載置
するとともにその温度調整を行うウエハステージと、こ
のウエハステージによるウエハの温度調整方法、及びこ
のウエハステージを備えたドライエッチング装置に関す
る。

【０００２】

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

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

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

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

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

【０００７】

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

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

【０００９】このような不都合を解消するためには、例
えば反応生成物の蒸気圧の異なる材料をそれぞれエッチ
ングする間や、ジャストエッチングとオーバーエッチン
グとの間等でウエハ等からなる試料の設定温度を変える
ことが考えられる。しかし、このような設定温度の変更
をエッチング処理の最中に行うのでは、当然スループッ
トが小さくなってしまい、コスト的に不利を招いてしま
う。したがって、スループットに影響がないように短時
間でウエハの温度を変更できるような、すなわち急速降
温や急速昇温を可能にした機構の提供が切望されている
のである。

【００１０】本発明は前記事情に鑑みてなされもので、
その目的とするところは、スループットに影響を与える
ことなく、短時間でウエハの温度を変更することができ
るようにしたウエハステージと、これによるウエハの温
度調整方法、およびこのウエハステージを備えたドライ
エッチング装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載のウエハステージでは、絶縁材料からなる誘電体と
導体からなる電極とを備えた静電チャックと、該静電チ
ャックに接合された金属製ジャケットとからなり、前記
電極が、前記誘電体を金属製ジャケットに固定するため
のろう付け層によって形成され、前記金属製ジャケット
が、その内部にヒータと冷却手段に接続される冷媒配管
とを埋め込んで形成されたことを前記課題の解決手段と
した。

【００１２】このウエハステージによれば、電極が、誘
電体を金属製ジャケットに固定するためのろう付け層に
よって形成されているため、誘電体と電極との接合が確
実になるとともに電極を薄厚に形成することが可能にな
り、しかも、該電極がろう材、すなわち熱伝導性の良好
な金属あるいは合金からなっているため、金属製ジャケ
ットから誘電体への熱伝導が速やかになる。また、金属
製ジャケットの内部にヒータが埋め込まれていることか
ら、例えば静電チャックにヒータを組み込むのに比べ、
金属製ジャケットが静電チャックより大きくできるため
ヒータの大型化、すなわち大容量化が可能になる。さら
に、金属製ジャケットの内部に冷媒配管が埋め込まれて
いることから、該冷媒配管が金属製ジャケットに補強さ
れた状態となり、よって冷媒配管の耐圧性を高めること
ができる。

【００１３】ここで、金属製ジャケットとしては、アル
ミニウム製であり、かつ真空精密鋳造法によってヒータ
と冷媒配管とをその内部に埋め込んだものを用いるのが
好ましい。真空精密鋳造法は、減圧下でのプレスによっ
て鋳造時のＡｌ中の気泡を無くし、強度等に問題のない
Ａｌの鋳物を作る技術であるので、この鋳造法で形成さ
れたＡｌ製の金属製ジャケットは、その内部に高耐圧性
の冷媒配管とヒータとを容易に内蔵させ得るものとなる
からである。冷媒配管としては、アルミニウム製あるい
は銅製とするのが好ましく、このような熱伝導率の高い
金属を用いれば、冷媒配管に供給される冷媒と金属製ジ
ャケットの間の熱交換（熱伝導）が迅速になる。

【００１４】請求項４記載のウエハの温度調整方法は、
請求項１記載のウエハステージを用い、これの静電チャ
ック上にウエハを載置し、前記ヒータに通電して加熱を
行うとともに、前記冷媒配管に冷却手段からガス冷媒を
供給し、かつ、その際にヒータへの通電量と冷媒配管へ
のガス冷媒の流量を調整することにより、前記ウエハの
温度調整を行うことを前記課題の解決手段とした。

【００１５】この温度調整方法によれば、金属製ジャケ
ットから誘電体への熱伝導が速やかになり、したがって
ウエハへの熱伝導が速やかになった前記ウエハステージ
を用いて温度調整を行うので、短時間での温度変更が可
能になり、さらに、金属製ジャケットに埋め込んだヒー
タと冷媒配管とによってウエハの温度調整を行うので、
加熱と冷却とを併用して温度調整を行うことができるこ
とからウエハ温度の安定化が図れる。

【００１６】請求項５記載のドライエッチング装置で
は、請求項１記載のウエハステージを具備してなること
を前記課題の解決手段とした。このドライエッチング装
置によれば、前記ウエハステージを具備していることに
より、これを用いることによって前述したように短時間
での温度変更が可能になることから、例えば高温のエッ
チングと低温でのエッチングといったように異なる温度
での複数のステップのエッチングを行いたい場合に、ス
ループットを大きく低下させることなく、これらのエッ
チング処理を行うことが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のウエハステージの一実施形態例を示す
図であり、図１中符号１はウエハステージである。この
ウエハステージ１は、金属製ジャケット２上に、静電チ
ャック３が載置固定されて構成されたものである。

【００１８】金属製ジャケット２は、真空精密鋳造法に
よって形成されたアルミニウム製のもので、その内部に
ヒータ４と冷媒配管５とを埋め込んだものである。ヒー
タ４は、金属製ジャケット２の面積（底面積）に応じた
大型で大容量のシーズヒータからなるもので、図示しな
い配線を介して電源に接続されたものである。冷媒配管
５は、後述する冷却手段に接続されたＡｌやＣｕなどの
熱伝導率が高い金属からなるもので、冷却手段から供給
されたガス冷媒を金属製ジャケット２内に流し、金属製
ジャケット２との間で熱交換を行わせるためのものであ
る。

【００１９】ここで、このような金属製ジャケット２を
得るには、前述したように真空精密鋳造法が採用され
る。この真空精密鋳造法は、ヒータ４と冷媒配管５とを
鋳型に入れてその中に溶融したＡｌを流し込み、減圧下
でプレス鋳造して作製する方法であり、減圧下でのプレ
スにより鋳造時にＡｌ中の気泡を無くし、強度等に問題
のないＡｌの鋳物を作れるようにした技術である。そし
て、このような真空精密鋳造法で作製されたことによ
り、金属製ジャケット２にはその金属部分とヒータ４と
の間、および金属部分と冷媒配管５との間にそれぞれ気
泡が留まることがなく、したがって得られた金属製ジャ
ケット２はヒータ４と金属部分との間、および冷媒配管
５と金属部分との間の熱交換（熱伝導）がより迅速にな
る。

【００２０】すなわち、この真空精密鋳造法によれば、
通常の鋳造法のように金属内に気泡などが生じるおそれ
ないので、予め用意したヒータ４や冷媒配管５などを金
属（Ａｌ）と容易に一体化することができ、かつ冷媒配
管５の耐圧性を高めることができ、したがってＡｌソリ
ッドを削りだして作ったものと変わらぬ品質が得られる
のである。

【００２１】静電チャック３は、円板状の誘電体６と、
これの下面に設けられた電極７とによって構成されたも
のである。誘電体６は、熱伝導率の高い絶縁材料、この
例では窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（熱伝導率；０．２
３５〔cal/cm・sec ・℃〕）からなるものである。な
お、誘電体６としては窒化アルミニウムに代えて、サフ
ァイア（熱伝導率；０．１〔cal/cm・sec ・℃〕）やア
ルミナ（熱伝導率；０．０５〔cal/cm・sec ・℃〕）等
のセラミックス板を用いることもできる。

【００２２】電極７は導体からなるもので、この例で
は、前記金属製ジャケット２上に誘電体６を固定するた
めのろう付け層、すなわち金属製ジャケット２と誘電体
６との間に設けられた厚さ０．５ｍｍ程度のろう材によ
り形成されたものとなっている。このろう材として具体
的には、チタン、スズ、アンチモン、マグネシウムから
なる合金等が挙げられる。なお、この電極７は、図１中
に示さないものの配線を介して高圧電源に接続され、こ
れにより該電極５に直流電圧が印加されると、前記誘電
体６が吸着力を発揮するようになっている。

【００２３】また、この静電チャック３には、誘電体６
上に載置保持されるウエハを押し上げるためのプッシャ
ーピン（図示略）が埋設され、さらに該プッシャーピン
には、これを誘電体４の面上に突出させあるいは該面下
に埋没させる出没機構（図示略）が接続されている。

【００２４】次に、本発明のドライエッチング装置の一
実施形態例として、図１に示したウエハステージ１を備
えたドライエッチング装置を図２を参照して説明する。
図２において符号１０はドライエッチング装置（以下、
エッチング装置と略称する）であり、このエッチング装
置１０は、ＲＦアンテナを二箇所に設置したヘリコン波
プラズマ発生源と、上下方向に移動可能なステージとを
備えて構成されたもので、拡散チャンバー１１と、この
拡散チャンバー１１の上部に設けられたＲＦアンテナ１
２、１２と、拡散チャンバー１１の天板１１ａの上にル
ープ状に設置されたＲＦアンテナ１３と、拡散チャンバ
ー１１の下部外側に設けられてエレクトロンの壁での消
失を抑えるためのカスプ磁場を形成するマルチポール磁
石１４とを有したものである。

【００２５】ＲＦアンテナ１２、１２は、拡散チャンバ
ー１１の上部に形成された直径３５０ｍｍの円筒状石英
菅からなるベルジャー１５の外側を周回して設けられた
ものであり、Ｍ＝１モードのプラズマが立つアンテナ形
状のものである。これらＲＦアンテナ１２、１２の外側
には、内周コイルと外周コイルとからなるソレノイドコ
イルアッセンブリ１６が配設されている。このソレノイ
ドコイルアッセンブリ１６のうち内周コイルは、ヘリコ
ン波の伝搬に寄与し、外周コイルは生成されたプラズマ
の輸送に寄与するものである。また、ＲＦアンテナ１
２、１２にはマッチングネットワーク１７を介して電源
１８が接続されており、ＲＦアンテナ１３にはマッチン
グネットワーク１９を介して電源２０が接続されてい
る。

【００２６】また、拡散チャンバー１１内には、試料と
なるウエハＷを支持固定するための前記ウエハステージ
１が設けられ、さらに拡散チャンバー１１内のガスを排
気するための排気口２１が真空ポンプ等の負圧手段（図
示略）に接続されて形成されている。ウエハステージ１
には、ウエハＷへの入射イオンエネルギーを制御するた
めのバイアス電源２２が接続されている。

【００２７】また、このウエハステージ１には、その金
属製ジャケット２に配管２３、２４を介してチラー２５
が接続され、さらにウエハＷの温度を計測するための蛍
光ファイバ温度計２６が接続されている。チラー２５
は、フロンやＨｅガス等からなる低温（例えば−１００
℃以下）のガス冷媒を、配管２３を介してウエハステー
ジ１の金属製ジャケット２の冷媒配管５内に供給し、か
つ配管２４を介して冷媒配管５から返送された冷媒を受
け入れさらにこれを所定温度に冷却するもので、このよ
うにガス冷媒を冷媒配管５内に循環させることによって
ウエハステージ１上に支持固定されたウエハＷを冷却す
るものである。すなわち、これらチラー２５、配管２
３、２４、さらにはチラー２５から金属製ジャケット２
に循環せしめられるガス冷媒により、本発明における冷
却手段が構成されているのである。

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

【００２９】次に、このようなエッチング装置１０を用
いたドライエッチング処理方法の一例に基づき、図１に
示したウエハステージ１の使用方法、および本発明にお
けるウエハの温度調整方法の一例を、図３（ａ）〜
（ｃ）を参照して説明する。この処理方法は、Ｗポリサ
イドを２ステップのエッチング処理によって加工する方
法である。すなわち、この例は、図３（ａ）に示すよう
にシリコン基板（ウエハＷ）３０上のＳｉＯ₂ 膜３１の
上にポリシリコン層３２とＷＳｉ_x 層３３とからなるＷ
ポリサイドを形成し、さらにこの上にフォトレジストパ
ターン３４を形成した試料の、Ｗポリサイドをエッチン
グ処理してこれをフォトレジストパターン３４に対応し
たパターン形状に加工するもので、第１ステップとして
常温によるメインエッチングを、続く第２ステップとし
て低温によるオーバーエッチングを行うものである。

【００３０】まず、以下の条件で常温（２０℃）による
第１ステップのメインエッチングを行い、図３（ｂ）に
示すようにＷＳｉ_x 層３３とポリシリコン層３２とを、
ポリシリコン層３２の一部を残した状態にまでエッチン
グ除去する。 ・第１ステップ（メインエッチング） エッチングガス ；Ｃｌ₂ ／Ｏ₂ ５０／１０ｓｃｃｍ 圧 ；５ｍＴｏｒｒ ソースパワー１（ＲＦアンテナ４） ；１５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） ソースパワー２（ＲＦアンテナ３、３）；１５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） ＲＦバイアス ；１００Ｗ ウエハ温度 ；２０℃ なお、ここでのウエハ温度調整については、ウエハステ
ージ１に備えられた金属製ジェケット２内のヒータ４に
よって加熱するとともに、チラー２５からガス冷媒を循
環させることによる金属製ジャケット２の冷媒配管５に
よる冷却をも行い、特に前述した制御装置２９による冷
却制御によってウエハ温度を微調整している。

【００３１】次に、この第１ステップに続く第２ステッ
プのオーバーエッチング処理を行うため、一旦エッチン
グ装置１０における放電を切り、拡散チャンバー１１内
に残存するガスを排気口２１から排気する。そして、後
述する第２ステップに用いるエッチングガス（本例では
第１ステップと同一のガスを用いている）を拡散チャン
バー１１内に導入し、このガスを安定させて拡散チャン
バー１１内を一定の圧力に調整する。また、このような
一連の操作の間に、すなわち第１ステップのエッチング
処理が終了したら直ちに、前記ヒータ４への通電を停止
するとともに、前記チラー２５による冷却システムにお
ける、バイパス配管２８の電子制御バルブ２７を全閉
し、さらに冷媒配管２３の電子制御バルブ２７を全開し
て、チラー２５から−１４０℃のガス冷媒を金属製ジャ
ケット２の冷媒配管５内に供給し、ウエハＷを急速冷却
する。

【００３２】すると、このような急速冷却によってウエ
ハＷは、約３０秒という短時間で後述するエッチング温
度である−３０℃に到達した。これは、前述したように
本発明のウエハステージ１では、金属製ジャケット２上
の静電チャック３がそのろう材からなる電極７によって
金属製ジャケット２に接合されていることから、金属製
ジャケット２から誘電体６への熱伝導が速やかになるか
らであり、また、前述したように冷媒配管５が高い耐圧
性を有していることから、この冷媒配管５中に高圧のガ
ス冷媒、すなわち多量のガス冷媒を流すことができ、し
たがって金属製ジャケット２を介してウエハＷに短時間
で大量の冷熱を伝えることができるからである。

【００３３】このとき、前述した一連の操作、すなわち
放電を切ってから拡散チャンバー２内の残存ガスを排気
し、さらに新たなエッチンガスを導入してこれを安定さ
せるといった一連の操作が、急速冷却に要する時間以上
あるいはほぼ同じ時間かかることから、この急速冷却に
要する時間が、ウエハＷのエッチング処理に要する時間
を遅らせる要因となることがない。なお、この急速冷却
により、ウエハステージ１や静電チャック２の誘電体６
に破損等が起こることはなかった。

【００３４】続いて、放電を再度行って以下の条件で低
温（−３０℃）による第２ステップのオーバーエッチン
グを行い、図３（ｃ）に示すようにＳｉＯ₂ 膜３１上に
露出した状態で残ったポリシリコン層３２の一部をエッ
チング除去する。 ・第２ステップ（オーバーエッチング） エッチングガス ；Ｃｌ₂ ／Ｏ₂ ５０／１０ｓｃｃｍ 圧 ；５ｍＴｏｒｒ ソースパワー１（ＲＦアンテナ４） ；２５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） ソースパワー２（ＲＦアンテナ３、３）；２５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） ＲＦバイアス ；２０Ｗ ウエハ温度 ；−３０℃

【００３５】このようにしてオーバーエッチング処理を
行うと、このエッチング処理が低温冷却下における処理
であることから、形成される側壁保護膜が薄くても低温
化によりラジカル反応を抑制することができ、したがっ
て過剰なラジカルアタックに耐え得るようになり、第１
ステップに比べて１００Ｗから２０ＷとウエハＷへの印
加バイアスを低くしても、アンダーカットやノッチング
の発生を抑えることができる。よって、１００％のオー
バーエッチ下でも形状に影響を与えることなく、下地と
なるＳｉＯ₂ に対して選択比１００以上を確保しつつ、
図３（ｃ）に示したように十分な異方性形状を確保する
ことができる。

【００３６】この第２ステップのエッチング処理が終了
したら、新たなウエハＷに対して同じ処理装置で同じ処
理を連続して繰り返し行うべく、処理後のウエハＷを搬
出した後新たなウエハＷが搬入される前に、ウエハステ
ージ１のヒータ４に通電し、かつ、チラー２５による冷
却システムにおける、バイパス配管２８の電子制御バル
ブ２７を全開するとともに冷媒配管２３の電子制御バル
ブ２７を全閉して、チラー２５から金属製ジャケット２
へのガス冷媒の供給を止めるといった方法でウエハステ
ージ１を急速加熱し、その温度を第１ステップでの温度
である２０℃に戻した。

【００３７】このとき、この加熱による温度調整の所要
時間は約２０秒であった。これは、前述したように本発
明のウエハステージ１では、金属製ジャケット２から誘
電体６への熱伝導が速やかになるからであり、また、前
述したようにヒータ４が大型で大容量のシーズヒータか
らなっていることにより、静電チャック３を介してウエ
ハＷに短時間で大量の温熱を伝えることができるからで
ある。なお、この急速加熱によっても、ウエハステージ
１やその静電チャック２の誘電体６に破壊等が起こるこ
とはなかった。

【００３８】次に、図２に示したエッチング装置１０を
用いたドライエッチング処理方法の他の例を、図４
（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。この処理方法は、
コンタクトホールをエッチング処理によって加工する方
法であり、図４（ａ）に示すようにシリコン基板（ウエ
ハＷ）４０上のＳｉＯ₂ 層４１の上にフォトレジストパ
ターン４２を形成した試料の、ＳｉＯ₂ 層４１をエッチ
ング処理してこれをフォトレジストパターン４２に対応
したパターン形状に加工するもので、第１ステップとし
て常温でジャストエッチング（メインエッチング）を、
続く第２ステップとして低温によるオーバーエッチング
を行うものである。

【００３９】 ・第１ステップ（ジャストエッチング） エッチングガス ；Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ｏ₂ ５０／１０ｓｃｃｍ 圧 ；５ｍＴｏｒｒ ソースパワー１（ＲＦアンテナ４） ；２５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） ソースパワー２（ＲＦアンテナ３、３）；２５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） パルスＯＮ／ＯＦＦ；１０μｓｅｃ／３０μｓｅｃ ＲＦバイアス ；５００Ｗ ウエハ温度 ；２０℃ なお、ここでのウエハ温度調整についても、先の例の場
合と同様に、ウエハステージ１の金属製ジャケット２に
備えられたヒータ４とチラー２５からのガス冷媒による
冷却とを併用して行った。

【００４０】次に、この第１ステップに続く第２ステッ
プのオーバーエッチング処理を行うため、一旦エッチン
グ装置１における放電を切り、拡散チャンバー１１内に
残存するガスを排気口２１から排気する。そして、後述
する第２ステップに用いるエッチングガス（本例でも第
１ステップと同一のガスを用いている）を拡散チャンバ
ー１１内に導入し、このガスを安定させて拡散チャンバ
ー１１内を一定の圧力に調整する。また、このような一
連の操作の間に、すなわち第１ステップのエッチング処
理が終了したら直ちに、先の例と同様にヒータ４への通
電を停止するとともに、前記チラー２５による冷却シス
テムにおける、バイパス配管２８の電子制御バルブ２７
を全閉し、さらに冷媒配管２３の電子制御バルブ２７を
全開して、チラー２５から−１４０℃のガス冷媒を金属
製ジャケット２の冷媒配管５内に供給し、ウエハＷを急
速冷却する。

【００４１】すると、このような急速冷却によってウエ
ハＷは、先の例と同様に約３０秒という短時間で後述す
るエッチング温度である−５０℃に到達した。したがっ
て、この例にあっても、放電を切ってから拡散チャンバ
ー１１内の残存ガスを排気し、さらに新たなエッチンガ
スを導入してこれを安定させるといった一連の操作が、
急速冷却に要する時間以上にかかることから、この急速
冷却に要する時間が、ウエハＷのエッチング処理に要す
る時間を遅らせる要因となることがない。

【００４２】続いて、放電を再度行って以下の条件で低
温（−５０℃）による第２ステップのオーバーエッチン
グを行い、図４（ｃ）に示すようにシリコン基板４０上
に露出した状態で残ったＳｉＯ₂ 層４１の一部をエッチ
ング除去し、コンタクトホール４３を形成する。 ・第２ステップ（オーバーエッチング） エッチングガス ；Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ｏ₂ ５０／１０ｓｃｃｍ 圧 ；５ｍＴｏｒｒ ソースパワー１（ＲＦアンテナ４） ；２５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） ソースパワー２（ＲＦアンテナ３、３）；２５００Ｗ（１３．５６Ｈｚ） パルスＯＮ／ＯＦＦ；１０μｓｅｃ／３０μｓｅｃ ＲＦバイアス ；２００Ｗ ウエハ温度 ；−５０℃

【００４３】このようにしてオーバーエッチング処理を
行うと、このエッチング処理が低温冷却下における処理
であることから、先の例の場合と同様に形成される側壁
保護膜が薄くても低温化によりラジカル反応を抑制する
ことができ、したがって過剰なラジカルアタックに耐え
得るようになり、第１ステップに比べて５００Ｗから２
００Ｗと試料への印加バイアスを低くしても、アンダー
カットやノッチングの発生を抑えることができる。よっ
て、例えば第１ステップのジャストエッチングから低温
化してしまうと、形成するコンタクトホールの側壁に有
機ポリマーが堆積してコンタクトホールの形状がテーパ
化してしまい、微細なホール開口ができなくなってしま
うものの、この例のようにオーバーエッチングのみ低温
化することにより、この問題を解消してシリコン基板４
０に対する選択比１００以上を確保しつつ、図４（ｃ）
に示したように十分な異方性形状のコンタクトホール４
３を再現性良く形成することができる。

【００４４】この第２ステップのエッチング処理が終了
したら、先の例と同様に、新たなウエハＷに対して同じ
処理装置で同じ処理を連続して繰り返し行うべく、処理
後のウエハＷを搬出した後新たなウエハＷが搬入される
前に、ウエハステージ１のヒータ４に通電し、かつ、チ
ラー２５による冷却システムにおける、バイパス配管２
８の電子制御バルブ２７を全開するとともに冷媒配管２
３の電子制御バルブ２７を全閉して、チラー２５から金
属製ジャケット２へのガス冷媒の供給を止めるといった
方法でウエハステージ１を急速加熱し、その温度を第１
ステップでの温度である２０℃に戻した。このとき、こ
の加熱による温度調整の所要時間は約２５秒であった。
これは、先の例と同様に本発明のウエハステージ１で
は、金属製ジャケット２から誘電体６への熱伝導が速や
かになるからであり、また、前述したようにヒータ４が
大型で大容量のシーズヒータからなっていることによ
り、静電チャック３を介してウエハＷに短時間で大量の
温熱を伝えることができるからである。

【００４５】このように本発明のエッチング装置１０に
あっては、冷熱媒体として大量供給が容易なガス冷媒を
用い、これを金属製ジャケット２内の冷媒配管５に供給
することによってウエハステージ１上のウエハＷの冷却
を行い、かつ金属製ジャケット２内に埋め込んだ大容量
のヒータ４によってウエハＷを加熱するようにしたの
で、液体を冷媒とした冷却法に比べウエハＷを急速に冷
却することができ、かつ大容量のヒータ４によってウエ
ハＷを急速加熱でき、したがってウエハＷを短時間で所
望する温度に調整することができる。

【００４６】また、このようにウエハＷを短時間で温度
調整することができることから、前述したように反応生
成物の蒸気圧の異なるＷポリサイドに対しても、常温に
よるメインエッチングと低温によるオーバーエッチング
との２ステップでエッチング処理することにより、高選
択比と異方性形状の確保、すなわち高精度微細加工とを
両立させることができる。しかも、各ステップを同一の
エッチング装置１０で行い、かつウエハステージ１を用
いることによってウエハ温度をステップ間で容易にしか
も短時間で変化させることができるので、ステップ間に
おける放電の停止やエッチングガスの変更などといった
一連の操作に要する時間内、あるいはこれに近い時間で
温度変更を行うことができ、したがってスループットを
低下させることなく複数のステップからなるドライエッ
チング処理を迅速に行うことができる。

【００４７】また、本発明のウエハステージ１にあって
は、金属製ジャケット２内に埋め込んだヒータ４と冷媒
配管５とにより、急速加熱および急速冷却を可能にして
いるので、長時間を要することなく２０〜４０秒程度と
いった短時間でウエハＷの温度切り換えを行うことがで
き、これにより異なる温度のエッチングをほとんど連続
的に行うことができ、したがって低温エッチングの利点
を十分に活かすことができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明のウエハステ
ージは、電極が、誘電体を金属製ジャケットに固定する
ためのろう付け層によって形成されているものであるか
ら、誘電体と電極との接合を確実にするとともに電極を
薄厚に形成することができ、しかも、該電極がろう材、
すなわち熱伝導性の良好な金属あるいは合金からなって
いるため、金属製ジャケットから誘電体への熱伝導、さ
らに該誘電体からウエハＷへの熱伝導を速やかにするこ
とができる。また、金属製ジャケットの内部にヒータが
埋め込まれていることから、例えば静電チャックにヒー
タを組み込むのに比べ、金属製ジャケットが静電チャッ
クより大きくできるため、ヒータの大型化、すなわち大
容量化が可能になり、したがってヒータの大容量化によ
り急速加熱を可能にすることができる。さらに、金属製
ジャケットの内部に冷媒配管が埋め込まれていることか
ら、該冷媒配管が金属製ジャケットに補強された状態と
なって該冷媒配管が高耐圧性を有するものとなり、した
がってこの冷媒配管中に高圧のガス冷媒、すなわち多量
のガス冷媒を流すことができ、これによりウエハの急速
冷却を可能にすることができる。また、金属製ジャケッ
トにろう付けによって誘電体を固定し、このろう付け層
と誘電体とを静電チャックとしていることから、ウエハ
ステージ自体が単純な構成となり、したがってこのウエ
ハステージは長期的な信頼性が十分確保されたものとな
る。

【００４９】本発明の温度調整方法は、金属製ジャケッ
トから誘電体への熱伝導が速やかになり、したがってウ
エハへの熱伝導が速やかになった前記ウエハステージを
用いて温度調整を行うものであるから、短時間で温度変
更を行うようにすることができ、さらに、金属製ジャケ
ットに埋め込んだヒータと冷媒配管とによってウエハの
温度調整を行うので、加熱と冷却とを併用して温度調整
を行うことでウエハ温度の安定化を図ることができる。

【００５０】本発明のドライエッチング装置は、前記ウ
エハステージを具備したものであるから、これを用いる
ことによって前述したように短時間で温度変更を行うこ
とができ、したがって、例えば高温のエッチングと低温
でのエッチングといったように異なる温度での複数のス
テップのエッチングを行いたい場合に、スループットを
大きく低下させることなく、これらのエッチング処理を
行うことができ、これにより高精度微細加工と高選択比
とを両立したエッチングを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハステージの概略構成を示す側断
面図である。

【図２】本発明のドライエッチング装置の概略構成図で
ある。

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

【図４】（ａ）〜（ｃ）は図２に示したエッチング装置
によるドライエッチング処理方法の他の例を、処理順に
説明するための要部側断面図である。

【符号の説明】

１ ウエハステージ ２ 金属製ジャケット ３
静電チャック ４ ヒータ ５ 冷媒配管 ６ 誘電体 ７ 電
極 １０ ドライマエッチング装置 ２３、２４ 配管
２５ チラー Ｗ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 信介 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 宮下 欣也 神奈川県川崎市高津区下作延802 株式会 社創造科学内 (72)発明者 辰巳 良昭 神奈川県川崎市高津区下作延802 株式会 社創造科学内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁材料からなる誘電体と導体からなる
   電極とを備えた静電チャックと、該静電チャックに接合
   された金属製ジャケットとからなり、 前記電極が、前記誘電体を金属製ジャケットに固定する
   ためのろう付け層によって形成され、 前記金属製ジャケットが、その内部にヒータと冷却手段
   に接続される冷媒配管とを埋め込んで形成されたことを
   特徴とするウエハステージ。
2. 【請求項２】 前記金属製ジャケットはアルミニウム製
   であり、かつヒータと冷媒配管とを埋め込んだ状態で真
   空精密鋳造法により形成されたものであることを特徴と
   する請求項１記載のウエハステージ。
3. 【請求項３】 前記冷媒配管がアルミニウム製あるいは
   銅製であることを特徴とする請求項１記載のウエハステ
   ージ。
4. 【請求項４】 絶縁材料からなる誘電体と導体からなる
   電極とを備えた静電チャックと、該静電チャックに接合
   された金属製ジャケットとからなり、前記電極が、前記
   誘電体を金属製ジャケットに固定するためのろう付け層
   によって形成され、前記金属製ジャケットが、その内部
   にヒータと冷却手段に接続される冷媒配管とを埋め込ん
   で形成されたウエハステージの前記誘電体上にウエハを
   載置し、前記ヒータに通電して加熱を行うとともに、前
   記冷媒配管に冷却手段からガス冷媒を供給し、かつ、そ
   の際にヒータへの通電量と冷媒配管へのガス冷媒の流量
   を調整することにより、前記ウエハの温度調整を行うこ
   とを特徴とするウエハの温度調整方法。
5. 【請求項５】 絶縁材料からなる誘電体と導体からなる
   電極とを備えた静電チャックと、該静電チャックに接合
   された金属製ジャケットとからなり、前記電極が、前記
   誘電体を金属製ジャケットに固定するためのろう付け層
   によって形成され、前記金属製ジャケットが、その内部
   にヒータと冷却手段に接続される冷媒配管とを埋め込ん
   で形成されたウエハステージを、具備してなることを特
   徴とするドライエッチング装置。