(57)【要約】      （修正有）【課題】銅層のエッチングのためのマスクとして用いられるメタルマスクを維持することができ、且つ、高密度のパターン及び低密度のパターンを同時に形成する銅層のエッチング方法を提供する。【解決手段】この方法は、銅層及び該銅層上に設けられたメタルマスクを有する被処理体を収容した処理容器内において処理ガスのプラズマを生成する工程を含む。メタルマスクは、チタンを含有する。また、処理ガスは、ＣＨ４ガス、酸素ガス、及び、希ガスを含む。一形態においては、メタルマスクは、ＴｉＮから構成された層を含んでいてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅層をエッチングする方法であって、
前記銅層及び該銅層上に設けられたメタルマスクを有する被処理体を収容した処理容器内において処理ガスのプラズマを生成する工程を含み、
前記メタルマスクは、チタンを含有し、
前記処理ガスは、ＣＨ４ガス、酸素ガス、及び、希ガスを含む、
方法。
【請求項２】
前記プラズマを生成する工程において、前記処理容器内の圧力が６．６６６Ｐａ以下に設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマを生成する工程において、前記被処理体を載置する載置台の温度が８０℃以上１２０℃以下に設定される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＣＨ４ガスの流量に対する前記酸素ガスの流量の割合は、１／４以上３／２以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記メタルマスクは、ＴｉＮから構成された層を含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、銅層をエッチングする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、相互接続ラインやコンタクトといった配線を形成するプロセスが行われる。このプロセスとしては、従来からダマシンプロセスと呼ばれるプロセスが用いられている。ダマシンプロセスでは、エッチングによって層間絶縁膜に溝や穴といった形状を形成し、形成した溝や穴に金属材料を埋め込む処理が行われる。しかしながら、近年の配線の微細化に伴い、ダマシンプロセスでは、微細な穴や溝に対する金属材料の埋込みが困難になってきているといった種々の問題が発生している。
【０００３】
上述したダマシンプロセスの問題に対処するため、銅層を成膜した後に、当該銅層をエッチングすることで、微細な銅配線を形成するプロセスが提案されている。このようなプロセスについては、下記の非特許文献１に記載されている。非特許文献１に記載されたプロセスでは、水素ガスとアルゴンガスを含有する処理ガスのプラズマに銅層が曝されることにより、銅層がエッチングされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｆａｎｇｙｕ  Ｗｕ他、”Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｕ  ｂｙ  Ｈｙｄｏｒｇｅｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｐｌａｓｍａｓ”、  ＡＣＳ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＆  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥＳ,  ２０１０，  Ｖｏｌ．  ２、Ｎｏ．８、ｐ．２１７５−２１７９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、銅層のエッチングのためのマスクとしては、メタルマスクが用いられ得る。しかしながら、水素ガスとアルゴンガスを含有する処理ガスのプラズマによるエッチングでは、銅層のみならずメタルマスクも削られる。また、銅層のエッチングには、銅配線の密度が低いパターン（以下、「粗パターン」という）と銅配線の密度が高いパターン（以下、「密パターン」という）とを同時に形成することが要求される。即ち、メタルマスク及びエッチングによって形成される形状の間のスペースの広さを問わずに、当該スペースの下方の銅層をエッチングすることが要求される。
【０００６】
かかる背景から、本技術分野においては、銅層のエッチングにおいてメタルマスクを維持することができ、且つ、高密度のパターン及び低密度のパターンを同時に形成することが可能な銅層をエッチングすることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面においては、銅層をエッチングする方法が提供される。この方法は、銅層及び該銅層上に設けられたメタルマスクを有する被処理体を収容した処理容器内において処理ガスのプラズマを生成する工程を含む。メタルマスクは、チタンを含有する。また、処理ガスは、ＣＨ４ガス、酸素ガス、及び、希ガスを含む。一形態においては、メタルマスクは、ＴｉＮから構成された層を含んでいてもよい。
【０００８】
この方法によれば、処理ガスのプラズマによる銅層のエッチング時に、メタルマスクの表面を、ＣＨ４ガスに由来する炭素を含有する保護膜によって保護することができる。また、メタルマスクがチタンを含有しており、プラズマ中の酸素の活性種が銅層よりもメタルマスクの酸化を促進させる。したがって、銅層のエッチングにおいてメタルマスクを維持することが可能である。さらに、プラズマ中の酸素の活性種によって、過剰な保護膜の形成が抑制される。したがって、銅層のエッチングに寄与する活性種を広いスペース及び狭いスペースの双方に進入させることができる。その結果、高密度のパターン及び低密度のパターンを同時に形成することが可能となる。
【０００９】
一形態においては、プラズマを生成する前記工程において、処理容器内の圧力が５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）以下に設定され得る。かかる低圧環境下において銅層をエッチングすることにより、プラズマ中のイオンの鉛直方向の直進性が高められる。その結果、銅層のエッチングによって形成される形状の垂直性を高めることが可能となる。
【００１０】
一形態においては、プラズマを生成する前記工程において、被処理体を載置する載置台の温度が８０℃以上１２０℃以下に設定され得る。かかる範囲内の温度に設定された載置台上で銅層をエッチングすることにより、銅層の酸化を抑制し、且つ、メタルマスクの酸化を促進することができる。
【００１１】
一形態においては、ＣＨ４ガスの流量に対する酸素ガスの流量の割合は、１／４以上３／２以下であり得る。かかる範囲内の割合で酸素ガスの流量とＣＨ４ガスの流量を制御することにより、銅層の酸化を抑制し、且つ、保護膜の量を適切な量に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、銅層のエッチングにおいてメタルマスクを維持することができ、且つ、高密度のパターン及び低密度のパターンを同時に形成するよう、銅層をエッチングすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。
【図２】一実施形態に係るエッチング方法の実施に用いることができるプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。
【図３】一実施形態に係るエッチング方法の各処理後のウエハの状態を示す断面図である。
【図４】メタルマスク及び銅層を有する被処理体の一例を示す断面図である。
【図５】工程ＳＴ２の原理を説明するための図である。
【図６】実験例で計測した寸法を説明するための図である。
【図７】実験例１の結果を示すグラフである。
【図８】実験例２の結果を示すグラフである。
【図９】実験例３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１５】
図１は、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１に示す方法は、銅層をエッチングする工程ＳＴ２を含む。この方法の工程ＳＴ２では、銅層がエッチングされる。この工程ＳＴ２では、ＣＨ４ガス、酸素ガス（Ｏ２ガス）、及び、希ガスを含む処理ガスのプラズマが生成され、当該プラズマによって銅層のエッチングが行われる。また、一実施形態においては、図１に示す方法は、工程ＳＴ２の前に工程ＳＴ１が行われる。工程ＳＴ１では、銅層上にメタルマスクが作成される。
【００１６】
図２は、図１に示す方法の実施に用いることができるプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。図２では、一実施形態に係るプラズマ処理装置の断面が示されている。図２に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置である。
【００１７】
図２に示すように、プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、その内部に処理空間Ｓを画成している。この処理空間Ｓは、密閉されており、減圧可能となっている。処理容器１２は、側壁を含んでおり、当該側壁は、略円筒形状を有している。処理容器１２の側壁には、被処理体（以下、「ウエハＷ」という）の搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
【００１８】
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に、載置台１４を備えている。載置台１４は、基台１６及び静電チャック１８を有している。基台１６は、略円盤形状を有しており、導電性を有している。基台１６は、例えばアルミニウム製であり、下部電極を構成している。
【００１９】
載置台１４は、ウエハＷのための温度制御機構を有している。温度制御機能の一部として、基台１６の内部には、冷媒流路１６ｐが形成されている。この冷媒流路１６ｐには、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続され得る。載置台１４は、冷媒流路１６ｐの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、基台１６及び静電チャック１８を所定の温度に制御可能な構成とされている。
【００２０】
プラズマ処理装置１０は、筒状保持部２０及び筒状支持部２２を更に備えている。筒状保持部２０は、基台１６の側面及び底面の縁部に接して、当該基台１６を保持している。筒状支持部２２は、処理容器１２の底部から垂直方向に延在している。筒状支持部２２は、筒状保持部２０を介して基台１６を支持している。
【００２１】
基台１６の上面には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、略円盤状の部材であり、絶縁層１８ａ、及び給電層１８ｂを有している。絶縁層１８ａはセラミック等の絶縁体により形成される膜である。給電層１８ｂは、絶縁層１８ａの内層として形成された導電性の膜である。給電層１８ｂには、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から給電層１８ｂに直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によってウエハＷが静電チャック１８上に吸着される。静電チャックの１８の外側には、フォーカスリングＦＲが設けられている。フォーカスリングＦＲは、静電チャック１８のエッジ及びウエハＷのエッジに沿って環状に延在する板状の部材である。フォーカスリングＦＲは、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
【００２２】
また、温度調整機構の一部として、静電チャック１８の内部には、加熱素子であるヒータＨＴが埋め込まれている。ヒータＨＴは、ヒータ電源ＨＰに電気的に接続されている。また、温度調整機構の一部として、プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。ガス供給ライン５８は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面とウエハＷとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面とウエハＷとの間に供給する。
【００２３】
処理容器１２の側壁と筒状支持部２２との間には、排気路２４が設けられている。排気路２４の入口又はその途中には、バッフル板２５が設けられている。バッフル板２５には、鉛直方向に延びる複数の貫通孔が形成されている。また、排気路２４の下端には、排気口２６ａが設けられている。排気口２６ａは、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２６によって提供されている。この排気管２６には、排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。
【００２４】
基台１６には、高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。一実施形態においては、高周波電源３２は、イオン引き込み用の所定の周波数の高周波バイアス電力を基台１６に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、例えば、３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては４００ｋＨｚである。
【００２５】
プラズマ処理装置１０は、更に、シャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、載置台１４の上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
【００２６】
電極板４０は、略円盤形状を有する導電性の板であり、上部電極を構成している。電極板４０には、高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。高周波電源３５は、プラズマ生成用の所定の周波数の高周波電力を電極板４０に供給する。高周波電源３５によって発生される高周波電力の周波数は、例えば、２７ＭＨｚより大きな周波数であり、一例においては、６０ＭＨｚである。
【００２７】
電極板４０には、複数のガス噴射口４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。また、プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えている。ガス供給部４４は、ガス供給導管４６を介して、バッファ室４２ａのガス導入口４２ｂに接続している。このガス供給部４４は、プロセスに応じたガス種の処理ガスを、設定された流量で出力する。
【００２８】
電極支持体４２には、複数のガス噴射口４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されている。これら複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給される処理ガスは、バッファ室４２ａ、ガス噴射口４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。
【００２９】
一実施形態において、処理容器１２の天井部には、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
【００３０】
また、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。制御部６６は、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰに接続されている。制御部６６は、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰのそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２８による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの電力供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの電力供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による処理ガスの供給、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給、ヒータ電源ＨＰからの電力供給が制御される。
【００３１】
このプラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４から処理空間Ｓに処理ガスが供給される。また、高周波電源３５によって電極板４０に高周波電力が与えられる。これにより、基台１６と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓにおいて高周波電界が形成される。この高周波電界によって処理ガスが励起され、処理空間Ｓにおいてプラズマが発生する。このプラズマ中に含まれる元素のラジカル又はイオンといった活性種によって、ウエハＷの処理が行われる。また、高周波電源３２によって基台１６に高周波バイアス電力が供給される。高周波バイアス電力が基台１６に供給されると、プラズマ中のイオンが加速され、加速されたイオンがウエハＷに向けて照射される。
【００３２】
以下、図１と共に図３を参照して、図１に示す方法の詳細について説明する。図３は、一実施形態に係るエッチング方法の各処理後のウエハの状態を示す断面図である。まず、工程ＳＴ１では、メタルマスクが作成される。図３の（ａ）には、メタルマスクを作成する前段階のウエハＷが示されている。図３の（ａ）に示すように、ウエハＷは、基板１００、下地層１０２、銅層１０４、上層１０６、メタル層１０８、第１層１１０、第２層１１２、及び、レジストマスク１１４を備えている。
【００３３】
基板１００は、例えばＳｉ基板である。基板１００上には下地層１０２が設けられており、下地層１０２上には銅層１０４が設けられており、銅層１０４上には上層１０６が設けられている。上層１０６の上には、メタル層１０８が設けられている。メタル層１０８は、チタン（Ｔｉ）を含有する層であり、メタルマスクＭＭとなる層である。一実施形態では、メタル層１０８は、ＴｉＮ層である。このメタル層１０８上には、第１層１１０、第２層１１２、及びレジストマスク１１４が順に積層されている。
【００３４】
一例において、下地層１０２及び上層１０６はタンタル（Ｔａ）から構成されており、第１層１１０はＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）によって形成されており、第２層１１２はＳｉＯＣから構成されている。また、別の一例においては、下地層１０２は低誘電率材料、所謂Ｌｏｗ−Ｋ材料から構成されており、上層１０６は窒化シリコンから構成されており、第１層１１０は炭素を含有する有機膜から構成されており、第２層１１２は、ＳｉＯＣから構成されている。
【００３５】
工程ＳＴ１では、まず、第２層１１２がエッチングされる。第２層１１２は、例えば、プラズマ処理装置１０においてフルオロカーボン系ガスのプラズマを生成し、ウエハＷを当該プラズマに曝すことによってエッチングされる。これにより、第２層１１２にレジストマスク１１４のパターンが転写され、図３の（ｂ）に示すように、マスク１１２Ｍが形成される。
【００３６】
次いで、第１層１１０がエッチングされる。第１層１１０は、例えば、プラズマ処理装置１０において酸素ガスのプラズマを生成し、ウエハＷを当該プラズマに曝すことによってエッチングされる。これにより、マスク１１２Ｍのパターンが第１層１１０に転写され、図３の（ｃ）に示すように、マスク１１０Ｍが形成される。
【００３７】
次いで、メタル層１０８がエッチングされる。また、メタル層１０８のエッチングに続けて上層１０６がエッチングされる。メタル層１０８及び上層１０６は、例えば、プラズマ処理装置１０においてハロゲン系ガスのプラズマを生成し、ウエハＷを当該プラズマに曝すことによってエッチングされる。ハロゲン系ガスは、例えば、フッ素を含有する。これにより、マスク１１０Ｍのパターンがメタル層１０８に転写され、図３の（ｄ）に示すように、メタルマスクＭＭが形成される。また、上層１０６は、メタルマスクＭＭの形状に倣った層１０６Ｍとなる。
【００３８】
ここで、図４を参照する。図４は、メタルマスク及び銅層を有する被処理体の一例を示す断面図である。図４に示すように、一実施形態において、ウエハＷは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを含んでいる。第１領域Ｒ１は、銅層１０４のエッチングによって低密度のパターンが形成される領域であり、第２領域Ｒ２は、銅層１０４のエッチングによって高密度のパターンが形成される領域である。このため、第１領域Ｒ１のメタルマスクＭＭによって画成されるスペースＳＰ１の広さは、第２領域Ｒ２のメタルマスクＭＭによって画成されるスペースＳＰ２の広さよりも大きくなっている。即ち、第１領域Ｒ１のメタルマスクよりも、第２領域Ｒ２のメタルマスクＭＭは密に設けられている。例えば、メタルマスクＭＭのパターンがライン・アンド・スペースパターンである場合には、第２領域Ｒ２におけるメタルマスクＭＭのラインの幅及びスペースの幅は各々、６０ｎｍ以下である。図１に示す方法の工程ＳＴ２では、このような第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の双方において、メタルマスクＭＭのスペースＳＰ１及びＳＰ２の下方の銅層１０４をエッチングする。
【００３９】
工程ＳＴ２では、図３の（ｄ）に示すウエハＷが収容されたプラズマ処理装置の処理容器内において、ＣＨ４ガス、酸素ガス（Ｏ２ガス）、及び希ガスを含む処理ガスのプラズマが生成され、当該プラズマにウエハＷが曝される。これにより、ウエハＷは、図３の（ｅ）に示すように、銅層１０４にメタルマスクＭＭのパターンが転写された状態となる。なお、希ガスは、例えば、Ａｒガスである。また、希ガスは、Ｘｅガス又はＮｅガスといった他の希ガスであってもよい。以下、希ガスがＡｒガスであるものとして、工程ＳＴ２について説明する。
【００４０】
図５は、工程ＳＴ２の原理を説明するための図である。図５に示すように、工程ＳＴ２では、ＣＨ４ガスの解離によって水素イオンが発生し、希ガスの解離によってＡｒイオンが発生する。水素イオン及びＡｒイオンは、下部電極に供給される高周波バイアス電力により、ウエハＷに引き込まれる。これにより、銅層１０４がエッチングされる。なお、図５において、円で囲まれた「Ｈ」は水素イオンを示しており、円で囲まれた「Ａｒ」はアルゴンイオンを示している。
【００４１】
また、工程ＳＴ２では、ＣＨ４ガスの解離によって炭素及び／又は炭化水素の活性種が発生する。また、酸素ガスの解離によって酸素の活性種が発生する。図５においては、円で囲まれた「Ｃ」は炭素及び／又は炭化水素の活性種を示しており、円で囲まれた「Ｏ」は酸素の活性種を示している。工程ＳＴ２では、酸素の活性種により、メタルマスクＭＭが酸化され、メタルマスクＭＭが硬化する。また、炭素及び／又は炭化水素の活性種により、メタルマスクＭＭの表面上に炭素を含有する保護膜ＰＦが形成される。これにより、メタルマスクＭＭが工程ＳＴ２の終了まで維持されるようになっている。
【００４２】
さらに、工程ＳＴ２では、酸素の活性種によって、炭素及び／又は炭化水素の活性種の過剰な堆積が抑制される。即ち、酸素の活性種によって、適度な厚みの保護膜ＰＦがメタルマスクＭＭの表面上に維持される。特に、第２領域Ｒ２では、炭素及び／又は炭化水素の活性種がメタルマスクＭＭ上に過剰に堆積すると、保護膜ＰＦがスペースＳＰ２を閉塞し、水素イオン及びＡｒイオンが銅層１０４に到達することが阻害される。しかしながら、工程ＳＴ２では、酸素の活性種が、炭素及び／又は炭化水素の活性種の過剰な堆積を抑制するので、水素イオン及びＡｒイオンは、第１領域Ｒ１のスペースＳＰ１のみならず、第２領域Ｒ２のスペースＳＰ２にも進入することができる。よって、工程ＳＴ２では、高密度のパターン及び低密度のパターンを同時に形成することが可能となる。
【００４３】
また、工程ＳＴ２では、ハロゲン系ガスを使用しないで銅層１０４をエッチングしている。したがって、銅（Ｃｕ）とハロゲン元素との結合による不動態を発生させずに、銅層１０４をエッチングすることが可能である。
【００４４】
一実施形態の工程ＳＴ２では、プラズマ処理装置の処理容器内の圧力が、５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）以下の圧力に設定される。かかる圧力に設定された処理容器内では、イオン密度が低くなり、イオンの鉛直方向の直進性が高められる。その結果、銅層１０４のエッチングによって形成される形状の垂直性を高めることが可能となる。
【００４５】
また、一実施形態の工程ＳＴ２では、載置台１４の温度、特に、静電チャック１８の表面の温度が８０℃以上１２０℃以下に設定される。かかる範囲内の温度に設定された載置台１４上で銅層１０４をエッチングすることにより、銅層１０４の酸化を抑制し、且つ、メタルマスクＭＭの酸化を促進することができる。
【００４６】
また、一実施形態の工程ＳＴ２では、ＣＨ４ガスの流量に対する酸素ガスの流量の割合は、１／４以上３／２以下に設定される。かかる割合で酸素ガスの流量及びＣＨ４ガスの流量が設定されることにより、銅層１０４の酸化を抑制し、且つ、保護膜ＰＦの堆積量を適切な量に制御することが可能となる。
【００４７】
以下、工程ＳＴ２の評価のために図２のプラズマ処理装置１０を用いた実験例について説明する。
【００４８】
（実験例１）
【００４９】
実験例１では、銅層上にＴｉＮ製のメタルマスクが設けられたウエハに対して工程ＳＴ２を行った。このメタルマスクは、ライン・アンド・スペースパターンを有するものであり、６０ｎｍの線幅と６０ｎｍのスペース幅を有するものであった。また、銅層の厚みは、５０ｎｍであり、メタルマスクの厚みは５０ｎｍであった。実験例１では、工程ＳＴ２での処理容器１２内の圧力を種々に異ならせた。実験例１の他の条件は、以下の通りである。
＜実験例１の条件＞
・高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、５００Ｗ
・高周波電源３２の高周波電力：４００ｋＨｚ、５００Ｗ
・処理時間：３００秒
・ＣＨ４ガス流量／Ａｒガス流量／Ｏ２ガス流量：  １５０ｓｃｃｍ／２００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ
・静電チャック１８の温度：８０℃
【００５０】
実験例１では、工程ＳＴ２後のウエハＷのＳＥＭ写真を撮影し、各種寸法を計測した。図６は、実験例で計測した寸法を説明するための図である。具体的に、実験例１では、工程ＳＴ２後の銅層１０４の残膜の厚みＣＲ、メタルマスクＭＭの膜厚ＭＲ、メタルマスクＭＭの側面における保護膜ＰＦの厚みＰＷ、及び、銅層１０４の側壁のテーパー角θを計測した。
【００５１】
図７は、実験例１の結果を示すグラフである。図７において、横軸は工程ＳＴ２の処理容器１２内の圧力を示しており、左側の縦軸は、工程ＳＴ２後のメタルマスクＭＭの膜厚ＭＲ、銅層１０４の残膜の厚みＣＲ、メタルマスクＭＭの側面における保護膜ＰＦの厚みＰＷを示しており、右側の縦軸は、工程ＳＴ２後の銅層１０４の側壁のテーパー角θを示している。
【００５２】
図７に示すように、工程ＳＴ２での処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以下の圧力に設定した場合には、銅層１０４の側壁のテーパー角θは９０度に近く、銅層１０４の残膜の厚みＣＲは小さい値となっていた。また、工程ＳＴ２での処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以下の圧力に設定した場合には、工程ＳＴ２後のメタルマスクＭＭの膜厚ＭＲ及び保護膜ＰＦの厚みＰＷは適度な量となっていた。一方、工程ＳＴ２での処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒよりも大きな圧力に設定した場合には、テーパー角θは９０度よりも相当に小さい値になり、銅層１０４の残膜の厚みＣＲは大きくなっていた。また、工程ＳＴ２での処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒよりも大きな圧力に設定した場合には、メタルマスクＭＭの膜厚ＭＲ及び保護膜ＰＦの厚みＰＷは大きくなる傾向にあった。この実験例１から、工程ＳＴ２での処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以下の圧力に設定することで、銅層１０４のエッチングによって形成される形状の垂直性を高めることが可能となり、また、銅層１０４のエッチングレートを高めることが可能であることが確認された。
【００５３】
（実験例２）
【００５４】
実験例２では、実験例１と同じウエハに対して、Ｏ２ガスとＣＨ４ガスの流量比を種々に異ならせて、工程ＳＴ２の処理を行った。具体的に、Ｏ２ガスの流量／ＣＨ４ガスの流量を、４／１、３／２、２／３、１／４の４種に設定して、工程ＳＴ２を行った。実験例２の他の条件は、以下の通りである。
＜実験例２の条件＞
・高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、５００Ｗ
・高周波電源３２の高周波電力：４００ｋＨｚ、５００Ｗ
・処理時間：３００秒
・静電チャック１８の温度：８０℃
・処理容器１２内の圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
【００５５】
実験例２においても、工程ＳＴ２後のウエハＷのＳＥＭ写真を撮影し、当該ＳＥＭ写真から、工程ＳＴ２後の銅層１０４の残膜の厚みＣＲ、メタルマスクＭＭの膜厚ＭＲ、メタルマスクＭＭの側面における保護膜ＰＦの厚みＰＷ、及び、銅層１０４の側壁のテーパー角θを計測した。図８は、実験例２の結果を示すグラフである。図８において、横軸は、Ｏ２ガスの流量／ＣＨ４ガスの流量を割合で示しており、左側の縦軸は、工程ＳＴ２後のメタルマスクＭＭの膜厚ＭＲ、銅層１０４の残膜の厚みＣＲ、メタルマスクＭＭの側面における保護膜ＰＦの厚みＰＷを示しており、右側の縦軸は、工程ＳＴ２後の銅層１０４の側壁のテーパー角θを示している。
【００５６】
図８に示すように、Ｏ２ガスの流量／ＣＨ４ガスの流量の割合を１／４以上３／２以下の割合に設定した場合には、銅層１０４の残膜の厚みＣＲは小さく、また、テーパー角θは９０度に近い角度になっていた。また、Ｏ２ガスの流量／ＣＨ４ガスの流量の割合を１／４以上３／２以下の割合に設定した場合には、工程ＳＴ２後のメタルマスクＭＭの膜厚ＭＲ及び保護膜ＰＦの厚みＰＷは適度な量となっていた。一方、Ｏ２ガスの流量／ＣＨ４ガスの流量の割合を３／２よりも大きな割合（４／１の割合）に設定した場合には、銅層１０４の残膜の厚みＣＲが大きくなっていた。これは、ＣＨ４ガスの流量に対してＯ２ガスの流量が多すぎるために、銅層１０４の酸化が過度に進んだためであると考えられる。また、図８には示されていないが、Ｏ２ガスの流量／ＣＨ４ガスの流量の割合を１／４よりも小さな割合に設定した場合には、保護膜ＰＦの厚みが大きくなりすぎ、銅層のエッチングが阻害された。この実験例２から、Ｏ２ガスの流量／ＣＨ４ガスの流量の割合を１／４以上３／２以下の割合に設定することで、銅層の酸化を抑制し、且つ、保護膜の堆積量を適切な量に制御することが可能となることが確認された。
【００５７】
（実験例３）
実験例３では、銅層上にライン・アンド・スペースパターンのメタルマスクが設けられたウエハに対して工程ＳＴ２を行った。このウエハは、第１領域と第２領域を有し、メタルマスクは第１領域において２００ｎｍの線幅と２００ｎｍのスペース幅を有しており、第２領域において６０ｎｍの線幅と６０ｎｍのスペース幅を有していた。また、銅層の厚みは、５０ｎｍであり、メタルマスクの厚みは５０ｎｍであった。実験例３では、工程ＳＴ２での静電チャック１８の表面の温度を種々に異ならせた。実験例３の他の条件は、以下の通りである。
＜実験例３の条件＞
・高周波電源３５の高周波電力：６０ＭＨｚ、５００Ｗ
・高周波電源３２の高周波電力：４００ｋＨｚ、５００Ｗ
・工程ＳＴ２の処理時間：３００秒
・ＣＨ４ガス流量／Ａｒガス流量／Ｏ２ガス流量：  １５０ｓｃｃｍ／２００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ
・処理容器１２内の圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
【００５８】
実験例３では、工程ＳＴ２後のウエハのＳＥＭ写真を撮影し、当該ＳＥＭ写真から、工程ＳＴ２の処理による銅層の膜厚の減少量を求め、当該減少量から銅層のエッチングレートを求めた。また、当該ＳＥＭ写真から、工程ＳＴ２後のメタルマスクＭＭの側面における保護膜ＰＦの厚みＰＷを計測した。なお、エッチングレートについては、第１領域及び第２領域の双方において求めた。また、厚みＰＷについては、第２領域についてのみ求めた。
【００５９】
図９は、実験例３の結果を示すグラフである。図９において、横軸は工程ＳＴ２における静電チャック１８表面の温度を示しており、左側の縦軸は、銅層のエッチングレートを示しており、右側の縦軸は、メタルマスクＭＭの側面における保護膜ＰＦの厚みＰＷを示している。
【００６０】
図９に示すように、工程ＳＴ２の静電チャック１８表面の温度を８０℃以上１２０度以下の温度に設定した場合には、第１領域及び第２領域の双方において銅層は高いエッチングレートでエッチングされていた。また、工程ＳＴ２の静電チャック１８表面の温度を８０℃以上１２０度以下の温度に設定した場合には、工程ＳＴ２後の保護膜ＰＦの厚みＰＷは適度な量となっていた。一方、図９には示されていないが、工程ＳＴ２の静電チャック１８表面の温度を８０℃よりも小さな温度に設定した場合には、メタルマスクが削られやすい傾向にあった。これは、８０℃よりも小さい温度では、メタルマスクを十分に酸化させることができないことが原因であるものと考えられる。また、工程ＳＴ２の静電チャック１８表面の温度を１２０℃よりも大きな温度（１５０℃）に設定した場合には、銅層のエッチングレートが低下していた。これは、１２０℃より大きな温度では、銅層の酸化が過度に進んだことが原因であるものと考えられる。したがって、工程ＳＴ２の静電チャック１８表面の温度を８０℃以上１２０度以下の温度に設定することで、銅層の酸化を抑制しつつメタルマスクの酸化を促進することが可能であることが確認された。
【００６１】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置１０では、上部電極に高周波電源３５が接続され、下部電極に高周波電源３２が接続されているが、高周波電源３２及び３５は共に、下部電極に接続されていてもよい。また、図１に示す方法の実施には、容量結合型のプラズマ処理装置以外のプラズマ処理装置、例えば、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波により処理ガスを励起させる表面波プラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置といった、種々のタイプのプラズマ処理装置を用いることが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…載置台、１８…静電チャック、２８…排気装置、３２…高周波電源、３５…高周波電源、３８…シャワーヘッド、４４…ガス供給部、ＨＴ…ヒータ、ＨＰ…ヒータ電源、Ｗ…ウエハ、１００…基板、１０２…下地層、１０４…銅層、１０８…メタル層、ＭＭ…メタルマスク、ＰＦ…保護膜、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、ＳＴ１，ＳＴ２…工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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