(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、第１の絶縁膜と第１のマスク膜とを形成する工程と、
前記第１のマスク膜の上に、配線パターンに対応する第１の開口が設けられたマスクパターンを形成する工程と、
前記基板の上における前記配線パターンの面積占有率と、前記基板の上における前記配線パターンの長さに依存する第１の物理量との積である第２の物理量に基づいて、前記第１のマスク膜のエッチング条件である第１のエッチング条件を決定する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして、前記第１のエッチング条件で前記第１のマスク膜をエッチング処理することにより、前記第１のマスク膜に、前記配線パターンに対応する第２の開口を形成する工程と、
前記第２の開口が形成された前記第１のマスク膜をマスクとしたエッチング処理を行うことにより、前記第１の絶縁膜に、前記配線パターンに対応する配線溝を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板の上に、第１の絶縁膜と、酸素を含む無機材料からなるハードマスク膜と、第１のマスク膜と、を形成する工程と、
前記第１のマスク膜の上に、配線パターンに対応する第１の開口が設けられたマスクパターンを形成する工程と、
前記基板の上における前記配線パターンの面積占有率と、前記基板の上における前記配線パターンの長さに依存する第１の物理量との積である第２の物理量に基づいて、前記第１のマスク膜のエッチング条件である第１のエッチング条件を決定する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして、前記第１のエッチング条件で前記第１のマスク膜をエッチング処理することにより、前記第１のマスク膜に、前記配線パターンに対応する第２の開口を形成する工程と、
前記第１のマスク膜に前記第２の開口を形成した後、前記第１のマスク膜をマスクとして前記ハードマスク膜をエッチング処理することにより、前記ハードマスク膜に、前記配線パターンに対応する第３の開口を形成する工程と、
前記ハードマスク膜に前記第３の開口を形成した後、前記ハードマスク膜をマスクとして前記第１の絶縁膜をエッチング処理することにより、前記第１の絶縁膜に、前記配線パターンに対応する配線溝を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜の下に第２の絶縁膜が形成されており、
前記第１のマスク膜を形成する前に、さらに、
前記ハードマスク膜、前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
前記ビアホール内を樹脂で埋め込む工程と
を有し、 
前記ハードマスク膜に前記第３の開口を形成した後、さらに、前記ビアホール内の前記樹脂を除去する工程を含む請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の物理量が、前記基板の上における前記配線パターンの周辺長の合計に依存する請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜から前記マスクパターンまでの積層構造が同一であり、前記第２の物理量が相互に異なる第１の複数の試料について、前記第１のマスク膜のエッチング条件を同一にして、前記第１の絶縁膜に、前記配線パターンに対応する前記配線溝を形成する工程と、
前記第１の複数の試料について、前記第１の絶縁膜に形成される前記配線溝の幅と、前記マスクパターンに形成されている開口の幅との差であるパターン幅変動量を測定する工程と
を実行することにより、前記パターン幅変動量と、前記第２の物理量との第１の関係が予め求められており、
前記第１のエッチング条件を決定する工程が、
前記第２の物理量を前記第１の関係に適用することにより、前記パターン幅変動量を求める工程と、
求められた前記パターン幅変動量に基づいて、前記第１のエッチング条件を決定する工程と
を含む請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の絶縁膜から前記マスクパターンまでの積層構造が同一であり、前記第２の物理量が同一の第２の複数の試料について、前記第１のマスク膜のエッチング条件を異ならせて、前記第１の絶縁膜に、前記配線パターンに対応する前記配線溝を形成する工程と、
前記第２の複数の試料に形成された前記配線溝の幅を測定する工程と
を実行することにより、前記第１のマスク膜のエッチング条件と、当該エッチング条件で形成された前記配線溝の幅との第２の関係が予め求められており、
前記第１のエッチング条件を決定する工程において、前記パターン幅変動量と、前記配線溝の目標幅と、前記第２の関係とに基づいて、前記第１のエッチング条件を決定する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクパターンを用いて配線層絶縁膜に配線溝を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化及び高速化を進める上で、信号遅延の増大を抑制するために種々の技術が導入されている。配線の低抵抗化を目的として、配線材料に銅が適用される。層間絶縁膜として、酸化シリコン等よりも誘電率の低い低誘電率材料が適用される。銅配線の加工方法として、ダマシンプロセスが適用される。
【０００３】
近年、層間絶縁膜の低誘電率化をさらに進めるために、層間絶縁膜の材料として、無機ポーラス低誘電率材料が適用されつつある。無機ポーラス低誘電率材料を用いた層間絶縁膜は、エッチングやアッシングによりダメージを受けやすい。このダメージを抑制するために、エッチングマスクとして無機材料からなるハードマスクを用いて無機ポーラス低誘電率材料をエッチングする方法が提案されている。
【０００４】
多層配線を有する論理回路素子においては、多層配線に起因する信号遅延が、素子全体の信号遅延の支配的要因になっている。多層配線に起因する信号遅延は、配線の抵抗値と、配線間の寄生容量との積に依存して大きくなる。多層配線に起因する信号遅延のばらつきを改善するために、配線溝の幅のばらつきを少なくすることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８１９３６号公報
【特許文献２】特開２００６−４１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エッチングマスクに形成されている配線パターンの幅が一定でも、実際に形成される配線溝の幅は、製品間や多層配線層の層間でばらつきが生じる。最終的に形成される配線溝の幅を目標値に近づけるために、エッチングマスクに形成する配線パターンの幅を調整しなければならない。
【０００７】
以下に説明する実施例では、エッチングマスクに形成する配線パターンの幅を調整することなく、配線溝の幅を目標値に近づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、
基板の上に、第１の絶縁膜と第１のマスク膜とを形成する工程と、
前記第１のマスク膜の上に、配線パターンに対応する第１の開口が設けられたマスクパターンを形成する工程と、
前記基板の上における前記配線パターンの面積占有率と、前記基板の上における前記配線パターンの長さに依存する第１の物理量との積である第２の物理量に基づいて、前記第１のマスク膜のエッチング条件である第１のエッチング条件を決定する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして、前記第１のエッチング条件で前記第１のマスク膜をエッチング処理することにより、前記第１のマスク膜に、前記配線パターンに対応する第２の開口を形成する工程と、
前記第２の開口が形成された前記第１のマスク膜をマスクとしたエッチング処理を行うことにより、前記第１の絶縁膜に、前記配線パターンに対応する配線溝を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
第１のエッチング条件を、配線パターンに依存する物理量に基づいて決定することにより、配線パターンに依存する物理量の異なる種々の配線層の形成において、配線溝の幅を目標値に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１−１】図１Ａ〜図１Ｃは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【図１−２】図１Ｄ〜図１Ｆは、実施例１による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【図２】配線パターンの面積占有率及び周辺長を説明するための配線パターンの平面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、パターン依存物理量と、パターン幅変動量との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、マスク膜のエッチング条件と、配線溝の幅の、標準幅からの偏差との関係を示す図表である。
【図５】図５は、マスク膜をエッチングする第１のエッチング条件を決定する方法を示すフローチャートである。
【図６−１】図６Ａ〜図６Ｄは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【図６−２】図６Ｅ〜図６Ｈは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【図６−３】図６Ｉ〜図６Ｌは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【図６−４】図６Ｍ〜図６Ｏは、実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【図７−１】図７Ａ〜図７Ｄは、実施例３による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【図７−２】図７Ｅ〜図７Ｈは、実施例３による半導体装置の製造方法の製造途中段階における半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
図１Ａ〜図１Ｆを参照して、実施例１による半導体装置の製造方法について説明する。
【００１２】
図１Ａに示すように、下地基板２０の上に、配線層絶縁膜２１、マスク膜２２、及びレジスト膜２３を順番に形成する。下地基板２０は、例えば、トランジスタ等の電子回路素子が形成された半導体基板、及びその上に形成された配線層を含む。配線層絶縁膜２１は、例えば無機ポーラス絶縁材料等の低誘電率材料で形成される。マスク膜２２は、無機絶縁材料、有機絶縁材料等で形成される。マスク膜２２を、これらの複数の材料で形成された多層構造としてもよい。レジスト膜２３は、例えばＡｒＦエキシマレーザ用の感光性レジスト材料で形成される。
【００１３】
図１Ｂに示すように、レジスト膜２３を露光及び現像することにより、レジスト膜２３に開口２４を形成する。開口２４は、配線層絶縁膜２１に形成すべき配線溝のパターンに対応する。開口２４の幅をＷ１とする。
【００１４】
図１Ｃに示すように、開口２４が形成されたレジスト膜２３をエッチングマスクとして、マスク膜２２を第１のエッチング条件でエッチングすることにより、マスク膜２２に開口２５を形成する。第１のエッチング条件の決定方法の詳細については、後述する。
【００１５】
図１Ｄに示すように、マスク膜２２をエッチングマスクとして、配線層絶縁膜２１をエッチングすることにより、配線溝２６を形成する。配線溝２６の幅をＷ３とする。このエッチングにより、レジスト膜２３（図１Ｃ）も除去される。
【００１６】
図１Ｅに示すように、マスク膜２２の上に、銅等の導電膜２７を、電解めっきにより形成する。配線溝２６及び開口２５が、導電膜２７で埋め込まれる。必要に応じて、導電膜２７を形成する前に、バリアメタル膜、シード膜等を形成しておく。
【００１７】
図１Ｆに示すように、導電膜２７の余分な部分を化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去する。これにより、マスク膜２２が露出する。配線溝２６内には、銅配線２７Ａが残る。
【００１８】
図１Ａ〜図１Ｆでは、マスク膜２２をエッチングマスクとして、配線層絶縁膜２１をエッチングしたが、マスク膜２２と配線層絶縁膜２１との間に、他のハードマスクを配置してもよい。他のハードマスクを配置する場合には、まず、マスク膜２２をエッチングマスクとして、その下のハードマスクをエッチングする。エッチングされたハードマスクをエッチングマスクとして、配線層絶縁膜２１をエッチングする。この場合にも、レジスト膜２３（図１Ｃ）をエッチングマスクとしたマスク膜２２のエッチングを通して、配線層絶縁膜２１に配線溝２６が形成される。すなわち、マスク膜２２に形成された開口２５（図１Ｃ）の平面形状が、配線溝２６に引き継がれる。
【００１９】
図２に、配線パターンの平面図の一例を示す。半導体ウエハ上に、複数の配線パターンが形成されている。図２では、４本の配線パターンのみを示しているが、実際には、より多くの配線パターンが配置される。
【００２０】
配線パターンの面積を、それぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・とする。配線パターンの周辺長を、それぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、・・・とする。半導体ウエハの上面の面積をＷＡとする。単位面積あたりの配線パターンの周辺長の長さの合計Ｌ、及び配線パターンの面積占有率Ｒを、以下の式で定義する。
Ｌ＝（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋・・・）／ＷＡ
Ｒ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＋・・・）／ＷＡ
すなわち、Ｌは、すべての配線パターンの周辺長の合計をウエハ面積ＷＡで除した大きさであり、Ｒは、配線パターンの総面積をウエハ面積ＷＡで除した大きさである。
【００２１】
次に、図３Ａ、図３Ｂ、図４及び図５を参照して、第１のエッチング条件の決定方法について説明する。
【００２２】
予め、面積占有率Ｒの異なる複数の試料を作製し、形成された配線溝２６の幅を測定しておく。各試料は、実施例１で作製する半導体装置の配線層絶縁膜２１からレジスト膜２３までの積層構造と同一の積層構造を有する。レジスト膜２３に形成される開口２４の幅Ｗ１、マスク膜２２のエッチング条件、及び配線層絶縁膜２１のエッチング条件は、すべての試料において同一である。このときのマスク膜２２のエッチング条件を「標準エッチング条件」ということとする。なお、マスク膜２２は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを用いた化学気相成長（ＣＶＤ）により形成した。
【００２３】
図３Ａに、面積占有率Ｒと、パターン幅変動量との関係を示す。横軸は、面積占有率Ｒを任意単位で表し、縦軸は、パターン幅変動量を単位「ｎｍ」で表す。パターン幅変動量は、形成された配線溝２６の幅をＷ３ｒとし、レジスト膜２３の開口２４の幅をＷ１とした時、Ｗ３ｒ−Ｗ１と定義される。ここで「Ｗ３ｒ」に付された添字「ｒ」は、マスク膜２２のエッチング条件として標準エッチング条件を適用したことを意味している。
【００２４】
図３Ａの四角記号は、実際に作製した試料の測定結果を示す。実線は、実際の測定点に基づいて、面積占有率Ｒとパターン幅変動量との関係を一次式で近似したグラフである。破線は、実際の測定点のばらつきの上限と下限とを示す。エッチング条件が同一であるにもかかわらず、面積占有率が大きくなるに従って、パターン幅変動量の絶対値が小さくなっている、具体的には配線溝２６の幅が太くなっていることがわかる。
【００２５】
図３Ｂに、面積占有率Ｒと周辺長の合計Ｌとの積と、パターン幅変動量との関係を示す。横軸は、面積占有率Ｒと周辺長の合計Ｌとの積を、任意単位で表す。縦軸は、図３Ａの縦軸と同一である。面積占有率Ｒと周辺長の合計Ｌとの積が大きくなるに従って、パターン幅変動量の絶対値が小さくなっていることがわかる。図３Ｂを図３Ａと比較すると、図３Ｂに示した測定点のばらつきの方が、図３Ａに示した測定点のばらつきより小さいことがわかる。
【００２６】
面積占有率Ｒ、及び面積占有率Ｒと周辺長の合計Ｌとの積は、配線パターンの形状に依存する。従って、これらの物理量を、「パターン依存物理量」ということとする。
【００２７】
さらに、予め、マスク膜２２（図１Ｃ）のエッチング条件を異ならせて、複数の試料を作製し、形成された配線溝２６の幅Ｗ３を測定しておく。各試料は、実施例１で作製する半導体装置の配線層絶縁膜２１からレジスト膜２３までの積層構造と同一の積層構造を有する。レジスト膜２３に形成される開口２４の幅Ｗ１、配線層絶縁膜２１のエッチング条件、及び配線パターンの面積占有率は、すべての試料において同一である。なお、マスク膜２２は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを用いた化学気相成長（ＣＶＤ）により形成した。マスク膜２２を標準エッチング条件でエッチングして作製した配線溝の幅Ｗ３ｒを基準として、各試料の配線溝２６の幅Ｗ３の偏差を求める。
【００２８】
図４に、配線溝の幅の偏差と、マスク膜２２（図１Ｃ）のエッチング条件との関係を示す。配線溝の幅の偏差が０の試料は、マスク膜２２のエッチング条件を標準エッチング条件として作製したものである。標準エッチング条件からＣ４Ｆ６の流量を増加させると、配線溝２６の幅Ｗ３が狭くなる。標準エッチング条件からＯ２の流量を増加させると、配線溝２６の幅が太くなる。なお、エッチング時間は、すべての試料において、配線溝がマスク膜２２の底面まで達するように設定されている。
【００２９】
図５に、マスク膜２２（図１Ｃ）の第１のエッチング条件を決定する方法のフローチャートを示す。
【００３０】
ステップＳ１において、配線パターンの設計データ（ＣＡＤデータ）に基づいて、配線パターンの面積占有率Ｒｄ、及び単位領域内の配線パターンの周辺長の合計Ｌｄ（パターン依存物理量）を算出する。面積占有率Ｒｄ、及び周辺長の合計Ｌｄの定義は、図２を参照して説明したとおりである。ここで、添字の「ｄ」は、設計データに基づいて算出された値であることを意味する。
【００３１】
ステップＳ２において、パターン依存物理量とパターン幅変動量との関係（図３Ａまたは図３Ｂ）と、ステップＳ１で算出されたパターン依存物理量（Ｒｄ、Ｌｄ）とから、パターン幅変動量を求める。ここで、パターン依存物理量とパターン幅変動量との関係として、図３Ａの関係を用いてもよいし、図３Ｂの関係を用いてもよい。得られたパターン幅変動量Ｗ３ｒ１−Ｗ１は、マスク膜２２（図１Ｃ）を標準エッチング条件でエッチングしたと仮定した場合に、配線層絶縁膜２１に形成される配線溝２６（図１Ｄ）の幅Ｗ３ｒ１と、レジスト膜２３の開口２４（図１Ａ）の幅Ｗ１との差を表している。幅Ｗ１は、設計データから算出することができる。従って、配線溝の幅Ｗ３ｒ１を算出することが可能である。
【００３２】
ステップＳ３において、配線幅の偏差とエッチング条件との関係（図４）、ステップＳ２で求められた配線溝の幅Ｗ３ｒ１、及び配線溝２６の目標幅Ｗ３ｔとに基づいて、エッチング条件を決定する。具体的には、まず、配線溝の幅Ｗ３ｒ１を基準として、配線溝２６の目標幅Ｗ３ｔの偏差を算出する。この偏差が決定されると、図４に示した図表から、エッチング条件を決定することができる。偏差が０のときには、エッチング条件が、標準エッチング条件Ｅｒと同一になる。
【００３３】
決定されたエッチング条件を、マスク膜２２（図１Ｃ）をエッチングするための第１のエッチング条件として採用する。第１のエッチング条件でマスク膜２２をエッチングすることにより、配線溝２６（図１Ｄ）の幅Ｗ３を、目標幅Ｗ３ｔに近づけることができる。
【００３４】
一般に、パターン依存物理量、例えば配線パターンの面積占有率や、配線パターンの周辺長は、同一の製品の配線層ごとに異なる。実施例１では、ステップＳ２（図５）において、パターン依存物理量に基づいて、パターン幅変動量を求めている。このため、パターン依存物理量の異なる複数の配線層において、配線溝の幅を、目標幅に近づけることができる。
【００３５】
従来は、形成された配線溝２６の幅と目標幅との差に基づいて、レジスト膜２３（図１Ｂ）に形成する開口２４の幅Ｗ１を調整していた。開口２４の幅Ｗ１の調整は、露光条件を変えることにより行う。
【００３６】
実施例１では、配線溝２６を形成する前に、マスク膜２２の第１のエッチング条件を決定することができる。このため、配線溝２６の形成、幅の測定、及びプロセス条件の修正という工程を経ることなく、配線溝２６の幅を目標幅に近づけることができる。また、実施例１では、レジスト膜２３（図１Ｂ）に形成する開口２４の幅を一定にしておき、マスク膜２２（図１Ｃ）のエッチング条件を調整することにより、配線溝２６（図１Ｅ）の幅を調整することが可能である。
【００３７】
既に説明したように、図３Ｂに示した測定点のばらつきは、図３Ａに示した測定点のばらつきより小さい。このため、ステップＳ２（図５）において、パターン依存物理量とパターン幅変動量との関係として、図３Ｂに示した関係を用いると、配線溝２６の幅の精度を高めることができる。
【００３８】
次に、図３Ｂに示した測定点のばらつきが、図３Ａに示した測定点のばらつきより小さい理由について説明する。図１Ｃに示した状態で、配線層絶縁膜２１をエッチングするとき、開口２５の側面から、マスク膜２２に含有されている酸素が放出される。放出された酸素は、配線層絶縁膜２１のエッチングガスとして作用する。このため、酸素の放出量が多くなると、配線層絶縁膜２１のエッチング速度が速くなると考えられる。
【００３９】
酸素の放出量は、開口２５の側面の面積に依存する。側面の面積は、配線パターンの周辺長に依存する。このため、配線パターンの面積占有率が同一の試料であっても、配線パターンの周辺長が異なると、マスク膜２２のエッチング速度が異なってしまう。そうすると、最終的に形成される配線溝２６の幅も異なってしまう。上述の理由により、配線パターンの面積占有率のみを考慮した図３Ａにおいては、配線パターンの周辺長に起因して、測定点のばらつきが大きくなっていると考えられる。
【００４０】
配線パターンは、通常は細長い平面形状を有するため、配線パターンの周辺長のうち、幅方向の縁の長さが占める割合は非常に少ない。このため、パターン依存物理量を算出する基礎となる物理量として、配線パターンの周辺長に代えて、配線パターンの長さを採用してもよい。
【００４１】
［実施例２］
図６Ａ〜図６Ｏを参照して、実施例２による半導体装置の製造方法について説明する。
【００４２】
図６Ａに示すように、層間絶縁膜３０及びエッチングストッパ３１の表層部に、下層配線３２が形成されている。層間絶縁膜３０、エッチングストッパ３１、及び下層配線３２が、図１Ａに示した実施例１の下地基板２０に対応する。
【００４３】
エッチングストッパ３１及び下層配線３２の上に、エッチングストッパ３５、ビア層絶縁膜３６、配線層絶縁膜３７、下層ハードマスク３８、中層ハードマスク３９、及び上層ハードマスク４０をこの順番に形成する。配線層絶縁膜３７が、図１Ａに示した実施例１の配線層絶縁膜２１に対応する。エッチングストッパ３５は、例えばＳｉＣで形成されており、その厚さは５０ｎｍである。ビア層絶縁膜３６は、例えばＳｉＯＣで形成されており、その厚さは１５０ｎｍである。配線層絶縁膜３７は、例えば無機ポーラス絶縁材料等の低誘電率絶縁材料で形成されており、その厚さは１５０ｎｍである。
【００４４】
下層ハードマスク３８は、例えばＳｉＣで形成されており、その厚さは５０ｎｍである。中層ハードマスク３９は、例えばＳｉＯ２で形成されており、その厚さは１５０ｎｍである。上層ハードマスク４０は、例えばＳｉＮで形成されており、その厚さは５０ｎｍである。エッチングストッパ３５から上層ハードマスク４０までの各層の成膜には、例えばプラズマ励起型化学気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）等を適用することができる。
【００４５】
図６Ｂに示すように、上層ハードマスク４０から、ビア層絶縁膜３６の厚さ方向の途中まで達するビアホール４２を形成する。ビアホール４２の形成には、例えばレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとしたドライエッチングを適用することができる。上層ハードマスク４０のエッチングには、ＣＨ２Ｆ２、Ｏ２及びＡｒの混合ガスが用いられる。中層ハードマスク３９のエッチングには、Ｃ４Ｆ６、Ｏ２及びＡｒの混合ガスが用いられる。下層ハードマスク３８のエッチングには、ＣＨ２Ｆ２、Ｏ２及びＮ２の混合ガス用いられる。配線層絶縁膜３７のエッチングには、ＣＦ４、ＣＨＦ３及びＮ２の混合ガスが用いられる。ビア層絶縁膜３６のエッチングには、Ｃ４Ｆ６、Ｏ２、Ｎ２及びＡｒの混合ガスが用いられる。
【００４６】
ビアホール４２を形成した後、エッチングマスクとして使用したレジストパターンを除去する。
【００４７】
図６Ｃに示すように、上層ハードマスク４０の上に、下層レジスト膜４５を成膜する。ビアホール４２内が、下層レジスト膜４５で埋め込まれる。上層ハードマスク４０の上に形成された下層レジスト膜４５の厚さは、例えば３００ｎｍである。
【００４８】
下層レジスト膜４５の上に、マスク膜４６及び反射防止膜４７を形成する。マスク膜４６と反射防止膜４７とが、図１Ａに示した実施例１のマスク膜２２に対応する。マスク膜４６は、例えばＴＥＯＳと酸素とを用いたＰＥ−ＣＶＤにより成膜され、その厚さは５０ｎｍである。反射防止膜４７には、樹脂が用いられ、その厚さは５０ｎｍである。
【００４９】
反射防止膜４７の上に、上層レジスト膜４８を形成する。上層レジスト膜４８には、ＡｒＦエキシマレーザ用の感光性樹脂が用いられ、その厚さは３００ｎｍである。上層レジスト膜４８は、図１Ａに示した実施例１のレジスト膜２３に対応する。
【００５０】
図６Ｄに示すように、上層レジスト膜４８の露光及び現像を行うことにより、配線パターンに対応する開口４９を形成する。開口４９は、図１Ｂに示した実施例１の開口２４に対応する。
【００５１】
図６Ｅに示すように、レジスト膜４８をエッチングマスクとして、反射防止膜４７及びマスク膜４６をエッチングする。反射防止膜４７及びマスク膜４６のエッチングには、例えばＣＦ４及びＯ２の混合ガスを用いたドライエッチングが適用される。これにより、開口５０が形成される。開口５０は、図１Ｃに示した実施例１の開口２５に対応する。エッチング条件は、図５に示した実施例１による第１のエッチング条件の決定方法と同一の方法で決定される。
【００５２】
図６Ｆに示すように、マスク膜４６をエッチングマスクとして、下層レジスト膜４５を、ビアホール４２の深さの途中までエッチングする。下層レジスト膜４５のエッチングには、例えばＮ２、Ｏ２及びＣＯを用いたドライエッチングが適用される。ビアホール４２内に残った下層レジスト膜４５の上面の高さは、例えば中層ハードマスク３９の底面と上面との間である。このエッチング時に、マスク膜４６の上の上層レジスト膜４８及び反射防止膜４７（図６Ｅ）が除去される。
【００５３】
図６Ｇに示すように、下層レジスト膜４５をエッチングマスクとして、上層ハードマスク４０をエッチングする。上層ハードマスク４０のエッチングには、例えばＡｒ、ＣＦ４及びＣＨＦ３を用いたドライエッチングが適用される。このエッチング時に、下層レジスト膜４５の上に形成されていたマスク膜４６（図６Ｆ）が除去される。
【００５４】
図６Ｈに示すように、下層レジスト膜４５（図６Ｇ）を除去する。下層レジスト膜４５の除去には、ＣＯとＯ２との混合ガスを用いたアッシングが適用される。これにより、ビアホール４２内に残っていた下層レジスト膜４５（図６Ｇ）も除去される。
【００５５】
図６Ｉに示すように、上層ハードマスク４０をエッチングマスクとして、中層ハードマスク３９をエッチングする。中層ハードマスク３９のエッチングには、例えばＡｒ、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８及びＯ２の混合ガスを用いたドライエッチングが適用される。これにより、中層ハードマスク３９に、配線パターンに対応する開口４１が形成される。このエッチング時に、ビアホール４２が深く掘り下げられ、その底面にエッチングストッパ３５が露出する。
【００５６】
図６Ｊに示すように、中層ハードマスク３９をエッチングマスクとして、下層ハードマスク３８をエッチングする。下層ハードマスク３８のエッチングには、例えばＡｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３及びＯ２の混合ガスを用いたドライエッチングが適用される。これにより、下層ハードマスク３８にも、配線パターンに対応する開口４１が形成される。このエッチング時に、中層ハードマスク３９の上に形成されていた上層ハードマスク４０（図６Ｉ）が除去される。さらに、ビアホール４２の底面に露出していたエッチングストッパ３５がエッチングされ、下層配線３２が露出する。
【００５７】
図６Ｋに示すように、中層ハードマスク３９をエッチングマスクとして、配線層絶縁膜３７をエッチングすることにより、配線溝５１を形成する。配線層絶縁膜３７のエッチングには、例えばＣＦ４とＣＨＦ３との混合ガスを用いたドライエッチングが適用される。このエッチング時に、中層ハードマスク３９の表層部分がエッチングされる。これにより、開口４１の開口面の肩が丸みを帯びた形状になる。配線溝５１は、図１Ｄに示した実施例１の配線溝２６に対応する。
【００５８】
図６Ｌに示すように、基板表面をＮ２とＨ２との混合ガスのプラズマに晒すことにより、エッチング後処理を行う。
【００５９】
図６Ｍに示すように、ビアホール４２及び配線溝５１の底面と側面、及び中層ハードマスク３９の上面に、バリアメタル膜及びシード膜の２層からなる下地膜５５を、例えばスパッタリングにより形成する。バリアメタル膜には、例えばＴａが用いられ、シード膜には、例えばＣｕが用いられる。
【００６０】
図６Ｎに示すように、下地膜５５の上に、めっき法により導電膜５６を堆積させる。導電膜５６には、例えば銅または銅合金が用いられる。ビアホール４２及び配線溝５１内が、導電膜５６で埋め込まれる。
【００６１】
図６Ｏに示すように、導電膜５６、下地膜５５、上層ハードマスク３９（図６Ｎ）を、下層ハードマスク３８が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）する。ビアホール４２及び配線溝５１内には、銅配線５６Ａが残る。
【００６２】
実施例２においては、図１Ａに示した実施例１の配線層絶縁膜２１に対応する配線層絶縁膜３７（図６Ａ）と、マスク膜２２に対応するマスク膜４６と反射防止膜４７（図６Ｃ）との間に、下層ハードマスク３８（図６Ａ）から下層レジスト膜４５（図６Ｃ）までの積層構造が配置されている。この場合でも、マスク膜４６及び反射防止膜４７のエッチング処理を通して、配線溝５１（図６Ｋ）が形成される。すなわち、マスク膜４６及び反射防止膜４７に形成された開口５０（図６Ｅ）の平面形状が、配線層絶縁膜３７に形成される配線溝５１（図６Ｋ）に引き継がれる。
【００６３】
実施例２においても、図６Ｅに示したマスク膜４６及び反射防止膜４７のエッチング条件を決定する際に、図３Ａまたは図３Ｂに示されたパターン依存物理量とパターン幅変動量との関係、及び図４に示した配線幅の偏差とエッチング条件との関係が利用される。これらの関係を求めるために作製される複数の試料は、図６Ｃに示した配線層絶縁膜３７から上層レジスト膜４８までの積層構造と同一の積層構造を有する。
【００６４】
実施例２においても、実施例１と同様に、配線溝５１の形成、幅の測定、及びプロセス条件の修正という工程を経ることなく、配線溝５１の幅を目標幅に近づけることができる。
【００６５】
また、実施例２においては、図６Ｅに示した反射防止膜４７とマスク膜４６のエッチング条件を調整することにより、配線溝５１（図６Ｋ）の幅を調整している。図６Ｈに示したビアホール４２の側面及び底面が露出した後の種々のエッチング条件は、配線パターンのパターン依存物理量に依存せず固定されている。このため、図６Ｋ及び図６Ｌに示したビアホール４２の形状を一定に維持することができる。
【００６６】
［実施例３］
図７Ａ〜図７Ｈを参照して、実施例３による半導体装置の製造方法について説明する。実施例３で製造される半導体装置の複数の膜の成膜方法及びエッチング方法として、実施例２の対応する膜の成膜方法及びエッチング方法を適用することができる。
【００６７】
図７Ａに示した層間絶縁膜３０、エッチングストッパ３１、及び下層配線３２の構成は、図６Ａに示した構成と同一である。エッチングストッパ３１及び下層配線３２の上に、エッチングストッパ６０、絶縁膜６１、下層ハードマスク６２、及び上層ハードマスク６３をこの順番に形成する。エッチングストッパ６０は、例えばＳｉＣで形成されており、その厚さは５０ｎｍである。絶縁膜６１は、例えばＳｉＯＣで形成されており、その厚さは４００ｎｍである。下層ハードマスク６２は、例えばＴＥＯＳと酸素とを用いたＰＥ−ＣＶＤで形成され、その厚さは１００ｎｍである。上層ハードマスク６３は、例えばＳｉＮで形成されており、その厚さは５０ｎｍである。絶縁膜６１が、図１Ａに示した実施例１の配線層絶縁膜２１に対応する。
【００６８】
図７Ｂに示すように、上層ハードマスク６３からエッチングストッパ６０の厚さ方向の途中まで達するビアホール６４を形成する。
【００６９】
図７Ｃに示すように、上層ハードマスク６３の上に、下層レジスト膜６５を成膜する。ビアホール６４内が下層レジスト膜６５で埋め込まれる。下層レジスト膜６５の上に、マスク膜６６、反射防止膜６７及び上層レジスト膜６８を形成する。上層レジスト膜６８を露光及び現像することにより、配線パターンに対応する開口６９を形成する。マスク膜６６、反射防止膜６７及び上層レジスト膜６８は、それぞれ図６Ｃに示した実施例２のマスク膜４６、反射防止膜４７及び上層レジスト膜４８に対応する。マスク膜６６と反射防止膜６７との２層構造は、図１Ａに示した実施例１のマスク膜２２に対応する。
【００７０】
図７Ｄに示すように、上層レジスト膜６８をエッチングマスクとして、反射防止膜６７、マスク膜６６、及び下層レジスト膜６６の表層部をエッチングする。これにより、配線パターンに対応する開口７０が形成される。開口７０は、図１Ｃに示した実施例１の開口２５に対応する。
【００７１】
図７Ｅに示すように、マスク膜６６をエッチングマスクとして、下層レジスト膜６５をエッチングする。ビアホール６４の下方の一部分には下層レジスト膜６５が残る。このエッチング時に反射防止膜６７及び上層レジスト膜６８（図７Ｄ）は除去される。
【００７２】
図７Ｆに示すように、下層レジスト膜６５をエッチングマスクとして、上層ハードマスク６３をエッチングする。さらに、上層ハードマスク６３をエッチングマスクとして、下層ハードマスク６２をエッチングする。さらに、絶縁膜６１を、その厚さ方向の途中までエッチングする。これにより、絶縁膜６１の厚さ方向の途中まで達する配線溝７３が形成される。このエッチング時に、マスク膜６６（図７Ｅ）が除去される。
【００７３】
図７Ｇに示すように、上層ハードマスク６３の上、及びビアホール６４内の下層レジスト膜６５（図７Ｆ）を除去する。
【００７４】
図７Ｈに示すように。上層ハードマスク６３（図７Ｇ）を除去する。この時、ビアホール６４が深く掘り下げられ、その底面に下層配線３２が露出する。その後の工程は、図６Ｍ〜図６Ｏに示した実施例２の工程と同一である。
【００７５】
実施例３においても、マスク膜６６及び反射防止膜６７のエッチング処理（図７Ｄ）を通して、絶縁膜６１に配線溝７３（図７Ｆ）が形成される。マスク膜６６及び反射防止膜６７のエッチング条件の決定方法は、図５に示した実施例１の方法と同様である。
【００７６】
実施例３においても、実施例１と同様に、配線溝７３の形成、幅の測定、及びプロセス条件の修正という工程を経ることなく、配線溝７３の幅を目標幅に近づけることができる。
【００７７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７８】
２０  下地基板
２１  配線層絶縁膜
２２  マスク膜
２３  レジスト膜
２４、２５  開口
２６  配線溝
２７  導電膜
２７Ａ  配線
３０  層間絶縁膜
３１  エッチングストッパ
３２  下層配線
３５  エッチングストッパ（ＳｉＣ）
３６  ビア層絶縁膜（ＳｉＯＣ）
３７  配線層絶縁膜（ＮＣＳ）
３８  下層ハードマスク（ＳｉＣ）
３９  中層ハードマスク（ＳｉＯ２）
４０  上層ハードマスク（ＳｉＮ）
４１  配線パターンに対応する開口
４２  ビアホール
４５  下層レジスト膜
４６  マスク膜（ＴＥＯＳ）
４７  反射防止膜
４８  上層レジスト膜
４９、５０  配線パターンに対応する開口
５１  配線溝
５５  下地膜（バリア膜（Ｔａ）とシード膜（Ｃｕ））
５６  導電膜（Ｃｕ）
５６Ａ  配線
６０  エッチングストッパ（ＳｉＣ）
６１  配線層絶縁膜（ＳｉＯＣ）
６２  下層ハードマスク（ＴＥＯＳ）
６３  上層ハードマスク（ＳｉＮ）
６４  ビアホール
６５  下層レジスト膜
６６  マスク膜（ＴＥＯＳ）
６７  反射防止膜
６８  上層レジスト膜
６９、７０  配線パターンに対応する開口
７３  配線溝
Ｒ  配線パターンの面積占有率（開口率）
ＷＡ  ウエハの上面の面積
Ｓ１〜Ｓ４  配線パターンの面積
Ｌ  配線パターンの周辺長の合計
Ｌ１〜Ｌ４  配線パターンの周辺長
Ｗ１  レジストの配線パターンの幅
Ｗ２  マスク膜の配線パターンの幅
Ｗ３  配線溝の幅
【図１−１】
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【図１−２】
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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６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図６−４】
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【図７−１】
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【図７−２】
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