(57)【要約】【課題】複数の絶縁膜にパターンの異なる配線溝またはビアホールを形成して多層配線構造を形成する際に、パターンの違いに関わらず、配線幅またはビア幅を均等にする。【解決手段】層間絶縁膜上に反射防止膜と上層レジスト膜とをこの順で積層し、上層レジスト膜をマスクとして反射防止膜をエッチングする際に、上層レジスト膜に形成される開口部の寸法幅Ｌ１に対する層間絶縁膜に形成される凹部の寸法幅Ｌ２の寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有するエッチング条件の値を、上層レジスト膜に形成される開口部の開口率が大きいほど寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように開口率に応じて変動させて反射防止膜をエッチングする。【選択図】図１４
2008235332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された処理対象の絶縁膜上に、反射防止膜と上層レジスト膜とをこの順で積層し、所定パターンを有するマスクを用いて前記上層レジスト膜を露光および現像して開口部を形成する工程と、前記上層レジスト膜をマスクとしてフッ素系ガスを含む第１のエッチングガスを用いて前記反射防止膜をエッチングする工程と、前記反射防止膜に形成されたパターンを前記処理対象の絶縁膜に転写する工程と、により前記処理対象の絶縁膜に配線溝またはビアホールである凹部を形成する工程を含み、当該工程を繰り返して複数の前記絶縁膜にパターンの異なる前記凹部を形成して多層配線構造を形成する半導体装置の製造方法であって、
各前記凹部を形成する工程において、前記反射防止膜をエッチングする工程におけるエッチング条件のうち、前記上層レジスト膜に開口部を形成する工程において前記上層レジスト膜を露光および現像したときの前記上層レジスト膜の前記開口部の寸法幅Ｌ１に対する前記絶縁膜に形成される前記凹部の寸法幅Ｌ２の寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する一のエッチング条件の値を、前記上層レジスト膜に形成される前記開口部の開口率が大きいほど前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように前記開口率に応じて変動させて前記反射防止膜をエッチングする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記反射防止膜をエッチングする工程における、前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する前記一のエッチング条件は、前記第１のエッチングガスに含まれる一の成分ガスの流量、前記半導体基板を載せるステージの温度、エッチングを行うチャンバ内の圧力、またはバイアスパワーである半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチングガスはＣＦ４を含み、
前記反射防止膜をエッチングする工程における、前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する前記一のエッチング条件はＣＦ４の流量であって、前記上層レジスト膜に形成される前記開口率が大きいほどＣＦ４の流量を低くして前記反射防止膜をエッチングする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチングガスは、ＣＦ４単独のガスである半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記上層レジスト膜に開口部を形成する工程において、前記絶縁膜上に前記反射防止膜と前記上層レジスト膜とを積層する前に、前記絶縁膜上に下層レジスト膜と中間絶縁膜とをこの順で積層し、当該中間絶縁膜上に前記反射防止膜と前記上層レジスト膜とを積層し、
前記反射防止膜に形成されたパターンを前記処理対象の絶縁膜に転写する工程は、前記上層レジスト膜および前記反射防止膜をマスクとして前記中間絶縁膜をエッチングする工程と、前記中間絶縁膜をマスクとして前記下層レジスト膜をエッチングする工程と、前記下層レジスト膜をマスクとして前記処理対象の絶縁膜をエッチングする工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記中間絶縁膜をエッチングする工程において、前記中間絶縁膜を、前記処理対象の絶縁膜をエッチングする工程における条件よりもイオン性が低い条件でエッチングする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記反射防止膜をエッチングする工程において、前記反射防止膜を、前記処理対象の絶縁膜をエッチングする工程における条件よりもイオン性が低い条件でエッチングする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５から７いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記中間絶縁膜は、ＳｉＯ２膜である半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記上層レジスト膜は、ＡｒＦエキシマレーザを光源とするリソグラフィで用いられるレジスト膜とすることができ、
前記上層レジスト膜に開口部を形成する工程において、ＡｒＦエキシマレーザを光源とするリソグラフィで前記上層レジスト膜に前記開口部を形成する半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
予め、前記凹部を形成する工程において前記反射防止膜をエッチングする際の前記一のエッチング条件の値を異ならせた複数の条件で複数の処理対象の絶縁膜にそれぞれ同じパターンの前記凹部を形成した場合の、前記一のエッチング条件の値と前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）との相関関係データを取得しておき、各前記凹部を形成する工程において、前記開口率と前記相関関係データとに基づき、前記開口率が高いほど前記相関関係データにおいて前記凹部の幅が狭くなるように前記一のエッチング条件の値を変動させて前記反射防止膜をエッチングする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から９いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
予め、前記一のエッチング条件の値と前記開口率とを、前記開口率が大きいほど前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように対応付けて記憶する対応テーブルを取得しておき、各前記凹部を形成する工程において、前記開口率と前記対応テーブルとに基づき、前記開口率に対応付けられた前記エッチング条件の値で前記反射防止膜をエッチングする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に形成された処理対象の絶縁膜上に、反射防止膜と上層レジスト膜とをこの順で積層し、所定パターンを有するマスクを用いて前記上層レジスト膜を露光および現像して開口部を形成する工程と、前記上層レジスト膜をマスクとしてフッ素系ガスを含む第１のエッチングガスを用いて前記反射防止膜をエッチングする工程と、前記反射防止膜に形成されたパターンを前記処理対象の絶縁膜に転写する工程と、により前記処理対象の絶縁膜に配線溝またはビアホールである凹部を形成する工程を含み、当該工程を繰り返して複数の前記絶縁膜にパターンの異なる前記凹部を形成して多層配線構造を形成する半導体装置の製造手順を制御する制御システムであって、
前記反射防止膜をエッチングする工程におけるエッチング条件のうち、前記上層レジスト膜に開口部を形成する工程において前記上層レジスト膜を露光および現像したときの前記開口部の寸法幅Ｌ１に対する前記絶縁膜に形成される前記凹部の寸法幅Ｌ２の寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する一のエッチング条件の値と、前記上層レジスト膜に形成される前記開口部の開口率とを、前記開口率が大きいほど前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように対応付けて記憶する対応テーブルを記憶する記憶部と、
前記多層配線構造の各前記複数の絶縁膜毎に、前記開口率を取得する開口率データ取得部と、
前記多層配線構造の各前記複数の絶縁膜毎に、前記開口率データ取得部が取得した前記開口率に基づき、前記記憶部の前記対応テーブルを参照して、前記開口率に対応付けられた前記エッチング条件の値を決定する条件決定部と、
を含む制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子では、配線における信号伝搬の遅延が素子動作を律速している。配線における信号伝搬の遅延定数は配線抵抗と配線間容量との積で表される。そのため、素子動作を高速化するために、層間絶縁膜には従来のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）よりも比誘電率の小さい低誘電率材料が、配線には比抵抗値の小さい銅（Ｃｕ）が用いられるようになっている。
【０００３】
配線材料として銅を用いた多層配線はダマシン法（damascene process）で形成される。ダマシン法では、所定パターンが形成されたレジスト膜をマスクとしてエッチングにより層間絶縁膜に配線溝やビアホール等の凹部を形成し、当該凹部内にバリアメタル膜を堆積し、さらに凹部を銅膜で埋め込んだ後、凹部外部に露出した銅膜およびバリアメタル膜をＣＭＰ（化学機械研磨法：chemical mechanical polishing）で除去することにより銅配線または銅ビアが形成される。
【０００４】
このようなダマシン法では、トランジスタの動作タイミングや駆動電圧を設計通りに制御するために、半導体基板上の同じ寸法で設計された配線抵抗を等しくすることが求められる。そのため、配線やビアの寸法を設計通りに形成する必要がある。ダマシン法では、上述したように、凹部に銅膜を埋め込むことにより配線またはビアが形成されるため、寸法制御を良好にするためには、凹部の断面積を均一にすることが必要である。すなわち、凹部幅と凹部深さの高精度加工が求められる。
【０００５】
しかし、多層配線構造の場合、層毎にパターンの開口率（層全面積に対する、配線またはビアが占める面積の割合。データ率ともいう。）が異なる。たとえば、大電流を扱う電源配線等の割合が多い上層では、下層よりもパターンの開口率が大きい方向に推移する傾向が強い。また、製品による違いも考慮すると基板上のパターンの開口率は、約２０〜８０％の範囲で変動する。
【０００６】
従来、パターンの開口率が変わると、幅が同じであるマスクパターンを用いていても、形成される凹部の幅が変動するという問題があった。多層配線構造において設計通りの配線パターンを形成するためには、パターンの開口率が異なる場合でも寸法変動が生じない加工プロセスを構築する必要がある。
【０００７】
従来、エッチング層の開口面積率に応じた寸法変化を補正する技術として、特許文献１〜３に示したものがある。
特許文献１（特開平９−８２６９１号公報）には、被エッチング層の開口面積率が大またはエッチングマスクが逆テーパ形状の場合にはエッチングガスの滞留時間を短くし、逆の場合にはエッチングガスの滞留時間を長くする技術が記載されている。これにより、被エッチング層の開口面積率やエッチングマスクのテーパ角度に依存する寸法変換差を低減することができるとされている。
【０００８】
特許文献２（特開平９−３２６３８２号公報）には、エッチング開口面積に応じてエッチングパラメータを決定してエッチングを行う技術が記載されている。当該文献には、アルミ合金バルク部分をエッチングする際に、エッチング面積が大きくなるに従って、塩素流量を低く抑えることが記載されている。
【０００９】
特許文献３（特開２００４−３１１９７２号公報）には、エッチング対象物のパターン開口率に応じた表面積を持つフォーカスリングを用いてドライエッチングすることにより、フッ素ラジカルのスカベンジ量を制御することにより、形成しようとするパターンに関係なく、寸法シフト量を抑制できかつ所望のエッチング形状が得られるドライエッチングを可能とすることが記載されている。
【００１０】
ところで、半導体装置の微細化が進むにつれ、フォトレジストを用いたエッチング技術においても、微細加工が必要となってきている。微細な加工ができる方法として三層レジスト法が知られている。三層レジスト法では、まず、微細加工したい基板の上に厚い下層レジスト層を塗布する。次に、下層レジスト層上に中間膜を形成する。その上に、たとえばＡｒＦ用のレジスト膜等の上層レジスト層を塗布し、この上層レジストを露光し、現像して加工用マスクとする。目ずれ等が発生した場合、上層レジスト層のみをＯ２アッシングや有機溶媒等により剥離・除去して上層レジスト層を再度形成して露光・現像するという処理が行われる。特許文献４（特開平７−１８３１９４号公報）には、下層レジスト層エッチング時の寸法変換差、パターン形状を改良するために、高密度プラズマによるプラズマＣＶＤ法で形成した中間膜パターンを三層レジストの中間膜とする技術が記載されている。ここで、中間膜として、低温ＣＶＤ法で作成したＳｉＯ２膜が用いられている。
【００１１】
特許文献５（特開２００６−３２９０８号公報）には、ＡｒＦレジストであるマスク層を介して有機系反射防止膜のエッチングを行う際に、プラズマを発生させるために印加する高周波電力の印加電圧を変化させることによって、反射防止膜に形成される開口部の開口寸法を制御する技術が記載されている。これにより、有機系反射防止膜の開口寸法をエッチング前のマスク層の開口パターンの開口寸法より小さくすることができる、とされている。また、ウェハの中央部におけるマスク層の最上部の開口径（トップＣＤ）に対する反射防止膜の底部の開口径（ボトムＣＤ）のシフト量をＣＤシフトとして、有機系反射防止膜のエッチングを行う際に、プラズマを発生させるために印加する高周波電力の印加電圧を変化させることにより、ＣＤシフトが生じることが記載されている。
【特許文献１】特開平９−８２６９１号公報
【特許文献２】特開平９−３２６３８２号公報
【特許文献３】特開２００４−３１１９７２号公報
【特許文献４】特開平７−１８３１９４号公報
【特許文献５】特開２００６−３２９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、引用文献３に記載の技術では、開口率が異なる層を処理する度に、真空装置であるプロセスチャンバを開放し、フォーカスリングの取り付け直しが必要になる。チャンバの大気開放から真空定常状態への復帰には長い時間がかかり、いわゆるダウンタイムが増大するため装置の使用効率が大幅に悪化してしまう。
【００１３】
また、上記特許文献１および２に記載の技術では、最終製品に含まれる処理対象の膜（たとえば特許文献１の高融点金属ポリサイド層５、特許文献２のＳｉＯ２膜）をエッチングする際のエッチング条件を異ならせることにより、エッチング層の開口面積率に応じた寸法変化を補正している。しかし、本発明者の検討によれば、ダマシン法で配線溝を形成する際には、配線溝を形成する対象の層間絶縁膜をエッチングする際のエッチング条件を制御してパターンの開口率に応じた寸法変化を補正しようとしても、寸法変化を制御よく補正するのが困難であった。
【００１４】
また、特許文献５では、製造工程中に存在する材料であり、最終製品には含まれない反射防止膜の開口寸法を制御することが記載されているが、最終製品の電気特性を良好に維持するためには、最終製品に含まれる材料の寸法が重要となる。反射防止膜の開口寸法を所望の値に制御できたとしても、最終製品に含まれる材料の寸法が所望の値に制御できるとは限らない。図１９を参照して後述するように、高周波電力の印加電圧（トップパワー）を変化させても、最終製品に含まれる処理対象の層間絶縁膜における寸法制御が行えなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、
半導体基板上に形成された処理対象の絶縁膜上に、反射防止膜と上層レジスト膜とをこの順で積層し、所定パターンを有するマスクを用いて前記上層レジスト膜を露光および現像して開口部を形成する工程と、前記上層レジスト膜をマスクとしてフッ素系ガスを含む第１のエッチングガスを用いて前記反射防止膜をエッチングする工程と、前記反射防止膜に形成されたパターンを前記処理対象の絶縁膜に転写する工程と、により前記処理対象の絶縁膜に配線溝またはビアホールである凹部を形成する工程を含み、当該工程を繰り返して複数の前記絶縁膜にパターンの異なる前記凹部を形成して多層配線構造を形成する半導体装置の製造方法であって、
各前記凹部を形成する工程において、前記反射防止膜をエッチングする工程におけるエッチング条件のうち、前記上層レジスト膜に開口部を形成する工程において前記上層レジスト膜を露光および現像したときの前記上層レジスト膜の前記開口部の寸法幅Ｌ１に対する前記絶縁膜に形成される前記凹部の寸法幅Ｌ２の寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する一のエッチング条件の値を、前記上層レジスト膜に形成される前記開口部の開口率が大きいほど前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように前記開口率に応じて変動させて前記反射防止膜をエッチングする半導体装置の製造方法が提供される。これにより、各前記凹部を形成する工程において、前記複数の絶縁膜の前記開口率が異なる場合でも、前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が所定範囲内となるように、前記一のエッチング条件の値を、前記上層レジスト膜に形成される前記開口部の開口率が大きいほど前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように前記開口率に応じて変動させることができる。
【００１６】
本発明者は、上層レジスト膜をＡｒＦ用のレジスト膜等イオンの衝突等による衝撃に弱い材料により構成した場合、上層レジスト膜をマスクとしたエッチングを行う際にイオン性が低い条件(チャンバ内の圧力大、トップパワー小、バイアスパワー小)でエッチングする必要があるため、開口率に基づく寸法変動がとくに大きく生じることを見出した。また、本発明者は、種々の検討を行った結果、このような寸法変動は、ＳｉＯ２膜等の絶縁膜をエッチングする際に生じやすいことを見出した。たとえば、凹部を形成する処理対象の絶縁膜上に上層レジスト膜を単層で形成して上層レジスト膜をマスクとして処理対象の絶縁膜をエッチングする場合は、当該絶縁膜に開口率に基づく寸法変動が生じやすい。また、後述するように、凹部を形成する処理対象の絶縁膜上に、下層レジスト膜、中間絶縁膜および上層レジスト膜により構成される多層レジスト膜を形成してエッチングする場合、上層レジスト膜をマスクとして中間絶縁膜をエッチングする際に、中間絶縁膜に開口率に基づく寸法変動が生じやすい。
【００１７】
本発明者は、このような寸法変動が生じやすい絶縁膜（中間絶縁膜を含む）をエッチングする際ではなく、当該絶縁膜をエッチングする前に、当該絶縁膜をエッチングする際の寸法変動量を見越して逆補正を行っておくことにより、パターンの開口率が異なる場合でも寸法変動を抑制できることを見出した。このような逆補正は、最終製品に含まれることになる絶縁膜に形成される凹部の寸法幅Ｌ２の上層レジスト膜に開口部を形成する工程において上層レジスト膜を露光および現像したときの上層レジスト膜の開口部の寸法幅Ｌ１に対する寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）を基準として、当該寸法シフト量と相関関係を有する一のエッチング条件の値を制御することにより行うことができる。これにより、最終製品に含まれる処理対象の絶縁膜の寸法変化を精度よく補正することができる。
【００１８】
図４を参照して後述するように、エッチング条件を一定とすると、開口率が大きいほど寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が大きくなる。そのため、開口率に応じて、開口率が大きいほど、寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるようなエッチング条件で反射防止膜をエッチングすることにより、パターンの開口率が異なる場合でも寸法変動を抑制することができる。
【００１９】
以上のような知見に基づき、本発明者は、反射防止膜のエッチング条件の中で、第１のエッチングガスに含まれる一の成分ガスの流量、半導体基板を載せるステージの温度、エッチングを行うチャンバ内の圧力、またはバイアスパワー等の値が、寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有することを見出した。とくに、第１のエッチングガスとしてＣＦ４ガスを用いた場合に、ＣＦ４ガスの流量が寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と良好な相関関係を有することを見出した。そのため、開口率が大きいほどＣＦ４の流量を低くして反射防止膜をエッチングすることにより、パターンの開口率が変動しても加工後の寸法が変化しないようにすることができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法において、
前記上層レジスト膜に開口部を形成する工程において、前記絶縁膜上に前記反射防止膜と前記上層レジスト膜とを積層する前に、前記絶縁膜上に下層レジスト膜と中間絶縁膜とをこの順で積層し、当該中間絶縁膜上に前記反射防止膜と前記上層レジスト膜とを積層し、
前記反射防止膜に形成されたパターンを前記処理対象の絶縁膜に転写する工程は、前記上層レジスト膜および前記反射防止膜をマスクとして前記中間絶縁膜をエッチングする工程と、前記中間絶縁膜をマスクとして前記下層レジスト膜をエッチングする工程と、前記下層レジスト膜をマスクとして前記処理対象の絶縁膜をエッチングする工程と、を含むことができる。ここで、中間絶縁膜は、ＳｉＯ２膜とすることができる。
【００２１】
このように、下層レジスト膜、中間絶縁膜および上層レジスト膜により構成される多層レジスト膜を用いた場合、上層レジスト膜をマスクとして、中間絶縁膜をエッチングする際に、開口率に基づく寸法変動がとくに大きく生じることが本発明者の検討により明らかになった。上層レジスト膜はＡｒＦ用のレジスト膜等イオンの衝突等による衝撃に弱い材料により構成されるため、上層レジスト膜をマスクとしてエッチングする際には、イオン性が低い条件でエッチングする必要がある。上述したように、この段階で、開口率に基づく寸法変動がとくに大きく生じる。一方、層間絶縁膜のエッチング時には、下層レジスト層がマスクとなっており、イオン性が高い条件(チャンバ内の圧力小、トップパワー大、バイアスパワー大)でエッチングを行うことができるため、この段階では開口率に基づく寸法変動はほとんど生じない。そのため、上層レジスト膜をマスクとして中間絶縁膜をエッチングする前に、中間絶縁膜をエッチングする際の寸法変動量を見越して逆補正を行っておくことにより、中間絶縁膜の寸法変動を抑制することができ、その後の工程でもそのまま寸法変動を抑制した状態を保つことができる。
【００２２】
本発明によれば、
半導体基板上に形成された処理対象の絶縁膜上に、反射防止膜と上層レジスト膜とをこの順で積層し、所定パターンを有するマスクを用いて前記上層レジスト膜を露光および現像して開口部を形成する工程と、前記上層レジスト膜をマスクとしてフッ素系ガスを含む第１のエッチングガスを用いて前記反射防止膜をエッチングする工程と、前記反射防止膜に形成されたパターンを前記処理対象の絶縁膜に転写する工程と、により前記処理対象の絶縁膜に配線溝またはビアホールである凹部を形成する工程を含み、当該工程を繰り返して複数の前記絶縁膜にパターンの異なる前記凹部を形成して多層配線構造を形成する半導体装置の製造手順を制御する制御システムであって、
前記反射防止膜をエッチングする工程におけるエッチング条件のうち、前記上層レジスト膜に開口部を形成する工程において前記上層レジスト膜を露光および現像したときの前記開口部の寸法幅Ｌ１に対する前記絶縁膜に形成される前記凹部の寸法幅Ｌ２の寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する一のエッチング条件の値と、前記上層レジスト膜に形成される前記開口部の開口率とを、前記開口率が大きいほど前記寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように対応付けて記憶する対応テーブルを記憶する記憶部と、
前記多層配線構造の各前記複数の絶縁膜毎に、前記開口率を取得する開口率データ取得部と、
前記多層配線構造の各前記複数の絶縁膜毎に、前記開口率データ取得部が取得した前記開口率に基づき、前記記憶部の前記対応テーブルを参照して、前記開口率に対応付けられた前記エッチング条件の値を決定する条件決定部と、
を含む制御システムが提供される。
【００２３】
上記構成により、パターンの開口率が変動しても加工後の寸法が変化しないようにすることができる。
【００２４】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複数の絶縁膜にパターンの異なる配線溝またはビアホールを形成して多層配線構造を形成する際に、パターンの違いに関わらず、配線幅またはビア幅を均等にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２７】
図１から図３は、本実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。
半導体装置１００は、半導体基板１０２と、半導体基板１０２上に、絶縁膜１０４、第１の層間絶縁膜１０６、エッチング阻止膜１１０、および第２の層間絶縁膜１１１がこの順で積層された多層構造とを含む。第２の層間絶縁膜１１１は、たとえばＳｉＯＣ膜等である低誘電率膜１１２と、たとえばＳｉＯ２膜等である保護絶縁膜１１４とを含む。第１の層間絶縁膜１０６には、下層配線１０８が形成されている。また、図示していないが、半導体基板１０２表面にはトランジスタ等の素子が形成されている。さらに、各層は単一層とは限らず、多層構造とすることができる。
【００２８】
次に、このような構造において、第２の層間絶縁膜１１１に、下層配線１０８に接続されるダマシン配線構造を形成する。まず、エッチング阻止膜１１０を下層配線１０８上に残したまま、第２の層間絶縁膜１１１にビアホールを形成する。
【００２９】
その後、第２の層間絶縁膜１１１上に、配線溝を形成するためのレジスト膜を形成する。本実施の形態においては、下層レジスト膜１１６、中間絶縁膜１１８、および上層レジスト膜１２２により構成される多層レジスト膜１１５を用いる。また、多層レジスト膜１１５は、中間絶縁膜１１８と上層レジスト膜１２２との間に形成された反射防止膜１２０をさらに含む。
【００３０】
上層レジスト膜１２２は、ＡｒＦエキシマレーザを光源とするリソグラフィで用いられるレジスト膜とすることができる。上層レジスト膜１２２は、三層レジスト法等の多層レジスト膜において通常用いられる上層レジスト膜と同様の材料により構成することができ、たとえば化学増幅型のレジスト膜とすることができる。下層レジスト膜１１６は、上層レジスト膜１２２よりもイオンの衝突等による衝撃に強い材料により構成することができる。下層レジスト膜１１６は、たとえばｉ線レジスト膜とすることができる。下層レジスト膜１１６は、三層レジスト法等の多層レジスト膜において通常用いられる下層レジスト膜と同様の材料により構成することができ、たとえばノボラック型ポジ型レジスト、ポリイミド樹脂や熱硬化性フェノール等により構成することができる。中間絶縁膜１１８は、たとえばＳｉＯ２膜とすることができる。反射防止膜１２０は、たとえば芳香族ポリエステル系の材料により構成することができる。
【００３１】
反射防止膜１２０上に上層レジスト膜１２２を形成した後、マスクを用いて上層レジスト膜１２２をＡｒＦエキシマレーザで露光し、上層レジスト膜１２２に配線溝を形成するための開口部１３０を形成する。図１（ａ）は、この状態を示す図である。
【００３２】
つづいて、上層レジスト膜１２２をマスクとして、反射防止膜１２０をエッチングする（図１（ｂ））。反射防止膜１２０をエッチングするガス（第１のエッチングガス）は、フッ素系ガスを含むことができる。また、ＡｒＦ用のレジスト膜は、イオンの衝突等による衝撃に弱いため、反射防止膜１２０をエッチングするガスとしては、エッチング中にガスの解離によって生成するデポジションでレジストを保護し、かつレジストを叩く効果を有するスパッタ性が小さいガス系の選択が望まれる。このようなガスとして、本実施の形態において反射防止膜１２０のエッチングガスとしては、実質的にＣＦ４ガスのみを含むＣＦ４単独のガスを用いることができる。ここで、実質的にＣＦ４ガスのみを含むガスとは、ＣＦ４ガス以外のガスの濃度がエッチング特性に影響を与えないレベル以下であるものをいう。ＣＦ４単独のガスを用いることにより、上層レジスト膜１２２を保護するとともに、反射防止膜１２０を保護して反射防止膜１２０のラフネスの増大を抑制することができる。また、ＡｒＦ用のレジスト膜をマスクとしてエッチングを行う場合は、イオン性の低い条件でエッチングを行う必要がある。たとえば、トップパワーは、１０００Ｗ以下とすることができる。このようにすれば、ＡｒＦ用のレジスト膜のラフネスの増大を抑制することができ、エッチング後の形状を良好に保つことができる。
【００３３】
次いで、上層レジスト膜１２２および反射防止膜１２０をマスクとして、中間絶縁膜１１８をエッチングする（図１（ｃ））。ここで、エッチングガスとしては、ＣＦ４／Ａｒ混合ガスを用いることができる。
【００３４】
その後、上層レジスト膜１２２、反射防止膜１２０、および中間絶縁膜１１８をマスクとして、下層レジスト膜１１６をエッチングする（図２（ａ））。このとき、エッチングガスとしては、Ｎ２／Ｏ２混合ガスを用いることができる。なお、下層レジスト膜１１６がエッチングされる過程で上層レジスト膜１２２および反射防止膜１２０もエッチングされてもよい。このような場合でも、中間絶縁膜１１８がマスクとして機能するため、下層レジスト膜１１６に上層のパターンを精度よく転写することができる。
【００３５】
つづいて、中間絶縁膜１１８および下層レジスト膜１１６をマスクとして、保護絶縁膜１１４および低誘電率膜１１２を順次エッチングする（図２（ｂ））。このとき、下層レジスト膜１１６は、上層レジスト膜１２２よりもイオンの衝突等による衝撃に強い材料により構成されているため、反射防止膜１２０や中間絶縁膜１１８等をエッチングする際の条件よりもイオン性が高い条件でエッチングすることができる。保護絶縁膜１１４および低誘電率膜１１２をエッチングするエッチングガスとしては、ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２混合ガスを用いることができる。なお、保護絶縁膜１１４および低誘電率膜１１２がエッチングされる過程で、中間絶縁膜１１８もエッチングされるが、下層レジスト膜１１６がマスクとして機能するため、保護絶縁膜１１４および低誘電率膜１１２に上層のパターンを精度よく転写することができる。
【００３６】
次いで、Ｏ２アッシングにより、下層レジスト膜１１６を除去する（図３（ａ））。その後、たとえばＣＦ４／Ｏ２混合ガスをエッチングガスとして用いて、エッチング阻止膜１１０を除去し、下層配線１０８表面を露出させる（図３（ｂ））。これにより、下層配線１０８に接続されたデュアルダマシン溝１４０（配線溝１４２およびビアホール１４４）が形成される。つづいて、デュアルダマシン溝１４０内に配線材料を埋め込み、デュアルダマシン溝１４０外部に露出した配線材料をＣＭＰで除去することにより、上層配線１３２が形成される（図３（ｃ））。
【００３７】
上述したように、従来、上層レジスト膜１２２の層全面積に占める開口部１３０がしめる面積の割合（以下、開口率という）に応じて、上層レジスト膜１２２のパターンを第２の層間絶縁膜１１１に転写したときに、開口部１３０の底部寸法幅Ｌ１（寸法幅Ｌ１）（図１（ａ）参照）と配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２（寸法幅Ｌ２）（図３（ｂ）参照）との底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）（寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１））が変動するという課題があった。上述したように、本発明者は、反射防止膜をエッチングする工程におけるエッチング条件を制御することにより、この後に生じる中間絶縁膜１１８への寸法変動量を見越した逆補正が行われることになり、最終的な底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）の変動を低減することができることを見出した。すなわち、本発明者は、反射防止膜をエッチングする工程におけるエッチング条件のうち、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する一のエッチング条件を、開口率が大きいほど底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように開口率に応じて変動させて反射防止膜をエッチングすることにより、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）の変動を低減することができることを見出した。
【００３８】
また、本発明者は、とくに、反射防止膜１２０をＣＦ４単独のガスでエッチングする際に、エッチングガス（ＣＦ４単独のガス）の流量が底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）と良好な相関関係を有し、エッチングガスの流量を制御することにより、複数の絶縁膜にパターンの異なる配線溝またはビアホールを形成して多層配線構造を形成する際に、パターンの違いに関わらず、配線幅またはビア幅を均等にすることができることを見出した。以下、具体例を説明する。
【００３９】
図４は、図１から図３を参照して説明した第２の層間絶縁膜１１１にデュアルダマシン溝１４０を形成する手順において、開口率を変化させた場合の底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）を示す図である。ここで、エッチング条件はすべて一定とした。図４に示すように、開口率が高くなるほど底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）がプラスにシフトしている。開口部１３０の底部寸法幅Ｌ１は略一定であるため、開口率が高くなるほど、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなっていることがわかる。
【００４０】
図５は、開口率の変動によって、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が変動するメカニズムを示す図である。開口率大の場合は、表面に露出する上層レジスト膜１２２の面積が減少する。この時、エッチング中に上層レジスト膜１２２との反応によって生成するデポジションが少なくなるため、エッチング対象部分（反射防止膜１２０および中間絶縁膜１１８）のテーパ角が小さくなり、結果として溝の底部寸法が大きくなる。この寸法が下層に反映されるため、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２も大きくなると考えられる。一方、開口率小の場合、エッチング中のデポジション量が増え、エッチング対象部のテーパ角が大きくなるため、溝の底部寸法が小さくなる。この寸法が下層に反映されるため、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２も小さくなると考えられる。このような変動は、上層レジスト膜１２２をマスクとして、イオン性が低い条件でエッチングを行う際に中間絶縁膜１１８に生じやすいと考えられる。
【００４１】
図４および図５を参照して説明した結果から、開口率が大きい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が小さくなるような条件で反射防止膜１２０をエッチングし、開口率が小さい場合には配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなるような条件で反射防止膜１２０をエッチングすることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００４２】
図６は、反射防止膜１２０をエッチングする際に、エッチングガス（ＣＦ４単独のガス）の流量を変化させた時の、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）（ｎｍ）を示す図である。横軸は反射防止膜１２０をエッチングする際のエッチングガス（ＣＦ４単独のガス）の流量（ｓｃｃｍ）、縦軸は底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）を示す。ここで、反射防止膜１２０のエッチングは、ウェハを載せるステージ温度２０℃：チャンバの圧力８０ｍＴｏｒｒ：トップパワー５００Ｗ：バイアスパワー４５０Ｗで固定し、ＣＦ４ガスの流量を変化させた。図６に示すように、ＣＦ４ガスの流量が高くなるほど底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）がプラスにシフトしている。開口部１３０の底部寸法幅Ｌ１は略一定であるため、ＣＦ４ガスの流量が高くなるほど、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなっていることがわかる。
【００４３】
すなわち、図４および図６に示した結果から、開口率が大きい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が小さくなるようにＣＦ４ガスの流量を低くし、開口率が小さい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなるようにＣＦ４ガスの流量を高くすることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００４４】
図７は、開口率と、配線溝１４２の底部寸法シフト量ΔＣＤずれ量との関係を示す図である。ここでは、ＣＦ４ガスの流量を１２５ｓｃｃｍ（条件Ａ）、１００ｓｃｃｍ（条件Ｂ）、７５ｓｃｃｍ（条件Ｃ）とした例を示す。縦軸は、ＣＦ４流量が１００ｓｃｃｍ、開口率が３５％の場合の底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）を基準（ゼロ、中心）とした場合の各底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）の基準からのずれ量（ｎｍ）を示す。図示したように、開口率が大きくなるほど、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）、すなわち配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなっている。
【００４５】
ΔＣＤずれ量の許容範囲は、最終品における配線抵抗の許容値に基づき算出することができる。図７では、基準からのΔＣＤずれ量の許容範囲が±２．５ｎｍである場合を例として示す。図中、ハッチ部分が許容範囲である。開口率に応じて、ΔＣＤずれ量が許容範囲内となる条件を選択することにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができる。
【００４６】
たとえば、開口率が約２０〜３０％の場合、条件Ａで反射防止膜１２０をエッチングすることにより、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が許容範囲内となるようにできる。同様に、開口率が約２６〜４４％の場合条件Ｂで、開口率が約４０〜５１％の場合条件Ｃでそれぞれ反射防止膜１２０をエッチングすることにより、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が許容範囲内となるようにできる。開口率が約２６〜３０％の場合、条件ＡまたはＢのいずれを用いてもよく、開口率が約４０〜４４％の場合、条件ＢまたはＣのいずれを用いてもよい。たとえば開口率が２８％の場合は、ＣＦ４流量が１２５ｓｃｃｍ（条件Ａ）でも、１００ｓｃｃｍ（条件Ｂ）でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が許容範囲内となるようにできる。
【００４７】
図８は、開口率に応じて反射防止膜１２０エッチング時のＣＦ４ガスの流量を異ならせた場合の、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）および寸法を示す図である。ここで、図８（ａ）に示すように、開口率が２０％、２７％、３５％、４３％、および５０％の配線パターンにつき、ＣＦ４ガスの流量をそれぞれ、１２５ｓｃｃｍ、１１３ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、８７ｓｃｃｍ、および７５ｓｃｃｍとして、図１から図３を参照して説明したデュアルダマシン溝１４０の形成処理を行った。図８（ｂ）は、各開口率における底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）を示す。図８（ｃ）は、各開口率における配線溝１４２の底部の寸法（底部寸法幅Ｌ２）（３σ（寸法測定後のばらつき）を示す。図示したように、開口率にかかわらず、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）をほぼ一定にすることができた。また、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２のずれ量も、５ｎｍ範囲内に抑えることができた。
【００４８】
以上のように、反射防止膜１２０のエッチング条件を制御することにより、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を制御することができることが示された。
【００４９】
以上では、反射防止膜１２０のエッチング条件として、エッチングガスとしてＣＦ４単独のガスを用いるとともに、開口率に応じてＣＦ４ガスの流量を変動させる例を示したが、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有するものであれば、他の条件の値を変動させるようにしてもよい。このようなエッチング条件として、たとえば、半導体基板（ウェハステージ）の温度、またはエッチングを行うチャンバ内の圧力、バイアスパワーがあげられる。また、反射防止膜１２０のエッチングガスとして、ＣＦ４ガス以外のガスを用いる場合、開口率に応じてそれらのガスの流量を変動させるようにしてもよい。以下、具体例を説明する。
【００５０】
図９は、半導体基板を載せるステージの温度を変化させて反射防止膜１２０のエッチングを行った場合の、ウェハを載せるステージの温度（℃）と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。ここで、他の条件は、チャンバの圧力１５０ｍＴｏｒｒ：トップパワー５００Ｗ：バイアスパワー５００Ｗで固定した。また、エッチングガスとしては、ＣＦ４単独のガスを用い、流量は４００ｓｃｃｍに固定した。図９から、半導体基板を載せるステージの温度が高くなると、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）、すなわち、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなることがわかる。この結果から、開口率が大きい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が小さくなるように半導体基板を載せるステージの温度を低くし、開口率が小さい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなるように半導体基板を載せるステージの温度を高くすることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００５１】
図１０は、エッチングを行うチャンバ内の圧力を変化させて反射防止膜１２０のエッチングを行った場合の、エッチングを行うチャンバ内の圧力と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。ここで、他の条件は、ウェハを載せるステージ温度２０℃：トップパワー５００Ｗ：バイアスパワー５００Ｗで固定した。また、エッチングガスとしては、ＣＦ４単独のガスを用い、流量は４００ｓｃｃｍに固定した。図１０から、エッチングを行うチャンバ内の圧力が高くなると、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）、すなわち、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなることがわかる。この結果から、開口率が大きい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が小さくなるようにエッチングを行うチャンバ内の圧力を低くし、開口率が小さい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなるようにエッチングを行うチャンバ内の圧力を高くすることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００５２】
図１１は、バイアスパワーを変化させて反射防止膜１２０のエッチングを行った場合の、バイアスパワーと底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。ここで、他の条件は、ウェハを載せるステージ温度２０℃：チャンバの圧力１５０ｍＴｏｒｒ：トップパワー５００Ｗで固定した。また、エッチングガスとしては、ＣＦ４単独のガスを用い、流量は４００ｓｃｃｍに固定した。図１１から、バイアスパワーが低くなると、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）、すなわち、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなることがわかる。この結果から、開口率が大きい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が小さくなるようにバイアスパワーを高くし、開口率が小さい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなるようにバイアスパワーを低くすることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００５３】
図１２は、エッチングガスとしてＣＦ４とＣＨＦ３の混合ガスを用い、ＣＨＦ３ガスの流量を変化させて反射防止膜１２０のエッチングを行った場合の、ＣＨＦ３ガスの流量と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。ここで、他の条件は、ウェハを載せるステージ温度２０℃：チャンバの圧力１５０ｍＴｏｒｒ：バイアスパワー５００Ｗ：トップパワー５００Ｗで固定した。また、エッチングガス中のＣＦ４ガスの流量は４００ｓｃｃｍに固定した。図１２から、ＣＨＦ３ガスの流量が低くなると、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）、すなわち、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなることがわかる。この結果から、開口率が大きい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が小さくなるようにＣＨＦ３ガスの流量を大きく、開口率が小さい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなるようにＣＨＦ３ガスの流量を小さくすることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００５４】
図１３は、エッチングガスとしてＣＦ４とＯ２の混合ガスを用い、Ｏ２ガスの流量を変化させて反射防止膜１２０のエッチングを行った場合の、Ｏ２ガスの流量と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。ここで、他の条件は、ウェハを載せるステージ温度２０℃：チャンバの圧力１５０ｍＴｏｒｒ：バイアスパワー５００Ｗ：トップパワー５００Ｗで固定した。また、エッチングガス中のＣＦ４ガスの流量は４００ｓｃｃｍに固定した。図１３から、Ｏ２ガスの流量が高くなると、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）、すなわち、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなることがわかる。この結果から、開口率が大きい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が小さくなるようにＯ２ガスの流量を小さく、開口率が小さい場合には、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が大きくなるようにＯ２ガスの流量を大きくすることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００５５】
以上のように、反射防止膜１２０のエッチング条件のうち、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有するエッチング条件の値と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との相関関係データを取得し、開口率が大きいほど、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなる方向に当該エッチング条件の値を変動させることにより、開口率が異なる場合でも、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２を各層で均一にすることができると考えられる。
【００５６】
図１４は、本実施の形態における半導体装置１００の製造手順を示すフローチャートである。
本実施の形態において、実際に半導体装置１００を製造する前に、図１（ｂ）を参照して説明した反射防止膜１２０のエッチング条件のうち、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有するエッチング条件の値と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との相関関係データを取得しておく（Ｓ１００）。
【００５７】
つづいて、第２の層間絶縁膜１１１上に、下層レジスト膜１１６、中間絶縁膜１１８、反射防止膜１２０、および上層レジスト膜１２２がこの順で積層された多層レジスト膜１１５を形成する（Ｓ１１０）。次いで、処理対象の第２の層間絶縁膜１１１に形成する凹部の開口率データを取得する（Ｓ１２０）。その後、ステップＳ１００で取得した相関関係データと、開口率に基づき、開口率が大きいほど底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように開口率に応じて反射防止膜１２０のエッチング条件の値を決定する（Ｓ１３０）。
【００５８】
つづいて、ステップＳ１３０で決定されたエッチング条件の値で反射防止膜１２０をエッチングする（Ｓ１４０）。次いで、中間絶縁膜１１８、下層レジスト膜１１６、および第２の層間絶縁膜１１１を順にエッチングする（Ｓ１５０）。その後、アッシングにより残存する下層レジスト膜１１６を除去する（Ｓ１６０）。つづいて、エッチング阻止膜１１０をエッチングする（Ｓ１７０）。次いで、デュアルダマシン溝１４０内に配線材料を埋め込み、上層配線１３２を形成する（Ｓ１８０）。以上の処理により、一層分の配線が形成される。次の層を形成する場合（Ｓ１９０のＹＥＳ）、ステップＳ１１０に戻り、同様の処理を繰り返す。なお、ステップＳ１２０およびＳ１３０の処理は、ステップＳ１１０の前に行ってもよい。また、各層を形成するステップ毎に行わず、多層配線構造を形成する前に、各層毎に開口率に応じてエッチング条件の値を決定しておき、レシピを作成しておいてもよい。
【００５９】
さらに、処理毎に相関関係データを取得するのではなく、図１５に示すように、予め、開口率と、開口率に対応したエッチング条件の値とを対応付けたテーブルを準備しておき、開口率に応じて対応するエッチング条件の値を決定するようにすることもできる。ここでは、例として、開口率が２０％以上５０％以下の範囲で変動すると仮定して、開口率２０％以上２８％未満、開口率２８％以上４３％未満、開口率４３％以上５０％以下の３つのグループに分類し、各開口率のグループに対応した条件を設定している。ここでは、エッチングガスとしてＣＦ４単独のガスを用い、ＣＦ４ガスの流量を変化させる例を示す。
【００６０】
上層レジスト膜１２２にパターンを転写する際のマスクとなるレチクルは、その作成時にＣＡＤで作成したデータをＥＢ変換（電子線描画装置用の描画データ）することにより得られる。このＥＢ変換時に、正確な開口率をデータとして収集することができる。レチクル名とその開口率を記憶した対応テーブルを別途準備しておき、レチクル名に基づき、開口率を把握し、開口率に基づいて図１５に示したテーブルを参照することにより、適切なＣＦ４ガスの流量を決定することができる。このような処理は、オペレータがテーブルを参照して行ってもよく、システムにより自動的に行われてもよい。以下に、このような制御を行うシステムの例を示す。
【００６１】
図１６は、本実施の形態におけるエッチング条件制御システム３００の構成を示す図である。エッチング条件制御システム３００は、開口率データ取得部３０２と、条件決定部３０４と、レチクル情報記憶部３０６と、および条件記憶部３０８とを含む。レチクル情報記憶部３０６は、レチクル名とその開口率を記憶した対応テーブルを含む。条件記憶部３０８は、図１５に示したような開口率と、開口率に対応したエッチング条件の値とを対応付けたテーブルを含む。開口率データ取得部３０２は、レチクル名の入力を受け付け、レチクル情報記憶部３０６を参照してレチクル名に基づき、開口率データを取得する。条件決定部３０４は、開口率データ取得部３０２が取得した開口率データに基づき、条件記憶部３０８を参照して、エッチング条件を選択する。条件決定部３０４は、選択されたエッチング条件で反射防止膜１２０がエッチングされるように、エッチング装置４００を制御する。
【００６２】
図１６に示したエッチング条件制御システム３００の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。エッチング条件制御システム３００の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。
【００６３】
（比較例）
なお、図１９は、高周波電力の印加電圧（トップパワー）を変化させて反射防止膜１２０のエッチングを行った場合の、トップパワーと底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。ここで、他の条件は、ウェハを載せるステージ温度２０℃：チャンバの圧力１５０ｍＴｏｒｒ：バイアスパワー５００Ｗで固定した。また、エッチングガスとしては、ＣＦ４単独のガスを用い、流量は４００ｓｃｃｍに固定した。図１９から、トップパワーを変化させても、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）、すなわち、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が変化しないことがわかる。
【００６４】
このように、比較例では、配線溝１４２の底部寸法幅Ｌ２が変化しなかった理由としては、
（ｉ）このような条件では反射防止膜１２０の開口部の寸法自体が変化していない、または
（ｉｉ）反射防止膜１２０の開口部の寸法は変化したが、反射防止膜１２０の開口部の寸法の変化だけでは、反射防止膜１２０の下層の中間絶縁膜１１８等の膜の開口寸法に影響を及ぼさない、
等があげられる。
【００６５】
本発明者の推察によれば、反射防止膜１２０の下層の中間絶縁膜１１８等の膜の開口寸法の制御には、反射防止膜１２０の開口部の寸法の変動だけではなく、その上のレジスト膜の底部寸法の変動も影響する。本実施の形態においては、中間絶縁膜１１８をエッチングする際のエッチング条件の値を適宜設定することにより、中間絶縁膜１１８の開口部の寸法が変動するとともに、その際のデポにより、上層レジスト膜１２２の開口部１３０の底部寸法も縮んだり広がったりして、これらが統合的に下層の中間絶縁膜１１８等の膜の開口寸法に影響を与えていると考えられる。このような現象を考慮すると、反射防止膜の開口部の寸法の変動を考慮してエッチング条件の値を制御するのではなく、最終製品に含まれることになる絶縁膜に形成される凹部の寸法幅Ｌ２を考慮して、寸法シフト量と相関関係を有するエッチング条件の値を制御することが重要であることがわかる。
【００６６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００６７】
以上の実施の形態においては、多層レジスト膜１１５を用いて処理対象の第２の層間絶縁膜１１１にデュアルダマシン溝１４０を形成する例を示した。しかし、本発明は、単層レジスト膜を用いた場合に適用することもできる。以下、図１７および図１８を参照して説明する。なお、以下では、実施の形態において、図１から図３を参照して説明したのと異なる点のみ説明し、重複する説明は適宜省略する。
【００６８】
半導体基板１０２と、半導体基板１０２上に、絶縁膜１０４、第１の層間絶縁膜１０６、エッチング阻止膜１１０、および第２の層間絶縁膜１１１がこの順で積層された多層構造上に、配線溝を形成するためのレジスト膜を形成する。ここでは、反射防止膜２０４およびレジスト膜２０６を形成する。レジスト膜２０６は、上層レジスト膜１２２と同様、ＡｒＦエキシマレーザを光源とするリソグラフィで用いられるレジスト膜とすることができる。反射防止膜２０４上にレジスト膜２０６を形成した後、マスクを用いてレジスト膜２０６をＡｒＦエキシマレーザで露光し、レジスト膜２０６に配線溝を形成するための開口部２１０を形成する。図１７（ａ）は、この状態を示す図である。つづいて、レジスト膜２０６をマスクとして、反射防止膜２０４をエッチングする（図１７（ｂ））。このときも、反射防止膜２０４のエッチングガスとしては、ＣＦ４単独のガスを用いることができる。
【００６９】
その後、レジスト膜２０６および反射防止膜２０４をマスクとして、保護絶縁膜１１４および低誘電率膜１１２を順次エッチングする（図１８（ａ））。このとき、エッチングガスとしては、ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ混合ガスを用いることができる。これにより、第２の層間絶縁膜１１１に配線溝２２０が形成される。その後、Ｏ２アッシングにより、レジスト膜２０６および反射防止膜２０４を除去する（図１８（ｂ））。その後、下層配線１０８に接続するビアホールを形成し、当該ビアホールと配線溝２２０により構成されるデュアルダマシン溝内に配線材料を埋め込むことにより、上層配線２１２を形成する（図１８（ｃ））。これにより、半導体装置２００が形成される。この例においても、開口率に応じて反射防止膜２０４のエッチング条件を制御することにより、保護絶縁膜１１４に生じる寸法変動差を逆補正しておくことができ、パターンの開口率が異なる場合でも第２の層間絶縁膜１１１に形成される配線溝２２０の寸法変動を抑制できる。
【００７０】
以上では、デュアルダマシン法でデュアルダマシン溝を形成する例を示したが、本発明は、シングルダマシン法に適用することもできる。また、デュアルダマシン法において、ビアを先に形成するビアファーストやトレンチを先に形成するトレンチファースト法等、どのような方法に適用してもよい。
【００７１】
さらに、以上の例では、反射防止膜をエッチングする工程におけるエッチング条件のうち、寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）と相関関係を有する一のエッチング条件の値を、上層レジスト膜に形成される開口部の開口率が大きいほど寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように開口率に応じて変動させて反射防止膜をエッチングする例を示したが、寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）とそれぞれ相関関係を有する複数のエッチング条件を、それぞれ開口率が大きいほど寸法シフト量Δ（Ｌ２−Ｌ１）が小さくなるように開口率に応じて変動させて反射防止膜をエッチングしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。
【図４】図１から図３を参照して説明した第２の層間絶縁膜にデュアルダマシン溝を形成する手順において、開口率を変化させた場合の底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）を示す図である。
【図５】開口率の変動によって、配線溝の底部寸法幅Ｌ２が変動するメカニズムを示す図である。
【図６】反射防止膜をエッチングする際に、エッチングガス（ＣＦ４単独のガス）の流量を変化させた時の、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）を示す図である。
【図７】開口率と、配線溝の底部寸法シフト量ΔＣＤずれ量との関係を示す図である。
【図８】開口率に応じて反射防止膜エッチング時のＣＦ４ガスの流量を異ならせた場合の、底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）および寸法を示す図である。
【図９】半導体基板を載せるステージの温度を変化させて反射防止膜のエッチングを行った場合の、ウェハを載せるステージの温度（℃）と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。
【図１０】エッチングを行うチャンバ内の圧力を変化させて反射防止膜のエッチングを行った場合の、エッチングを行うチャンバ内の圧力と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。
【図１１】バイアスパワーを変化させて反射防止膜のエッチングを行った場合の、バイアスパワーと底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。
【図１２】エッチングガスとしてＣＦ４とＣＨＦ３の混合ガスを用い、ＣＨＦ３ガスの流量を変化させて反射防止膜のエッチングを行った場合の、ＣＨＦ３ガスの流量と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。
【図１３】エッチングガスとしてＣＦ４とＯ２の混合ガスを用い、Ｏ２ガスの流量を変化させて反射防止膜のエッチングを行った場合の、Ｏ２ガスの流量と底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。
【図１４】本実施の形態における半導体装置の製造手順を示すフローチャートである。
【図１５】開口率と、開口率に対応したエッチング条件の値とを対応付けたテーブルを示す図である。
【図１６】本実施の形態におけるエッチング条件制御システムの構成を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施例における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。
【図１８】本発明の他の実施例における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。
【図１９】トップパワーを変化させて反射防止膜のエッチングを行った場合の、トップパワーと底部寸法シフト量ΔＣＤ（Ｌ２−Ｌ１）との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１００ 半導体装置
１０２ 半導体基板
１０４ 絶縁膜
１０６ 第１の層間絶縁膜
１０８ 下層配線
１１０ エッチング阻止膜
１１１ 第２の層間絶縁膜
１１２ 低誘電率膜
１１４ 保護絶縁膜
１１５ 多層レジスト膜
１１６ 下層レジスト膜
１１８ 中間絶縁膜
１２０ 反射防止膜
１２２ 上層レジスト膜
１３０ 開口部
１３２ 上層配線
１４０ デュアルダマシン溝
１４２ 配線溝
１４４ ビアホール
２００ 半導体装置
２０４ 反射防止膜
２０６ レジスト膜
２１０ 開口部
２１２ 上層配線
２２０ 配線溝
３００ エッチング条件制御システム
３０２ 開口率データ取得部
３０４ 条件決定部
３０６ レチクル情報記憶部
３０８ 条件記憶部
４００ エッチング装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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