(57)【要約】【課題】低誘電率膜でのパターン差を低減して均一な加工を行なうため、低誘電率膜の吸湿量と吸湿物質の脱離量を考慮した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】まず、マスクの初期開口率α０を算出する（ステップＳ５１）。続いて、低誘電率膜からの吸湿物質の脱離量Ｘと吸湿時間の関係を算出する（ステップＳ５２）。そして、算出した吸湿物質の脱離量Ｘと吸湿時間の関係に基づいて、脱離量Ｆ（α）（＝Ｘ）と開口率との関係を求める。次に、脱離量Ｆ（α）（＝Ｘ）と開口率との関係から、脱離量が許容値以下となる許容開口率α１を算出する（ステップＳ５３）。続いて、初期開口率α０と許容開口率α１とを比較する（ステップＳ５４）。このとき、初期開口率α０が許容開口率α１よりも小さい場合には、マスクパターンにダミーパターンを追加する（ステップＳ５６）。【選択図】図５
2009004563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１半導体ウェハ上に被処理膜を形成する工程と、
（ｂ）前記被処理膜上に第１キャップ絶縁膜を介して第１レジスト膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第１レジスト膜をパターニングする工程と、
（ｄ）パターニングした前記第１レジスト膜をマスクにして前記被処理膜をプラズマエッチングする工程とを備える半導体装置の製造方法であって、
（ｅ）前記第１半導体ウェハとは異なる複数の第２半導体ウェハ上に形成された前記被処理膜と同種類の膜上に前記第１半導体ウェハと同様に第２キャップ絶縁膜を介して第２レジスト膜をパターニングし、かつ、複数の前記第２半導体ウェハのそれぞれで前記膜の吸湿時間を変えたものを用いて、前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量との関係を算出する工程と、
（ｆ）算出した前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量に基づいて、前記第１半導体ウェハに対するプラズマエッチングが正常に完了するように半導体装置の製造工程を制御する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
複数の前記第２半導体ウェハはテストウェハであり、
前記（ｅ）工程は、前記テストウェハ上に形成された前記膜であって前記被処理膜と同種類の前記膜に対するエッチングレートから、前記膜の吸湿量を算出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｅ）工程は、前記テストウェハ上に形成された前記膜であって前記被処理膜と同種類の前記膜に対するエッチングレートの逆数を前記膜の吸湿量とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｆ）工程は、
（ｆ１）前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量の関係から前記膜の飽和吸湿量を算出する工程と、
（ｆ２）前記膜の飽和吸湿量に対応する前記膜の吸湿時間を有する特定の前記第２半導体ウェハにおいて、特定の前記第２半導体ウェハの複数領域に形成されている開口率の異なる前記膜のエッチングでのエッチングレートの相違から、前記膜の開口率と吸湿物質の脱離量との関係を算出する工程と、
（ｆ３）前記膜の開口率と吸湿物質の脱離量との関係に基づいて、プラズマエッチングを正常に完了するために許容される吸湿物質の脱離量に対応する前記膜の許容開口率を算出する工程と、
（ｆ４）前記第１半導体ウェハの前記被処理膜上に形成された前記第１レジスト膜をパターニングする際の初期開口率と前記許容開口率とを比較する工程と、
（ｆ５）前記初期開口率と前記許容開口率とを比較した結果、前記初期開口率が前記許容開口率よりも小さい場合、ダミーパターンを追加して前記第１レジスト膜のパターニングを実施する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｆ５）工程は、前記第１半導体ウェハの最外周にある製品を取得しない領域に前記ダミーパターンを追加して前記第１レジスト膜のパターニングを実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｆ）工程は、
（ｆ１）前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量の関係から前記膜の飽和吸湿量を算出する工程と、
（ｆ２）前記膜の飽和吸湿量に対応する前記膜の吸湿時間を有する特定の前記第２半導体ウェハにおいて、特定の前記第２半導体ウェハの複数領域に形成されている開口率の異なる前記膜のエッチングでのエッチングレートの相違から、前記膜の開口率と吸湿物質の脱離量との関係を算出する工程と、
（ｆ３）前記膜の開口率と吸湿物質の脱離量との関係に基づいて、プラズマエッチングを正常に完了するために許容される吸湿物質の脱離量に対応する前記膜の許容開口率を算出する工程と、
（ｆ４）前記第１半導体ウェハの前記被処理膜上に形成された前記第１レジスト膜をパターニングする際の初期開口率と前記許容開口率とを比較する工程と、
（ｆ５）前記初期開口率と前記許容開口率とを比較した結果、前記初期開口率が前記許容開口率よりも小さい場合、前記第１レジスト膜をパターニングする際に使用するマスクとして、前記許容開口率よりも大きな開口率を有するマスクを選択することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｆ）工程は、
（ｆ１）前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量の関係から、プラズマエッチングを正常に完了するために許容される前記膜の許容吸湿量を算出する工程と、
（ｆ２）前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量の関係において、前記第１半導体ウェハに形成されている前記被処理膜の吸湿時間から前記被処理膜の吸湿量を推定する工程と、
（ｆ３）前記被処理膜の吸湿量と前記許容吸湿量とを比較する工程と、
（ｆ４）前記被処理膜の吸湿量と前記許容吸湿量とを比較した結果、前記被処理膜の吸湿量が前記許容吸湿量よりも大きい場合、前記（ｄ）工程における前記被処理膜のプラズマエッチングでプラズマ処理条件を変更する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｆ４）工程は、前記被処理膜に形成する疎密パターンによってエッチングレートに差がでないようにプラズマ処理条件を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｆ）工程は、
（ｆ１）前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量の関係から、プラズマエッチングを正常に完了するために許容される前記膜の許容吸湿時間を算出する工程とを有し、
前記第１半導体ウェハに形成されている前記被処理膜のプラズマエッチングを前記許容吸湿時間内に開始することができるように、前記第１半導体ウェハに対する前記（ａ）工程から前記（ｃ）工程の処理を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｆ）工程は、
（ｆ１）前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量の関係から、プラズマエッチングを正常に完了するために許容される前記膜の許容吸湿量を算出する工程と、
（ｆ２）前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量の関係において、前記第１半導体ウェハに形成されている前記被処理膜の吸湿時間から前記被処理膜の吸湿量を推定する工程と、
（ｆ３）前記被処理膜の吸湿量と前記許容吸湿量とを比較する工程と、
（ｆ４）前記被処理膜の吸湿量と前記許容吸湿量とを比較した結果、前記被処理膜の吸湿量が前記許容吸湿量よりも大きい場合、パターニングされた前記第１レジスト膜を除去した後、前記被処理膜に吸湿されている吸湿物質を除去する熱処理を実施し、その後、前記被処理膜上に新たなレジスト膜を形成してパターニングすることを特徴とする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、半導体装置の製造技術に関し、特に、被エッチング材料中の吸湿量と吸湿物質の脱離量を用いて適切にプラズマエッチング処理を行なう技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＬＳＩ（Large Scale Integration））等の半導体装置の高速化に伴い、半導体装置の微細化および高集積化が進められている。このような半導体装置は、層間絶縁膜に埋め込まれたビアプラグやコンタクトプラグにより配線層が接続される。近年、配線層は配線幅が小さくなり、配線密度が増大している。配線密度の増大は、配線層間の配線容量を増加させて配線遅延を生じ、その結果として半導体装置の高速化を阻害することになる。
【０００３】
配線層間の配線容量を低減させるため、層間絶縁膜として、従来から使用されている酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に加え、それらより誘電率が低い低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜)が使用されてきている。低誘電率膜としては、フッ素を含有した酸化シリコン膜、炭素を含有した酸化シリコン膜といった無機系膜や有機系膜が使用され、更には、絶縁膜中に数ナノメートルの微細な空孔が存在する多孔質膜(Ｐｏｒｏｕｓ  Ｌｏｗ−ｋ膜)を使用することが検討されており、一部実用化されている。低誘電率膜は、従来用いられていた酸化シリコン膜と比較すると機械的強度が劣る。そのため、低誘電率膜の上層にキャップ絶縁膜として機械的強度に優れ、かつ、緻密な酸化シリコン膜、炭化シリコン膜や窒化シリコン膜が使用される。このように層間絶縁膜自体は多層化する構造が採用されてきている。
【０００４】
一方、層間絶縁膜の多層化でキャップ絶縁膜が使用されるが、キャップ絶縁膜を用いることにより新たな問題が引き起こされている。成膜装置により形成された層間絶縁膜は、その後、大気中を搬送されたり、ストックされて放置されたり、さらには、洗浄等で水に晒されることにより水分や残留ガスを含むようになる。したがって、層間絶縁膜に水分や残留ガスが含まれた状態で、その層間絶縁膜上にキャップ絶縁膜を形成することになる。層間絶縁膜に一旦含まれた水分や残留ガス等は、キャップ絶縁膜が緻密なためこれを透過して放出するのは困難で、層間絶縁膜中に閉じ込められる。層間絶縁膜にはビアプラグやコンタクトプラグが形成されるため、半導体装置の製造工程では層間絶縁膜をエッチングする工程が存在する。このように層間絶縁膜は被エッチング材料となるため、エッチングにより低誘電率膜の上層膜であるキャップ絶縁膜を除去すると、開口した部分より下層の低誘電率膜に閉じ込められた水分や残留ガスが脱離する。そのため、閉じ込められた水分や残留ガスがエッチング特性を変動させる場合、脱離ガスに起因する半導体装置の不良が発生する。
【０００５】
脱離ガスに起因する半導体装置の不良を抑制する方法として、層間絶縁膜中に閉じ込められた水分や残留ガスを脱離させる方法や吸湿を抑制する様々な方法が提案されている。
【０００６】
例えば、特開２００６−３３９５６２号公報（特許文献１）では、層間絶縁膜中の水分や残留ガスを脱離させる方法として、プラズマエッチング工程のプロセス条件に脱ガスステップを導入したり、パターンが無い領域にダミーパターンを追加する方法を開示している。特開２００６−１５６９９８号公報（特許文献２）では、層間絶縁膜中の水分や残留ガスを脱離させるためのダミーパターン追加方法として、設計情報からレイアウトを取得後、ホールを含む処理領域のパターン被覆率を算出し、パターンを追加する方法を開示している。また。特開２００６−１６５０４０号公報（特許文献３）では、パターン占有率が製品毎および同一製品内の配線層毎で一定値になるようダミーパターンを追加する方法を開示している。
【特許文献１】特開２００６−３３９５６２号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６９９８号公報
【特許文献３】特開２００６−１６５０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
層間絶縁膜を構成する低誘電率膜はその材料組成や構造に起因して、酸化シリコン膜と比較すると機械的強度が劣るだけでなく、吸湿性が大きく、また、低誘電率膜中を容易にガスが浸透する性質を有している。この低誘電率膜の上層にはキャップ絶縁膜、フォトリソグラフィ技術で使用する反射防止膜やハードマスクさらにはフォトレジスト膜が順次積層される。このとき、キャップ絶縁膜は低誘電率膜より緻密でガス透過性が低いため、低誘電率膜中に吸湿された水分や残留ガスなどの吸湿物質が閉じ込められる。エッチングにより低誘電率膜の上層膜を除去すると、開口した部分より下層の低誘電率膜中に閉じ込められていた吸湿物質が脱離する。この際、エッチングを行うパターンの疎密から密パターン領域では脱離ガス（吸湿物質）が各パターンに分散して放出されるが、疎パターン領域である孤立領域では孤立した１つのパターンに脱離ガス（吸湿物質）が集中して放出される。
【０００８】
したがって、脱離ガスがエッチング速度や開口性といったエッチング特性を変動させる場合、パターンの疎密差による脱離ガス量の違いが均一加工を阻害する。特に、被処理体の１つである半導体ウェハの最外周部は、製品チップの精度が取れないため、露光を行わない。このことから、半導体ウェハの最外周部は、フォトレジスト膜に覆われる面積が多い。そのため、半導体ウェハの最外周部に隣接する半導体ウェハの外周部（製品取得領域）に形成されている疎パターンの孤立領域は、開口した部分に低誘電率膜中に閉じ込められた水分や残留ガスが特に集中して脱離する。したがって、半導体ウェハの外周部は吸湿物質の脱離によるエッチング特性の変動が顕著に現れやすい。
【０００９】
このような低誘電率膜からの吸湿物質の脱離に起因するエッチング特性の変動は、低誘電率膜のエッチング深さがばらつく原因や低誘電率膜のエッチングが過剰に進んで下地膜に突き抜けてしまう原因ともなり、低誘電率膜の加工形状不良を生じてしまう。
【００１０】
すなわち、低誘電率膜は製造工程中に吸湿するため、エッチングのような真空で処理する工程では脱離する水分やガスを制御し、低誘電率膜の加工変動を最小限に抑えて半導体装置の製造不良率を低減する必要がある。
【００１１】
特許文献１や特許文献２に示す半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜中の水分を脱離することはできる。しかしながら、水分影響による均一な加工形状が制御できない。すなわち、層間絶縁膜中の吸湿量は半導体ウェハ毎に異なるため、水分を抜くために必要な脱離時間は半導体ウェハ毎に異なる。また、水分の脱離量は半導体ウェハ面内で不均一であり、かつ、レジストマスクの開口部に依存するため、早く水が抜ける部分と時間がかかる部分が同じ半導体ウェハ内に存在することが考慮されていない。したがって、層間絶縁膜中の吸湿量と水分の脱離量が不明なままでは、脱ガスステップや特定領域にダミーパターンの追加を実施しても、安定的な均一加工形状を保持することはできない。
【００１２】
特許文献３に示す半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜中の水分を脱離することはできる。しかしながら、この方法ではダミーパターンを用いて製品毎および同一製品内の配線層毎でのパターン占有率を一定値にするため、水分影響を回避した均一な加工はできない。すなわち、層間絶縁膜の吸湿量と水分の脱離量は、半導体ウェハ毎に異なるのである。層間絶縁膜の吸湿量と水分の脱離量が不明なままでは、ダミーパターンによるパターン占有率を一定値にしても、安定的な均一加工形状を保持することはできない。
【００１３】
本発明の目的は、例えば、低誘電率膜とキャップ絶縁膜のようにガス透過性が異なる膜を含む多層積層膜の加工において、低誘電率膜でのパターン差を低減して均一な加工を行なうため、低誘電率膜の吸湿量と吸湿物質の脱離量を考慮した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
本発明による半導体装置の製造方法は、（ａ）第１半導体ウェハ上に被処理膜を形成する工程と、（ｂ）前記被処理膜上に第１キャップ絶縁膜を介して第１レジスト膜を形成する工程と、（ｃ）前記第１レジスト膜をパターニングする工程と、（ｄ）パターニングした前記第１レジスト膜をマスクにして前記被処理膜をプラズマエッチングする工程とを備える半導体装置の製造方法であって、（ｅ）前記第１半導体ウェハとは異なる複数の第２半導体ウェハ上に形成された前記被処理膜と同種類の膜上に前記第１半導体ウェハと同様に第２キャップ絶縁膜を介して第２レジスト膜をパターニングし、かつ、複数の前記第２半導体ウェハのそれぞれで前記膜の吸湿時間を変えたものを用いて、前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量との関係を算出する工程と、（ｆ）算出した前記膜の吸湿時間と前記膜の吸湿量に基づいて、前記第１半導体ウェハに対するプラズマエッチングが正常に完了するように半導体装置の製造工程を制御する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１７】
すなわち、本発明で開示される１つの発明では、被エッチング材である絶縁膜中の吸湿量と吸湿物質の脱離量を用いて、マスクパターンの作成からエッチング処理方法を制御することで、エッチングパターン依存による非開口を抑制し、信頼性の高い半導体装置を製造するものである。
【００１８】
例えば、半導体ウェハ上に層間絶縁膜からなる配線層を複数形成する半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜中の吸湿量と吸湿物質の脱離量から許容開口率を算出し、ダミーパターンを追加したマスクパターンを作成することを特徴とする。ウェハ最外周部は開口率増加のために製品としては使用しない領域にダイのマスクを設置しても良い。この方法により、プラズマエッチング中の層間絶縁膜から脱離する吸湿物質の量が緩和され、パターン差の少ない安定したエッチング処理が可能となる。
【００１９】
また、半導体ウェハ上に層間絶縁膜からなる配線層を複数形成する半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜の吸湿時間より吸湿量と層間絶縁膜からの吸湿物質の脱離量を算出し、複数有るマスクの中から適応したマスク選択をすることを特徴とする。適応したマスクパターンの使用により、プラズマエッチング中に層間絶縁膜から吸湿物質が充分に脱離するため、パターン差の少ない安定したエッチング処理が可能となる。
【００２０】
さらに、半導体ウェハ上に層間絶縁膜からなる配線層を複数形成する半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜の吸湿時間より半導体ウェハ毎に層間絶縁膜の吸湿量と吸湿物質の脱離量を算出し、エッチングパラメータを変更することを特徴とする。半導体ウェハ毎に層間絶縁膜の吸湿量と吸湿物質の脱離量を考慮してエッチングパラメータを制御するため、パターン差の少ない安定したエッチング処理が可能となる。
【００２１】
また、被処理体である半導体ウェハ上に層間絶縁膜からなる配線層を複数形成する半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜の吸湿時間と吸湿量を管理することを特徴とする。層間絶縁膜の吸湿時間を管理することにより吸湿量を算出して許容値を規定する。層間絶縁膜の吸湿量が許容値外である場合はリワーク処理を行う。例えば、リワーク処理としてレジスト膜の除去と層間絶縁膜のベーキング（熱処理）により層間絶縁膜中の脱水処理を行う。この方法により、プラズマエッチング中に層間絶縁膜からの吸湿物質の脱離量が抑制され、パターン差の少ない安定したエッチング処理が可能となる。
【００２２】
また、被処理体である半導体ウェハ上に層間絶縁膜からなる配線層を複数形成する半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜の吸湿時間と吸湿量との関係を算出し、算出した関係から層間絶縁膜の許容吸湿時間を算出する。そして、製品となる半導体ウェハの製造工程では、層間絶縁膜の吸湿時間が算出した許容吸湿時間内になるように製造工程を調整することを特徴とする。この方法により、プラズマエッチング中に層間絶縁膜からの吸湿物質の脱離量が抑制され、パターン差の少ない安定したエッチング処理が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２４】
被エッチング材料中の吸湿時間と吸湿物質の脱離量（吸湿量）の関係を考慮することにより、プラズマエッチング処理の信頼性を向上することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２６】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２７】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２８】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２９】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００３０】
（実施の形態１）
本実施の形態１における半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。図１は半導体装置であるロジックデバイス（ＣＭＩＳＦＥＴ（Complementary Metal Insulator Field Effect Transistor））の主要な製造工程を示すフローチャートである。図１に示すフローチャートは、ロジックデバイスを製造するための工程に関わるが、本発明を説明するのに充分な半導体装置の製造工程のみを示しており、現実にはさらに多くの工程があることを留意するべきである。
【００３１】
最初に半導体ウェハにゲート電極層を形成する（ステップＳ１１）。代表的なゲート電極層を形成する製造工程は、成膜工程、リソグラフィ工程、エッチング工程、不純物導入工程など複数の工程がある。成膜工程は導電性膜や絶縁膜を成膜する工程であり、リソグラフィ工程はマスクパターンを作成する工程である。エッチング工程はマスクに従った形状を導電性膜や絶縁膜に作成する工程であり、不純物導入工程は半導体領域であるＰ型半導体層やＮ型半導体層を形成する工程である。これらの工程を設計手順に従い、ゲート電極層が形成される。ここでいうゲート電極層を形成する工程とは、半導体ウェハ（半導体基板）上にトランジスタであるＭＩＳＦＥＴを形成する工程であり、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース領域やドレイン領域となる半導体領域が形成される。すなわち、ゲート電極層を形成する工程は、半導体ウェハ上にＭＩＳＦＥＴを形成する基板工程である。
【００３２】
次に、ゲート電極と上層の配線層を繋ぐコンタクト層を形成する（ステップＳ１２）。代表的なコンタクト層の製造工程は、成膜工程、リソグラフィ工程、プラズマエッチング工程、金属膜堆積工程など複数の工程がある。成膜工程は絶縁膜を成膜する工程であり、リソグラフィ工程はホールパターン（開口パターン）を作成する工程である。プラズマエッチング工程は成膜工程で形成した絶縁膜をリソグラフィ工程で形成した開口パターンに基づいてエッチングすることにより、コンタクトホールを形成する工程である。金属膜堆積工程はコンタクトホールに金属膜を埋め込む工程である。これらの工程を設計手順に従って実施することで、コンタクト層が形成される。
【００３３】
続いて、第１の配線層を形成する（ステップＳ１３）。第１の配線層は、例えば、溝に配線層を埋め込んだ構造である。代表的な製造工程は、成膜工程、リソグラフィ工程、プラズマエッチング工程、金属膜堆積工程、金属膜除去工程などの複数の工程がある。成膜工程は絶縁膜を成膜する工程であり、リソグラフィ工程は溝パターンを作成する工程である。プラズマエッチング工程は成膜工程で形成した絶縁膜をリソグラフィ工程で形成した溝パターンに基づいてエッチングし、絶縁膜に溝を形成する工程である。金属膜堆積工程は絶縁膜に形成した溝に金属膜を埋め込む工程であり、金属膜除去工程は溝以外の領域に形成されている金属膜を例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去する工程である。これらの工程を設計手順に従って、第１の配線層を形成する。
【００３４】
次に、第２の配線層を形成する（ステップＳ１４）。第２の配線層はホールと溝からなるデュアルダマシン構造である。代表的な製造工程は、成膜工程、リソグラフィ工程、プラズマエッチング工程、金属膜堆積工程、金属膜除去工程など複数の工程がある。第２の配線層は、最初に上下の配線を繋ぐビアホールが形成され、次に溝が形成される。ビアホールの形成において、成膜工程は絶縁膜を成膜する工程であり、リソグラフィ工程はビアパターンを作成する工程である。プラズマエッチング工程はビアパターンに基づいて絶縁膜をエッチングし、絶縁膜にビアホールを形成する工程である。次に、溝形成工程において、リソグラフィ工程は溝パターンを作成する工程であり、エッチング工程は溝パターンに基づいて絶縁膜をエッチングすることにより、絶縁膜に溝を形成する工程である。金属膜堆積工程はビアホールと溝に金属膜を埋め込む工程であり、金属膜除去工程はビアホールと溝以外の領域に形成されている金属膜を、例えば、ＣＭＰ法により除去する工程である。これらの工程を設計手順に従って実施することにより、第２の配線層を形成する。
【００３５】
続いて、第２の配線層と同様な手順で、各配線層を形成して多層配線を形成する（ステップＳ１５）。その後、複数な工程を経てロジックデバイスが完成する（ステップＳ１６）。このようにして本実施の形態１における半導体装置を製造することができるが、以下に示す記載では、配線層の詳細な構成について説明する。
【００３６】
図２は、本実施の形態１における半導体装置を構成する多層配線層の形成途中の構造を示す断面図である。図２では、図１に示す第２の配線層以上にある１層の配線層を示している。この配線層は図１のステップＳ１５で形成されるものである。図２に示すように、下地金属膜２０上には、下地金属膜２０の拡散防止効果を有する下地膜２１が形成されており、この下地膜２１上に酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜２２が形成されている。この低誘電率膜２２上にキャップ絶縁膜２３が形成されている。これら下地膜２１、低誘電率膜２２およびキャップ絶縁膜２３の３層からなる膜が層間絶縁膜を構成している。
【００３７】
続いて、層間絶縁膜を構成するキャップ絶縁膜２３上には反射防止膜２４が形成され、反射防止膜２４上にフォトレジスト膜２５が形成されている。このフォトレジスト膜２５にはリソグラフィ技術により開口部２６がパターニングされている。
【００３８】
下地金属膜２０は配線遅延を考慮して低抵抗な銅膜が主に用いられる。下地膜２１は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜、炭化シリコン(ＳｉＣ)膜、窒素添加炭化シリコン(ＳｉＣＮ)膜などが使用される。低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）２２としては、誘電率が３．０以下の材料が使用され、例えば、炭素添加酸化シリコン(ＳｉＯＣ)膜、無機スピンオングラス(ＳＯＧ（Spin On Glass)）膜等の無機材料や有機ＳＯＧ膜等の有機材料が使用される。さらに、低誘電率膜２２として多孔質のＬｏｗ−ｋ膜を用いることが層間絶縁膜と配線との間の容量を低減する上で望ましい。キャップ絶縁膜２３は機械的強度の弱い低誘電率膜２２を保護するため、酸化シリコン膜であるＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜等のガス透過性が低い緻密な絶縁膜が用いられる。反射防止膜２４は有機材料膜が用いられる。フォトレジスト膜２５はＡｒＦレジストが望ましいがi線レジストやＫｒＦレジストであってもよい。開口部２６のマスク形状はホールパターンや溝パターンが用いられる。
【００３９】
次に、図２に示す構造を形成する製造工程について説明する。図３は図２に示す構造を形成する工程を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、多層配線のある１層を形成するための工程に関わるが、本発明を説明するのに充分な半導体装置の製造工程のみを示しており、現実にはさらに多くの工程があることを留意するべきである。
【００４０】
まず、多層配線を構成する１配線層の製造設計に従い、下層の配線層の下地金属膜２０上に下地膜２１の成膜を行い（ステップＳ３１）、順に低誘電率膜２２（ステップＳ３２）、キャップ絶縁膜２３（ステップＳ３３）を成膜する。下地膜２１、低誘電率膜２２およびキャップ絶縁膜２３の３層膜はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を使用することにより成膜される。
【００４１】
次に洗浄工程などを経て、キャップ絶縁膜２３上に反射防止膜２４（ステップＳ３４）とフォトレジスト膜２５（ステップＳ３５）がスピンコートによって塗布される。続いて、塗布されたフォトレジスト膜のベーキング工程などを経て、配線層のマスクパターンを選択し（ステップＳ３６）、リソグラフィ工程（ステップＳ３７）に進む。リソグラフィ工程では、露光装置によりフォトレジスト膜２５にマスクパターンが感光され現像後、フォトレジスト膜２５に開口部２６が形成される。その後、フォトレジスト膜２５のベーキング工程および開口部２６の検査工程を経てプラズマエッチング工程（ステップＳ３８）に進む。
【００４２】
このように、層間絶縁膜の一部として低誘電率膜２２を使用することにより、層間絶縁膜と配線間の容量を低減することができるので、配線を伝わる信号の信号遅延を抑制することができる。ところが、低誘電率膜２２は、酸化シリコン膜などに比べて機械的強度が弱くなるという性質を有している。このため、図２でも説明したように低誘電率膜２２の上部にキャップ絶縁膜２３を形成している。これにより、低誘電率膜２２の機械的強度を補強することができる。しかし、キャップ絶縁膜２３を設けると以下に示す不都合が生じる。すなわち、低誘電率膜２２は、水分やガスなどの吸湿物質を吸湿しやすいという特徴がある。半導体装置の製造工程中で低誘電率膜２２には吸湿物質が吸湿されるが、低誘電率膜２２の上部にキャップ絶縁膜２３が形成されているため、低誘電率膜２２に吸湿された吸湿物質が外部に放出されず、低誘電率膜２２に吸湿されたままになりやすい。キャップ絶縁膜２３は、酸化シリコン膜などのように緻密性の高い膜であるため、低誘電率膜２２から吸湿物質が脱離しにくくなるのである。このように水分などの吸湿物質が低誘電率膜２２に蓄積された状態で、低誘電率膜２２のプラズマエッチングが実施される。このとき、エッチングにより低誘電率膜２２の上層膜を除去すると、開口した部分より下層の低誘電率膜２２中に閉じ込められていた吸湿物質が脱離する。この際、エッチングを行うパターンの疎密から密パターン領域では脱離ガス（吸湿物質）が各パターンに分散して放出されるが、疎パターン領域である孤立領域では孤立した１つのパターンに脱離ガス（吸湿物質）が集中して放出される。したがって、脱離ガスがエッチング速度や開口性といったエッチング特性を変動させる場合、パターンの疎密差による脱離ガス量の違いが均一加工を阻害する問題点が発生する。
【００４３】
そこで、本実施の形態１では、低誘電率膜２２の吸湿時間と吸湿量の関係を算出し、算出した低誘電率膜２２の吸湿時間と吸湿量に基づいて、製品となる半導体ウェハに対するプラズマエッチングが正常に完了するように半導体装置の製造工程を制御するようにしている。具体的に、本実施の形態１では、製品となる半導体ウェハの開口率が、低誘電率膜２２の吸湿時間と吸湿量の関係に基づいて算出した許容開口率よりも小さい場合には、低誘電率膜２２に吸湿された吸湿物質の脱離がプラズマエッチングのエッチング特性を変動させるおそれが高いと判断する。そして、製品となる半導体ウェハに形成するマスクにダミーパターンを形成してマスクの開口率を上昇させるようにしている。これにより、吸湿物質の脱離がエッチング速度や開口性といったエッチング特性の変動要因を抑制することができ、パターンの疎密差による吸湿物質の脱離量の違いが均一加工を阻害することを抑制できる。
【００４４】
以下では、本実施の形態１における半導体装置の製造工程での特徴点について詳細に説明する。まず、低誘電率膜の吸湿時間Ｔについて説明する。吸湿時間Ｔとは、低誘電率膜に吸湿物質が吸湿される時間を示すものである。図４は図３に示すフローチャートを簡略化したものを示す。図４に示すように、半導体ウェハ上に層間絶縁膜を成膜し（ステップＳ４１）、その後、層間絶縁膜上に反射防止膜とフォトレジスト膜を塗布する（ステップＳ４２）。続いて、塗布したフォトレジスト膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングし（ステップＳ４３）、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクにしてプラズマエッチングを実施する（ステップＳ４４）。
【００４５】
低誘電率膜は層間絶縁膜を成膜する工程（ステップＳ４１）で形成された後、プラズマエッチング工程（ステップＳ４４）でエッチングされるまで保持される。この時間が吸湿時間となる。例えば、層間絶縁膜を成膜する工程（ステップＳ４１）の経過時間をｔ１、反射防止膜とフォトレジスト膜を塗布する工程（ステップＳ４２）の経過時間をｔ２、リソグラフィ工程（ステップＳ４３）の経過時間をｔ３とすると、吸湿時間ＴはＴ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３となる。ここで、各時間ｔ１、ｔ２、ｔ３は、各工程の処理時間と各製造工程間の空き時間の合計時間を示している。ただし、低誘電率膜の吸湿時間Ｔは、秒単位や分単位といった厳密なものではなく、あくまでも目安となる時間であり、数分で処理される製造工程の処理時間などを含まなくてもよい。例えば、吸湿時間Ｔは、層間絶縁膜を成膜する工程（ステップＳ４１）の経過時間ｔ１（Ｔ＝ｔ１）だけであってもよいし、反射防止膜とフォトレジスト膜を塗布する工程（ステップＳ４２）までの経過時間（Ｔ＝ｔ１＋ｔ２）であってもよい。この吸湿時間Ｔは、半導体ウェハごとに異なるものであり、それぞれの半導体ウェハに対応して吸湿時間Ｔが管理される。
【００４６】
次に、本実施の形態１における特徴的工程について説明する。本実施の形態１における特徴的工程は、図４に示す反射防止膜とフォトレジスト膜の塗布工程（ステップＳ４２）とリソグラフィ工程（Ｓ４３）の間に実施される工程である。図５は、本実施の形態１における特徴的工程を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って本実施の形態１における特徴的工程を説明する。
【００４７】
まず、製品となる半導体ウェハ（第１半導体ウェハ）上に形成する配線レイアウトを認識する（ステップＳ５１）。この配線レイアウトは、例えば、デュアルダマシン構造のビアホールを形成するマスクである。マスク設計情報ファイルからホールや溝などの開口部を読み出すことにより、このレイアウトにおける開口率を算出する。レイアウトにおける開口率を初期開口率α０とする。ここでの初期開口率α０の算出方法は半導体ウェハ全体の開口部から算出してもよいし、各マスク、各ダイ、各マットの開口部から算出してもよい。
【００４８】
次に低誘電率膜からの吸湿物質の脱離量Ｘを算出する（ステップＳ５２）。製品となる半導体ウェハ上の低誘電率膜からの脱離量Ｘは、テストウェハ（第２半導体ウェハ）の脱離量Ｘを参照する。以下にこの算出方法を説明する。
【００４９】
まず、図２に示す構造をした半導体ウェハと同様なある一定のデバイスがパターニングされた複数のテストウェハを用意する。すなわち、これから製品として処理される半導体ウェハとは別に、製品となる半導体ウェハと同様の構造が形成されたテストウェハを複数枚用意する。すなわち、図２に示すように、テストウェハには、下地膜２１、低誘電率膜２２およびキャップ絶縁膜２３からなる層間絶縁膜が形成されており、この層間絶縁膜上に反射防止膜２４を介してフォトレジスト膜２５が形成されている。
【００５０】
この複数枚のテストウェハは、図３あるいは図４に示すフローチャートにしたがってプラズマエッチング（ステップＳ３８、ステップＳ４４）までの処理を実施する。すなわち、製品となる半導体ウェハに対しては、リソグラフィ工程（ステップＳ４３）とプラズマエッチング工程（ステップＳ４４）はまだ実施しないが、複数枚のテストウェハについてはプラズマエッチング工程（ステップＳ４４）まで実施する。このとき、複数枚のテストウェハでは、層間絶縁膜の成膜工程（ステップＳ４１）から反射防止膜とフォトレジスト膜の塗布工程（ステップＳ４２）を介してリソグラフィ工程（ステップＳ４３）に至る工程の時間を変更している。つまり、複数のテストウェハでは、層間絶縁膜の一部を構成する低誘電率膜の吸湿時間を変える一方、それ以外の条件は同一条件で製造工程を実施している。例えば、複数のテストウェハとして３枚のテストウェハを使用する場合を例に挙げると、テストウェハＡが最も吸湿時間が短くされており、次にテストウェハＢの吸湿時間がテストウェハＡの吸湿時間よりも長くなっている。そして、最後にテストウェハＣの吸湿時間が最も長くなるようにしている。これら３枚のテストウェハＡ〜テストウェハＣに形成されたフォトレジスト膜に開口部を設け、開口部から露出する層間絶縁膜をプラズマエッチングする。ここで、テストウェハＡ〜テストウェハＣのそれぞれには、開口率の異なる領域が複数形成されている。例えば、テストウェハＣを例に挙げると、テストウェハＣには、領域Ｃ（１）〜領域Ｃ（６）の６つの領域に区分けされており、この区分けされた６つの領域Ｃ（１）〜領域Ｃ（６）でフォトレジスト膜を開口する開口部の開口率が異なるようになっている。つまり、領域Ｃ（１）での開口率は最も小さく、領域Ｃ（２）から領域Ｃ（５）になるにつれて開口率が大きくなり、領域Ｃ（６）での開口率が最も大きくなっている。
【００５１】
このように構成されているテストウェハＡ〜テストウェハＣを用いて、プラズマエッチング工程での低誘電率膜のエッチングレートを測定する。図６は、プラズマエッチング工程でのエッチングレートとそれぞれのテストウェハＡ〜テストウェハＣの処理履歴から計算した低誘電率膜の吸湿時間Ｔの関係をプロットした図である。図６において、縦軸はエッチングレートを示しており、横軸は吸湿時間を示している。図６に示すように、低誘電率膜中に吸湿された吸湿物質（主に水分）は低誘電率膜のエッチングを阻害するため、低誘電率膜の吸湿時間Ｔが長くなるとともにエッチングレートが減少し一定値となることがわかる。これはエッチングを阻害する低誘電率膜の吸湿量が、吸湿時間が長くなるとともに増加し飽和すると推定できる。この吸湿した低誘電率膜から脱離した吸湿物質が、エッチングを阻害している。この図６の結果より、低誘電率膜のエッチングレートを測定することにより各開口部から脱離する吸湿物質量が推定できることがわかる。ここで、エッチングレートを測定することにより各開口部から脱離する吸湿物質量を算出するテストウェハは、開口率の低いサンプルを用いることが望ましい。開口率が高いサンプルでは、たくさんあるホールなどのパターンから水分が脱離しやすく、低誘電率膜中に吸湿した吸湿物質がエッチングレートに与える効果が小さくなり、エッチングレートにより低誘電率膜中の吸湿物質量を推定する感度が低くなるためである。例えば、テストウェハＡ〜テストウェハＣには、それぞれ、開口率の異なる６つの領域が形成されているが、最も開口率の低いものを使用して図６を作成している。つまり、テストウェハＡ〜テストウェハＣで同じ開口率のパターンを比較しなければ、エッチングレートと吸湿時間との関係を得ることはできないので、テストウェハＡ〜テストウェハＣのそれぞれで最も開口率の低い同一パターンを用いて図６を作成している。具体的には、開口率が０．１％以下のパターンを用いている。
【００５２】
上述したように、低誘電率膜中に吸湿された吸湿物質（主に水分）は低誘電率膜のエッチングを阻害するため、低誘電率膜の吸湿時間Ｔが長くなるとともにエッチングレートが減少し一定値となることがわかる。したがって、低誘電率膜中に吸湿された吸湿物質が多ければ多いほどエッチングレートが減少する関係があることがわかる。つまり、吸湿物質が多いということは吸湿物質の脱離量が多いことを意味しているので、吸湿物質の脱離量が多くなるとエッチングレートが減少することになる。言い換えれば、吸湿物質の脱離量とエッチングレートとは逆数の関係になっているといえる。そこで、低誘電率膜の吸湿時間Ｔにおけるエッチングレートの逆数(１／ＥＲ)を脱離量Ｘと定義して表すことにする。このように定義する場合、脱離量Ｘは開口部１つ当たりからエッチング中に低誘電率膜から脱離する総吸湿物質量を意味することになる。
【００５３】
図７は、吸湿時間Ｔと吸湿物質の脱離量Ｘ（１／ＥＲ）の関係を示す。図７に示すように、吸湿時間Ｔが長くなると吸湿物質の脱離量Ｘ（１／ＥＲ）は大きくなる。このように吸湿時間Ｔと脱離量Ｘ（１／ＥＲ）は単調な１対１の関係になるため、１／ＥＲを吸湿物質の脱離量Ｘとして扱うことが正当化される。以上のことから、テストウェハＡ〜テストウェハＣを用いることにより、吸湿時間Ｔと吸湿物質の脱離量Ｘとの関係を得ることができる。
【００５４】
吸湿物質の脱離量Ｘが大きいとエッチングレートが下がって非開口などの不良が生じる原因となる。このため、吸湿物質の脱離量Ｘはある許容脱離量Ｘ１以下に抑える必要がある。吸湿物質の脱離量Ｘは元々１／ＥＲと定義しているから、エッチングレートの面内分布などを考慮して最低限必要なエッチングレートを決めれば吸湿物質の許容脱離量Ｘ１はその逆数として定義できる。また、製品となる半導体ウェハ上の低誘電率膜からの脱離量Ｘは、テストウェハＡ〜テストウェハＣを用いて算出した吸湿時間Ｔと吸湿物質の脱離量Ｘの関係から算出することができる。具体的には、製品となる半導体ウェハの処理履歴から算出した低誘電率膜の吸湿時間Ｔはわかるので、図７より、この吸湿時間Ｔに対応した吸湿物質の脱離量Ｘを算出することができる。このとき、製品となる半導体ウェハごとに吸湿時間が異なるので、製品となる半導体ウェハの低誘電率膜に吸湿されている吸湿物質の脱離量Ｘは、製品となる半導体ウェハごとに異なる。
【００５５】
次に、低誘電率膜に吸湿した吸湿物質の脱離量Ｘと開口率の関係を算出する（ステップＳ５３）。以下では、吸湿物質の脱離量Ｘと開口率の関係を算出する方法について説明する。まず、図７に示すように、吸湿時間Ｔと脱離量Ｘとの関係が算出されている。ここで、脱離量Ｘは、吸湿時間Ｔが増加するにしたがって増加し、やがて、一定値に飽和する。そこで、図７に示す吸湿時間Ｔと脱離量Ｘの関係を示すグラフから、脱離量Ｘが飽和する飽和脱離量、言い換えれば、飽和吸湿量を算出する。飽和脱離量は、脱離量Ｘが一定となるところから求めることができる。あるいは、図７に示すグラフから飽和脱離量を正確に算出するために、脱離量Ｘの微分波形を求めて算出してもよい。そして、飽和脱離量を求めた後、飽和脱離量あるいは飽和脱離量に近い脱離量Ｘを有するテストウェハを抽出する。例えば、図７に示すグラフでは、テストウェハＡ〜テストウェハＣのうち、テストウェハＣの脱離量が飽和脱離量あるいは飽和脱離量に近い値を有していることがわかる。そこで、低誘電率膜に吸湿された吸湿物質の脱離量が飽和脱離量となっているサンプルとして、テストウェハＣを抽出する。
【００５６】
テストウェハＣには領域Ｃ（１）〜領域Ｃ（６）が形成されており、領域Ｃ（１）〜領域Ｃ（６）には開口率の異なるパターンが形成されている。このため、テストウェハＣをプラズマエッチングすることにより、開口率とエッチングレートとの関係を算出することができる。図８は、開口率とエッチングレート（Ｅ／Ｒ）との関係を示す図である。図８において、縦軸はエッチングレート（Ｅ／Ｒ）を示しており、横軸は開口率を示している。図８に示すように、開口率が小さくなるにつれてエッチングレートが減少することがわかる。これは開口率の減少とともに開口部１つ当たりの脱離量が増加することを意味している。
【００５７】
例えば、図９（ａ）に示すように、開口率が大きい密パターンの場合は、脱離量Ｘは分散されるため開口部１つ当たりの脱離量は小さく、プラズマ２７によるエッチングへの影響が小さいのでエッチングレートは大きくなる。これに対し、図９（ｂ）で示すように開口率が小さい疎パターンの場合は、脱離量が１つの開口部に集中するため開口部１つ当たりの脱離量は大きくなる。したがって、開口率の小さい疎パターンの場合は、プラズマ２７によるエッチングへの影響は大きくなるのでエッチングレートは小さくなる。図８に示す傾向は低誘電率膜中に含まれる吸湿物質量が多いときに顕著である。すなわち、低誘電率膜中に含まれる吸湿物質量が飽和吸湿量となっている場合に、開口率の大小によってエッチングレートが変化しやすくなる。
【００５８】
続いて、図８に示すエッチングレート（Ｅ／Ｒ）と開口率の関係を算出した後、脱離量Ｘと開口率との関係を算出する。エッチングレート（Ｅ／Ｒ）と脱離量との間には逆数の関係があるので、エッチングレート（Ｅ／Ｒ）の逆数と開口率との関係を算出することにより、脱離量と開口率との関係を算出することができる。図１０は、吸湿物質の脱離量Ｘと開口率との関係を示すグラフである。図１０において、縦軸は吸湿物質の脱離量Ｘ（＝１／ＥＲ）を示しており、横軸は開口率αを示している。図１０に示すグラフを関数Ｆ（α）（＝Ｘ＝1／ＥＲ）と示すことにする。図１０に示すように、開口率αが小さくなると、関数Ｆ（α）の値が大きくなり、開口率αが大きくなると、関数Ｆ（α）の値が小さくなることがわかる。
【００５９】
ここで、吸湿物質の脱離量Ｘは元々１／ＥＲと定義しているから、エッチングレートの面内分布などを考慮して最低限必要なエッチングレートを決めれば吸湿物質の許容脱離量Ｘ１はその逆数として定義できる。そして、図１０に示すグラフから、許容脱離量Ｘ１に対応した許容開口率α１を算出することができる。
【００６０】
次に、製品となる半導体ウェハをパターニングする際の初期開口率α０と許容開口率α１とを比較する（ステップＳ５４）。初期開口率α０が許容開口率α１以上（α０＞α１）である場合には、製品となる半導体ウェハをパターニングするためのマスクを初期開口率α０で作成する（ステップＳ５５）。すなわち、初期開口率α０が許容開口率α１以上であるということは、開口部１つ当たりから脱離する吸湿物質の脱離量Ｘが充分に小さいということである。したがって、初期開口率α０のマスクでレジスト膜をパターニングし、その後、パターニングしたレジスト膜をマスクにしたプラズマエッチング処理を実施しても問題ないのである。つまり、疎密パターンにおいても、パターン差の少ない正常なエッチング処理を実施することができる。
【００６１】
一方、初期開口率α０が許容開口率α１以下（α０＜α１）である場合には、ダミーパターンの追加に進み（ステップＳ５６）、開口率増加のためにダミーパターンを（α1−α0）分だけ追加し、その後、マスクを作成する（ステップＳ５５）。すなわち、初期開口率α０が許容開口率α１以下であるということは、開口部１つ当たりから脱離する吸湿物質の脱離量Ｘがエッチング特性に影響を与えるほど大きくなることを意味する。したがって、初期開口率α０のマスクでレジスト膜をパターニングし、その後、パターニングしたレジスト膜をマスクにしたプラズマエッチング処理を実施するとエッチング特性が変動するのである。つまり、疎密パターンにおいて、パターン差の少ない正常なエッチング処理を実施することができなくなる。そこで、製品となる半導体ウェハのパターニングの際、初期開口率α０のマスクを使用するのではなく、ダミーパターンを追加して開口率を許容開口率α１よりも大きくしている。このようにダミーパターンを追加して開口率を大きくすることにより、開口率１つ当たりから脱離する吸湿物質の脱離量Ｘをエッチング特性に影響を与えない程度に小さくすることができる。このため、製品となる半導体ウェハにおいて、パターン差の少ない正常なエッチング処理を実施することができる。
【００６２】
ダミーパターンは開口率増加のため、ホールパターンあるいは溝パターンの追加となる。ダミーパターンの追加方法は、マスクの設計情報を変更することにより実施することができる。さらには、リソグラフィで規定のパターン（開口率が初期開口率α０のパターン）を作成後にダミーパターンの作成をステッパや電子ビームで形成することもできる。また、半導体ウェハの最外周部である製品としては使用しない領域に、開口率増加のために露光工程でダイのマスクを設置してもよい。露光方法はドライ露光であってもよいし液侵露光でもよい。例えば、ダミーパターンを追加する領域は、半導体ウェハの最外周にある製品を取得しない領域とすることができる。半導体ウェハの最外周にある製品を取得しない領域では、レジスト膜をそのまま残存させて開口部を形成しないことが多いため、半導体ウェハの最外周に隣接する製品取得領域では開口率が低くなり、エッチング特性の変動が特に顕著となりやすいからである。このようにダミーパターンを配置する位置を考慮することにより、吸湿物質の脱離量が半導体ウェハ面内で不均一であることを考慮することができる。
【００６３】
以上のように、例えば、マスクの初期開口率α０が許容開口率α１よりも小さい場合には、製品となる半導体ウェハに使用するマスクにダミーパターンを形成してマスクの開口率を上昇させるようにしている。これにより、吸湿物質の脱離がエッチング速度や開口性といったエッチング特性に影響を与えることを抑制することができ、パターンの疎密差による吸湿物質の脱離量の違いが均一加工を阻害することを抑制できる。つまり、本実施の形態１によれば、被エッチング材料中の吸湿時間と吸湿物質の脱離量（吸湿量）の関係を考慮することにより、プラズマエッチング処理の信頼性を向上することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００６４】
本実施の形態１では、必要に応じてダミーパターンを追加するように構成している。すなわち、マスクの初期開口率α０が許容開口率α１よりも大きい場合には、ダミーパターンを追加せず、マスクの初期開口率α０が許容開口率α１よりも小さい場合に、ダミーパターンを追加して開口率を上昇させている。したがって、製品となる複数の半導体ウェハのうち、パターン差の少ない正常なエッチング処理を実施することができなくなるおそれのある半導体ウェハを、被エッチング材料中の吸湿時間と吸湿物質の脱離量（吸湿量）の関係から特定し、特定した半導体ウェハに対してだけ対策を施している。このことから、本実施の形態１では、パターン差の少ない正常なエッチング処理を実施することができなくなるおそれのある半導体ウェハに対しては、確実に対策を施すことができる一方、問題のない半導体ウェハに対しては、通常処理を実施することができる。つまり、本実施の形態１では、製品となるすべての半導体ウェハに対して、効率よくパターン差の少ない正常なエッチング処理を実施できるようにできる利点がある。
【００６５】
本実施の形態１では、図１０に示すような吸湿物質の脱離量Ｘと開口率との関係を算出しているが、この関係を算出する際に使用するテストウェハは、低誘電率膜に吸湿されている吸湿物質の脱離量Ｘが飽和脱離量になっているものを使用している。言い換えれば、吸湿物質の脱離量Ｘが飽和脱離量になっているということは、低誘電率膜に吸湿されている吸湿量が飽和吸湿量になっているということができる。このように、本実施の形態１では、吸湿物質の脱離量Ｘと開口率との関係を算出するために、吸湿量が飽和吸湿量となっているテストウェハを使用している。この利点を以下に説明する。
【００６６】
図７に示すように、テストウェハＡ〜テストウェハＣを用いて、吸湿物質の脱離量Ｘと吸湿時間との関係が算出されている。このとき、テストウェハＣの脱離量Ｘは、飽和脱離量になっていると考えることができる。したがって、テストウェハＣに吸湿されている吸湿物質量は飽和吸湿量になっていると考えることができる。これに対し、テストウェハＡの脱離量Ｘは飽和脱離量よりも小さくなっているので、テストウェハＡに吸湿されている吸湿物質量は飽和吸湿量よりも少なくなっていると考えることができる。
【００６７】
ここで、テストウェハＡを使用して図１０に示すような、脱離量Ｘと開口率との関係を算出する場合を考える。このとき、テストウェハＡに吸湿されている吸湿物質の吸湿量が少ないので、許容脱離量に対応する許容開口率は、図１０に示す場合よりも小さくなる。つまり、開口率が小さくなっても、吸湿されている吸湿物質の吸湿量が元々少ないので、脱離量Ｘも少なくなり、エッチング特性に影響を与えにくくなる。したがって、テストウェハＡを使用して脱離量Ｘと開口率との関係を算出すると、許容開口率が小さくなる傾向がある。
【００６８】
製品となる半導体ウェハの吸湿時間は、処理履歴の相違にともなって半導体ウェハごとに異なるものである。したがって、製品となる半導体ウェハの中には、図７に示すテストウェハＡよりも大きな吸湿時間を有するものも存在し、また、テストウェハＡよりも小さな吸湿時間を有するものも存在する。すなわち、製品となる半導体ウェハには、テストウェハＡよりも吸湿量の少ない半導体ウェハや、テストウェハＡよりも吸湿量の多い半導体ウェハが存在する。このとき、テストウェハＡよりも吸湿量の少ない半導体ウェハに対しては、テストウェハＡを使用して算出した許容開口率でダミーパターンを追加するか否かを判断しても問題ない。これは、テストウェハＡに比べて吸湿量が少ないため、許容開口率よりも大きな開口率で開口部が形成されているパターンでも、開口部１つ当たりの脱離量ＸがテストウェハＡよりも少なくなりエッチング特性の変動を抑制できるからである。
【００６９】
これに対し、テストウェハＡよりも吸湿量の多い半導体ウェハに対しては、テストウェハＡを使用して算出した許容開口率でダミーパターンを追加するか否かを判断すると問題が生じる。これは、テストウェハＡに比べて吸湿量が多いため、許容開口率よりも大きな開口率で開口部が形成されているパターンでも、開口部１つ当たりの脱離量ＸがテストウェハＡよりも多くなりエッチング特性の変動が発生するおそれが生じるからである。つまり、テストウェハＡから算出した許容開口率よりも大きな開口率であっても、エッチング特性の変動を与えるほど脱離量が発生しているおそれがある。このことから、テストウェハＡに基づいて算出した許容開口率は、テストウェハＡよりも吸湿量が少ない（吸湿時間が短い）半導体ウェハに対しては正常に判断がなされるが、テストウェハＡよりも吸湿量が多い（吸湿時間が長い）半導体ウェハに対しては正常に判断なされないおそれが生じる。このように、テストウェハＡを用いて許容開口率を算出する構成では、製品となる半導体ウェハの処理履歴に応じて半導体ウェハの低誘電率膜に吸湿されている吸湿物質量が異なることを考慮していないことになる。
【００７０】
そこで、本実施の形態１では、吸湿量が最大である飽和吸湿量となっているテストウェハＣを用いて許容開口率を算出している。このように構成することにより、吸湿量の異なるすべての半導体ウェハに対して、正常に判断することができる。すなわち、テストウェハＣでは、吸湿量の最大値である飽和吸湿量だけ吸湿物質が低誘電率膜に吸湿されているので、テストウェハＣから許容開口率を算出すれば問題はない。テストウェハＣよりも多く吸湿物質が吸湿されている半導体ウェハはないと考えることができるから、テストウェハＣから算出した許容開口率よりも大きな開口率で開口部が形成されているパターンでは、開口部１つ当たりの脱離量ＸがテストウェハＣよりも少なくなりエッチング特性の変動が問題とならないからである。つまり、吸湿量が最大である飽和吸湿量となっているテストウェハＣを用いて許容開口率を算出することにより、製品となる半導体ウェハの処理履歴に応じて半導体ウェハの低誘電率膜に吸湿されている吸湿物質量が異なることを考慮することが可能となる。
【００７１】
なお、本実施の形態１のように、吸湿物質の脱離量Ｘと開口率との関係を算出する際に使用するテストウェハは、低誘電率膜に吸湿されている吸湿物質の吸湿量が飽和吸湿量になっているものを使用することが望ましい。しかし、吸湿物質の脱離量Ｘと開口率との関係を算出する際に使用するテストウェハとして、厳密に飽和吸湿量となっているものを用いない場合であっても一定の効果を得ることができる。
【００７２】
本実施の形態１において、製品となる半導体ウェハの初期開口率の算出方法は半導体ウェハ全体の開口部から算出してもよいし、各マスク、各ダイ、各マットの開口部から算出してもよい。上述したように、初期開口率を半導体ウェハ全体の開口部から算出することも可能であるが、この場合、半導体ウェハには開口部が密に形成されている領域と開口部が疎に形成されている領域がある。初期開口率を半導体ウェハ全体から算出する場合には、開口部が密に形成されている領域の初期開口率と開口部が疎に形成されている領域の初期開口率が平均化されたものを用いることになる。この場合、初期開口率が許容開口率よりも大きい場合であっても、局所的に許容開口率を下回っている領域が存在する場合もある。すると、局所的に許容開口率を下回っている領域では、エッチング特性が変動するおそれが生じる。そこで、初期開口率を算出するにあたっては、各ダイ、各マットの開口部のように局所領域を単位とすることができる。すなわち、吸湿物質の脱離量Ｘは半導体ウェハ面内で不均一であり、かつ、レジストマスクの開口部に依存するため、早く水が抜ける部分と時間がかかる部分が同じ半導体ウェハ内に存在することになるが、本実施の形態１では、初期開口率を局所領域から算出することにより、これらのことを考慮することができる。
【００７３】
また、本実施の形態１では、図６や図８に示す関係を算出するのに専用のテストウェハを用いているが、これに限らず、例えば、製品となる複数の半導体ウェハのうち、数枚の半導体ウェハをテストウェハの代わりに使用することもできる。
【００７４】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、前記実施の形態１と同様の方法で算出した許容開口率に対して、許容開口率よりも大きな開口率のマスクを選択する例について説明する。
【００７５】
図１１は、本実施の形態２における半導体装置を構成する多層配線層の形成途中の構造を示す断面図である。図１１では、図１に示す第２の配線層以上にある１層の配線層を示している。この配線層は図１のステップＳ１５で形成されるものである。前記実施の形態１で説明した図２では、フォトレジスト膜２５に開口部２６が形成されている構造が示されているが、本実施の形態２で説明する図１１では、フォトレジスト膜２５に開口部を形成する前の構造が示されている。図１１のその他の構成は、図２と同様である。
【００７６】
図１２は、本実施の形態２における半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。図１２に示すように、まず、層間絶縁膜を形成する（ステップＳ１２１）。層間絶縁膜は、下地膜２１、低誘電率膜２２およびキャップ絶縁膜２３から形成される。層間絶縁膜を構成する３層の膜は、例えば、ＣＶＤ法を用いて順次積層される。
【００７７】
次に、洗浄工程などを経て、層間絶縁膜上に反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５を形成する。反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５は、スピンコートにより塗布される（Ｓ１２２）。ここで、低誘電率膜の吸湿時間Ｔは、前記実施の形態１で記載しているように、層間絶縁膜を成膜する工程（ステップＳ１２１）の経過時間ｔ１だけであってもよいし（Ｔ＝ｔ１）、反射防止膜とフォトレジスト膜を塗布する工程（ステップＳ１２２）までの経過時間（Ｔ＝ｔ１＋ｔ２）であってもよい。
【００７８】
続いて、低誘電率膜からの吸湿物質の脱離量Ｘを算出する（ステップＳ１２３）。すなわち、前記実施の形態１と同様に、図７に示す吸湿物質の脱離量Ｘと吸湿時間Ｔの関係を求める。なお、吸湿物質の脱離量Ｘは元々１／ＥＲと定義しているから、エッチングレートの面内分布などを考慮して最低限必要なエッチングレートを決めれば吸湿物質の許容脱離量Ｘ１はその逆数として定義できる。
【００７９】
次に、低誘電率膜に吸湿した吸湿物質の脱離量Ｘ（＝Ｆ（α））と開口率の関係を算出することにより、低誘電率膜に吸湿した吸湿物質の脱離量Ｆ（α）が許容脱離量Ｘ１となる許容開口率α１を算出する（ステップＳ１２４）。具体的には、前記実施の形態１と同様にして、図１３に示す脱離量Ｆ（α）と開口率の関係を算出し、算出した関係より許容脱離量Ｘ１に対応する許容開口率α１を求める。図１３は、本実施の形態２における脱離量Ｆ（α）と開口率との関係を示すグラフである。図１３において、縦軸は脱離量１／ＥＲ（＝Ｆ（α））を示しており、横軸は開口率を示している。この図１３に示す関係から、許容脱離量Ｘ１に対応する許容開口率α１を求めることができることがわかる。
【００８０】
続いて、開口率が許容開口率α１よりも大きなマスクを選択する（ステップＳ１２５）。本実施の形態２では、フォトレジスト膜２５をパターニングするマスクが複数存在しており、それぞれのマスクの開口率が異なっている。すなわち、本実施の形態２では、開口率の異なるマスクが複数存在する。したがって、これらのマスクの中には、開口率が許容開口率α１よりも小さいものや、開口率が許容開口率α１よりも大きなものが存在する。このようなマスクの中から本実施の形態２では、開口率が許容開口率α１よりも大きなものを選択する。
【００８１】
次に、開口率が許容開口率α１よりも大きなマスクを用いたリソグラフィにより、フォトレジスト膜２５のパターニングを行なう（ステップＳ１２６）。これにより、選択したマスクのパターンが露光装置によりフォトレジスト膜２５に感光され、その後、現像処理を実施することにより、フォトレジスト膜２５に開口部が形成される。このとき、フォトレジスト膜２５に形成される開口部の開口率は、許容開口率α１よりも大きくなる。そして、パターニングしたフォトレジスト膜２５をマスクにして層間絶縁膜のプラズマエッチングを行なう（ステップＳ１２７）。
【００８２】
以上のように、本実施の形態２によれば、許容開口率α１を算出した後、算出した許容開口率α１よりも開口率の大きいマスクを選択して、フォトレジスト膜２５に使用するマスクの開口率を許容開口率α１よりも上昇させるようにしている。これにより、吸湿物質の脱離がエッチング速度や開口性といったエッチング特性に影響を与えることを抑制することができ、パターンの疎密差による吸湿物質の脱離量の違いが均一加工を阻害することを抑制できる。つまり、本実施の形態２によれば、被エッチング材料中の吸湿時間と吸湿物質の脱離量（吸湿量）の関係を考慮することにより、プラズマエッチング処理の信頼性を向上することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００８３】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、前記実施の形態１と同様の方法により、低誘電率膜からの吸湿物質の脱離量と吸湿時間との関係を算出し、算出した関係から許容脱離量を求める。さらに、算出した関係から、製品となる半導体ウェハごとに管理されている吸湿時間に対応する吸湿物質の脱離量を算出する。そして、製品となる半導体ウェハごとに算出した吸湿物質の脱離量が許容脱離量を超える場合、その後実施するプラズマエッチングのエッチング条件を変更するものである。
【００８４】
図２は、本実施の形態３における半導体装置を構成する多層配線層の形成途中の構造を示す断面図である。図２では、図１に示す第２の配線層以上にある１層の配線層を示している。この配線層は図１のステップＳ１５で形成されるものである。図２の説明は、前記実施の形態１と同様である。
【００８５】
図１４は、本実施の形態３における半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。図１４に示すように、まず、半導体ウェハ上の配線レイアウトを認識する（ステップＳ１４１）。この配線レイアウトは、例えば、デュアルダマシン構造のビアホールを形成するマスクである。マスク設計情報ファイルからマスクに形成される開口部を読み出す。
【００８６】
次に、層間絶縁膜を形成する（ステップＳ１４２）。層間絶縁膜は、下地膜２１、低誘電率膜２２およびキャップ絶縁膜２３から形成される。層間絶縁膜を構成する３層の膜は、例えば、ＣＶＤ法を用いて順次積層される。
【００８７】
続いて、洗浄工程などを経て、層間絶縁膜上に反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５を形成する。反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５は、スピンコートにより塗布される（Ｓ１４３）。そして、塗布したフォトレジスト膜２５のベーキング工程などを経て、各配線層のマスクを選択し、選択したマスクを用いてリソグラフィ工程を実施する（Ｓ１４４）。リソグラフィ工程では、露光装置によりマスクパターンがフォトレジスト膜２５に転写（感光）される。その後、現像処理を施すことにより、フォトレジスト膜２５に開口部２６が形成される。
【００８８】
ここで、低誘電率膜２２の吸湿時間Ｔは、前記実施の形態１で記載しているように、層間絶縁膜を成膜する工程（ステップＳ１４２）の経過時間ｔ１（Ｔ＝ｔ１）だけであってもよいし、反射防止膜とフォトレジスト膜を塗布する工程（ステップＳ１４３）までの経過時間（Ｔ＝ｔ１＋ｔ２）であってもよい。さらには、リソグラフィ工程（ステップＳ１４４）までの経過時間（Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）を用いてもよい。このようにして、製品となる半導体ウェハごとに低誘電率膜２２の吸湿時間を算出することができる。製品となる複数の半導体ウェハにおいて、処理履歴の相違から吸湿時間は互いに相違する。したがって、製品となる半導体ウェハごとに吸湿時間が管理される。
【００８９】
続いて、低誘電率膜からの吸湿物質の脱離量Ｘを算出する（ステップＳ１４５）。すなわち、前記実施の形態１と同様に、図１５に示す吸湿物質の脱離量Ｘと吸湿時間Ｔの関係を求める。なお、吸湿物質の脱離量Ｘは元々１／ＥＲと定義しているから、エッチングレートの面内分布などを考慮して最低限必要なエッチングレートを決めれば吸湿物質の許容脱離量Ｘ１はその逆数として定義できる。このとき、製品となる半導体ウェハの吸湿時間はそれぞれ管理されているので、図１５に示すグラフから、半導体ウェハの吸湿時間Ｔに対応する吸湿物質の脱離量Ｘを算出することができる。
【００９０】
次に、半導体ウェハの脱離量Ｘと許容脱離量Ｘ１とを比較する。比較した半導体ウェハの脱離量Ｘが許容脱離量Ｘ１よりも小さい場合には、エッチング条件を変更せずに通常の条件でプラズマエッチングを実施する。一方、半導体ウェハの脱離量Ｘが許容脱離量Ｘ１よりも大きい場合には、エッチング条件を変更する（ステップＳ１４６）。その後、変更したエッチング条件でプラズマエッチングを実施する（ステップＳ１４７）。
【００９１】
プラズマエッチングは、例えば、図１６（ａ）〜図１６（ｄ）に示すように実施される。すなわち、図１６（ａ）に示すように、まず、リソグラフィ工程でフォトレジスト膜２５に開口部２６を形成する。続いて、図１６（ｂ）に示すように、開口部２６を形成したフォトレジスト膜２５をマスクにして、反射防止膜２４とキャップ絶縁膜２３とをエッチングする。この工程を第１ステップ条件で実施する。次に、図１６（ｃ）に示すように、低誘電率膜２２を途中までエッチングする。この工程を第２ステップ条件で実施する。続いて、図１６（ｄ）に示すように、低誘電率膜２２を貫通するようにエッチングし、開口部２６の底面に下地膜２１を露出する。この工程を第３ステップ条件で実施する。
【００９２】
このようなプラズマエッチング工程において、半導体ウェハの脱離量Ｘが許容脱離量Ｘ１よりも大きい場合には、エッチング条件を変更するが、エッチング条件の変更をそれぞれ第１ステップ条件、第２ステップ条件および第３ステップ条件で具体的に説明する。
【００９３】
まず、第１ステップ条件の変更は、反射防止膜２４とキャップ絶縁膜２３のエッチング後に、脱ガスステップを導入することで行なわれる。つまり、通常処理では脱ガスステップは実施されないが、半導体ウェハの脱離量Ｘが許容脱離量Ｘ１よりも大きい場合には、低誘電率膜２２に吸湿されている吸湿物質の吸湿量が多いと推定される。このため、第１ステップ条件の後に脱ガスステップを導入する事により、低誘電率膜２２をプラズマエッチングする前工程で、予め低誘電率膜２２に吸湿されている吸湿物質を除去するものである。脱ガスステップは、例えば、半導体ウェハを真空処理室内のウェハステージ上で排気し続けたり、低真空でガスを流し続けることで行われる。またウェハステージにヒータを内蔵させるか、赤外線ランプをウェハに照射する熱処理による方法もある。
【００９４】
次に、第２ステップ条件の変更は、低誘電率膜２２のプラズマエッチングを行なうプラズマエッチング装置の条件を変更することで実施される。具体的には、プラズマエッチング装置のソースパワーとバイアスパワーとの比率を最大３５％まで上昇させることにより実施する。ソースパワーとは、プラズマにより原料ガスからイオンやラジカルなどを生成するものである。一方、バイアスパワーとは、イオンやラジカルなどを半導体ウェハに引き込むものであり、イオンやラジカルによるスパッタエッチングの目安となるものである。いまの場合、低誘電率膜２２のエッチング時間を長くすることによって、低誘電率膜２２から吸湿物質が脱離する時間をかせぐことができるので、エッチングレートを減少させることにより、吸湿物質の脱離を充分に行なうことができる。したがって、半導体ウェハの脱離量Ｘが許容脱離量Ｘ１よりも大きい場合には、充分に吸湿物質の脱離を行なうため、エッチングレートを減少させることが効果的である。このため、バイアスパワーを低くして、イオンやラジカルによるスパッタエッチングを減少させることに効果がある。なお、第２ステップ条件の変更としては、プラズマエッチング工程と第１ステップで用いた脱ガス工程とを一組とした間欠ステップの繰り返しを行なうように変更してもよい。
【００９５】
続いて、第３ステップ条件の変更では、低誘電率膜２２を途中までエッチングすることにより発生するパターンの疎密によるエッチングレートに差がなくなるようにエッチング条件を変更する。具体的には、オーバエッチングを最大５０％まで増加することにより、パターンの疎密によるエッチングの差異を吸収する。このとき、エッチングが進む領域では、下地膜２１を突き抜けてエッチングが進むことがないように工夫する必要がある。例えば、下地膜２１への突き抜けを防止するため、下地膜２１と低誘電率膜２２とのエッチング選択比を上げる必要がある。選択比を上げるには、プラズマエッチング装置におけるガス流量やパワーを変更することで実現することができる。ガス流量を変更する場合、第３ステップ条件では、ＣｘＦｙ／Ａｒ／Ｎ２の混合ガスを使用するため、ガス流量は、堆積性の強いＣｘＦｙガスの流量を最大２５％まで増加させる。これにより、エッチングが抑制され下地膜２１への突き抜けを防止することができる。または、イオンスパッタリング性の強いＮ２ガスの流量を最大２５％まで減少させることも効果的である。パワー変更の場合は、プラズマエッチング装置における堆積性を強めるために、ソースパワーとバイアスパワーとの比率を最大２５％まで上昇させる。この場合、ソースパワーを高めることにより、原料ガスの解離を多くして堆積性のある炭素原子を増やすことができる。これにより、エッチングが抑制され下地膜２１への突き抜けを防止することができる。または、バイアスパワーを低下させて、スパッタエッチングを減少させることにより、エッチングを抑制し、下地膜２１への突き抜けを防止することができる。
【００９６】
以上のように、半導体ウェハ中の低誘電率膜２２の吸湿時間と脱離量（吸湿量）との関係から、半導体ウェハごとに脱離量を求め、求めた脱離量が許容脱離量を超える場合にプラズマエッチング条件を変更することで、プラズマエッチング中に低誘電率膜２２から脱離する吸湿物質を考慮した最適なエッチングを実施することができる。つまり、エッチング条件を変更することにより、吸湿物質の脱離がエッチング速度や開口性といったエッチング特性に影響を与えることを抑制することができ、パターンの疎密差による吸湿物質の脱離量の違いが均一加工を阻害することを抑制できる。本実施の形態３によれば、被エッチング材料中の吸湿時間と吸湿物質の脱離量（吸湿量）の関係を考慮することにより、プラズマエッチング処理の信頼性を向上することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００９７】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、前記実施の形態１と同様の方法により、低誘電率膜からの吸湿物質の脱離量と吸湿時間との関係を算出し、算出した関係から許容脱離量を求める。さらに、算出した関係から、製品となる半導体ウェハごとに管理されている吸湿時間に対応する吸湿物質の脱離量を算出する。そして、製品となる半導体ウェハごとに算出した吸湿物質の脱離量が許容脱離量を超える場合、リワーク処理を実施するものである。
【００９８】
図２は、本実施の形態４における半導体装置を構成する多層配線層の形成途中の構造を示す断面図である。図２では、図１に示す第２の配線層以上にある１層の配線層を示している。この配線層は図１のステップＳ１５で形成されるものである。図２の説明は、前記実施の形態１と同様である。
【００９９】
図１７は、本実施の形態４における半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。図１７に示すように、まず、半導体ウェハ上の配線レイアウトを認識する（ステップＳ１７１）。この配線レイアウトは、例えば、デュアルダマシン構造のビアホールを形成するマスクである。マスク設計情報ファイルからマスクに形成される開口部を読み出す。
【０１００】
次に、層間絶縁膜を形成する（ステップＳ１７２）。層間絶縁膜は、下地膜２１、低誘電率膜２２およびキャップ絶縁膜２３から形成される。層間絶縁膜を構成する３層の膜は、例えば、ＣＶＤ法を用いて順次積層される。
【０１０１】
続いて、洗浄工程などを経て、層間絶縁膜上に反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５を形成する。反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５は、スピンコートにより塗布される（Ｓ１７３）。そして、塗布したフォトレジスト膜２５のベーキング工程などを経て、各配線層のマスクを選択し、選択したマスクを用いてリソグラフィ工程を実施する（Ｓ１７４）。リソグラフィ工程では、露光装置によりマスクパターンがフォトレジスト膜２５に転写（感光）される。その後、現像処理を施すことにより、フォトレジスト膜２５に開口部２６が形成される。
【０１０２】
ここで、低誘電率膜２２の吸湿時間Ｔは、前記実施の形態１で記載しているように、層間絶縁膜を成膜する工程（ステップＳ１７２）の経過時間ｔ１（Ｔ＝ｔ１）だけであってもよいし、反射防止膜とフォトレジスト膜を塗布する工程（ステップＳ１７３）までの経過時間（Ｔ＝ｔ１＋ｔ２）であってもよい。さらには、リソグラフィ工程（ステップＳ１７４）までの経過時間（Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）を用いてもよい。このようにして、製品となる半導体ウェハごとに低誘電率膜２２の吸湿時間を算出することができる。製品となる複数の半導体ウェハにおいて、処理履歴の相違から吸湿時間は互いに相違する。したがって、製品となる半導体ウェハごとに吸湿時間が管理される。
【０１０３】
続いて、低誘電率膜からの吸湿物質の脱離量Ｘを算出する（ステップＳ１７５）。すなわち、前記実施の形態１と同様に、図１８に示す吸湿物質の脱離量Ｘと吸湿時間Ｔの関係を求める。なお、吸湿物質の脱離量Ｘは元々１／ＥＲと定義しているから、エッチングレートの面内分布などを考慮して最低限必要なエッチングレートを決めれば吸湿物質の許容脱離量Ｘ１はその逆数として定義できる。このとき、製品となる半導体ウェハの吸湿時間はそれぞれ管理されているので、図１８に示すグラフから、半導体ウェハの吸湿時間Ｔに対応する吸湿物質の脱離量Ｘを算出することができる。例えば、製品となる半導体ウェハの吸湿時間をＴ０とすると、図１８に示すグラフから、この半導体ウェハの脱離量（吸湿量）がＸ０であることがわかる。
【０１０４】
次に、半導体ウェハの脱離量Ｘ０と許容脱離量Ｘ１とを比較する（ステップＳ１７６）。比較した半導体ウェハの脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも小さい場合には、プラズマエッチングを実施する（ステップＳ１７７）。一方、半導体ウェハの脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも大きい場合には、半導体ウェハに対しリワーク処理を実施する（ステップＳ１７８）。
【０１０５】
具体的に、リワーク処理では、半導体ウェハに形成した反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５をアッシングにより除去する。その後、半導体ウェハに対して、吸湿物質の脱離を促進させるベーキング処理を実施する。このベーキング処理は、低誘電率膜２２に吸湿した吸湿物質を除去するために、半導体ウェハを加熱する工程である。そして、半導体ウェハに対して新たに反射防止膜２４とフォトレジスト膜２５を塗布し（ステップＳ１７３）、塗布したフォトレジスト膜２５に対してリソグラフィを実施する。このようにしてリワーク処理が実施される。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態４によれば、半導体ウェハ中の低誘電率膜２２の吸湿時間と脱離量（吸湿量）との関係から、半導体ウェハごとに脱離量を求め、求めた脱離量が許容脱離量を超える場合にリワーク処理を実施することで、低誘電率膜２２に吸湿されている吸湿物質を充分に脱離した後にエッチング処理を実施することができる。つまり、リワーク処理を実施することにより、吸湿物質の脱離がエッチング速度や開口性といったエッチング特性に影響を与えることを抑制することができ、パターンの疎密差による吸湿物質の脱離量の違いが均一加工を阻害することを抑制できる。本実施の形態４によれば、被エッチング材料中の吸湿時間と吸湿物質の脱離量（吸湿量）の関係を考慮することにより、プラズマエッチング処理の信頼性を向上することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０１０７】
ここで、複数の半導体ウェハにおいて、脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも大きくなる場合、複数の半導体ウェハに対してリワーク処理を実施することになる。しかし、リワーク処理は製造工程のスループットを低下させることになる。したがって、なるべくリワーク処理を発生させないようにすることが望ましい。そこで、本実施の形態４の変形例として以下に示す態様が考えられる。
【０１０８】
図１９は本実施の形態４の変形例における半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。図１９において、ステップＳ１９１〜ステップＳ１９７は図１７に示すステップＳ１７１〜ステップＳ１７７と同様である。異なる点は、半導体ウェハの吸湿時間Ｔ０に対応する脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも大きい場合の処理である。この場合、本実施の形態１と同様にリワーク処理を実施するが、さらに、製造工程中の吸湿時間の調整も実施する。これにより、その後に処理される複数の半導体ウェハのリワーク処理を低減することができる。つまり、ある半導体ウェハについて、脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも大きい場合、リワーク処理を実施することになるが、さらに、この半導体ウェハの以降に製造される複数の半導体ウェハに対して、脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも小さくなるように製造工程を管理するのである。脱離量Ｘ０を許容脱離量Ｘ１よりも小さくするには、吸湿時間Ｔを許容吸湿時間よりも小さくなるように調整すれればよい。許容吸湿時間は許容脱離量Ｘ１を定めれば図１８に示すグラフから算出できる。したがって、その後の半導体ウェハの製造工程では、層間絶縁膜の成膜工程（ステップＳ１９２）からリソグラフィ工程（ステップＳ１９４）までの工程にかかる時間が吸湿時間となるので、この吸湿時間が許容吸湿時間よりも小さくなるように調整すればよい。このようにして、ある半導体ウェハに対してリワーク処理が実施されても、その後の複数の半導体ウェハにおいて脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも小さくなるので、製造工程のスループットを向上させることができる。すなわち、本実施の形態４の変形例によれば、低誘電率膜２２に吸湿されている吸湿物質の脱離量Ｘ０が許容脱離量Ｘ１よりも大きな場合、リワーク処理を実施するが、さらに、その後の半導体ウェハについての吸湿時間が許容吸湿時間以内となるように調整することにより、スループットを向上することができる。
【０１０９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１０】
前記実施の形態では、層間絶縁膜として低誘電率膜を形成する例について説明したが、層間絶縁膜として酸化シリコン膜などの低誘電率膜以外の膜を使用する場合にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を説明するフローチャートである。
【図２】半導体装置を構成する多層配線層の製造途中の構造を示す断面図である。
【図３】実施の形態１における半導体装置の製造工程を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１における半導体装置の製造工程を説明するフローチャートである。
【図５】実施の形態１におけるマスク形成方法を説明するフローチャートである。
【図６】低誘電率膜の吸湿時間とエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図７】吸湿物質の脱離量と吸湿時間との関係を示すグラフである。
【図８】開口率とエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図９】疎密パターンによる吸湿物質の脱離量の相違を説明する図であり、（ａ）は、密パターンでの吸湿物質の脱離を示す図であり、（ｂ）は疎パターンでの吸湿物質の脱離を示す図である。
【図１０】開口率と吸湿物質の脱離量との関係を示すグラフである。
【図１１】半導体装置を構成する多層配線層の製造途中の構造を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２におけるマスクの選択方法を説明するフローチャートである。
【図１３】開口率と吸湿物質の脱離量との関係を示すグラフである。
【図１４】実施の形態３におけるエッチング条件の変更を説明するフローチャートである。
【図１５】吸湿物質の脱離量と吸湿時間との関係を示すグラフである。
【図１６】層間絶縁膜のエッチング手順を示す断面図である。
【図１７】実施の形態４における半導体装置の製造工程を説明するフローチャートである。
【図１８】吸湿物質の脱離量と吸湿時間との関係を示すグラフである。
【図１９】実施の形態４の変形例における半導体装置の製造工程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１３】
２０  下地金属膜
２１  下地膜
２２  低誘電率膜
２３  キャップ絶縁膜
２４  反射防止膜
２５  フォトレジスト膜
２６  開口部
Ａ  テストウェハ
Ｂ  テストウェハ
Ｃ  テストウェハ
Ｃ（１）〜Ｃ（６）  領域
Ｔ  吸湿時間
ｔ１  経過時間
ｔ２  経過時間
ｔ３  経過時間
Ｘ  脱離量
Ｘ０  脱離量
Ｘ１  許容脱離量
α０  初期開口率
α１  許容開口率
【図１】
2009004563.tif 000003
【図２】
2009004563.tif 000004
【図３】
2009004563.tif 000005
【図４】
2009004563.tif 000006
【図５】
2009004563.tif 000007
【図６】
2009004563.tif 000008
【図７】
2009004563.tif 000009
【図８】
2009004563.tif 000010
【図９】
2009004563.tif 000011
【図１０】
2009004563.tif 000012
【図１１】
2009004563.tif 000013
【図１２】
2009004563.tif 000014
【図１３】
2009004563.tif 000015
【図１４】
2009004563.tif 000016
【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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