特許 6041709 金属層をエッチングする方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6041709

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】金属層をエッチングする方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20161206BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20161206BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20161206BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20161206BHJP

   H01L 21/3213 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 104C

   H01L21/88 M

   H01L21/88 D

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-43100(P2013-43100)

(22)【出願日】2013年3月5日

(65)【公開番号】特開2014-170894(P2014-170894A)

(43)【公開日】2014年9月18日

【審査請求日】2015年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】西村 栄一

(72)【発明者】

【氏名】山下 扶美子

(72)【発明者】

【氏名】笹 小弓

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−３５０９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００３１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２４０７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２６１７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９３４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２４７６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 W. H. Lee et al. ，"Taper Etching of Copper Using an Inductively Coupled O2 Plasma and Hexafluoroacetylacetone"，Journal of the Korean Physical Society，KR，Korean Physical Society，２００２年，Vol. 40 No. 1，p.152-155

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２８−２１／２８８

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５−２１／３２１３

Ｈ０１Ｌ ２１／３２９

Ｈ０１Ｌ ２１／４４−２１／４４５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

Ｈ０１Ｌ ２９／４０−２９／４９

Ｈ０１Ｌ ２９／８７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属層をエッチングする方法であって、
炭素を含む保護膜を被処理体のマスクの表面に形成しつつ、イオンスパッタエッチングにより前記被処理体の金属層をエッチングする工程と、
前記金属層をエッチングする工程の後に、前記被処理体を酸素プラズマに晒す工程と、
前記被処理体を酸素プラズマに晒す工程の後に、前記被処理体をヘキサフルオロアセチルアセトンに晒す工程と、
を含む方法。

【請求項2】

前記金属層は、銅から構成されている、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記被処理体の金属層をエッチングする工程では、
水素ガスを含有する第１のガスのプラズマを用いたイオンスパッタエッチングにより前記金属層をエッチングする工程と、
前記保護膜を前記被処理体の前記マスクの前記表面に形成するよう、水素ガス、及び前記被処理体に対する堆積性を有するガスを含有する第２のガスのプラズマを用いて前記被処理体を処理する工程と、
が交互に繰り返される、
請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

堆積性を有する前記ガスはメタンガスである、請求項３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、金属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】

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よるエッチングでは、銅配線の側面の垂直性を確保できないという問題がある。この問題は、銅層のエッチング時にマスクの角部が削れることに起因している。この問題を解決する手法としては、マスクに炭素を含む保護膜を形成しつつ、銅層をエッチングする方法が考えられる。

【0006】

上述したように、保護膜は、炭素を含むものであり、その除去には、酸素プラズマを用いた処理が一般的に想定される。しかしながら、本願発明者は、酸素プラズマを用いた処理では、保護膜の除去が不十分となることを見出している。

【0007】

そのため、金属層のエッチング時に形成される保護膜を除去することが可能な方法が必要となっている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一側面においては、金属層をエッチングする方法が提供される。この方法は、（ａ）炭素を含む保護膜を被処理体のマスクの表面に形成しつつ、イオンスパッタエッチングにより被処理体の金属層をエッチングする工程（工程（ａ））と、（ｂ）金属層をエッチングする工程の後に、被処理体を酸素プラズマに晒す工程（工程（ｂ））と、（ｃ）被処理体を酸素プラズマに晒す工程の後に、被処理体をヘキサフルオロアセチルアセトンに晒す工程（工程（ｃ））と、を含む。一形態においては、金属層は、銅から構成され得る。ここで、ヘキサフルオロアセチルアセトンとは、１，１，１，５，５，５−ヘキサフルオロアセチルアセトン（以下、「ｈｆａｃＨ」と称する）である。

【0009】

工程（ａ）において形成される保護膜は、炭素に加えて、金属層のエッチングによって発生する金属を含む。この保護膜を工程（ｂ）において酸素プラズマに晒すことにより、保護膜中の炭素は除去されるが、依然として保護膜中に含まれる金属が、酸化された状態で残ることとなる。一側面に係る方法では、ｈｆａｃＨから生成されるヘキサフルオロアセチルアセトナート配位子（以下、「ｈｆａｃ」と称する）が上記金属と反応して錯体が生成され、当該錯体として除去される。したがって、本方法によれば、金属層のエッチング時に形成される保護膜を除去することが可能となる。なお、ｈｆａｃとは、ｈｆａｃＨから水素（Ｈ）が離脱して当該ｈｆａｃＨが一価の陰イオンとなったものである。

【0010】

一形態においては、工程（ａ）において、水素ガスを含有する第１のガスのプラズマを用いたイオンスパッタエッチングにより金属層をエッチングする工程（工程（ａ１））と、水素ガス、及び被処理体に対する堆積性を有するガスを含有する第２のガスのプラズマを用いて被処理体を処理する工程（工程（ａ２））とが交互に繰り返される。一形態においては、堆積性を有するガスはメタンガスであってもよい。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したように、金属層のエッチング時に形成される保護膜を除去することが可能とする方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係る金属層をエッチングする方法Ｍ１を示す流れ図である。

【図2】一実施形態に係る処理システムを概略的に示す図である。

【図3】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。

【図4】バルブ群、流量制御器群、及びガスソース群の一例を詳細に示す図である。

【図5】一実施形態に係る処理装置を示す図である。

【図6】方法Ｍ１の各工程を説明するための図である。

【図7】方法Ｍ１の各工程を説明するための図である。

【図8】方法Ｍ１の各工程を説明するための図である。

【図9】工程Ｓ５におけるＣｕＯの除去を示す図である。

【図10】工程Ｓ５におけるＣｕ_２Ｏの除去を示す図である。

【図11】実験例の条件を示す表１である。

【図12】実験例及び比較実験例の処理後のウエハＷの断面の状態を表わす図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

図１は、一実施形態に係る金属層をエッチングする方法を示す流れ図である。図１に示す方法Ｍ１では、炭素を含む保護膜を被処理体のマスクの表面に形成しつつ、イオンスパッタエッチングにより被処理体の金属層をエッチングする工程Ｓ３と、工程Ｓ３の後に、被処理体を酸素プラズマに晒す工程Ｓ４（アッシング工程）と、工程Ｓ４の後に、被処理体をヘキサフルオロアセチルアセトンに晒す工程Ｓ５とを含む。ここで、ヘキサフルオロアセチルアセトンとは、以下では「ｈｆａｃＨ」と称する１，１，１，５，５，５−ヘキサフルオロアセチルアセトンである。なお、以下の説明においては、被処理体をウエハＷと称し、金属層が銅層であるものとする。また、金属層は、銅層、即ち、銅（Ｃｕ）から構成された層に限定されるものではなく、他の金属から構成された層であってもよい。

【0015】

以下、図１に示す方法Ｍ１の実施に用いることができる処理システムについて説明する。図２は、一実施形態に係る処理システムを概略的に示す図である。図２に示す処理システム１００は、載置台１２２ａ〜１２２ｄ、収容容器１２４ａ〜１２４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１、ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３、及び、トランスファーチャンバ１２１を備えている。

【0016】

載置台１２２ａ〜１２２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら載置台１２２ａ〜１２２ｄの上には、収容容器１２４ａ〜１２４ｄがそれぞれ載置されている。収容容器１２４ａ〜１２４ｄ内には、ウエハＷが収容されている。

【0017】

ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器１２４ａ〜１２４ｄの何れかに収容されているウエハＷを取り出して、当該ウエハＷを、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２に搬送する。

【0018】

ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、トランスファーチャンバ１２１にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。

【0019】

トランスファーチャンバ１２１は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には別の搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ１２１には、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ２が対応のゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２からウエハＷを取り出して、プロセスモジュールＰＭ１、及びＰＭ２に順に搬送する。処理システム１００のプロセスモジュールＰＭ１は、プラズマ処理装置であり、以下に説明する工程Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４を、このプラズマ処理装置において実施することができる。また、処理システム１００のプロセスモジュールＰＭ２は、以下に説明する工程Ｓ５を実施することができる処理装置である。

【0020】

図３は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３には、プラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。図３に示すプラズマ処理装置１０は、処理システム１００のプロセスモジュールＰＭ１として用いられ得る。

【0021】

プラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、その表面は陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。

【0022】

処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、その内壁面において、下部電極１６を支持している。下部電極１６は、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状を有している。

【0023】

下部電極１６には、整合器ＭＵ１を介して第１の高周波電源ＨＦＳが接続されている。第１の高周波電源ＨＦＳは、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。整合器ＭＵ１は、第１の高周波電源ＨＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

【0024】

また、下部電極１６には、整合器ＭＵ２を介して第２の高周波電源ＬＦＳが接続されている。第２の高周波電源ＬＦＳは、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス電力）を発生して、当該高周波バイアス電力を下部電極１６に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。整合器ＭＵ２は、第２の高周波電源ＬＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

【0025】

下部電極１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、下部電極１６と共にウエハＷを支持するための載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着保持することができる。

【0026】

下部電極１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、被エッチング層の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン、又は石英から構成され得る。

【0027】

下部電極１６の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置されたウエハＷの温度が制御される。

【0028】

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１８の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

【0029】

また、処理容器１２内には、上部電極３０が設けられている。この上部電極３０は、下部電極１６の上方において、当該下部電極１６と対向配置されており、下部電極１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極１６との間には、ウエハＷにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成されている。

【0030】

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。

【0031】

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６にはガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

【0032】

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介してガスソース群４０が接続されている。図４は、バルブ群、流量制御器群、及びガスソース群の一例を詳細に示す図である。図４に示すように、ガスソース群４０は、複数のガスソース４０１〜４０６を含んでいる。ガスソース４０１〜４０６はそれぞれ、Ｈ_２ガス、Ａｒガス、ＣＨ_４ガス、Ｏ_２ガス、ＣＦ_４ガス、ＳｉＣｌ_４ガスのソースである。流量制御器群４４は、複数の流量制御器４４１〜４４６を含んでいる。流量制御器４４１〜４４６はそれぞれ、ガスソース４０１〜４０６に接続されている。これら流量制御器４４１〜４４６の各々は、マスフローコントローラであり得る。バルブ群４２は、複数のバルブ４２１〜４２６を含んでいる。バルブ４２１〜４２６はそれぞれ、流量制御器４４１〜４４６に接続されている。

【0033】

プラズマ処理装置１０では、ガスソース４０１〜４０６のうち選択されたガスソースからのガスが、対応の流量制御器及びバルブを介して、流量制御された状態で、ガス供給管３８に供給される。ガス供給管３８に供給されたガスは、ガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。

【0034】

また、図３に示すように、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。

【0035】

また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

【0036】

処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

【0037】

また、処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向においてウエハＷと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。

【0038】

また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。

【0039】

このプラズマ処理装置１０では、ウエハＷを処理するために、ガスソース４０１〜４０６のうち選択された一以上のガスソースから処理容器１２内にガスが供給される。そして、下部電極１６にプラズマ生成用の高周波電力が与えられることにより、下部電極１６と上部電極３０との間に高周波電界が発生する。この高周波電界により、処理空間Ｓ内に供給されたガスのプラズマが生成される。そして、このように発生するガスのプラズマにより、ウエハＷの被エッチング層に対するエッチングといった処理が行われる。また、下部電極１６に高周波バイアス電力が与えられることによりイオンがウエハＷに引き込まれる。これにより、ウエハＷの被エッチング層のエッチングが促進される。

【0040】

図５は、一実施形態に係る処理装置を示す図である。図５に示す処理装置６０は、処理システム１００のプロセスモジュールＰＭ２として用いることができる。処理装置６０は、金属製（例えばアルミニウム製）の筒状（例えば円筒状）に形成された処理容器６２を備えている。この処理容器６２上端開口は、蓋体６６によって閉じられている。処理容器６２は、その内部に空間を画成している。また、処理容器６２の側壁部にはウエハ搬出入口７８が形成されており、当該ウエハ搬出入口７８にはゲートバルブ８０が設けられている。この処理装置６０では、ウエハ搬出入口７８を介して、ウエハＷの搬送が行われる。

【0041】

処理容器６２の底部には、ウエハＷを載置するための載置台６４が設けられている。載置台６４は、アルミニウム等から構成され得るものであり、略柱状（例えば円柱状）に構成される。なお、図示はしないが、載置台６４にはウエハＷをクーロン力により吸着保持する静電チャック、ヒータや冷媒流路などの温度調整機構等、必要に応じて様々な機能を設けることができる。

【0042】

処理装置６０は、更に、ソース６８、及び、ガスソース７０を備えている。ソース６８は、ｈｆａｃＨのソースであり、マスフローコントローラといった流量制御器６８ａ及びバルブ６８ｂを介して、処理容器６２の内部空間に連通されている。また、ガスソース７０は、Ｎ_２ガスのソースであり、マスフローコントローラといった流量制御器７０ａ及びバルブ７０ｂを介して、処理容器６２の内部空間に連通されている。ソース６８及びガスソース７０から供給されるｈｆａｃＨ及びＮ_２ガスは、処理容器６２に設けられたガス吐出孔７２から、処理容器６２内に供給される。なお、処理装置６０は、Ｎ_２ガスに代えて又はこれに加えてＯ_２ガスを処理容器６２内に供給してもよく、また、キャリアガスとしてＡｒガスを処理容器６２内に供給してもよい。

【0043】

処理容器６２の底部には、当該処理容器６２内の雰囲気を排出する排気部７６が排気管７４を介して接続されている。排気部７６は例えば真空ポンプを有し、処理容器６２内を所定の圧力まで減圧し得るようになっている。

【0044】

処理装置６０には、制御部Ｃ６０が接続されていてもよい。制御部Ｃ６０は、例えば、処理装置６０の載置台６４の温度制御機構、流量制御器、バルブ、及び、排気部等に制御信号を送出して、これら処理装置６０の構成要素を制御するようになっている。

【0045】

この処理装置６０では、処理容器６２内に収容され載置台６４上に載置されたウエハＷに対してｈｆａｃＨを供給することができ、これにより、ウエハＷの処理を行うことができる。

【0046】

再び図１を参照する。以下、上述した処理システム１００を用いて実施し得る方法Ｍ１について、図１に加えて図６、図７及び図８を参照して、より詳細に説明する。なお、図６〜図８においては、方法Ｍ１の各工程中又は各工程後のウエハＷの一部分の断面が示されている。

【0047】

図１に示すように、方法Ｍ１では、マスクＭＫ２を作成する工程Ｓ１が行われる。このマスクＭＫ２は、ウエハＷの銅層をエッチングするためのマスクＭＫ１を作成する処理に用いられる。

【0048】

工程Ｓ１は、工程Ｓ１ａ、工程Ｓ１ｂ、及び工程Ｓ１ｃを含んでいる。工程Ｓ１ａでは、レジストマスクの作成が行われる。ここで、図６の（ａ）に示すように、ウエハＷは、第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２、銅層ＭＴＬ、マスク層ＭＬ１、底層ＢＬ、及び、中間層ＩＭＬを有している。第１絶縁膜ＩＦ１は、層間絶縁膜であり、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮといった絶縁材料から構成され得る。第２絶縁膜ＩＦ２は、第１絶縁膜ＩＦ１上に設けられおり、例えば、ＳｉＣから構成される。第２絶縁膜ＩＦ２の上には、銅層ＭＴＬが設けられている。銅層ＭＴＬ上には、マスク層ＭＬ１が設けられている。マスク層ＭＬ１は、銅層ＭＴＬのエッチング用のマスクＭＫ１となる層であり、例えば、窒化シリコン又は酸化シリコンから構成される。マスク層ＭＬ１上には、底層ＢＬが設けられている。底層ＢＬは、後にマスク層ＭＬ１のエッチング用のマスクＭＫ２となる層であり、例えば、アモルファスカーボンといった有機膜から構成される。底層ＢＬ上には、中間層ＩＭＬが設けられている。中間層ＩＭＬは、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）又は反射防止膜であり得る。中間層ＩＭＬ上には、工程Ｓ１ａにおいて作成されるレジストマスクＲＭが設けられる。レジストマスクＲＭは、ＡｒＦレジストといったレジスト材料に対するフォトリソグラフィ技術により作成される。

【0049】

次いで、方法Ｍ１では、図６の（ａ）に示すウエハＷがプラズマ処理装置１０（プロセスモジュールＰＭ１）の静電チャック１８上に載置され、図１に示すように工程Ｓ１ｂが行われる。この工程Ｓ１ｂでは、中間層ＩＭＬのエッチングが行われる。中間層ＩＭＬのエッチングでは、フルオロカーボン系ガス、例えば、ガスソース４０５から供給されるＣＦ_４ガスのプラズマが生成され、当該プラズマにウエハＷが晒される。この工程Ｓ１ｂにより、図６の（ｂ）に示すように、レジストマスクＲＭのパターンが中間層ＩＭＬに転写される。

【0050】

次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように工程Ｓ１ｃが行われる。この工程Ｓ１ｃでは、底層ＢＬのエッチングが行われる。底層ＢＬのエッチングでは、ガスソース４０４から供給されるＯ_２ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図６の（ｂ）に示すウエハＷが晒される。なお、工程Ｓ１ｃでは、ガスソース４０６からＳｉＣｌ_４ガスが処理容器１２内に供給されてもよい。この工程Ｓ１ｃにより、図６の（ｃ）に示すように、中間層ＩＭＬのパターンが、底層ＢＬに転写され、これによって、底層ＢＬから形成されたマスクＭＫ２が作成される。なお、この工程では、酸素ガスのプラズマが用いられているので、レジストマスクＲＭは消失する。

【0051】

次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように、マスクＭＫ１を作成する工程Ｓ２が行われる。工程Ｓ２は、工程Ｓ２ａ及び工程Ｓ２ｂを含んでいる。工程Ｓ２ａでは、マスク層ＭＬ１のエッチングが行われる。マスク層ＭＬ１のエッチングでは、フルオロカーボン系ガス、例えば、ガスソース４０５から供給されるＣＦ_４ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図６の（ｃ）に示すウエハＷが晒される。なお、工程Ｓ２ａでは、ガスソース４０２からＡｒガスが処理容器１２内に供給されてもよい。この工程Ｓ２ａにより、図６の（ｄ）に示すように、マスクＭＫ２のパターンが、マスク層ＭＬ１に転写され、これによって、マスク層ＭＬ１から形成されたマスクＭＫ１が作成される。

【0052】

次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように、工程Ｓ２ｂが行われる。工程Ｓ２ｂでは、アッシング処理が行われ、マスクＭＫ２が除去される。アッシング処理では、ガスソース４０４から供給されるＯ_２ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図６の（ｄ）に示すウエハＷが曝される。この工程Ｓ２ｂにより、ウエハＷは、図６の（ｅ）に示す状態となる。

【0053】

次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように、工程Ｓ３が実施される。工程Ｓ３は、工程Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３ｃ及びＳ３ｄを含んでいる。工程Ｓ３ａでは、ガスソース４０１から供給される水素ガス（Ｈ_２ガス）が第１のガスに含められて処理容器１２内に供給される。そして、第１のガスのプラズマが生成される。なお、第１のガスには、ガスソース４０２のＡｒガスが含められてもよい。この工程Ｓ３ａでは、図７の（ａ）に示すように、水素イオンにより銅層ＭＴＬがエッチングされる。また、第１のガスにＡｒガスが含められている場合には、Ａｒイオンによっても銅層ＭＴＬがエッチングされる。特に、下部電極１６に高周波バイアス電力が与えられると、水素イオン及びＡｒイオンが銅層ＭＴＬに引き込まれて当該銅層ＭＴＬの表面に衝突する。このような所謂スパッタ効果により、銅層ＭＴＬのエッチングが促進される。なお、図７及び図８において、円で囲まれた「Ｈ」が水素イオンを示しており、円で囲まれた「Ａｒ」がＡｒイオンを示している。

【0054】

続く工程Ｓ３ｂでは、ガスソース４０１及びガスソース４０３からそれぞれ供給される水素ガス（Ｈ_２ガス）、及び堆積性ガス、例えばＣＨ_４ガスを含有する第２のガスが、処理容器１２内に供給される。そして、第２のガスのプラズマが生成される。この工程Ｓ３ｂでは、図７の（ｂ）に示すように、ウエハＷの表面上にＣＨ_４ガス、即ちメタンに由来する保護膜ＰＦが堆積する。この膜ＰＦは、炭素を含有する膜であり、例えば、ポリエチレンを含む。また、この膜ＰＦは、銅層ＭＴＬのエッチングに由来する銅（Ｃｕ）も含むものとなる。

【0055】

そして、方法Ｍ１では、更に工程Ｓ３ａが行われることにより、図７の（ｃ）に示すように、銅層ＭＴＬが更にエッチングされ、その後に更に工程Ｓ３ｂが行われる。方法Ｍ１では、図１に示すように、所定サイクル数の工程Ｓ３ａ及び工程Ｓ３ｂの繰り返しが行われたか否かが、判定される（図１の参照符号Ｓ３ｃ）。工程Ｓ３ａ及び工程Ｓ３ｂの繰り返しの回数が所定サイクル数に満たないときには、工程Ｓ３ａ及び工程Ｓ３ｂが更に行われる。一方、工程Ｓ３ａ及び工程Ｓ３ｂの繰り返しの回数が所定サイクル数行われている場合には、工程Ｓ３ｄが行われる。工程Ｓ３ｄの処理は、工程Ｓ３ａと同様である。この工程Ｓ３ａにより、図８の（ａ）に示すように、銅層ＭＴＬが更にエッチングされる。

【0056】

ここまでに説明した工程によれば、膜ＰＦがマスクＭＫ１の表面に堆積することにより、工程Ｓ３のエッチング中にマスクＭＫ１を保護する。したがって、マスクＭＫ１の削れ、特に、角部が過剰に削れることを抑制することができる。その結果、エッチング後の銅層の側面の垂直性が向上される。また、膜ＰＦによって銅層ＭＴＬの下地が保護されるので、工程Ｓ３による絶縁膜ＩＦ２の損傷が抑制される。さらに、第２のガスにはＣＨ_４ガスに加えてＨ_２ガスが含まれているので、ＣＨ_４ガスの流量とＨ_２ガスの流量を相対的に調整することにより、過剰な膜ＰＦの堆積を抑制することも可能である。

【0057】

次いで、方法Ｍ１では、工程Ｓ４において、膜ＰＦを除去するためのアッシング処理が行われる。アッシング処理では、ガスソース４０４から供給されるＯ_２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。この工程Ｓ４により、ウエハＷは、図８の（ｂ）に示す状態になる。即ち、工程Ｓ４では、膜ＰＦ中の炭素が酸素プラズマによるアッシング処理によって除去され、且つ、膜ＰＦ中の銅が酸素と結合することにより、酸化銅を含む膜ＲＤが形成される。より具体的には、下記の反応により、Ｃｕ_２Ｏ及びＣｕＯを含む膜ＲＤが形成される。
４Ｃｕ＋Ｏ_２→２Ｃｕ_２Ｏ
２Ｃｕ＋Ｏ_２→２ＣｕＯ

【0058】

以上説明した工程がプラズマ処理装置１０（プロセスモジュールＰＭ１）で実施された後、方法Ｍ１では、ウエハＷが処理装置６０（プロセスモジュールＰＭ２）に搬送される。そして、方法Ｍ１では、工程Ｓ５において、ウエハＷがｈｆａｃＨに晒される。工程Ｓ５では、例えば、１０〜２００Ｔ（１３３３〜２６６６０Ｐａ）の圧力、及び、１５０℃〜３００℃の温度の環境下において、ウエハＷがｈｆａｃＨに晒される。この工程Ｓ５では、膜ＲＤ中の酸化銅に含まれるＣｕをｈｆａｃによって錯化し、生成された錯体を除去することによって、膜ＲＤを除去する。なお、「ｈｆａｃ」とは、ｈｆａｃＨから水素（Ｈ）が離脱して当該ｈｆａｃＨが一価の陰イオンとなることにより生成されるヘキサフルオロアセチルアセトナート配位子である。

【0059】

ここで、図９及び図１０を参照する。図９は工程Ｓ５におけるＣｕＯの除去を示す図であり、図１０は、工程Ｓ５におけるＣｕ_２Ｏの除去を示す図である。工程Ｓ５においては、図９の（ａ）及び図１０の（ａ）に示すようにｈｆａｃＨ（図中、参照符号２００で示す）が膜ＲＤに対して供給される。そして、図９の（ｂ）に示すように、２分子のｈｆａｃＨそれぞれからＨが離脱することにより生成される二つのイオン、即ち、二つのｈｆａｃと膜ＲＤを構成するＣｕＯ中のＣｕとに由来する錯体３００が生成され、また、離脱した二つのＨとＣｕＯ中のＯが結合することによりＨ_２Ｏが生成される。これら錯体３００及びＨ_２Ｏが排気される結果、膜ＲＤが除去される。なお、ＣｕＯとｈｆａｃＨとの反応は、下記の反応式によって表わされる。
ＣｕＯ＋２（ｈｆａｃＨ）→Ｃｕ（ｈｆａｃ）_２＋Ｈ_２Ｏ

【0060】

また、図１０の（ｂ）に示すように、ｈｆａｃＨからＨが離脱することにより生成されるイオン、即ち、ｈｆａｃと膜ＲＤを構成するＣｕ_２Ｏ中のＣｕとが結合し（図中、参照符号２１０で示す）、Ｃｕ_２Ｏ中の他方のＣｕにはＯＨが結合された状態となる（図中、参照符号２２０で示す）。そして、図１０の（ｂ）に示すように、別のｈｆａｃＨからＨが離脱することにより生成されるイオン、即ち、ｈｆａｃと参照符号２１０で示す化合物と反応することによって、図１０の（ｃ）に示すように、錯体３００が形成される。また、別のｈｆａｃＨから離脱したＨと参照符号２２０で示す化合物中のＯＨとが結合してＨ_２Ｏが形成される。これら錯体３００及びＨ_２Ｏが排気される結果、膜ＲＤが除去される。なお、Ｃｕ_２ＯとｈｆａｃＨとの反応は、下記の反応式によって表わされる。
Ｃｕ_２Ｏ＋２（ｈｆａｃＨ）→Ｃｕ＋Ｃｕ（ｈｆａｃ）_２＋Ｈ_２Ｏ

【0061】

以上説明した方法Ｍ１によれば、エッチングされた銅層の側面の垂直性を確保することが可能であり、更に、膜ＰＦ中の炭素、及び、当該保護膜ＰＦのアッシング後に形成される膜ＲＤを除去することが可能である。

【0062】

以下、上述した方法Ｍ１の評価のために行った実験例について説明する。

【0063】

実験例においては、処理システム１００を用いて方法Ｍ１を実施した。この実験例では、ウエハＷとして、図６の（ａ）に示すウエハＷを用いた。このウエハＷでは、第２絶縁膜ＩＦ２は５ｎｍ厚のＳｉＣ層であり、銅層ＭＴＬは３５ｎｍの厚みを有し、マスク層ＭＬ１は１０ｎｍ厚のＳｉＮ層であり、底層ＢＬは８０ｎｍのアモルファスカーボン膜であり、中間層ＩＭＬは１３．５ｎｍ厚のＡＲＣ膜であり、レジストマスクＲＭはＡｒＦレジストから作成されたレジストマスクであった。

【0064】

図１１に実験例の条件を示す表１を示す。実験例では、表１に示す条件で方法Ｍ１の全工程を実施した。一方、比較実験例では、工程Ｓ４までの処理を行い、工程Ｓ５は実施しなかった。なお、表１において、「ＨＦ」は、高周波電源ＨＦＳが発生する周波数６０ＭＨｚの高周波電力のパワーであり、「ＬＦ」は、高周波電源ＬＦＳが発生する周波数４０ｋＨｚの高周波バイアス電力のパワーである。

【0065】

図１１に、実験例及び比較実験例の処理後のウエハＷの断面を示す。図１２の（ａ）及び（ｂ）には比較実験例の処理後のウエハＷのＳＥＭ画像及びその線図が示されており、図１２の（ｃ）及び（ｄ）には、実験例の処理後のウエハＷのＳＥＭ画像及びその線図が示されている。図１２の（ａ）及び（ｂ）を参照すれば明らかなように、工程Ｓ４、即ち、アッシングのみでは、マスクＭＫ１及び銅層ＭＴＬの周囲に膜ＲＤが残っていること、即ち、酸化銅が残存することが分かる。一方、図１２の（ｃ）及び（ｄ）を参照すれば明らかなように、実験例の結果、工程Ｓ４後に工程Ｓ５を実施することによって、マスクＭＫ１及び銅層ＭＴＬの周囲の膜ＲＤ、即ち、酸化銅が除去されることが確認された。

【符号の説明】

【0066】

１００…処理システム、ＰＭ１…プロセスモジュール、ＰＭ２…プロセスモジュール、１０…プラズマ処理装置（プロセスモジュールＰＭ１）、１２…処理容器、１６…下部電極、１８…静電チャック、３０…上部電極、４０…ガスソース群、５０…排気装置、ＨＦＳ…高周波電源、ＬＦＳ…高周波電源、６０…処理装置（プロセスモジュールＰＭ２）、６２…処理容器、６４…載置台、６８…ソース（ｈｆａｃＨのソース）、７０…ガスソース、Ｗ…ウエハ、ＭＫ１…マスク、ＭＴＬ…銅層（金属層）、ＰＦ…保護膜、ＲＤ…膜（酸化銅）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】