JP2002508117A

JP2002508117A - エンハンスト物理衝撃を使用した、ミクロンおよびサブミクロンフィーチャーのための銅のパターンエッチング

Info

Publication number: JP2002508117A
Application number: JP50865399A
Authority: JP
Inventors: イエ，ヤン; マー，ダイアナ; イン，ジェラルド
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2002-03-12
Also published as: KR20010014306A; US6010603A; WO1999003143A1; EP0996974A1; US6488862B1; TW455950B

Abstract

(57)【要約】「エンハンスト物理衝撃」と呼ぶ物理的処理のみを使用するエッチング処理を用いて、許容し得る速度および隣接材料に対する選択性により、銅をパターンエッチングする。エンハンスト物理衝撃には、イオン密度における増加および／または基板表面を衝撃するイオン化された核種のイオンエネルギにおける増加が必要である。励起された銅原子をエッチングされる基板から取り出すことを補助するために、イオン発生源および／または基板オフセットバイアス源への電力がパルス化される。さらに、衝撃イオンが遠隔の発生源から供給される場合には、これらのイオンの供給がパルス化される。さらに、熱伝達が、エッチングチャンバ内の表面温度より高い基板温度を維持することにより使用される。また、化学反応性イオン成分の濃度が、エッチングが物理衝撃の支配するエッチング状況において実施されるほど十分に低い限りにおいて、銅の腐食の問題を生ずることなく、物理的イオン衝撃に組み合わせて、化学反応性核種を使用することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】エンハンスト物理衝撃を使用した、ミクロンおよびサブミクロンフィーチャーのための銅のパターンエッチング発明の背景１．発明の分野この発明は、半導体デバイス基板の表面上の銅層をパターンエッチングする方法に関するものである。２．背景技術の簡単な説明今日の半導体デバイスにおいて使用されている多層金属被覆構造においては、一般に、アルミニウムが、相互接続線およびコンタクトのための構造材料として使用されている。アルミニウムは、製造容易性において多くの利点を有するが、集積回路の設訃者がトランジスタのゲート速度および相互接続線の伝送時間に焦点を当てた場合、次世代の相互接続線およびコンタクトの材料として銅が選択されることは明らかである。従来、銅は、主として製造上の問題のために使用されていない。特に、銅は、エッチングが困難であり、そのために、デバイスのパターニングが、特に困難である。銅のパターンエッチングにおける公知技術は、選択性およびエッチング速度の問題が障害となっていた。純粋に物理衝撃により得られるエッチング速度は、Schwartz and Schaible,J Electrochem.Soc.,Vol.130,No.9,p.1777(1983)、および、H.Miyazaki et al.,J.Vac.Sci.Technol.B 15(2)p.239(1997)にそれぞれ記載されているように、通常、毎分約300Å〜500Å以下である。エッチング速度を向上するために、種々の化学的反応物質がエッチング処理中に使用されてきた。これらの化学反応物質は、銅と反応して揮発性物質を生成し、その後、処理チャンバを真空にすることにより除去される。しかしながら、そのような化学反応物質が使用されるときには、銅は、アルミニウムのように自己不動態化層を全く形成しないので、腐食が、製造中の主な問題である。特に、銅の酸化は、抵抗率をさらに増大させ、銅製の相互接続線の場合には、配線全体が腐食し、デバイスの不良を生じることになる。銅に関する他の問題は、隣接材料内への拡散である。銅の隣接材料への拡散は、材料の性能特性を低下させるので、通常は、銅と隣接材料との間にバリア層が使用される。銅は、アルミニウムよりも改良された電子移動性能を提供することで、拡散による不利益を相殺する。実際に、相互接続配線の寿命を決定するためのテストにおいて、導線の電子移動寿命は、アルミニウムのそれよりも約１０倍長い。さらに、半導体デバイス速度および機能が増加しているので、相互接続速度は、重要になってきており、銅により得られる改良された相互接続伝送速度により、回路設計者は、銅が解決手段であると見る傾向がある。銅の使用を可能にするために働いている、材料およびプロセスの開発者による評価によれば、２つの主な競合する技術が存在する。第１の技術は、食刻技術である。この技術において、０．５ミクロン（μｍ）以下の範囲の大きさのフィーチャーを有する多層構造を製造するための典型的な処理には：誘電材料のブランケット堆積；開口を形成するための誘電材料のパターニング；拡散バリア層、および、随意に、開口を内張りするための付着層の堆積；開口を充填するのに十分な厚さでの基板状への銅層の堆積；および、化学機械的研磨（ＣＭＰ）技術を使用した基板表面からの余剰導体材料の除去が含まれる。食刻処理は、C.Steinbru chel in"Patterning of copper for multilevel metallization:reactive ion e tching and chemical mechanical polishing",Applied Surface Science 91（19 95）139-146 に詳細に記述されている。競合する技術は、銅層のパターニングされたエッチングを含むものである。この技術において、典型的な処理には、所望の基板（通常はその表面上にバリア層を有する誘電材料）上への銅層の堆積；該銅層上へのパターニングされたハードマスクまたはフォトレジストの形成：湿式または乾式エッチング技術を使用した銅層のパターンエッチング；および、種々の集積回路を構成する導体線およびコンタクトを絶縁するためのパターニングされた銅層の表面上への誘電材料の堆積が含まれる。パターンエッチング処理の利点は、業界において周知のスパッタリング技術を使用して、銅層を形成することができるということである。銅のスパッタリングにより、食刻処理において通常使用される蒸着またはＣＶＤ処理より高い堆積速度が得られ、ＣＶＤよりも高い清浄度と高い品質の銅薄膜が得られる。さらに、銅表面に精密なパターンをエッチングし、その後、これらのパターンの上に絶縁材料を堆積することは、バリア層材料および銅を、パターニングされた絶縁薄膜上面の小さいフィーチャーの開口内に流し込むことより容易である。上述した競合する技術の各々は、デバイスの製造のために商業的に実行可能な処理に到達するために解決しなければならない固有の問題を有している。食刻処理の場合には、誘電層表面上の０．２５μｍ以下の大きさ（特に、１より大きいアスペクト比を有するもの）のデバイスフィーチャーを満たすことが難しいので、銅の堆積のために選択される方法は、（特に時間がかかりかつ高価である）蒸着または（望ましくない汚染物質を含む銅層を製造し、しかもかなり時間がかかる堆積処理である）化学蒸着、すなわちＣＶＤである。さらに、堆積後に誘電層の表面から余剰の銅を除去するために使用されるＣＭＰ技術も、問題を生ずる。銅は、研磨中に、下にある表面が傷つきやすい柔らかい材料である。銅表面の「ディッシング」は研磨中に生じることがある。ディッシングの結果、導体フィーチャーのきわどい寸法が変化してしまうことになる。化学機械研磨処理中に使用されるスラリーからの粒子が、銅表面または銅配線およびコンタクトの位置を取り囲む他の材料中に埋め込まれることになる。スラリー内に存在する化学薬品は、銅を腐食し、その結果、抵抗率の増大、あるいは配線の厚さ全体にわたる腐食につながることがある。食刻処理においては、解決すべき問題が多数あるにも関わらず、現在、この処理は、以下の理由により、産業界において、銅のパターンエッチング処理よりも成功する可能性の高い処理であると考えられている。パターンエッチング処理は、特に、銅を腐食物に晒すものである。パターン形成後の銅を、酸化および他の腐食から保護する保護層を、エッチングされた銅の上に供給することは可能であるけれども、エッチング処理自体の間に、エッチングされた銅のフィーチャーの表面上に、不揮発性の腐食化合物が蓄積することを回避するよう、銅を保護することは困難である。これらの不揮発性腐食化合物は、エッチングされたフィーチャー上への保護層の形成後においてさえも、銅を継続して腐食する。湿式エッチング処理が試みられている。しかしながら、エッチングされる薄膜の厚さが最小パターン寸法に等しい場合には、フィーチャーのエッチング形状を制御することが困難であり、等方性エッチングによるアンダーカットは許容できないものとなる。さらに、エッチング処理自体の間に、かなりの銅の腐食が発生する。プラズマエッチング技術は、これに変わる方法を提供する。プラズマエッチング処理が有用なものであるためには以下の特徴を有しているべきである。：マスク層材料のエッチングに対して高い選択性を有しており；エッチングされる薄膜の下にある材料のエッチングに対して高い選択性を有しており、所望のフィーチャー形状（例えば、エッチングされたフィーチャーの側壁は所望の特定の角度を有するべきである）を提供し；装置を通したスループット率を最大にするために、エッチング速度が迅速であることが必要である。通常は、塩素を含有するガスが、銅の反応性イオンエッチング処理において使用される。塩素は、許容し得るエッチング速度を提供するけれども、銅を迅速に腐食させる。また、塩素は、非常に迅速に反応するけれども、不揮発性の反応副産物を生成する。これらの副産物は、銅の表面上に残り、エッチングされた表面全体を腐食させる。これらの副産物は、揮発性反応物を生成する化学核種で処理することにより、エッチング工程の後に揮発性にすることができるが、このときには既に、腐食が広がっている。導体層のエッチング後に残っている塩化物およびフッ化物を取り除く処理の例は、1987年５月26日に出願され、Mockler他に付与された米国特許第4,668,335号明細書に開示されている。Mockler他によれば、アルミニウム−銅合金のエッチング後に、試片（ウェーハ）は、エッチング後に表面上に残留している塩化物およびフッ化物を除去するために、強い酸性溶液内に、続いて弱い基礎液内に沈められた。他の例は、1993年４月６日に出願され、Latchford他に与えられた米国特許第5,200,031号明細書に開示されている。Latchford他によれば、残りの金属の腐食を少なくとも24時間防止するために、塩素含有残留物を除去または不活性化する処理が、１以上の金属エッチング段階後に残留しているフォトレジストを除去するために説明されている。特に、ＮＨ₃ガスが、マイクロ波プラズマ発生器を通して、試片を収容しているストリッピングチャンバ内に流され、その後、プラズマ発生器内にプラズマを維持しながら、Ｏ₂ガスが流された。エッチング処理中に、（形成されるときにエッチング副産物を生ずる腐食物と反応可能な）追加のガスを導入することにより、腐食を低減する試みがなされている。さらに、フィーチャーがエッチングされるときに、反応してフィーチャーの側壁に保護薄膜を形成することができるガス状の化合物が、エッチング処理中およびエッチング処理後に加えられた。しかしながら、残留腐食の問題は依然として存在し、保護薄膜は、腐食核種との将来的な接触に対しては保護を提供するが、フィーチャー表面に既に存在する腐食核種を取り込んでしまうことになる。パターン側壁における不動態化層の形成の例は、J.Torres in"Advanced coppe r interconnections for silicon CMOS technologies",Applied Surface Scienc e,91（1995）112-123により与えられている。他の例は、Igarashi et al.in:"Hi gh Reliability Copper Interconnects through Dry Etching Process"，Extend ed Abstracts of the 1994 International Conference on Solid State Devices and Materials,Yokohama,1994,pp.943-945;"Thermal Stability of Interconne ct of TiN/CuTiN Multilayered Structure",Jpn.J.Applied Phys.Vol.33（1994 ）Pt.1,No.1B;および、"Dry Etching Technique for Subquarter-MicronCopper Interconnects",J.Electrochem.Soc.,Vol.142,No.3,March 1995により与えられている。パターンエッチング技術を、銅の相互接続、コンタクト、および導体フィーチャー一般の製造に使用する場合は、エッチング処理自体の間に腐食または将来の腐食源を生成しないエッチング方法を発見することが必要である。腐食の制御に加えて、エッチングパターンの形状を制御することも必要である。パターニングされた銅薄膜の高いエッチング速度および高い反応性エッチングの方向性を得るために使用される技術の例は、Ohno et al.in"Reactive Ion Etc hing of Copper Films in a SiCl₄,N₂,Cl₂,and NH₃ Mixture",J.Electrochem.So c.,Vol.143,No.12,December 1996に記載されている。特に、銅のエッチング速度は、280℃より高い温度において、Ｃｌ₂の流量を増加させることにより増加する。しかしながら、Ｃｌ₂の追加は、Ｃｕパターンの望ましくない側部エッチングを生ずると言われている。ＮＨ₃は、側部エッチングを防止するＳｉＮのような保護薄膜を形成するために、ガスの混合物に添加される。元来はＳｉＣｌ₄およびＮ₂を含むものであったエッチングガスは、ＳｉＣｌ₄、Ｎ₂、Ｃｌ₄およびＮＨ₃を含むように変更された。したがって、エッチング中に形成された保護薄膜は、ある当業者は（上述したように）腐食を低減するために、また他の当業者はパターン表面のエッチングの方向性を制御するために使用している。上述した例においては、銅に対する化学反応物の使用を含む反応性イオンエッチングは、ドライエッチングの達成に不可欠の技術であるとの仮定の下で、反応性イオンエッチングの副産物をパターニングされた銅の表面から、エッチング後に取り除くための技術にかなりの努力が払われている。さらに、エッチング処理のために推奨される化学反応性のイオンの濃度において、銅薄膜の方向性エッチングの制御に関して問題がある。発明の概要我々は、化学的なエッチング要素を必要とすることなく、イオン衝撃のような単に物理的な方法を利用するエッチング処理を使用して、許容可能な速度で、かつ、隣接材料に対する選択性をもって、銅をパターンエッチングすることができることを見いだした。我々は、その処理を、「エンハンスト物理衝撃」と名付けた。一般に、エンハンスト物理衝撃を発生させるためには、４つの技術がある。第１の好ましいエンハンスト物理衝撃技術は、基板表面に衝撃を与えるイオン化された核種のイオン密度の増加および／またはイオンエネルギの増加を必要とする。イオン密度の増加は、エッチングチャンバ内部において、基板表面の上方に、基板表面を打撃するイオン化された粒子の数を増加させる装置を配置することにより達成されることが好ましい。そのような装置の例は、増大した数のイオン化された核種を、基板表面を打撃させるために使用することができるように、イオン化された核種の数を増加させ、または、他の供給源から供給されたイオン化された核種の数を維持するために使用される誘導コイルである。イオン化された核種の数を増加させるための第２の好ましい方法は、チャンバの外部で生成されたマイクロ波プラズマを処理チャンバ内に供給することである。また、外部の誘導結合されたコイルへのＲＦ電力を増加させることにより、イオン化された核種の数を増加させ、または、容量結合されたイオン核種発生源へのＤＣ電力を増加させることも可能である。しかしながら、エッチング中に発生した銅（および銅合金）原子が外部コイルの性能に影響を与え、かつ、容量結合された核種の発生があまり効率的なものではないため、これらの２つの技術は、イオン密度を増加させるためにはあまり好ましくない方法である。イオンエネルギは、基板表面を打撃するときのイオンのエネルギを意味している。第２の好ましいエンハンスト物理衝撃技術は、イオンエネルギを（基板に有害に影響する限界まで）増加させることである。イオンエネルギは、イオン化された核種を基板に向けて引き寄せる基板へのオフセットバイアスを増加させることにより増加させることができる。通常、このことは、基板が搭載されるプラテンへのＲＦ電力を増加させることにより行われる。バイアス電力における増加の効率は、ＲＦ周波数および基板の表面領域に対するバイアス接地領域の比率に依存する。イオンエネルギは、エッチング処理チャンバを低圧で作動させることにより、さらに増加される。第３のエンハンスト物理衝撃技術は、イオン密度またはイオンエネルギのパルス化である。イオンエネルギをパルス化するための好ましい手段は、イオン核種を生成する装置、または、基板表面への利用可能なイオン化核種の数を増加させまたは維持するために使用される装置への動力をパルス化することである。そのようなパルス化は、処理チャンバ内に配置された装置に適用されることが好ましい。パルス化は、外部で発生したプラズマの処理チャンバ内への供給速度でよい。パルス化が、外部の誘導的に結合されたプラズマ発生源または容量的に結合されたプラズマ発生源に対して適用されることは、あまり好ましくない。イオンエネルギのさらに好ましいパルス化手段は、基板にかけられるオフセットバイアス源への電力をパルス化することによるものである。イオンエネルギのパルス化は、エッチング中に銅表面を離れる励起された銅イオンが銅表面の隣接位置に再付着する可能性を低減する。処理容器内の圧力は、イオンエネルギのパルス化手段と同様にパルス化されてもよい。第４のエンハンスト物理衝撃技術は、熱伝達の使用である。熱伝達は、基板表面の温度がエッチングチャンバ表面（壁）の温度より高いときに生じ、それによって、より高温の基板表面から追い出された粒子がより低温のチャンバ表面に付着する。また、我々は、化学反応性のあるイオン要素の濃度が、物理衝撃の支配するエッチング状況において、エッチングが実行されるのに十分な程低い限りにおいて、物理イオン衝撃と化学反応性イオン要素との組合せを使用することができることをも見いだした。この組合せ技術は、約１５０℃以上の温度、約５０ｍＴ以下の圧力で実施されることが好ましい。物理衝撃により供給された追加のエネルギは、揮発性の化学反応により発生された化合物の形成に加えられるので、銅の除去速度は、揮発性の化合物の形成速度およびそのような揮発性化合物の除去を容易にするための低い処理チャンバ圧力の能力のみに限定されるものではない。物理イオン衝撃がエッチング処理を支配しているときには、処理チャンバ内の圧力は、イオン衝撃を増加させることができるように調節することができる。全体的な相互依存的効果により、銅原子の除去速度の増加を生ずる。好ましい化学反応性イオン核種は、ハロゲンを含有する核種または低分子量を有する化合物、例えば、Ｃｌ₂，ＨＣｌ，ＢＣｌ₃，ＨＢｒ，ＣＨＦ₃，ＣＦ₄，ＳｉＣｌ₄およびそれらの組合せである。塩素を含有する核種が使用されるときには、エッチングチャンバ内への供給ガス内に存在する該塩素含有化合物は、パターニングされた銅のエッチング中にエッチングチャンバ内に供給されるガスの３０体積％以下とすべきである。Ｎ₂，ＮＨ₃およびＣＨ₄のような不動態化剤が、化学反応性のあるイオン核種と組み合わせて使用されてもよい。図面の簡単な説明図１は、この発明を実施するために使用される、従来技術のプラズマエッチング反応器の好ましいデザインの１つを示す概略的な断面図である。このプラズマエッチング反応器は、該反応器チャンバ内に配置され、かつ、インピーダンス整合ネットワークを介して、無線周波数（ＲＦ）電力発生器に接続された少なくとも１つの誘導コイルアンテナ部と、これもインピーダンス整合ネットワークを介してＲＦ周波数電力発生器に接続された基板支持ペデスタルと、該基板支持ペデスタルに接続されたＲＦ電力発生器によって、基板上に蓄積するオフセットバイアスのための電気的なアースとして機能する導電性チャンバ壁とを含むように構成されている。図２は、銅薄膜のエッチング速度をÅ／ｍｉｎ単位で、（基板のＤＣオフセットバイアス電圧と直接相関する）基板支持プラテンへのＲＦバイアス電力の関数として示したグラフである。図３は、（エッチングを達成するために薄膜表面に物理イオン衝撃を行う）エッチングチャンバ内への供給ガスとしてアルゴンを使用した、（銅を含む）種々の薄膜材料のエッチング速度を比較して示した棒グラフである。図４は、キセノンがエッチングチャンバへの供給ガスとして使用されたこと以外は同じ処理変数条件下における、図３に示されたのと同じ薄膜材料のエッチング速度を比較して示した棒グラフである。図５は、パターンエッチング中に、基板支持プラテンへのＲＦバイアス電力（基板のオフセットバイアス）がパルス化された場合の、パターンエッチング中の銅薄膜上方の蒸気空間における励起された銅原子の強度を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂは、基板支持プラテンへのＲＦ電力をパルス化しない場合と、パルス化した場合の、０．５μｍ線および間隙部のエッチングされた銅パターンの縦断面形状をそれぞれ示す概略図である。図７は、エッチングチャンバへの単一の供給ガスとして塩素が使用されたこと以外は同じ処理変数条件下における、図３および図４に示されたのと同じ材料のエッチング速度を比較して示した棒グラフである。図に示された銅に対するエッチング速度は負の値であり、銅はエッチングされなかった。銅の腐食によって、薄膜の厚さは、減少するよりもむしろ増加した。図８Ａおよび図８Ｂは、反応性イオンエッチングが銅をエッチングするために使用される場合、および、銅が極度に腐食されるようになるようなエッチングチャンバへの供給ガス内の塩素濃度およびエッチングチャンバの圧力の場合の顕微鏡写真をそれぞれ示す概略図である。図９Ａおよび図９Ｂは、物理的に支配されたエッチング状況において反応性イオンエッチングが実施され、かつ、銅が腐食されなかった場合の顕微鏡写真をそれぞれ示す概略図である。好ましい実施形態の詳細な説明我々は、化学反応エッチング要素を必要とすることなく、物理イオン衝撃のような物理的方法のみを有するエッチング処理を使用して、約３：１の隣接材料に対する選択性を有し、毎分約１０００Å以上、好ましくは毎分約２５００Å以上、さらに好ましくは毎分役５０００Å以上の許容可能な速度で、銅をパターンエッチングすることができることを見いだした。我々は、さらに、エッチングが物理的に支配されたエッチング状況において実施されるときに、銅の好ましくない腐食を生ずることなく、制御された量（通常は、ガス供給全体の約３０体積％以下）で、化学反応性核種を使用することができることをも見いだした。Ｉ．定義詳細な説明の前置きとして、本明細書および請求の範囲に使用される単数形は、文中特定されていない限り複数形も含むものとする。したがって、例えば「半導体(a semiconductor)は半導体の性質的な特徴を有するものとして知られる種々の異なった材料からなるものを含み、「プラズマ(plasma)」とは、グロー放電により活性化されるガスまたはガス反応物を含み、「銅」はその合金をも含むものとする。本発明の説明のために特に重要な特殊用語を以下に定義する。「非等方性エッチング」は、全ての方向に同じ速度で進行しないエッチングのことを言う。エッチングが、専ら一方向（例えば、垂直方向）のみに進行する場合には、エッチング処理は、完全に非等方性であると言われる。「アスペクト比」は、電気コンタクトが配置されるべき特定の開口の幅寸法に対する高さ寸法の比率のことを言う。例えば、通常、多数の層を通して管状に延びる孔には高さと直径とがあり、アスペクト比は、その管の高さを直径寸法で除算したものである。トレンチのアスペクト比は、その基底位置におけるトレンチの最小移動幅寸法で除算したトレンチの高さである。「銅」は、銅およびその合金を言い、合金における銅の含有量は、少なくとも８０原子％である。合金は、２以上の構成元素を含んでいてもよい。「フィーチャー」は、基板上の金属配線および開口、並びに、基板表面の形状的特徴を構成する他の構造のことを言う。「グロー放電スパッタリング」は、持続形式のプラズマであるグロー放電により発生される高エネルギ粒子との衝突によって、スパッタリングされるべき表面から原子が追い出される機構を言う。高エネルギ粒子は、エネルギを持った原子およびエネルギを持った分子でよい。「イオン衝撃エッチング」は、表面から原子を除去するためにイオン（およびイオンとともに存在する他の励起された原子の核種）による物理的な衝撃のことを言い、そこでは、物理的な運動量の伝達が、原子の除去を達成するために使用される。「等方性エッチング」は、全ての方向に同じ速度でエッチングが進行するエッチング処理のことを言う。「プラズマ」は、等しい数の正電荷および負電荷、並びに、異なる数のイオン化されていないガス粒子を含む部分的にイオン化されたガスのことを言う。「物理衝撃支配エッチング」または「物理衝撃支配反応性イオンエッチング」は、薄膜表面の物理衝撃によりエッチングが支配されるエッチング条件のことを言う。エッチング化合物からハロゲンを含有する核種が除去されるときに、全ての残りのエッチングが物理的な運動量に貢献するように、エッチング速度が５０％以下だけ低下または増加する場合には、エッチング条件は、ハロゲンを含有する核種のような化学反応性核種が存在するときにさえ、物理的に支配される。「基板」は、半導体材料、ガラス、セラミックス、ポリマー材料、および他の半導体産業において使用される材料を含んでいる。 II．この発明を実施するための装置この発明の方法を実施するための処理システムは、アプライドマテリアルズ社（カリフォルニア州サンタクララ）のCentura（登録商標）Integrated Processi ng Systemである。このシステムは、参照によりこの明細書にその開示内容が組み込まれている、米国特許第5,186,718号明細書に開示されている。単に物理的イオン衝撃か、または、化学反応性イオン核種と組み合わせられた物理的イオン衝撃のいずれである、プラズマエッチングのようなドライエッチング技術は、この装置において実行することができ、少なくとも１つの反応チャンバが、ここに説明されるエッチング処理のために外付けされている。特に、図１を参照すると、エッチングチャンバ１０は、誘導結合により、プラズマを発生させるために使用される無線周波数（ＲＦ）電力を、チャンバ内に供給するために、インピーダンス整合ネットワークを介して、ＲＦ発生器１８に接続された、少なくとも１つの誘導コイル部１２を含んでいなければならない。（エッチングされる）基板１４は、少なくとも１つの誘導コイル部１２に隣接配置される基板支持プラテン１６上に配置される（図１に示された、基板１４と誘導コイル部１２との間の間隔は、実際の間隔を示すものではない。実際に、チャンバは、任意の有利な形状を採ることができ、少なくとも１つの誘導コイル部とエッチングされる基板の表面との間の間隔は、所望の電力配置パターンを提供する任意の形態を採ることができる。）。エッチングチャンバ１０の壁３０を構成する材料は、導電材料、すなわちアルミニウムである。アルミニウムは、酸化アルミニウムのような絶縁材または炭化ホウ素のような導電セラミック材料からなる被覆３２によって、腐食液の核種から保護される。基板支持プラテン１６は、基板１４の表面にＤＣオフセット電圧を供給するために、インピーダンス整合ネットワーク２４を介して、ＲＦ電力発生器２２に接続されている。エッチングチャンバ１０の壁３０は、基板１４のＤＣオフセット電圧に対するアース３４として機能する。誘導コイル部１２により生成されたプラズマに供給されるガス状の成分は、誘導コイル部１２の近くにガス１１を供給する、ガス入口マニホールド（図示略）につながる入力ライン２６を通してエッチングチャンバ１０内に入る。エッチングチャンバ１０内の圧力（真空）は、ガス出口ライン２８に接続された真空ポンプ（図示略）を使用して制御される。エッチングチャンバ１０内の温度は、通常、エッチングチャンバ１０の壁３０内に配置された液体を収容する管（図示略）を使用して制御される。上述した種類のエッチングチャンバは、Yan Ye他の、「RF Plasma Etch React or With Internal Inductive Coil Antenna And Electrically Conductive Cham ber Walls」と題され、1997年６月５日に出願され、この出願の出願人に譲渡された、米国特許出願第08/869,798号に詳細に説明されており、この出願内容は、その全体を参照することにより、この明細書に組み込まれている。 III．物理状況下の技術を使用してパターニングされた銅のエッチングを達成する方法この明細書に記述されている好ましい実施形態のエッチング方法は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能な、Centura（登録商標）Integrated Processing Systemにおいて実施される。エッチングプロセスチャンバでは、直径８インチ（２００ｍｍ）のシリコンウェーハを処理することができる。基板は、厚さ５００Åのタンタルからなるバリア層によって被覆されたシリコン酸化物表面層を有するシリコンウェーハであり、バリア層の上に厚さ５０００Åの銅層をスパッタリング堆積した。厚さ２５０Åのタンタル層が、銅層の上に設けられ、厚さ５０００Åのパターニングされたシリコン酸化物のハードマスクがタンタル層の上に設けられた。アルゴンプラズマが、標準的な技術を使用してエッチングチャンバ内に生起された。１〜３個のコイル（この明細書に記述されている好ましい実施形態のためには単一のコイル）を有することが好ましい、内部誘導コイルが、アルゴンプラズマ（イオン密度）を生成するために使用された。この誘導コイルにかけられるＲＦ電力は、約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数を有し、約１００Ｗ〜約１８ｋＷの範囲（好ましくは、約１００Ｗ〜約５ｋＷの範囲）のワット数を有していた。エッチングされる基板の表面が、誘導コイルから約２インチ（５ｃｍ）〜約８インチ（２０ｃｍ）の距離に配置された。基板のオフセットバイアスが、ＲＦ電力を約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数および約１００Ｗ〜約５ｋＷの範囲のワット数を基板支持プラテンにかけることにより生起された。基板支持プラテンへの電力は、約２００Ｗ〜約３，０００Ｗの範囲であることが好ましい。通常、ＲＦ電力は、約１００ｅＶより高いイオン衝撃エネルギを提供するように設定された。基板の面積に対するＲＦ接地面積の比は、約１．５：１より大きく、約２：１より大きいことが好ましい。エッチングチャンバ内の圧力は、約０．００１ｍＴ〜５０ｍＴの範囲であり、約２０ｍＴ以下であることが好ましい。基板表面の温度は約２０℃〜約４００℃の範囲である一方、エッチングチャンバ表面の温度は、基板温度よりも少なくとも３０℃低いことが好ましい。通常、エッチングチャンバ表面は、約８０℃以下に維持された。銅層をパターニングするための良好なエッチング処理は、少なくとも以下の要求に合致する必要がある：高いエッチング速度が達成されなければならない；銅とパターニングに使用されるレジスト材料との間に高い選択性が存在しなければならない：エッチングされたフィーチャーの輪郭は直線でなければならない。実施例１−−エッチング速度：銅薄膜は、物理的イオン衝撃により与えられた運動量のみを使用して、毎分５，０００Åより高いエッチング速度でエッチングすることができる。図２は、スパッタリング堆積された銅層の、Å／ｍｍ単位のエッチング速度データのグラフを、で、基板支持プラテンにかけられるワット単位のバイアス電力（１３．５６ＭＨｚにおける）の関数として示している。エッチング速度データは、ブランクウェーハ上のシリコン酸化物表面を通して物理蒸着（ＰＶＤ）された銅薄膜をエッチングするためのものである。エッチングチャンバに供給されるガスは、１００ｓｃｃｍのアルゴンである。プラズマを生起するために使用される誘導コイルへの電力は、２ＭＨｚにおいて１０００Ｗであった。エッチングチャンバ内の圧力は、１０ｍＴであり、基板表面温度は、約４５℃である一方、エッチングチャンバ壁面の温度は約８０℃であった。グラフ２００に提供された情報に基づいて、その表面上に銅薄膜を有する通常のウェーハを、約８００Ｗのバイアス電力で、（ほとんどのフィーチャーに対して）約１分間エッチングすることができた。このことは、満足のいく銅のエッチング速度を達成するために、高濃度の反応性イオンにおける反応性イオンエッチングが必要とされることを提案するのに長い道のりを要する従来の技術に基づいては、全く期待できないことであった。グラフ２００は、単一の周波数および単一の基板面積に対するバイアス接地面積の比を示している。これらの変数は、より迅速なエッチング速度を提供するために調節されてもよく、当業者であれば、変数の組合せの最適化を望むはずである。実施例２−−選択性図３は、エッチングチャンバへの供給ガスがアルゴンのみであるときの、上述した方法においてパターニングされた銅薄膜のための達成可能なエッチング速度の棒グラフ３００を、複数の他の材料に対する対照的なエッチング速度とともに示している。エッチング変数は、実施例１に対して特定されたものと同じものであり、基板支持プラテンにかけられるバイアス電力は、４００Ｗに固定された。個々のブロックの上部に示された数字は、測定されたとおりのÅ／ｍｉｎ単位のエッチング速度である。符号３１０により識別されたブロックは銅を表し、ブロック３１２はアルミニウムを表し、ブロック３１４はシリコン二酸化物を表し、ブロック３１６はタンタルを表し、ブロック３１８は窒化タンタルを表し、ブロック３２０はタングステンを表し、ブロック３２２は窒化チタンを表し、ブロック３２４はｉ線フォトレジスト（シップレイ社から入手可能）を表している。棒グラフ３００から明らかなように、銅と該銅層に隣接して存在しがちな他の多くの化合物および成分との間には、エッチング速度において著しい相違があり、銅層およびそのような他の層との間の優れた選択性を与えている。選択性は、シリコン酸化物からの最小の選択性を与えるアルミニウム（ブロック３１２）、フォトレジスト（ブロック３２４）並びに評価した他の多くの材料と全く異なっている。したがって、パターニングされたアルミニウム層のエッチングのために、純粋に物理的なイオン衝撃が実行できないものであることは、極めて明らかである。明らかに、当業者は、そのような銅の物理的イオン衝撃も同様に効果のないものであり、または、そのエッチング技術は、上記において評価されたエッチング条件下で満足のいくものにならないと思いこんでいた。図４は、エッチングチャンバへの供給ガスがキセノンのみであるときの、パターニングされた銅薄膜について達成可能なエッチング速度の棒グラフ４００を、多くの他の材料についての比較的なエッチング速度とともに示している。エッチング変数は、キセノンがエッチングチャンバへの供給ガスであることを除き、実施例１に対して特定されたものと同じである。加えて、基板支持プラテンにかけられるバイアス電力は、４００Ｗに固定された。個々のブロックの上部に示された数字は、測定されたとおりのÅ／ｍｉｎ単位のエッチング速度である。符号４１０として識別されるブロックは銅を表し、ブロック４１２はアルミニウムを表し、ブロック４１４は二酸化珪素を表し、ブロック４１６はタンタルを表し、ブロック４１８はタンタル窒化物を表し、ブロック４２０はタングステンを表し、ブロック４２２はチタン窒化物を表し、ブロック４２４はｉ線フォトレジストを表している。棒グラフ４００から明らかなように、銅と、該銅層に隣接する層に存在しそうな多くの化合物および成分との間のエッチング速度に著しい違いがあり、銅とそのような他の材料との間の優れた選択性を提供している。キセノンは、銅（４１０）とフォトレジスト（４２４）との間で、アルゴンにより提供されたような優れた選択性を提供していないけれども、銅（４１０）とシリコン酸化物（４１４）との間の選択性は優れており、そのために、ハードマスクはキセノンエッチングガスとともに良好に機能する。加えて、キセノンエッチングガスは、銅（４１０）とタンタル（４１８）との間、および銅（４１０）とタンタル窒化物（４１８）との間で、アルゴンエッチングガスにより与えられるよりも良好な選択性を与えている。したがって、当業者は、物理的イオン衝撃エッチングのために適正な不活性ガスを選択することができる。実施例３−−物理的な技術のみを使用したエンハンスト物理的衝撃物理的イオン衝撃は、銅に対して満足のいくエッチング速度および半導体の製造に通常使用される他の充填材料に関して必要とされる選択性を提供するけれども、通常は、エッチングされた線の形状において、線の基部に向かって広がる微小の傾斜が存在する。傾斜の大きさは、約０．５μｍ以上のフィーチャーサイズにとっては問題となるものではない。しかしながら、約０．３５μｍ以上のフィーチャーサイズに対しては、形成する線の表面から追い出された銅の原子が、該線の表面の他の場所に再付着しないように、物理的イオン衝撃技術を補助する必要がある。パターンエッチングされる銅薄膜の上表面への銅原子の明確な経路が存在しないとき、これらの原子は、エッチングチャンバ内に供給される真空によってそれらが基板の表面から運び去られる前に線の表面上に再付着することになる。線は距離を形成しているので、銅原子は、銅薄膜の上表面に到達するために、ますます移動しなければならず、再付着の問題は形成された線の基部において増大する。その結果、線の輪郭形状は、０．５μｍの線および間隔からなるエッチングされた銅パターンの断面形状を概略的に示す図６Ａに示されたようになる。図５は、パターニングされた銅のエッチング中に基板表面を覆う蒸気空間内の銅含有量を監視する光学的発光分光計からの強度の読みを記入したグラフ５１０である（分光計は、終点検出器として、Centura（登録商標）etch systemに含まれており、波長３，２４０Åで作動する。検出窓は基板表面の上方約１インチ（２．５ｃｍ）である。）。強度の読み５１２は、時間５１４の関数として示されている一方、基板支持プラテンへのＲＦバイアス電力はパルス化されている。蒸気空間内において銅に対して高い強度の測定値を示す、グラフ５１０におけるスパイク５１６は、ＲＦバイアス電力が印加されていない時刻に一致している（バイアス電力は約８秒間完全にオン状態となり、その後約２秒間完全にオフ状態となる。）。より高い銅の強度は、エッチング表面からの銅の放出によって生じると考えられる。図６Ａおよび図６Ｂは、エッチングチャンバ内の基板支持プラテン１６（図１）に対してパルス電力をかけずにエッチングした場合とパルス電力をかけてエッチングした場合のそれぞれにおける、０．５μｍの線および間隔のエッチングされた銅パターンの縦断面形状を概略的に示している。エッチングされた基板は、この明細書の最初に説明されたとおりである。アルゴンプラズマが、標準的な技術を使用してエッチングチャンバ内に生起された。約５００ＷのＲＦ電力が、約１３．５６ＭＨｚの周波数で基板支持プラテンにかけられた。パルスのタイミングは約８秒間オンにされ、その後約２秒間オフにされ、それが繰り返された。プラズマを発生するための単一のコイル誘導源への電力は、５００Ｗ、周波数２ＭＨｚに設定された（バイアス電力のパルス化と誘導コイルへの電力のパルス化とを同期させることは可能であるが、この例の場合には行わなかった。）。エッチングされる基板の表面は、誘導コイルから約４インチ（１０ｃｍ）の距離に配置された。エッチングチャンバ内の圧力は１０ｍＴ、基板表面温度は約４５℃、エッチングチャンバ壁面の温度は約８０℃であった。図６Ａは、基板支持プラテンへの電力がパルス化されなかった場合に製造された線および間隙部の断面形状の概略図６１０を示している。その上縁６１４（上を覆っているシリコン酸化物レジスト６１３の直下）の輪郭６１２の幅は、その基部６１６における輪郭６１２の幅よりかなり狭かった。基部６１６における線間の間隙部６１７の幅は、線の輪郭６１２の基部６１６が間隙部の方に延びているために、望ましい０．５μｍの間隙部ではなかった。線の輪郭６１２の垂直壁と基板表面との間の望ましい角度は９０°である。実際に得られた角度は、角度 αで示された、約２０°の望ましくない変形を伴って、約７０°であった。図６Ｂは、基板への電力がパルス化されたときに製造された線および間隙部の断面形状の概略図６３０を示している。その上縁６３４（シリコン酸化物レジスト６３３の直下）における輪郭６３２の幅は、その基部６３６における輪郭６３２の幅により近いものである。２つの線間の基部における間隙部６３７の幅は、線の輪郭５３２の基部６３６に再付着する銅原子がより少ないために、望ましい０．５μｍの幅寸法に非常に近いものであった。この場合には、線の輪郭６３２の垂直壁と基板６３８との間の、得られた角度は、角度βで示された約１０°の望ましくない変形を伴って、約８０°であった。実施例４−−化学反応核種と組み合わせたエンハンスト物理衝撃（本質的に物理的であるエンハンスト物理衝撃に代えて、）線の輪郭を改良するための他の方法は、エンハンスト物理衝撃と化学反応核種との組合せを使用することである。化学反応核種は、当業者に公知の濃度に対して大幅に低い濃度で使用され、上述したようなエンハンスト物理衝撃により供給される追加のエネルギと相互依存的な効果を奏した。化学反応性エッチング剤の使用により、ある程度の線の側壁の非等方性エッチングが提供される。非等方性エッチングは、銅の表面から出るときにエッチングされた輪郭上に再堆積／再付着する傾向がある物理イオン衝撃を与えられた銅原子の除去を補助する。そのような銅原子の一部は、一定の角度で放出され、そのような再堆積を生ずる。これらの銅原子がフォトレジストまたはハードマスクおよびエッチングされたフィーチャーの壁面に付着した場合には、それらは蓄積する。これにより、エッチングされたフィーチャーの部分が拡げられ、そのために隣接する銅はエッチングされない。エッチングされたパターンの側壁形状を改良するために、我々は、側壁に何らかの非等方性エッチングを与えるために、銅表面に十分に引き寄せられる（銅と）化学反応性を有する材料を探した。特に、我々は、物理的なイオン衝撃の支配するエッチングメカニズムを維持する十分に低濃度で有効である一方、さもなければ、線の側壁に再堆積し、または、マスキング材料をエッチングするために付着する、放出された銅原子の除去を補助する化学反応性材料を探した。我々は、低濃度のハロゲン、および、特に塩素を使用することができることを発見した。この場合に、エッチングチャンバ内に入るハロゲン含有ガスの体積％は、エッチングチャンバに入るガスの総体積の約３０％以下である。例えば、塩素は、銅の塩化物ＣｕＣｌ_x（ｘは約１〜約３の範囲）の形成を補助する。これらの酸化銅化合物は揮発性であり、輪郭形状制御を補助するために除去される。図７は、塩素がエッチングチャンバ内への単一の供給ガスであるときの、パターニングされた銅薄膜を達成することができるエッチング速度の棒グラフ７００を、多くの異なる材料に対する対照的なエッチング速度とともに示している。エッチング変数は、供給ガスが塩素であることおよび基板支持プラテンにかけられるバイアス電力が２００Ｗに固定されていることを除き、実施例１に対して特定されたものと同じである。個々のブロックの上部に記載されている数字は、測定されたとおりの、Å／ｍｉｎ単位で示されたエッチング速度である。符号７１０で識別されるブロックは銅を表し、ブロック７１２はアルミニウム、ブロック７１４は二酸化珪素、ブロック７１６はタンタル、ブロック７１８はタンタル窒化物、ブロック７２０はタングステン、ブロック７２２はチタン窒化物、ブロック７２４はｉ線フォトレジストを表している。棒グラフ７００から明らかなように、銅と、該銅層に隣接する層に存在しそうな他の多くの化合物および成分との間のエッチング速度には、著しい相違がある。特に、測定された銅のエッチング速度は、エッチング中の銅の腐食が銅薄膜の厚さを増大させるために負の値である。塩素を含有するエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにおいて生ずる銅の腐食の比較例を提供するために、我々は、幅０．４μｍの銅線および間隙部を、シリコン酸化物ハードマスクでマスキングされた、スパッタリングされた銅薄膜表面パターンに対してエッチングした。シリコン酸化物表面で覆われる銅薄膜は、上述したように、タンタルからなるバリア層で被覆された。銅薄膜は、１００ｓｃｃｍのアルゴン、２５ｓｃｃｍのＣｌ₂、５０ｓｃｃｍのＮ₂のガス流速が使用されたことを除き、図３を参照して説明された方法で、塩素ガスを用いてエッチングされた。図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、幅０．４μｍの線および間隙部を提供するために反応性イオンエッチングされた銅薄膜の顕微鏡写真８１０，８３０をそれぞれ示す概略図である。図８Ａを参照すると、線８１２は、線の表面８１４が、銅を含有する化合物、特に、ＣｕＣｌ_x（ｘは１〜２の範囲）を生成する反応によって、泡状かつ薄片状となるように腐食された。小さい島８１６が線８１２の中央部に現れ、これは、明らかに、腐食されなかった残留銅である。線８１２の表面８１４と島８１６との間は中空であり、空間部分８１８は、塩素と銅との化学反応によって完全に空になった。間隙部８１３は、線８１２および間隙部８１３を与えるためにエッチングされた銅薄膜の下に配されるシリコン酸化物表面層からなる表面８１７を有している。図８Ｂを参照すると、線８３２および間隙部８３３は、基本的に図８Ａの線８１２および間隙部８１３と同じであるが、線の前縁がより詳細に示されている。小さい島８３６は、線８３２の中央に現れ、線８３２の外周部８３４と中央の島８３６との間には空間部分８３８が存在している。また、中央の島８３６は、塩素を含有する化合物を生成するために反応しなかった銅であると考えられる。間隙部８３３は、線８３２および間隙部８３３を与えるためにエッチングされた銅薄膜の下に配されるシリコン酸化物層からなる表面８３７を有している。実施例５−−物理的に支配されたエッチング状況において、反応性イオンエッチング成分を用いたパターニングされた銅のエッチング図８Ａおよび図８Ｂに示された種類の腐食を生成することなく、パターニングされた銅のエッチングに反応性イオンエッチング成分を使用することができる。非腐食性エッチングは、物理的衝撃が支配するエッチングを提供する条件下において実施される。図９Ａは、幅０．５μｍの銅線９１２および間隙部９１３とを有するエッチングされた銅薄膜を示す顕微鏡写真９１０の概略図である。図９Ｂは、前記顕微鏡写真９１０の端面９３２の形状をより詳細に示す顕微鏡写真９３０の概略図である。銅線９１２および間隙部９１３は、上述したように、タンタル薄膜の上に配されるシリコン酸化物のハードマスクでパターンマスキングされた、スパッタリングされた銅薄膜表面に対してエッチングされた。銅薄膜は、二酸化珪素表面状に堆積されたタンタルバリア層の上に被覆された。エッチングチャンバへのガス供給速度は、１４０ｓｃｃｍのアルゴン、１５ｓｃｃｍの塩素、５ｓｃｃｍのＮ₂であった。誘導コイルへの電力は２ＭＨｚで１５００Ｗであった。基板支持プラテンへのバイアス電力は１３．５６ＭＨｚで４００Ｗであった。エッチングチャンバ内の圧力は１０ｍＴであり、基板表面温度は約１９０℃であった。好ましい基板の温度は、デバイスの損傷を回避するために、約１５０℃ より高い温度であり、好ましくは、約３５０℃である。この範囲の基板表面温度は、被膜表面における反応性イオン核種の吸収を防止することを補助し、ＣｕＣｌ_xのような核種が薄膜表面を離れることを可能にして、そのような核種が揮発することを補助する。エッチングチャンバの壁面温度は、約８０℃であった。上述したガスの流量において、エッチングチャンバ内の塩素ガスの体積％は約１５％であった。図９Ａに示されたような線９１２は、直線状の側壁形状を示し、目立った腐食は全く示さなかった。図９Ｂに示されたような、線９１２の端部９３２の形状は、線９１２の銅断面が中実であり、腐食が回避されていることを明らかにしている。間隙部９１３は、線９１２および間隙部９１３を提供するためにエッチングされた銅薄膜の下に配されるシリコン酸化物層からなる表面９１７を有する。物理衝撃が支配するエッチング処理は、反応ガスの含有量を、残りの反応ガスが全て、供給されるエッチングガスから除去される場合に、エッチング速度における５０％以下の減少または増加が存在する含有量に減少し、他の全ての変数を一定に保持することにより維持することができる。当業者であれば、所望のエッチングされたフィーチャー形状を製造するために必要な最小の反応性イオン活性を与えるために、反応ガスの含有量およびエッチングチャンバの圧力を最適化することを望むはずである。さらに、低いエッチングチャンバ圧力により、エッチング副産物の蒸発を容易にする一方、高いチャンバ圧力により、小さいフィーチャーの非等方性エッチング中の不動態化核種の滞在時間を増加させることができる。この変数も最適化されるべきである。所定の反応ガス濃度（公称限界まで）の、物理的衝撃が支配するエッチング処理を保証する他の方法は、銅薄膜の表面におけるイオン衝撃活動を増大させることである。イオン衝撃活動は、基板支持プラテンへのバイアス電力を増加させることにより；所定の電力レベルにおける周波数を減少させることにより；基板表面に対するバイアス接地面積の比率を増加させることにより増加させることができる。この最後の場合において、図１を参照して、基板１４の表面積に対するチャンバ１０の壁面３０の内部表面積を増加させることにより、そのような増加した比率を生ずることができる。さらに、イオン衝撃活動の増加により、銅表面上に残る塩素のような少量の残留反応性ガス成分が表面から放出されることになる。腐食されないエッチングされたフィーチャーが一旦生成されたならば、表面を被覆する層が、その後の腐食を防止するために銅層の上に設けられてもよい。好ましい表面被覆層には、シリコン窒化物および低誘電率を有するポリマーが含まれる。これらの表面被覆層は、窒素および／または炭化水素核種を不活性キャリアガスに添加し、プラズマを形成し、シリコン酸化物ハードマスクのようなシリコン酸化物を含有する表面に対してプラズマスパッタリングを行うことにより、生成されてもよい。上述した好ましい実施形態は、この発明の範囲を制限するものではなく、当業者であれば、この記述の観点から、そのような実施形態を請求の範囲に記載された内容に一致するように拡げることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者イン，ジェラルドアメリカ合衆国カリフォルニア州 95014，キュパーティノ，ビリッチプレイス 10132

Claims

【特許請求の範囲】１．銅と化学反応することができるエッチング処理残留物をその表面上に検出することができない、物理的にエッチングされたパターニングされた銅薄膜。２．半導体用途に使用するために基板表面上の銅薄膜をパターニングする方法であって、前記パターニングがプラズマエッチングにより達成され、ａ）プラズマエッチング処理チャンバに、銅と化学反応しない少なくとも１つのガスを供給し、ｂ）少なくとも毎分１，０００Åの銅エッチング速度を可能にするのに十分なイオン密度を提供する方法で、前記少なくとも１つのガスからプラズマを生起し、ｃ）前記基板にオフセットバイアスをかけることにより、前記イオンおよび励起された原子を前記プラズマから前記基板に向けて引き寄せることを含み、前記イオン密度が、前記エッチング処理チャンバ内部において、前記基板表面の上方に配置され、誘導結合によりプラズマ発生を補助する装置；前記エッチングチャンバの外部の発生源から、前記エッチングチャンバにプラズマを供給する装置；前記エッチングチャンバの外部に配置され、誘導結合によりプラズマ発生を補助する装置；および容量結合によりプラズマ発生を補助する装置からなるグループから選択される装置を用いて達成されることを特徴とする方法。３．前記装置が、前記基板表面の上方に配置された内部装置であり、かつ、少なくとも１巻を有する誘導コイルであることを特徴とする請求項２記載の方法。４．前記銅のエッチング速度が、少なくとも毎分２，５００Åであり、前記オフセットバイアスが、約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数、および、約１００Ｗ〜約５ｋＷの範囲のワット数で、基板支持プラテンにＲＦ電力をかけることにより、前記基板に対してかけられることを特徴とする請求項３記載の方法。５．前記装置が、外部発生源から前記エッチングチャンバ内にプラズマを供給する装置であり、前記外部発生源が、マイクロ波発生源であることを特徴とする請求項１記載の方法。６．前記銅のエッチング速度が、少なくとも毎分２，５００Åであり、前記オフセットバイアスが、約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数、および、約１００Ｗ〜約５ｋＷの範囲のワット数で、基板支持プラテンにＲＦ電力をかけることにより、前記基板にかけられることを特徴とする請求項５記載の方法。７．基板の面積に対するバイアス接地面積の比率が、約１．５：１より大きいことを特徴とする請求項４または請求項６記載の方法。８．前記比率が、約２：１より大きいことを特徴とする請求項７記載の方法。９．前記エッチングチャンバ表面の温度が約２００℃より低い温度であることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の方法。１０．前記エッチングチャンバ表面が、約１７０℃より低い温度であることを特徴とする請求項９記載の方法。１１．前記エッチングチャンバ圧力が、約０．００１ｍＴ〜約５０ｍＴの範囲であることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の方法。１２．前記イオン密度を生成する装置が、前記イオン密度のパルス化を生成する方法で機能することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の方法。１３．前記オフセットバイアスをかける装置が、前記基板オフセットバイアスをパルス化を生成する方法で機能することを特徴とする請求項１２記載の方法。１４．前記オフセットバイアスをかける装置が、前記基板オフセットバイアスのパルス化を生成する方法で機能することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の方法。１５．前記基板温度と前記エッチングチャンバ表面との間の温度差が、少なくとも約３０℃であることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の方法。１６．薄膜をパターンエッチングする方法であって、ａ）パターンエッチングのためのマスキングされた表面を有する銅薄膜を供給するステップと、ｂ）前記パターンニングの処理条件下で銅と化学反応しない、少なくとも１つの部分的にイオン化されたガスからなるプラズマを用い、かつ、少なくとも毎分１，０００Åの銅薄膜のエッチング速度で、前記マスキングされた表面をイオン衝撃することによって、前記銅薄膜をエッチングするステップと、ｃ）前記マスキングされた銅薄膜表面にオフセットバイアスをかけ、それによって、衝撃イオンを前記表面に引き寄せるステップとを具備することを特徴とする方法。１７．エッチングされるパターンのフィーチャーサイズが、約１μｍ以下であることを特徴とする請求項１６記載の方法。１８．前記プラズマが、アルゴン、窒素、キセノン、クリプトン、メタン、および、それらの組合せからなるグループから選択されるガスから生成されることを特徴とする請求項１６記載の方法。１９．前記ガスがアルゴンであることを特徴とする請求項１８記載の方法。２０．前記ガスがキセノンであることを特徴とする請求項１８記載の方法。２１．前記ガスが窒素であることを特徴とする請求項１８記載の方法。２２．前記基板温度が、約２０℃〜約４００℃の範囲であることを特徴とする請求項１５記載の方法。２３．前記基板温度が、約１５０℃より低いことを特徴とする請求項２２記載の方法。２４．半導体用途に使用するために、基板表面の銅薄膜をパターニングする方法であって、前記パターニングがプラズマエッチングにより達成され、ａ）銅と化学反応しない少なくとも１つのガスと、銅と化学反応する少なくとも１つのガスとを含む供給ガスを、プラズマエッチング処理チャンバに供給し、ｂ）少なくとも毎分１，０００Åの銅のエッチング速度を可能にするのに十分なイオン密度を供給する方法で、前記ガスからプラズマを生成し、ｃ）前記基板にオフセットバイアスをかけることにより、イオンおよび励起された原子を前記プラズマから前記基板に向けて引き寄せ、それによって、物理的な衝撃が支配するエッチング状況下で、前記エッチングを実行することを特徴とする方法。２５．前記化学反応するガスが、前記エッチング処理チャンバへのガス流全体の３０体積％より少ない部分を構成することを特徴とする請求項２４記載の方法。２６．前記銅と化学反応しないガスが、アルゴン、窒素、キセノン、クリプトン、メタンおよびそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２４記載の方法。２７．前記化学反応するガスが、ハロゲンからなることを特徴とする請求項２４記載の方法。２８．前記化学反応するガスが、ハロゲンからなることを特徴とする請求項２５記載の方法。２９．前記化学反応するガスが、Ｃｌ₂，ＨＣｌ，ＢＣｌ₃，ＨＢｒ，ＣＨＦ₃ ，ＣＦ₄，ＳｉＣｌ₄、および、それらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２７記載の方法。３０．前記化学反応するガスが、Ｃｌ₂，ＨＣｌ，ＢＣｌ₃，ＨＢｒ，ＣＨＦ₃ ，ＣＦ₄，ＳｉＣｌ₄、および、それらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２８記載の方法。３１．前記エッチングチャンバへの前記供給ガスが、不動態化剤として機能するガスを含むことを特徴とする請求項２７から請求項３０のいずれかに記載の方法。３２．前記不動態化剤が、Ｎ₂，ＮＨ₃，ＣＨ₄，ＣＨＦ₃、および、それらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項３１記載の方法。３３．前記プラズマエッチングが、少なくとも１５０℃の基板温度で実施されることを特徴とする請求項２４から請求項２８のいずれかに記載の方法。３４．前記プラズマエッチング処理チャンバが、前記基板温度より少なくとも３０℃低い表面温度を有することを特徴とする請求項３３記載の方法。３５．前記銅のエッチング速度が、少なくとも毎分２，５００Åであり、前記オフセットバイアスが、約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数、および約１００Ｗ〜約５ｋＷの範囲のワット数で、ＲＦ電力を前記基板支持プラテンにかけることにより、前記基板にかけられることを特徴とする請求項２４記載の方法。３６．前記基板の面積に対するＲＦ接地面積の比率が、約２：１より大きいことを特徴とする請求項３記載の方法。３７．前記エッチング処理チャンバ内のイオン密度がパルス化されることを特徴とする請求項３５記載の方法。３８．前記基板オフセットバイアスがパルス化されることを特徴とする請求項３７記載の方法。３９．前記基板オフセットバイアスが、その最大強さにおいて、少なくとも約１００ｅｖであることを特徴とする請求項２または請求項１６記載の方法。