JP5218214B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の配線としてダマシン構造の銅配線が使用されている。銅配線は、アルミニウム配線に比べて抵抗率が低く、電流密度を大きくすることができる。
ダマシン構造の銅配線を多層構造で形成する方法は、まず、銅配線を形成した後に、配線を覆う絶縁膜を形成し、さらに、配線に達するコンタクトホールを絶縁膜に形成する工程を含んでいる。

絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成する工程では、コンタクトホールの形成時に銅配線の表層もエッチングすることになり、エッチングされた銅はコンタクトホールから外部に飛散する。飛散した銅は、処理室内の元素と結合し、副生成物となって処理室の内壁に付着する。

そして、副生成物に含まれる銅は、処理室内のプラズマの状態を変えるので、処理室内のエッチング処理に影響を及ぼす原因となる。従って、銅を含む副生成物を処理室から除去することが要求される。
例えば、エッチングチャンバの内壁に付着した銅化合物を含む複数種類の物質を除去する方法として、処理室の内壁を第一温度まで加熱し、ついでクリーニング用薬剤を処理室に注入することが知られている。

第一温度は、複数種類の物質の一つである第一物質を揮発させるに充分な温度である。また、クリーニング用薬剤は、複数種類の第一物質とは別の一つである第二物質と反応し、第二物質を第一物質に変換するものである。それらにより揮発した第一物質は処理室から排出される。

特開２００７−５２９８９５号公報 特開２００２−２８０３５９号公報

第一物質を揮発させるために処理室を加熱する温度がエッチング条件に適合しない場合には、次のエッチング処理に必要な温度を確保するために処理室内の温度を再調整することになる。温度の再調整は、長時間を費やすので、エッチング処理のスループットを低下させる原因になる。

本発明の目的は、プラズマ雰囲気の周囲に存在する銅による影響を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の１つの観点によれば、半導体基板の上方に銅配線を形成する工程と、前記銅配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上にハードマスク膜を形成する工程と、前記ハードマスク膜と前記絶縁膜に、前記銅配線上の前記バリア絶縁膜を露出するホールを形成する工程と、前記ハードマスク膜上および前記ホール内にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の上方にマスク膜を形成する工程と、前記マスク膜の上方に、前記ホールを含む領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記マスク膜をエッチングし、開口部を形成する工程と、酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを導入し、前記ハイドロフロロカーボンガスの流量を、前記酸素ガスと前記ハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して１０流量％〜２０流量％とし、３０ｍＴｏｒｒ以上の圧力の雰囲気内で、前記マスク膜をマスクとして前記レジスト膜を、途中までエッチングする第１エッチング工程と、更に前記ホール内の前記レジスト膜を、酸素ガスを使用してエッチングする第２エッチング工程と、を有し、前記第１エッチング工程は、前記ホール内で前記絶縁膜が露出する前に終了することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。

本発明によれば、マスク膜をマスクにしてフォトレジスト膜をエッチングする際に、酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを使用し、３０ｍＴｏｒｒ以上の圧力の雰囲気内で行っている。これにより、エッチングを行う雰囲気の周囲に銅が存在していても、酸素プラズマの発生量を適正化し、しかも周囲の銅による触媒効果を抑制してレジスト膜のパターニング形状の精度を高くすることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程における多層配線構造の形成工程を示す断面図（その１）である。 図２Ｄ、図２Ｅは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程における多層配線構造の形成工程を示す断面図（その２）である。 図２Ｆ〜図２Ｈは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程における多層配線構造の形成工程を示す断面図（その３）である。 図２Ｉ〜図２Ｋは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程における多層配線構造の形成工程を示す断面図（その４）である。 図２Ｌ〜図２Ｎは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程における多層配線構造の形成工程を示す断面図（その５）である。 図３は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程における多層配線構造の形成工程を示す断面図（その６）である。 図４は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程に使用される処理装置の一例を示す断面図である。 図５は、プラズマ処理により銅膜をパターニングした後のフォトレジストのアッシングレートを、他の膜のパターニング後のフォトレジストのアッシングレートと比較して示す図である。 図６は、半導体装置の製造工程に使用されるプラズマ処理により形成されるフォトレジストの開口の比較例を示す断面図である。 図７は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程で使用されるプラズマ処理によりフォトレジストに形成される開口部のサイドエッチングをエッチング条件の違いにおいて示す図である。 図８は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程で使用されるプラズマ処理によるＳＯＧ膜のエッチングレートをＯ_２とＣＨＦ_３の流量比との関係で示す図である。 図９は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程で使用されるプラズマ処理による銅膜のエッチングレートをＯ_２とＣＨＦ_３の流量比との関係で示す図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程で使用されるフッ素系プラズマによるＳｉＯＣ膜のエッチングレートの大きさを銅の触媒効果の有無で示す図である。 図１１Ａ、図１１Ｂは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程に使用される処理装置の使用のフロー（その１）を示す断面図である。 図１１Ｃ、図１１Ｄは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程に使用される処理装置の使用のフロー（その２）を示す断面図である。

以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
図１、図２Ａ〜図２Ｎ及び図３は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
次に、図１に示す構造を形成するまでの工程を説明する。

まず、半導体基板であるシリコン基板１に素子分離絶縁膜２、例えばシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）を形成する。ＳＴＩは、シリコン基板１の素子分離領域に溝を形成した後に、その溝内に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を埋め込む方法により形成される。なお、素子分離絶縁膜２としてＬＯＣＯＳ法によってシリコン基板１の表面に形成したシリコン酸化膜を採用してもよい。

次に、シリコン基板１のうち素子分離絶縁膜２に囲まれた活性領域、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタ形成領域にｐ型不純物、例えばホウ素をイオン注入することによりｐウェル３を形成する。なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを形成する領域では、シリコン基板１の活
性領域にｎウェルを形成する。

続いて、シリコン基板１の表面にゲート絶縁膜４を例えば熱酸化法により形成し、さらに、ｐウェル３の上にゲート絶縁膜４を介してゲート電極５を形成する。ゲート電極５の形成方法は、例えば、ゲート絶縁膜４上にシリコン膜を形成した後に、フォトリソグラフィ法によりシリコン膜をパターニングする工程を有する。

次に、ゲート電極５をマスクにしてｎ型不純物、例えば燐又は砒素をイオン注入することにより、ゲート電極５の両側のｐウェル３内にｎ型エクステンション領域７ａ、８ａを形成する。
続いて、絶縁膜として例えばシリコン酸化膜をＣＶＤ法によりシリコン基板１及びゲート電極５上に形成した後に、絶縁膜をエッチバックしてゲート電極５の側面に残し、これを絶縁性サイドウォール６とする。

さらに、ゲート電極５及びサイドウォール６をマスクに使用してｐウェル３内にｎ型不純物をイオン注入することにより、ゲート電極５の両側方のｐウェル３内にｎ型不純物高濃度領域７ｂ、８ｂを形成する。ここで、互いに接続されるｎ型不純物高濃度領域７ｂ、８ｂとｎ型エクステンション領域７ａ、８ｂは、ソース／ドレイン領域７、８となる。

以上のソース／ドレイン領域７、８、ゲート電極５、ｐウェル３等によりＮ型ＭＯＳトランジスタが形成される。
続いて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタを覆うカバー膜９、例えばシリコン窒化膜をＣＶＤ法によりシリコン基板１上に形成する。さらに、カバー膜９の上に、第１層間絶縁膜１０としてシリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成する。

次に、第１層間絶縁膜１０の上面をＣＭＰ法により平坦化した後に、レジストパターンを使用するフォトリソグラフィ法により第１層間絶縁膜１０及びカバー膜９をパターニングする。これにより、ソース／ドレイン領域７、８の上にコンタクトホール１０ａ、１０ｂを形成する。なお、ゲート電極５に接続されるシリコン膜の配線の上にもホール（不図示）が形成される。

さらに、コンタクトホール１０ａ、１０ｂ内にチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）をスパッタ法により形成した後に、ＴｉＮ膜上にタングステン（Ｗ）膜をＣＶＤ法により形成する。その後に、第１層間絶縁膜１０上のＷ膜、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜をＣＭＰ法により除去する。これにより、コンタクトホール１０ａ、１０ｂ内に残されたＷ膜、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜をコンタクトプラグ１１、１２とする。

次に、第１層間絶縁膜１０上に、第２層間絶縁膜である第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３、キャップ絶縁膜１６を順に形成する。第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３として炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜をＣＶＤ法により形成するが、その他の低誘電体膜、例えば塗布法によりＳＯＧ膜を形成してもよい。また、キャップ絶縁膜１６として炭素水素添加シリコン（ＳｉＣＨ）膜をＣＶＤ法により形成する。

さらに、キャップ絶縁膜１６の上に、コンタクトプラグ１１、１２の上を通る配線形状の開口部を有するマスク（不図示）を形成する。ついで、マスクの開口部を通してキャップ絶縁膜１６及び第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３をエッチングして第１配線用溝１３ａ、１３ｂを形成する。キャップ絶縁膜１６及び第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３のエッチングは例えばＣＦ_４を含むガスを使用してプラズマエッチング法により行われる。

続いて、第１配線用溝１３ａ、１３ｂの内面にバリアメタル膜１４ａ、銅（Ｃｕ）シー
ド膜（不図示）をスパッタ法により順に形成する。その後に、バリアメタル膜１４ａ及び銅シード膜を電極としてその上にＣｕ膜１４ｂを電解メッキ法により形成する。これにより、第１配線用溝１３ａ、１３ｂ内にＣｕ膜１４ｂを埋め込む。なお、本実施形態における銅膜は、銅合金膜を含む概念である。

その後に、キャップ絶縁膜１６の上面上のＣｕ膜１４ｂ、バリアメタル膜１４ａをＣＭＰ法により除去する。これにより第１配線用溝１３ａ、１３ｂ内に残されたＣｕ膜１４ｂ及びバリアメタル膜１４ａを第１層目の銅配線１５ａ、１５ｂとする。なお、バリアメタル膜１４ａは銅拡散防止のための膜であり、例えばタンタル（Ｔａ）膜を形成する。

次に、第１層目の銅配線１５ａ、１５ｂ及び第１のＬｏｗ−Ｋ絶縁膜１３の上に、第３の層間絶縁膜として第１のバリア絶縁膜１７、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８、第１のハードマスク膜１９を順に形成する。
例えば、第１のバリア絶縁膜１７としてＳｉＣＨ膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約３０ｎｍの厚さに形成し、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８としてＳｉＯＣ膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約２５０ｎｍの厚さに形成する。また、第１のハードマスク膜１９として例えばＳｉＣＨ膜をプラズマＣＶＤ法により約３０ｎｍの厚さに形成する。なお、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８は、ＳｉＯＣに限られるものではなく、ＳｉＯ_２よりも誘電率の低い低誘電率材料から形成してもよい。

続いて、第１のハードマスク膜１９上に第２及び第３のハードマスク膜２０、２１を順に形成する。第２のハードマスク膜２０として、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜をＣＶＤ法により１５０ｎｍの厚さに形成し、第３のハードマスク膜２１として窒化シリコン膜をＣＶＤ法により３０ｎｍの厚さに形成する。

次に、図２Ａ〜図２Ｎを参照して第２層目の銅配線の形成工程を説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｎは、図１に示した第１層間絶縁膜１０の上部とその上の構造を示している。
まず、図２Ａに示すように、第３のハードマスク膜２１上に第１の反射防止（ＢＡＲＣ）膜２２を形成する。第１のＢＡＲＣ膜２２として本実施形態では有機系絶縁膜を形成するが、無機系絶縁膜を形成してもよい。

さらに、第１のＢＡＲＣ膜２２上にフォトレジストを塗布した後に、これを露光、現像等することにより、第１層目の銅配線１５（１５ａ、１５ｂ）の一部の上にビアホール形成用の開口部２３ａを有するレジストパターン２３を形成する。
続いて、レジストパターン２３の開口部２３ａを通して第１のＢＡＲＣ膜２２をエッチングし、これにより開口部２３ａを通して第３のハードマスク膜２１を露出する。

次に、図２Ｂに示すように、レジストパターン２３をマスクに使用し、開口部２３を通して第３のハードマスク膜２１から第２のＬｏｗ-ｋ絶縁膜１８までを例えばプラズマエッチング法或いはＲＩＥ法によりエッチングする。これにより、第１〜第３のハードマスク膜１９〜２１に開口部１９ａ、２０ａ、２１ａを形成するとともに、第２のＬｏｗ-ｋ絶縁膜１８にビアホール（開口部）１８ａを形成する。

そのエッチング条件として、例えば、ＣＦ_４を約２００ｓｃｃｍの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を約２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には約３００Ｗの高周波パワーを印加する。

なお、第１のＢＡＲＣ膜２２と第３のハードマスク膜２１の間に別のハードマスク膜を形成してもよい。
次に、図２Ｃの構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、レジストパターン２３及び第１のＢＡＲＣ膜２２を除去し、その後、第３のハードマスク膜２１の上に新たなフォトレジスト膜２４を回転塗布する。この場合、フォトレジスト膜２４は、ビアホール１８ａ及び開口部１９ａ、２０ａ、２１ａに充填され、その上面は平坦となる。

続いて、フォトレジスト膜２４をベークした後、その上に第４のハードマスク膜２５として、例えばスピンオングラス（ＳＯＧ）膜を約３０ｎｍの厚さに形成する。ＳＯＧ膜は、回転塗布法により形成され、その後の加熱により硬化される。なお、第４ハードマスク膜２５として、ＳＯＧ以外の酸化シリコン系の膜を形成してもよい。

その後に、第４のハードマスク膜２５上に例えば有機系材料からなる第２のＢＡＲＣ膜２６を形成する。
次に、図２Ｄに示すように、第２のＢＡＲＣ膜２６上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、ビアホール１８ａの上方を含む領域に配線形状の開口部２７ａを有するレジストパターン２７を形成する。

次に、シリコン基板１を図４に例示するプラズマ処理装置５０のチャンバ５１内に搬入する。
図４において、チャンバ５１内の上面には、外部からガスを導入するためのシャワーヘッド５２が取り付けられている。シャワーヘッド５２は、例えばシリコンからなり、その上部にガス導入管５３が接続されている。シャワーヘッド５２の内部にはガスを横方向に拡散する拡散室５２ａが形成され、その下部にはガスを下方に向けて放出する複数のガス放出口５２ｂが形成されている。

シャワーヘッド５２に接続されるガス導入管５３のガス流入端には複数のガス管５４ａ〜５４ｄが並列に接続されている。また、複数のガス供給管５４ａ〜５４ｄのそれぞれの途中にはマスフローコントローラ５５ａ〜５５ｄが直列に接続されていて、ガス源（不図示）から供給されるガスの流量調整が可能になっている。

また、チャンバ５１内の底部にはウエハステージを兼ねた下部電極５６が配置され、その上には基板を保持するための静電チャック５７がシャワーヘッド５２から２ｃｍ〜３ｃｍ程度の距離で配置されている。さらに、下部電極５６の外周には、静電チャック５７上の基板の移動を規制するための絶縁性のリング５８が取り付けられている。

下部電極５６の下部には、導電材からなる支持部５９が接続され、その内部には、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを導入するガス管６０と、冷却水を通過させる冷却水搬送管６３が接続されている。
また、下部電極５６には、支持部５９を介して周波数の異なる複数の高周波電源６３ａ、６３ｂが接続されている。また、支持部５９と高周波電源６３ａ、６３ｂの間にはマッチングボックス６１ａ、６１ｂ、ブロッキングキャパシタ６２ａ、６２ｂが接続されている。

さらに、チャンバ５１の底には排気管６４、コンダクタンスバルブ６５、ターボポンプ６６及びドライポンプ６７が直列に接続されていて、これらによりチャンバ５１内を排気することにより内部圧力を調整できる構成になっている。
なお、チャンバ５９の底部と支持部５９の間には絶縁性枠体６８が接続されている。また、チャンバ５９には、真空搬送室（不図示）を介して２つのロードロックチャンバ（不図示）が接続されている。

そのようなプラズマ処理装置５０の減圧されたチャンバ５１内に、図２Ｄに示す構造のシリコン基板１を搬入し、静電チャック５７上にシリコン基板１を載置する。なお、シリコン基板１に対向するシャワーヘッド５２には、前のプラズマ処理により生成された銅を含む生成物が付着している。

次に、図２Ｅに示すように、レジストパターン２７の配線形状の開口部２７ａを通して第２のＢＡＲＣ膜２６及び第４のハードマスク膜２５をエッチングし、これにより配線形状の開口部２６ａ、２５ａを形成する。

この場合のエッチングガスとして、プラズマ処理装置５０のガス供給管５４ａ〜５４ｄ、ガス導入管５３及びシャワーヘッド５２を通して、ガス供給源からチャンバ５１内に例えば酸素（Ｏ_２）とハイドロフロロカーボン、例えばＣＨＦ_３を含むガスを導入する。また、Ｏ_２とハイドロフロロカーボンの総ガス流量に対するハイドロフロロカーボンの流量の比は５流量％〜１０流量％である。

続いて、チャンバ５１に導入するガスを変え、レジストパターン２７、第２のＢＡＲＣ膜２６及び第４のハードマスク膜２５の開口部２７ａ、２６ａ、２５ａを通してフォトレジスト膜２４をエッチングする。
これにより、図２Ｆに示すように、第３のハードマスク膜２１の上面を露出する深さを有する配線形状の開口部２４ａをフォトレジスト膜２４に形成する。

フォトレジスト膜２４のエッチング条件として、Ｏ_２ガスとハイドロフロロカーボンガスを有する混合ガスをチャンバ５１内に導入し、さらにチャンバ５１内の雰囲気の圧力を３０ｍＴｏｒｒ以上に設定する。また、ハイドロフロロカーボンガスの流量は、Ｏ_２ガスとハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して１０流量％〜２０流量％に設定する。

例えば、Ｏ_２を約５０ｓｃｃｍ、ＣＨ_２Ｆ_２を約１５ｓｃｃｍ、窒素（Ｎ_２）を約３００ｓｃｃｍの流量、又はそのような流量比でチャンバ５１内に導入する。また、チャンバ５１内の圧力が約５０ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ５１の下部電極５６には約３００Ｗの高周波パワーを印加する。

この条件によれば、シャワーヘッド５２に付着した銅による触媒効果がプラズマＰＬに影響を及ぼすとしても、フォトレジスト膜２４の配線形状の開口部２４ａの内周面は基板面に対して実質的に垂直に形成される。その条件の詳細については後述する。
そのエッチング条件によれば、ジストパターン２７及び第２のＢＡＲＣ膜２６もエッチングされる。

次に、第４のハードマスク膜２５の開口部２５ａとフォトレジスト膜２４の開口部２４ａを通して第３のハードマスク膜２１をエッチングする。これにより、図２Ｇに示すように、第３のハードマスク膜２１では、配線形状の開口部２１ｂが形成される一方、ビアホール形成用の開口部２１ａが消滅する。

第３のハードマスク膜２１を構成するシリコン窒化膜のエッチング条件として、例えば、ＣＨ_２Ｆ_２を約３０ｓｃｃｍ、Ｏ_２を約１０ｓｃｃｍ、Ｎ_２を約１００ｓｃｃｍの流量でチャンバ５１内に導入する。また、チャンバ５１内の圧力が約２０ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ５１の下部電極５６には約２００Ｗの高周波パワーを印加する。この条件によれば、ＳＯＧからなる第４のハードマスク膜２５もエッチングされる。

次に、チャンバ５１に導入するガスを変え、フォトレジスト膜２４を２ステップでアッ
シングする。
第１のアッシングは、図２Ｈに示すように、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８のビアホール１８ａを露出させない条件で行われる。

第１ステップのアッシング条件として、フロロカーボンガス、ハイドロフロロカーボンガスの一方のガスとＯ_２ガスを有する混合ガスをチャンバ５１内の雰囲気に導入する。混合ガスには、さらに一酸化炭素（ＣＯ）を含ませてもよい。なお、混合ガスには、フロロカーボンガスとハイドロフロロカーボンガスの双方を含んでもよい。

その条件によれば、フォトレジスト膜２４の上部がアッシングされるだけでなく、チャンバ５１の内面に付着しているＣｕがプラズマＰＬ中の元素と結合して反応生成物となって除去される。

その第１の実施例として、Ｏ_２を約２００ｓｃｃｍ、ＣＦ_４を約１５ｓｃｃｍの流量、ＣＯを約１００ｓｃｃｍの流量、又はそのような流量比でチャンバ５１内に導入する。この場合、チャンバ５１内の圧力が１００ｍＴｏｒｒ以上、例えば約２５０ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。また、チャンバ５１の下部電極５６には約４００Ｗの高周波パワーを印加する。

第２の実施例として、Ｏ_２を約１００ｓｃｃｍ、ハイドロフロロカーボンであるＣＨ_２Ｆ_２を約１０ｓｃｃｍの流量、ＣＯを約１００ｓｃｃｍの流量でチャンバ５１内に導入する。この場合、チャンバ５１内の圧力が１００ｍＴｏｒｒ以上、例えば約２５０ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。また、チャンバ５１の下部電極５６には約１００Ｗの高周波パワーを印加する。

圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上とした理由は、酸素プラズマの発生量を増やし、ビアホール１８ａとその上の開口部１９ａ、２０ａにおけるフォトレジスト膜２４のアッシングレートを低くするためである。この場合のアッシング雰囲気の圧力は、１００ｍＴｏｒｒ以上、５００ｍＴｏｒｒ以下であることが好ましい。

ところで、第１ステップのアッシング条件でビアホール１８ａを露出させると、ビアホール１８ａを通して第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８にダメージを与えてしまう。
そこで、ビアホール１８ａが露出する前に、第１のアッシング条件から第２のアッシング条件に変更し、図２Ｉに示すように、残りのフォトレジスト膜２４を除去する。これにより、第３のハードマスク膜２１の上面とビアホール１８ａ及びその下のバリア絶縁膜１７が露出する。

第２ステップのアッシング条件として、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８にダメージを実質的に与えない条件、例えば、Ｏ_２を約２００ｓｃｃｍ流量でチャンバ５１内に導入するとともに、チャンバ５１内の圧力が約１５ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ５１の下部電極５６には約３００Ｗの高周波パワーを印加する。
第２ステップでは、アッシング雰囲気の圧力を第１ステップよりも低くすることにより、アッシングの垂直異方性を高めてビアホール１８ａ内でのアッシングレートを上げている。

続いて、第３のハードマスク膜２１の配線形状の開口部２１ｂを通して第１、第２のハードマスク膜１９、２０をエッチングし、第１、第２のハードマスク膜１９、２０に配線形状開口部１９ｂ、２０ｂを形成する。
第１、第２のハードマスク膜１９、２０のエッチングは、図２Ｊに示すように、ビアホール１８ａの下のバリア絶縁膜１７であるＳｉＣＨ膜が残る条件に設定される。

第２のハードマスク膜２０を構成するＳｉＯ_２膜のエッチング条件として、例えば、Ｃ_４Ｆ_６ガスを約３０ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスを約１５ｓｃｃｍ、Ａｒガスを約２００ｓｃｃｍの流量でチャンバ５１内に導入する。また、チャンバ５１内の圧力が約３０ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ５１の下部電極５６には約１０００Ｗの高周波パワーを印加する。

また、第１のハードマスク膜１９を構成するＳｉＣＨ膜のエッチング条件として、例えば、ＣＨ_２Ｆ_２ガスを約３０ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスを約１０ｓｃｃｍ、Ｎ_２ガスを約１００ｓっｃｍの流量でチャンバ５１内に導入する。また、チャンバ５１内の圧力が約１５ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ５１の下部電極５６には約３００Ｗの高周波パワーを印加する。

そのような条件によれば、第３のハードマスク膜２１であるシリコン窒化膜もエッチングにより除去される。また、このエッチングは異方性エッチングであり、ＳｉＣＨ膜とＳｉＯ_２膜のエッチング選択比を高く設定できるため、第２のハードマスク膜２０の配線形状の開口部２０ｂの上部周囲の型崩れを最小限に抑えることができる。

次に、図２Ｋに示すように、第２のハードマスク膜２０をマスクにして、その配線形状の開口部２０ｂから露出した第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８の上部、例えば上から約１００ｎｍの深さの部分をエッチングし、第２配線用溝１８ｂを形成する。同時に、ビアホール１８ａの下のバリア絶縁膜１７をエッチングして第１層目の銅配線１５を露出する。

第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８であるＳｉＯＣ膜のエッチング条件として、例えば、ＣＦ_４を約２００ｓｃｃｍの流量でチャンバ５１内に導入する。また、チャンバ５１内の圧力が約２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ５１の下部電極５６には約３００Ｗの高周波パワーを印加する。

この条件によれば、第２のハードマスク膜２０を構成するＳｉＯ_２膜もエッチングされて薄くなる。また、ビアホール１８ａから露出する第１層目の銅配線１５の表面もエッチングされ、Ｃｕがチャンバ５１内に拡散する。
以上の処理を終えた後に、シリコン基板１をチャンバ５１から真空搬送室に搬送し、さらにロードロックチャンバに入れ、その後に外部に取り出す。取り出されたシリコン基板１は、その後に洗浄される。

次に、図２Ｌに示すように、第２配線用溝１８ａ及びビアホール１８ａの中に、Ｔａなどのバリアメタル膜２９ａとＣｕシード膜（不図示）をスパッタ法により形成する。続いて、銅シード膜の上に銅膜２９ｂを電解メッキ法により形成し、第２配線用溝１８ａ及びビアホール１８ａの中に埋め込む。

その後に、図２Ｍに示すように、第１のハードマスク１９上のＣｕ膜２９ｂ、バリアメタル膜２９ａ及び第２のハードマスク膜２０をＣＭＰ法により除去する。これにより第２配線用溝１８ａ内とビアホール１８ａ内に残されたＣｕ膜２９ｂ及びバリアメタル膜２９ａをビア付きの第２層目の銅配線３０とする。第２層目の銅配線３０は、ビアホール１８ａを通して第１層目の銅配線１５に接続する。なお、第１のハードマスク膜２０は、第２のハードマスク２１よりも研磨耐性の高い材料から構成され、研磨ストッパとして機能する。

次に、図２Ｎ、図３に示すように、第２層目の銅配線３０と第１のハードマスク膜１９の上に第２のバリア絶縁膜３１を形成する。第２のバリア絶縁膜３１として、ＳｉＣＨ膜
をＣＶＤ法により約３０ｎｍの厚さに形成する。
その後に、第２層目の銅配線３０に接続されるビア、配線、絶縁膜等の形成を繰り返すことにより、シリコン基板１の上方に多層配線構造を形成する。

以上説明したように本実施形態によれば、図２Ｄ〜図２Ｆに示したように、フォトレジスト膜２４、第４のハードマスク膜２５及びレジストパターン２７の少なくとも三層の構造において、フォトレジスト膜２４のパターンを形成するために次の方法を採用している。

まず、第４のハードマスク膜２５上に、ＢＡＲＣ膜２６を形成し、さらにフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等を行うことにより、開口部２７ａを有するレジストパターン２７を形成する。続いて、レジストパターン２７をマスクにしてＢＡＲＣ膜２６、第４のハードマスク膜２５に開口部２５ａ、２６ａを形成している。

その後に、以下の条件により、開口部２５ａ、２６ａ、２７ａを通してフォトレジスト膜２４をエッチングする。
まず、チャンバ５１内に酸素ラジカルを発生させるために、ハイドフロロカーボンガス、フロロカーボンガスの一方とＯ_２ガスを有する混合ガスをシャワーヘッド５２からチャンバ５１内に導入する。さらに、チャンバ５１内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）以上、２００ｍＴｏｒｒ（２６．７Ｐａ）以下の範囲に調整する。

この場合、チャンバ５１内の雰囲気に導入するガスをＯ_２のみにして、その雰囲気の圧力を２０Ｔｏｒｒ程度に低く設定すると、シャワーヘッド５２表面に付着した銅の触媒効果により酸素プラズマが減少してフォトレジスト膜２４のエッチングレート（アッシングレート）が低下する。

図５は、レジストパターンをマスクにしてシリコン膜と銅膜とアルミニウム膜のそれぞれを別々にエッチングし、続いて同じチャンバ内でレジストパターンを酸素プラズマによりエッチングした場合のレジストのエッチングレートの違いを示している。それらのレジストパターンのエッチング時には、フッ素系ガスをチャンバ内には導入せずに、酸素ガスのみを導入している。

図５によれば、銅膜をエッチングした後では、シリコン膜、アルミニウム膜をエッチングした後に比べて、レジストパターンのエッチングレートが低くなっている。
これは、銅膜のエッチング時にプラズマ雰囲気中に放出された銅がチャンバ内壁に付着するので、銅の触媒効果がレジストのエッチング時に作用するからである。銅の触媒効果によれば、次式（１）、（２）の順に反応が進み、チャンバ内に残留した水素原子が酸素原子と結合してＨ_２Ｏが生成される。さらに、銅の触媒効果により、式（３）の反応が生じて酸素原子同士が結合し、Ｏ_２が生成される。

Ｃｕ＋Ｏ^＊ → Ｃｕ−Ｏ^＊ （１）
Ｃｕ−Ｏ^＊＋２Ｈ^＊ → Ｈ_２Ｏ＋Ｃｕ （２）
Ｏ^＊＋Ｏ^＊ →Ｏ_２ （３）

従って、チャンバ内壁に銅が存在する場合には、銅が存在しない場合に比べて、フォトレジストのエッチングやアッシングに寄与する酸素ラジカル量が低下し、これによりレジストのエッチングレート、アッシングレートが低くなる。なお、レジストのアッシングは、レジストを除去するためのエッチング処理である。

そのようなことから、フォトレジスト膜２４をパターニングする場合に、銅の触媒効果
を低減するために上記したようなエッチング条件を採用する。即ち、第１に、チャンバ５１内の雰囲気の圧力を通常よりも高い３０ｍＴｏｒｒ以上に設定し、第２に、ハイドロフロロカーボンガス、例えばＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３ＦのガスをＯ_２ガスに添加する、という条件を含む。

第１の条件は、酸素プラズマを増やしてエッチングレート、アッシングレートを高くするために採用される。しかし、第２条件を採用しなければ、図６に示すように、開口部２４ａ内にサイドエッチングＳＥが生じ易くなり、開口部２４ａの中央が外側に広がるボーイング形状となり、フォトレジスト膜２４のパターン精度が低下する。
これに対し、第１の条件と第２の条件の双方を採用すると、サイドエッチングを防止しつつエッチングレート、アッシングレートを高くすることができる。

これら２つの条件は、図７に示す試験結果で裏付けられる。
その試験では、シャワーヘッド５２表面にＣｕが付着した状態で、チャンバ５１内の圧力とエッチングガスを異ならせて開口部２４ａを形成し、それらのサイドエッチング量を調べた。
エッチングガスは３つの混合ガスを使用し、それらのうち、第１のガスは、Ｏ_２にＮ_２とＣＯを添加した混合ガスであり、第２のガスは、Ｏ_２とＮ_２とＣＯの混合ガスにさらにＣＨＦ_３を添加したガスであり、また、第３のガスは、Ｏ_２とＮ_２とＣＯの混合ガスにさらにＣＨ_２Ｆ_２を添加したガスである。

図７に示した試験結果によれば、第１のガスを使用する場合に、チャンバ５１内の雰囲気の圧力が１５ｍＴｏｒｒ以下であれば、開口部２４ａにサイドエッチングが殆ど生じない。また、第２、第３のガスによれば、チャンバ５１内の雰囲気の圧力が３０ｍＴｏｒｒより低ければ、開口部２４ａにサイドエッチングが殆ど生じない。
しかし、開口部２４ａのサイドエッチングが生じない圧力では酸素プラズマが不足し、エッチングレートが低くなる。

従って、チャンバ内の圧力を高くしてエッチングレートを上げることが好ましい。しかし、第１のガスの使用では、圧力の増加に対するサイドエッチング量の増加率が非常に大きく、ガス圧力の変動によりサイドエッチング量も大きく変わり易い。一方、第２、第３のガスの使用では、圧力の増加に対するサイドエッチング量の増加率は小さいので、第２、第３のガス、即ちフロロカーボンガスをＯ_２ガスに添加することが好ましい。

サイドエッチングを抑制するガスとして、上記の他に、Ｏ_２とＮ_２の混合ガスがある。その効果は２０ｍＴｏｒｒ以下の低圧下で顕著になるので、その混合ガスにフロロカーボンガスを添加することが好ましい。

ところで、図２Ｆに示したように、フォトレジスト膜２４に開口部２４ａを形成するためのエッチング時には、その上のレジストパターン２７及び第２のＢＡＲＣ膜２６もエッチングされるので、第４のハードマスク膜２５が最終的にマスクとなる。

従って、フォトレジスト膜２４に開口部２４ａを形成する際に、第４のハードマスク膜２５を構成するＳＯＧ膜のエッチングを防止する必要があり、Ｏ_２とハイドロフロロカーボンガスによるＳＯＧ膜のエッチング耐性が要求される。
そこで、Ｏ_２に添加するハイドロフロロカーボンの添加量を変え、ＳＯＧ膜のエッチングレートについて調べたところ、図８に示す試験結果が得られた。なお、図８の試験におけるエッチング雰囲気の圧力は３０ｍＴｏｒｒである。

図８によれば、ハイドロフロロカーボンであるＣＨＦ_３とＯ_２の総流量のうち、ＣＨＦ
_３の流量が２０流量％以下の状態ではＳＯＧ膜のエッチングレートが極めて小さいことがわかる。一方、開口部２４ａのサイドエッチングを抑制するためには、ＣＨＦ_３を１０流量％以上で添加することが必要となる。

このことは、上記した第３のガスについても同様である。従って、フォトレジスト膜２４をエッチングする際に、Ｏ_２にハイドロフロロカーボンを加えた総ガス流量に対して、ハイドロフロロカーボンガスを１０流量％〜２０流量％とする条件を、フォトレジスト膜２４のエッチング条件に加えることが好ましい。

以上のことから、第４のハードマスク２５をマスクに使用し、フォトレジスト膜２４に開口部２４ａを形成するためのエッチング条件として、Ｏ_２にハイドロフロロカーボンガスを１０流量％〜２０流量％で添加し、エッチング雰囲気を３０ｍＴｏｒｒ以上にすることがより好ましい。

それらの条件は、上記のような配線形状の開口部を形成する場合の適用に限られるものではなく、フォトレジスト膜の中間層として無機材料膜を挟む三層構造膜のマスクパターンを形成する場合にも適用することができ、これにより三層構造マスクのパターン精度を高めることができる。

また、本実施形態によれば、図２Ｇ、図２Ｈに示したように、フォトレジスト膜２４の開口部２４ａを通して第３のハードマスク膜２１をエッチングして開口部２１ｂを形成した後に、条件を２ステップで変えてフォトレジスト膜２４をアッシングしている。即ち、フォトレジスト膜２４のアッシングの第１ステップでは、チャンバ５１に導入するＯ_２ガスにフッ素系ガスを添加し、次の第２ステップではフッ素系ガスの添加を停止している。

アッシングの第１ステップにおいて、フッ素系ガスをＯ_２に添加する理由は、チャンバ５１上部のシャワーヘッド５２の表面のＣｕを除去するためである。フッ素系ガスとして、フロロカーボン、ハイドロフロロカーボンがある。フロロカーボンとして、例えばＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８がある。また、ハイドロフロロカーボンとして、例えばＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆがある。

ハイドロフロロカーボンであるＣＨＦ_３とＯ_２の混合ガスの総流量に対するＣＨＦ_３の流量を変えてＣｕ膜をエッチングしたところ、図９の実線の曲線に示すように、ＣＨＦ_３の流量比の大きさによってＣｕ膜のエッチングレートが変化した。

図９の実線の曲線ではピークが存在し、銅のエッチングレートを高くするために、ＣＨＦ_３を１０流量％〜２０流量％でチャンバ５１内に導入ことが好ましい。また、図９の破線の曲線に示すように、Ｏ_２とＣＨＦ_３の混合ガスにさらにＣＯガスを添加すると、銅のエッチングレートがさらに高くなる。これは、ＣＯとＣｕの結合によって、比較的蒸発し易い銅カルボニル化合物が生成されるからである。

銅カルボニル化合物を発生させる条件としては、そのような条件に限られるものではなく、ガスカルボニルを形成するＨ_２系ガスをＯ_２に添加してもよい。例えば、チャンバ５１内に導入されるＯ_２にＣＯ、ＮＨ_３を添加し、又はＯ_２にＣＯ、Ｎ_２、Ｈ_２を添加し、これよりシャワーヘッド５２表面の銅のクリーニングを行ってもよい。

そのようにフォトレジスト膜２４のアッシングの第１ステップでは、チャンバ５１やシャワーヘッド５２に付着したＣｕの除去をアッシングと同時に行っている。これにより、チャンバ５１内壁での銅の付着量を減らすことができる。

第２ステップのアッシング条件への切り替えは、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８が露出する前に行われる。これは、第１のステップのアッシング条件により発生させたフッ素プラズマが銅の触媒効果により増加し、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８もエッチングするからである。

これは、図１０に示す試験結果に裏付けられる。
その試験では、シリコン膜、銅膜、アルミニウム膜を個別にエッチングした３つのチャンバのそれぞれにおいて、ＣＦ_４のプラズマを発生させてＳｉＯＣ膜をエッチングし、エッチングレートを調べた。

図１０によれば、銅膜をエッチングしたチャンバ内でＳｉＯＣ膜をエッチングすると、シリコン膜、アルミニウム膜をエッチングしたチャンバに比べて、エッチングレートが高くなっていることがわかる。
これは、チャンバ内壁に付着した銅の触媒効果により例えば式（４）の分解が進んでフッ素ラジカルが増加することによるものと考えられる。

ＣＦ_２ ^＊ → ＣＦ^＊＋Ｆ^＊ （４）

従って、図２Ｈに示したように、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１８が露出する直前でフッ素系ガスのチャンバ５１内への導入を停止し、導入ガスを酸素のみに切り替え、酸素プラズマによりフォトレジスト膜２４をアッシングし、除去することが好ましい。これにより、ビアホール１８ａの内周面の変形を防止できる。

しかも、既に第１ステップのアッシングによってチャンバ５１内の銅が減少し又は除去され、銅の触媒効果が低減しているので、第２ステップでは酸素プラズマ量の減少が抑制される。

ところで、チャンバ５１内に付着する銅は、上記のようにエッチング、アッシングに影響を与えることになる。チャンバ５１内壁の銅又は銅を含む反応生成物は、基板上の銅膜をエッチングすることにより発生するものであり、プラズマ処理装置５０による基板の処理枚数が累積する毎に付着量が増加し、プラズマ処理を不安定にさせる。

従って、上記のようにチャンバ５１内に付着した銅を除去する処理を行うことが好ましい。銅の除去処理は、上記のようにシリコン基板１上の膜をプラズマ処理すると同時に行うことに限られるものではなく、チャンバ５１内での基板の交換のインターバルに行ってもよい。
そこで、図１１Ａ〜図１１Ｄを参照し、プラズマ処理装置のチャンバ内の銅の除去方法を以下に説明する。

まず、図１１Ａに示すように、チャンバ５１内の静電チャック５７の上に、銅膜を含む積層構造を有する半導体ウエハ、例えばシリコン基板１を載置する。その後にチャンバ５１内にプラズマＰＬ１を発生させて積層構造に対してエッチング、アッシング等のプラズマ処理を行う。エッチング処理には、銅膜をわずかでもエッチングする工程を含み、例えば、図２Ｄ〜図２Ｋに示したプラズマ処理により、第１層目の銅配線１５の表面をエッチングする工程がある。

第１層目の銅配線１５の表面をエッチングした後には、図１１Ｂに示すように、チャンバ５１上部のシャワーヘッド５２の表面にＣｕを含む層７０が付着した状態となる。
チャンバ５１内でシリコン基板１のプラズマ処理を終えた後に、真空搬送室（不図示）を通してシリコン基板１をロードロックチャンバ（不図示）に搬出し、さらに、次に処理される半導体ウエハ、例えばシリコン基板４１を真空搬送室内に待機させる。

続いて、シリコン基板４１の入れ替えの間に、図１１Ｃに示すように、チャンバ５１内にクリーニングガスを導入してプラズマＰＬ２を発生させ、クリーニングを行う。チャンバ５１内面に付着した銅を除去するためのクリーニングガスの例を次に示す。

例えば、第１のクリーニングガスとしてＯ_２ガスとフロロカーボンガスを有する混合ガス、第２のクリーニングガスとしてＯ_２ガスとハイドロフロロカーボンガスを有する混合ガス、第３のクリーニングガスとして、第１又は第２のクリーニングガスにさらにＣＯを添加した混合ガスがある。また、第４のガスとして、ノンフロン系であって、カルボニル化合物を生成するガスがある。なお、第１、第２のクリーニングガスには、それぞれハイドロフロロカーボン、フロロカーボンの双方を含めてもよい。
次に、クリーニングガスを使用してチャンバ５１内をクリーニングする実施例を説明する。

まず、第１実施例として次のクリーニング方法を採用する。
ガス供給管５４ａ〜５４ｂからＯ_２ガスを約２００ｓｃｃｍの流量、フロロカーボンとしてＣＦ_４ガスを約１５ｓｃｃｍの流量で導入する。ＣＦ_４のガス流量は、Ｏ_２とＣＦ_４の総ガス流量に対して７流量％〜１０流量％程度にすることが好ましい。この場合、チャンバ５１内の圧力が約２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ５１の下部電極５６には約１５０Ｗの高周波パワーを印加する。そして、クリーニング時間を２０秒とする。これにより、チャンバ５１内壁に付着したＣｕを含む層７０を除去する。

第２実施例として次のクリーニング方法を採用する。
ガス供給管５４ａ〜５４ｂからＯ_２ガスを約２００ｓｃｃｍの流量、ハイドロフロロカーボンとしてＣＨＦ_３ガスを約２０ｓｃｃｍの流量で導入する。ＣＨＦ_３のガス流量は、Ｏ_２とＣＨＦ_３の総ガス流量に対して７流量％〜１０流量％程度にすることが好ましい。この場合、チャンバ５１内の圧力が約２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ５１の下部電極５６には約１５０Ｗの高周波パワーを印加する。そして、クリーニング時間を２０秒とする。これにより、チャンバ５１内壁に付着したＣｕを含む層７０を除去する。

第３実施例として２ステップのクリーニング方法を採用する。
まず、第１ステップとして、ガス供給管５４ａ〜５４ｂの１つからＯ_２ガスを約２００ｓｃｃｍの流量で導入する。この場合、チャンバ５１内の圧力が約２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ５１の下部電極５６には約１５０Ｗの高周波パワーを印加する。第１ステップでのクリーニング時間を２０秒とする。これにより、チャンバ５１内壁に付着した層７０内の主にポリマーを除去する。

続いて、第２ステップとして、クリーニングガスの種類を切り替え、ガス供給管５４ａ〜５４ｂからＨ_２ガスを約２００ｓｃｃｍ、Ｎ_２ガスを約２００ｓｃｃｍ、ＣＯガスを約４００ｓｃｃｍの流量で導入する。この場合、チャンバ５１内の圧力が約３００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ５１の下部電極５６には約１５０Ｗの高周波パワーを印加する。第２ステップでのクリーニング時間を２０秒とする。これにより、チャンバ５１内壁に付着した層７０内のＣｕを主に除去する。第２ステップでは、ノンフロン系のクリーニングガスを使用している。

第４実施例として次の２ステップのクリーニング方法を採用する。
まず、第１ステップとして、ガス供給管５４ａ〜５４ｂの１つからＯ_２ガスを約２００
ｓｃｃｍで導入する。この場合、チャンバ５１内の圧力が約２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ５１の下部電極５６には約１５０Ｗの高周波パワーを印加する。第１ステップでのクリーニング時間を２０秒とする。これにより、チャンバ５１内壁に付着した層７０内のＣｕを主に除去する。

続いて、第２ステップとして、クリーニングガスの種類を切り替え、ガス供給管５４ａ〜５４ｂからアンモニア（ＮＨ_３）ガスを約３００ｓｃｃｍ、ＣＯガスを約４００ｓｃｃｍの流量で導入する。この場合、チャンバ５１内の圧力が約３００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ５１の下部電極５６には約１５０Ｗの高周波パワーを印加する。第２ステップでのクリーニング時間を２０秒とする。これにより、チャンバ５１内壁に付着した層７０内のＣｕを主に除去する。第２ステップでは、ノンフロン系のクリーニングガスを使用している。

他の実施例として、上記の第１実施例又は第２実施例のクリーニング処理に続いて、クリーニングガスとしてＨ_２、Ｎ_２及びＣＯ第の混合ガス、又は、ＮＨ_３、ＣＯの混合ガスをチャンバ５１内に導入してプラズマを発生させてもよい。
なお、ウエハ交換の際のクリーニング時間は、１分以内、例えば２０秒〜４０秒が好ましい。

チャンバ５１内のクリーニングを終えた後に、図１１Ｄに示すように、真空搬送チャンバ内に待機させた新たなシリコン基板４１をチャンバ５１内に搬入し、例えば図２Ｄ〜図２Ｋに示すようなエッチング、アッシングの処理を行う。

以上のように、チャンバ５１内へのシリコン基板１、４１の入れ替えの間の短時間のインターバルで上記のクリーニングを行うことにより、プラズマ処理のスループットの低下を防止することができる。しかも、クリーニングのためにチャンバ５１を加熱、冷却するといった長時間の処理を採用していないので、シリコン基板１の処理間隔を短くすることができる。
なお、上述したエッチング、アッシング、クリーニングの各処理におけるガスの流量、圧力、パワー、時間の値は一例に過ぎず、それらに限定されない。

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。

次に、上記実施形態の特徴を付記する。
（付記１） 半導体基板の上方に銅配線を形成する工程と、前記銅配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上にハードマスク膜を形成する工程と、前記ハードマスク膜と前記絶縁膜に、前記銅配線上の前記バリア絶縁膜を露出するホールを形成する工程と、前記ハードマスク膜上および前記ホール内にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の上方にマスク膜を形成する工程と、前記マスク膜の上方に、前記ホールを含む領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記マスク膜をエッチングし、開口部を形成する工程と、酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを導入し、前記ハイドロフロロカーボンガスの流量を、前記酸素ガスと前記ハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して１０流量％〜２０流量％とし、３０ｍＴｏｒｒ以上の圧力の雰囲気内で、前記マスク膜をマスクとして前記レジスト膜を、途中までエッチングする第１エッチング工程と、更に前記ホール内の前記レジスト膜を、酸素ガスを使用してエッチングする第２エッチング工程と、を有し、前記第１エッチング工程は、前記ホール内で前記絶縁膜が露出する前に終了することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２） 前記第１エッチング工程及び前記第２エッチング工程は、内面に銅が付着しているチャンバ内で行われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記３） 前記絶縁膜は二酸化シリコンよりも低誘電率であることを特徴とする付記１又は付記２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記４） 前記酸素ガスにより前記レジスト膜をエッチングして前記バリア絶縁膜を前記ホールを通して露出した後に、前記ハードマスク膜をマスクにして前記ホールの底の前記バリア絶縁膜をエッチングする工程を有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記５） 前記ハードマスク膜はＳｉＣＨから形成されていることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
（付記６） 前記バリア絶縁膜はＳｉＣＨから形成されていることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記７） 半導体基板の上方に絶縁膜、第１ハードマスク、第２ハードマスクを順に形成する工程と、前記第２ハードマスク、前記第１ハードマスク及び前記絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、前記第２ハードマスクの上と前記第１開口部内にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜のうち前記第１開口部の上方を含む領域に第２開口部を形成する工程と、前記レジスト膜をマスクにして前記第２ハードマスクをエッチングする工程と、フロロカーボン、ハイドロフロロカーボンのいずれかのガスと酸素ガスを有する混合ガスを使用して前記レジスト膜の上層部を第１アッシングする工程と、酸素ガスを使用して前記レジスト膜の下層部を第２アッシングする工程と、前記第２ハードマスクをマスクにして第１ハードマスクと前記絶縁膜の上層部をエッチングして配線溝を形成する工程と、前記配線溝及び前記第１開口部内に導電材を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８） 前記第１アッシングは、前記第１開口部から前記絶縁膜が露出する前に終了することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記第２アッシングは、前記第１アッシングよりも低圧で行うことを特徴とする付記７又は付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記混合ガスはさらに一酸化炭素ガスを含むことを特徴とする付記７乃至付記９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記絶縁膜の材料は、二酸化シリコンに比べて低誘電率の材料であり、前記第１ハードマスクの材料は前記第１ハードマスクに比べて研磨耐性の高い材料であることを特徴とする付記７乃至付記１０のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 第１絶縁膜に覆われた第１銅膜を有する第１ウエハをチャンバ内に搬入する工程と、前記第１絶縁膜をエッチングして前記第１銅膜の少なくとも一部を露出する工程と、前記第１ウエハを前記チャンバから搬出する工程と、前記チャンバ内にハイドロフロロカーボンガス、フロロカーボンガスのいずれかと酸素ガスを有する第１混合ガスを前記チャンバ内に導入して第１プラズマを発生する工程と、第２絶縁膜に覆われた第２銅膜を有する第２ウエハを前記チャンバ内に搬入する工程と、前記第２ウエハ上の前記第２絶縁膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１３） 前記第１混合ガスはさらに一酸化炭素ガスを含むことを特徴とする付記１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４） 前記第１プラズマを発生させた後に、前記チャンバ内に窒素ガス、水素ガス、一酸化炭素ガスを有する第２混合ガスか、アンモニアガスと一酸化炭素ガスを有する第３混合ガスのいずれかを前記チャンバ内に導入して第２プラズマを発生させる工程を有することを特徴とする付記１２又は付記１３に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１５） 前記第１プラズマを発生する前に、前記チャンバ内に酸素を導入して酸素プラズマを発生させる工程を有することを特徴とする付記１２乃至付記１４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

１ シリコン基板
７、８ ソース／ドレイン領域
１０ 層間絶縁膜
１１、１２ コンタクトプラグ
１３ 第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜
１５ａ、１５ｂ 第１層目の配線
１６ キャップ絶縁膜
１７ バリア絶縁膜
１８ 第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜
１８ａ ビアホール
１８ｂ 配線用溝
１９、２０、２１ ハードマスク膜
１９ａ、２０ａ、２１ａ、２１ｂ 開口部
２２ 第１のＢＡＲＣ膜
２３ レジストパターン
２４ フォトレジスト膜
２５ ハードマスク膜
２６ 第２のＢＡＲＣ膜
２７ レジストパターン
２７ａ 開口部
３０ 第２層目の配線
５０ プラズマ処理装置
５１ チャンバ
５２ シャワーヘッド
５３ ガス導入管
５４ａ〜５４ｄ ガス供給管
５６ 下部電極
５７ 静電チャック
６４ 排気管

Claims (6)

1. 半導体基板の上方に銅配線を形成する工程と、
   前記銅配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
   前記バリア絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜の上にハードマスク膜を形成する工程と、
   前記ハードマスク膜と前記絶縁膜に、前記銅配線上の前記バリア絶縁膜を露出するホールを形成する工程と、
   前記ハードマスク膜上および前記ホール内にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の上方にマスク膜を形成する工程と、
   前記マスク膜の上方に、前記ホールを含む領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクにして前記マスク膜をエッチングし、開口部を形成する工程と、
   酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを導入し、前記ハイドロフロロカーボンガスの流量を、前記酸素ガスと前記ハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して１０流量％〜２０流量％とし、３０ｍＴｏｒｒ以上の圧力の雰囲気内で、前記マスク膜をマスクとして前記レジスト膜を、途中までエッチングする第１エッチング工程と、
   更に前記ホール内の前記レジスト膜を、酸素ガスを使用してエッチングする第２エッチング工程と、
   を有し、
   前記第１エッチング工程は、前記ホール内で前記絶縁膜が露出する前に終了する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第１エッチング工程及び前記第２エッチング工程は、内側に銅が付着しているチャンバ内で行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記絶縁膜は二酸化シリコンよりも低誘電率であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記酸素ガスにより前記レジスト膜をエッチングして前記バリア絶縁膜を前記ホールを通して露出した後に、前記ハードマスク膜をマスクにして前記ホールの底の前記バリア絶縁膜をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記ハードマスク膜はＳｉＣＨから形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記バリア絶縁膜はＳｉＣＨから形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
   

Images