マスクパターンの形成方法及び半導体装置の製造方法
【課題】ＳＷＰにおいて、側壁部の形状の対称性を高め、被エッチング膜をエッチングするときの加工精度を向上させることができるマスクパターンの形成方法を提供する。
【解決手段】基板上の被エッチング膜の上に形成されたシリコン膜よりなる第１のライン部が配列したシリコン膜パターンの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜を成膜する成膜工程Ｓ１８と、カーボン膜を第１のライン部の上部から除去すると共に、第１のライン部の側壁部として残存するように、カーボン膜をエッチバックするエッチバック工程Ｓ１９と、第１のライン部を除去し、側壁部が配列したマスクパターンを形成するシリコン膜除去工程Ｓ２０とを有する。
【解決手段】基板上の被エッチング膜の上に形成されたシリコン膜よりなる第１のライン部が配列したシリコン膜パターンの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜を成膜する成膜工程Ｓ１８と、カーボン膜を第１のライン部の上部から除去すると共に、第１のライン部の側壁部として残存するように、カーボン膜をエッチバックするエッチバック工程Ｓ１９と、第１のライン部を除去し、側壁部が配列したマスクパターンを形成するシリコン膜除去工程Ｓ２０とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及びそれに含まれるマスクパターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化に伴って、製造プロセスに要求される配線や分離幅のパターンは、微細化される傾向にある。このような微細なパターン（以下、「微細パターン」という。）は、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクパターンに用いて下地の各種薄膜をエッチングすることで形成される。マスクパターンを形成するためにはフォトリソグラフィ技術が重要であり、近時の半導体デバイスの微細化は、フォトリソグラフィ技術の解像限界以下を要求するまでに至っている。
【０００３】
このようなフォトリソグラフィ技術の解像限界以下の微細なマスクパターンを形成する方法として、所謂ダブルパターニング法（ダブルパターニングプロセス）がある。ダブルパターニング法は、第１のマスクパターン形成ステップと、この第１のマスクパターン形成ステップの後に行われる第２のマスクパターン形成ステップの２段階のパターニングを行うことによって、１回のパターニングでエッチングマスクを形成する場合より微細な間隔を形成するものである。
【０００４】
また、あるパターンの両側に形成した側壁部をマスクとして使用するＳＷＰ（Side Wall Process）法により、元のレジストパターンよりも微細なピッチを有するマスクパターンを形成する方法も知られている。この方法は、まずフォトレジスト膜を成膜してライン部が配列したレジストパターンを形成し、このレジストパターンの表面を等方的に被覆するように、シリコン酸化膜等を形成した後、レジストパターンの側壁を被覆する側壁部にのみシリコン酸化膜が残るようにエッチバックし、この後、フォトレジスト膜のパターンを除去して、残った側壁部であるシリコン酸化膜をマスクパターンとするものである（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のように、レジストパターンの表面を被覆するようにシリコン酸化膜を成膜する成膜プロセスをＳＷＰに組合せる場合、次のような問題がある。
【０００７】
マスクパターンを構成する側壁部をレジストパターンの側壁として形成する場合、レジストパターンをトリミングする工程、シリコン酸化膜を成膜する工程、又はシリコン酸化膜をエッチバックする工程において、レジストパターンを構成するライン部の先端が先細りするため、ライン部の両側の側壁部がライン部の中心に向け曲がってしまい、カニの爪のように非対称的な形状になってしまう場合がある。非対称的な形状の側壁部を用いて被エッチング膜をエッチングする場合には、その前に側壁部の先端のみを形状加工して対称的な形状にするネイルクリーンとも呼ばれる形状加工工程を追加しなければならない場合がある。また、形状加工工程を行ってもなお、側壁部が非対称な形状を有している場合には、側壁部の下方の膜をエッチングするときの加工精度が低下する場合がある。
【０００８】
また、シリコン酸化膜を側壁部として使用する場合、シリコン酸化膜に対する被エッチング膜のエッチングレートの比（選択比）を高くすることができないため、シリコン酸化膜の膜厚を大きくしなければならない場合がある。その場合、側壁部の幅寸法も大きくなるため、側壁部よりなるマスクパターンのライン幅及びスペース幅を小さくすることが困難な場合がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＳＷＰにおいて、側壁部の形状の対称性を高め、被エッチング膜をエッチングするときの加工精度を向上させることができるマスクパターンの形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係るマスクパターンの形成方法は、基板上の被エッチング膜の上に形成されたシリコン膜よりなる第１のライン部が配列したシリコン膜パターンの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜を成膜する成膜工程と、前記カーボン膜を前記第１のライン部の上部から除去すると共に、前記第１のライン部の側壁部として残存するように、前記カーボン膜をエッチバックするエッチバック工程と、前記第１のライン部を除去し、前記側壁部が配列したマスクパターンを形成するシリコン膜除去工程とを有する。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係るマスクパターンの形成方法を行って形成した前記マスクパターンを用いて、前記被エッチング膜よりなるパターンを形成する被エッチング膜パターン形成工程を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マスクパターンを形成し、ＳＷＰを行う場合において、側壁部の形状の対称性を高め、被エッチング膜をエッチングするときの加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２Ａ】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図（その１）である。
【図２Ｂ】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図（その２）である。
【図２Ｃ】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図（その３）である。
【図３】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置の構成を模式的に示す横断面図である。
【図５】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を説明するための図であり、被エッチング膜を成膜するときのガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】実施例で成膜工程を行った後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【図７】実施例でエッチバック工程を行った後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【図８】実施例でシリコン膜除去工程を行った後、更に被エッチング膜エッチング工程及びカーボン膜除去工程を行った後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【図９】比較例でレジストパターンの表面を被覆するようにシリコン酸化膜を成膜した後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（実施の形態）
図１乃至図４を参照し、本発明の実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明する。
【００１６】
初めに、図１から図２Ｃを参照し、本発明の実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図２Ａから図２Ｃは、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図である。また、図１の、ステップＳ１１からステップＳ２２の各々の工程が行われた後の半導体基板の構造は、図２Ａ（ａ）から図２Ｃ（ｌ）の各々の断面図で示される構造に対応する。
【００１８】
本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法は、図１に示すように、積層工程（ステップＳ１１）、有機膜パターン形成工程（ステップＳ１２及びステップＳ１３）、第１のパターン形成工程（ステップＳ１４からステップＳ１７）、成膜工程（ステップＳ１８）、エッチバック工程（ステップＳ１９）、シリコン膜除去工程（ステップＳ２０）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２１）、及びカーボン膜除去工程（ステップＳ２２）を含む。
【００１９】
有機膜パターン形成工程（ステップＳ１２及びステップＳ１３）は、有機膜形成工程（ステップＳ１２）及びパターニング工程（ステップＳ１３）を含む。第１のパターン形成工程（ステップＳ１４からステップＳ１７）は、トリミング工程（ステップＳ１４）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１５）、シリコン膜エッチング工程（ステップＳ１６）、及び反射防止膜除去工程（ステップＳ１７）を含む。
【００２０】
なお、積層工程（ステップＳ１１）からシリコン膜除去工程（ステップＳ２０）までが、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法に相当する。
【００２１】
ステップＳ１１は、半導体基板１０１上に、被エッチング膜１０２、シリコン膜１０３、及び反射防止膜１０４を順次積層する工程である。図２Ａ（ａ）は、ステップＳ１１が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００２２】
ステップＳ１１では、図２Ａ（ａ）に示すように、半導体基板１０１上に、下から順に被エッチング膜１０２、シリコン膜１０３、反射防止膜１０４を積層する。被エッチング膜１０２は、パターンが形成され、その後半導体基板１０１に種々の加工工程を行う場合のマスクとして機能する。シリコン膜１０３は、第１のライン部が配列されたシリコン膜パターンが形成され、第１のライン部の側壁部としてカーボン膜よりなるマスクパターンを形成するためのものである。反射防止膜１０４は、その上に形成されるフォトレジスト膜１０５のフォトリソグラフィを行う際の反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）である。
【００２３】
なお、半導体基板１０１は、半導体、例えば、シリコン基板のみを示すものではなく、半導体基板内、又は半導体基板上に形成された半導体素子や集積回路パターンに対応した導電膜、これらを絶縁する層間絶縁膜が形成された構造体とを含む、と定義する。
【００２４】
被エッチング膜１０２の材質は、特に限定されるものではないが、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）を含む膜を用いることができる。また、被エッチング膜１０２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１０〜１０００ｎｍとすることができる。
【００２５】
シリコン膜１０３として、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンを含む膜を用いることができる。また、シリコン膜１０３の厚さは、特に限定されるものでなく、例えば５０〜１０００ｎｍとすることができる。
【００２６】
反射防止膜１０４の材質は、特に限定されるものでなく、例えばスピンオンにより成膜された熱硬化性樹脂や架橋剤を含む広範な有機系の材料を用いることができる。また、反射防止膜１０４の厚さは、特に限定されるものでなく、例えば２０〜１５０ｎｍとすることができる。
【００２７】
ステップＳ１２は、反射防止膜１０４上にフォトレジスト膜１０５を成膜する工程である。図２Ａ（ｂ）は、ステップＳ１２が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００２８】
フォトレジスト膜１０５の材質は、例えばＡｒＦレジストを用いることができる。また、フォトレジスト膜１０５の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍとすることができる。
【００２９】
次に、ステップＳ１３のパターニング工程を行う。ステップＳ１３では、成膜されたフォトレジスト膜１０５を露光、現像してフォトレジスト膜１０５よりなるレジストパターン１０５ａを形成する。また、図２Ａ（ｃ）は、ステップＳ１３が行われた後の微細パターンの構造を示す断面図である。
【００３０】
図２Ａ（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜１０５よりなり、ライン幅Ｌ２及びスペース幅Ｓ２を有する第２のライン部が配列したレジストパターン１０５ａが形成される。レジストパターン１０５ａは、反射防止膜１０４をエッチングする工程におけるマスクとして機能する。レジストパターン１０５ａのライン幅Ｌ２及びスペース幅Ｓ２は、特に限定されるものではなく、共に例えば４０ｎｍとすることができる。
【００３１】
次に、ステップＳ１４のトリミング工程を行う。ステップＳ１４では、フォトレジスト膜１０５よりなるレジストパターン１０５ａをトリミング処理し、フォトレジスト膜１０５よりなるレジストパターン１０５ｂを形成する。また、図２Ａ（ｄ）は、ステップＳ１４が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３２】
なお、トリミング処理は、本発明における形状加工工程における形状を加工する処理に相当し、スリミング処理ともいう。
【００３３】
トリミング処理の方法は、特に限定されるものではなく、トリミング処理の条件の一例は、酸素ラジカル、又はオゾンガスを含む雰囲気中、温度は室温〜１００℃である。また、図２Ａ（ｃ）及び図２Ａ（ｄ）に示すように、トリミング処理されてできるレジストパターン１０５ｂのライン幅Ｌ３は、トリミング処理を行う前のレジストパターン１０５ａのライン幅Ｌ２に比べ細くなるので、レジストパターン１０５ｂのライン幅Ｌ３及びスペース幅Ｓ３と、レジストパターン１０５ａのライン幅Ｌ２及びスペース幅Ｓ２との大小関係は、Ｌ３＜Ｌ２、Ｓ３＞Ｓ２となる。Ｌ３及びＳ３の値は、特に限定されるものではなく、例えばＬ３を２０ｎｍ、Ｓ３を６０ｎｍとすることができる。
【００３４】
次に、ステップＳ１５の反射防止膜エッチング工程を行う。ステップＳ１５では、トリミングしたレジストパターン１０５ｂをマスクとして反射防止膜１０４をエッチングして、反射防止膜１０４よりなり、ライン幅Ｌ３及びスペース幅Ｓ３を有する反射防止膜パターン１０４ａを形成する。また、図２Ｂ（ｅ）は、ステップＳ１５が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３５】
なお、反射防止膜パターン１０４ａのそれぞれのライン部の上部には、エッチングによってレジストパターン１０５ｂが完全に除去されず、残存してもよい。
【００３６】
次に、ステップＳ１６のシリコン膜エッチング工程を行う。ステップＳ１６では、反射防止膜パターン１０４ａをマスクとしてシリコン膜１０３をエッチングして、シリコン膜１０３よりなり、ライン幅Ｌ３及びスペース幅Ｓ３を有する第１のライン部１０３ａが配列したシリコン膜パターン１０３ｂを形成する。また、図２Ｂ（ｆ）は、ステップＳ１６が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３７】
次に、ステップＳ１７の反射防止膜除去工程を行う。ステップＳ１７では、シリコン膜パターン１０３ｂのそれぞれのライン部の上部に残存する反射防止膜１０４を除去する。また、図２Ｂ（ｇ）は、ステップＳ１７が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３８】
次に、ステップＳ１８の工程を含む成膜工程を行う。ステップＳ１８では、シリコン膜パターン１０３ｂの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜１０６を成膜する。また、図２Ｂ（ｈ）は、ステップＳ１８の工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３９】
図２Ｂ（ｈ）に示すように、シリコン膜パターン１０３ｂが形成されている場所及び形成されていない場所を含め、基板全面にカーボン膜１０６が成膜される。このとき、シリコン膜パターン１０３ｂの第１のライン部１０３ａの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜１０６が成膜される。従って、第１のライン部１０３ａの側面にもカーボン膜１０６が成膜される。このときのカーボン膜１０６の厚さ寸法をＤとすると、第１のライン部１０３ａの側面を被覆するカーボン膜１０６の幅寸法もＤとなる。カーボン膜１０６の厚さ寸法Ｄは、特に限定されるものではなく、例えば２０ｎｍとすることができる。
【００４０】
カーボン膜１０６として、アモルファスカーボン膜を成膜することができる。また、アモルファスカーボン膜の成膜工程を行う成膜装置については、図３及び図４を用いて後で説明する。
【００４１】
次に、ステップＳ１９のエッチバック工程を行う。ステップＳ１９では、カーボン膜１０６を第１のライン部１０３ａの上部から除去すると共に、第１のライン部１０３ａの側壁部１０６ａとしてのみ残るように、カーボン膜１０６をエッチングする。また、図２Ｃ（ｉ）は、ステップＳ１９の工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００４２】
図２Ｃ（ｉ）に示されるように、カーボン膜１０６をエッチバックし、カーボン膜１０６を第１のライン部１０３ａの上部から除去し、そのまま更にカーボン膜１０６をエッチバックし、カーボン膜１０６が、第１のライン部１０３ａの側面を被覆する側壁部１０６ａとしてのみ残った状態とする。カーボン膜１０６のエッチバックするときのエッチング方法は、特に限定されるものではなく、処理ガスとして、例えば、酸素ガス（Ｏ２）等の酸素を含むガス、あるいは酸素を含むガスに、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガス、Ａｒガス等を添加したガスを用いて行うことができる。第１のライン部１０３ａの上部から除去し、第１のライン部１０３ａよりなるシリコン膜パターン１０３ｂの側壁部１０６ａのみが残るようにエッチングするため、シリコン膜パターン１０３ｂ及び側壁部１０６ａよりなるパターン１０７が形成される。パターン１０７のライン幅をＬ４、スペース幅をＳ４とすると、レジストパターン１０５ｂのライン幅Ｌ３が２０ｎｍ、側壁部１０５ａの厚さＤが２０ｎｍである場合、Ｌ４＝Ｌ３＋Ｄ×２、Ｓ４＝Ｌ３＋Ｓ３−Ｌ４であるため、Ｌ４を６０ｎｍ、Ｓ４を２０ｎｍとすることができる。
【００４３】
また、成膜工程、エッチバック工程において、シリコン膜１０３よりなる第１のライン部１０３ａの先端が先細りしないため、第１のライン部１０３ａは、側壁部１０５ａよりも高く突き出した部分を有する。この突き出した部分の高さをΔＨとする。
【００４４】
なお、エッチバックとは、エッチングにより膜の表面を厚さ方向（基板に垂直な方向）に後退させることをいう。
【００４５】
ステップＳ２０のシリコン膜除去工程を行う。ステップＳ２０では、シリコン膜１０３を除去し、側壁部１０６ａが配列したマスクパターン１０８を形成する。また、図２Ｃ（ｊ）は、シリコン膜除去工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００４６】
図２Ｃ（ｊ）に示すように、ライン幅がＤ、スペース幅がＬ３及びＳ４が交互に現れるようなパターンであるマスクパターン１０８が形成される。本実施の形態では、シリコン膜パターン１０３ｂのライン幅Ｌ３とパターン１０７のスペース幅Ｓ４とを等しくすることにより、マスクパターン１０８のスペース幅はＬ３及びＳ４に等しいＳ１となる。また、Ｄに等しいライン幅をあらためてＬ１とする。前述したように、Ｌ３を２０ｎｍ、Ｓ４を２０ｎｍ、カーボン膜１０６の厚さ寸法（側壁部１０６ａの幅寸法）Ｄを２０ｎｍとすることにより、ライン幅Ｌ１が２０ｎｍ、スペース幅Ｓ１が２０ｎｍのマスクパターン１０８を形成することができる。
【００４７】
シリコン膜１０３のエッチングは、後述するように、Ｃｌ２、Ｃｌ２＋ＨＢｒ、Ｃｌ２＋Ｏ２、Ｃｌ２＋Ｎ２、Ｃｌ２＋ＨＣｌ、ＨＢｒ＋Ｃｌ２＋ＳＦ６等の塩素を含むガス、あるいはＣＦ４＋Ｏ２、ＳＦ６等のその他ハロゲンガスを含むガス、のプラズマを用いて行うことができる。
【００４８】
次に、ステップＳ２１の被エッチング膜エッチング工程を行う。ステップＳ２１では、マスクパターン１０８をマスクとして被エッチング膜１０２をエッチングし、ライン幅Ｌ１及びスペース幅Ｓ１を有するライン部を有するパターン１０９を形成する。また、図２Ｃ（ｋ）は、被エッチング膜エッチング工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００４９】
次に、ステップＳ２２のカーボン膜除去工程を行う。ステップＳ２２では、アッシング又は溶剤によるウェット洗浄を行って、パターン１０９の上部に残存するカーボン膜１０６（マスクパターン１０８）を除去する。また、図２Ｃ（ｌ）は、カーボン膜除去工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００５０】
次に、図３及び図４を参照し、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置について説明する。
【００５１】
図３及び図４は、それぞれ本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置の構成を模式的に示す縦断面図及び横断面図である。なお、図４においては、加熱装置を省略している。
【００５２】
図３及び図４に示すように、成膜装置８０は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有している。この処理容器１の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１内の天井には、石英製の天井板２が設けられて封止されている。また、この処理容器１の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【００５３】
上記マニホールド３は処理容器１の下端を支持しており、このマニホールド３の下方から被処理体として多数枚、例えば５０〜１００枚の半導体ウェハＷを多段に載置可能な石英製のウェハボート５が処理容器１内に挿入可能となっている。このウェハボート５は３本の支柱６を有し（図４参照）、支柱６に形成された溝により多数枚のウェハＷが支持されるようになっている。
【００５４】
このウェハボート５は、石英製の保温筒７を介してテーブル８上に載置されており、このテーブル８は、マニホールド３の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部９を貫通する回転軸１０上に支持される。
【００５５】
そして、この回転軸１０の貫通部には、例えば磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部９の周辺部とマニホールド３の下端部との間には、例えばＯリングよりなるシール部材１２が介設されており、これにより処理容器１内のシール性を保持している。
【００５６】
上記の回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取付けられており、ウェハボート５および蓋部９等を一体的に昇降して処理容器１内に対して挿脱されるようになっている。なお、上記テーブル８を上記蓋部９側へ固定して設け、ウェハボート５を回転させることなくウェハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００５７】
また、成膜装置８０は、第１ガス供給機構１４と、第２ガス供給機構１５と、第３ガス供給機構１６とを有している。
【００５８】
第１ガス供給機構１４は、処理容器１内へ酸素含有ガス、例えばＯ２ガスを供給する酸素含有ガス供給機構１７と、処理容器１内へ窒素含有ガス、例えばＮＨ３ガスを供給する窒素含有ガス供給配管１８と、カーボンソースガスを供給するカーボンソースガス供給配管１９と、配管パージのための不活性ガス、例えばＮ２ガスを供給するパージガス供給配管２０とを有している。
【００５９】
酸素含有ガス供給配管１７には酸素含有ガス供給源１７ａが接続されており、配管１７の途中にはマスフローコントローラのような流量制御器１７ｂおよび開閉バルブ１７ｃが介在されている。窒素含有ガス供給配管１８には窒素含有ガス供給源１８ａが接続されており、配管１８の途中には流量制御器１８ｂおよび開閉バルブ１８ｃが介在されている。カーボンソースガス供給配管１９にはカーボンソースガス供給源１９ａが接続されており、配管１９の途中には流量制御器１９ｂおよび開閉バルブ１９ｃが介在されている。パージガス供給配管２０にはパージガス供給源２０ａが接続されており、配管２０の途中には流量制御器２０ｂおよび開閉バルブ２０ｃが介在されている。酸素含有ガス供給配管１７、窒素含有ガス供給配管１８、およびカーボンソースガス供給配管１９、およびパージガス供給配管２０は、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるガス分散ノズル２１に接続されている。このガス分散ノズル２１の垂直部分には、複数のガス吐出孔２１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔２１ａから水平方向に処理容器１に向けて略均一にガスを吐出することができるようになっている。
【００６０】
第２ガス供給機構１５は、処理容器１内へＳｉソースガスを供給するＳｉソースガス供給配管２２を有している。Ｓｉソースガス供給配管２２にはＳｉソースガス供給源２２ａが接続されており、配管２２の途中には、流量制御器２２ｂおよび開閉バルブ２２ｃが介在されている。Ｓｉソースガス供給配管２２は、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるガス分散ノズル２４に接続されている。ここではガス分散ノズル２４は２本設けられており（図４参照）、各ガス分散ノズル２４には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔２４ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔２４ａから水平方向に処理容器１内に略均一にガスを吐出することができるようになっている。なお、ガス分散ノズル２４は１本のみであってもよい。
【００６１】
また、第２ガス供給機構１５には、処理容器１内へシリコン膜を除去する除去用ガスを処理ガスとして供給する処理ガス供給配管２７が設けられてもよい。処理ガス供給配管２７には処理ガス供給源２７ａが接続されており、配管２７の途中には、流量制御器２７ｂおよび開閉バルブ２７ｃが介在されている。処理ガス供給配管２７も、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるガス分散ノズル２４に接続されている。
【００６２】
第３ガス供給機構１６は、処理容器１内へパージガスを供給するパージガス供給配管２５を有している。パージガス供給配管２５にはパージガス供給源２５ａが接続されており、配管２５の途中には、流量制御器２５ｂおよび開閉バルブ２５ｃが介在されている。また、パージガス供給配管２５は、マニホールド３の側壁を貫通して設けられたパージガスノズル２６に接続されている。
【００６３】
上記処理容器１の側壁の一部には、供給されたガスのプラズマを形成するプラズマ生成機構３０が形成されている。このプラズマ生成機構３０は、上記処理容器１の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長く形成された開口３１をその外側より覆うようにして処理容器１の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁３２を有している。プラズマ区画壁３２は、断面凹部状をなし上下に細長く形成され、例えば石英で形成されている。また、プラズマ生成機構３０は、このプラズマ区画壁３２の両側壁の外面に上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極３３と、このプラズマ電極３３に給電ライン３４を介して接続され高周波電力を供給する高周波電源３５とを有している。そして、上記プラズマ電極３３に高周波電源３５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより酸素含有ガスのプラズマが発生し得る。なお、この高周波電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。
【００６４】
上記のようなプラズマ区画壁３２を形成することにより、処理容器１の側壁の一部が凹部状に外側へ窪ませた状態となり、プラズマ区画壁３２の内部空間が処理容器１の内部空間に一体的に連通された状態となる。また、開口３１は、ウェハボート５に保持されている全てのウェハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
【００６５】
上記酸素含有ガスを吐出する分散ノズル２１は、処理容器１内を上方向に延びている途中で処理容器１の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ区画壁３２内の最も奥の部分（処理容器１の中心から最も離れた部分）に沿って上方に向けて起立されている。このため、高周波電源３５がオンされて両電極３３間に高周波電界が形成された際に、ガス分散ノズル２１のガス噴射孔２１ａから吐出された酸素ガスがプラズマ化されて処理容器１の中心に向けて拡散しつつ流れる。
【００６６】
上記プラズマ区画壁３２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー３６が取付けられている。また、この絶縁保護カバー３６の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、例えば冷却された窒素ガスを流すことにより上記プラズマ電極３３を冷却し得るようになっている。
【００６７】
上記２本のガス分散ノズル２４は、処理容器１の内側壁上記開口３１を挟む位置に起立して設けられており、このガス分散ノズル２４に形成された複数のガス吐出孔２４ａより処理容器１の中心方向に向けてＳｉソースガスとして１分子内に１個または２個のアミノ基を有するアミノシランガスを吐出し得るようになっている。
【００６８】
一方、処理容器１の開口３１の反対側の部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口３７が設けられている。この排気口３７は処理容器１の側壁を上下方向へ削り取ることによって細長く形成されている。処理容器１のこの排気口３７に対応する部分には、排気口３７を覆うように断面凹部状に成形された排気口カバー部材３８が溶接により取付けられている。この排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１の上方にガス出口３９を規定している。そして、このガス出口３９から図示しない真空ポンプ等を含む真空排気機構により真空引きされる。そして、この処理容器１の外周を囲むようにしてこの処理容器１およびその内部のウェハＷを加熱する筐体状の加熱装置４０が設けられている。
【００６９】
成膜装置８０の各構成部の制御、例えば開閉バルブの開閉による各ガスの供給・停止、流量制御器によるガス流量の制御、および高周波電源３５のオン・オフ制御、加熱装置４０の制御等は例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ５０により行われる。コントローラ５０には、工程管理者が成膜装置８０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置８０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザインターフェース５１が接続されている。
【００７０】
また、コントローラ５０には、成膜装置８０で実行される各種処理をコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置８０の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶部５２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００７１】
そして、必要に応じて、ユーザインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してコントローラ５０に実行させることで、コントローラ５０の制御下で、成膜装置８０での所望の処理が行われる。
【００７２】
次に、以上のように構成された成膜装置８０を用いて行われる本実施の形態に係るＳｉＮの形成工程（積層工程）及びアモルファスカーボン膜の成膜工程について説明する。
【００７３】
最初に、図５を参照し、成膜装置８０を用いたＳｉＮ膜の形成工程（積層工程）について説明する。図５は、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を説明するための図であり、被エッチング膜を成膜するときのガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００７４】
ＳｉＮ膜の成膜に際しては、第２ガス供給機構１５によりシリコンソースガスを処理容器１内に導入するとともに、第１ガス供給機構１４から酸素含有ガスまたは窒素含有ガスを導入してＳｉＮ膜を成膜する。
【００７５】
シリコンソースとしては、有機系シリコン、例えば、エトキシシランガスやアミノシランガスを用いることができる。エトキシシランとしては、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を挙げることができる。アミノシランとしては、例えばＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）を挙げることができる。
【００７６】
また、第１ガス供給機構１４から窒素含有ガスをプラズマ生成機構３０の内部空間に供給し、そこで窒素含有ガスを励起させてからプラズマ化し、その窒素含有プラズマによりシリコンソースガスを窒化させてＳｉＮ膜を成膜する。
【００７７】
このＳｉＮ膜は、Ｓｉソースガスと窒素含有ガスとを同時に供給して成膜することができるが、成膜温度を低下させる観点から、図５に示すように、Ｓｉソースガスを流してＳｉソースガスを吸着させる工程Ｓ１と、窒素含有ガスを処理容器１に供給してＳｉソースガスを窒化させる工程Ｓ２とを交互に繰返し、これらの間で処理容器１内から処理容器１内に残留するガスをパージする工程Ｓ３を実施するＭＬＤ（Molecular Layered Deposition）の手法を採用することが望ましい。
【００７８】
具体的には、工程Ｓ１においては、上述したようなＳｉソースガスを第２ガス供給機構１５のＳｉソースガス供給配管２２およびガス分散ノズル２４を介してガス吐出孔２４ａから処理容器１内にＴ１の期間供給して、半導体ウェハＷ（半導体基板１０１）上にＳｉソースを吸着させる。このときの条件は、ＳｉＮ膜を成膜する際の上記工程Ｓ１の条件に準じて行われる。すなわち、期間Ｔ１は１〜３００ｓｅｃが例示される。また、この際の処理容器１内の圧力は、１．３３〜３９９０Ｐａが例示される。Ｓｉソースガスの流量は１〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が例示される。
【００７９】
工程Ｓ２の窒素含有ガスを供給する工程においては、第１ガス供給機構１４の窒素含有ガス供給配管１８およびガス分散ノズル２１を介して窒素含有ガスとして例えばＮＨ３ガスをガス吐出孔２１ａから吐出し、このとき、プラズマ生成機構３０の高周波電源３５をオンにして高周波電界を形成し、この高周波電界により窒素含有ガス、例えばＮＨ３ガスをプラズマ化する。そして、このようにプラズマ化された窒素含有ガスが処理容器１内に供給される。これにより、半導体ウェハＷ（半導体基板１０１）に吸着されたＳｉソースが窒化されてＳｉＮが形成される。この処理の期間Ｔ２は１〜３００ｓｅｃの範囲が例示される。また、この際の処理容器１内の圧力は１．３３〜３９９０Ｐａが例示され、窒素含有ガスの流量は半導体ウェハＷの搭載枚数によっても異なるが、１００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が例示される。また、高周波電源３５の周波数は１３．５６ＭＨｚが例示され、パワーとしては１０〜１０００Ｗが採用される。
【００８０】
また、工程Ｓ１と工程Ｓ２との間に行われる工程Ｓ３は、工程Ｓ１の後または工程Ｓ２の後に処理容器１内に残留するガスを除去して次の工程において所望の反応を生じさせる工程であり、処理容器１内を真空排気しつつ第３ガス供給機構１６のパージガス供給源２５ａからパージガス供給配管２５およびパージガスノズル２６を介してパージガスとして不活性ガス例えばＮ２ガスを供給することにより行われる。この工程Ｓ３の時間Ｔ３としては１〜６０ｓｅｃが例示される。また、パージガス流量としては０．１〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が例示される。なお、この工程Ｓ５は処理容器１内に残留しているガスを除去することができれば、パージガスを供給せずに全てのガスの供給を停止した状態で真空引きを継続して行うようにしてもよい。ただし、パージガスを供給することにより、短時間で処理容器１内の残留ガスを除去することができる。なお、この際の処理容器１内の圧力は０．１３３〜６６５Ｐａが例示される。
【００８１】
このようなＭＬＤの手法により、３００℃以下の低温でＳｉＮ膜を成膜することができ、条件を最適化することにより１００℃以下の極低温でも成膜可能となる。
【００８２】
あるいはＳｉソースガスと窒素含有ガスを同時に供給してＳｉＮ膜を成膜してもよい。この場合の処理容器１内の圧力は７〜１３４３Ｐａ程度、Ｓｉソースガスの流量は１〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度、窒素含有ガスの流量は５〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度が例示される。ただし、この場合の成膜温度は４００〜８００℃程度の比較的高い温度が必要である。
【００８３】
次に、成膜装置８０を用いたアモルファスカーボン膜の成膜方法について説明する。
【００８４】
アモルファスカーボン膜の成膜処理においては、カーボンソースガス供給源１９ａからカーボンソースガス供給配管１９を介して所定のカーボンソースガスを処理容器１内に導入し、プラズマ生成機構３０にてプラズマ化し、半導体基板１０１（ウェハＷと同じ）上に形成された被エッチング膜１０２上にプラズマＣＶＤによりアモルファスカーボン膜を成膜する。この際に、パージガス供給配管２５を介して希釈ガスとしてＮ２ガスを処理容器１内に導入してもよい。この際のプラズマ生成機構３０における高周波電力の周波数およびパワーは、必要な反応性に応じて適宜設定すればよい。プラズマ化されたガスは反応性が高いため、成膜温度を低下させることが可能である。なお、プラズマ生成は必須ではなく、反応性が十分な場合には、熱ＣＶＤによる成膜であってもよい。
【００８５】
カーボンソースガス（原料ガス）としては、反応によりカーボンを成膜することができるものであればよく、典型的には炭化水素ガスを含む処理ガスを用いる。炭化水素ガスとしては、エチレン（Ｃ２Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ブチン（Ｃ４Ｈ６）等を用いることができ、炭化水素ガス以外のガスとしては、Ａｒガスのような不活性ガスや水素ガス等を用いることができる。
【００８６】
アモルファスカーボン膜を成膜する際のチャンバ内圧力は、６６６７〜６６６６６５Ｐａが好ましい。また、アモルファスカーボン膜を成膜する際の基板温度は、８００℃以下が好ましく、６００〜７００℃がより好ましい。
【００８７】
次に、成膜装置８０を用いて行われる本実施の形態に係るシリコン膜除去工程について説明する。すなわち、本実施の形態では、シリコン膜除去工程を、成膜工程を行う成膜装置内で行うことができる。シリコン膜除去工程を、成膜工程を行う成膜装置内で行うことにより、シリコン膜除去工程に用いる処理装置を別途用意する必要がなく、半導体製造装置全体の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００８８】
まず、処理容器１内を所定の温度、例えば３００℃に設定する。また、パージガス供給配管２５から処理容器１内に所定量の窒素を供給した後、カーボン膜をエッチバックした半導体基板１０１が収容されているウェハボート５を蓋部９上に載置し、図示しない昇降機構により蓋部９を上昇させ、ウェハボート５を処理容器１内にロードする。
【００８９】
次に、パージガス供給配管２５から処理容器１内に所定量の窒素を供給するとともに、処理容器１内を所定の温度に設定する。処理容器１内の温度は、後述する除去工程で処理容器１内に供給される除去用ガスとしての塩素（Ｃｌ２）を活性化可能な温度であることが好ましく、例えば、３５０℃以上であることが好ましい。このため、処理容器１内の温度としては、３５０℃〜５００℃に設定することが好ましい。ただし、処理容器１内の温度が３５０℃より低くても、塩素を処理容器１内の熱以外の方法で活性化させることも可能であり、処理容器１内の温度を３５０℃より低くしてもかまわない。
【００９０】
また、処理容器１内のガスを排出し、処理容器１を所定の圧力、例えば１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、処理容器１の温度及び圧力操作を、処理容器１が所定の圧力及び温度で安定するまで行う。
【００９１】
処理容器１内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給配管２５からの窒素の供給を停止するとともに、処理ガス供給配管２７から塩素を含むガスからなる除去用ガスを処理容器１内に導入する。本実施の形態では、塩素を所定量、例えば０．２５Ｌ／ｍｉｎと、希釈ガスとしての窒素を所定量、例えば３Ｌ／ｍｉｎとからなる除去用ガスを処理容器１内に導入する。
【００９２】
処理容器１内に導入された除去用ガスは処理容器１内で加熱され、除去用ガスに含まれる塩素が活性化する。活性化された塩素は、アモルファスシリコン膜をエッチングする。
【００９３】
ここで、アモルファスシリコン膜の除去に活性化された塩素を用いているので、石英をほとんどエッチングしない。このため、除去工程において、処理容器１等の部材がエッチングされることがない。また、処理容器１等の部材に水を起因とする錆の発生を防止することができる。
【００９４】
除去工程での処理容器１内の圧力は、１３３Ｐａ〜２６．６ｋＰａ（１Ｔｏｒｒ〜２００Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。塩素の流量は、０．０５Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。窒素の流量は、０．６Ｌ／ｍｉｎ〜３Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。また、塩素と窒素との流量比は、１：１〜１：１２であることが好ましい。
【００９５】
シリコン膜除去工程が終わると、パージガス供給配管２５から処理容器１内に所定の窒素を供給して、処理容器１内の圧力を常圧に戻す。最後に、図示しない昇降機構により蓋部９を下降させることにより、アンロードする。
【００９６】
なお、本実施の形態では、塩素が活性化可能な温度に加熱された処理容器１内に塩素を含む処理用ガスを供給して、処理用ガス中の塩素を活性化させる場合を説明したが、処理ガス導入管に活性化手段を設け、活性化された塩素を含むガスを処理容器１内に供給してもよい。この場合、除去工程における処理容器１内の温度を低くしても活性化された塩素を半導体ウェハＷに供給することができるので、除去工程の低温化を図ることができる。活性化手段としては、プラズマ発生手段、紫外線発生手段、触媒活性化手段等がある。
【００９７】
また、本実施の形態では、処理用ガスに塩素と窒素との混合ガスを用いた場合を説明したが、塩素を含むガスであればよい。また、希釈ガスとしての窒素ガスを含む場合を説明したが、希釈ガスを含まなくてもよい。ただし、希釈ガスを含むことにより処理時間の設定が容易になることから、希釈ガスを含むことが好ましい。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素ガスの他に、例えば、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）ガスが適用できる。
【００９８】
次に、図６から図９を参照し、本実施の形態において、側壁部の形状の対称性を高めることができ、被エッチング膜のエッチング加工の加工精度を向上させることができる効果について説明する。以下では、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体の製造方法を行った後の各パターンの幅寸法等を測定して評価を行ったので、その評価結果について説明する。
【００９９】
実施例として、図１に示すように、成膜工程、エッチバック工程及びシリコン膜除去工程を含む、積層工程からカーボン膜除去工程までの各工程を行った。実施例における成膜工程、エッチバック工程及びシリコン膜除去工程の条件を以下に示す。
（Ａ）成膜工程
原料ガス：エチレン（Ｃ２Ｈ２）
基板温度：８００℃
成膜装置内圧力：５０Ｔｏｒｒ
ガス流量：２０００ｓｃｃｍ
供給時間：９２３ｓｅｃ
（Ｂ）エッチバック工程
エッチングガス：Ｏ２ガス
基板温度：３０℃
成膜装置内圧力：２０ｍＴｏｒｒ
ガス流量：１００ｍｓｃｃｍ
高周波電源周波数（上部電極／下部電極）：６０／１３ＭＨｚ
高周波電源パワー（上部電極／下部電極）：６００／５０Ｗ
（Ｃ）シリコン膜除去工程
原料ガス：塩素ガス（Ｃｌ２）
基板温度：３００℃
成膜装置内圧力：４０Ｐａ
ガス流量：２０００ｓｃｃｍ
供給時間：５ｈｏｕｒ
図６に、実施例で（Ａ）成膜工程を行った後のパターンを走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて撮影した写真を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、レジストパターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。カーボン膜１０６がシリコン膜１０３よりなるシリコン膜パターン１０３ｂの表面を等方的に被覆するように形成されていることが分かる。
【０１００】
図７に、実施例で（Ｂ）エッチバック工程を行った後のシリコン膜パターンをＳＥＭを用いて撮影した写真を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、シリコン膜パターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。シリコン膜パターン１０３ｂの第１のライン部１０３ａの幅寸法をＣＤ（図２Ｃ（ｉ）で説明したＤに等しい）とし、第１のライン部１０３ａの側壁部１０６ａよりも高く突き出した部分の高さ寸法（肩落ち高さ寸法）をΔＨとする。
【０１０１】
図７に示すように、実施例を行った結果、ＣＤ１（＝Ｄ）＝１８ｎｍ、ΔＨ＝１２ｎｍの値が得られた。また、図７に示すように、シリコン膜１０３よりなる第１のライン部１０３ａが先細りしてカーボン膜１０６よりなる側壁部１０６ａが湾曲してカニ爪のように非対称的な形状になっていない。また、肩落ち形状に優れている。
【０１０２】
これは、フォトレジスト膜に比べてシリコン膜が化学的に安定であり、成膜工程、エッチバック工程において、シリコン膜１０３よりなる第１のライン部１０３ａの先端が選択的にエッチングされて先細りすることがないためである。また、シリコン膜１０３に対するカーボン膜１０６のエッチングレートの比（選択比）が高いため、カーボン膜１０６をエッチバックして第１のライン部１０３ａの上部から除去した後、更にカーボン膜１０６をエッチバックする際に、シリコン膜１０３をエッチングすることがなく、シリコン膜１０３の形状が保存されることによる。
【０１０３】
図８に実施例で（Ｃ）シリコン膜除去工程を行った後、更に被エッチング膜エッチング工程及びカーボン膜除去工程を行った後のパターンをＳＥＭを用いて撮影した写真を示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、被エッチング膜よりなるパターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。被エッチング膜１０２よりなるパターン１０９のライン幅及びスペース幅のそれぞれの寸法を、ＣＤ２（図２Ｃ（ｌ）で説明したＬ１に等しい）及びＣＤ３（図２Ｃ（ｌ）で説明したＳ１に等しい）とする。
【０１０４】
図８に示すように、実施例を行った結果、ＣＤ２（＝Ｌ１）＝１８ｎｍ、ＣＤ３（Ｓ１）１４ｎｍの値が得られた。また、図８に示すように、被エッチング膜１０２よりなるパターン１０９も、先端まで略同様のＣＤ２を有し、先細りしておらず、断面形状に優れている。
【０１０５】
これは、カーボン膜１０６に対する被エッチング膜（ＳｉＮ膜）１０２のエッチングレートの比（選択比）が高く、図２Ｃ（ｋ）に示したように、被エッチング膜エッチング工程においてカーボン膜１０６の側壁部１０６ａよりなるマスクパターン１０８を残したまま被エッチング膜１０２をエッチングすることができるためである。また、カーボン膜１０６の選択比が高いことにより、カーボン膜１０６の膜厚を小さくすることができる。
【０１０６】
一方、実施例の（Ａ）成膜工程に代え、レジストパターンの表面を等方的に被覆するように、シリコン酸化膜を成膜する比較例を行った。図９に比較例でシリコン酸化膜を成膜した後のパターンを走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて撮影した写真を示す。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、レジストパターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。比較例では、半導体基板２０１上に、ＳｉＮ膜よりなる被エッチング膜２０２、反射防止膜２０４を順次積層し、その上にレジスト膜２０５を成膜し、レジスト膜２０５をパターニングしたレジストパターン２０５ａ上にシリコン酸化膜２０６を成膜した状態を示す。
【０１０７】
比較例では、レジストパターン２０５ａの先端が先細りしており、実施例におけるシリコン膜パターン１０３ｂのように先端が矩形形状になっていない。このような先細りしたレジストパターン２０５ａの表面を等方的に被覆するようにシリコン酸化膜２０６を成膜するため、その後シリコン酸化膜２０６がレジストパターン２０５ａの側壁部として残存するようにエッチバックしたときに、側壁部が非対称的になり、側壁部の下方の被エッチング膜２０２をエッチングするときの加工精度を向上させることができない。
【０１０８】
従って、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法及び半導体装置の製造方法によれば、成膜工程、エッチバック工程において、シリコン膜よりなる第１のライン部の先端が選択的にエッチングされて先細りすることがないため、側壁部の形状の対称性を高めることができる。また、側壁部として被エッチング膜に対して高い選択比を有しているカーボン膜を用いて被エッチング膜をエッチングすることができる。従って、被エッチング膜のエッチングの加工精度を向上させることができる。
【０１０９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
８０ 成膜装置
１０１ 半導体基板
１０２ 被エッチング膜
１０３ シリコン膜
１０３ａ 第１のライン部
１０３ｂ シリコン膜パターン
１０４ 反射防止膜
１０５ フォトレジスト膜
１０５ａ、１０５ｂ レジストパターン
１０６ カーボン膜
１０８ マスクパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及びそれに含まれるマスクパターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化に伴って、製造プロセスに要求される配線や分離幅のパターンは、微細化される傾向にある。このような微細なパターン（以下、「微細パターン」という。）は、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクパターンに用いて下地の各種薄膜をエッチングすることで形成される。マスクパターンを形成するためにはフォトリソグラフィ技術が重要であり、近時の半導体デバイスの微細化は、フォトリソグラフィ技術の解像限界以下を要求するまでに至っている。
【０００３】
このようなフォトリソグラフィ技術の解像限界以下の微細なマスクパターンを形成する方法として、所謂ダブルパターニング法（ダブルパターニングプロセス）がある。ダブルパターニング法は、第１のマスクパターン形成ステップと、この第１のマスクパターン形成ステップの後に行われる第２のマスクパターン形成ステップの２段階のパターニングを行うことによって、１回のパターニングでエッチングマスクを形成する場合より微細な間隔を形成するものである。
【０００４】
また、あるパターンの両側に形成した側壁部をマスクとして使用するＳＷＰ（Side Wall Process）法により、元のレジストパターンよりも微細なピッチを有するマスクパターンを形成する方法も知られている。この方法は、まずフォトレジスト膜を成膜してライン部が配列したレジストパターンを形成し、このレジストパターンの表面を等方的に被覆するように、シリコン酸化膜等を形成した後、レジストパターンの側壁を被覆する側壁部にのみシリコン酸化膜が残るようにエッチバックし、この後、フォトレジスト膜のパターンを除去して、残った側壁部であるシリコン酸化膜をマスクパターンとするものである（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のように、レジストパターンの表面を被覆するようにシリコン酸化膜を成膜する成膜プロセスをＳＷＰに組合せる場合、次のような問題がある。
【０００７】
マスクパターンを構成する側壁部をレジストパターンの側壁として形成する場合、レジストパターンをトリミングする工程、シリコン酸化膜を成膜する工程、又はシリコン酸化膜をエッチバックする工程において、レジストパターンを構成するライン部の先端が先細りするため、ライン部の両側の側壁部がライン部の中心に向け曲がってしまい、カニの爪のように非対称的な形状になってしまう場合がある。非対称的な形状の側壁部を用いて被エッチング膜をエッチングする場合には、その前に側壁部の先端のみを形状加工して対称的な形状にするネイルクリーンとも呼ばれる形状加工工程を追加しなければならない場合がある。また、形状加工工程を行ってもなお、側壁部が非対称な形状を有している場合には、側壁部の下方の膜をエッチングするときの加工精度が低下する場合がある。
【０００８】
また、シリコン酸化膜を側壁部として使用する場合、シリコン酸化膜に対する被エッチング膜のエッチングレートの比（選択比）を高くすることができないため、シリコン酸化膜の膜厚を大きくしなければならない場合がある。その場合、側壁部の幅寸法も大きくなるため、側壁部よりなるマスクパターンのライン幅及びスペース幅を小さくすることが困難な場合がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＳＷＰにおいて、側壁部の形状の対称性を高め、被エッチング膜をエッチングするときの加工精度を向上させることができるマスクパターンの形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係るマスクパターンの形成方法は、基板上の被エッチング膜の上に形成されたシリコン膜よりなる第１のライン部が配列したシリコン膜パターンの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜を成膜する成膜工程と、前記カーボン膜を前記第１のライン部の上部から除去すると共に、前記第１のライン部の側壁部として残存するように、前記カーボン膜をエッチバックするエッチバック工程と、前記第１のライン部を除去し、前記側壁部が配列したマスクパターンを形成するシリコン膜除去工程とを有する。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係るマスクパターンの形成方法を行って形成した前記マスクパターンを用いて、前記被エッチング膜よりなるパターンを形成する被エッチング膜パターン形成工程を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マスクパターンを形成し、ＳＷＰを行う場合において、側壁部の形状の対称性を高め、被エッチング膜をエッチングするときの加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２Ａ】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図（その１）である。
【図２Ｂ】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図（その２）である。
【図２Ｃ】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図（その３）である。
【図３】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置の構成を模式的に示す横断面図である。
【図５】実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を説明するための図であり、被エッチング膜を成膜するときのガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】実施例で成膜工程を行った後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【図７】実施例でエッチバック工程を行った後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【図８】実施例でシリコン膜除去工程を行った後、更に被エッチング膜エッチング工程及びカーボン膜除去工程を行った後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【図９】比較例でレジストパターンの表面を被覆するようにシリコン酸化膜を成膜した後のパターンを撮影した写真及び写真を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（実施の形態）
図１乃至図４を参照し、本発明の実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明する。
【００１６】
初めに、図１から図２Ｃを参照し、本発明の実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図２Ａから図２Ｃは、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各工程における半導体基板の構造を模式的に示す断面図である。また、図１の、ステップＳ１１からステップＳ２２の各々の工程が行われた後の半導体基板の構造は、図２Ａ（ａ）から図２Ｃ（ｌ）の各々の断面図で示される構造に対応する。
【００１８】
本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法は、図１に示すように、積層工程（ステップＳ１１）、有機膜パターン形成工程（ステップＳ１２及びステップＳ１３）、第１のパターン形成工程（ステップＳ１４からステップＳ１７）、成膜工程（ステップＳ１８）、エッチバック工程（ステップＳ１９）、シリコン膜除去工程（ステップＳ２０）、被エッチング膜エッチング工程（ステップＳ２１）、及びカーボン膜除去工程（ステップＳ２２）を含む。
【００１９】
有機膜パターン形成工程（ステップＳ１２及びステップＳ１３）は、有機膜形成工程（ステップＳ１２）及びパターニング工程（ステップＳ１３）を含む。第１のパターン形成工程（ステップＳ１４からステップＳ１７）は、トリミング工程（ステップＳ１４）、反射防止膜エッチング工程（ステップＳ１５）、シリコン膜エッチング工程（ステップＳ１６）、及び反射防止膜除去工程（ステップＳ１７）を含む。
【００２０】
なお、積層工程（ステップＳ１１）からシリコン膜除去工程（ステップＳ２０）までが、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法に相当する。
【００２１】
ステップＳ１１は、半導体基板１０１上に、被エッチング膜１０２、シリコン膜１０３、及び反射防止膜１０４を順次積層する工程である。図２Ａ（ａ）は、ステップＳ１１が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００２２】
ステップＳ１１では、図２Ａ（ａ）に示すように、半導体基板１０１上に、下から順に被エッチング膜１０２、シリコン膜１０３、反射防止膜１０４を積層する。被エッチング膜１０２は、パターンが形成され、その後半導体基板１０１に種々の加工工程を行う場合のマスクとして機能する。シリコン膜１０３は、第１のライン部が配列されたシリコン膜パターンが形成され、第１のライン部の側壁部としてカーボン膜よりなるマスクパターンを形成するためのものである。反射防止膜１０４は、その上に形成されるフォトレジスト膜１０５のフォトリソグラフィを行う際の反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）である。
【００２３】
なお、半導体基板１０１は、半導体、例えば、シリコン基板のみを示すものではなく、半導体基板内、又は半導体基板上に形成された半導体素子や集積回路パターンに対応した導電膜、これらを絶縁する層間絶縁膜が形成された構造体とを含む、と定義する。
【００２４】
被エッチング膜１０２の材質は、特に限定されるものではないが、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）を含む膜を用いることができる。また、被エッチング膜１０２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１０〜１０００ｎｍとすることができる。
【００２５】
シリコン膜１０３として、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンを含む膜を用いることができる。また、シリコン膜１０３の厚さは、特に限定されるものでなく、例えば５０〜１０００ｎｍとすることができる。
【００２６】
反射防止膜１０４の材質は、特に限定されるものでなく、例えばスピンオンにより成膜された熱硬化性樹脂や架橋剤を含む広範な有機系の材料を用いることができる。また、反射防止膜１０４の厚さは、特に限定されるものでなく、例えば２０〜１５０ｎｍとすることができる。
【００２７】
ステップＳ１２は、反射防止膜１０４上にフォトレジスト膜１０５を成膜する工程である。図２Ａ（ｂ）は、ステップＳ１２が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００２８】
フォトレジスト膜１０５の材質は、例えばＡｒＦレジストを用いることができる。また、フォトレジスト膜１０５の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍとすることができる。
【００２９】
次に、ステップＳ１３のパターニング工程を行う。ステップＳ１３では、成膜されたフォトレジスト膜１０５を露光、現像してフォトレジスト膜１０５よりなるレジストパターン１０５ａを形成する。また、図２Ａ（ｃ）は、ステップＳ１３が行われた後の微細パターンの構造を示す断面図である。
【００３０】
図２Ａ（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜１０５よりなり、ライン幅Ｌ２及びスペース幅Ｓ２を有する第２のライン部が配列したレジストパターン１０５ａが形成される。レジストパターン１０５ａは、反射防止膜１０４をエッチングする工程におけるマスクとして機能する。レジストパターン１０５ａのライン幅Ｌ２及びスペース幅Ｓ２は、特に限定されるものではなく、共に例えば４０ｎｍとすることができる。
【００３１】
次に、ステップＳ１４のトリミング工程を行う。ステップＳ１４では、フォトレジスト膜１０５よりなるレジストパターン１０５ａをトリミング処理し、フォトレジスト膜１０５よりなるレジストパターン１０５ｂを形成する。また、図２Ａ（ｄ）は、ステップＳ１４が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３２】
なお、トリミング処理は、本発明における形状加工工程における形状を加工する処理に相当し、スリミング処理ともいう。
【００３３】
トリミング処理の方法は、特に限定されるものではなく、トリミング処理の条件の一例は、酸素ラジカル、又はオゾンガスを含む雰囲気中、温度は室温〜１００℃である。また、図２Ａ（ｃ）及び図２Ａ（ｄ）に示すように、トリミング処理されてできるレジストパターン１０５ｂのライン幅Ｌ３は、トリミング処理を行う前のレジストパターン１０５ａのライン幅Ｌ２に比べ細くなるので、レジストパターン１０５ｂのライン幅Ｌ３及びスペース幅Ｓ３と、レジストパターン１０５ａのライン幅Ｌ２及びスペース幅Ｓ２との大小関係は、Ｌ３＜Ｌ２、Ｓ３＞Ｓ２となる。Ｌ３及びＳ３の値は、特に限定されるものではなく、例えばＬ３を２０ｎｍ、Ｓ３を６０ｎｍとすることができる。
【００３４】
次に、ステップＳ１５の反射防止膜エッチング工程を行う。ステップＳ１５では、トリミングしたレジストパターン１０５ｂをマスクとして反射防止膜１０４をエッチングして、反射防止膜１０４よりなり、ライン幅Ｌ３及びスペース幅Ｓ３を有する反射防止膜パターン１０４ａを形成する。また、図２Ｂ（ｅ）は、ステップＳ１５が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３５】
なお、反射防止膜パターン１０４ａのそれぞれのライン部の上部には、エッチングによってレジストパターン１０５ｂが完全に除去されず、残存してもよい。
【００３６】
次に、ステップＳ１６のシリコン膜エッチング工程を行う。ステップＳ１６では、反射防止膜パターン１０４ａをマスクとしてシリコン膜１０３をエッチングして、シリコン膜１０３よりなり、ライン幅Ｌ３及びスペース幅Ｓ３を有する第１のライン部１０３ａが配列したシリコン膜パターン１０３ｂを形成する。また、図２Ｂ（ｆ）は、ステップＳ１６が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３７】
次に、ステップＳ１７の反射防止膜除去工程を行う。ステップＳ１７では、シリコン膜パターン１０３ｂのそれぞれのライン部の上部に残存する反射防止膜１０４を除去する。また、図２Ｂ（ｇ）は、ステップＳ１７が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３８】
次に、ステップＳ１８の工程を含む成膜工程を行う。ステップＳ１８では、シリコン膜パターン１０３ｂの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜１０６を成膜する。また、図２Ｂ（ｈ）は、ステップＳ１８の工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００３９】
図２Ｂ（ｈ）に示すように、シリコン膜パターン１０３ｂが形成されている場所及び形成されていない場所を含め、基板全面にカーボン膜１０６が成膜される。このとき、シリコン膜パターン１０３ｂの第１のライン部１０３ａの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜１０６が成膜される。従って、第１のライン部１０３ａの側面にもカーボン膜１０６が成膜される。このときのカーボン膜１０６の厚さ寸法をＤとすると、第１のライン部１０３ａの側面を被覆するカーボン膜１０６の幅寸法もＤとなる。カーボン膜１０６の厚さ寸法Ｄは、特に限定されるものではなく、例えば２０ｎｍとすることができる。
【００４０】
カーボン膜１０６として、アモルファスカーボン膜を成膜することができる。また、アモルファスカーボン膜の成膜工程を行う成膜装置については、図３及び図４を用いて後で説明する。
【００４１】
次に、ステップＳ１９のエッチバック工程を行う。ステップＳ１９では、カーボン膜１０６を第１のライン部１０３ａの上部から除去すると共に、第１のライン部１０３ａの側壁部１０６ａとしてのみ残るように、カーボン膜１０６をエッチングする。また、図２Ｃ（ｉ）は、ステップＳ１９の工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００４２】
図２Ｃ（ｉ）に示されるように、カーボン膜１０６をエッチバックし、カーボン膜１０６を第１のライン部１０３ａの上部から除去し、そのまま更にカーボン膜１０６をエッチバックし、カーボン膜１０６が、第１のライン部１０３ａの側面を被覆する側壁部１０６ａとしてのみ残った状態とする。カーボン膜１０６のエッチバックするときのエッチング方法は、特に限定されるものではなく、処理ガスとして、例えば、酸素ガス（Ｏ２）等の酸素を含むガス、あるいは酸素を含むガスに、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガス、Ａｒガス等を添加したガスを用いて行うことができる。第１のライン部１０３ａの上部から除去し、第１のライン部１０３ａよりなるシリコン膜パターン１０３ｂの側壁部１０６ａのみが残るようにエッチングするため、シリコン膜パターン１０３ｂ及び側壁部１０６ａよりなるパターン１０７が形成される。パターン１０７のライン幅をＬ４、スペース幅をＳ４とすると、レジストパターン１０５ｂのライン幅Ｌ３が２０ｎｍ、側壁部１０５ａの厚さＤが２０ｎｍである場合、Ｌ４＝Ｌ３＋Ｄ×２、Ｓ４＝Ｌ３＋Ｓ３−Ｌ４であるため、Ｌ４を６０ｎｍ、Ｓ４を２０ｎｍとすることができる。
【００４３】
また、成膜工程、エッチバック工程において、シリコン膜１０３よりなる第１のライン部１０３ａの先端が先細りしないため、第１のライン部１０３ａは、側壁部１０５ａよりも高く突き出した部分を有する。この突き出した部分の高さをΔＨとする。
【００４４】
なお、エッチバックとは、エッチングにより膜の表面を厚さ方向（基板に垂直な方向）に後退させることをいう。
【００４５】
ステップＳ２０のシリコン膜除去工程を行う。ステップＳ２０では、シリコン膜１０３を除去し、側壁部１０６ａが配列したマスクパターン１０８を形成する。また、図２Ｃ（ｊ）は、シリコン膜除去工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００４６】
図２Ｃ（ｊ）に示すように、ライン幅がＤ、スペース幅がＬ３及びＳ４が交互に現れるようなパターンであるマスクパターン１０８が形成される。本実施の形態では、シリコン膜パターン１０３ｂのライン幅Ｌ３とパターン１０７のスペース幅Ｓ４とを等しくすることにより、マスクパターン１０８のスペース幅はＬ３及びＳ４に等しいＳ１となる。また、Ｄに等しいライン幅をあらためてＬ１とする。前述したように、Ｌ３を２０ｎｍ、Ｓ４を２０ｎｍ、カーボン膜１０６の厚さ寸法（側壁部１０６ａの幅寸法）Ｄを２０ｎｍとすることにより、ライン幅Ｌ１が２０ｎｍ、スペース幅Ｓ１が２０ｎｍのマスクパターン１０８を形成することができる。
【００４７】
シリコン膜１０３のエッチングは、後述するように、Ｃｌ２、Ｃｌ２＋ＨＢｒ、Ｃｌ２＋Ｏ２、Ｃｌ２＋Ｎ２、Ｃｌ２＋ＨＣｌ、ＨＢｒ＋Ｃｌ２＋ＳＦ６等の塩素を含むガス、あるいはＣＦ４＋Ｏ２、ＳＦ６等のその他ハロゲンガスを含むガス、のプラズマを用いて行うことができる。
【００４８】
次に、ステップＳ２１の被エッチング膜エッチング工程を行う。ステップＳ２１では、マスクパターン１０８をマスクとして被エッチング膜１０２をエッチングし、ライン幅Ｌ１及びスペース幅Ｓ１を有するライン部を有するパターン１０９を形成する。また、図２Ｃ（ｋ）は、被エッチング膜エッチング工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００４９】
次に、ステップＳ２２のカーボン膜除去工程を行う。ステップＳ２２では、アッシング又は溶剤によるウェット洗浄を行って、パターン１０９の上部に残存するカーボン膜１０６（マスクパターン１０８）を除去する。また、図２Ｃ（ｌ）は、カーボン膜除去工程が行われた後の半導体基板の構造を示す断面図である。
【００５０】
次に、図３及び図４を参照し、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置について説明する。
【００５１】
図３及び図４は、それぞれ本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法において使用する成膜装置の構成を模式的に示す縦断面図及び横断面図である。なお、図４においては、加熱装置を省略している。
【００５２】
図３及び図４に示すように、成膜装置８０は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有している。この処理容器１の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１内の天井には、石英製の天井板２が設けられて封止されている。また、この処理容器１の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【００５３】
上記マニホールド３は処理容器１の下端を支持しており、このマニホールド３の下方から被処理体として多数枚、例えば５０〜１００枚の半導体ウェハＷを多段に載置可能な石英製のウェハボート５が処理容器１内に挿入可能となっている。このウェハボート５は３本の支柱６を有し（図４参照）、支柱６に形成された溝により多数枚のウェハＷが支持されるようになっている。
【００５４】
このウェハボート５は、石英製の保温筒７を介してテーブル８上に載置されており、このテーブル８は、マニホールド３の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部９を貫通する回転軸１０上に支持される。
【００５５】
そして、この回転軸１０の貫通部には、例えば磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部９の周辺部とマニホールド３の下端部との間には、例えばＯリングよりなるシール部材１２が介設されており、これにより処理容器１内のシール性を保持している。
【００５６】
上記の回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取付けられており、ウェハボート５および蓋部９等を一体的に昇降して処理容器１内に対して挿脱されるようになっている。なお、上記テーブル８を上記蓋部９側へ固定して設け、ウェハボート５を回転させることなくウェハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００５７】
また、成膜装置８０は、第１ガス供給機構１４と、第２ガス供給機構１５と、第３ガス供給機構１６とを有している。
【００５８】
第１ガス供給機構１４は、処理容器１内へ酸素含有ガス、例えばＯ２ガスを供給する酸素含有ガス供給機構１７と、処理容器１内へ窒素含有ガス、例えばＮＨ３ガスを供給する窒素含有ガス供給配管１８と、カーボンソースガスを供給するカーボンソースガス供給配管１９と、配管パージのための不活性ガス、例えばＮ２ガスを供給するパージガス供給配管２０とを有している。
【００５９】
酸素含有ガス供給配管１７には酸素含有ガス供給源１７ａが接続されており、配管１７の途中にはマスフローコントローラのような流量制御器１７ｂおよび開閉バルブ１７ｃが介在されている。窒素含有ガス供給配管１８には窒素含有ガス供給源１８ａが接続されており、配管１８の途中には流量制御器１８ｂおよび開閉バルブ１８ｃが介在されている。カーボンソースガス供給配管１９にはカーボンソースガス供給源１９ａが接続されており、配管１９の途中には流量制御器１９ｂおよび開閉バルブ１９ｃが介在されている。パージガス供給配管２０にはパージガス供給源２０ａが接続されており、配管２０の途中には流量制御器２０ｂおよび開閉バルブ２０ｃが介在されている。酸素含有ガス供給配管１７、窒素含有ガス供給配管１８、およびカーボンソースガス供給配管１９、およびパージガス供給配管２０は、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるガス分散ノズル２１に接続されている。このガス分散ノズル２１の垂直部分には、複数のガス吐出孔２１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔２１ａから水平方向に処理容器１に向けて略均一にガスを吐出することができるようになっている。
【００６０】
第２ガス供給機構１５は、処理容器１内へＳｉソースガスを供給するＳｉソースガス供給配管２２を有している。Ｓｉソースガス供給配管２２にはＳｉソースガス供給源２２ａが接続されており、配管２２の途中には、流量制御器２２ｂおよび開閉バルブ２２ｃが介在されている。Ｓｉソースガス供給配管２２は、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるガス分散ノズル２４に接続されている。ここではガス分散ノズル２４は２本設けられており（図４参照）、各ガス分散ノズル２４には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔２４ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔２４ａから水平方向に処理容器１内に略均一にガスを吐出することができるようになっている。なお、ガス分散ノズル２４は１本のみであってもよい。
【００６１】
また、第２ガス供給機構１５には、処理容器１内へシリコン膜を除去する除去用ガスを処理ガスとして供給する処理ガス供給配管２７が設けられてもよい。処理ガス供給配管２７には処理ガス供給源２７ａが接続されており、配管２７の途中には、流量制御器２７ｂおよび開閉バルブ２７ｃが介在されている。処理ガス供給配管２７も、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるガス分散ノズル２４に接続されている。
【００６２】
第３ガス供給機構１６は、処理容器１内へパージガスを供給するパージガス供給配管２５を有している。パージガス供給配管２５にはパージガス供給源２５ａが接続されており、配管２５の途中には、流量制御器２５ｂおよび開閉バルブ２５ｃが介在されている。また、パージガス供給配管２５は、マニホールド３の側壁を貫通して設けられたパージガスノズル２６に接続されている。
【００６３】
上記処理容器１の側壁の一部には、供給されたガスのプラズマを形成するプラズマ生成機構３０が形成されている。このプラズマ生成機構３０は、上記処理容器１の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長く形成された開口３１をその外側より覆うようにして処理容器１の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁３２を有している。プラズマ区画壁３２は、断面凹部状をなし上下に細長く形成され、例えば石英で形成されている。また、プラズマ生成機構３０は、このプラズマ区画壁３２の両側壁の外面に上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極３３と、このプラズマ電極３３に給電ライン３４を介して接続され高周波電力を供給する高周波電源３５とを有している。そして、上記プラズマ電極３３に高周波電源３５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより酸素含有ガスのプラズマが発生し得る。なお、この高周波電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。
【００６４】
上記のようなプラズマ区画壁３２を形成することにより、処理容器１の側壁の一部が凹部状に外側へ窪ませた状態となり、プラズマ区画壁３２の内部空間が処理容器１の内部空間に一体的に連通された状態となる。また、開口３１は、ウェハボート５に保持されている全てのウェハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
【００６５】
上記酸素含有ガスを吐出する分散ノズル２１は、処理容器１内を上方向に延びている途中で処理容器１の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ区画壁３２内の最も奥の部分（処理容器１の中心から最も離れた部分）に沿って上方に向けて起立されている。このため、高周波電源３５がオンされて両電極３３間に高周波電界が形成された際に、ガス分散ノズル２１のガス噴射孔２１ａから吐出された酸素ガスがプラズマ化されて処理容器１の中心に向けて拡散しつつ流れる。
【００６６】
上記プラズマ区画壁３２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー３６が取付けられている。また、この絶縁保護カバー３６の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、例えば冷却された窒素ガスを流すことにより上記プラズマ電極３３を冷却し得るようになっている。
【００６７】
上記２本のガス分散ノズル２４は、処理容器１の内側壁上記開口３１を挟む位置に起立して設けられており、このガス分散ノズル２４に形成された複数のガス吐出孔２４ａより処理容器１の中心方向に向けてＳｉソースガスとして１分子内に１個または２個のアミノ基を有するアミノシランガスを吐出し得るようになっている。
【００６８】
一方、処理容器１の開口３１の反対側の部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口３７が設けられている。この排気口３７は処理容器１の側壁を上下方向へ削り取ることによって細長く形成されている。処理容器１のこの排気口３７に対応する部分には、排気口３７を覆うように断面凹部状に成形された排気口カバー部材３８が溶接により取付けられている。この排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１の上方にガス出口３９を規定している。そして、このガス出口３９から図示しない真空ポンプ等を含む真空排気機構により真空引きされる。そして、この処理容器１の外周を囲むようにしてこの処理容器１およびその内部のウェハＷを加熱する筐体状の加熱装置４０が設けられている。
【００６９】
成膜装置８０の各構成部の制御、例えば開閉バルブの開閉による各ガスの供給・停止、流量制御器によるガス流量の制御、および高周波電源３５のオン・オフ制御、加熱装置４０の制御等は例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ５０により行われる。コントローラ５０には、工程管理者が成膜装置８０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置８０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザインターフェース５１が接続されている。
【００７０】
また、コントローラ５０には、成膜装置８０で実行される各種処理をコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置８０の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶部５２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００７１】
そして、必要に応じて、ユーザインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してコントローラ５０に実行させることで、コントローラ５０の制御下で、成膜装置８０での所望の処理が行われる。
【００７２】
次に、以上のように構成された成膜装置８０を用いて行われる本実施の形態に係るＳｉＮの形成工程（積層工程）及びアモルファスカーボン膜の成膜工程について説明する。
【００７３】
最初に、図５を参照し、成膜装置８０を用いたＳｉＮ膜の形成工程（積層工程）について説明する。図５は、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を説明するための図であり、被エッチング膜を成膜するときのガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００７４】
ＳｉＮ膜の成膜に際しては、第２ガス供給機構１５によりシリコンソースガスを処理容器１内に導入するとともに、第１ガス供給機構１４から酸素含有ガスまたは窒素含有ガスを導入してＳｉＮ膜を成膜する。
【００７５】
シリコンソースとしては、有機系シリコン、例えば、エトキシシランガスやアミノシランガスを用いることができる。エトキシシランとしては、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を挙げることができる。アミノシランとしては、例えばＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）を挙げることができる。
【００７６】
また、第１ガス供給機構１４から窒素含有ガスをプラズマ生成機構３０の内部空間に供給し、そこで窒素含有ガスを励起させてからプラズマ化し、その窒素含有プラズマによりシリコンソースガスを窒化させてＳｉＮ膜を成膜する。
【００７７】
このＳｉＮ膜は、Ｓｉソースガスと窒素含有ガスとを同時に供給して成膜することができるが、成膜温度を低下させる観点から、図５に示すように、Ｓｉソースガスを流してＳｉソースガスを吸着させる工程Ｓ１と、窒素含有ガスを処理容器１に供給してＳｉソースガスを窒化させる工程Ｓ２とを交互に繰返し、これらの間で処理容器１内から処理容器１内に残留するガスをパージする工程Ｓ３を実施するＭＬＤ（Molecular Layered Deposition）の手法を採用することが望ましい。
【００７８】
具体的には、工程Ｓ１においては、上述したようなＳｉソースガスを第２ガス供給機構１５のＳｉソースガス供給配管２２およびガス分散ノズル２４を介してガス吐出孔２４ａから処理容器１内にＴ１の期間供給して、半導体ウェハＷ（半導体基板１０１）上にＳｉソースを吸着させる。このときの条件は、ＳｉＮ膜を成膜する際の上記工程Ｓ１の条件に準じて行われる。すなわち、期間Ｔ１は１〜３００ｓｅｃが例示される。また、この際の処理容器１内の圧力は、１．３３〜３９９０Ｐａが例示される。Ｓｉソースガスの流量は１〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が例示される。
【００７９】
工程Ｓ２の窒素含有ガスを供給する工程においては、第１ガス供給機構１４の窒素含有ガス供給配管１８およびガス分散ノズル２１を介して窒素含有ガスとして例えばＮＨ３ガスをガス吐出孔２１ａから吐出し、このとき、プラズマ生成機構３０の高周波電源３５をオンにして高周波電界を形成し、この高周波電界により窒素含有ガス、例えばＮＨ３ガスをプラズマ化する。そして、このようにプラズマ化された窒素含有ガスが処理容器１内に供給される。これにより、半導体ウェハＷ（半導体基板１０１）に吸着されたＳｉソースが窒化されてＳｉＮが形成される。この処理の期間Ｔ２は１〜３００ｓｅｃの範囲が例示される。また、この際の処理容器１内の圧力は１．３３〜３９９０Ｐａが例示され、窒素含有ガスの流量は半導体ウェハＷの搭載枚数によっても異なるが、１００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が例示される。また、高周波電源３５の周波数は１３．５６ＭＨｚが例示され、パワーとしては１０〜１０００Ｗが採用される。
【００８０】
また、工程Ｓ１と工程Ｓ２との間に行われる工程Ｓ３は、工程Ｓ１の後または工程Ｓ２の後に処理容器１内に残留するガスを除去して次の工程において所望の反応を生じさせる工程であり、処理容器１内を真空排気しつつ第３ガス供給機構１６のパージガス供給源２５ａからパージガス供給配管２５およびパージガスノズル２６を介してパージガスとして不活性ガス例えばＮ２ガスを供給することにより行われる。この工程Ｓ３の時間Ｔ３としては１〜６０ｓｅｃが例示される。また、パージガス流量としては０．１〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が例示される。なお、この工程Ｓ５は処理容器１内に残留しているガスを除去することができれば、パージガスを供給せずに全てのガスの供給を停止した状態で真空引きを継続して行うようにしてもよい。ただし、パージガスを供給することにより、短時間で処理容器１内の残留ガスを除去することができる。なお、この際の処理容器１内の圧力は０．１３３〜６６５Ｐａが例示される。
【００８１】
このようなＭＬＤの手法により、３００℃以下の低温でＳｉＮ膜を成膜することができ、条件を最適化することにより１００℃以下の極低温でも成膜可能となる。
【００８２】
あるいはＳｉソースガスと窒素含有ガスを同時に供給してＳｉＮ膜を成膜してもよい。この場合の処理容器１内の圧力は７〜１３４３Ｐａ程度、Ｓｉソースガスの流量は１〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度、窒素含有ガスの流量は５〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度が例示される。ただし、この場合の成膜温度は４００〜８００℃程度の比較的高い温度が必要である。
【００８３】
次に、成膜装置８０を用いたアモルファスカーボン膜の成膜方法について説明する。
【００８４】
アモルファスカーボン膜の成膜処理においては、カーボンソースガス供給源１９ａからカーボンソースガス供給配管１９を介して所定のカーボンソースガスを処理容器１内に導入し、プラズマ生成機構３０にてプラズマ化し、半導体基板１０１（ウェハＷと同じ）上に形成された被エッチング膜１０２上にプラズマＣＶＤによりアモルファスカーボン膜を成膜する。この際に、パージガス供給配管２５を介して希釈ガスとしてＮ２ガスを処理容器１内に導入してもよい。この際のプラズマ生成機構３０における高周波電力の周波数およびパワーは、必要な反応性に応じて適宜設定すればよい。プラズマ化されたガスは反応性が高いため、成膜温度を低下させることが可能である。なお、プラズマ生成は必須ではなく、反応性が十分な場合には、熱ＣＶＤによる成膜であってもよい。
【００８５】
カーボンソースガス（原料ガス）としては、反応によりカーボンを成膜することができるものであればよく、典型的には炭化水素ガスを含む処理ガスを用いる。炭化水素ガスとしては、エチレン（Ｃ２Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ブチン（Ｃ４Ｈ６）等を用いることができ、炭化水素ガス以外のガスとしては、Ａｒガスのような不活性ガスや水素ガス等を用いることができる。
【００８６】
アモルファスカーボン膜を成膜する際のチャンバ内圧力は、６６６７〜６６６６６５Ｐａが好ましい。また、アモルファスカーボン膜を成膜する際の基板温度は、８００℃以下が好ましく、６００〜７００℃がより好ましい。
【００８７】
次に、成膜装置８０を用いて行われる本実施の形態に係るシリコン膜除去工程について説明する。すなわち、本実施の形態では、シリコン膜除去工程を、成膜工程を行う成膜装置内で行うことができる。シリコン膜除去工程を、成膜工程を行う成膜装置内で行うことにより、シリコン膜除去工程に用いる処理装置を別途用意する必要がなく、半導体製造装置全体の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００８８】
まず、処理容器１内を所定の温度、例えば３００℃に設定する。また、パージガス供給配管２５から処理容器１内に所定量の窒素を供給した後、カーボン膜をエッチバックした半導体基板１０１が収容されているウェハボート５を蓋部９上に載置し、図示しない昇降機構により蓋部９を上昇させ、ウェハボート５を処理容器１内にロードする。
【００８９】
次に、パージガス供給配管２５から処理容器１内に所定量の窒素を供給するとともに、処理容器１内を所定の温度に設定する。処理容器１内の温度は、後述する除去工程で処理容器１内に供給される除去用ガスとしての塩素（Ｃｌ２）を活性化可能な温度であることが好ましく、例えば、３５０℃以上であることが好ましい。このため、処理容器１内の温度としては、３５０℃〜５００℃に設定することが好ましい。ただし、処理容器１内の温度が３５０℃より低くても、塩素を処理容器１内の熱以外の方法で活性化させることも可能であり、処理容器１内の温度を３５０℃より低くしてもかまわない。
【００９０】
また、処理容器１内のガスを排出し、処理容器１を所定の圧力、例えば１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、処理容器１の温度及び圧力操作を、処理容器１が所定の圧力及び温度で安定するまで行う。
【００９１】
処理容器１内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給配管２５からの窒素の供給を停止するとともに、処理ガス供給配管２７から塩素を含むガスからなる除去用ガスを処理容器１内に導入する。本実施の形態では、塩素を所定量、例えば０．２５Ｌ／ｍｉｎと、希釈ガスとしての窒素を所定量、例えば３Ｌ／ｍｉｎとからなる除去用ガスを処理容器１内に導入する。
【００９２】
処理容器１内に導入された除去用ガスは処理容器１内で加熱され、除去用ガスに含まれる塩素が活性化する。活性化された塩素は、アモルファスシリコン膜をエッチングする。
【００９３】
ここで、アモルファスシリコン膜の除去に活性化された塩素を用いているので、石英をほとんどエッチングしない。このため、除去工程において、処理容器１等の部材がエッチングされることがない。また、処理容器１等の部材に水を起因とする錆の発生を防止することができる。
【００９４】
除去工程での処理容器１内の圧力は、１３３Ｐａ〜２６．６ｋＰａ（１Ｔｏｒｒ〜２００Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。塩素の流量は、０．０５Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。窒素の流量は、０．６Ｌ／ｍｉｎ〜３Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。また、塩素と窒素との流量比は、１：１〜１：１２であることが好ましい。
【００９５】
シリコン膜除去工程が終わると、パージガス供給配管２５から処理容器１内に所定の窒素を供給して、処理容器１内の圧力を常圧に戻す。最後に、図示しない昇降機構により蓋部９を下降させることにより、アンロードする。
【００９６】
なお、本実施の形態では、塩素が活性化可能な温度に加熱された処理容器１内に塩素を含む処理用ガスを供給して、処理用ガス中の塩素を活性化させる場合を説明したが、処理ガス導入管に活性化手段を設け、活性化された塩素を含むガスを処理容器１内に供給してもよい。この場合、除去工程における処理容器１内の温度を低くしても活性化された塩素を半導体ウェハＷに供給することができるので、除去工程の低温化を図ることができる。活性化手段としては、プラズマ発生手段、紫外線発生手段、触媒活性化手段等がある。
【００９７】
また、本実施の形態では、処理用ガスに塩素と窒素との混合ガスを用いた場合を説明したが、塩素を含むガスであればよい。また、希釈ガスとしての窒素ガスを含む場合を説明したが、希釈ガスを含まなくてもよい。ただし、希釈ガスを含むことにより処理時間の設定が容易になることから、希釈ガスを含むことが好ましい。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素ガスの他に、例えば、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）ガスが適用できる。
【００９８】
次に、図６から図９を参照し、本実施の形態において、側壁部の形状の対称性を高めることができ、被エッチング膜のエッチング加工の加工精度を向上させることができる効果について説明する。以下では、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法を含む半導体の製造方法を行った後の各パターンの幅寸法等を測定して評価を行ったので、その評価結果について説明する。
【００９９】
実施例として、図１に示すように、成膜工程、エッチバック工程及びシリコン膜除去工程を含む、積層工程からカーボン膜除去工程までの各工程を行った。実施例における成膜工程、エッチバック工程及びシリコン膜除去工程の条件を以下に示す。
（Ａ）成膜工程
原料ガス：エチレン（Ｃ２Ｈ２）
基板温度：８００℃
成膜装置内圧力：５０Ｔｏｒｒ
ガス流量：２０００ｓｃｃｍ
供給時間：９２３ｓｅｃ
（Ｂ）エッチバック工程
エッチングガス：Ｏ２ガス
基板温度：３０℃
成膜装置内圧力：２０ｍＴｏｒｒ
ガス流量：１００ｍｓｃｃｍ
高周波電源周波数（上部電極／下部電極）：６０／１３ＭＨｚ
高周波電源パワー（上部電極／下部電極）：６００／５０Ｗ
（Ｃ）シリコン膜除去工程
原料ガス：塩素ガス（Ｃｌ２）
基板温度：３００℃
成膜装置内圧力：４０Ｐａ
ガス流量：２０００ｓｃｃｍ
供給時間：５ｈｏｕｒ
図６に、実施例で（Ａ）成膜工程を行った後のパターンを走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて撮影した写真を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、レジストパターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。カーボン膜１０６がシリコン膜１０３よりなるシリコン膜パターン１０３ｂの表面を等方的に被覆するように形成されていることが分かる。
【０１００】
図７に、実施例で（Ｂ）エッチバック工程を行った後のシリコン膜パターンをＳＥＭを用いて撮影した写真を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、シリコン膜パターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。シリコン膜パターン１０３ｂの第１のライン部１０３ａの幅寸法をＣＤ（図２Ｃ（ｉ）で説明したＤに等しい）とし、第１のライン部１０３ａの側壁部１０６ａよりも高く突き出した部分の高さ寸法（肩落ち高さ寸法）をΔＨとする。
【０１０１】
図７に示すように、実施例を行った結果、ＣＤ１（＝Ｄ）＝１８ｎｍ、ΔＨ＝１２ｎｍの値が得られた。また、図７に示すように、シリコン膜１０３よりなる第１のライン部１０３ａが先細りしてカーボン膜１０６よりなる側壁部１０６ａが湾曲してカニ爪のように非対称的な形状になっていない。また、肩落ち形状に優れている。
【０１０２】
これは、フォトレジスト膜に比べてシリコン膜が化学的に安定であり、成膜工程、エッチバック工程において、シリコン膜１０３よりなる第１のライン部１０３ａの先端が選択的にエッチングされて先細りすることがないためである。また、シリコン膜１０３に対するカーボン膜１０６のエッチングレートの比（選択比）が高いため、カーボン膜１０６をエッチバックして第１のライン部１０３ａの上部から除去した後、更にカーボン膜１０６をエッチバックする際に、シリコン膜１０３をエッチングすることがなく、シリコン膜１０３の形状が保存されることによる。
【０１０３】
図８に実施例で（Ｃ）シリコン膜除去工程を行った後、更に被エッチング膜エッチング工程及びカーボン膜除去工程を行った後のパターンをＳＥＭを用いて撮影した写真を示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、被エッチング膜よりなるパターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。被エッチング膜１０２よりなるパターン１０９のライン幅及びスペース幅のそれぞれの寸法を、ＣＤ２（図２Ｃ（ｌ）で説明したＬ１に等しい）及びＣＤ３（図２Ｃ（ｌ）で説明したＳ１に等しい）とする。
【０１０４】
図８に示すように、実施例を行った結果、ＣＤ２（＝Ｌ１）＝１８ｎｍ、ＣＤ３（Ｓ１）１４ｎｍの値が得られた。また、図８に示すように、被エッチング膜１０２よりなるパターン１０９も、先端まで略同様のＣＤ２を有し、先細りしておらず、断面形状に優れている。
【０１０５】
これは、カーボン膜１０６に対する被エッチング膜（ＳｉＮ膜）１０２のエッチングレートの比（選択比）が高く、図２Ｃ（ｋ）に示したように、被エッチング膜エッチング工程においてカーボン膜１０６の側壁部１０６ａよりなるマスクパターン１０８を残したまま被エッチング膜１０２をエッチングすることができるためである。また、カーボン膜１０６の選択比が高いことにより、カーボン膜１０６の膜厚を小さくすることができる。
【０１０６】
一方、実施例の（Ａ）成膜工程に代え、レジストパターンの表面を等方的に被覆するように、シリコン酸化膜を成膜する比較例を行った。図９に比較例でシリコン酸化膜を成膜した後のパターンを走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて撮影した写真を示す。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、レジストパターンの断面を、それぞれ正面及び斜め上方から撮影した写真（左側）と、写真を模式的に説明する図（右側）とを示す図である。比較例では、半導体基板２０１上に、ＳｉＮ膜よりなる被エッチング膜２０２、反射防止膜２０４を順次積層し、その上にレジスト膜２０５を成膜し、レジスト膜２０５をパターニングしたレジストパターン２０５ａ上にシリコン酸化膜２０６を成膜した状態を示す。
【０１０７】
比較例では、レジストパターン２０５ａの先端が先細りしており、実施例におけるシリコン膜パターン１０３ｂのように先端が矩形形状になっていない。このような先細りしたレジストパターン２０５ａの表面を等方的に被覆するようにシリコン酸化膜２０６を成膜するため、その後シリコン酸化膜２０６がレジストパターン２０５ａの側壁部として残存するようにエッチバックしたときに、側壁部が非対称的になり、側壁部の下方の被エッチング膜２０２をエッチングするときの加工精度を向上させることができない。
【０１０８】
従って、本実施の形態に係るマスクパターンの形成方法及び半導体装置の製造方法によれば、成膜工程、エッチバック工程において、シリコン膜よりなる第１のライン部の先端が選択的にエッチングされて先細りすることがないため、側壁部の形状の対称性を高めることができる。また、側壁部として被エッチング膜に対して高い選択比を有しているカーボン膜を用いて被エッチング膜をエッチングすることができる。従って、被エッチング膜のエッチングの加工精度を向上させることができる。
【０１０９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
８０ 成膜装置
１０１ 半導体基板
１０２ 被エッチング膜
１０３ シリコン膜
１０３ａ 第１のライン部
１０３ｂ シリコン膜パターン
１０４ 反射防止膜
１０５ フォトレジスト膜
１０５ａ、１０５ｂ レジストパターン
１０６ カーボン膜
１０８ マスクパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の被エッチング膜の上に形成されたシリコン膜よりなる第１のライン部が配列したシリコン膜パターンの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜を成膜する成膜工程と、
前記カーボン膜を前記第１のライン部の上部から除去すると共に、前記第１のライン部の側壁部として残存するように、前記カーボン膜をエッチバックするエッチバック工程と、
前記第１のライン部を除去し、前記側壁部が配列したマスクパターンを形成するシリコン膜除去工程と
を有するマスクパターンの形成方法。
【請求項２】
前記シリコン膜除去工程を、前記成膜工程を行う成膜装置内で行うことを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項３】
前記カーボン膜は、アモルファスカーボンを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項４】
前記シリコン膜は、アモルファスシリコンを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項５】
前記被エッチング膜は、窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項６】
前記成膜工程において、原料ガスとして、エチレン、メタン、エタン、アセチレン、ブチンから選択されるガスを用いて行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項７】
前記シリコン膜除去工程において、塩素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項８】
前記エッチバック工程において、処理ガスとして、酸素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項９】
前記シリコン膜上に、反射防止膜を介して有機膜を成膜し、前記有機膜をパターニングして第２のライン部が配列した有機膜パターンを形成する有機膜パターン形成工程と、
前記有機膜パターンを用いて前記反射防止膜及び前記シリコン膜をエッチングして、前記シリコン膜パターンを形成する第１のパターン形成工程と
を有する請求項１から請求項８のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項１０】
前記第１のパターン形成工程は、
前記有機膜パターンをトリミングするトリミング工程と、
トリミングした前記有機膜パターンをマスクとして前記反射防止膜をエッチングして、前記反射防止膜よりなる反射防止膜パターンを形成する反射防止膜エッチング工程と、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記シリコン膜をエッチングして、前記シリコン膜パターンを形成するシリコン膜エッチング工程と
を有する請求項９に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法を行って形成した前記マスクパターンを用いて、前記被エッチング膜よりなるパターンを形成する被エッチング膜パターン形成工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記被エッチング膜パターン形成工程は、
前記マスクパターンをマスクとして前記被エッチング膜をエッチングする被エッチング膜エッチング工程と、
前記側壁部を除去するカーボン膜除去工程と
を有する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板上の被エッチング膜の上に形成されたシリコン膜よりなる第１のライン部が配列したシリコン膜パターンの表面を等方的に被覆するように、カーボン膜を成膜する成膜工程と、
前記カーボン膜を前記第１のライン部の上部から除去すると共に、前記第１のライン部の側壁部として残存するように、前記カーボン膜をエッチバックするエッチバック工程と、
前記第１のライン部を除去し、前記側壁部が配列したマスクパターンを形成するシリコン膜除去工程と
を有するマスクパターンの形成方法。
【請求項２】
前記シリコン膜除去工程を、前記成膜工程を行う成膜装置内で行うことを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項３】
前記カーボン膜は、アモルファスカーボンを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項４】
前記シリコン膜は、アモルファスシリコンを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項５】
前記被エッチング膜は、窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項６】
前記成膜工程において、原料ガスとして、エチレン、メタン、エタン、アセチレン、ブチンから選択されるガスを用いて行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項７】
前記シリコン膜除去工程において、塩素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項８】
前記エッチバック工程において、処理ガスとして、酸素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項９】
前記シリコン膜上に、反射防止膜を介して有機膜を成膜し、前記有機膜をパターニングして第２のライン部が配列した有機膜パターンを形成する有機膜パターン形成工程と、
前記有機膜パターンを用いて前記反射防止膜及び前記シリコン膜をエッチングして、前記シリコン膜パターンを形成する第１のパターン形成工程と
を有する請求項１から請求項８のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項１０】
前記第１のパターン形成工程は、
前記有機膜パターンをトリミングするトリミング工程と、
トリミングした前記有機膜パターンをマスクとして前記反射防止膜をエッチングして、前記反射防止膜よりなる反射防止膜パターンを形成する反射防止膜エッチング工程と、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記シリコン膜をエッチングして、前記シリコン膜パターンを形成するシリコン膜エッチング工程と
を有する請求項９に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のマスクパターンの形成方法を行って形成した前記マスクパターンを用いて、前記被エッチング膜よりなるパターンを形成する被エッチング膜パターン形成工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記被エッチング膜パターン形成工程は、
前記マスクパターンをマスクとして前記被エッチング膜をエッチングする被エッチング膜エッチング工程と、
前記側壁部を除去するカーボン膜除去工程と
を有する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−６６１６４（Ｐ２０１１−６６１６４Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４９５２（Ｐ２００９−２１４９５２）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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