本発明の一実施形態によれば、水素を含� ��ない一酸化炭素ガスを分解して基板上にア� ��ルファスカーボン膜を堆積するので、比較� ��低温であっても、水素原子の含有率の低い� ��優れたエッチング耐性を有するアモルファ� ��カーボン膜を形成することができる。

 また、特殊な装置や高価な処理ガスを使� ��することなく、通常のプラズマ処理装置に� ��り安価な一酸化炭素ガスを使用してアモル� ��ァスカーボン膜を形成することができるの� ��、製造コストを高めることなく、水素原子� ��含有率の低い、エッチング耐性に優れたア� ��ルファスカーボン膜を形成することができ� ��。さらに、上述のように低温での成膜が可� ��であるので、低温プロセスにも適用するこ� ��ができる。

 さらに、上部電極を炭素電極とすれば、� ��酸化炭素ガスが分解して生成した酸素ラジ� ��ルは、炭素電極の炭素により取り除かれて� ��板上へ供給される炭素量が増加するので、� ��モルファスカーボン膜の堆積レートを上昇� ��せることができる。また、アモルファスカ� ��ボン膜における水素原子の含有率を更に低� ��することができる。

 さらにまた、本発明の一実施形態による� ��モルファスカーボン膜は、水素原子の含有� ��が低く、相対的に炭素原子の含有率が高く� ��エッチング耐性に優れている。このような� ��発明の一実施形態によるアモルファスカー� ��ン膜をエッチングマスクとして用いてエッ� ��ングの対象となる膜をエッチングすること� ��より、良好なエッチング形状と、下地層と� ��関係で高いエッチング選択比とを実現する� ��とができる。特に、半導体装置の製造にお� ��て、従来の多層レジストの下層レジストの� ��わりに本発明の一実施形態によるアモルフ� ��スカーボン膜を用いてエッチングの対象と� ��る膜をエッチングすれば、その結果として� ��じる構造は、明確に輪郭づけられたエッジ� ��有することができる。

 以下、添付図面を参照しながら本発明の� ��施形態について説明する。

 図1は本発明の一実施形態によるアモルフ ァスカーボン膜の形成方法の実施に好適な堆 積装置(平行平板型のプラズマCVD装置)の一例� ��示す断面図である。この堆積装置100は、略� ��筒状のチャンバ1を有している。

 このチャンバ1の内部には、処理の対象で あるウエハWを水平に支持するためのサセプ� �2が配置されている。サセプタ2は、その中央 下部に設けられた円筒状の支持部材3により� �持されている。サセプタ2の外縁部にはウエ� ��Wをガイドするためのガイドリング4が設け� �れている。また、サセプタ2にはヒータ5が埋 め込まれており、このヒータ5は、必要に応� �て、ヒータ電源6から給電されることにより� ��処理基板であるウエハWを所定の温度に加熱 する。サセプタ2には熱電対7が埋設されてお� ��、熱電対7により検出された信号によりヒー タ5の出力が制御される。サセプタ2の表面近� ��には電極8(下部電極)が埋設されている。こ� ��電極8には、整合器23を介して高周波電源24� �接続されており、必要に応じてこの高周波� �源24から電極8にバイアス用の高周波電力が� �給される。さらに、サセプタ2には、ウエハW を支持して昇降させるための3本のウエハ支� �ピン(図示せず)がサセプタ2の表面に対して� �没可能に設けられている。

 チャンバ1の天壁1aには、絶縁部材9を介し て、上部電極としても機能するシャワーヘッ ド10が設けられている。このシャワーヘッド1 0は円筒状であり、内部にガス拡散空間20を有 し、上面に処理ガスを導入するガス導入口11� ��下面に多数のガス吐出口12を有している。� �ャワーヘッド10のガス導入口11には、ガス配� ��13を介して、アモルファスカーボン膜を形� �するための一酸化炭素ガスを含む処理ガス� �供給するガス供給機構14が接続されている。

 シャワーヘッド10には、整合器15を介して 高周波電源16が接続されており、この高周波� ��源16から上部電極であるシャワーヘッド10に 高周波電力が供給されるようになっている。 このように、高周波電源16から高周波電力を� ��給することにより、シャワーヘッド10を介� �てチャンバ1内に導入された処理ガスが励起� ��れ、チャンバ1内にプラズマが生成される。

 チャンバ1の底壁1bには排気管17が接続さ� �ており、この排気管17には真空ポンプを含む 排気装置18が接続されている。そしてこの排� ��装置18を作動させることによりチャンバ1内� ��圧力が所定の真空度まで減圧され得る。チ� ��ンバ1の側壁には、ウエハWの搬入出を行う� �めの搬入出口21と、この搬入出口21を開閉す� ��ゲートバルブ22とが設けられている。

 堆積装置100の各種構成部品又は部材、例� ��ば、ヒータ電源6、ガス供給機構14、高周波� ��源16、高周波電源24、排気装置18等は、CPUお� ��びその周辺回路を含むプロセスコントロー� ��30に接続されて制御される。また、プロセ� �コントローラ30には、工程管理者が堆積装置 100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、堆積装置100の動作を表示 するディスプレイ等からなるユーザーインタ ーフェース31が接続されている。さらに、プ� ��セスコントローラ30には記憶部32が接続され ている。記憶部32は、プロセスコントローラ3 0が堆積装置100に種々の処理を実行させるプ� �グラムを格納している。プログラムには、� �積装置100で実行される各種処理をプロセス� �ントローラ30で制御するための制御プログラ ムや、処理条件に応じて堆積装置100の各構成 部を動作させるプログラム(すなわちレシピ)� ��含まれる。また、これらのプログラムは、� ��ンピュータ可読記憶媒体33に記憶されて、� �れから記憶部32へダウンロードされる。コン ピュータ可読記憶媒体33は、ハードディスク� ��置(携帯型ハードディスク装置を含む)やフ� �ッシュメモリ等の半導体メモリであっても� �いし、CD-ROMやDVD等の光学ディスク、フロッ� �ーディスクなどの磁気ディスク、USBメモリ� �あってもよい。また、レシピなどは、サー� �などの他の装置から回線を介して記憶部72に 格納されても良い。

 また、記憶部32はコンピュータ可読記憶� �体33から種々のレシピを格納することができ 、必要に応じて、ユーザーインターフェース 31からの指示等にて特定されたレシピが記憶� ��32からプロセスコントローラ30へ読み出され る。読み出されたレシピがプロセスコントロ ーラ30により実行されて、プロセスコントロ� ��ラ30の制御下で、堆積装置100での所望の処� �が行われる。

 次に、以上のように構成された堆積装置1 00を用いて実施される本実施形態のアモルフ� ��スカーボン膜の形成方法について説明する� ��

 まず、ウエハWをチャンバ1内に搬入し、� �セプタ2上に載置する。そして、ガス供給機� ��14からガス配管13およびシャワーヘッド10を� ��してプラズマ生成ガスとして例えばArガス� �流しながら、排気装置18によりチャンバ1内� �排気して、チャンバ1内を所定の圧力に維持� ��、必要に応じてヒータ5によりサセプタ2を� �熱する。そして、高周波電源16からシャワー ヘッド10に高周波電力を印加することにより� ��シャワーヘッド10と電極8との間に高周波電� ��が生じ、これにより処理ガスが励起されて� ��ラズマが生成される。このとき、高周波電� ��24から電極8に高周波バイアス電力を印加す� ��ことが好ましい。

 その状態で、ガス供給機構14から一酸化� �素ガスを含むガス、例えば一酸化炭素ガス� �よび不活性ガスをガス配管13およびシャワー ヘッド10を介してチャンバ1内に導入する。

 このように一酸化炭素ガスを含む処理ガス� ��チャンバ1内に導入することにより、一酸化 炭素ガスがチャンバ1内でプラズマにより励� �され、ウエハW上で一酸化炭素の分解反応(CO� ��C+O ^* )が起こり、生成した炭素が堆積してアモル� �ァスカーボン膜が形成される。

 なお、このときの処理ガスとしては一酸� ��炭素ガス単独でもアモルファスカーボンを� ��積することができるが、効率良くプラズマ� ��形成する観点およびプラズマの均一性を制� ��する観点から不活性ガスを添加することが� ��ましい。

 上記特許文献1に記載された技術では、ア モルファスカーボン形成用の処理ガスとして 炭化水素ガスと不活性ガスを用いてアモルフ ァスカーボンを堆積している。この場合には 、炭化水素ガスに由来する水素原子が膜中に 導入されるため、このアモルファスカーボン 膜は、高い含有率(例えば50atm%以上)で水素を� ��み、低いエッチング耐性を有することとな� ��。これに対応するため、堆積温度を上昇さ� ��ることにより、水素原子の含有率をある程� ��低下させて、エッチング耐性を向上させる� ��とも考えられる。しかし、高い堆積温度を� ��要とする堆積プロセスは、バックエンドプ� ��セスへ適用することができない。

 これに対し、本発明の一実施形態では、� ��素原子を分子中に含まない一酸化炭素を処� ��容器(チャンバ1)内に導入するプラズマCVD法� ��より堆積するので、比較的低温(例えば200℃ 以下)でアモルファスカーボンを堆積しても� �低い水素原子含有率を有するアモルファス� �ーボン膜を得ることができ、そのような膜� �、優れたエッチング耐性を有するものとな� �。

 ただし、原料ガスの分子中に水素原子を� ��まない原料ガス(処理ガス)が、常に好適な� �料ガスとは限らない。例えば、二酸化炭素� �スを原料ガスとして用いると、酸素原子濃� �が高いため、堆積中にそのアモルファスカ� �ボンのエッチングが同時に生じることがあ� �。この結果、二酸化炭素ガスを原料とした� �モルファスカーボン膜の堆積レートは極め� �遅くなり、または、アモルファスカーボン� �が堆積されない虞さえある。

 一酸化炭素ガスとともにチャンバ1内に導 入される不活性ガスとしては、Heガス、Neガ� �、Arガスなどが挙げられる。これらのうち、 界面モホロジーの良好なアモルファスカーボ ン膜を形成することができる観点からHeガス� ��使用することが好ましい。

 チャンバ1内に導入される一酸化炭素に対 する不活性ガスの流量比率としては0.1~10であ ることが好ましい。また、一酸化炭素と不活 性ガスと合計の流量としては50~1000mL/min(sccm)� �度が好ましい。さらに、堆積時のチャンバ� �圧力は、665Pa(5Torr)以下が好ましい。

 アモルファスカーボン膜を堆積する際の� ��エハ温度(堆積温度)は、350℃以下であるこ� �が好ましく、より好ましくは300℃以下、さ� �に好ましくは150~250℃である。このような温� ��であれば、Cu配線形成後のバックエンドプ� �セスに適用可能である。このような比較的� �い温度でも多層レジストの最下層として要� �される高いエッチング耐性を有するアモル� �ァスカーボン膜を得ることができる。

 シャワーヘッド10に印加される高周波の� �波数および電力は、必要な反応性を得るた� �に適宜設定すればよい。このように高周波� �力を印加することにより、チャンバ1内に高� ��波電界を形成して処理ガスをプラズマ化す� ��ことができ、プラズマCVDによるアモルファ� ��カーボン膜の成膜を実現することができる� ��プラズマ化されたガスは高い反応性を有す� ��ため、堆積温度をより低下させることが可� ��である。なお、本実施形態では高周波電力� ��よる容量結合型プラズマが利用されるが、� ��の実施形態では誘導結合型プラズマでもよ� ��し、マイクロ波を導波管およびアンテナを� ��してチャンバ1内に導入してプラズマを形成 するマイクロ波に基づくプラズマであっても よい。

 高周波電源16からシャワーヘッド10に高周 波電力を印加するとともに、高周波電源24か� ��電極8に高周波バイアス電力を印加すること により、堆積時における水素原子の膜中への 進入を抑制し、結果として得られるアモルフ ァスカーボン膜における水素原子の含有率を 更に低くすることができる。電極8に印加さ� �る高周波バイアス電力の周波数およびパワ� �も適宜設定することができる。

 以上のようにして形成された本実施形態� ��おけるアモルファスカーボン膜は、比較的� ��い堆積温度にも拘わらず、低い水素原子含� ��率を有している。具体的には、水素原子の� ��有率は、20.0atm%以下とすることができ、さ� �には18.0atm%以下とすることができる。処理ガ スとして炭化水素ガスを使用して形成される アモルファスカーボン膜における水素原子の 含有率は、通常50.0atm%以上であるから、本実� ��形態によるアモルファスカーボン膜の水素� ��有量はこれよりも格段に低く、よって、従� ��のアモルファスカーボン膜よりも格段に優� ��たエッチング耐性を提供する。

 本実施形態によるアモルファスカーボン� ��は、多層レジストの最下層(加工すべき膜の エッチングに使用するマスク)として好適で� �る。また、このアモルファスカーボン膜は� �250nm程度以下の波長で0.1~1.0程度の光吸収係� �を有するため、反射防止膜としても適用可� �である。

 本実施形態においてアモルファスカーボ� ��膜を形成する際には、上部電極(シャワーヘ ッド10)として炭素電極を用いることが好まし い。これにより、堆積レートを高くすること ができ、アモルファスカーボン膜を効率的に 形成することができる。

 その理由は以下のように説明される。一酸� ��炭素ガスが分解すると酸素ラジカル(O ^* )が生成する。この酸素ラジカルは形成され� �アモルファスカーボン膜をエッチングする� �とができるため、これにより堆積レートが� �下するおそれがある。しかし、上部電極と� �て炭素電極を使用することによりこのよう� �堆積レートを低下させることなく、むしろ� �い堆積レートを得ることができる。

 すなわち、図2に示すように、サセプタ2に� �置されたウエハW上で一酸化炭素ガスが分解( CO→C↓+O ^* )することにより生成された酸素ラジカル(O ^* )は、チャンバ内を流れて炭素で作製された� �極に到達すると、その表面において、電極� �構成元素である炭素と反応して一酸化炭素� �生成する(C+O ^* →CO)。この一酸化炭素は、アモルファスカー ボン膜の堆積に寄与し、また酸素ラジカルと 反応して二酸化炭素を生成する(O ^* +CO→CO ₂ )。生成された二酸化炭素はチャンバから排� �される。(酸素ラジカルは、チャンバ内に導� ��された一酸化炭素と反応して二酸化炭素を� ��成することもある。)このようにして、アモ ルファスカーボン膜をエッチングする(堆積� �阻害する)酸素ラジカルが炭素電極により取� ��除かれることにより、アモルファスカーボ� ��膜のエッチングが抑制され、高い堆積レー� ��を達成することができるものと推測される� ��

 次に、以上のように形成したアモルファス� ��ーボン膜を適用した半導体装置の製造方法� ��ついて説明する。 
 図3に示すように、半導体ウエハ(Si基板)W上� ��、エッチングすべき膜として、SiC膜101、SiOC 膜(Low-κ膜)102、SiC膜103、SiO ₂ 膜104、及びSiN膜105をこの順に堆積する。次に 、SiN膜105上に、上述した方法でアモルファス カーボン(α-C)膜106、SiO ₂ 膜107、BARC(下部反射防止膜)108、及びArFレジス ト膜109をこの順に形成し、フオトリソグラフ ィーによりArFレジスト膜109をパターニングし て、エッチングマスクを形成する。

 ArFレジスト膜109、BARC108、SiO ₂ 膜107、およびアモルファスカーボン膜106の厚 さは、以下のように例示される。

 ・ArFレジスト膜109: 200nm以下(典型的には180n m)
 ・BARC108: 30~100nm(典型的には70nm)
 ・SiO ₂ 膜107: 10~100nm(典型的には50nm)
 ・アモルファスカーボン膜106: 100~800nm(典型 的には280nm)
 なお、エッチングすべき膜の膜厚は、以下� ��ように例示される。

 ・SiC膜101: 30nm
 ・SiOC膜(Low-κ膜)102: 150nm
 ・SiC膜103: 30nm
 ・SiO ₂ 膜104: 150nm
 ・SiN膜105: 70nm
 なお、SiO ₂ 膜107の代わりにSiOC、SiON、SiCN、SiCNH等の他のS iを含有する薄膜を用いることもできる。

 図4に示すように、ArFレジスト膜109をマスク としてBARC108およびSiO ₂ 膜107をプラズマエッチングし、SiO ₂ 膜107にArFレジスト膜109のパターンを転写する 。なお、図示の例では、このエッチングの後 、ArFレジスト膜109はエッチング耐性が低いた め、エッチングにより除去されている。また 、BARC108もこのエッチングにより薄くなって� �る。

 次に、図5に示すように、残存するBARC108とSi O ₂ 膜107をエッチングマスクとしてアモルファス カーボン膜106をエッチングする。これにより 、エッチングマスクのパターン(ArFレジスト� �109のパターンと実質的に同一)がアモルファ� ��カーボン膜106に転写される。上述した方法� ��堆積されたアモルファスカーボン膜106は、� ��いエッチング耐性のため、エッチングされ� ��明確に輪郭づけられたエッジを有すること� ��なる。換言すると、エッチングマスクのパ� ��ーン(ArFレジスト膜109のパターン)が正確に� �写される。なお、図示の例では、このエッ� �ングによって、BARC108は除去され、SiO ₂ 膜107薄くなっている。

 その後、図6に示すように、アモルファスカ ーボン膜106をエッチングマスクとして用いて 、SiN膜105、SiO ₂ 膜104、SiC膜103、SiOC膜102、SiC膜101をプラズマ� �ッチングにより順次エッチングする。この� �き、上述の方法で堆積されたアモルファス� �ーボン膜106は、高いエッチング耐性を有し� �アモルファスカーボン膜106のエッチング速� �は、膜101~105のエッチング速度よりも十分に� ��い。換言すると、このエッチングにおいて� ��高いエッチング選択比を得ることができる� ��したがって、膜101~105をエッチングしている 間十分にエッチングマスクとして残存し、エ ッチングマスクのパターンが膜101~105に正確� �転写される。

 上記のエッチングが終了したときには、SiO ₂ 膜107は既に除去されており、残存したアモル ファスカーボン膜106も、H ₂ ガス/N ₂ ガスを用いるアッシングにより比較的容易に 除去可能である。

 次に、本発明の効果を確認した結果につ� ��て説明する。

 図1に示したような堆積装置100のサセプタ2� �にウエハWを載置し、ガス供給機構14からガ� �配管13およびシャワーヘッド10(シリコンから なる上部電極)を介してArガスを流しながら、 排気装置18によりチャンバ1内を排気して、5.3 Pa(40mTorr)の減圧状態に維持した。なお、ヒー� ��5によるサセプタ2の加熱は行わず、ウエハW� ��温度は20℃であった。高周波電源16からシャ ワーヘッド10に27MHz、6.5W/cm ² の高周波電力を印加して、シャワーヘッド10� ��電極8との間に高周波電界を生じさせてプラ ズマを発生させた。このとき、高周波電源24� ��ら電極8には高周波バイアス電力は印加しな かった。次いで、ガス供給機構14から一酸化� ��素およびArガスをガス配管13およびシャワー ヘッド10を介してチャンバ1内に導入した。こ こに、一酸化炭素の流量を400mL/min(sccm)、Arガ� ��の流量を100mL/min(sccm)に設定した。これによ� ��、ウエハW上で一酸化炭素の分解反応が起こ り、生成した炭素が堆積してアモルファスカ ーボン膜が形成された。このようにして形成 されたアモルファスカーボン膜に含まれる水 素量をERDA(Elastic Recoil Detection Analysis)法で測 定したところ、17.9atm%と低い結果が得られた� ��

 上部電極(シャワーヘッド10)としてシリコン 電極を配置した堆積装置(A)、および、上部電 極(シャワーヘッド10)として炭素電極を配置� �た堆積装置(B)のそれぞれを用いて、本発明� �一実施形態による方法でアモルファスカー� �ン膜を形成し、それぞれの膜厚を測定した� �成膜条件は下記のとおりである。
(成膜条件)
 ・装置内の圧力:266Pa(2Torr)
 ・ウエハWの温度:200℃
 ・上部電極へ印加した高周波電力:380kHz、3W/ cm ²
 ・下部電極へ印加した高周波バイアス電力: 380kHz、2W/cm ²
 ・一酸化炭素の流量:50mL/min(sccm)
 ・Arガスの流量:13mL/min(sccm)
 ・堆積時間:60秒
 その結果、炭素電極を備えた堆積装置(B)に� ��り得られたアモルファスカーボン膜の膜厚� ��、シリコン電極を備えた堆積装置(A)により� ��られたアモルファスカーボン膜の膜厚の2倍 程度であった。この結果、上部電極として炭 素電極を使用すれば、堆積レートを高くでき ることが実証された。

 なお、本発明は上記実施形態に限定され� ��ことなく、種々の変形が可能である。例え� ��、上記実施形態では、本発明のアモルファ� ��カーボン膜をドライ現像技術における多層� ��ジストの下層に適用した場合について示し� ��が、これに限るものではない。例えば、通� ��のフォトレジスト膜の下に形成し、反射防� ��膜を兼ねるエッチングマスクとして用いて� ��く、また、他の種々の用途に用いることが� ��きる。

 さらにまた、上記実施形態では、被対象� ��基板として半導体ウエハを例示したが、こ� ��に限らず、液晶表示装置(LCD)に代表される� �ラットパネルディスプレイ(FPD)用のガラス基 板等、他の基板にも適用可能である。