(57)【要約】【課題】  ＨＤＩＳ用のフォトレジスト及びイオン注入関連残留物を剥離する改善された方法及び装置を提供する。【解決手段】  元素水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを用いてプラズマが生成される。プラズマ源の下流側及びガス混合物を反応チャンバ内へと導くシャワーヘッドの上流側において不活性ガスがプラズマに導入される。反応チャンバ内では、ガス混合物が高用量注入されたレジストと反応する。このプロセスは、高剥離レートでクラストとバルクレジスト層の両方を除去し、ワークピースの表面には実質的に残留物が残らず、また、シリコン損失も少ない。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバ内でワークピースの表面から材料を除去する方法であって、
元素水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを含むガスをプラズマ源内に導入する段階と、
前記プラズマ源内に導入された前記ガスからプラズマを生成する段階と、
前記プラズマ源の下流側及び前記ワークピースの上流側に不活性ガスを導入する段階と、
を含み、
元素水素、前記弱酸化剤、前記フッ素含有ガスを含む前記ガスは、前記不活性ガスとともに、前記ワークピースへと流れ前記ワークピースの前記材料と反応する、方法。
【請求項２】
前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、及びこれらの組み合わせから構成される群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不活性ガスを導入する段階は、
前記反応チャンバ内のシャワーヘッドの上流側に前記ガスを導入する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマ中の荷電種は、前記シャワーヘッドに接触すると放電される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記弱酸化剤は、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化窒素、酸化窒素、水、過酸化水素、及びこれらの組み合わせから構成される群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記弱酸化剤は、二酸化炭素である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記プラズマ源内に導入された前記ガスは、０．１乃至約１０体積％の前記弱酸化剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記フッ素含有ガスは、四フッ化炭素、元素フッ素、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、フッ化炭素、ハイドロフルオロカーボン、及びこれらの組み合わせから構成される群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記フッ素含有ガスは、四フッ化炭素である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記フッ素含有ガスは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ８、又はＮＦ３である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記プラズマ源内に導入された前記ガスは、０．１乃至３体積％の前記フッ素含有ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ワークピースの表面から除去される前記材料は、高用量注入されたレジストを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記不活性ガスの体積流量は、前記元素水素の体積流量の０．１５乃至１０倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記不活性ガスの体積流量は、前記元素水素の体積流量の少なくとも２倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマ源内に導入された前記ガスは、予め混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ワークピースは、３００ｍｍのウェハであり、
前記プラズマは、３００Ｗ乃至１０ＫＷの範囲のＲＦ出力により生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ワークピースの温度は、元素水素、前記弱酸化剤、及び前記フッ素含有ガスを含む前記ガスが接触するときに、１６０℃乃至４００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応チャンバ内の圧力は、３００ｍＴｏｒｒ乃至２Ｔｏｒｒである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
高用量注入されたレジストが、前記ワークピースの表面から少なくとも１００ｎｍ／分の速度で除去され、
シリコンが、前記ワークピースの表面から４ｎｍ／分以下の全体速度で除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ワークピースは、除去後には前記高用量注入されたレジストの残留物が実質的になく、下にあるシリコン層から失われるシリコンは３Å未満である、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
反応チャンバ内でワークピースの表面から高用量注入されたレジスト材料を除去する方法であって、
前記材料の第１の部分を除去する段階と、
前記材料の第２の部分を除去する段階と、
を含み、
前記材料の前記第１の部分を除去する段階は、
元素水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを含む第１のガスを、第１の総流量で、プラズマ源内に導入する段階と、
前記プラズマ源内に導入された前記第１のガスから第１のプラズマを生成する段階と、
前記プラズマ源の下流側及び前記ワークピースの上流側に第１の不活性ガスを導入して第１の混合物を形成する段階と、
前記ワークピースの前記材料の前記第１の部分を前記第１の混合物と反応させる段階と、
を含み、
前記材料の前記第２の部分を除去する段階は、
水素及び弱酸化剤を含み、組成が前記第１のガスとは異なる第２のガスを、第２の総流量で、プラズマ源内に導入する段階と、
前記プラズマ源内に導入された前記第２のガスから第２のプラズマを生成する段階と、
前記プラズマ源の下流側及び前記ワークピースの上流側に第２の不活性ガスを導入して第２の混合物を形成する段階と、
前記ワークピースの前記材料の前記第２の部分を前記第２の混合物と反応させる段階と、
を含み、
下にあるシリコン層から失われるシリコンは、３オングストローム未満であり、
前記ワークピースは、前記材料の除去後は残留物が実質的にない、方法。
【請求項２２】
前記第２の部分を除去する段階は、前記第１の部分を除去する段階より前に行われる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の部分を除去する段階及び前記第２の部分を除去する段階は、１回以上繰り返される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の部分を除去する段階及び前記第２の部分を除去する段階は、前記反応チャンバ内の異なる反応ステーションにおいて行われる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の部分を除去する段階及び前記第２の部分を除去する段階は、前記反応チャンバ内の、異なる温度を有する異なる反応ステーションにおいて行われる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２のガスは、フッ素含有ガスを実質的に有さない、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
ワークピースの表面から材料を除去する装置であって、
反応チャンバと、
命令セットを実行するコントローラと、
を備え、
前記反応チャンバは、
プラズマ源と、
元素水素を含むガス混合物を前記プラズマ源内に導入するガス注入口と、
前記プラズマ源の下流側及び前記ワークピースの上流側に不活性ガスを導入するガス注入口と、
前記ガス注入口の下流側に位置付けられるシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドの下流側にあるワークピース支持体と、
を有し、
前記ワークピース支持体は、台座と、前記ワークピース支持体上に支持されるワークピースの温度を制御する温度制御機構とを含み、
前記命令セットは、
水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを含むガスをプラズマ源内に導入させる命令と、
前記プラズマ源内に導入された前記ガスからプラズマを生成させる命令と、
前記プラズマ源の下流側及び前記ワークピースの上流側に不活性ガスを導入させる命令と、
を含む、装置。
【請求項２８】
前記命令は更に、異なる流量を用いて、ガスを導入させることと、プラズマを生成させることと、不活性ガスを導入させることを繰り返させる命令を含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記反応チャンバは、複数のステーションを含み、
各ステーションは、プラズマ源、複数のガス注入口、シャワーヘッド、及びワークピース支持体を含む、請求項２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトレジスト材料を除去又は剥離する方法及び装置と、ワークピース面から関連残留物を除去することに係る。特に、本願は、イオン注入又はプラズマ支援されたドーピング注入後のレジスト（低又は高用量注入されたレジスト）を剥離する方法及び装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
フォトレジストは、特定の製作プロセスにおいて、処理中に、例えば、半導体ウェハといったワークピース上にパターニングされた被覆物を形成するよう用いられる感光材料である。フォトレジストが被覆された表面に高エネルギー放射パターンを露光した後、フォトレジストの一部は除去されて下にある表面が現れ、残りの表面は保護される。エッチング、堆積、及びイオン注入といった半導体プロセスは、露出表面と残っているフォトレジストに対して行われる。１以上の半導体プロセスを行った後、残りのフォトレジストは、剥離工程において除去される。
【０００３】
イオン注入時、例えば、ホウ素、二フッ化ホウ素、インジウム、ガリウム、タリウム、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、又はゲルマニウムのイオンといったドーパントイオンは、ワークピースターゲットに向けて加速される。イオンは、ワークピースの露出領域と残っているフォトレジストの表面の両方に注入される。このプロセスにより、ウェル領域（ソース／ドレイン）、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）領域、及び二重拡散ドレイン（ＤＤＤ）領域が形成されうる。イオン注入により、レジストに注入種が含浸し、表面水素を枯渇させる。レジストの外側層又はクラストは、炭化層を形成し、この炭化層は、その下にあるバルクレジスト層より密度がかなり高い場合がある。この２層は、異なる熱膨張率を有し、また、異なる速度で剥離プロセスに対して反応する。
【０００４】
外側層とバルク層との違いは、高用量でイオンを注入した後のレジストにおいてはかなり顕著である。高用量注入では、イオン量は、１平方センチメートルあたり１×１０１５より多く、また、エネルギーは、１０ｋｅＶから１００ｋｅＶ以上でありうる。従来の高用量注入後の剥離（ＨＤＩＳ）プロセスでは酸素化学反応が利用され、単原子酸素プラズマがプロセスチャンバから離れて形成され、次に、ワークピース表面に方向付けられる。反応性酸素はフォトレジストと結合してガス状の副生成物を形成し、この生成物は真空ポンプによって除去される。ＨＤＩＳには、注入されたドーパントを酸素によって除去するために追加のガスが必要である。
【０００５】
ＨＤＩＳにおいて考慮すべき主な事項は、剥離レート、残留物の量、及び、露出された、下にある膜層の膜損失である。残留物は、一般に、ＨＤＩＳ及び剥離後に、基板表面上にある。このような残留物は、高エネルギー注入時のスパッタリング、クラストの不完全な除去、及び／又は、レジスト内の注入原子の酸化によってもたらされうる。剥離後は、表面には残留物がない又は実質的になく、それにより、高歩留まりを確保し、追加の残留物除去処理を不必要とすべきである。残留物は、過剰剥離（overstripping）、即ち、全てのフォトレジストを除去するために公称上必要な点を越えて続けられる剥離プロセスによって除去されうる。しかしながら、従来のＨＤＩＳ工程では、この過剰剥離は、時に、下にある機能デバイス構造の一部も除去してしまう。デバイス層では、トランジスタのソース／ドレイン領域からの非常に少量のシリコンの損失もデバイス性能と歩留まりに悪影響を与えてしまい、これは、特に、超浅接合デバイスが３２ｎｍ以下の設計ルールにおいて製造される場合に言える。
【０００６】
したがって、許容可能な剥離レートを維持しつつシリコンの損失を最小限にし且つ残留物を残さない又はほとんど残さない、特に、ＨＤＩＳ用のフォトレジスト及びイオン注入関連残留物を剥離する改善された方法及び装置が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、フォトレジストを剥離し、ワークピース面からイオン注入関連残留物を除去する改善された方法及び装置を提供することにより上述した必要性に対処することを目的とする。プラズマは、元素水素（elemental hydrogen）、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを用いて発生される。特定の実施形態では、不活性ガスが、プラズマ源の下流側、シャワーヘッドの上流側で、プラズマに導入される。シャワーヘッドはガスを反応チャンバ内へと導く。不活性ガスとともに流れるプラズマ活性ガスは、高用量注入レジストと反応してクラスト層及びバルクレジスト層の両方を除去し、それにより、ワークピース面には実質的に残留物がなく、また、損失するシリコンも少ない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの側面では、かかる方法は、以下の工程に従ってプロセスチャンバ内でワークピースから材料を除去することが関連する。即ち、元素水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを含むガスをプラズマ源内に導入することと、プラズマ源内に導入されたガスからプラズマを生成することと、プラズマ源の下流側及びワークピースの上流側に不活性ガスを導入すること。プラズマ活性ガスは、ワークピースに向かって進み、反応チャンバ内のシャワーヘッドの上流側で不活性ガスと混合する。プラズマ中の荷電種は、シャワーヘッドに接触すると放電又は部分放電されうる。
【０００９】
元素水素、弱酸化剤、フッ素含有ガスを含むプラズマ活性ガスは、不活性ガスとともに、ワークピースへと流れワークピースの材料と反応する。弱酸化剤の例として、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化窒素、酸化窒素、水、過酸化水素、及びこれらの組み合わせが挙げられる。弱酸化剤は、二酸化炭素であることが好適である。フッ素含有ガスは、四フッ化炭素や、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ハイドロフルオロカーボン、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、元素フッ素、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、及びこれらの組み合わせ等を含む他のフッ化炭素でありうる。フッ素含有ガスは、四フッ化炭素であることが好適である。不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、及びこれらの組み合わせ等でありうる。好適な不活性ガスはアルゴンである。プラズマ源内に導入されるガスは、予め混合されていてもされていなくてもよく、約１乃至９９体積％、約０．１乃至１０体積％、又は３乃至５体積％の弱酸化剤を含みうる。不活性ガスは、元素水素の体積流量の約０．１５及び１０倍、又は約２倍の体積流量で導入されうる。ワークピースにおいて、ガスは、最大でも約１体積％の弱酸化剤種と、約０．１乃至０．５体積％のフッ素含有ガス種を含みうる。
【００１０】
特定の実施形態では、ワークピースの表面から除去される材料は、高用量注入されたレジストである。ワークピースは、３００ｍｍのウェハであってよい。プラズマは、約３００Ｗ乃至約１０ＫＷのＲＦ出力を用いてリモートプラズマとして生成されうる。ワークピースの温度は、ガスにより接触されるとき、約１６０℃乃至５００℃であってよい。ワークピースの温度は、元素水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを含むガスが接触するときに、約１６０℃乃至４００℃であってよい。プロセス圧力は、約３００ｍＴｏｒｒ乃至２Ｔｏｒｒでありうる。
【００１１】
様々な実施形態では、高用量注入されたレジストは、ワークピースの表面から少なくとも約１００ｎｍ／分の速度で除去され、シリコンは、ワークピースの表面から約４ｎｍ／分以下の全体速度で除去される。結果として得られるワークピースは、除去後は、高用量注入されたレジストの残留物が実質的になく、下のシリコン層から失われるシリコンは約３オングストローム未満である。
【００１２】
本発明の別の側面は、反応チャンバ内でワークピースの表面から高用量注入されたレジストを除去するマルチステップ方法に関する。かかる方法は、材料の第１の部分を除去する段階を含み、かかる段階は、元素水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガス（フッ素含有ガスはなくてもよい）を含む第１のガスを、第１の総流量で、プラズマ源内に導入する段階と、プラズマ源内に導入された第１のガスから第１のプラズマを生成する段階と、プラズマ源の下流側及びワークピースの上流側に第１の不活性ガスを導入する段階と、ワークピースの材料の第１の部分を混合物と反応させる段階とを含む。かかる方法は、材料の第２の部分を除去する段階を含み、かかる段階は、水素及び弱酸化剤を含む第２のガス（フッ素含有ガスを含んでもよい）を、第２の総流量で、プラズマ源内に導入する段階と、プラズマ源内に導入された第２のガスから第２のプラズマを生成する段階と、プラズマ源の下流側及びワークピースの上流側に第２の不活性ガスを導入する段階と、ワークピースの材料の第２の部分を反応させる段階とを含む。第１のガスと第２のガスの組成は異なる。特定の実施形態では、第１のガス及び第２のガスのうちの少なくとも一方がフッ素含有ガスを含む。除去プロセスの終わりにおいて、特定の実施形態では、ワークピースには残留物が実質的になく、下のシリコン層から失われるシリコンは約３オングストローム未満である。第２の部分を除去する段階は、第１の部分を除去する段階より前に行われてもよい。特定の実施形態では、これらの除去段階の片方及び両方は、１回以上繰り返される。これらの除去段階は、反応チャンバにおける同じ又は異なる反応ステーションにおいて行われてもよい。
【００１３】
更に別の側面では、本発明は、反応チャンバ及びコントローラを含む、ワークピースの表面から材料を除去する装置に係る。反応チャンバは、プラズマ源と、元素水素を含むガス混合物をプラズマ源内に導入するガス注入口と、プラズマ源の下流側及びワークピースの上流側に不活性ガスを導入するガス注入口と、ガス注入口の下流側に位置付けられるシャワーヘッドと、シャワーヘッドの下流側にあるワークピース支持体とを有する。ワークピース支持体は、台座と、ワークピース支持体上に支持されるワークピースの温度を制御する温度制御機構とを含む。コントローラは、命令セットを実行する。この命令セットには、水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスを含むガスをプラズマ源内に導入させる命令と、プラズマ源内に導入されるガスからプラズマを生成させる命令と、プラズマ源の下流側及びワークピースの上流側に不活性ガスを導入させる命令と、任意選択的に、異なる流量及びガス組成を用いて、ガスを導入させる命令と、プラズマを生成させる命令と、不活性ガスを導入させる命令を繰り返す命令が含まれる。本発明の方法及び装置に用いるプラズマ源は、多数ある従来のプラズマ源のいずれであってもよい。例えば、ＲＦ  ＩＣＰ源を用いてよい。
【００１４】
本発明の方法及び装置に用いるプロセスチャンバは、任意の好適なプロセスチャンバであってよい。プロセスチャンバは、複数のチャンバを有する装置の１つのチャンバであっても、単一チャンバ装置の一部であってもよい。特定の実施形態では、反応チャンバは、複数のステーションを含み、そのうちの少なくとも１つのステーションは、プラズマ源と、複数のガス注入口と、シャワーヘッドと、ワークピース支持体を含む。
【００１５】
本発明の上述した及び他の特徴及び利点は、関連図面を参照して以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の方法の実施に適した本発明の特定の実施形態による装置を示す害略図である。
【００１７】
【図２Ａ】イオン注入及び剥離工程前後の半導体製造における様々な段階を示す図である。
【図２Ｂ】イオン注入及び剥離工程前後の半導体製造における様々な段階を示す図である。
【図２Ｃ】イオン注入及び剥離工程前後の半導体製造における様々な段階を示す図である。
【図２Ｄ】イオン注入及び剥離工程前後の半導体製造における様々な段階を示す図である。
【００１８】
【図３】本発明の特定の実施形態による様々な工程を示すプロセスフロー図である。
【００１９】
【図４Ａ】本発明の様々な実施形態による様々な条件下で剥離されるフォトレジストパターンの剥離前のＳＥＭ写真を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の様々な実施形態による様々な条件下で剥離されるフォトレジストパターンの剥離後のＳＥＭ写真を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の様々な実施形態による様々な条件下で剥離されるフォトレジストパターンの剥離後のＳＥＭ写真を示す図である。
【図４Ｄ】本発明の様々な実施形態による様々な条件下で剥離されるフォトレジストパターンの剥離後のＳＥＭ写真を示す図である。
【００２０】
【図５Ａ】本発明の様々な実施形態に従い様々な二酸化炭素流量を用いたＨＤＩＳについてのシリコン損失を示すグラフである。
【００２１】
【図５Ｂ】本発明の様々な実施形態に従い様々な四フッ化炭素流量を用いたＨＤＩＳについてのシリコン損失を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［はじめに］
本発明の以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供することを目的として多数の具体的な実施形態を記載する。しかし、当業者には明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細なしでも、又は、代替の要素若しくはプロセスを用いても実施しうる。周知のプロセス、手順、及び構成要素は、本発明の特徴を不必要に曖昧にしないよう詳細には説明していない。
【００２３】
本願において、用語「ワークピース」、「半導体ウェハ」、「ウェハ」、及び「部分的に製作された集積回路」は同じ意味で用いるものとする。当業者は、用語「部分的に製作された集積回路」とは、多くの集積回路製造段階の任意の段階におけるシリコンウェハを指すことを理解するであろう。以下の詳細な説明では、本発明はウェハに対して実施されることを前提としている。しかし、本発明はこれに限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、及び材料でありうる。半導体ウェハに加えて、本発明を活用できる他のワークピースには、ディスプレイ、印刷回路基板等の様々な製品が含まれる。
【００２４】
上述したように、本発明の方法及び装置は、高用量のイオン注入後のフォトレジスト材料を効率的且つ効果的に除去するために用いることができる。本発明は、高用量注入後の剥離（ＨＤＩＳ）に限定されない。また、本発明は、特定のカテゴリの注入ドーパントに限定されない。例えば、記載する方法及び装置は、中又は低用量の注入後の剥離にも効果的に用いることもできる。ホウ素、ヒ素、及びリンといった具体的なドーパントイオンを用いて説明しているが、記載する方法及び装置は、窒素、酸素、炭素、ゲルマニウム、及びアルミニウムといった他のドーパントで含浸されたレジストを剥離するよう効果的に用いてもよい。
【００２５】
フォトレジストを剥離する様々な方法及び装置は、「Enhanced Stripping of Low-K Films Using Downstream Gas Mixing」なる名称で２００７年２月２７日に出願された米国特許出願第１１／７１２，２５３号と、「Enhanced Stripping of Low-K Films Using Downstream Gas Mixing」なる名称で２００４年１２月１３日に出願された米国特許出願第１１／０１１，２７３号（米国特許第７，２０２，１７６号）に記載され且つ開示される。これらの開示内容は、その全体をあらゆる目的のために本願に参照として組み込むものとする。
【００２６】
本発明の方法及び装置は、水素を含むガスから生成されるプラズマを使用する。このガスは更に、弱酸化剤とフッ素含有ガスを含む。当業者は、プラズマ内に存在する実際の種は、水素、弱酸化剤、及びフッ素含有ガスから得られる様々なイオン、ラジカル、及び分子の混合物でありうることは認識するであろう。なお、反応チャンバ内には、プラズマが有機フォトレジスト及び他の残留物と反応してそれらを分解する際の小さな炭化水素、二酸化炭素、水蒸気、及び他の揮発性成分といった他の種があってもよい。当業者は、プラズマに導入される最初のガスは、しばしば、プラズマ内に存在するガス及び剥離時にワークピース面に接触するガスとは異なることも認識するであろう。
【００２７】
図１は、本発明の特定の実施形態による装置１００を示す概略図である。装置１００は、プラズマ源１０１と、シャワーヘッドアセンブリ１０５により離間されるプロセスチャンバ１０３を有する。プラズマ源１０１は、ガス注入口１１１に接続される。シャワーヘッド１０９は、シャワーヘッドアセンブリ１０５の底部を形成する。不活性ガス注入口１１３は、プラズマ源１０１の下流側で、ウェハ１２３及びシャワーヘッド１０９の上流側にある。プロセスチャンバ１０３内には、フォトレジスト／ドライエッチング副生成物材料を有するウェハ１２３がプラテン（又はステージ）１１７上にある。プラテン１１７には、必要に応じてプラテン上のウェハを加熱又は冷却しうる温度制御機構が取り付けられてもよい。ある実施形態では、プラテン１１７は更にウェハ１２３にバイアスを印加する。反応チャンバ１０３内には、真空ポンプ及び管１１９により低圧が実現される。
【００２８】
動作時、ガスがガス注入口１１１を介してプラズマ源１０１に導入される。プラズマ源に導入されるガスは、プラズマを形成するようプラズマ源においてイオン化される化学活性種を含む。ガス注入口１１１は、任意のタイプのガス注入口であってよく、また、複数のポート又はジェットを含んでよい。プラズマ源１０１では、導入されたガスの活性種が生成されて、それにより、プラズマが形成される。図１では、誘導コイル１１５を有するＲＦプラズマ源を示す。このコイルにエネルギーが与えられてプラズマが形成される。不活性ガスは、シャワーヘッドの上流側にありプラズマ源の下流側にあるガス注入口１１３を介して導入される。不活性ガスはプラズマと混合される。ガス注入口１１３は、任意のタイプのガス注入口であってよく、また、プラズマとの不活性ガスの混合を最適にすべく複数のポート又はジェットを含んでよい。シャワーヘッド１０９は、プラズマ／不活性ガス混合物を、シャワーヘッドの穴１２１を介してプロセスチャンバ１０３に導く。プロセスチャンバ１０３内でのプラズマ／ガス混合物の均一性が最大となるよう任意の数及び配置のシャワーヘッド穴１２１がありうる。電気的に接地されうる又は電圧が印加されうるシャワーヘッドアセンブリ１０５は、一部のイオンを捕捉して放出し、それにより、プロセスチャンバ１０３内に流れ込むガスの組成を変更しうる。即ち、ガスの中性種の割合が増加する。上述したように、ウェハ１２３は温度制御されてもよいし、及び／又は、ＲＦバイアスが印加されてもよい。プラズマ／不活性ガス混合物は、ウェハからフォトレジスト／エッチング副生成物材料を除去する。
【００２９】
本発明のある実施形態では、装置は、シャワーヘッドアセンブリ１０５とシャワーヘッド１０９を含まない。このような実施形態では、不活性ガス注入口１１３は、不活性ガスを直接プロセスチャンバ内に導入し、そこで、不活性ガスはウェハ１２３の上流側でプラズマと混合される。様々な構成及び形状のプラズマ源１０１及び誘導コイル１１５を用いてよい。例えば、誘導コイル１１５は、インターレースパターンでプラズマ源１０１の周りに巻きつけられてよい。別の例では、プラズマ源１０１は、円柱ではなく半球体状に形作られてもよい。
【００３０】
好適なプラズマ装置としては、カリフォルニア州サンホセにあるＮｏｖｅｌｌｕｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社により提供されるＧａｍｍａ２１００、２１３０  Ｉ２ＣＰ（インターレース式誘導結合プラズマ）、Ｇ４００、及びＧｘＴがある。他の装置には、メリーランド州ロックヴィルのＡｘｃｅｌｉｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社からのＦｕｓｉｏｎシリーズ、韓国のＰＳＫ  Ｔｅｃｈ社からのＴＥＲＡ２１、及びカリフォルニア州フレモントにあるＭａｔｔｓｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社からのＡｓｐｅｎツールがある。
【００３１】
図２Ａ乃至図２Ｄは、イオン注入及び剥離工程前後の半導体製造の様々なステージを示す。図２Ａは、フォトレジスト材料２０３により被覆された半導体基板２０１を示す。基板２０１は、例えば、酸化膜、シリサイドコンタクト、及び／又はポリシリコン膜といった１以上の堆積膜層を含むか、又は、例えば、シリコン・オン・インシュレータ型の基板であるベアシリコン基板であってよい。最初に、フォトレジスト材料は、基板の表面全体を被覆する。次に、フォトレジストは、マスクを通り生成されるパターニングされた光に露光され、材料の一部を除去するよう現像させられ、例えば、図２Ａに示すように、残っているフォトレジスト材料２０３間に開口２０４が形成される。
【００３２】
次に、基板に、イオン注入プロセスが行われる。イオン注入時に、ワークピース、即ち、ウェハの表面には、ドーパントイオンが注入される。このプロセスは、例えば、プラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）又はイオンビーム注入であってよい。イオンは、露出したシリコン層２０１とフォトレジスト２０３を含む基板表面に衝突する。高エネルギーイオン注入では、少量の下材料２０７がフォトレジスト側壁にスパッタリングされうる。図２Ｂを参照されたい。この材料には、注入種の一部、プラズマ又はイオンビーム中の他の材料、及び注入の副生成物が含まれうる。これらには、シリコン、アルミニウム、炭素、フッ素、チタン、コバルトといった他のコンタクト材料、及び、元素又は化合物形式の酸素が含まれる。実際の種は、イオン注入前の基板の組成、フォトレジスト、及び注入された種に依存する。
【００３３】
露出されたシリコン層２０１には、ドープ領域２０９が形成される。衝突のイオンエネルギー又は強度は、ドープ領域の深度又は厚さを決定する。イオン束の密度がドーピングの範囲を決定する。
【００３４】
イオンはまた、フォトレジスト表面にも含浸し、クラスト層２０５を形成する。クラスト層２０５は、炭化され高度に架橋されたポリマー鎖でありうる。クラストは、通常、水素が枯渇され、注入種が含浸される。クラスト層２０５は、バルクレジスト層２０３より密度が高い。相対密度はイオン束に依存し、一方で、クラスト層の厚さは、イオンエネルギーに依存する。
【００３５】
このクラスト層２０５は、下にあるバルクフォトレジスト２０３よりも剥離が困難である。クラスト層の除去速度は、下にあるバルクフォトレジストより５０乃至７５％遅い。バルクフォトレジストは、比較的高いレベルの化学結合窒素と、そのもとのキャスト溶媒の一部を含む。例えば、約１５０℃以上乃至２００℃以上にウェハが高温になると、バルクレジストはガスを放出し、クラスト層に対して膨張することができる。フォトレジスト全体は、下にあるバルクフォトレジストがクラスト下で圧力を蓄積すると「破裂（pop）」してしまう。フォトレジストの破裂は、パーティクルの発生源及びプロセス欠陥をもたらす。これは、残留物はウェハ表面及びチャンバの内部から取り除くことが特に困難であるからである。高用量のイオン注入では、クラストと下にあるバルクフォトレジスト層との間の密度差は更に大きい。更に、クラストはより厚い。
【００３６】
図２Ｃは、剥離後に、フォトレジスト２０５及び側壁にスパッタリングされた残留物２０７を完全に除去することができなかった基板を示す。側壁にスパッタリングされた残留物２０７は、従来の剥離化学反応では揮発性化合物を形成しないパーティクルを含みうる。これらのパーティクルは、従来の剥離工程後では残ってしまう場合がある。残留物は更に、酸化ホウ素及び酸化ヒ素といった従来の剥離化学反応において用いられる反応性酸素により形成される注入種の酸化物も含みうる。クラスト２０５の一部も基板上に残ってしまう場合がある。クラストの側壁やフォトレジストビアの底部にある隅部は、形状によって剥離が困難でありうる。
【００３７】
これらの残留物パーティクルは、一部の場合では、フッ素化化学反応又はウェハのウェットクリーニングを用いて過剰剥離により除去されうる。従来の酸素化学反応における過剰剥離は、望ましくないシリコン酸化をもたらし、また、酸化ホウ素及び酸化ヒ素の残留物を、それらがあった場合に依然として除去しないことが分かっている。本発明に従って生成されるプラズマ内にフッ素化化合物を用いることにより、揮発性のフッ化ホウ素及びフッ化ヒ素を形成できるフッ素ラジカルが生成される。これにより、残留物の除去が促進されるが、不都合なことに、基板からシリコン及び酸化シリコンもエッチングしてしまう場合がある。本発明の実施形態に従って特定の剥離用フッ素化化学反応を用いることでこの問題は軽減される。
【００３８】
シリコンの損失は、レジストの厚さ、クラストの厚さ、及び過剰剥離の割合に応じる。厚いレジストを除去するために剥離が長く且つ強力に行われると、除去されるシリコンも多くなる。厚いクラストを有するレジストにおいては、クラスト層とバルクレジスト層との間の差は、より一層顕著となる。クラスト側壁及び隅部が厚くなるほど剥離することがより困難となる。したがって、厚いクラストを除去するよう設計される剥離プロセスは、より多くのシリコンを除去する傾向がある。過剰剥離は、残留物の除去に加えてレジストの均一性及び形状についても対処するよう利用される。過剰剥離とは、全てのフォトレジストを除去するために公称上必要な点を越えて続けられる剥離プロセスである。ウェハの一部の領域ではフォトレジストが完全に除去されたが違う部分ではまだ完全に除去されていない場合に剥離プロセスを続けると、一般にシリコン及び酸化シリコンである材料が、既に完全に剥離された領域から更に除去されてしまう。一般的な過剰剥離は約１００％である。
【００３９】
図２Ｄは、全ての残留物が除去された後の基板を示す。残留物は、追加のシリコン損失又は酸化なしで、更には、最小限の遅延で除去されることが好適である。剥離プロセスは残留物を残さず、従って、プロセス工程数が少なくなることが更に好適である。
【００４０】
本発明において開示した方法及び装置は、弱酸化剤及びフッ素含有ガスとともに水素に基づいたプラズマ化学反応を使用して、最小限のシリコン損失で実質的に残留物を残さない剥離プロセスを実現する。シリコン損失が減少されたと考えられるのは、プラズマ中のフッ素ラジカルが、プロセスガス中の水素と結合してフッ化水素（ＨＦ）を形成し、フッ素ラジカルとして残存してシリコンをエッチングしないからである。プラズマにおける二酸化炭素と四フッ化炭素の組合わせは、高用量で注入された後のフォトレジストを剥離し、カリフォルニア州のミルピタスのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社からのツールといったＳＥＭ検査又は欠陥検査ツールに基づいた検査において、基板に残留物を残さない又は実質的に残さないことが示されている。これは、最小限の過剰剥離（例えば、約１００％未満の過剰剥離）で達成される。様々な実施形態では、実質的に残留物がないという状態は、欠陥検査ツールによって検出された検査ダイの約３％未満しかポリマー欠陥を有さないことによって示される。
【００４１】
許容可能である最小シリコン損失は、約３オングストローム（Å）未満、好適には、約１オングストローム未満である。レジストの厚さ及びシリコン損失に影響を与えうる他の要因に関係なくデバイスの要件がこの最小シリコン損失を左右する。測定誤差を減少するために、シリコン損失は、一般に、例えば、透過型電子顕微鏡といった電子顕微鏡を用いてデバイス構造上のシリコン損失を測定する前に、ウェハを同じ剥離プロセスに何回か（例えば、５回）通すことによって測定される。これにより得られた平均シリコン損失は、様々なプロセスを比較するために用いられる。
【００４２】
プロセスパラメータ
【００４３】
［上流側の注入ガス］
一般に元素水素を含む水素含有ガスが、プラズマ源内に導入される。一般に、プラズマ源に導入されるガスは、プラズマを形成すべくプラズマ源においてイオン化される化学活性種を含む。プラズマ源に導入されるガスには、四フッ化炭素、Ｃ２Ｆ６及びハイドロフルオロカーボンを含む他のフッ化炭素、元素フッ素、三フッ化窒素、六フッ化硫黄といったフッ素含有ガスが含まれる。特定の実施形態では、フッ素含有ガスは、四フッ化炭素である。特定の具体的な実施形態では、プラズマ源に導入されるガスは、約０．１乃至約３体積％の四フッ化炭素を含む。プラズマ源に導入されるガスには、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化窒素、酸化窒素、及び／又は水といった弱酸化剤が含まれてもよい。特定の実施形態では、弱酸化剤は二酸化炭素である。
【００４４】
様々な実施形態では、注入ガスは、約１乃至９９体積％、約８０乃至９９．９体積％、又は約９５体積％の分子状水素と、約０乃至９９体積％、又は、０乃至１０体積％の弱酸化剤と、約０．１乃至１０体積％のフッ素含有化合物とを含みうる。特定の実施形態では、注入ガスは、約９５乃至９９体積％の分子状水素と、約０．１乃至３体積％の弱酸化剤と、約０．１乃至１体積％のフッ素含有化合物とを含みうる。具体的な実施形態では、プラズマ源内に導入されるガスは、約９５乃至９９体積％の元素水素と、約１乃至３体積％の二酸化炭素と、約１体積％以下の四フッ素化炭素とを含む。
【００４５】
プラズマ源内に導入されるガスは、予め混合されても、部分的に混合されても、混合されていなくともよい。個々のガス源は、プラズマ源に導入される前に混合プレナム内に流入されうる。他の実施形態では、異なるガスは、別々にプラズマ源に入れられてもよい。プラズマ源内に導入されるガスは、マルチステーションチャンバの異なる反応ステーションにおいて用いられる場合に、異なる組成を有しうる。例えば、６ステーションを有するチャンバの場合、第１のステーション又は第６のステーションは、それぞれ、クラスト又は残留物を除去するために比較的大量のフッ素含有ガスを有するプロセスガスを用いうる。１以上の他のステーションは、少量のフッ素含有ガスを有する、又はフッ素含有ガスを有さないプロセスガスを用いうる。二酸化炭素又は弱酸化剤を有さないプロセスガスを用いてもよい。
【００４６】
弱酸化剤とともに水素に基づいたプラズマを用いてフォトレジストを剥離し且つ材料をエッチングする方法は、米国特許第７，２８８，４８４号に開示される。この特許は、本願にその全体をあらゆる目的のために参照として組み込むものとする。
【００４７】
［プラズマ発生］
ＲＦ、ＤＣ、及びマイクロ波に基づいたプラズマ源といった様々なタイプのプラズマ源を本発明に用いることができる。好適な実施形態では、ダウンストリームＲＦプラズマ源を用いる。一般に、３００ｍｍのウェハ用のＲＦプラズマ出力は、約３００Ｗ乃至約１０ＫＷの範囲にある。ある実施形態では、ＲＦプラズマ出力は、約１０００Ｗ乃至２０００Ｗである。
【００４８】
［不活性ガス］
剥離プロセスには様々な不活性ガスを用いることができる。上述したように、不活性ガスは、プラズマ源の下流側で、且つ、シャワーヘッドの上流側で導入されてプラズマを混合する。特定の実施形態では、不活性ガスはアルゴン又はヘリウムである。具体的な実施形態では、不活性ガスはアルゴンである。しかし、窒素及びヘリウムを含む任意の不活性ガスを用いてよい。特定の実施形態では、不活性ガスの流量は、水素の流量の約０．１５乃至１０．０倍である。特定の具体的な実施形態では、不活性ガスの流量は、水素の流量の約１乃至３倍、又は、約２倍である。
【００４９】
［不活性ガスの注入口］
不活性ガスの注入口は、様々なタイプのガス注入口のいずれであってもよく、プラズマとの混合を容易にするために複数のポート又はジェットを備えてもよい。注入ジェットの角度も、混合を最大化すべく最適化されうる。一実施形態では、少なくとも４つの不活性ガス用注入ジェットがある。別の実施形態では、１６の注入ジェットがある。特定の具体的な実施形態では、注入ジェットの角度は、プラズマ源の底部から測定して、０度である。それにより、不活性ガスは、プラズマ源からシャワーヘッドアセンブリ（又は、シャワーヘッドアセンブリがない場合に、プロセスチャンバ）に入るプラズマの流れ方向に対して垂直に注入される。０度という角度は、ワークピース面に並行な方向にも対応する。他の注入角度を用いてもよいことは明らかであるが、多くの実施形態では、この角度は一般にワークピース面と並行である。
【００５０】
［シャワーヘッドアセンブリ］
本発明の様々な実施形態では、プラズマガスは、シャワーヘッドアセンブリを介してワーク面に分配される。シャワーヘッドアセンブリは、ウェハへの中性種の流れに悪影響を及ぼすことなく一部の荷電種を引きつけるために接地されても、又は、例えば、０乃至１０００Ｗのバイアスといった電圧が印加されてもよい。プラズマ中の多くの荷電種は、シャワーヘッドにおいて再結合する。アセンブリは、プラズマと不活性ガスの混合物を反応チャンバ内に導く複数の穴を有する金属プレートでありうるシャワーヘッドを含む。シャワーヘッドは、プラズマ源からの活性水素を広い面積に亘って再分配するので、小型のプラズマ源を用いることが可能となる。シャワーヘッドの穴の数と配置は、剥離レート及び剥離レート均一性を最適にすべく決められうる。プラズマ源がウェハの上方で中心に位置付けられる場合、シャワーヘッドの穴は、活性ガスを外側の領域に向けて押すようにシャワーヘッドの中心では小さく且つ数が少ないことが好適である。シャワーヘッドは、少なくとも１００個の穴を有しうる。好適なシャワーヘッドには、カリフォルニア州サンホセのＮｏｖｅｌｌｕｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社から入手可能であるＧａｍｍａ  ｘＰＲシャワーヘッド又はＧｘＴドロップインシャワーヘッドがある。
【００５１】
シャワーヘッドアセンブリを用いない実施形態では、プラズマと不活性ガスの混合物は、プロセスチャンバ内に直接入れられる。
【００５２】
［プロセスチャンバ］
プロセスチャンバは、行われる剥離工程に適した任意の反応チャンバであってよい。プロセスチャンバは、複数のチャンバを有する装置のうちの１つのチャンバであっても、単に単一チャンバ装置であってもよい。プロセスチャンバは、異なるウェハが同時に処理される複数のステーションを含んでもよい。プロセスチャンバは、注入、エッチング、又はレジストを介在する他のプロセスが行われるチャンバと同じであってよい。別の実施形態では、剥離専用の別個のチャンバがある。プロセスチャンバの圧力は、約３００ｍＴｏｒｒ乃至２Ｔｏｒｒの範囲にありうる。特定の実施形態では、この圧力は、約０．９Ｔｏｒｒｒ乃至１．１Ｔｏｒｒの範囲にありうる。
【００５３】
プロセスチャンバは、剥離工程が行われる１以上のプロセスステーションを含む。特定の実施形態では、１以上のプロセスステーションは、予熱ステーション、少なくとも１つの剥離ステーション、及び過剰アッシング（over-ash）ステーションを含む。プロセスチャンバ及びプロセスステーションの様々な特徴は、図１及びその関連の説明において開示する。ウェハ支持体は、プロセス時にウェハを支持する。ウェハ支持体は更に、プロセス時にウェハへ又はウェハから熱を伝達し、必要に応じてウェハの温度を調整する。特定の実施形態では、ウェハは、複数の最小コンタクト上に支持され、ウェハ支持体の表面には物理的に接触しない。スピンドルがウェハをピックアップし、ウェハを１つのステーションから別のステーションに移動させる。
【００５４】
好適なプラズマチャンバ及びシステムには、カリフォルニア州サンホセのＮｏｖｅｌｌｕｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社から提供されるＧａｍｍａ２１００、２１３０  Ｉ２ＣＰ（インターレース式誘導結合プラズマ）、Ｇ４００、及びＧｘＴがある。他のシステムには、メリーランド州ロックヴィルのＡｘｃｅｌｉｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社からのＦｕｓｉｏｎシリーズ、韓国のＰＳＫ  Ｔｅｃｈ社からのＴＥＲＡ２１、及びカリフォルニア州フレモントのＭａｔｔｓｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社からのＡｓｐｅｎがある。更に、様々な剥離チャンバをクラスタツールの上に取り付けてもよい。例えば、剥離チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能であるＣｅｎｔｕｒａクラスタツールに追加されてもよい。
【００５５】
［ワークピース］
好適な実施形態では、本発明の方法及び装置に用いるワークピースは、半導体ウェハである。任意のサイズのウェハを用いてよい。最近のウェハ製造施設は、２００又は３００ｍｍのウェハが使用される。上に開示したように、本願に開示する方法及び装置は、エッチング、イオン注入、又は堆積といったプロセス工程後にフォトレジストを剥離する。本発明は、極小の構造、又は、１００ｎｍ未満、６５ｎｍ、又は４５ｎｍ以下である限界寸法を有するウェハに適している。開示したようなＨＤＩＳのシリコン損失が少ないという特徴は、高度ロジックデバイスの超浅接合に特に適している。本発明は、フロントエンド・オブ・ライン（ＦＥＯＬ）のイオン注入、特に、高用量のイオン注入が行われているウェハにも特に適している。
【００５６】
プラズマ活性種は、ウェハ上のフォトレジストとスパッタ残留物と反応する。ウェハにおいて、反応ガスは、多数のプラズマ活性種、不活性ガス、ラジカル、荷電種、及びガス副生成物を含みうる。様々な水素種の密度は、ウェハにおけるガスの約２０乃至８０％でありうる。様々なフッ素種の密度は、０．０１乃至約２％、又は、１％未満でありうる。弱酸化剤からの様々な種の密度は、０．０５乃至約５％、又は、約１．２％でありうる。これらの種には、Ｈ２＊、Ｈ２＋、Ｈ＋、Ｈ＊、ｅ−、ＯＨ、Ｏ＊、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＨＦ、Ｆ＊、Ｆ−、ＣＦ、ＣＦ２、及びＣＦ３が含まれうる。
【００５７】
プロセス条件は、ウェハサイズに依存して異なりうる。本発明のある実施形態では、プラズマをワークピースの表面に当てる際は、ワークピースを特定の温度に維持することが望ましい。ウェハ温度は、約１１０℃乃至約５００℃の範囲でありうる。上述したようなフォトレジストの破裂の可能性を低くするために、ウェハ温度は、十分なクラストが除去されフォトレジストの破裂が問題ではなくなるまでゆっくりと増加されることが好適である。最初のステーションの温度は、約１１０℃乃至約２００℃、例えば、約１８０℃でありうる。後方のステーションでは、２８５℃及び約３５０℃といった高温を、良好な剥離レートとともに用いることができる。
【００５８】
［プロセスフロー］
図３は、本発明の特定の実施形態による様々な工程を示すプロセスフロー図である。ウェハは反応チャンバ内でウェハ支持体上に位置付けられる。工程３０１において、水素含有ガスが、プラズマ源内に導入される。工程３０３において、そのガスからプラズマが発生する。プラズマ源に追加されるガスが多いほど、プラズマは、下流側に流れ、工程３０５において導入される不活性ガスと混合される。プラズマ内の一部の荷電種は結合して、活性化されているが中性の種を形成する。工程３０７において、活性種及び不活性ガスはともに、シャワーヘッドのフェースプレートを通り流れ、ウェハ表面上のフォトレジストと反応する。反応により、揮発性副生成物がもたらされ、これは、工程３０９において、真空ポンプによってプロセス領域から除去される。このプロセスは、異なるプロセスパラメータを用いて１回以上繰り返されうる。例えば、ウェハは、プロセスの反復の間に加熱されても冷却されてもよい。別の例では、異なる初期の水素含有ガスと不活性ガスの組成及び流量を用いてよい。複数の反復のうち少なくとも１回には、元素水素、二酸化炭素、及び四フッ化炭素を含む水素に基づいたガスが用いられることが好適である。複数の反復のうちの１回以上に二酸化炭素又は四フッ化炭素を含まない水素含有ガスを用いてよい。
【００５９】
様々な実施形態では、例えば、上述したようなクラストを有する高用量の注入後のレジスト及びバルクレジスト領域といったフォトレジストの異なる部分をターゲットとするよう様々な反復を設計してよい。第１の剥離ステーションにおける第１の剥離反復は、クラスト層を剥離するよう設計されうる。第１の剥離反復では、特に、クラスト層を剥離するために、元素水素と、二酸化炭素（又は別の弱酸化剤）と、四フッ化炭素（四フッ化炭素は用いなくともよく、また、別のフッ素含有ガスを用いてもよい）とを用いてプラズマを発生させる。クラスト層が十分に薄い又は完全に除去されると、第２の剥離反復によって、しばしば、高いウェハ温度で、残留物及び残っているクラスト層と共にバルクレジストが剥離されうる。第２の剥離プロセスは、第１の剥離プロセスとは異なるプロセスステーションで行われうる。第２の剥離プロセスは、弱酸化剤若しくはフッ素含有ガス、又は両方を用いることなく発生されるプラズマを用いうる。バルクレジストが除去された後、異なるガス組成を用いた更に別の剥離プロセスが、残留物がある場合には、その残留物を剥離すべく設計されうる。この残留物剥離プロセスでは、フッ素含有ガスを用いて任意の酸化された注入種を除去しうる。上述した剥離反復は、プロセスステーションの数及び剥離するフォトレジストの組成に応じて任意の順序又は頻度で行いうる。当業者であれば、剥離化学反応に対して低い又は高い抵抗を有する厚い又は薄いクラストの剥離に、本願に記載した概念を合わせることができよう。更に、本願に記載した概念は、異なる特性を有する２層以上のフォトレジストが、異なるレジスト層を対象とした異なる剥離化学反応を用いて剥離される他の状況にも適用できる。
【００６０】
［実験例１］
この実験例では、二酸化炭素と四フッ化炭素の残留物への影響を調べた。３００ｍｍのウェハは、４５ｎｍの構造でパターニングされ、イオン注入されてＰ＋領域にＬＤＤ（低濃度ドレイン）が形成された。結果として得られた高用量注入された後のレジストは、約２０００オングストロームの厚さで、約６３０オングストロームの厚さのクラストを有した。
【００６１】
ウェハは、５つのプラズマステーションを有する剥離チャンバにおいて剥離処理された。プラズマは、２０００ＷのＲＦ出力で発生された。ウェハは、各ステーションにおいて約２０秒間、全体で９７秒間の間プラズマ活性反応ガスにさらされた。ウェハ支持体の温度は、３５０℃であった。チャンバ圧力は、９００ｍＴｏｒｒであった。水素の流量は、６ｓｌｍ（標準リットル／分）であり、下流側のアルゴンの流量は、１４ｓｌｍであった。二酸化炭素の流量は、０乃至１５０ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）で変更された。四フッ化炭素の流量は、２０乃至４０ｓｃｃｍで変更された。なお、これらの流量は、５つのプラズマステーションを有するチャンバ全体についての総流量である。各ステーションは、総流量の約１／５を受取る。
【００６２】
図４Ａ乃至図４Ｄは、様々なプラズマ活性反応ガスを用いる剥離の前後のウェハのＳＥＭ写真を示す。図４Ａは、剥離前のウェハの一部を示す。構造４０１は、高用量で注入した後のレジストを示す。パッド４０５は、パターニングプロセス時にフォトレジストが除去された構造４０３を有する。従って、ＨＤＩＳプロセスは、構造４０１を除去する。
【００６３】
図４Ｂに示す第１のウェハでは、２０ｓｃｃｍの四フッ化炭素と１５０ｓｃｃｍの二酸化炭素を水素に添加してプラズマを形成した。このプロセス後、虫のような形状の残留物４０７が残った。図４Ｃに示す第２のウェハでは、４０ｓｃｃｍの四フッ化炭素と１５０ｓｃｃｍの二酸化炭素を水素に添加してプラズマを形成した。この場合、図４Ｃに示すように剥離によって残留物はなかった。図４Ｄに示す更に別のウェハでは、４０ｓｃｃｍの四フッ化炭素を水素に添加し、二酸化炭素は添加せずにプラズマを形成した。虫のような形状の残留物４０７が再び観察された。この結果は、二酸化炭素と四フッ化炭素を添加することにより、水素に基づいたＨＤＩＳにおいて、残留物のない膜をもたらすことができることを示す。
【００６４】
［実験例２］
この実験例では、二酸化炭素流量と四フッ化炭素流量のシリコン損失への影響を独立して調べた。実験例１と同じプロセス条件下でのＨＤＩＳのシリコン損失を、四フッ化炭素流量を４０ｓｃｃｍで一定にした状態で、０、５０、１００、及び１５０ｓｃｃｍの二酸化炭素流量について測定した。図５Ａに結果を示す。シリコン損失は、１５０ｓｃｃｍの二酸化炭素流量において最も低く、二酸化炭素が添加されない場合に最も高かった。この結果は、プラズマ中に幾らかの二酸化炭素があることによってシリコン損失が減少することを示す。
【００６５】
実験例１と同じプロセス条件下でのＨＤＩＳのシリコン損失を更に、二酸化炭素流量を１５０ｓｃｃｍで一定にした状態で、０、４０、６０、８０、及び１００ｓｃｃｍの四フッ化炭素流量について測定した。図５Ｂに結果を示す。シリコン損失は、四フッ化炭素流量が６０乃至８０ｓｃｃｍである間にピークとなることが示される。
【００６６】
これらの結果は、シリコン損失は、二酸化炭素及び四フッ化炭素の流量によって影響を受けることを示す。特定の膜について、当業者であれば、シリコン損失を最小限にし、膜に残留物を残さないＨＤＩＳプロセスを設計することができよう。
【００６７】
［実験例３］
別の実験例では、異なるステーションにおいて異なるガス組成を用いた場合のシリコン損失及び剥離残留物への影響を調べた。プロセス条件は、実験例１のものと同じであるが、ウェハ支持体の温度は、２５０℃である。第１のレシピでは、四フッ化炭素が、４０ｓｃｃｍの総流量で全てのステーションにおいて用いられた。第２のレシピでは、四フッ化炭素は、２０ｓｃｃｍの総流量で第１のＲＦステーション及び第２のステーションだけに供給された（即ち、各ステーションに１０ｓｃｃｍ）。二酸化炭素の流量は、１５０ｓｃｃｍで一定に維持された。
【００６８】
いずれの場合にも、ＨＤＩＳプロセス後、残留物のない基板が得られた。平均シリコン損失は、第１のレシピでは、１サイクルあたり８．１Åであり、第２のレシピでは、６．７Åであり、約１７％の減少である。１サイクルとは、ツールを通過する完全なパスであって、全てのステーションにおける処理が含まれる。この結果は、異なるガス組成を用いた連続的な剥離プロセスは、残留物のない基板が依然として得られつつもシリコン損失を減少できることを示す。
【００６９】
［実験例４］
この実験例では、１ステーション当たりのプロセス時間を短くし、四フッ化炭素の流量を少なくしたことによる影響を調べた。第１のレシピでは、四フッ化炭素は添加されず、１ステーション当たりのプロセス時間は２０秒であった。第２のレシピでは、１０ｓｃｃｍの四フッ化炭素を添加し、１ステーション当たりのプロセス時間は１０秒であった。両レシピにおいて、ウェハ支持体の温度は２８５℃であった。
【００７０】
第１のレシピでは、プラズマ中に四フッ化炭素がないことにより、剥離後に残留物が残った。１サイクル当たりの平均シリコン損失は、１．９３Åであった。第２のレシピでは、低流量の四フッ化炭素及び短縮プロセス時間により、基板には残留物がなく、１サイクル当たりの平均シリコン損失は３．１２Åであった。第１のレシピは、低シリコン損失であったが、剥離後の基板には残留物があった。この結果は、低流量の四フッ化炭素を、プロセス時間を短縮して用いることにより、残留物のない基板がもたらされうることを示す。
【００７１】
［実験例５］
この実験例では、四フッ化炭素は、異なるステーションにおいてプラズマ源に導入された。第１のレシピでは、５ｓｃｃｍの四フッ化炭素が第１のＲＦステーションに導入された。第２のレシピでは、５ｓｃｃｍの四フッ化炭素が第３のＲＦステーションに導入された。シリコン損失は、第１のサイクル後及び第５のサイクル後に測定されて平均化された。他のプロセスパラメータは、実験例１のものと同じである。
【００７２】
第１のレシピは、残留物のない基板をもたらした。四フッ化炭素を用いた第１のサイクル後のシリコン損失は、１４．４Åであった。第５のサイクル後のシリコン損失は、１８．６Åであった。１サイクル当たりの平均シリコン損失は、１４．４Åから３．７Åに減少した。
【００７３】
第２のレシピではＨＤＩＳ後の基板上には少量の残留物が観察された。第１のサイクル後のシリコン損失は、６．９Åであり、これは、第１のレシピの第１のサイクル後のシリコン損失より少ない。第５のサイクル後のシリコン損失は、１０．３Åであった。１サイクル当たりの平均シリコン損失は、６．９Åから２．１Åに減少した。
【００７４】
この結果は、この化学反応を用いたシリコン損失は、自己限定的な反応であり、シリコン損失の大部分は、第１のサイクル時に生じることを示す。処理を追加してもそれ以上シリコンを除去することはない。これは、総シリコン損失は処理時間に比例する従来のフッ素及び酸素の剥離化学反応に対して有利である。過剰剥離が必要である場合、例えば、フォトレジストの厚さが均一ではない場合、酸素化学反応は、開示する水素化学反応よりも多くのシリコン損失を生じさせる。
【００７５】
この結果は更に、第１のサイクルにおけるシリコン損失は、四フッ化炭素が用いられない場合に減少することも示す。当業者であれば、総シリコン損失を減少するために四フッ化炭素の導入を遅らせることができよう。
【００７６】
これらの具体的な実験例の実験結果は、本発明の方法の有効性を明確にし、且つ、説明するために示すものであって、本発明を特定の実施形態に限定することを意図していない。
【符号の説明】
【００７７】
１００  装置
１０１  プラズマ源
１０３  プロセスチャンバ
１０５  シャワーヘッドアセンブリ
１０９  シャワーヘッド
１１１  ガス注入口
１１３  不活性ガス注入口
１１５  誘導コイル
１１７  プラテン
１１９  真空ポンプ
１２１  穴
２０１  基板
２０３  フォトレジスト材料
２０５  クラスト層
２０７  下材料
２０９  ドープ領域
４０１  レジスト
４０３  フォトレジストが除去された構造
４０５  パッド
４０７  残留物
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【外国語明細書】
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