(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトレジストをウエハから除去するための方法であって、
硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する処理ガスを供給する工程と、
第１のチャンバ内で前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体を前記第１のチャンバから前記ウエハが配置された第２のチャンバへ流す工程であって、前記ウエハは、パターニングされたフォトレジスト層を上部に有する工程と、
前記反応媒体を用いて前記パターニングされたフォトレジスト層を除去する工程と、
前記第２のチャンバへの前記反応媒体の流入を停止する工程と
を備え、
前記反応媒体が前記ウエハに到達する前に、水蒸気が前記反応媒体を溶媒和して化学種の溶媒和クラスタを形成するように、前記プラズマから下方に流れる前記反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域に前記水蒸気を導入する工程を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記処理ガスは、ＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2を含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記処理ガスは、さらに、フッ素含有ガスを含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記フッ素含有ガスは、フルオロカーボンを含む方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
前記プラズマから下方に流れる前記反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域にフッ素含有ガスを注入する工程を備える方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、バイアス電圧が印加されない方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
１３．５６ＭＨｚ以上の周波数を有するバイアス電圧を生成するためにＲＦ電力を印加する工程を備える方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
前記ウエハの温度を制御する工程を備える方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
陰イオンを前記反応媒体内に放出するために、プラズマ放電をパルス化する工程を備える方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、前記溶媒和領域は、前記第１のチャンバ内の前記プラズマの下流に設けられ、前記反応媒体は、前記第２のチャンバ内に入る前に溶媒和される方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、前記溶媒和領域は、前記第２のチャンバ内に設けられる方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記反応媒体は、前記反応媒体の通過を可能にする複数の穴を有する少なくとも１つのガス分配部を通して前記ウエハに移送される方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記水蒸気は、前記ガス分配部の上方に注入される方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、前記水蒸気は、前記ガス分配部の下方に注入される方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法であって、前記水蒸気は、２つの前記ガス分配部の間に注入される方法。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
陰イオンを前記反応媒体内に放出するためにプラズマ放電をパルス化する工程を備える方法。
【請求項１７】
フォトレジストをウエハから除去するための装置であって、
処理ガスからプラズマを生成するための第１のチャンバであって、ガス流入口を有する第１のチャンバと、
前記ガス流入口と流体接続し、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する前記処理ガスを前記第１のチャンバ内に供給するためのガス源と、
パターニングされたフォトレジスト層を上部に有する前記ウエハを収容するための第２のチャンバと、
ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体を前記第１のチャンバ内の前記プラズマから前記第２のチャンバに流すための反応媒体分配部と、
前記第２のチャンバまたは前記反応媒体分配部に設けられた水蒸気流入口であって、前記反応媒体が前記ウエハに到達する前に、水蒸気が前記反応媒体を溶媒和して化学種の溶媒和クラスタを形成するように、前記プラズマから前記ウエハに流れる前記反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域に前記水蒸気を導入する水蒸気流入口と
を備える装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記水蒸気流入口は、
前記化学種の周りにクラスタとして凝縮するように前記水蒸気を注入するよう構成されたノズルを備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの形成に関し、特に、フォトレジストの除去に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの処理では、周知のパターニング処理およびエッチング処理を用いて、半導体デバイスのフィーチャがウエハ内に規定される。ウエハにおけるいくつかの領域をエッチング剤から保護してフィーチャを規定するために、フォトレジスト（ＰＲ）が用いられる。フォトレジストは、ドーパントをシリコン基板内に注入するためのイオン注入マスクとしても利用される。従来、フォトレジストマスクは、例えばメタライゼーション後のバックエンド（ＢＥＯＬ）処理においては「湿式」処理で除去され、一方、例えばデバイスを特徴付けるイオン注入後に、フロントエンド（ＦＥＯＬ）処理においては「乾式」処理が利用される。ただし、ＢＥＯＬ処理で乾式剥離が用いられてもよいし、ＦＥＯＬ処理で湿式剥離が用いられてもよい。乾式フォトレジスト剥離は、下流環境または直流低バイアス電位プラズマ（ｄｉｒｅｃｔ  ｌｏｗ  ｂｉａｓ−ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｐｌａｓｍａ）内で実行されてよい。ＦＥＯＬでは、ドープまたは非ドープの活性領域（ＳｉまたはＳｉＧｅ）が、様々なレベルのインプラントを施され、その後に、フォトレジスト剥離および剥離後の洗浄を受ける。
【０００３】
乾式または湿式処理による活性領域への影響は、材料またはドーパントの欠損の恐れがあることから有害でありえる。材料の欠損は、活性領域が、剥離・洗浄処理またはエッチング処理を繰り返し受けると起こりうる。材料の欠損は、一般に、シリコンまたはドーパントなどの活性種が酸化物などの不活性化合物に変化することとして定義される。材料の欠損が増えるにつれ、駆動電流、漏れ特性、抵抗率、および、短チャネル効果など、様々なデバイス特性も変化する。材料の欠損に対するデバイスの感度は、デバイスの形状が４５ｎｍ以上減少して、接合が、より浅くなり、高フラックス低エネルギのイオン注入によってより低濃度でドープされると、さらに増大する。活性領域特性は、最適性能に向けて任意のデバイスにおいて精密に設計された部分であるため、ＦＥＯＬ処理（イオン注入後の剥離（ＰＩＩＳ）など）による材料欠損が、デバイス性能に有害でありえる。さらに、フォトレジスト内に注入されたイオンは、表面付近の領域を化学的に変化させて、フォトレジストの分解、架橋結合などを引き起こす。このように化学的に変化した領域は硬いクラストを形成し、そこでは、ポリマが事実上グラファイト化しうる。かかる硬いクラストは、通例、上側レジスト領域の露出した側壁に形成される。
【０００４】
乾式処理でのイオン衝撃による材料欠損を回避するために、高温硫酸を用いた改良湿式処理も利用されてきた。しかしながら、典型的な湿式フォトレジスト剥離剤（高温ピラニア溶液（Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2））は、かかるクラストが存在する場合には良好に機能しない。かかるクラストを剥離するために、強力なプラズマ剥離剤が用いられており、それは、通例、高酸化的ラジカルを含む。クラスト剥離を強化するために、ウエハが加熱されてよく、フッ素（Ｆ）含有種がプラズマに加えられてよい。ただし、かかる強い化学物質（すなわち、還元またはフッ素化）および／または酸化を利用すると、Ｓｉ材料、ドーパント、および、Ｇｅの欠損につながり、デバイス性能に影響を与える。
【発明の概要】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明の目的に従って、フォトレジストをウエハから除去するための方法が提供されている。ウエハは、その上に、パターニングされたフォトレジスト層を有する。硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する処理ガスが供給され、第１のチャンバ内で処理ガスからプラズマが生成される。ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体が、第１のチャンバから、ウエハの配置された第２のチャンバに流される。ウエハ上にパターニングされたフォトレジスト層が、反応媒体を用いて除去され、その後、第２のチャンバへの反応媒体の流入が停止される。
【０００６】
本発明の別の態様では、反応媒体がウエハに到達する前に、水蒸気が反応媒体を溶媒和して化学種の溶媒和クラスタを形成するように、プラズマから下方に流れる反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域に、水蒸気が導入される。フォトレジストは、溶媒和された反応媒体を用いて除去される。溶媒和領域は、第１のチャンバ内のプラズマの下流に設けられてよく、反応媒体は、第２のチャンバ内に入る前に溶媒和される。あるいは、溶媒和領域は、第２のチャンバ内に設けられてもよい。
【０００７】
本発明の別の態様では、フォトレジストをウエハから除去するための装置が提供されている。装置は、処理ガスからプラズマを生成するための第１のチャンバと、ガス源と、第２のチャンバと、反応媒体分配部とを備える。第１のチャンバはガス流入口を有しており、ガス源はガス流入口と流体接続している。ガス源は、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する処理ガスを第１のチャンバ内に供給する。パターニングされたフォトレジスト層を上部に有するウエハが、第２のチャンバ内に配置される。反応媒体分配部は、ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体を第１のチャンバ内のプラズマから第２のチャンバに流す。水蒸気流入口が、第２のチャンバまたは反応媒体分配部に設けられている。水蒸気流入口は、反応媒体がウエハに到達する前に、水蒸気が反応媒体を溶媒和して化学種の溶媒和クラスタを形成するように、プラズマからウエハに流れる反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域に水蒸気を導入する。水蒸気流入口は、化学種の周りにクラスタとして凝縮するように水蒸気を注入するよう構成されたノズルを備えてもよい。
【０００８】
添付の図面を参照しつつ行う本発明の詳細な説明において、本発明の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施例を図示するが、発明はこれらの例示に限定されるものではない。また、図において、同様の要素は、同様の符号により示されている。
【００１０】
【図１Ａ】イオン注入のためのフォトレジストマスクを有する基板の例を示す略断面図。
【図１Ｂ】イオン注入のためのフォトレジストマスクを有する基板の例を示す略断面図。
【００１１】
【図２】本発明の一実施形態で利用可能な処理を示すハイレベルフローチャート。
【００１２】
【図３】本発明の一実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能なプラズマ処理モジュールを示す略断面図。
【００１３】
【図４Ａ】本発明の別の実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な下流誘導結合プラズマ処理モジュールを示す概略図。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な下流誘導結合プラズマ処理モジュールを示す概略図。
【００１４】
【図５】本発明のさらに別の実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な別の例の下流誘導結合プラズマ処理モジュールを示す概略図。
【００１５】
【図６】本発明のさらに別の実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な下流フォトレジスト剥離チャンバ（「下流チャンバ」）を示す概略図。
【００１６】
【図７Ａ】本発明の一実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な温度制御部を有する別の例のプラズマモジュール（剥離モジュール）を示す概略図。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な温度制御部を有する別の例のプラズマモジュール（剥離モジュール）を示す概略図。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な温度制御部を有する別の例のプラズマモジュール（剥離モジュール）を示す概略図。
【００１７】
【図８】本発明の一実施形態に従って、プラズマからウエハに移送される反応媒体の溶媒和処理を示すフローチャート。
【００１８】
【図９】本発明の一実施形態に従って、さらなる水蒸気流入口を有するプラズマ処理モジュールの一例を示す概略図。
【００１９】
【図１０】本発明の一実施形態に従って、さらなる水蒸気流入口として注入ポートを用いる別の例のプラズマ処理モジュールを示す概略図。
【００２０】
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に従って、水蒸気流入口を有する別の例のプラズマ処理モジュールを示す概略図。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に従って、水蒸気流入口を有する別の例のプラズマ処理モジュールを示す概略図。
【図１２】本発明の一実施形態に従って、水蒸気流入口を有する別の例のプラズマ処理モジュールを示す概略図。
【００２１】
【図１３】プラズマモジュールの第２のチャンバが２以上のバッフル（ガス分配部）を備える例を示す概略図。
【００２２】
【図１４Ａ】本発明の一実施形態に従って、さらなるガス注入ポートを水蒸気流入口として用いる別の例のプラズマ処理モジュールを示す概略図。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態に従って、さらなるガス注入ポートを水蒸気流入口として用いる別の例のプラズマ処理モジュールを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、添付図面に例示されたいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂは、イオン注入のためのフォトレジストマスク１２を有する基板１０の例を示す略断面図である。基板１０は、さらに、薄膜誘電体層１４を備えてよい。フォトレジストマスク１２は、図１Ａに示すように、ドーパントが注入される活性領域１６を規定するフィーチャを有する。フォトレジストマスク１２は、図１Ｂに示すように、例えば、ｎ型デバイスのための活性領域２０がイオン注入によって形成される場合にｐ型デバイス領域１８を保護するために用いられてもよい。イオン注入後、フォトレジストマスクの表面付近の領域は、イオン入射によって化学修飾されて、バルク部分２４を覆う硬いクラスト２２を形成する。
【００２５】
一般に、下流フォトレジスト剥離工程は、マイクロ波またはＲＦ放電領域でフルオロカーボンを加えて酸素を放電させることによって実行される。プラズマからのラジカルは処理チャンバに移送され、そこに、通例はイオンが残される。許容可能な反応速度を確保するために、ウエハは、３００℃まで加熱されてよい。下流剥離工程中の材料欠損は、ラジカル（Ｏ*）がシリコン中に拡散することによって起こり、ラジカルはシリコンを二酸化シリコンに変化させ、高温により拡散が強化される。あるいは、直流低バイアス電位プラズマ剥離が利用される場合、薄膜誘電体層を通して活性領域内に貫通したプラズマからの荷電化学種（Ｏ+またはＯ2+）によって、材料欠損が生じる。
【００２６】
両方のタイプの乾式剥離において、ラジカルまたはイオンは、Ｓｉ、Ｇｅ、または、ドーパントと反応し、基本的にそれらの機能を損なう。かかる化学種の例としては、活性領域の構成物質と反応する、または、それらを消費するのに十分な熱エネルギによって薄膜誘電体層を通して駆動された酸化的ラジカルが挙げられる。活性領域の構成物質は、乾式剥離中に酸化もしくは除去される。かかる作用の結果として、活性領域のＳｉまたはＧｅの欠損が生じる。還元種（すなわち、水素）も同様に破壊的であり、活性領域での材料欠損を引き起こす場合があるが、これは酸化によるものではない。さらに、乾式フォトレジスト除去の代替方法として、硫酸および過酸化物の水溶液（例えば、ＳＨＡＲＫと呼ばれる化学剤）を用いた湿式処理が開発されており、シリコンの欠損が最小限に抑えられるとされている。ただし、この技術は、開発中であり、上述のように、フォトレジストが硬化された場合、または、比較的多量の注入がなされて硬いクラストが形成された場合には良好に機能しない。
【００２７】
したがって、ＦＥＯＬのイオン注入後の剥離処理において、出願人は、下層の活性領域のシリコン（ＮまたはＰ型ドーパントおよび／またはＧｅを含んでも含まなくてもよい）上の任意の露出した誘電体層に悪影響を与える（すなわち、除去する）ことなく、硬化フォトレジスト（ＰＲ）層および残留バルクフォトレジストを除去するための処理を研究開発した。厳しい材料欠損の課題に加えて、剥離処理は、残った層を硬化させないことを求められる。
【００２８】
本発明の実施形態は、反応チャンバの上流にプラズマ放電部を有する下流プラズマモジュールを利用する。本発明の実施形態は、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する新規の処理ガスを用いる。
【００２９】
理解を促すために、本発明の一実施形態に従って、フォトレジストを基板から除去するために利用可能な処理を示すハイレベルフローチャートを図２に示す。ウエハは、その上に、パターニングされたフォトレジストを有する。フォトレジストは、フォトレジスト除去の前にイオン注入マスクとして利用されてよく、例えば、図１Ａまたは図１Ｂに示したように、バルク部分と、バルク部分を覆うクラスト部分とを有してよい。ただし、本発明は、例えば、ＢＥＯＬ処理におけるフォトレジスト剥離など、他のフォトレジスト剥離にも適用可能であることに注意されたい。図２に戻ると、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する処理ガスが供給される（工程２０２）。例えば、処理ガスは、ＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2を含んでよい。処理ガスは、さらに、フッ素含有ガス（例えば、ＮＦ6、ＮＦ3）、または、フルオロカーボン（例えば、ＣＦ4）を含んでもよい。より一般的には、フルオロカーボンは、ＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）および／またはＣｘＦｙＨｚ（ｘ≧１、ｙ≧１、ｚ≧１）と表すことができる。ソースガスは、さらに、Ｈ2およびＮＨ3など、他の成分ガスを含んでもよい。
【００３０】
プラズマが、第１のチャンバ内で処理ガスから生成される（工程２０４）。プラズマは、マイクロ波、誘導放電（ＲＦエネルギ）、ＤＣ放電、または、他の高密度解離遠隔電源を用いて放電されてよい。ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体が、第１のチャンバから、ウエハの配置された第２のチャンバに流される（工程２０６）。ウエハは、その上に、パターニングされたフォトレジスト層を有する。パターニングされたフォトレジスト層は、反応媒体を用いて除去される（工程２０８）。次いで、第２のチャンバ内への反応媒体の流入が停止される（工程２１０）。反応媒体を用いたフォトレジスト除去の後に、１または複数のさらなる洗浄処理が実行されてよい（工程２１２）。
【００３１】
図３は、本発明の一実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能なプラズマチャンバ１０２を備えるプラズマ処理モジュール１００を示す略断面図である。プラズマチャンバ１０２は、チャンバ壁１０４および誘電体窓１０６を備える。プラズマ処理モジュール１００は、供給ガスがチャンバ１０２内に流入することを可能にするための供給ガス流入口１０８を備える。排気ポート１１０は、チャンバ１０２からガスを排気する。チャンバ１０２内の供給ガスを励起してチャンバ１０２内でプラズマを点火するために、誘導源１１２（通例は、誘電体窓１０６上に配置されたコイルの形態を取る）が利用される。この例では、誘導源１１２は、ＲＦ電源１１４によって電力供給される。
【００３２】
誘導源１１２により、チャンバ１０２内のプラズマは、主要解離領域１１６を有するプラズマを形成する。この主要解離領域１１６は、プラズマが最も効果的に供給ガスを解離させるチャンバ１０２内の領域である。誘導源１１２が、誘電体窓１０６に取り付けられたコイルの形態を取る場合、主要解離領域１１６は、チャンバ１０２内で誘導源１１２のコイルの真下に位置する全体的にドーナツ形の領域の形態を取る。
【００３３】
プラズマ処理モジュール１００は、さらに、プラズマチャンバの壁をプラズマから保護すると共にＯまたはＯＨのような中性ラジカルの再結合を低減するためのライナ１１８（水晶ライナまたは任意の他の利用可能な材料など）を備えてもよい。チャック１２０が、チャンバ１０２の底部に配置されており、半導体基板１２２を支持するよう構成されている。当業者に周知のように、チャック１２０は、処理効率を上げるために加熱されてよい。プラズマ処理モジュール１００は、さらに、基板１２２の上方に配置された水晶バッフル１２４を備える。バッフル１２４は、バッフル１２４を貫通して形成された複数の開口部を備えており、それによって、チャンバ１０２を流れる任意のガスは、バッフル１２４がプラズマ処理モジュール１００に備えられていない場合よりも基板１２２上を均一に流れるように再分配される。バッフル１２４は、基板１２２をプラズマへの直接的な暴露から部分的に保護する。したがって、この例では、バッフル１２４の上方のプラズマチャンバ１０２を第１のチャンバとし、基板１２２がチャック１２０上に配置されるバッフル１２４の下方の領域を第２のチャンバとする。
【００３４】
本発明の一実施形態によると、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する新規のガス混合物、例えば、ＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2を供給ガスとして含有する処理ガスが、供給ガス流入口１０８を通して導入される。Ｈ2Ｏを利用することの目的の１つは、ダングリングＳｉボンドを「シールする」ことにより、活性領域のシリコンを不動態化することである。他の目的は、フォトレジスト内の炭素を攻撃しうるが、活性領域のシリコン内には容易に拡散しえない（酸素ラジカルと対照的に）比較的大きく強力な反応剤を生成することである。随意的に、フッ素含有ガスが、さらに、供給ガス流入口１０８を通してプラズマチャンバ１０２の放電（解離領域１１６）内に導入されてもよい。
【００３５】
処理ガスは、主要解離領域１１６で解離されて、ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体を形成する。本明細書および特許請求の範囲では、「ラジカルリッチかつイオンプア」とは、ラジカルの濃度（ラジカル数／ｃｍ3）が、圧力、解離効率、および、再結合速度に応じて、イオンの密度（イオン数／ｃｍ3）よりも、少なくともＥ２（１０2）倍、好ましくはＥ５（１０5）倍以上、より好ましくはＥ５（１０5）倍からＥ８（１０8）倍、大きいことを意味する。例えば、ラジカルリッチかつイオンプアな媒体に提供されるイオン密度は、１０Ｅ７（１０×１０7）イオン／ｃｍ3未満、好ましくは１０Ｅ６（１０×１０6）イオン／ｃｍ3であってよく、ラジカル濃度の範囲は、５Ｅ１３（５×１０13）から５Ｅ１５（５×１０15）ラジカル／ｃｍ3、好ましくは１Ｅ１４（１×１０14）から１Ｅ１５（１×１０15）ラジカル／ｃｍ3であってよい。ただし、後述するように、バイアスが印加される場合、イオン密度は、約１０Ｅ９（１０×１０9）から１０Ｅ１０（１０×１０10）イオン／ｃｍ3の範囲であってよい。ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体は、さらに、実質的にイオンが存在しない反応媒体を含む。様々な強い反応種を形成する放電生成物との多くの反応が存在する。これらの化合物の一部は強い還元剤であり、一部は非常に強い水素供与体であり、他の化合物は酸化剤である。反応混合物を制御することにより、活性領域における酸化還元のバランスを取りつつ、効果的にフォトレジストを分解することができる。供給ガスとしてＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2を用いたプラズマは、以下のラジカルを生成する：ＨＳＯ4・硫酸の特性を有するモノ硫酸ラジカル；ＨＳＯ3・亜硫酸水素ラジカル；ＨＯ・ヒドロキシルラジカル；および、Ｏ・酸素ラジカル。ＨＳＯ4・およびＨＳＯ3・ラジカルは、強い水素供与体であるため、フォトレジスト内の炭素を水素化することができる。さらに、ＨＳＯ4・ラジカルは、強い酸化化合物であるため、ＨＯ・およびＯ・と共に、弱くなった炭素を酸化する。ＳＯ2は、他の硫黄酸化物と異なり、適切な反応を促すためには、Ｈ2Ｏと共に存在する必要があることに注意されたい。
ＨＳＯ4・＋Ｃ−Ｃ→Ｈ−Ｃ−Ｃ＋ＳＯ4・→ＣＯ2＋ＯＨ＋ＳＯ
ＨＳＯ3・＋Ｏ−Ｓｉ−Ｓｉ→Ｈ−Ｓｉ−Ｓｉ＋ＳＯ4
【００３６】
ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体は、図３に示すように、プラズマチャンバ１０２の主要解離領域１１６からバッフル１２４を通って、基板１２２が配置された反応領域１２６に流される。バッフル１２４は、イオンが基板に到達することを部分的に防止するため、反応領域１２６は、この例において第２のチャンバと見なすことができる。基板１２２上のパターニング済みフォトレジスト層は、反応媒体を用いて除去される。
【００３７】
図４Ａは、本発明の別の実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な下流誘導結合プラズマ処理モジュール１４０を示す概略図である。説明のため、様々な図面を通して同じ構成要素には同じ符号を用いており、当業者であれば、追加の説明なしに、同様の構成要素およびそれらの機能について理解することができる。
【００３８】
全体的に、プラズマ処理モジュール１４０は、図４Ａに示すように、プラズマチャンバ１０２が、プラズマ生成および解離のための第１の（上側）チャンバ１４２と、処理（フォトレジスト除去）のための第２の（下側）チャンバ１４４とに分割されている点を除いて、上述のプラズマ処理モジュール１００と同様のものである。
【００３９】
プラズマ処理モジュール１００と同様に、プラズマ処理モジュール１４０は、供給ガスが第１のチャンバ１４２内に流入することを可能にするための供給ガス流入口１０８を備える。排気ポート１１０は、第２のチャンバ１４４からガスを排気する。第１のチャンバ１４２内の供給ガスを励起して供給ガスから第１のチャンバ１４２内でプラズマを生成するために、誘導源１１２（この例では、誘電体窓１０６上に配置されたコイルの形態を取る）が利用される。この例では、誘導源１１２は、変成器結合電源の形態を取るＲＦ電源１１４によって電力供給される。典型的な誘導源の電力は、約２５０Ｗから約５０００Ｗ以上の範囲である。上述の実施形態と同様に、誘導源１１２の具体的な構成および形状により、第１のチャンバ１４２内に主要解離領域１１６を有するプラズマが生じる。プラズマ処理中、第１のチャンバ１４２および第２のチャンバ１４４内のガス圧は、約１０ｍＴから約１０Ｔ以上であってよいが、通例は、動作圧は約１Ｔである。供給ガス流量は、３００ｍｍ基板（ウエハ）については、約１００標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約１０，０００ｓｃｃｍ以上の範囲であってよい。
【００４０】
第１のチャンバ１４２および第２のチャンバ１４４を相互接続する内部ポート１４８が、プラズマ閉じ込めプレート１４６の実質的に中央に設けられている。内部ポート１４８は、第１のチャンバ１４２内で生成された反応媒体が、基板１２２の処理中に第２のチャンバ１４４内に流入することを可能にする。第２のチャンバ１４４は、バッフル１２４を有してよい。バッフル１２４の下方の反応領域（図４では図示せず）は、第２のチャンバの一部、あるいは、第３のチャンバと見なすことができる。
【００４１】
図４Ａに示すように、供給ガス流入口１０８は、第１のチャンバ１４２内に供給された任意の供給ガスの流れが、矢印で示されるように、実質的に主要解離領域１１６を通って内部ポート１４８に向けられるように、配置されてよい。第１のチャンバ１４２内で生成されたプラズマは、供給ガスから反応媒体を生成し、反応媒体は、内部ポート１４８を通して第１のチャンバから第２のチャンバへ移送される。この実施形態では、供給ガスは、供給ガス流入口１０８を通して導入されるＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2であってよい。随意的に、フッ素含有ガスが、供給ガス流入口１０８を通して供給されてもよい。
【００４２】
さらに、チャンバ壁１０４およびプラズマ閉じ込めプレート１４６は、接地されてよい。このように壁を接地することにより、任意の荷電種を引きつけて壁に衝突させ、それによって、荷電種（イオン）が、第１のチャンバ１４２から第２のチャンバ１４４に流れることを防止する助けとなる。
【００４３】
したがって、第２のチャンバ１４４内に導入された反応媒体は、さらにラジカルリッチかつイオンプアになり、本発明の一実施形態によると、反応媒体は、イオンすなわち荷電粒子を実質的に含まないことが好ましい。
【００４４】
図４Ａに示すように、第２のチャンバ１４４は、基板１２２の上方に配置された水晶バッフル１２４を有する。バッフル１２４は、バッフル１２４を貫通して形成された開口部を備えており、それによって、第２のチャンバ１４４を流れる反応媒体は、バッフル１２４がない場合よりも基板１２２上で均一に再分配される。
【００４５】
本発明の別の実施形態によると、一部の供給ガスはプラズマ放電（解離領域１１６）内に注入され、他のガスは放電の下流に注入されてよい。図４Ｂは、プラズマ処理モジュール１４０と同様な別の例のプラズマ処理モジュール１６０の概略図であり、この例では、供給ガス流入口１０８および内部ポート１４８の構成が異なっており、さらなる注入ポート１５０が第２のチャンバ１４４に設けられている。この例では、供給ガス流入口１０８は、実質的に第１のチャンバ１４２の上部中央に設けられており、内部ポート１４８は、プラズマ閉じ込めプレート１４６の両側（周縁部）に設けられている。さらなる注入ポート１５０は、第２のチャンバ１４４の上壁に設けられている。この例では、供給ガスはすべて、供給ガス流入口１０８を通して供給されてよい。あるいは、フッ素含有ガスが、さらなる注入ポート１５０を通して、プラズマの下流で第２のチャンバ１４４内に導入されてもよい。他の特徴については、上述のプラズマ処理モジュール１４０と同様である。
【００４６】
図５は、本発明の別の実施形態に従って、フォトレジスト除去を実行するために利用可能な別の例の下流誘導結合プラズマ処理モジュール１８０を示す概略図である。説明のため、様々な図面を通して同じ構成要素には同じ符号を用いており、当業者であれば、追加の説明なしに、同様の構成要素およびそれらの機能について理解することができる。
【００４７】
概して、プラズマ処理モジュール１８０は、内部ポート１４８が、第１のチャンバ１４２の上側部分から第２のチャンバ１４４まで下向きに伸びて、第２のチャンバ１４４の上壁に開口部を有する以外は、上述のプラズマ処理モジュール１４０および１６０と同様である。
【００４８】
図５に示すように、供給ガス流入口１０８および内部ポート１４８は、第１のチャンバ１４２内に供給された任意の供給ガスの流れが、実質的に主要解離領域１１６を通って内部ポート１４８に向かうように、第１のチャンバ１４２に設けられる。例えば、供給ガス流入口１０８の開口部および内部ポート１４８への出口は、主要解離領域１１６を挟んで第１のチャンバ１４２の反対側に配置されてよい。さらに、図５に示すように、プラズマ処理モジュール１８０は、さらに、第１のチャンバ１４２からの出口と第２のチャンバ１４４への開口部との間で内部ポート１４８の通路に接続された注入ポート１５０を備える。
【００４９】
第１のチャンバ１４２内で生成されたプラズマは、供給ガスから反応媒体を生成し、反応媒体は、内部ポート１４８を通して第１のチャンバ１４２から第２のチャンバ１４４へ移送される。この実施形態では、供給ガスは、供給ガス流入口１０８を通して導入されるＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2であってよい。随意的に、１または複数のフッ素含有ガスが、第１のチャンバ１４２から第２のチャンバ１４４に移送されている反応媒体内に注入ポート１５０を通して導入することによって下流に供給されてもよい。注入ポート１５０は、本発明の別の実施形態に関して後述するように、溶媒和のための水蒸気を注入するために用いられてもよい。
【００５０】
さらに、内部ポート１４８の壁も構成しているチャンバ壁１０４およびプラズマ閉じ込めプレート１４６が接地されてもよい。このように壁を接地することにより、任意の荷電種を引きつけて壁に衝突させ、それによって、荷電種（イオン）が、第１のチャンバ１４２から第２のチャンバ１４４に流れることを防止する助けとなる。
【００５１】
本発明は、マイクロ波電力供給型の下流プラズマ処理チャンバを用いて実施されてもよい。図６は、本発明の一実施形態に従って、下流フォトレジスト剥離チャンバ（「下流チャンバ」）３００を示す概略図である。下流チャンバ３００は、チャンバ壁３０２と、チャンバ底部３０４と、チャンバ上部３０６とを備えており、それらは、チャンバ内部領域３０８を規定する。半導体ウエハ支持構造（すなわち、「チャック」）３１０が、チャンバ内部領域３０８内のチャンバ底部３０４付近に配置されている。チャック３１０は、処理のためにチャック３１０上に載置された半導体ウエハ（すなわち、「ウエハ」）３１４を上下させるために用いられる複数のリフトピン３１２を含んでよい。チャック３１０は、さらに、電力で作動するよう構成されたヒータ３１６を備えてよい。下流チャンバ３００は、さらに、排気システム（図示せず）を備える。
【００５２】
下流チャンバ３００は、さらに、チャンバ上部３０６の上方に配置された供給チューブ３２０を備える。供給チューブ３２０は、シャワーヘッド３２２を介してチャンバ内部領域３０８と連通するよう構成されている。処理ガス供給ライン３２４が、処理ガスを供給するために、供給チューブ３２０に流体連通している。供給チューブ３２０の目的は、マイクロ波エネルギを供給ガスに結合することと、解離した反応ガス混合物を処理チャンバ３００に送ることである。供給チューブ３２０の形状は、図６に示すものに限定されず、供給チューブは、端部に開口部を有する細長いチューブなど、異なる形状を有してもよい。本発明の実施形態において、好ましい処理ガスは、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する。例えば、処理ガスは、ＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2を供給ガスとして含む。処理ガスは、さらに、フッ素含有ガス（例えば、ＮＦ6、ＮＦ3）、または、フルオロカーボン（例えば、ＣＦ4）を含んでもよい。より一般的には、フルオロカーボンは、ＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）および／またはＣｘＦｙＨｚ（ｘ≧１、ｙ≧１、ｚ≧１）と表すことができる。ただし、処理ガス供給ライン３２４は、実質的に任意の種類の処理ガスを供給するよう構成されうる。
【００５３】
また、供給チューブ３２０内の処理ガスにマイクロ波電力を供給するために、マイクロ波電源３２６が、供給チューブ３２０に接続される。マイクロ波電力は、プラズマを生成し、構成要素としてラジカルを含む反応媒体に処理ガスを変換する。したがって、供給チューブ３２０は、プラズマによって反応媒体を生成するための第１のチャンバとして機能する。本発明の一実施形態によると、ＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2を供給ガスとするプラズマは、以下のラジカルを生成する：ＨＳＯ4・硫酸の特性を有するモノ硫酸ラジカル；ＨＳＯ3・亜硫酸水素ラジカル；ＨＯ・ヒドロキシルラジカル；および、Ｏ・酸素ラジカル。ラジカルは、主に、ＨラジカルおよびＯラジカルを含む。ラジカルは、シャワーヘッド３２２を通ってチャンバ内部領域３０８に入り、ウエハ３１４に向かって流れる。ラジカルは、等方的に（すなわち、一様な方向で）ウエハ３１４に接触し、ウエハ３１４の表面上に存在する材料を除去するように反応する。ＨＳＯ4・およびＨＳＯ3・ラジカルは、強い水素供与体であるため、フォトレジスト内の炭素を水素化することができる。さらに、ＨＳＯ4・ラジカルは、強い酸化化合物であるため、ＨＯ・およびＯ・と共に、弱くなった炭素を酸化する。
【００５４】
図７Ａは、本発明の一実施形態に従って、温度制御部を有する別の例のプラズマモジュール（剥離モジュール）４００を示す概略図である。剥離モジュール４００は、（プラズマチャンバを備えた）プラズマ源４０２と、処理チャンバ４０８とを備える。プラズマ源４０２は、例えば、マイクロ波またはＲＦ電力源を用いて、処理ガス４０４をプラズマ４０６に励起する。処理チャンバ４０８は、中央開口部を有するチャンバ上部４１０と、中央開口部でチャンバ上部４１０に固定されたガス分配部４１２と、内部チャンバ本体４１４と、基板（ウエハ）４２２を支持するための温度制御チャック４２０と、内部チャンバ本体４１４を摺動可能に収容し、内部チャンバ本体４１４の側面を取り囲む外側チャンバ本体４１６と、を備える。剥離モジュール４００は、さらに、それに接続された排気部４５０を備える。排気部４５０は、遮断バルブ４５２と、真空ポンプ４５６に接続されたスロットルバルブ４５４とを備えてよい。プラズマモジュール４００は、さらに、１または複数のヒータ４２４と、流体冷却路４２６とを備えてよい。
【００５５】
チャンバ上部４１０の中央開口部の入口は、プラズマ源４０２の出口に整列される。ガス分配部４１２は、複数のガス流路４４２を内部に形成されており、それらのガス流路は、ガス流路から出たガスが分散して均一に広がるように構成される。中央開口部の出口は、ガス流路４４２の入り口に流体連通している。内部チャンバ本体４１４は、ガス分配部４１２よりも下に配置されており、流体の再循環および乱流を低減するために流線形の内面を有する上側チャンバドームと、チャック４２０の周方向に基板４２２およびチャック（支持体）４２０を取り囲む側面部分とを備える。ただし、本発明は、これらの具体的なチャンバの構成に限定されない。
【００５６】
プラズマ源（チャンバ）４０２内で、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する処理ガス、例えば、ＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2、そして、随意的にフッ素含有ガスを供給ガスとして含む処理ガスから、プラズマが生成される。ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体が、プラズマ４０６から中央開口部およびガス分配部４１２を通して処理チャンバ４０８の内部チャンバ本体４１４内に下流向きに流れる。
【００５７】
さらに、図７Ｂに示すように、例えば、内部チャンバ本体４１４とチャンバ上部４１０との間のギャップ４３２を通って、さらなるガス注入ポート４４０ａが設けられてもよい。この場合、随意的なフッ素含有ガスは、ガス注入ポート４４０ａを通して、ガス分配部４１２のガス流路の下流で内部チャンバ本体内に導入されてよい。あるいは、図７Ｃに示すように、さらなるフッ素含有ガスを注入するために、プラズマ源４０２の下流かつガス分配部４１２の上方の円錐部分に、さらなるガス注入ポート４４０ｂが設けられてもよい。
【００５８】
本発明の一実施形態によると、フォトレジストを除去するための方法は、さらに、プラズマに達する前に反応媒体を溶媒和する工程を含む。理解しやすいように、（図２の工程２０６中に）プラズマからウエハに移送される反応媒体の溶媒和処理のフローチャートを図８に示す。図８に示すように、反応媒体がプラズマすなわちプラズマ源からウエハに向かって下降する流路に設けられた注入領域すなわち溶媒和領域に、水蒸気が導入される（工程２２０）。水は、イオンまたはラジカルの周りでクラスタとして穏やかに凝縮するように、ノズルまたはオリフィスを通して押し出される。
【００５９】
水蒸気は、反応媒体がウエハに到達する前に、反応媒体を溶媒和して、化学種の溶媒和クラスタを形成する（工程２２２）。クラスタ化（または、溶媒和）を実現するための方法は、少量の凝縮が起きるように微細なオリフィスを通して水蒸気を注入することによる。これにより、特定の分子またはイオンの周りで凝縮が起きる。この下流注入は、流れている反応媒体（吐出流）内に入る水蒸気が、プラズマ内で生成された反応媒体の化学種の周りで凝縮して溶媒和クラスタを形成することを可能にするように実行される。これらの溶媒和クラスタは、複数の水分子に囲まれた活性ラジカルまたはイオンを含む。水分子の数は、３から約２０の範囲、より一般には、２から１００の範囲であってよい。
【００６０】
本明細書および特許請求の範囲では、ラジカルが溶媒和された場合、水分子のクラスタが活性ラジカルの周りに形成されていることを意味し、水蒸気が注入されてラジカルが溶媒和される領域を溶媒和領域と呼ぶこととする。それらのラジカルがウエハに移送されるため、フォトレジストの表面上の反応は、微視的には水性反応である。クラスタの形成は、ガス供給ラインおよび注入領域の間の圧力差と、オリフィスのサイズとに依存する。ラジカルは、以下のように溶媒和される：
ＨＳＯ4・＋ｎＨ2Ｏ→｛（ＳＯ4・）（Ｈ2Ｏ）n｝
数字ｎは、穏やかな凝縮が起きた時、２から１００の範囲であってよい。
【００６１】
溶媒和水分子の数が十分に大きい場合、単一の中性荷電クラスタが、陽イオンおよび陰イオンの両方を運びうる：
Ｈ2ＳＯ4＋ｎＨ2Ｏ→｛（ＳＯ42-）（Ｈ3Ｏ）+2（Ｈ2Ｏ）n-2｝
【００６２】
本発明の一実施形態によると、溶媒和領域は、反応媒体が第２のチャンバ内に入る前に溶媒和されるように、第１のチャンバ内のプラズマの下流に設けられる。例えば、図９に示すように、さらなる水蒸気流入口１３０が、水蒸気を注入するために、プラズマ処理モジュール１００（図３）に設けられてよい。反応媒体は、溶媒和領域１３２で溶媒和される。この実施形態の溶媒和領域は、プラズマ生成領域に近接している。これにより、水とプラズマとの最大限の相互作用が確保される。溶媒和領域がプラズマに近すぎると、水分子の解離およびクラスタの分解が起こりうるため、近接状態を良好に制御することが好ましいことに注意されたい。
【００６３】
本発明の別の実施形態によると、溶媒和領域は、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の反応媒体の流路に設けられる。例えば、図１０に示すように、プラズマ処理モジュール１８０（図５）の注入ポート１５０は、水蒸気を注入するためのさらなる水蒸気流入口１３０として利用できる。反応媒体は、内部ポート１４８で溶媒和される。溶媒和処理は、反応媒体が第２のチャンバ１４４内に移送される間継続しうる。溶媒和領域は、水蒸気の解離およびクラスタの分解を防ぐために、プラズマ生成領域から離されている。
【００６４】
本発明のさらに別の実施形態によると、溶媒和領域は、反応媒体がウエハに到達する前に溶媒和されるように、第２のチャンバ内に設けられる。例えば、図１１Ａに示すように、さらなる水蒸気流入口１３０が、水蒸気を注入するために、プラズマ処理モジュール１４０（図４Ａ）に設けられてよい。あるいは、図１１Ｂに示すように、プラズマ処理モジュール１６０（図４Ｂ）のさらなる注入ポート１５０は、水蒸気を注入するためのさらなる水蒸気流入口１３０として利用できる。さらに、図１２に示すように、さらなる水蒸気流入口１３０が、溶媒和領域１３２を提供するために、下流チャンバ３００（図６）に設けられてもよい。反応媒体は、これらの例の各々において溶媒和領域１３２で溶媒和される。溶媒和領域がプラズマに近すぎる場合、プラズマがクラスタを分解し水を解離させうるため、これらの構成では、溶媒和領域をプラズマ源のさらに下流に配置することで、プラズマからの干渉なしに完全なクラスタ化を保証する。
【００６５】
図１３は、プラズマモジュール５００の第２のチャンバ１４４が、２以上のバッフル（ガス分配部）を備える例を示す概略図である。さらなる水蒸気流入口は、上側バッフル１２４ａの上方（水蒸気流入口１３０ａ）、２つのバッフル１２４ａおよび１２４ｂの間（水蒸気流入口１３０ｂ）、または、下側バッフル１２４ｂの下方（水蒸気流入口１３０ｃ）に設けられてよい。
【００６６】
さらに、プラズマ処理モジュール４００ａ（図７Ｂ）または４００ｂ（図７Ｃ）において、さらなるガス注入ポート４４０ａまたは４４０ｂは、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、反応媒体を溶媒和するための水蒸気を導入する水蒸気流入口４３０ａまたは４３０ｂとして利用可能である。上述のように、水蒸気流入口４３０ａは、内部チャンバ本体４１４に開口部を有するように、内部チャンバ本体４１４とチャンバ上部４１０との間のギャップ４３２を通るように設けられてよい。この例では、反応媒体は、内部チャンバ本体（第２のチャンバ）４１４内の溶媒和領域１３２で溶媒和される。また、さらなる水蒸気流入口４３０ｂは、ガス分配部４１２の上方の円錐部分においてプラズマ４０６の下流に設けられてよい。この例では、反応媒体は、ガス分配部４１２を通って内部チャンバ本体４１４に入る前に溶媒和領域１３２（円錐部分）で溶媒和される。ガス分配部４１２がイオン束を低減（あるいは、排除）するため、図１４Ａの溶媒和領域では、主にラジカルが溶媒和される。逆に、図１４Ｂの構成では、水蒸気の解離またはクラスタの分解を許容して、より多くのイオンを溶媒和する。ガス分配部４１２は、イオンの通過を最大限にするよう構成される。換言すると、４１２の分配口は、イオンの通過を保証するのに十分な大きさを有する。
【００６７】
さらに、本発明の一実施形態によると、プラズマ４０６と溶媒和領域１３２との間の距離を調節できる。例えば、プラズマ処理モジュール４００ａ（図１４Ａ）または４００ｂ（図１４Ｂ）において、円錐部分およびプラズマ源４０２が、水蒸気流入口４３０ａまたは４３０ｂに対して上下されてよい。
【００６８】
本発明の別の実施形態によると、プラズマからのイオンは、反応媒体内に存在してウエハに到達することを許容されてもよい。その目的は、プラズマからの陰イオンを溶媒和領域内に押し込んで陰イオンクラスタを形成することである。陰イオンは、プラズマから抜け出さずにプラズマの中央に集まるため、陰イオンを外に出すには、プラズマを消火する必要がある。これは、プラズマをパルス的にオンオフすることによって実現される。すなわち、供給源４０２へのマイクロ波またはＲＦ電力をパルス化し、バイアス電力がある場合にはそれもパルス化する。典型的なオフタイムは、５から５０マイクロ秒であってよく、典型的なオンタイムは、５から２００マイクロ秒であってよい。陰イオンの生成は、より低い圧力下で最良である。陰イオンは、溶媒和されてウエハに移送される。陰イオンは、非常に反応性の高い酸化剤であり、すなわち、対応するラジカルを越える付加電子を有する。
ＳＯ42-＋ｎＨ2Ｏ→｛（ＳＯ4）（Ｈ2Ｏ）n｝2-
｛（ＳＯ4）（Ｈ2Ｏ）n｝2-＋Ｃ−Ｃ→｛ＣＯ2（Ｈ2Ｏ）l｝＋ＳＯ2（Ｈ2Ｏ）m｝
【００６９】
これは、第２のチャンバへの出口を十分に大きくすることによって実現されうる。例えば、図１４Ａ〜図１４Ｂにおいて、ガス分配部４１２は、より大きい穴を有する複数のガス流路４４２を有してよく、そうすれば、イオンは、より大きい穴を通ってプラズマ放電領域４０６から内部チャンバ本体（第２のチャンバ）４１４内に至る。これは、例えば、処理モジュール１００（図９）にも当てはまり、バッフル１２４の開口部が拡大されてもよい。処理モジュール１４０（図１１Ａ）、処理モジュール１６０（図１１Ｂ）、および、処理モジュール１８０（図１０）において、第１のチャンバ１４２および第２のチャンバ１４４（すなわち、反応チャンバ）を相互接続する内部ポート１４８の開口部は、より多くのイオンが通過するほど十分に拡大されてもよい。同様に、下流チャンバ３００（図１２）において、シャワーヘッド３２２の穴が、拡大されてもよい。
【００７０】
さらに、処理モジュールが、下側電極（チャック）のためのＲＦ電源を備える場合（例えば、処理モジュール１６０または１８０）、荷電種（イオン）をウエハに向かって引きつけるために、バイアス電圧を印加することができる。バイアス電圧は、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数（例えば、２７ＭＨｚ）を有してよい。これらの例でも、バッフルの穴を拡大することができる。さらに、プラズマを生成するための上部のＲＦ電源が、陰イオンを放出するためにパルス化されてもよい。一般に、連続的なプラズマは、比較的大きい陰イオンがシースの境界を通り抜けることを防ぐシースを有する。プラズマがオフにされると、シースは崩壊し、陰イオンが放出される。例えば、処理モジュール１００（図１０）において、水晶バッフルは、陰イオンが水晶バッフルを通過するようにバイアスされてよい。
【００７１】
陰イオンに加えて、陽イオンも移送される。Ｈ+およびＨ3Ｏ+などのイオンは、強い還元剤である。陰イオンによる酸化と陽イオンによる還元とを組み合わせることで、フォトレジストを効果的に分解しつつ、活性領域シリコンの過度の酸化または還元を抑制する。
【００７２】
本発明のこれらの実施形態すべてにおいて、インプラントによって生成されたクラストを破壊する助けとして、フルオロカーボンの添加を利用する。フッ化物ラジカルおよび陰イオンは、架橋炭素結合を切るための非常に強い酸化剤である。
【００７３】
本発明の別の実施形態によると、１または複数の処理ガスと水蒸気とを導入するタイミング／順序は、剥離速度、剥離残留物、材料欠損の量、または、一般に他のウエハ上での結果など、フォトレジスト剥離処理に対する影響を制御するために変更されてよい。プラズマが生成される第１のチャンバから離れた第２のチャンバ内にウエハが配置される場合、処理ガスを第１のチャンバ内に導入するタイミングにより、水蒸気注入に対して反応媒体が第２のチャンバに流入するタイミングが制御される。
【００７４】
第１の例によると、１または複数の処理ガスと水蒸気は、チャンバ内のそれぞれの場所に同時に導入／注入されてよい。第２の例では、水蒸気が最初に注入され、ある程度の時間遅延後に処理ガスが導入される。これは、異なる表面動力学を有してよく、吸収を強化しうる。あるいは、処理ガスが最初に導入され、ある程度の時間遅延後に水蒸気が注入される。この順序も、異なる表面動力学を有する。第４の例によると、水蒸気が最初に注入され、次いで、処理ガスのみが導入され（すなわち、処理ガスの導入中には、水蒸気の注入は停止されている）、その後、処理ガスを導入することなく水蒸気が注入され、次いで、水蒸気を注入することなく処理ガスが導入され、以下同様に続く。第４の例は、水蒸気および処理ガスを交互に順次導入する交互の処理である。これは、表面吸収および反応を強化しうる。順序（「水が最初」または「処理ガスが最初」）と、各注入／導入工程の持続時間が、表面での結果を最適化するために制御されてもよい。
【００７５】
本発明の別の実施形態によると、上述の実施形態のいずれかにおいて、希釈ガスが処理ガス剤に加えられてもよい。
【００７６】
以上、いくつかの好ましい実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、本発明の範囲内で、様々な代替物、置換物、および等価物が存在する。また、本発明の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、置換物、および等価物の全てを網羅するものとして解釈される。
例えば本発明は、以下の適用例としても実施可能である。
［適用例１］フォトレジストをウエハから除去するための方法であって、
硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する処理ガスを供給する工程と、
第１のチャンバ内で前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体を前記第１のチャンバから前記ウエハが配置された第２のチャンバへ流す工程であって、前記ウエハは、パターニングされたフォトレジスト層を上部に有する工程と、
前記反応媒体を用いて前記パターニングされたフォトレジスト層を除去する工程と、
前記第２のチャンバへの前記反応媒体の流入を停止する工程と
を備える方法。
［適用例２］適用例１に記載の方法であって、前記処理ガスは、ＳＯ2、Ｈ2Ｏ、および、Ｏ2を含む方法。
［適用例３］適用例２に記載の方法であって、前記処理ガスは、さらに、フッ素含有ガスを含む方法。
［適用例４］適用例３に記載の方法であって、前記フッ素含有ガスは、フルオロカーボンを含む方法。
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記プラズマから下方に流れる前記反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域にフッ素含有ガスを注入する工程を備える方法。
［適用例６］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の方法であって、バイアス電圧が印加されない方法。
［適用例７］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
１３．５６ＭＨｚ以上の周波数を有するバイアス電圧を生成するためにＲＦ電力を印加する工程を備える方法。
［適用例８］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記ウエハの温度を制御する工程を備える方法。
［適用例９］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
陰イオンを前記反応媒体内に放出するために、プラズマ放電をパルス化する工程を備える方法。
［適用例１０］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記反応媒体が前記ウエハに到達する前に、水蒸気が前記反応媒体を溶媒和して化学種の溶媒和クラスタを形成するように、前記プラズマから下方に流れる前記反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域に前記水蒸気を導入する工程を備える方法。
［適用例１１］適用例１０に記載の方法であって、前記溶媒和領域は、前記第１のチャンバ内の前記プラズマの下流に設けられ、前記反応媒体は、前記第２のチャンバ内に入る前に溶媒和される方法。
［適用例１２］適用例１０に記載の方法であって、前記溶媒和領域は、前記第２のチャンバ内に設けられる方法。
［適用例１３］適用例１２に記載の方法であって、前記反応媒体は、前記反応媒体の通過を可能にする複数の穴を有する少なくとも１つのガス分配部を通して前記ウエハに移送される方法。
［適用例１４］適用例１３に記載の方法であって、前記水蒸気は、前記ガス分配部の上方に注入される方法。
［適用例１５］適用例１３に記載の方法であって、前記水蒸気は、前記ガス分配部の下方に注入される方法。
［適用例１６］適用例１３に記載の方法であって、前記水蒸気は、２つの前記ガス分配部の間に注入される方法。
［適用例１７］適用例１０に記載の方法であって、さらに、
前記プラズマと前記溶媒和領域との間の距離を調節する工程を備える方法。
［適用例１８］適用例１０に記載の方法であって、さらに、
陰イオンを前記反応媒体内に放出するためにプラズマ放電をパルス化する工程を備える方法。
［適用例１９］フォトレジストをウエハから除去するための装置であって、
処理ガスからプラズマを生成するための第１のチャンバであって、ガス流入口を有する第１のチャンバと、
前記ガス流入口と流体接続し、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、および、水素（Ｈ）を含有する前記処理ガスを前記第１のチャンバ内に供給するためのガス源と、
パターニングされたフォトレジスト層を上部に有する前記ウエハを収容するための第２のチャンバと、
ラジカルリッチかつイオンプアな反応媒体を前記第１のチャンバ内の前記プラズマから前記第２のチャンバに流すための反応媒体分配部と、
前記第２のチャンバまたは前記反応媒体分配部に設けられた水蒸気流入口であって、前記反応媒体が前記ウエハに到達する前に、水蒸気が前記反応媒体を溶媒和して化学種の溶媒和クラスタを形成するように、前記プラズマから前記ウエハに流れる前記反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域に前記水蒸気を導入する水蒸気流入口と
を備える装置。
［適用例２０］適用例１９に記載の装置であって、前記水蒸気流入口は、
前記化学種の周りにクラスタとして凝縮するように前記水蒸気を注入するよう構成されたノズルを備える装置。
［適用例２１］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の方法であって、バイアス電圧が印加されない方法。
［適用例２２］適用例１ないし適用例５および適用例２１のいずれかに記載の方法であって、さらに、
１３．５６ＭＨｚ以上の周波数を有するバイアス電圧を生成するためにＲＦ電力を印加する工程を備える方法。
［適用例２３］適用例１ないし適用例５および適用例２１ないし適用例２２のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記ウエハの温度を制御する工程を備える方法。
［適用例２４］適用例１ないし適用例５および適用例２１ないし適用例２３のいずれかに記載の方法であって、さらに、
陰イオンを前記反応媒体内に放出するためにプラズマ放電をパルス化する工程を備える方法。
［適用例２５］適用例１ないし適用例５および適用例２１ないし適用例２４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記反応媒体が前記ウエハに到達する前に、水蒸気が前記反応媒体を溶媒和して化学種の溶媒和クラスタを形成するように、前記プラズマから下方に流れる前記反応媒体の流路内に設けられた溶媒和領域に前記水蒸気を導入する工程を備える方法。
［適用例２６］適用例２５に記載の方法であって、前記溶媒和領域は、前記第１のチャンバ内の前記プラズマの下流に設けられ、前記反応媒体は、前記第２のチャンバ内に入る前に溶媒和される方法。
［適用例２７］適用例２５に記載の方法であって、前記溶媒和領域は、前記第２のチャンバ内に設けられる方法。
［適用例２８］適用例２７に記載の方法であって、前記反応媒体は、前記反応媒体の通過を可能にする複数の穴を有する少なくとも１つのガス分配部を通して前記ウエハに移送される方法。
［適用例２９］適用例２８に記載の方法であって、前記水蒸気は、前記ガス分配部の上方に注入される方法。
［適用例３０］適用例２８に記載の方法であって、前記水蒸気は、前記ガス分配部の下方に注入される方法。
［適用例３１］適用例２８に記載の方法であって、前記水蒸気は、２つの前記ガス分配部の間に注入される方法。
［適用例３２］適用例２５ないし適用例３１のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記プラズマと前記溶媒和領域との間の距離を調節する工程を備える方法。
［適用例３３］適用例２５ないし適用例３２のいずれかに記載の方法であって、さらに、
陰イオンを前記反応媒体内に放出するためにプラズマ放電をパルス化する工程を備える方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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