JP2010056332A - 半導体処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】いかなる濃度イオン注入がなされているレジストであってもアッシングできるようにする。
【解決手段】チャンバー７によって、レジストが塗布されているウェハに紫外光を照射する。チャンバー５によって、ウェハをオゾンガスに接触させてアッシングする。チャンバー６によって、レジストの成分に対応する半導体ガスを接触させる。チャンバー７によって、紫外光を照射したウェハに対してオゾンガスを接触させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体処理装置及び処理方法に関し、特に、中濃度以下のイオン注入レジスト及び高濃度イオン注入レジストのアッシング、さらには、アッシング後のウェハのクリーニング又はダメージ回復に係る半導体処理装置及び処理方法に関する。

従来、基板の表面に塗布したレジスト膜をアッシングするために、処理室内に設置した基板支持ステージを８０℃以下に加熱することにより、処理室内を８０℃以下の温度雰囲気に維持し、加熱した基板支持ステージに支持されているレジスト膜付き基板に対して相変化を伴うことなく濃縮したオゾンガスを作用させることを特徴とするオゾンガスを使用するレジスト除去方法がある（特許文献１）。

特許第３２４３５５２号

しかし、従来の技術は、以下の点で、改良の余地がある。すなわち、第１に、アッシング対象のレジストに対して高濃度イオン注入がなされている場合には、オゾンガスのみを用いても、所望のアッシングができない。したがって、いかなる濃度イオン注入がなされているレジストであってもアッシングできるようにするといった改良の余地がある。

第２に、処理室内の温度条件とアッシングガスの濃度との組み合わせを工夫することによって、アッシングの速度に改善があることがわかった。このため、温度条件等の適正化を図れば、スループットが向上するといった改良の余地もある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みて、所望のアッシングが行えるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体処理装置及び方法は、
第一に、レジストが塗布されているウェハを１００℃以上に加熱した状態でオゾンガスに接触させる。第二に、オゾンガスを接触させたウェハに対して、レジストの成分に対応する半導体ガス（たとえば、水素ガス、アンモニアガス、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素、フッ化炭素系ガス）を、紫外光の照射又はプラズマの印加等によって励起させた状態で接触させる。

本発明によれば、ウェハを１００℃以上に加熱した状態でオゾンガスに接触させることによってレジストをアッシングし、かつ、アッシングによりウェハに付着したレジストの成分を半導体ガスに活性化させた状態で接触させることによってウェハから除去することが可能となる。

なお、半導体ガスによっては、ウェハにパッシベーション層が形成されるので、前記紫外光を照射したウェハに対してオゾンガスを接触させるとよい。このパッシベーション層は、半導体デバイスの表面および側面を覆っている。したがって、拡散層と配線層との良好な電気的なコンタクトを得るためには、このパッシベーション層を除去する必要がある。しかし、パッシベーション層は、その後のオゾン酸化等による過剰な酸化を防ぐことができるため必要である。このパッシベーション層を除去する際、オゾンガスは濃度１００％としてもよいし、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素ガス、炭化水素ガス、不活性ガス、酸素ガス、水蒸気又は窒素ガスと混合させることによって希釈したものとしてもよい。

また、高濃度イオン注入がなされたウェハに対しては、前記ウェハにオゾンガスを接触させるのに先立って、前記ウェハに紫外光を照射するとよい。これは、高濃度イオン注入によって、レジスト表面がアッシングしにくい状態に変質していた場合に好適である。

さらに、高濃度イオン注入がなされたウェハに対しては、前記第１接触手段は、レジストの表面下の部分が破裂する温度以上に加熱するとよい。この温度は、たとえば、４００℃以上である。

なお、一度に複数のウェハを処理できるように、炉を用いた処理を行うことも一法である。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同様の部分には、同一の符号を付している。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の半導体処理装置の模式的な構成図である。図１には、ウェハが収容されるカセット１と、カセット１から取り出されたウェハの位置決めを行うウェハアライメント２と、ロードロック機構を有するロードロックチャンバー３と、ウェハに塗布されたレジストに対してオゾン（Ｏ_３）ガスなどを用いてアッシング処理を施す第一チャンバー５と、第一チャンバー５においてアッシング処理が施されたウェハに対してドライクリーニング処理を施す第二チャンバー６と、第一チャンバー５におけるアッシング処理に先立ってウェハに対して選択的に紫外光アニール処理を施す第三チャンバー７と、ロードロックチャンバー３及び第一〜第三チャンバー５〜７相互間でウェハを搬送するロボットアームを有するトランスファーチャンバー４とを示している。

図２は、図１に示す第一チャンバー５の模式的な構成図である。図２には、ウェハ５１に形成されたレジストのアッシング用及び当該アッシングの後処理用のオゾンガスのガス供給管１１と、上記後処理用の窒素（Ｎ_２）ガスのガス供給管１２と、各ガス供給管１１，１２に接続されているバルブ２１及びマスフローコントローラー２２と、バルブ２１及びマスフローコントローラー２２を通過した各ガスが導入されるアルミニウムチャンバー３０とを示している。

また、図２には、アルミニウムチャンバー３０に導入されたガスを整流するガス整流石英板３１と、ガス整流石英板３１の下側に位置する絶縁物（ＡｌＮ）から成るヒーター５２と、ヒーター５２上に載置されているウェハ５１と、ウェハ５１をヒーター５２上に載置するのに先立ってトランスファーチャンバー４によって搬送されてきたウェハ５１を受ける昇降ピン５３と、第一チャンバー５内の圧力を計測する圧力計６１と、圧力計６１の計測結果に応じて第一チャンバー５内の圧力を調整する圧力調整用バルブ６２と、第一チャンバー５内のガスを排気する排気バルブ６３と、排気バルブ６３に接続されている排気ポンプ６４とを示している。

図３は、図１に示す第二チャンバー６及び第三チャンバー７の模式的な構成図である。図３には、ウェハ５１表面のパッシベーション膜除去用のオゾンガスのガス供給管１１と、窒素ガスのガス供給管１２と、水素（Ｈ_２）ガス又は窒素ガスのガス供給管１３と、三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガス又は四フッ化炭素（ＣＦ_４）ガスなどのフッ化炭素系のガス供給管１４と、各ガス供給管１１〜１４に接続されているバルブ２１及びマスフローコントローラー２２と、バルブ２１及びマスフローコントローラー２２を通過した各ガスが導入されるアルミニウムチャンバー３０とを示している。

また、図３には、アルミニウムチャンバー３０に導入されたガスを整流するガス整流石英板３１と、ガス整流石英板３１の上側に位置する紫外光を照射する低圧水銀ランプ・Ｘｅエキシマランプ及びメタルハライドランプなどの複数（例えば４つ）のランプ３３と、ランプ３３からの照射光の照度を測定する受光センサー３４と、減圧時にかかる応力から各ランプ３３を保護するとともに各ランプ３３への酸素の接触を防止するために窒素ガスなどが注入されている石英パイプ３２と、各ランプ３３から照射される紫外光３５とを示している。

さらに、図３には、ガス整流石英板３１の下側に位置する絶縁物（ＡｌＮ）から成るヒーター５２と、ヒーター５２上に載置されているウェハ５１と、ウェハ５１をヒーター５２上に載置するのに先立ってトランスファーチャンバー４によって搬送されてきたウェハ５１を受ける昇降ピン５３と、第一チャンバー５内の圧力を計測する圧力計６１と、圧力計６１の計測結果に応じて第一チャンバー５内の圧力を調整する圧力調整用バルブ６２と、第一チャンバー５内のガスを排気する排気バルブ６３と、排気バルブ６３に接続されている排気ポンプ６４とを示している。

図４は、紫外波長と化学結合エネルギーとの関係を示すグラフである。図４の横軸には波長［ｎｍ］を示し、縦軸には化学結合エネルギー［ｅＶ］を示している。ここで注目すべきは、三フッ化窒素又は四フッ化炭素の化学結合（「Ｆ−ＣＦ_３」又は「Ｆ−ＮＦ_２」）を、Ｘｅエキシマランプ（波長１７２ｎｍ）又は低圧Ｈｇランプ（波長１８５＋２５４ｎｍ）から紫外光を照射することによって、切断可能であるという点である。

また、図４には、ウェハ５１のレジストに対するイオン注入対象であるヒ素等と他の物質との化学結合（「Ａｓ−Ｏ」、「Ｂ−Ｃ」、「Ｐ−Ｃ」等）についても、Ｘｅエキシマランプ（波長１７２ｎｍ）又は低圧Ｈｇランプ（波長１８５＋２５４ｎｍ）から紫外光を照射することによって、切断可能であるという点については、注目すべきである。

図５は、図２に示すウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。このウェハ５１は、第一チャンバー５によるアッシング処理前のものである。

図５には、シャロートレンチアイソレーション法（shallow trench isolation：ＳＴＩ）に係るトレンチ３０１と、トレンチ３０１を介して形成されたＮ−チャネルトランジスター領域３０２及びＰ−チャネルトランジスター領域３０３と、Ｎ−チャネルトランジスター領域３０２に形成されたソース領域３０４及びドレイン領域３０５と、Ｎ−チャネルトランジスター領域３０２及びＰ−チャネルトランジスター領域３０３上に設けられたＨｉｇｈ−ｋゲート酸化膜又はＳｉＯＮゲート膜３１０と、その上に形成されたポリシリコンゲート電極又はメタルゲート３１１と、その上に形成された酸化膜３１２と、Ｐ−チャネルトランジスター領域３０３側に形成されたレジスト４００と、ソース領域３０４及びドレイン領域３０５を形成するために図示しないイオン注入装置又はプラズマドーピング装置によって注入されるヒ素イオン５００とを示している。

図６は、図５に示すウェハ５１のアッシング処理後の対応図である。図６には、ヒ素イオン５００を注入することによってレジスト４００がアッシングされたものの、レジスト４００の素材である炭素が主体の汚染層或いは酸化膜層４０１がウェハ５１の表面に付着した状態を示している。

図７は、図６に示すウェハ５１のドライクリーニング処理後の一部の模式的な断面図である。図７には、ドライクリーニング処理によって汚染層或いは酸化膜層４０１が除去され、かつ、フッ素等によってウェハ５１の表面が被覆されることによって形成されたパッシベーション層またはダメージ層４０２を示している。

図８は、図７に示すウェハ５１のオゾンガス等による回復処理後の一部の模式的な断面図である。図８には、ドライクリーニング処理によって炭素が主体の汚染層が除去され、またパッシベーション層または物理的にダメージを受けたウェハ５１の表面が回復された回復層４０３を示している。

つぎに、本実施形態の半導体処理方法について説明する。本実施形態では、第三チャンバー７を用いずに、レジスト４００に対して中濃度以下のイオン注入がなされたウェハ５１の処理方法について説明する。

ここで、「中濃度」とは、ソース領域３０４およびドレイン領域３０５をイオン注入によって作成する場合の当該濃度をいい、具体的には、１０^１３〜１０^１５程度のドーズ量の範囲に収まるものをいう。また、後述する「高濃度」とは、ソース領域３０４およびドレイン領域３０５に更に高濃度不純物ソース領域３０６及び高濃度不純物ドレイン領域３０７をイオン注入によって作成する場合の当該濃度をいい、具体的には、１０^１５〜１０^１６程度のドーズ量の範囲に収まるものをいう。なお、本明細書では、「高濃度」のなかには、不純物をプラズマドーピングしたことも含むものとする。

まず、図示しないイオン注入装置において、ソース領域３０４およびドレイン領域３０５を作成するために、図５に示すように、ヒ素イオン５００が中濃度で注入される。なお、ヒ素イオン５００は一例であって、ボロンイオン、リンイオンなどの他の不純物イオンを注入してもよい。その後、ヒ素イオン５００が注入されたウェハ５１が、カセット１に収容された状態で、図１に示す半導体処理装置に搬送されてくる。

半導体処理装置では、ウェハ５１は、カセット１から取り出され、ウェハアライメント２側へ搬送される。ウェハアライメント２では、ウェハ５１の位置決めが行われる。その後、ウェハ５１は、ロードロックチャンバー３に搬送される。つぎに、ロードロックチャンバー３内が減圧される。そして、ロードロックチャンバー３内が所望の圧力になると、ロードロックチャンバー３とトランスファーチャンバー４との間を仕切っているゲートバルブが開かれる。

その後、ウェハ５１は、トランスファーチャンバー４内に搬送される。つづいて、トランスファーチャンバー４内のロボットアームによって、ロードロックチャンバー３内から第一チャンバー５内へ、ウェハ５１が搬送されていく。

第一チャンバー５では、ウェハ５１を加熱するために、ヒーター５２が１００℃〜４００℃の範囲（例えば、２００℃）に加熱される。つぎに、固定式のヒーター５２に対して予め上方に位置する昇降ピン５３の上にウェハ５１を載置させてから、昇降ピン５３を下降させて、ウェハ５１をヒーター５２上に載置させる。

或いは、可動式のヒーター５２を予め下降させておき、昇降ピン５３の上にウェハ５１を載置させてから、ヒーター５２を上昇させて、ウェハ５１をヒーター５２上に載置させてもよい。

第一チャンバー５は、すでに、排気ポンプ６４がオンされ、かつ、排気バルブ６３が開かれ、アルミニウムチャンバー３０内が排気されている。また、圧力計６１によってアルミニウムチャンバー３０内の圧力が計測され、圧力計６１の計測結果に応じて圧力調整用バルブ６２の開閉を制御して、１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの条件（たとえば２Ｔｏｒｒ）とされる。

この状態で、オゾンガスのガス供給管１１に係る各マスフローコントローラー２２の制御によって各バルブ２１を開き、オゾンガス供給管１１を通じて、アルミニウムチャンバー３０に向けてオゾンガスを例えば２００ｃｃ／ｍｉｎの流量で１分間導入する。オゾンガスは、ガス整流石英板３１によって整流されてから、ウェハ５１に到達する。なお、ここでは、窒素（Ｎ_２）ガスのガス供給管１２を通じて窒素ガスをアルミニウムチャンバー３０に向けて導入しないが、水蒸気などのように水素成分を含むガスを導入して、炭素成分をアッシングしやすくしてもよい。

この結果、ヒ素イオン５００が注入されたレジスト４００が、ウェハ５１からアッシングされる。ただし、レジスト４００をアッシングすると、ウェハ５１の表面には、レジスト４００の素材である炭素を含む有機物層等４０１が付着することになる。

そこで、この有機物層等４０１を除去するための処理を第二チャンバー６で行う。このため、ウェハ５１は、トランスファーチャンバー４内のロボットアームによって、第一チャンバー５から第二チャンバー６に搬送される。

第二チャンバー６では、ヒーター５２が１００℃〜３００℃の範囲（例えば、２００℃）に加熱されている。つぎに、ヒーター５２の上に、ウェハ５１が載置される。第二チャンバー６は、すでに排気ポンプ６４がオンされ、かつ、排気バルブ６３が開かれ、アルミニウムチャンバー３０内が排気されている。また、圧力計６１によってアルミニウムチャンバー３０内の圧力が計測され、圧力計６１の計測結果に応じて圧力調整用バルブ６２の開閉を制御して、０．５Ｔｏｒｒ〜１．８Ｔｏｒｒ（例えば、０．７Ｔｏｒｒ）とされる。

そして、ガス供給管１２に係る各マスフローコントローラー２２の制御によって各バルブ２１を開き、ガス供給管１２を通じて窒素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎ〜４００ｃｃ／ｍｉｎ（例えば、３００ｃｃ／ｍｉｎ）を流し、又は、ガス供給管１４を通じて四フッ化炭素ガスを３０ｃｃ／ｍｉｎ〜１００ｃｃ／ｍｉｎ（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）を流し、ランプ３３から、例えば、波長１８５＋２５４ｎｍ、パワー３ｍＷ／ｃｍ^２〜１０ｍＷ／ｃｍ^２（たとえば５ｍＷ／ｃｍ^２）の紫外光３５を、スループットが低下しない範囲で、数十秒から数分程度（例えば１分）照射する。

もっとも、アルミニウムチャンバー３０への導入ガスは、水素ガス、アンモニアガス、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素ガス、フッ化炭素ガス又は不活性ガス等とすることもできる。

これによって、ウェハ５１の表面に付着していた炭素主体の汚染層又は酸化膜層４０１が除去され、それと同時に、ウェハ５１の表面には、フッ素ガス等に起因するパッシベーション層４０２が形成される。

なお、本実施形態では、レジスト４００の主成分が炭素であることに着目したことから四フッ化炭素ガスを導入対象として例示したが、レジスト４００の成分に対応する半導体ガスであれば、どのようなガスを導入対象としてもよい。

ここで、紫外光３５の照射により、四フッ化炭素ガスに含まれているフッ素などが、活性化してウェハ５１の表面で反応する。この結果、ウェハ５１の表面はパッシベーション層が形成される。また同時に物理的にダメージを受けることがある。パッシベーション層４０２が必要以上に形成されると、コンタクト時に悪影響を及ぼす可能性があるので、パッシベーション層４０２の処理が必要となる。

そこで、パッシベーション層４０２を除去すべく、ウェハ５１に対して、第二チャンバー６内で、或いは、第一チャンバー５に搬送後に、アルミニウムチャンバー３０に向けて、オゾンガス供給管１１を通じて、たとえば濃度が９０%のオゾンガスを３０ｃｃ／ｍｉｎ〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ（例えば５０ｃｃ／ｍｉｎ）の流量で１分間、連続的又はパルス的に導入し、さらに、選択的に、窒素ガス供給管１２を通じて窒素ガスを例えば４００ｃｃ／ｍｉｎ〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ（たとえば４５０ｃｃ／ｍｉｎ）の流量で１分間、連続的又はパルス的に導入する。

オゾンガスの濃度は、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素ガス、六フッ化硫黄ガスなどのフロン系ガス、四フッ化炭素ガス、六フッ化エタンなどのＰＦＣ（perfluoro-compound）ガス、さらに酸素ガス、或いは、可燃性ガスと混合等することによって調整すればよいし、また、窒素ガスに代えて他の不活性ガスを用いてもよいし、１００％の濃度のオゾンガスとしてもよい。

こうして、上記パッシベーション層またはダメージを酸化により回復することによって、回復層４０３を得る。もっとも、水素ガス、アンモニアガスなどのように、パッシベーション層４０２が形成されにくいガスを用いて、上記回復処理を割愛することも可能である。

なお、パッシベーション層またはダメージの回復処理は、第三チャンバー７などの他のチャンバー（図示せず）において行ってもよい。その後、既知のように、ウェハ５１に対して、硫酸、ＳＣ１溶液（アンモニア・過酸化水素水溶液）、希フッ酸、ＳＣ２溶液（塩酸・過酸化水素水溶液）などを用いて、ウェット処理などを施すとよい。

（実施形態２）
本発明の実施形態２では、レジスト４００に対して高濃度イオン注入がなされたウェハ５１の処理方法について説明する。高濃度イオン注入は、ゲート周りのいわゆるフロントエンドプロセスにおいて使用されることがある。

図９〜図１３は、本発明の実施形態２に係るウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。図９〜図１３には、ゲート領域３１０〜３１２に対してサイドウォール層３１３が形成されているウェハ５１を示している。また、図１０〜図１３には、高濃度イオン注入によって、ソース領域３０４内及びドレイン領域３０５内に形成された高濃度不純物ソース領域３０６及び高濃度不純物ドレイン領域３０７を示している。

つぎに、本実施形態の半導体処理方法について説明する。まず、図示しないイオン注入装置において、図９に示すように、レジスト４００が形成されているウェハ５１に対して、ヒ素イオン５００が高濃度で注入される。引き続き、イオン注入を行うことによって、図１０に示すように、高濃度不純物ソース領域３０６及び高濃度不純物ドレイン領域３０７が形成される。この際、レジスト４００の表面は、難アッシング性変質層４０４となる。

係る場合には、単にオゾンガスを用いたアッシング処理を行っても、難アッシング性変質層４０４が形成されているため、レジスト４００をアッシングすることができない。そこで、半導体処理装置におけるアッシング処理に先立って、図９に示すウェハ５１を、図３に示す第三チャンバー７に搬入して、以下説明する前処理を施す。

すなわち、まず、ヒ素イオン５００が高濃度で注入されたレジスト４００が形成されているウェハ５１を、第三チャンバー７へ搬入する。第三チャンバー７のヒーター５２は、ウェハ５１を加熱するために、１００℃〜４５０℃の範囲（例えば、３００℃）に加熱される。また、第三チャンバー７は、すでに排気ポンプ６４がオンされ、かつ、排気バルブ６３が開かれ、０．５Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒの条件（たとえば１Ｔｏｒｒ）で、排気されている。

この状態で、水素ガス或いは窒素ガスのガス供給管１３、又は、三フッ化窒素ガス或いは四フッ化炭素ガスのガス供給管１４に係る各マスフローコントローラー２２の制御によって各バルブ２１を開き、水素ガス或いは窒素ガスのガス供給管１３又は三フッ化窒素ガス或いは四フッ化炭素ガスのガス供給管１４を通じて、アルミニウムチャンバー３０に向けて水素ガス及び／又は窒素ガス、又は、三フッ化窒素ガス或いは四フッ化炭素ガス、又は、ＮＨ_３ガスを、例えば２００ｃｃ／ｍｉｎの流量で、１分間導入する。もっとも、第三チャンバー７に対する導入対象のガスは、上記のものに限定されず、ＨＦ、Ｆ２等であってもよい。

この間、ランプ３３から、例えば、波長１７２ｎｍ、パワー３ｍＷ／ｃｍ^２〜１５ｍＷ／ｃｍ^２（たとえば１０ｍＷ／ｃｍ^２）の紫外光を、スループットが低下しない範囲で、数十秒から数分程度（例えば１分）照射する。この結果、図４に示すグラフから明らかなように、紫外光の到達を条件として、レジスト４００内のヒ素等と炭素等との結合が切断される。このため、難アッシング性変質層４０４がなくなり、オゾンガスを用いたレジスト４００のアッシングが可能となる。また、ウェハ５１に炭素等が付着していても、紫外光によって結合が切断され、当該炭素等がウェハ５１から除去される。

その後、ガス供給管１３，１４を通じて、水素ガス及び窒素ガス、三フッ化窒素ガス、或いは、四フッ化炭素ガス、フッ化水素ガス又はフッ素ガスを例えば５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で、１分間導入しながら、イオン注入材料である不純物に対して水素又はフッ素結合を行う。これにより、ゲート断面の表面にフッ素等を意図的に結合させて、後工程のオゾンガスを用いたアッシング時に、ゲート領域１１〜１３が過剰に酸化されることを防止する。

つぎに、ウェハ５１を、第一チャンバー５に搬入する。この際、第一チャンバー５のヒーター５２は、高濃度イオン注入に対処するために、実施形態１に示した範囲より、高い温度、具体的には、２５０℃〜５００℃の範囲（例えば、４００℃以上）に加熱しておく。これにより、レジスト４００の破裂を促し、相対的にアッシングされ易いレジスト４００の表面下部分に、効果的にオゾンガスを接触させられるようにしている。

もっとも、レジスト４００を破裂させる際には、レジスト４００に対して不活性である窒素系ガス或いは水素系ガスを第一チャンバー５に供給する、又は、第一チャンバー５内を高真空状態にするとよい。さもないと、難アッシング性変質層４０４に係るヒ素等が過剰に酸化して、再度、難アッシング性変質層４０４が形成されてしまうからである。なお、その他のアッシング条件は、実施形態１の場合と同一でよい。

それから、ウェハ５１を第二チャンバー６に搬入して、実施形態１の場合と同じ条件で、ウェハ５１の表面に付着した汚染層又は酸化膜層４０１を除去し、パッシベーション層４０２を形成し、次いで、ウェハ５１を第三チャンバー７に搬入して、パッシベーション層またはダメージ層を除去し、パッシベーション層またはダメージの回復処理を行い、回復層４０３を得る。

（実施形態３）
図１４は、図２に示す第一チャンバー５の変形例であるバッチ式レジストアッシング炉を示す図である。図１４には、窒素ガスのガス供給管１０１と、オゾンガスのガス供給管１０２と、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）又は酸素（Ｏ_２）ガスのガス供給管１０３と、各ガス供給管１０１〜１０３に接続されているバルブ１１１及びマスフローコントローラー１１２とを示している。

また、図１４には、上部に開口部が形成されている内部石英管２０３と、内部石英管２０３を覆う外部石英管２０２と、外部石英管２０２を覆うヒーター２０１と、内部石英管２０３内に収容されるウェハホルダー２０４にウェハ５１を搬送するロボットアーム１５１と、ウェハホルダー２０４の載置台１６１と、載置台１６１を昇降させる昇降手段１６３と、載置台１６１と昇降手段１６３との間に位置される各ガス供給管１０１〜１０３に連結されたマニホールド１６２と、昇降手段１６３の下方に位置される窒素ボックス２０６とを示している。

さらに、図１４には、処理室を排気する排気ポンプ１７４と、排気ポンプ１７４と処理室とを結ぶ排気管１７３と、排気管１７３に接続される圧力計１７１と、排気管１７３に設けられているバルブ１７２とを示している。

図１５は、図３に示す第二チャンバー６の変形例であるバッチ式ドライクリーニング炉を示す図である。図１５には、図１４に示した部分の他に、アンモニア（ＮＨ_３）ガスのガス供給管１０４と、四フッ化炭素ガス又は三フッ化窒素ガスのガス供給管１０５と、各ガス供給管１０１〜１０５を通るガスをプラズマ化するリモートプラズマ１１３とを示している。

つぎに、図１４，図１５に示す各装置を含む半導体処理装置による半導体処理方法について説明する。まず、ウェハ５１を、図１４に示すバッチ式レジストアッシング炉に搬入する。この際、バッチ式レジストアッシング炉のヒーター２０１は、例えば、１００℃〜５００℃の範囲に加熱しておく。具体的には、ウェハ５１に対して中濃度イオン注入がなされている場合には、例えば、２００℃とし、高濃度イオン注入がなされている場合には、例えば、４００℃とする。

また、バッチ式レジストアッシング炉は、すでに排気ポンプ１７４がオンされ、かつ、排気バルブ１７２が開かれ、１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの条件（たとえば２Ｔｏｒｒ）で、排気されている。

この状態で、オゾンガスのガス供給管１０２に係る各マスフローコントローラー１１２の制御によって各バルブ１１１を開き、オゾンガス供給管１０２を通じて、内部石英管２０３内に向けて、たとえば濃度が９０％のオゾンガスを５００ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量で１０分間導入する。この際、選択的に、ガス供給管１０３を通じて、内部石英管２０３内に向けて、水蒸気を３００ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量で導入してもよい。

もっとも、オゾンガス等は、図示しないノズルなどを用いて、内部石英管２０３内に均一に散布してもよい。この際、内部石英管２０３からのオゾンガス等の排気にはノズルを用いてもよい。この結果、ヒ素イオン５００が注入されたレジスト４００が、ウェハ５１からアッシングされる。

なお、内部石英管２０３の上部には、開口部が形成されていることから、内部石英管２０３内に導入されたガスは、内部石英管２０３から開口部を通じて、外部石英管２０２に向かうことになる。そして、内部石英管２０３と外部石英管２０２との間を通じて、排気ポンプ１７４によって外部に排気される。

つぎに、ウェハ５１を、図１５に示すバッチ式ドライクリーニング炉に搬入する。この際、バッチ式ドライクリーニング炉のヒーター２０１は、例えば、５０℃〜３００℃の範囲（例えば、２００℃）に加熱しておく。

また、バッチ式ドライクリーニング炉は、すでに排気ポンプ１７４がオンされ、かつ、排気バルブ１７２が開かれ、０．５Ｔｏｒｒ〜２．０Ｔｏｒｒ（例えば、０．７Ｔｏｒｒ）で、排気されている。

この状態で、窒素ガスのガス供給管１０１を通じて窒素ガスを例えば８００ｃｃ／ｍｉｎ〜１２００ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量で、かつ、四フッ化炭素ガスのガス供給管１０５を通じて四フッ化炭素ガスを例えば５０ｃｃ／ｍｉｎ〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量で内部石英管２０３内に導入される条件で、各バルブ１１１が開かれる。

この際、リモートプラズマ１１３をオンして、窒素ガス及び四フッ化炭素ガスをプラズマ化してから、内部石英管２０３内に導入させる。ガスの導入時間は、２分間程度とすればよい。この結果、ウェハ５１の表面に付着した汚染層又は酸化膜層４０１が除去される。

なお、窒素ガス及び四フッ化炭素ガスのプラズマ化を促進するために、アルゴンガスなどのプラズマ励起用ガスを用意して、リモートプラズマ１１３をオンしている間、内部石英管２０３内に導入させてもよい。もっとも、バッチ式ドライクリーニング炉内に電極を設けるなどして、通常のプラズマ処理を行ってもよい。

つぎに、たとえば実施形態１と同一条件で、パッシベーション層４０２を形成し、次いで、パッシベーション層の除去またはダメージ層の回復処理を行い、回復層４０３を得る。

（実施形態４）
本実施形態では、まずは、実施形態２の場合と同様に、アッシング処理に先立って、第三チャンバー６７を用いて、レジスト４００内のヒ素等と炭素等との結合を切断し、ゲート断面の表面にフッ素等を意図的に結合させるといった処理を施す。

それから、実施形態３で説明した場合と同様に、図１４に示すバッチ式レジストアッシング炉を用いて、高濃度イオン注入がなされたレジストのアッシング処理を行う。アッシングの際の条件は、たとえば、ヒーター４０１の温度を３００℃〜４５０℃程度とし、バッチ式レジストアッシング炉の内部石英管２０３内の圧力を１．０Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ(２Ｔｏｒｒ)とし、内部石英管２０３に対して９０％の濃度のオゾンガスを４００ｃｃ／ｍｉｎ〜６００ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量で、１０分間導入するといった条件とすることができる。この際、併せて、水蒸気を７０ｃｃ／ｍｉｎ〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入してもよい。

その後、図１５に示すバッチ式ドライクリーニング炉を用いて、ドライクリーニング処理を行う。ドライクリーニングの際の条件は、たとえば、ヒーター４０１の温度を２００℃〜３００℃とし、バッチ式ドライクリーニング炉の内部石英管２０３内の圧力を０．７Ｔｏｒｒとし、内部石英管２０３への三フッ化窒素ガス或いは四フッ化炭素ガスを２００ｃｃ／ｍｉｎの流量で１分間導入するといった条件でのリモートプラズマ処理を含むプラズマ処理とすることができる。あるいは、ドライクリーニングの際の条件は、実施形態３の場合と同一条件とすることもできる。

つぎに、たとえば実施形態１と同一条件で、パッシベーション層４０２を形成し、次いで、ダメージ層の回復処理を行い、回復層４０３を得る。具体的には、図１４に示すバッチ式レジストアッシング炉で、オゾンガスは、５０ｃｃ／ｍｉｎ〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で、かつ、窒素ガスを８００ｃｃ／ｍｉｎ〜１２００ｃｃ／ｍｉｎの流量で、１０分間ほど導入するとよい。

図１６は、レジストの下地となるＳｉＯ_２層の陽電子消滅法（ＰＡＬＳ）による空孔径とその空孔数の相対的な数の観測結果を示すグラフである。ここでは、観測対象のＳｉＯ_２層は、厚さを約３０ｎｍとし、観測位置は、表面から約６ｎｍの位置とした。図１６の縦軸には、空孔径数（ａ．ｕ．：任意単位）を示している。図１６の上横軸には、空孔径（ｎｍ）を示している。図１６の下横軸には、陽電子の寿命（ｎｓ）を示している。なお、図１６には、比較のため、Ｏ_２プラズマアッシングを行った場合のものも示している。

図１６に示すように、Ｏ_３アッシングを行った場合とＯ_２プラズマアッシングを行った場合とを比較すると、Ｏ_３アッシングを行った場合には、空孔径が相対的に小さいことが分かる。そして、Ｏ_３アッシングを行った場合には、空孔径数も相対的に少ないことがわかる。

この相違は、Ｏ_２プラズマアッシングを行うと、高エネルギーの酸素粒子がＳｉＯ_２層に衝突した際に、ＳｉＯ_２層に対してダメージを与えやすいことに起因して生じる。したがって、各実施形態で説明したように、Ｏ_２プラズマアッシングを行うよりもＯ_３アッシングを行う方がＳｉＯ_２層にダメージが生じにくくなる。

ここで、各実施形態で説明した各種ガス及びその代替ガスについてまとめておく。もっとも、既述のガスも下記表１〜表４に示すガスも、例示であり、これらに限定されるものではない点に留意されたい。

なお、表１にはクラスタタイプの半導体処理装置において中濃度イオン注入レジストを除去する際の使用ガス例を示し、表２にはクラスタタイプの半導体処理装置において高濃度イオン注入レジストを除去する際の使用ガス例を示し、表３にはバッチタイプの半導体処理装置において中濃度イオン注入レジストを除去する際の使用ガス例を示し、表４にはバッチタイプの半導体処理装置において高濃度イオン注入レジストを除去する際の使用ガス例を示している。また、本発明についていえば、各表の枠内の上位に示す（丸数字の小さい）ガスほど、好適に使用することができる。

なお、各実施形態では、いわゆるゲートファーストプロセス（ゲートを先に作り、ソースドレイン領域を後で形成する方式）での適用例で説明したが、ゲートラストプロセス（ゲートをソースドレイン領域の形成後に作る方式）であっても、本発明を適用することができる。

本発明の各実施形態で説明した半導体処理装置を用いて処理したウェハを用いて製造された半導体デバイスは、様々な電子機器に用いることができる。たとえば、電子機器の一例として、液晶・プラズマ・ＥＬ（electroluminescence）などの表示装置、ディジタルカメラ・ディジタルスチルカメラなどの撮像装置、ファクシミリ、プリンタ、スキャナなどの画像形成装置、ＣＬＣ素子、発光型レーザ装置等の光学装置、携帯電話機などの通信装置、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置に内蔵されている或いは着脱可能なメモリにも、好適に用いることができる。

たとえばメモリについて詳述すると、半導体デバイスのオン／オフ特性が向上できるので、浅い接合を有するＤＲＡＭ、及びフラッシュメモリ等の配線ルールが９０ｎｍ以下の半導体デバイスに好適に用いることができる。

本発明の実施形態１の半導体デバイスの製造システムの模式的な構成図である。 図１に示す第一チャンバー５の模式的な構成図である。 図１に示す第二チャンバー６及び第三チャンバー７の模式的な構成図である。 紫外波長と化学結合エネルギーとの関係を示すグラフである。 図２に示すウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。 図５に示すウェハ５１のアッシング処理後の対応図である。 図６に示すウェハ５１のドライクリーニング処理後の一部の模式的な断面図である。 図７に示すウェハ５１のオゾンガス等による回復処理後の一部の模式的な断面図である。 本発明の実施形態２に係るウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。 本発明の実施形態２に係るウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。 本発明の実施形態２に係るウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。 本発明の実施形態２に係るウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。 本発明の実施形態２に係るウェハ５１であるところのＨｉｇｈ−ｋゲートＣＭＯＳデバイスの一部の模式的な断面図である。 図２に示す第一チャンバー５の変形例であるバッチ式レジストアッシング炉を示す図である。 図３に示す第二チャンバー６の変形例であるバッチ式ドライクリーニング炉を示す図である。 レジストの下地となるＳｉＯ_２層の陽電子消滅法（ＰＡＬＳ）による空孔径とその空孔数の相対的な数の観測結果を示すグラフである。

符号の説明

１ カセット
２ ウェハアライメント
３ ロードロックチャンバー
４ トランスファーチャンバー
５ 第一チャンバー
６ 第二チャンバー
７ 第三チャンバー

Claims (12)

1. レジストが塗布されているウェハを１００℃以上に加熱した状態でオゾンガスに接触させる第１接触手段と、
   前記オゾンガスを接触させたウェハに対して前記レジストの成分に対応する半導体ガスを励起させた状態で接触させる第２接触手段と、
   を備える、半導体処理装置。
2. 紫外光を照射したウェハに対してオゾンガスを接触させる第３接触手段を備える、請求項１記載の半導体処理装置。
3. 前記第１接触手段によって前記ウェハにオゾンガスを接触させるのに先立って、前記ウェハに紫外光を照射する手段を備える、請求項１記載の半導体処理装置。
4. 前記第１接触手段は、レジストの表面下の部分が破裂する温度以上に加熱する手段を有する、請求項１記載の半導体処理装置。
5. 前記半導体ガスは、水素ガス、アンモニアガス、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素、フッ化炭素系ガスを含む、請求項１記載の半導体処理装置。
6. 前記第１接触手段は、一度に複数のウェハに対してオゾンガスを接触させる、請求項１記載の半導体処理装置。
7. 前記第２接触手段は、紫外光の照射手段又はプラズマの印加手段を含む、請求項１記載の半導体処理装置。
8. 前記第３接触手段は、前記オゾンガスを、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素ガス、炭化水素ガス、不活性ガス、酸素ガス、水蒸気又は窒素ガスと混合させてから、前記紫外光を照射したウェハに対して接触させる、請求項１記載の半導体処理装置。
9. 前記第１接触手段によるウェハとオゾンガスとの接触と、前記第２又は第３接触手段によるウェハと半導体ガス又はオゾンガスとの接触とを、異なるチャンバーで行う、請求項１記載の半導体処理装置。
10. レジストが塗布されているウェハを１００℃以上に加熱した状態でオゾンガスに接触させ、
    前記オゾンガスを接触させたウェハに対して前記レジストの成分に対応する半導体ガスを活性化させた状態で接触させる、
    半導体処理方法。
11. レジストが塗布されているウェハをオゾンガスに接触させ、
    前記オゾンガスを接触させたウェハに対して前記レジストの成分に対応する半導体ガスを接触させることによって処理されたウェハを備える、半導体デバイス。
12. 請求項１１記載の半導体デバイスを備える、電子機器。

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