結論:アッシング(Ashing)は、エッチングやイオン注入後に不要となったフォトレジストをプラズマ(酸素ラジカル)で酸化・灰化して除去する工程。「ドライストリッピング」とも呼ばれ、ウェット洗浄との組み合わせでレジスト残渣を完全除去する。TEL・LAM Research・Nordson Marchが主要装置メーカーだ。
アッシングとは何か
フォトリソグラフィ工程でウェハに塗布したフォトレジストは、エッチングやイオン注入の「マスク」として使われる。加工が完了した後は、このレジストを完全に除去する必要がある。これをレジスト除去工程(ストリッピング)と呼ぶ。プラズマを使った乾式の方法が「アッシング」、薬液(硫酸+過酸化水素水)を使った湿式の方法が「ウェットストリッピング」だ。
アッシングは酸素(O₂)ガスをプラズマ化してOラジカルを生成し、このOラジカルがレジスト(有機物:炭素・水素・酸素の化合物)と反応してCO₂・H₂Oとして揮発させる。まるでレジストを「燃やす(灰化)」ことからアッシング(Ashing:灰化)と呼ばれる。チャンバー内でガスを反応させ揮発生成物を排気するため、廃液が出ないクリーンな工程でもある。
ダウンストリームアッシングとインシチュアッシング
アッシングには2種類の主要な方式がある。①ダウンストリームアッシング(リモートプラズマ方式):プラズマをチャンバー外で生成し、ラジカルのみをウェハに照射する方式。イオンがウェハに直接当たらないため、ゲート酸化膜やLow-k膜など敏感な材料へのプラズマダメージを最小化できる。先端ノードの標準方式。②インシチュアッシング:エッチングチャンバー内でそのままO₂プラズマを使用する方式。シンプルだがイオンダメージが大きく、現在は限定的な用途に使われる。
イオン注入後アッシングの特殊性
イオン注入後のレジストは「クラスト」と呼ばれる硬化した表面層が形成される。高エネルギーイオンがレジストに当たることで表面が変質(アモルファス化・架橋)し、通常の酸素プラズマでは溶解・除去しにくくなる。このためイオン注入後アッシングでは、H₂O蒸気を添加した高温O₂プラズマ(200〜300℃)やH₂/N₂を混合した還元性雰囲気など特殊条件が必要だ。クラスト層を突き破るための「ハイパワー処理」と、残渣を除去するための「ウェット洗浄(SPM)」との組み合わせが標準工程となっている。
Low-k膜との両立課題
先端ノードでは配線間絶縁膜にLow-k膜(多孔質SiOC系)が使われる。しかしLow-k膜は酸素プラズマに弱く、O₂アッシングを行うとLow-k膜の疎水性が失われて誘電率が上昇する「k値ダメージ」が問題となる。これを防ぐためH₂/N₂プラズマを使ったLow-kダメージフリーアッシングや、NH₃プラズマ・CO₂プラズマなど代替ガス系が開発されている。また、アッシング後のウェット洗浄(SC1洗浄・SPM洗浄)との最適な組み合わせが各ファブでノウハウとして蓄積されている。
アッシング後洗浄との連携
アッシングだけではイオン注入後のレジスト残渣(クラスト)や金属汚染を完全に除去できない。このため「アッシング→ウェット洗浄(SPM:硫酸過酸化水素水処理)」の組み合わせが標準工程となっている。SPM洗浄は強酸化力でレジスト残渣を分解し、アッシングで除去しきれなかった有機汚染・金属汚染を完全に除去する。先端ノードでは1チップあたりのアッシング+洗浄のサイクル数が数十回に達するため、スループットと洗浄品質の両立が生産効率を大きく左右する。
投資・M&A視点
アッシング装置市場はTEL(東京エレクトロン)・LAM Research・Nordson Marchが主要サプライヤー。エッチングやイオン注入と並行して1チップあたり数十回のアッシング工程が発生するため、スループット(処理枚数)が装置選定の最大要因となる。先端ノードへの移行でLow-kダメージフリー対応装置への需要が高まり、装置の更新サイクルが短縮する。日本では東京エレクトロンがアッシング装置でも高いシェアを維持しており、日本の装置産業の競争力を支える分野の一つだ。
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