JP2001237229A - 基板処理方法および基板処理装置ならびにデバイス製造方法 - Google Patents
基板処理方法および基板処理装置ならびにデバイス製造方法Info
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- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
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Abstract
間が短くて、下地エッチング量も少ないプラズマアッシ
ングを実現する。 【解決手段】 プラズマ発生室10内に、ガス供給管1
4から、水蒸気と、SF 6 等のフッ素系ガスを主成分と
する混合ガスを導入し、導波管12から供給されたマイ
クロ波によって分解し、発生した混合ガスプラズマによ
ってウエハW上のレジストを除去する。イオン注入によ
る硬化層を有するレジストでも、フッ素ラジカルによっ
て効果的に剥離し、しかも下地酸化層のエッチング量を
数オングストローム以下に抑えることができる。
Description
ング工程、より詳しくは、主として半導体ウエハ等の加
工工程で、イオン注入によって硬化しているレジストを
効果的にアッシングすることのできる基板処理方法およ
び基板処理装置ならびにデバイス製造方法に関するもの
である。
板に塗布されたフォトレジストの剥離、除去が頻繁に行
なわれる。このレジストの剥離においては、安全性、低
コストを実現できる酸素プラズマを用いたアッシングが
主流である。
明するもので、同図の(a)に示すように、基板101
上には、レジスト102のパターンが形成されており、
このレジスト102のパターンをマスクとする基板10
1にイオン注入するには、例えばリンイオンPをイオン
加速エネルギー80KeV、注入量1×1016ions
/cm2 の条件で注入する(図5の(b)参照)。この
イオン注入時にイオンの運動エネルギーが熱エネルギー
に変換されて熱変化を起こし、図5の(c)に示すよう
に硬化層103が形成される。
スト102を除去する際には、従来は、酸素プラズマを
用いて硬化層103を除去するとともに、硬化層103
の下方に存在する非硬化レジスト層も酸素プラズマによ
り除去していた。
ると、硬化層103中に含まれるイオン注入種である、
リン、ヒソ等が、酸化物Mとして基板101上に大量に
残るため、これを、アッシング後の薬液工程によって除
去する。
酸素プラズマを用いたアッシングでは、イオン注入され
て硬化しているレジスト硬化層のアッシングには5分〜
10分という長時間を要するという問題があった。これ
は、「Japanese Journal ofApp
lied Physics Vol.28,No.1
0,October,1989,pp.2130−21
36 Ashing of Ion−Implante
d Resist Layer」で開示されているよう
に、硬化層の構造は、レジストの主成分であるノボラッ
ク樹脂のベンゼン環の主鎖のメチル基がリン、ヒソ等に
置換され強固な結合になっているためと考えられる。
275326号公報に記載されているように、O2 を主
成分とするガスに0.1〜5%程度のCF4 を添加した
酸素プラズマを用いて、フッ素ラジカルにより、硬化層
のアッシングを行なう方法が提案されている。イオン注
入したレジストの剥離工程にフッ素ラジカルを用いるこ
とは、露出している基板のゲート酸化膜のフッ素ラジカ
ルによるエッチングが懸念されるので、上記の特開平5
−275326号の手法によれば、この懸念点を払拭す
るために、CF4 の添加量を0.1〜5%の少量にする
ことで10オングストローム以下の下地エッチング量に
抑制し、16MDRAMレベルの製造技術に適応すると
している。
は、下地酸化膜のエッチング量を数オングストローム以
下のレベルにとどめることが必要とされている。
素ラジカルによる反応性の高いアッシングでは、下地酸
化膜のエッチング量が再現性良く制御できないという問
題がある。これは、フッ素ラジカル自身が比較的寿命が
長く、未反応の原子状のフッ素がウエハ等基板上に吸着
することにより、アッシング後も下地のエッチングを行
なっているためであると考えられる。
テップに硬化層を除去するための、(O2 +CF4 )ア
ッシング、第2ステップとして、硬化していない下層の
レジストを剥離する(O2 +N2 )アッシングを行な
い、下地のエッチング量が10オングストローム以下
で、かつ剥離速度の速いアッシングを紹介している。と
ころが、この場合は、第1ステップと第2ステップの切
り替えに10秒かかっており、本発明者らが確認したと
ころによると、これをほぼ0秒に近づけた場合、下地酸
化膜のエッチング量は数オングストロームから数百十オ
ングストローム程度増加する傾向が見られた。フッ素ラ
ジカルは一般に単独では有機物と反応しないことが知ら
れているが、本発明者らの実験では、酸素ラジカルの供
給が続くと、反応に寄与する可能性が高いことが判明し
ている。
課題に鑑みてなされたものであって、イオン注入によっ
て硬化層が形成されたレジストを除去するプラズマアッ
シング工程において、剥離性を向上させるためにフッ素
ラジカルを用いつつも、フッ素ラジカルによる下地エッ
チング量をさらに少なくし、かつ再現性良くコントロー
ルすることのできる基板処理方法および基板処理装置な
らびにデバイス製造方法を提供することを目的とするも
のである。
め、本発明の基板処理方法は、イオン注入されたレジス
トのアッシング工程において、水蒸気とフッ素系ガスを
主成分とする混合ガスによるプラズマを用いて前記レジ
ストを除去することを特徴とする。
を有するチャンバと、該チャンバ内で基板を保持するた
めの基板保持手段と、前記チャンバに水蒸気とフッ素系
ガスを導入するガス導入手段と、前記チャンバ内にプラ
ズマを発生させるためのプラズマ発生手段を有すること
を特徴とする。
ストの硬化層剥離に有効なフッ素ラジカルを供給可能と
考えられるフッ素系ガスであるSF6 またはNF3 を主
成分とする混合ガスを用いてプラズマを生成することに
より、適量のフッ素ラジカルを供給し、かつわずかな割
合であるが基板に残留すると考えられる原子状のフッ素
を気化もしくは排除する。これによって、下地エッチン
グ量を数オングストローム以下に再現性よく抑えるとと
もに、イオン注入レジストの剥離を迅速かつ効果的に行
なうことができる。
ストの硬化層に含まれるイオン注入種の酸化による残渣
が多量に残ることはない。
に少なくするためには、酸素を構成分子とする水蒸気よ
りも、酸素を含まない水素のほうが有利に思われるが、
水素ガス、もしくは、酸素を含まない水素化合物を用い
た場合、アッシングレートが著しく低くなり、酸素のみ
のガスによるプラズマアッシングと同じ程度の速度にな
ってしまう。従って、水蒸気と、SF6 もしくはNF3
の混合ガスのプラズマが望ましい。
いて説明する。
あるマイクロ波プラズマアッシング処理装置を示すもの
で、これは、排気口10aを有するチャンバであるプラ
ズマ発生室10と、該プラズマ発生室10内で基板であ
るウエハWを保持する基板保持手段であるウエハホルダ
11と、プラズマ発生手段であるマイクロ波発振器12
aからプラズマ発生室10内にマイクロ波を供給するた
めの導波管12と、比誘電率ε=3.8の平板状の石英
または比誘電率ε=9.7のアルミナからなるマイクロ
波透過窓13と、プラズマ発生室10内に水蒸気とSF
6 またはNF3等のフッ素系ガスを主成分とする混合ガ
スを導入するためのガス導入手段であるガス供給管14
と、前記混合ガスの供給量を制御するマスフローコント
ローラ15を有する。
接続された排気手段である真空ポンプ16によって排気
し、排気量を制御する調整バルブ17と、混合ガスの供
給量を制御するマスフローコントローラ15を調整し
て、プラズマ発生室10内を所定の圧力に保ち、導波管
12からマイクロ波をプラズマ発生室10内に導入し、
ガス供給管14から供給された水蒸気とフッ素系ガスの
混合ガスをマイクロ波エネルギーによって分解し、プラ
ズマ化する。
上のウエハWのアッシング処理が行なわれる。
理方法であるウエハ等基板のアッシングを説明するもの
で、同図の(a)に示すように、基板1上には、レジス
ト2のパターンが形成されており、このレジスト2のパ
ターンをマスクとして基板1にイオン注入するには、例
えば、リンイオンPをイオン加速エネルギー80Ke
V、注入量1×1016ions/cm2 の条件で注入す
る(図2の(b)参照)。このイオン注入時にイオンの
運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて熱変化を起
こし、図2の(c)に示すように硬化層3が形成され
る。このように硬化層3を有するレジスト2を、適量の
水蒸気とSF6 もしくは、NF3 を主成分とする混合ガ
スによるプラズマを用いたアッシングによって除去す
る。
ラズマを用いた場合に比べて、基板1の表面の下地酸化
膜のエッチング量が少なくて、しかも、アッシング時間
が1/3〜2/3に短縮され、アッシング後の残渣も従
来例の1/3程度になる。
ッ素ラジカルが、イオン注入により変質した硬化層3の
ポリマー主鎖、側鎖を切断し、切断した端面に、水素、
または、酸素、またはフッ素等が結合して、揮発するこ
とにより、効率的にレジスト除去が行なわれるものと考
えられる。
に進入したリン、ヒソ等のイオン注入種は、フッ素F、
水素Hと結合して気化するものと思われる。
シングに比べて、酸素の絶対数が少ないため、図2の
(d)に示すように、基板1の表面に残るリン、ヒソ等
の酸化物Mの量も少なく、後処理の薬液処理に与える負
担が少ない。
るため、フッ素濃度の微量のコントロールがしやすく、
基板1の表面にわずかの割合だが吸着すると考えられる
原子状のフッ素による下地酸化膜のエッチング量も、常
時数オングストローム以下に安定して抑えられる。
グする場合、イオン注入レジストのバーストを避けるた
めに、150℃以下の低温でアッシングを行なう。量産
工程では装置の管理上、他のアッシング工程とアッシン
グ温度を揃え、150℃以上でアッシングする場合もあ
る。この場合、硬化層と非硬化層の熱膨張率の違いか
ら、レジストパターンがバーストを起こすことがあり、
バーストしたレジスト欠片が重なり合い、硬化層成分を
含んだ残渣がアッシング後も残ることがある。
による基板処理方法はアッシングレートが高く、下地酸
化膜のエッチング量が少ないため、従来技術に比べて優
っていると考えられる。
ングには、マイクロ波によるプラズマの他に、高周波に
よる平行平板プラズマ、もしくは、ECRプラズマ、ヘ
リコンプラズマ、ICPによるプラズマ、またはこれら
のプラズマの下流(ダウンフロー)で行なわれるアッシ
ング方法が用いられる。
ングに用いられる混合ガスは、水蒸気とSF6 、また
は、水蒸気とNF3 の混合ガスを用いるのが望ましい。
ガスの混合比については、フッ素濃度が高すぎると、露
出した下地酸化膜を必要以上にエッチングする可能性が
あるので、エッチング量にあわせた適量範囲に調節す
る。
いウエハ温度が130℃付近で処理する。図1のマイク
ロ波プラズマ処理装置のプラズマ発生室内のウエハホル
ダ上にガラス基板や石英基板等のウエハを載置し、調整
バルブを開いて、プラズマ発生室内を排気口より排気す
る。次にガス供給管より処理ガスを導入する。排気口に
対して連通して設けられたマスフローコントローラを調
整して、所定の流量の混合ガスを導入する。この実施例
では、水蒸気すなわちH2 Oガスを400sccm程
度、SF6 を80sccm程度供給した。こうして、プ
ラズマ発生室内を大気圧より低い所定の圧力状態に保
つ。具体的には、65.5Pa程度に維持することが望
ましい。なお、ウエハ温度は、130℃に保たれてい
る。そして、マイクロ波出力の強度を調整する調整手段
をもつマイクロ波発振器を動作させて、マイクロ波を発
生させる。発生したマイクロ波を導波管に沿って伝播さ
せ、アルミナもしくは石英からなるマイクロ波透過窓を
介してプラズマ発生室内に供給する。供給されたマイク
ロ波エネルギーにより、処理ガスは、分解しプラズマ状
態になる。この結果、図2に示すようなアッシングが行
なわれ、アッシング時間は、100秒であった。同条件
で、熱酸化膜のエッチングレートを調べたところ下地酸
化膜のエッチング量は、3オングストローム程度であっ
た。このときの残渣数を測定するため、パーティクルカ
ウンターで残渣数を調べたところ、0.2μm以上のパ
ーティクルが、70個程度だった。
いウエハ温度が130℃付近で処理する。図1のマイク
ロ波プラズマ処理装置のプラズマ発生室内のウエハホル
ダ上にガラス基板や石英基板等のウエハを載置し、調整
バルブを開いて、プラズマ発生室内を排気口より排気す
る。次にガス供給管より処理ガスを導入する。排気口に
対して連通して設けられたマスフローコントローラを調
整して、O2 ガスを500sccm程度、CF4 を1s
ccm程度供給した。こうして、プラズマ発生室内を大
気圧より低い所定の圧力状態に保つ。具体的には、6
5.5Pa程度に維持することが望ましい。なお、ウエ
ハ温度は、130℃に保たれている。そして、マイクロ
波出力の強度を調整する調整手段をもつマイクロ波発振
器を動作させて、マイクロ波を発生させる。発生したマ
イクロ波を導波管に沿って伝播させ、アルミナもしくは
石英からなるマイクロ波透過窓を介してプラズマ発生室
内に供給する。供給されたマイクロ波エネルギーによ
り、処理ガスは、分解しプラズマ状態になる。この結果
アッシングが行なわれ、アッシング時間は、300秒で
あった。同条件で、熱酸化膜のエッチングレートを調べ
たところ下地酸化膜のエッチング量は、50オングスト
ローム程度であった。このときの残渣数を測定するた
め、パーティクルカウンターで残渣数を調べたところ、
0.2μm以上のパーティクルが、150個程度だっ
た。
ウエハ温度が130℃以上で処理する。図1のマイクロ
波プラズマ処理装置のプラズマ発生室内のウエハホルダ
上にガラス基板や石英基板等のウエハを載置し、調整バ
ルブを開いて、プラズマ発生室内を排気口より排気す
る。次にガス供給管より処理ガスを導入する。排気口に
対して連通して設けられたマスフローコントローラを調
整して、所定の流量の混合ガスを導入する。この実施例
では、水蒸気すなわちH2 Oガス400sccm程度、
SF6を80sccm程度供給した。こうして、プラズ
マ発生室内を大気圧より低い所定の圧力状態に保つ。具
体的には、65.5Pa程度に維持することが望まし
い。なお、ウエハ温度は、200℃に保たれている。そ
して、マイクロ波出力の強度を調整する調整手段をもつ
マイクロ波発振器を動作させて、マイクロ波を発生させ
る。発生したマイクロ波を導波管に沿って伝播させ、ア
ルミナもしくは石英からなるマイクロ波透過窓を介して
プラズマ発生室内に供給する。供給されたマイクロ波エ
ネルギーにより、処理ガスは、分解しプラズマ状態にな
る。この結果、図2に示すようなアッシングが行なわ
れ、アッシング時間は、50秒であった。同条件で、熱
酸化膜のエッチングレートを調べたところ下地酸化膜の
エッチング量は、6オングストローム程度であった。こ
のときの残渣数を測定するため、パーティクルカウンタ
ーで残渣数を調べたところ、0.2μm以上のパーティ
クルが、3000個程度だった。
ウエハ温度が130℃以上で処理する。図1のマイクロ
波プラズマ処理装置のプラズマ発生室内のウエハホルダ
上にガラス基板や石英基板等のウエハを載置し、調整バ
ルブを開いて、プラズマ発生室内を排気口より排気す
る。次にガス供給管より処理ガスを導入する。排気口に
対して連通して設けられたマスフローコントローラを調
整して、O2 ガスを500sccm程度、CF4 を1s
ccm程度供給した。こうして、プラズマ発生室内を大
気圧より低い所定の圧力状態に保つ。具体的には、6
5.5Pa程度に維持することが望ましい。なお、ウエ
ハ温度は、200に保たれている。そして、マイクロ波
出力の強度を調整する調整手段をもつマイクロ波発振器
を動作させて、マイクロ波を発生させる。発生したマイ
クロ波を導波管に沿って伝播させ、アルミナもしくは石
英からなるマイクロ波透過窓を介してプラズマ発生室内
に供給する。供給されたマイクロ波エネルギーにより、
処理ガスは、分解しプラズマ状態になる。この結果アッ
シングが行なわれ、アッシング時間は、100秒であっ
た。同条件で、熱酸化膜のエッチングレートを調べたと
ころ下地酸化膜のエッチング量は、100オングストロ
ーム程度であった。このときの残渣数を測定するため、
パーティクルカウンターで残渣数を調べたところ、0.
2μm以上のパーティクルが、10000個程度だっ
た。
個は、比較的大きい数字に見えるが、酸素のみのアッシ
ングの場合、一般に数万個レベルであることから、剥離
性は良好であることがわかる。また、1988年(平成
元年)秋季第50回応用物理学会学術講演会講演予稿集
応用物理学会27P−L−2の予稿に記載されているイ
オン注入レジストの剥離に特化したハードとプロセス
(水素イオンで硬化層ポリマーを破壊しその切片に水素
を供給し、有機成分、イオン注入種を水素と化合させ完
全に気化させる。)を用いている水素RIE+ダウンフ
ローアッシングのレベルでも0.2μmのパーティクル
数は、2000個レベルであり、本発明においては、専
用のプラズマ装置を用いなくても、通常のプラズマ装置
で同レベルの剥離性能がある。
例では、16%程度であるが、これ以下の範囲では、ア
ッシング時間が多少長くなるが、下地酸化膜のエッチン
グ量は少なくなる。従って、添加量と下地酸化膜エッチ
ングの防止に関してはマージンの広いプロセスといえ
る。
デバイス製造方法を説明する。図3は半導体デバイス
(ICやLSI等の半導体チップ、あるいは液晶パネル
やCCD等)の製造フローを示す。ステップ1(回路設
計)では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ
2(マスク製作)では設計した回路パターンを形成した
原版であるマスクを製作する。ステップ3(ウエハ製
造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記
用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術に
よってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ5
(組立)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製さ
れたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、ア
ッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケ
ージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ
6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイス
の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こ
うした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷
(ステップ7)される。
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では露光装置によってマスクの回路パ
ターンをウエハに焼付露光する。ステップ17(現像)
では露光したウエハを現像する。ステップ18(エッチ
ング)では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで
不要となったレジストを、前述の基板処理方法によっ
て、取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成され
る。本発明のデバイス製造方法を用いれば、従来は製造
が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造すること
ができる。
で、次に記載するような効果を奏する。
ングにおいて、下地酸化膜のエッチング量を数オングス
トロームにとどめ、かつイオン注入レジストのアッシン
グ時間を大幅に短縮し、レジストの剥離性を向上させる
ことができる。これによって、アッシングに続く薬液処
理の負担を低下させてコストを削減し、半導体デバイス
等の歩留まり向上等に貢献できる。
である。
である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 イオン注入されたレジストのアッシング
工程において、水蒸気とフッ素系ガスを主成分とする混
合ガスによるプラズマを用いて前記レジストを除去する
ことを特徴とする基板処理方法。 - 【請求項2】 フッ素系ガスが、SF6 またはNF3 を
含むことを特徴とする請求項1記載の基板処理方法。 - 【請求項3】 排気手段を有するチャンバと、該チャン
バ内で基板を保持するための基板保持手段と、前記チャ
ンバに水蒸気とフッ素系ガスを導入するガス導入手段
と、前記チャンバ内にプラズマを発生させるためのプラ
ズマ発生手段を有する基板処理装置。 - 【請求項4】 請求項1または2記載の基板処理方法に
よってウエハを処理する工程を有するデバイス製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000046984A JP2001237229A (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 基板処理方法および基板処理装置ならびにデバイス製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000046984A JP2001237229A (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 基板処理方法および基板処理装置ならびにデバイス製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001237229A true JP2001237229A (ja) | 2001-08-31 |
Family
ID=18569308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000046984A Pending JP2001237229A (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 基板処理方法および基板処理装置ならびにデバイス製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001237229A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100713707B1 (ko) | 2006-05-04 | 2007-05-04 | 한국기계연구원 | 반도체 웨이퍼 및 fpd기판의 포토레지스트 제거용베이퍼 시스템 및 방법 |
| CN113272985A (zh) * | 2019-01-15 | 2021-08-17 | 应用材料公司 | 用于hmdso热稳定性的方法 |
| KR20210106622A (ko) | 2020-02-20 | 2021-08-31 | 세메스 주식회사 | 플라즈마 애싱 장치 |
-
2000
- 2000-02-24 JP JP2000046984A patent/JP2001237229A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113272985A (zh) * | 2019-01-15 | 2021-08-17 | 应用材料公司 | 用于hmdso热稳定性的方法 |
| US12041840B2 (en) | 2019-01-15 | 2024-07-16 | Applied Materials, Inc. | Methods for HMDSO thermal stability |
| KR20210106622A (ko) | 2020-02-20 | 2021-08-31 | 세메스 주식회사 | 플라즈마 애싱 장치 |
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