JPH0936103A - 半導体ウェハのエッチング及びレジスト除去のための方法並びに装置 - Google Patents
半導体ウェハのエッチング及びレジスト除去のための方法並びに装置Info
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- JPH0936103A JPH0936103A JP8187372A JP18737296A JPH0936103A JP H0936103 A JPH0936103 A JP H0936103A JP 8187372 A JP8187372 A JP 8187372A JP 18737296 A JP18737296 A JP 18737296A JP H0936103 A JPH0936103 A JP H0936103A
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- wafer
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- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
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- H01J37/32192—Microwave generated discharge
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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- H01J37/32963—End-point detection
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
- H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
- H10P50/28—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials
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- H10P50/287—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of organic materials by chemical means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ウェハのエッチング及びレジスト除去
の速度の向上。 【解決手段】 半導体ウェハにエッチングを施し、これ
からレジストを除去するための方法及び装置において、
フリーラジカルを高濃度で含むガスを放電させるプラズ
マを発生するためのマイクロ波発生源及び上記放電ガス
をプラズマ化してアッシングを高速度で生じせしめるた
めの高周波発生源を有し、ウェハは、ホットプレート上
方に位置決めされ、エッチング又はレジスト除去処理時
には、処理位置範囲内で移動させることができるように
なっている。
の速度の向上。 【解決手段】 半導体ウェハにエッチングを施し、これ
からレジストを除去するための方法及び装置において、
フリーラジカルを高濃度で含むガスを放電させるプラズ
マを発生するためのマイクロ波発生源及び上記放電ガス
をプラズマ化してアッシングを高速度で生じせしめるた
めの高周波発生源を有し、ウェハは、ホットプレート上
方に位置決めされ、エッチング又はレジスト除去処理時
には、処理位置範囲内で移動させることができるように
なっている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハを処
理するための方法及び装置、特に半導体ウェハのエッチ
ング及びレジスト除去のための方法並びに装置に関す
る。
理するための方法及び装置、特に半導体ウェハのエッチ
ング及びレジスト除去のための方法並びに装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェハの処理においては、半導体
材料の層をある所望のパターンに形成することを望む場
合が多い。所望パターンを形成するには、ウェハ面上に
層を析出し、次いでこの所望のパターンにレジスト、す
なわち使用するエッチング剤に対して耐性の材料で被覆
を行う。次にウェハをエッチング剤にさらし、レジスト
で被覆されていない層部分をエッチング除去することに
より、所望パターンの層を残す。初期の目的を果たした
レジストは、ウェハの表面からレジスト除去処理により
除去される。
材料の層をある所望のパターンに形成することを望む場
合が多い。所望パターンを形成するには、ウェハ面上に
層を析出し、次いでこの所望のパターンにレジスト、す
なわち使用するエッチング剤に対して耐性の材料で被覆
を行う。次にウェハをエッチング剤にさらし、レジスト
で被覆されていない層部分をエッチング除去することに
より、所望パターンの層を残す。初期の目的を果たした
レジストは、ウェハの表面からレジスト除去処理により
除去される。
【0003】析出層のエッチングとレジストの除去との
両方に利用可能な装置が、米国特許第5228052号
に記載されており、その教示内容は参照によって本明細
書中に取り込まれる。上記米国特許に記載された装置は
ウェハ処理室を有する。この処理室中で、ウェハは水平
な加熱手段の上方に昇降装置によって支持されており、
この昇降装置は、加熱手段を通り、基板電極内の開口を
貫通して上向きに延びているピンを有している。ウェハ
は、昇降装置によって、基板電極に接する位置から、基
板電極上方1mmの位置まで上昇され、下降される。ウ
ェハは、これを処理室へ装入し又は取出す際には、基板
電極上方のさらに高い位置にまで上昇させることができ
るが、しかし従来の装置はこの高い位置で処理できるよ
うには、設計されていない。
両方に利用可能な装置が、米国特許第5228052号
に記載されており、その教示内容は参照によって本明細
書中に取り込まれる。上記米国特許に記載された装置は
ウェハ処理室を有する。この処理室中で、ウェハは水平
な加熱手段の上方に昇降装置によって支持されており、
この昇降装置は、加熱手段を通り、基板電極内の開口を
貫通して上向きに延びているピンを有している。ウェハ
は、昇降装置によって、基板電極に接する位置から、基
板電極上方1mmの位置まで上昇され、下降される。ウ
ェハは、これを処理室へ装入し又は取出す際には、基板
電極上方のさらに高い位置にまで上昇させることができ
るが、しかし従来の装置はこの高い位置で処理できるよ
うには、設計されていない。
【0004】導入管が処理室内へ延びており、その導入
管によって処理ガスが装入される。処理ガスは典型的な
場合、少なくとも酸素(O2)ガス、及びN2ガス、H2
ガス又はN2+H2ガスのような形成ガスを含有する。処
理ガスには、必須ではないが、さらにCF4も含有させ
ることができる。エッチング処理ガスにCF4を含有さ
せる場合には、ガスには低濃度の酸素と高濃度のCF4
とを含有させて、主にフッ素ラジカル又はイオンを発生
させるようにする。レジスト除去処理用としては、ガス
には高濃度の酸素と低濃度のCF4を含有させて、主に
酸素ラジカル又はイオンを発生させるようにする。これ
らの処理は、CF4なしに、O2ガス及びN2ガス、H2ガ
ス又はN2+H2ガスで実施することができるが、この場
合には、加熱手段からの熱によってエネルギーを補給す
る。
管によって処理ガスが装入される。処理ガスは典型的な
場合、少なくとも酸素(O2)ガス、及びN2ガス、H2
ガス又はN2+H2ガスのような形成ガスを含有する。処
理ガスには、必須ではないが、さらにCF4も含有させ
ることができる。エッチング処理ガスにCF4を含有さ
せる場合には、ガスには低濃度の酸素と高濃度のCF4
とを含有させて、主にフッ素ラジカル又はイオンを発生
させるようにする。レジスト除去処理用としては、ガス
には高濃度の酸素と低濃度のCF4を含有させて、主に
酸素ラジカル又はイオンを発生させるようにする。これ
らの処理は、CF4なしに、O2ガス及びN2ガス、H2ガ
ス又はN2+H2ガスで実施することができるが、この場
合には、加熱手段からの熱によってエネルギーを補給す
る。
【0005】従来技術の装置では、エッチング又はレジ
スト除去用の処理ガスを次の2つの方法のいずれかで使
用する。即ち、(1)処理ガスをウェハ上方でイオン化
する反応性イオンエッチング(RIE)法、又は(2)
処理ガスのラジカルを導入管でマイクロ波プラズマから
放電させるラジカル法である。これらの処理により、ウ
ェハ上の層がエッチングされ、またレジストがアッシン
グされる。エッチング又はレジスト除去の速度はアッシ
ング速度として知られており、このアッシング速度は典
型的にはÅ/分を単位として測定される。
スト除去用の処理ガスを次の2つの方法のいずれかで使
用する。即ち、(1)処理ガスをウェハ上方でイオン化
する反応性イオンエッチング(RIE)法、又は(2)
処理ガスのラジカルを導入管でマイクロ波プラズマから
放電させるラジカル法である。これらの処理により、ウ
ェハ上の層がエッチングされ、またレジストがアッシン
グされる。エッチング又はレジスト除去の速度はアッシ
ング速度として知られており、このアッシング速度は典
型的にはÅ/分を単位として測定される。
【0006】RIE法によれば、高周波(RF)電圧源
によりプラズマを発生させ、このプラズマはウェハ上方
に酸素又はフッ素のイオンを生じさせる。RF源はウェ
ハ上方に設置された対向電極及び基板電極(ホットプレ
ート)に連結されている。上記米国特許に記載されたよ
うに、対向電極及び基板電極はダブルカソードとして働
き、イオンの生成を促進する。これらのイオンはウェハ
に引き寄せられ、層のエッチング及びレジストの除去を
行う。
によりプラズマを発生させ、このプラズマはウェハ上方
に酸素又はフッ素のイオンを生じさせる。RF源はウェ
ハ上方に設置された対向電極及び基板電極(ホットプレ
ート)に連結されている。上記米国特許に記載されたよ
うに、対向電極及び基板電極はダブルカソードとして働
き、イオンの生成を促進する。これらのイオンはウェハ
に引き寄せられ、層のエッチング及びレジストの除去を
行う。
【0007】ラジカル法では、導入管に連結されたマイ
クロ波発生源を作動させて、酸素又はフッ素のラジカル
を生じるマイクロ波プラズマを発生させ、プラズマから
処理室内へ、この酸素又はフッ素のラジカルを放電させ
るようにする。これらのラジカルはレジスト又は他の層
と反応し、これを分解し、他のガスに変え、次いで、こ
れらのガスは、真空ポンプに連結された排気管を通って
排出される。真空ポンプはまた処理室内の気圧を低く、
典型的には約50〜500mT(ミリトール)に保つ。
この処理では、使用する処理ガスに応じて加熱手段(ホ
ットプレート)による熱の補給を必要としたり、しなか
ったりする。
クロ波発生源を作動させて、酸素又はフッ素のラジカル
を生じるマイクロ波プラズマを発生させ、プラズマから
処理室内へ、この酸素又はフッ素のラジカルを放電させ
るようにする。これらのラジカルはレジスト又は他の層
と反応し、これを分解し、他のガスに変え、次いで、こ
れらのガスは、真空ポンプに連結された排気管を通って
排出される。真空ポンプはまた処理室内の気圧を低く、
典型的には約50〜500mT(ミリトール)に保つ。
この処理では、使用する処理ガスに応じて加熱手段(ホ
ットプレート)による熱の補給を必要としたり、しなか
ったりする。
【0008】これらの2通りの方法は、どちらか一方だ
けを、あるいは両者を連続して行うことができるが、し
かし高周波発生源とマイクロ波発生源との間はインター
ロックが施されているので、一度には、2方法のうちの
一方しか操作することができない。これらの方法をレジ
スト除去処理に連続して適用する場合には、一般にRI
E法を最初に行う。ウェハをホットプレート上方の高い
位置に配置し、導入管を経て処理ガスを導入する。ウェ
ハ上方に生成したRFプラズマから、エッチング又はレ
ジスト除去のためのエネルギーを有するイオンが発生す
る。このRIE法はレジストの硬化部を除去するのに特
に有用である。
けを、あるいは両者を連続して行うことができるが、し
かし高周波発生源とマイクロ波発生源との間はインター
ロックが施されているので、一度には、2方法のうちの
一方しか操作することができない。これらの方法をレジ
スト除去処理に連続して適用する場合には、一般にRI
E法を最初に行う。ウェハをホットプレート上方の高い
位置に配置し、導入管を経て処理ガスを導入する。ウェ
ハ上方に生成したRFプラズマから、エッチング又はレ
ジスト除去のためのエネルギーを有するイオンが発生す
る。このRIE法はレジストの硬化部を除去するのに特
に有用である。
【0009】RFプラズマを使用してしまったら、RF
源を切る。この時もしCF4 を使用していなければ、ウ
ェハを、加熱したホットプレートの所まで下げて熱を補
給するが、CF4を使用していれば、ウェハは1mm高
い位置に保持できる。ここでの説明はCF4が使用され
ているものと仮定して行っている。処理ガスを導入し、
マイクロ波発生源により、導入管内にプラズマを発生さ
せる。このプラズマは酸素及びフッ素のラジカルを生じ
ており、このラジカルはマイクロ波発生源から下流に向
かって放電される。レジストは典型的にはCxHyNzで
構成されており、これがフッ素ラジカルと反応してHF
を形成する。この反応によってエネルギーが放出され、
このエネルギーは、酸素ラジカルがレジストをCO2、
NO2、H2Oに分解するのを助ける。フッ素はこのよう
に触媒として作用する。この分解反応によって生じたガ
スは排気管を経て処理室の外へ排出される。
源を切る。この時もしCF4 を使用していなければ、ウ
ェハを、加熱したホットプレートの所まで下げて熱を補
給するが、CF4を使用していれば、ウェハは1mm高
い位置に保持できる。ここでの説明はCF4が使用され
ているものと仮定して行っている。処理ガスを導入し、
マイクロ波発生源により、導入管内にプラズマを発生さ
せる。このプラズマは酸素及びフッ素のラジカルを生じ
ており、このラジカルはマイクロ波発生源から下流に向
かって放電される。レジストは典型的にはCxHyNzで
構成されており、これがフッ素ラジカルと反応してHF
を形成する。この反応によってエネルギーが放出され、
このエネルギーは、酸素ラジカルがレジストをCO2、
NO2、H2Oに分解するのを助ける。フッ素はこのよう
に触媒として作用する。この分解反応によって生じたガ
スは排気管を経て処理室の外へ排出される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ラジカルのみを用いる
エッチング処理においては、エッチングは等方的に、す
なわち全方向に同じ速度で生じる。しかし、異方的な壁
面傾斜の形成、すなわちウェハを深さ方向にはより大き
く、横方法にはより小さくエッチングして、急斜面の壁
面の形成を望む場合も多い。このような異方性は、ごく
低い圧力(約1〜10mT)及び強力なエッチング剤の
使用により腐食壁の傾斜を制御する異方的エッチングシ
ステムにおいて達成できる。エッチング剤の強力な腐食
性のゆえに、典型的な異方的エッチングシステムでは部
材が耐食性の材料で構成されており、このためシステム
が高価なものとなるので、高度の異方性を必要としない
処理用としては経済的でない。上記の装置においてRI
Eプラズマ法を用いることにより、ある程度の異方性を
達成することはできるが、RIE法はホットプレート上
方1mmの位置でしか実施できないことから、ユーザー
は異方性の度合いをほとんど制御することができない。
エッチング処理においては、エッチングは等方的に、す
なわち全方向に同じ速度で生じる。しかし、異方的な壁
面傾斜の形成、すなわちウェハを深さ方向にはより大き
く、横方法にはより小さくエッチングして、急斜面の壁
面の形成を望む場合も多い。このような異方性は、ごく
低い圧力(約1〜10mT)及び強力なエッチング剤の
使用により腐食壁の傾斜を制御する異方的エッチングシ
ステムにおいて達成できる。エッチング剤の強力な腐食
性のゆえに、典型的な異方的エッチングシステムでは部
材が耐食性の材料で構成されており、このためシステム
が高価なものとなるので、高度の異方性を必要としない
処理用としては経済的でない。上記の装置においてRI
Eプラズマ法を用いることにより、ある程度の異方性を
達成することはできるが、RIE法はホットプレート上
方1mmの位置でしか実施できないことから、ユーザー
は異方性の度合いをほとんど制御することができない。
【0011】本発明の目的の一つは、エッチング及びレ
ジスト除去の速度を向上させるための方法及び装置を提
供することである。
ジスト除去の速度を向上させるための方法及び装置を提
供することである。
【0012】本発明の別の目的は、ウェハの処理におい
て、ユーザーに、より大きな自由度を与える方法及び装
置を提供することである。
て、ユーザーに、より大きな自由度を与える方法及び装
置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、マイク
ロ波プラズマを活性化してフリーラジカルを有するガス
を放電させる。同時に、ウェハ上方にRFプラズマを発
生させて、マイクロ波プラズマにより生成されたフリー
ラジカルをイオン化する。これらの処理を組み合わせて
イオン化ラジカルを発生させることにより、プラズマで
レジスト又はウェハ上の層を、これらの処理を個別に行
った場合よりもずっと高速で、アッシングすることがで
きる。
ロ波プラズマを活性化してフリーラジカルを有するガス
を放電させる。同時に、ウェハ上方にRFプラズマを発
生させて、マイクロ波プラズマにより生成されたフリー
ラジカルをイオン化する。これらの処理を組み合わせて
イオン化ラジカルを発生させることにより、プラズマで
レジスト又はウェハ上の層を、これらの処理を個別に行
った場合よりもずっと高速で、アッシングすることがで
きる。
【0014】本発明はまた、制御器により運転されるモ
ーターを有する、ウェハをセットするための昇降装置を
含み、ウェハは典型的にはホットプレートからの高さで
表される複数の異なる処理位置のうちの一つに据えられ
る。制御器は、異なる複数の位置を設定でき、望むなら
後で変更できるようにプログラム可能である。様々な処
理位置で処理できるために、各段階において又は段階間
で処理温度を変えたり、イオンの電界の制御により異方
性の程度を変えてエッチングできる等、処理におけるユ
ーザーの自由度が増す。これらの異なる処理位置は上記
の組合せ処理と共に用いて、レジスト又はその他の層を
迅速にアッシングすることができる。
ーターを有する、ウェハをセットするための昇降装置を
含み、ウェハは典型的にはホットプレートからの高さで
表される複数の異なる処理位置のうちの一つに据えられ
る。制御器は、異なる複数の位置を設定でき、望むなら
後で変更できるようにプログラム可能である。様々な処
理位置で処理できるために、各段階において又は段階間
で処理温度を変えたり、イオンの電界の制御により異方
性の程度を変えてエッチングできる等、処理におけるユ
ーザーの自由度が増す。これらの異なる処理位置は上記
の組合せ処理と共に用いて、レジスト又はその他の層を
迅速にアッシングすることができる。
【0015】その他の目的、特徴及び利点は、以下の詳
細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるで
あろう。
細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるで
あろう。
【0016】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、処理される半
導体ウェハ1は、密閉された処理室2内に、水平に配置
されたホットプレート3の上方に置かれる。ウェハ1
(これは典型的には直径が4〜8インチの扁平な円板で
ある)は、ホットプレート3に開けた開口を貫通して厚
み方向に延びている支持ピン4上に、水平に載置されて
いる。したがって、ウェハ1とホットプレート3とは、
互いに平行な平面内に存在する。
導体ウェハ1は、密閉された処理室2内に、水平に配置
されたホットプレート3の上方に置かれる。ウェハ1
(これは典型的には直径が4〜8インチの扁平な円板で
ある)は、ホットプレート3に開けた開口を貫通して厚
み方向に延びている支持ピン4上に、水平に載置されて
いる。したがって、ウェハ1とホットプレート3とは、
互いに平行な平面内に存在する。
【0017】処理ガスは、ガス源5から導入管6を経由
して処理室2に導入される。導入管6に設置したマイク
ロ波発生源7により導入管でマイクロ波プラズマ8を形
成させ、かくして、活性フリーラジカルを高濃度で含有
する反応性ガス9を放電せしまる。反応性ガス9は、ウ
ェハ上方に取り付けられ、前記米国特許に記載したよう
な構成を有する対向電極10に設けた開口(図示せず)
を通過する。適切な条件下では、これらの活性なフリー
ラジカルは、ウェハ1上のレジストのガス化によりレジ
スト皮膜を分解、気化させる。真空系11は、これらの
ガスを排気管12を経て真空排気し、また、処理室内の
圧力を50〜500mTのオーダーに維持する。
して処理室2に導入される。導入管6に設置したマイク
ロ波発生源7により導入管でマイクロ波プラズマ8を形
成させ、かくして、活性フリーラジカルを高濃度で含有
する反応性ガス9を放電せしまる。反応性ガス9は、ウ
ェハ上方に取り付けられ、前記米国特許に記載したよう
な構成を有する対向電極10に設けた開口(図示せず)
を通過する。適切な条件下では、これらの活性なフリー
ラジカルは、ウェハ1上のレジストのガス化によりレジ
スト皮膜を分解、気化させる。真空系11は、これらの
ガスを排気管12を経て真空排気し、また、処理室内の
圧力を50〜500mTのオーダーに維持する。
【0018】高周波(RF)発生源13は対向電極10
とホットプレート3とに電気的に結合されており、この
ためホットプレートは基板電極として働く。両電極10
及び3はこのようにダブルカソードを形成する。RF発
生源13からの高周波電圧によってウェハ1の上方に高
周波(RF)プラズマ14が発生する。RFプラズマ1
4は反応性イオンを発生し、これがレジストをアッシン
グしてウェハ1から除去する。
とホットプレート3とに電気的に結合されており、この
ためホットプレートは基板電極として働く。両電極10
及び3はこのようにダブルカソードを形成する。RF発
生源13からの高周波電圧によってウェハ1の上方に高
周波(RF)プラズマ14が発生する。RFプラズマ1
4は反応性イオンを発生し、これがレジストをアッシン
グしてウェハ1から除去する。
【0019】透明なカバー15及び終点検知器16を用
いて、RFプラズマによるアッシングの開始点及び終点
を検知する。終点検知器16は、フィルターと光学検知
器とで構成され、OHラジカルが励起されて水になる時
に、RFプラズマ中に放出されるフォトンを検出する。
いて、RFプラズマによるアッシングの開始点及び終点
を検知する。終点検知器16は、フィルターと光学検知
器とで構成され、OHラジカルが励起されて水になる時
に、RFプラズマ中に放出されるフォトンを検出する。
【0020】本発明によれば、ガス源5からガスを導入
し、また、マイクロ波発生源7をアクティブな状態にし
て、マイクロ波プラズマから放電されたフリーラジカル
高濃度含有反応性ガス9を生成する。マイクロ波により
生成された反応性ガス9中でRFプラズマを発生させ
て、その中のフリーラジカルをイオン化する。例えば、
ガス源5からの処理ガス中にCF4及び酸素が含有され
ている場合には、マイクロ波プラズマからの放電された
ガスは、ウェハ上方のガス中に、それぞれフッ素及び酸
素のラジカルを高濃度で含有する。次いで、RFプラズ
マをこの放電ガス中で開始すれば、その結果生じるイオ
ンは、マイクロ波放電ガス自体中のイオンとも、またマ
イクロ波放電のないCF4及び酸素のガスのRFプラズ
マとも異なる。この異種のプラズマは、エッチング又は
レジスト除去のどちらにおいても、アッシング速度を大
幅に増すことが見出された。
し、また、マイクロ波発生源7をアクティブな状態にし
て、マイクロ波プラズマから放電されたフリーラジカル
高濃度含有反応性ガス9を生成する。マイクロ波により
生成された反応性ガス9中でRFプラズマを発生させ
て、その中のフリーラジカルをイオン化する。例えば、
ガス源5からの処理ガス中にCF4及び酸素が含有され
ている場合には、マイクロ波プラズマからの放電された
ガスは、ウェハ上方のガス中に、それぞれフッ素及び酸
素のラジカルを高濃度で含有する。次いで、RFプラズ
マをこの放電ガス中で開始すれば、その結果生じるイオ
ンは、マイクロ波放電ガス自体中のイオンとも、またマ
イクロ波放電のないCF4及び酸素のガスのRFプラズ
マとも異なる。この異種のプラズマは、エッチング又は
レジスト除去のどちらにおいても、アッシング速度を大
幅に増すことが見出された。
【0021】ある実験において、レジストで被覆したウ
ェハを、ホットプレート上方の高い位置にまで上昇させ
た。導入した処理ガスには、酸素、CF4、H2、N2及
びH2+N2等のガスの一般に既知の組合せを含有させ
た。マイクロ波で発生させたラジカルのみを用いた場合
は、アッシング速度は18000Å/分であり、RFプ
ラズマによるRIE法のみを用いた場合は、アッシング
速度は14000Å/分であった。しかし、上記のよう
に、これらの2つの方法を同時に実施した場合には、5
8000Å/分というアッシング速度が測定された。経
験によると、このオーダーのアッシング速度は、このタ
イプの装置でどちらか一方の処理法のみを用いては、ホ
ットプレートの温度や各プラズマの出力レベルをいくら
にしようと、達成できないことが分かった。このような
アッシング速度は、マイクロ波プラズマから放電された
反応性の高いフリーラジカルで既に高度に味付けされた
(seasoned)混合ガス中でプラズマを発生させる併合処
理においてのみ得られた。これらの両処理法を一つの処
理室内で併合実施しアッシング速度を向上させることに
より、アッシングのための全処理時間が短縮される。別
の実験において、紫外線処理により架橋された多量にイ
オン注入を受けたフォトレジストを、エッチングのため
にホットプレート上にセットした。ラジカル法とRIE
法とを併合してエッチングを行うと、RIE法に続いて
ラジカル法を行う2段階法に比べて、全処理時間は30
%減少した。
ェハを、ホットプレート上方の高い位置にまで上昇させ
た。導入した処理ガスには、酸素、CF4、H2、N2及
びH2+N2等のガスの一般に既知の組合せを含有させ
た。マイクロ波で発生させたラジカルのみを用いた場合
は、アッシング速度は18000Å/分であり、RFプ
ラズマによるRIE法のみを用いた場合は、アッシング
速度は14000Å/分であった。しかし、上記のよう
に、これらの2つの方法を同時に実施した場合には、5
8000Å/分というアッシング速度が測定された。経
験によると、このオーダーのアッシング速度は、このタ
イプの装置でどちらか一方の処理法のみを用いては、ホ
ットプレートの温度や各プラズマの出力レベルをいくら
にしようと、達成できないことが分かった。このような
アッシング速度は、マイクロ波プラズマから放電された
反応性の高いフリーラジカルで既に高度に味付けされた
(seasoned)混合ガス中でプラズマを発生させる併合処
理においてのみ得られた。これらの両処理法を一つの処
理室内で併合実施しアッシング速度を向上させることに
より、アッシングのための全処理時間が短縮される。別
の実験において、紫外線処理により架橋された多量にイ
オン注入を受けたフォトレジストを、エッチングのため
にホットプレート上にセットした。ラジカル法とRIE
法とを併合してエッチングを行うと、RIE法に続いて
ラジカル法を行う2段階法に比べて、全処理時間は30
%減少した。
【0022】アッシング工程における熱、フッ素及びR
Fプラズマにより生起された電界はいずれも製造される
電気部品を損傷する危険性があることから、このような
アッシング時間の短縮は、重要である。アッシング時間
の短縮によって、これらの危険性を減ずることができ
る。さらに処理量を高めることができ、またこれにより
製造コストを大幅に減少できる。
Fプラズマにより生起された電界はいずれも製造される
電気部品を損傷する危険性があることから、このような
アッシング時間の短縮は、重要である。アッシング時間
の短縮によって、これらの危険性を減ずることができ
る。さらに処理量を高めることができ、またこれにより
製造コストを大幅に減少できる。
【0023】本発明の装置にはさらに、ホットプレート
及び対向電極10に対するウェハ1の相対位置を変えら
れる機構17が設けられる。これらの位置は、典型的に
は、ホットプレート3からの高さの異なる多数の処理位
置として表される。この機構は、ギヤ(図示せず)によ
り棒18を垂直に昇降させるモーター19を有し、棒1
8は水平台20によりピン4と連結されている。この機
構17は制御器21で制御され、この制御器21により
ホットプレートからの高さが規定され、プリセットされ
る。これらのプリセット位置はさらに、ユーザーがこの
制御器で再設定し、新たな位置を規定して、プリセット
することができる。一つの具体例を挙げると、ウェハ
は、ホットプレート自体の上に、並びにホットプレート
から上方に1mm、2mm、3mm、5mm、7mm及
び13mmの位置にセットできる。処理はこれらの位置
のいずれにおいても実施できる。このように処理位置の
高さが変えられることは、ユーザーに、処理操作におい
て様々な面でより大きな自由度を与えるものである。
及び対向電極10に対するウェハ1の相対位置を変えら
れる機構17が設けられる。これらの位置は、典型的に
は、ホットプレート3からの高さの異なる多数の処理位
置として表される。この機構は、ギヤ(図示せず)によ
り棒18を垂直に昇降させるモーター19を有し、棒1
8は水平台20によりピン4と連結されている。この機
構17は制御器21で制御され、この制御器21により
ホットプレートからの高さが規定され、プリセットされ
る。これらのプリセット位置はさらに、ユーザーがこの
制御器で再設定し、新たな位置を規定して、プリセット
することができる。一つの具体例を挙げると、ウェハ
は、ホットプレート自体の上に、並びにホットプレート
から上方に1mm、2mm、3mm、5mm、7mm及
び13mmの位置にセットできる。処理はこれらの位置
のいずれにおいても実施できる。このように処理位置の
高さが変えられることは、ユーザーに、処理操作におい
て様々な面でより大きな自由度を与えるものである。
【0024】ピンの高さを調整できることにより、エッ
チング層壁の傾斜の制御に自由度が得られる。図2
(a)及び2(b)を参照して以下説明する。等方的エ
ッチングの例を示す図2(a)によれば、ウェハは、基
板31の上に形成されたパターン化される層32と、層
32の上に形成されたレジスト33とを有する。レジス
トには開口34が設けられており、ここからエッチング
剤が供給される。図示したように、エッチングは全方向
に生じるので、エッチングが層32の厚さに達する時ま
でには、オーバーハング35が生じている。
チング層壁の傾斜の制御に自由度が得られる。図2
(a)及び2(b)を参照して以下説明する。等方的エ
ッチングの例を示す図2(a)によれば、ウェハは、基
板31の上に形成されたパターン化される層32と、層
32の上に形成されたレジスト33とを有する。レジス
トには開口34が設けられており、ここからエッチング
剤が供給される。図示したように、エッチングは全方向
に生じるので、エッチングが層32の厚さに達する時ま
でには、オーバーハング35が生じている。
【0025】本発明の装置では、エッチングを制御する
重要なパラメータを全て独立して制御することができ
る。混合ガス中の活性なフリーラジカルの数は、マイク
ロ波発生源及び得られた下流に向けての放電によって制
御され、プラズマ中のイオンの割合はRFプラズマの出
力レベルによって制御される。また、最も重要なことで
あるが、イオンのエネルギーの制御は、プラズマ中にあ
るホットプレート上方のウェハの位置によって、即ち、
イオンの電界を制御することによって行われる。
重要なパラメータを全て独立して制御することができ
る。混合ガス中の活性なフリーラジカルの数は、マイク
ロ波発生源及び得られた下流に向けての放電によって制
御され、プラズマ中のイオンの割合はRFプラズマの出
力レベルによって制御される。また、最も重要なことで
あるが、イオンのエネルギーの制御は、プラズマ中にあ
るホットプレート上方のウェハの位置によって、即ち、
イオンの電界を制御することによって行われる。
【0026】異方的エッチングの例を示す図2(b)に
ついて言うと、装置をエッチングに用いてRFプラズマ
を活性化する時には、イオンをウェハ表面へと向ける電
界を制御することにより、側壁に急傾斜を形成すること
ができる。これらのイオンのエネルギーと反応性混合ガ
ス中のイオンの割合とが、基板31上に形成された層3
6(この上にレジスト33を有する)におけるエッチン
グ処理によりもたらされた側壁37の異方性の度合いを
決定する。このようなシステムで、傾斜が70゜〜80
゜の側壁が達成できる。
ついて言うと、装置をエッチングに用いてRFプラズマ
を活性化する時には、イオンをウェハ表面へと向ける電
界を制御することにより、側壁に急傾斜を形成すること
ができる。これらのイオンのエネルギーと反応性混合ガ
ス中のイオンの割合とが、基板31上に形成された層3
6(この上にレジスト33を有する)におけるエッチン
グ処理によりもたらされた側壁37の異方性の度合いを
決定する。このようなシステムで、傾斜が70゜〜80
゜の側壁が達成できる。
【0027】ウェハをホットプレート表面上に置いた時
に、イオンエネルギーは最高となり、ウェハをホットプ
レートから離して上方に置くと、イオンエネルギーは減
少する。このような、ホットプレートからのウェハの高
さとイオンエネルギーとの関係を図3に曲線で示す。こ
の図には、ウェハ表面からの二酸化ケイ素のスパッタエ
ッチング速度が、ウェハのホットプレートからの高さの
関数として示されている。イオン衝撃エネルギーから直
接計測されるスパッタエッチング速度は、ウェハが持ち
上げられるにつれて急速に低下する。しかし、この関係
には、相対立する課題が内在している。熱と高エネルギ
ーとは製造される電気部品を損なう可能性はあるが、同
時にこれらは、アッシング工程の促進に寄与するので、
工程時間が短縮されまた損傷の危険のいくらかが軽減さ
れる。
に、イオンエネルギーは最高となり、ウェハをホットプ
レートから離して上方に置くと、イオンエネルギーは減
少する。このような、ホットプレートからのウェハの高
さとイオンエネルギーとの関係を図3に曲線で示す。こ
の図には、ウェハ表面からの二酸化ケイ素のスパッタエ
ッチング速度が、ウェハのホットプレートからの高さの
関数として示されている。イオン衝撃エネルギーから直
接計測されるスパッタエッチング速度は、ウェハが持ち
上げられるにつれて急速に低下する。しかし、この関係
には、相対立する課題が内在している。熱と高エネルギ
ーとは製造される電気部品を損なう可能性はあるが、同
時にこれらは、アッシング工程の促進に寄与するので、
工程時間が短縮されまた損傷の危険のいくらかが軽減さ
れる。
【0028】マイクロ波発生源とRF発生源とを併用す
ることにより、また、ウェハの高さをピン昇降機構で調
整することにより、所望の度合いの異方性を与えるよう
にエッチングを制御できる。さらに、ウェハの高さ、し
たがって電界を、一工程段階中に又は引き続く複数の工
程段階の間に変えることにより、層壁を所望の形状に合
わせることができる。
ることにより、また、ウェハの高さをピン昇降機構で調
整することにより、所望の度合いの異方性を与えるよう
にエッチングを制御できる。さらに、ウェハの高さ、し
たがって電界を、一工程段階中に又は引き続く複数の工
程段階の間に変えることにより、層壁を所望の形状に合
わせることができる。
【0029】ウェハの高さをある位置範囲で調整できる
ことにより、ユーザーは、ウェハの温度調節においてよ
り大きな自由度を得る。温度が高くなることはウェハ上
に形成される回路に電気的な損傷を与える危険を増すこ
とから、このような温度制御が重要になることがある。
処理室内の圧力が低いことから、熱は、一般には、あま
り伝導や対流による熱伝達によらず、輻射によりホット
プレートからウェハに伝達される。この結果、ウェハと
ホットプレートとが近いことが、温度決定の上で極めて
重要となる。
ことにより、ユーザーは、ウェハの温度調節においてよ
り大きな自由度を得る。温度が高くなることはウェハ上
に形成される回路に電気的な損傷を与える危険を増すこ
とから、このような温度制御が重要になることがある。
処理室内の圧力が低いことから、熱は、一般には、あま
り伝導や対流による熱伝達によらず、輻射によりホット
プレートからウェハに伝達される。この結果、ウェハと
ホットプレートとが近いことが、温度決定の上で極めて
重要となる。
【0030】ウェハをホットプレート上方の高い位置に
保持することにより、アッシングを、RIE法により比
較的低温で実施できる。ホットプレート温度を260℃
とすると、ウェハの温度は長い間低温に維持される。1
00mTの処理室内で260℃のホットプレートの上方
1mmに置いた8インチのウェハについて、温度対時間
曲線を図4に示す。この図に示されているように、温度
は60秒以上の間、120℃以下に保たれているが、こ
れは典型的な半導体ウェハ処理においては、かなり低い
温度だと考えられる。
保持することにより、アッシングを、RIE法により比
較的低温で実施できる。ホットプレート温度を260℃
とすると、ウェハの温度は長い間低温に維持される。1
00mTの処理室内で260℃のホットプレートの上方
1mmに置いた8インチのウェハについて、温度対時間
曲線を図4に示す。この図に示されているように、温度
は60秒以上の間、120℃以下に保たれているが、こ
れは典型的な半導体ウェハ処理においては、かなり低い
温度だと考えられる。
【0031】したがって、ウェハの温度は、各処理位置
の間でウェハを移動させることにより変えることができ
る。所望量のレジストが除去されたあと、処理温度を低
温から高温に変えるには、ウェハをホットプレート近く
にまで又はホットプレート上に降下させ、ウェハの温度
を急上昇させる。高度にイオン注入を受けたフォトレジ
ストでは、ウェハが加熱される前に上面を低温でアッシ
ング除去することが望ましいので、高い位置でエッチン
グ処理してウェハを降下させる上記の方法は、このよう
なレジストの除去に特に有用である。
の間でウェハを移動させることにより変えることができ
る。所望量のレジストが除去されたあと、処理温度を低
温から高温に変えるには、ウェハをホットプレート近く
にまで又はホットプレート上に降下させ、ウェハの温度
を急上昇させる。高度にイオン注入を受けたフォトレジ
ストでは、ウェハが加熱される前に上面を低温でアッシ
ング除去することが望ましいので、高い位置でエッチン
グ処理してウェハを降下させる上記の方法は、このよう
なレジストの除去に特に有用である。
【0032】あるいはまた、低い位置でのRIE法を第
一工程として用い、イオンで硬化レジストをアッシング
除去させることが望ましい。次いで、第二工程として、
ウェハをホットプレートからより隔たった高い位置に上
げて、ラジカル・RIE併合方法を使用して、短時間、
例えば10秒間高速度アッシングを行う。
一工程として用い、イオンで硬化レジストをアッシング
除去させることが望ましい。次いで、第二工程として、
ウェハをホットプレートからより隔たった高い位置に上
げて、ラジカル・RIE併合方法を使用して、短時間、
例えば10秒間高速度アッシングを行う。
【0033】処理室内の圧力が低く、ウェハからの熱伝
導は極めて緩慢なことから、ホットプレート上で加熱さ
れたウェハを急冷することは、一般に困難である。ウェ
ハの冷却を進めるためには、ウェハを上昇させ、ホット
プレートから離し、ヘリウムを処理室へ約15秒間導入
する。ヘリウムはウェハからの熱を伝導するので、熱
を、例えば260℃から180℃へと急速に減少させ
る。
導は極めて緩慢なことから、ホットプレート上で加熱さ
れたウェハを急冷することは、一般に困難である。ウェ
ハの冷却を進めるためには、ウェハを上昇させ、ホット
プレートから離し、ヘリウムを処理室へ約15秒間導入
する。ヘリウムはウェハからの熱を伝導するので、熱
を、例えば260℃から180℃へと急速に減少させ
る。
【0034】ホットプレートから比較的隔たった位置
(例えば、1mmに較べて5mm以上)で処理できるこ
とからも、ウェハ後面の処理においても自由度が得られ
る。ホットプレートからより隔たった位置では、ウェハ
の前面と後面の同時処理が、より容易になる。このよう
な両面処理は、エッチングとレジスト除去との両工程に
使用できる。ウェハが対向電極に非常に近い位置では、
処理は主にウェハの後面に対して行うことができる。
(例えば、1mmに較べて5mm以上)で処理できるこ
とからも、ウェハ後面の処理においても自由度が得られ
る。ホットプレートからより隔たった位置では、ウェハ
の前面と後面の同時処理が、より容易になる。このよう
な両面処理は、エッチングとレジスト除去との両工程に
使用できる。ウェハが対向電極に非常に近い位置では、
処理は主にウェハの後面に対して行うことができる。
【0035】以上本発明の具体的態様を説明したが、付
帯の特許請求の範囲から逸脱することなく変更を加えら
れることは明らかであろう。例えば、エッチングやレジ
ストの除去に使用できるある種のガスについて言及した
が、別のガスも使用できる。上記説明では、基板電極は
またホットプレートであるが、このホットプレートは、
イオンランプ等、何か他の熱源を用いる場合には省略で
きる。この場合は基板電極もホットプレートとする必要
はない。
帯の特許請求の範囲から逸脱することなく変更を加えら
れることは明らかであろう。例えば、エッチングやレジ
ストの除去に使用できるある種のガスについて言及した
が、別のガスも使用できる。上記説明では、基板電極は
またホットプレートであるが、このホットプレートは、
イオンランプ等、何か他の熱源を用いる場合には省略で
きる。この場合は基板電極もホットプレートとする必要
はない。
【図1】本発明による半導体ウェハ処理装置の截断側面
図
図
【図2】(a)等方的エッチングの場合を示すウェハの
断面図 (b)異方的エッチングの場合を示すウェハの断面図
断面図 (b)異方的エッチングの場合を示すウェハの断面図
【図3】ホットプレートからの距離に対する電界の関係
を示すグラフ
を示すグラフ
【図4】ホットプレートからのある距離及びある圧力に
おいて、時間に対するウェハ温度の関係を示すグラフ
おいて、時間に対するウェハ温度の関係を示すグラフ
1 半導体ウェハ 2 処理室 3 ホットプレート(基板電極) 4 支持ピン 6 導入管 7 マイクロ波発生源 8 マイクロ波プラズマ 9 反応性ガス 10 対向電極 13 高周波(RF)発生源 14 高周波(RF)プラズマ 17 相対位置を変える機構 19 モーター 21 制御器 31 基板 32 パターン化される層 33 レジスト 34 開口 35 オーバーハング 36 エッチング層 37 側壁
Claims (13)
- 【請求項1】 基板上に形成された層及びこの層の上に
形成されたレジストを有する半導体ウェハを処理する方
法であって、(a)マイクロ波発生源を用いて、多数の
フリーラジカルを含有するマイクロ波放電ガスを発生さ
せる段階、(b)上記半導体ウェハ上方に、上記マイク
ロ波放電ガスを供給する段階、及び(c)上記半導体ウ
ェハ上方で、マイクロ波放電ガスのプラズマを発生させ
てイオンを生じさせ、上記レジスト及び上記層の一方を
アッシングして半導体ウェハから除去する段階を含み、 上記プラズマの発生に少なくとも1個の電極を用い、か
つ、上記段階(c)において、上記電極と上記半導体ウ
ェハとの間の距離を変動させることによりイオンに対す
る電界の作用を変える段階を含むことを特徴とする半導
体ウェハ処理方法。 - 【請求項2】 上記段階(a)で、上記マイクロ波放電
ガスが酸素ラジカルを含有することを特徴とする請求項
1記載の半導体ウェハ処理方法。 - 【請求項3】 上記段階(a)で、上記マイクロ波放電
ガスがフッ素ラジカルを含有することを特徴とする請求
項1記載の半導体ウェハ処理方法。 - 【請求項4】 基板上に形成された層及びこの層の上に
形成されたレジストを有する半導体ウェハを処理する方
法であって、(a)マイクロ波発生源を用いて、多数の
フリーラジカルを含有するマイクロ波放電ガスを発生さ
せる段階、(b)上記半導体ウェハ上方に、上記マイク
ロ波放電ガスを供給する段階、及び(c)上記半導体ウ
ェハ上方で、マイクロ波放電ガスのプラズマを発生させ
てイオンを生じさせ、上記レジスト及び上記層の一方を
アッシングして半導体ウェハから除去する段階を含み、 上記プラズマの発生に少なくとも1個の電極を用い、か
つ、上記段階(a)に先立ち、エッチングにおいて所望
の程度の異方性を得るべく、上記半導体ウェハを、電極
に対する複数の相対位置のうちの一つにセットする段階
を含むことを特徴とする半導体ウェハ処理方法。 - 【請求項5】 上記半導体ウェハを、さらに、上記複数
の相対位置のうちの別の位置に移動させ、そして上記段
階(a)〜(c)を繰り返す段階を含むことを特徴とす
る請求項4記載の半導体ウェハ処理方法。 - 【請求項6】 基板上に形成された層と、この層の上に
形成されたレジストとを有する半導体ウェハを処理する
ための装置であって、 処理される半導体ウェハを収容するための処理室、 上記処理室において半導体ウェハを支持するための手
段、 多数のフリーラジカルを有する放電ガスを発生させ、か
つ、上記放電ガスを上記処理室内に供給するための第一
の手段、及び上記放電ガスのプラズマを半導体ウェハの
上方で発生させ、上記多数のフリーラジカルをイオン化
し、上記層及び上記レジストの一方をアッシングして半
導体ウェハから除去するための第二の手段を有し、 上記第一及び第二の手段は同時に行えること、 上記第二の手段が一般的な水平に配置された電極及び半
導体ウェハを水平に支持する支持手段を含み、さらに、
半導体ウェハを上記電極から隔たった複数の位置間で移
動させるための手段が備えられていることを特徴とする
半導体ウェハ処理装置。 - 【請求項7】 上記移動手段が、上記複数の位置をある
数値に規定したり、別の数値に再規定できるように調節
できることを特徴とする請求項6記載の半導体ウェハ処
理装置。 - 【請求項8】 上記複数の位置が、上記電極から約1m
mから約13mmまでの範囲の距離隔たっていることを
特徴とする請求項6記載の半導体ウェハ処理装置。 - 【請求項9】 半導体ウェハを処理するための装置であ
って、 処理される半導体ウェハを収容する処理室、 反応性ガスを上記処理室へ導くための導入管、 上記処理室内に配置した水平電極を含む、上記半導体ウ
ェハの上方にて上記ガスのプラズマを生成するための手
段、及び上記ウェハを支持し、かつ、このウェハを上記
水平電極上の最初の位置から、上記水平電極上方の、処
理が実施できる複数の位置のうちの一つの位置まで上昇
させるためのウェハ支持機構を有することを特徴とする
半導体ウェハ処理装置。 - 【請求項10】 上記ウェハ支持機構が上記電極を貫通
して延びているピンを有することを特徴とする請求項9
記載の半導体ウェハ処理装置。 - 【請求項11】 上記電極がまたホットプレートでもあ
ることを特徴とする請求項9記載の半導体ウェハ処理装
置。 - 【請求項12】 上記ウェハ支持機構がモーター及び制
御器を有することを特徴とする請求項9記載の半導体ウ
ェハ処理装置。 - 【請求項13】 上記制御器が上記モーターに結合され
ており、これにより上記複数個の位置が可変的に規定で
きるようにされていることを特徴とする請求項12記載
の半導体ウェハ処理装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US50373295A | 1995-07-18 | 1995-07-18 | |
| US08/503,732 | 1995-07-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936103A true JPH0936103A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=24003288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8187372A Pending JPH0936103A (ja) | 1995-07-18 | 1996-07-17 | 半導体ウェハのエッチング及びレジスト除去のための方法並びに装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0936103A (ja) |
| WO (1) | WO1997004476A2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2003518740A (ja) * | 1999-12-21 | 2003-06-10 | ラム リサーチ コーポレーション | フォトレジスト剥離プロセスの終点を検出するための方法および装置 |
| KR100441457B1 (ko) * | 2000-11-15 | 2004-07-23 | 샤프 가부시키가이샤 | 애싱 방법 |
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| JP2019029561A (ja) * | 2017-08-01 | 2019-02-21 | 東京エレクトロン株式会社 | 多層膜をエッチングする方法 |
Families Citing this family (6)
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| JP3318241B2 (ja) * | 1997-09-19 | 2002-08-26 | 富士通株式会社 | アッシング方法 |
| WO2007067086A1 (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-14 | Georgiy Yakovlevitch Pavlov | Plasma processing device |
| RU2368032C1 (ru) * | 2005-12-08 | 2009-09-20 | Георгий Яковлевич Павлов | Устройство плазменной обработки |
| JP7450512B2 (ja) * | 2020-10-07 | 2024-03-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理方法及び基板処理装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4673456A (en) * | 1985-09-17 | 1987-06-16 | Machine Technology, Inc. | Microwave apparatus for generating plasma afterglows |
| US5226056A (en) * | 1989-01-10 | 1993-07-06 | Nihon Shinku Gijutsu Kabushiki Kaisha | Plasma ashing method and apparatus therefor |
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-
1996
- 1996-07-17 JP JP8187372A patent/JPH0936103A/ja active Pending
- 1996-07-18 WO PCT/US1996/011865 patent/WO1997004476A2/en not_active Ceased
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| JP4763955B2 (ja) * | 1999-12-21 | 2011-08-31 | ラム リサーチ コーポレーション | フォトレジスト剥離プロセスの終点を検出するための方法および装置 |
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| WO1997004476A2 (en) | 1997-02-06 |
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