JP3198667B2 - レジストの除去方法 - Google Patents

レジストの除去方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造プロセス
で用いられるレジストの除去方法に関し、更に詳しく
は、高ドーズ量のイオン注入後のフォトレジストの残渣
等を生じることなく剥離する方法に係わる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
プロセスにおける、レジスト除去(剥離)工程は、発煙
硝酸や硫酸過水を用いたウェットプロセスに代わって、
2プラズマを利用する、所謂ドライアッシング法が広
く量産現場でも採用されている。このドライアッシング
プロセスでは、有機高分子よりなるフォトレジストをプ
ラズマ中で発生する * 2 * 等の寄与で、CO,CO2
とする燃焼反応で除去してゆくのが基本的なメカニズム
であり、通常のフォトレジスト材料そのものの剥離は比
較的容易であり、何ら問題は無い。
【0003】しかし、イオン注入工程のマスクとしてフ
ォトレジストを用いた場合に、当然このレジストの中に
も、高ドーズ量、高エネルギーでのイオン注入が行われ
る。この時のイオン衝撃に伴う熱が主な原因で、図1
(A)に示すように、基板1上のレジスト2の表面が硬
化してしまい、通常のO2プラズマのみでは、この硬化
層2aの除去が容易ではなく、レジストの剥離を著しく
劣化させてしまう問題がある。
【0004】この表面の硬化層2aは、熱によって形成
されるもののみでなく、イオン注入されたドーパント
が、レジスト材料の分子構造の中で置換して架橋反応を
おこし、この部分がO2プラズマによって酸化されるた
め、そのまま難エッチ層として図1(B)に示すよう
に、残渣2bとなるものもある。特に後者は、残存する
とパーティクルとしてLSIの歩留まりを著しく低下さ
せることになりかねない。
【0005】この対策としては、こういった硬化層をH
2系ガスを添加したRIEプロセスで、イオン衝撃を加
えることで除去し、しかる後、通常のアッシングを行う
という、所謂2ステップアッシング法が提案されている
(1989年春季応物IP−L−13藤村他、P.57
4)。
【0006】しかし、こういった方法では工程が増えた
り、装置が大掛かりになる問題がある。更には、H2
IEの処理時間に長時間を要し、スループットが低下す
る等の問題点があり、更なる改善プロセスが切望されて
いる。
【0007】本発明は、このような問題点に着目して創
案されたものであって、残渣等の生じない低パーティク
ルなレジスト除去方法を得んとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
レジストのプラズマアッシングの際に、アッシングガス
に還元性のガスを添加し、その還元性ガスがCOFまた
はSOF 2 またはNOFであることを特徴としている。
なお、上記還元性ガスは、COまたはSO 2 たはNO 2
であっても良い。また、COまたはSO 2 またはNO 2
還元性のガスに、フッ素原子を含有するガスを添加して
も良い。
【0009】請求項2記載の発明は、COFまたはSO
2 またはNOFの還元性のガスに、水素原子を含有す
るガスを添加することを特徴としている。なお、COま
たはSO 2 またはNO 2 の還元性のガスに、水素原子を含
有するガスを添加しても良い。
【0010】請求項3記載の発明は、COFまたはSO
2 またはNOFの還元性のガスに、H2ガスまたはH2
OガスまたはNH 3 ガスを添加することを特徴としてい
る。なお、CO又はSO 2 またはNO 2 の還元性のガス
に、H 2 ガスまたはH 2 OガスまたはNH 3 ガスを添加し
ても良い。
【0011】また、COまたはSO 2 またはNO 2 の還元
性のガスに、水素原子を含有するガス及びフッ素原子を
含有するガスを添加しても良い。
【0012】さらに、COまたはSO 2 またはNO 2 の還
元性のガスに、H 2 またはH 2 OまたはNH 3 のガス、及
びフッ素原子を含有するガスを添加しても良い。
【0013】さらにまた、本発明におけるレジストのプ
ラズマアッシングにおいて、酸素プラズマアッシング後
に、還元性のガス中でプラズマを照射しても良い。
【0014】
【作用】請求項1記載の発明は、プラズマアッシングガ
スに還元性を有するガスを添加することにより、イオン
注入済みのレジストのO2プラズマ処理によって形成さ
れたドーパントの酸化物を容易に還元できるため、残渣
発生を抑制する作用を有する。例えば、アッシング後の
残渣発生の主因となるドーパントの酸化物は、その結合
エネルギーがB−O173kcal/mol,P−O1
44kcal/mol,As−O114kcal/mo
lであるが、還元性のガスによって酸化物は容易に還元
除去できる。このため、還元性のガスをプラズマアッシ
ングガスに添加することにより、残渣の無い良好なレジ
ストアッシングを可能にする。
【0015】還元性ガスがCOまたはSO 2 またはNO 2
である場合、夫々C−Oで256.7kcal/mo
l,S−Oで124.4kcal/mol,N−Oで1
49.7kcal/molである。このため、COは、
B−O(173kcal/mol),P−O(144
cal/mol),As−O(114kcal/mo
l)を容易に還元する作用を有する。また、SO2は、
As−Oを還元し、ヒ素(As)をイオン注入したレジ
ストの残渣を抑制することができる。NO2は、上記結
合エネルギーより、As−O及びP−Oを還元し、ヒ素
及びリン(P)をイオン注入した場合の酸化物残渣を抑
制する作用がある。
【0016】請求項1記載の発明のように、還元性ガス
がCOFまたはSOF 2 またはNOFである場合、還元
性ガスがCOまたはSO 2 またはNO 2 である場合と同様
に、夫々C−O,S−O,N−Oの結合を有すると共
に、フッ素原子(F)を含有するため、プラズマ中での
* の活性化率向上や、ドーパントをPFx,AsF
x,BFx等という形で除去する作用を有する。また、
下地材料をエッチングしながらアッシングを行う作用を
有する。このため、レジストの除去を残渣なしで確実に
行うことが可能となる。
【0017】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
で奏される作用に加えて、水素原子を含有するガス
が、イオン注入によって形成されたレジスト表面の炭化
層を除去する作用を有する。
【0018】請求項3記載の発明は、H2のまたはH2
またはNH3を還元性のガスに添加することにより請求
項1記載の発明の作用に加えて、イオン注入によって形
成されたレジスト表面の炭化層を除去する作用を有す
る。
【0019】なお、COまたはSO 2 またはNO 2 の還元
性のガスにフッ素原子を含有するガ スを添加した場合、
請求項1記載の発明で奏される作用(還元性ガスがCO
またはSO 2 またはNO 2 である場合)に加えて、フッ素
原子を含有するガスにより下地材料をエッチングしなが
らアッシングを行う作用を有する。このため、レジスト
の除去を残渣なしで確実に行うことが可能となる。
【0020】また、本発明において、酸素プラズマアッ
シング後に還元性のガス中でプラズマを照射した場合、
酸素プラズマアッシングによりレジストが除去され、ド
ーパントの酸化物等が半導体基板上に残渣として残留す
る。かゝる残渣は、還元性のガス中でプラズマを照射す
ることにより、還元除去される。このため、基板上に残
渣の生じないレジストの除去が可能となる。
【0021】
【実施例】以下、本発明に係るレジストの除去方法の詳
細を実施例に基づいて説明する。
【0022】(実施例1) 本実施例は、先ず、シリコン基板上に図1(A)に示し
たものと同様に、レジストパターンを形成した後、ヒ素
イオン(As+)を1E16,60KeVの条件でイオ
ン注入した試料(シリコン基板)を準備する。
【0023】なお、本実施例は、レジストとしてTSM
R−V3を用いた。
【0024】次に、μ波放電を利用するプラズマアッシ
ャーに、上記試料をセットし、以下に示すような条件で
アッシングする。
【0025】・ガス及びその流量 酸素(O2) ……800SCCM 一酸化炭素(CO) ……200SCCM ・圧力 ……266Pa ・μ波電力 ………1kw ・サセプタ温度………250℃ 本実施例では、ドーパントであるAsの酸化物のAs−
Oの結合エネルギーが114kcal/molに対して
C−Oは256.7kcal/molとより安定である
ため、CO添加によって、これらの酸化物は容易に還
元、除去される。このため、アッシング後にシリコン基
板上に残渣が生じることがなく、良好なレジスト除去が
達成できる。
【0026】(実施例2) 本実施例は、上記実施例1と同様の試料及びプラズマア
ッシャーを用いて、以下に示すような2段階のアッシン
グを行う。
【0027】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 酸素(O2) ……2000SOOM 窒素(N2) ……200SOOM ・圧力 ……266Pa ・μ波電力 ……1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 次に、このような第1段階のアッシングによって基板上
に残ったドーパント(As)の酸化物系残渣を除去すべ
く、以下の条件に切り替えてアッシングを行う。
【0028】(第2段階のアッシング) ・ガス及びその流量 一酸化炭素(CO)……500SOOM ・圧力 ……133Pa ・μ波電力 ……1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 斯かる第2段階のアッシングを行うことにより、上記実
施例1と同様に、COの作用によって酸化物系残渣が除
去され、良好なアッシングが行える。本実施例において
は、上記実施例1のように、予めCOを添加していない
分、第1段階のアッシングレートが向上する(1μm/
分→2μm/分)ため、高スループットが実現できる。
【0029】(実施例3) 本実施例は、上記実施例1と同様に、基板上にレジスト
パターンを形成した後、リンイオン(P+)を同条件で
イオン注入した試料を用いた。そして、実施例1と同様
の装置を用いて、以下に示すような2段階のアッシング
を行う。
【0030】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 酸素(O2)………200sccM 窒素(N2)………200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度……250℃ 次に、基板上に残った残渣を除去すべく、第2のアッシ
ングを以下の条件で行う。
【0031】(第2段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 酸素(O2)………750sccM 水(H2O)……… 50sccM 一酸素炭素(CO)…200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度……250℃ 上記第2段階のアッシングにおいては、CO添加でPO
xを除去し、さらには、H20からHの寄与で、イオン
注入による表面の炭化層も除去できるため、残渣の全く
無い良好なアッシングが実現できる。なお、上記ガス系
にフッ素原子を含有するガスを添加すれば、下地材料を
エッチングしながらアッシングを行うことも可能とな
る。
【0032】(実施例4) 本実施例は、上記実施例1と同様に、基板上にレジスト
パターンを形成した後、ヒ素イオン(As+)を1E1
6,60keVの条件でイオン注入した後、μ波放電を
利用したプラズマアッシャーで以下に示す条件でアッシ
ングを行う。
【0033】・ガス及びその流量 酸素(O2)………800sccM 二酸化イオウ(SO2)……… 200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1000W ・サセプタ温度 ……250℃ 本実施例では、アッシングガスに、SO2を添加したこ
とにより、還元が進み、Asの酸化物等の残渣が基板上
に残るのを防止できる。なお、NO2を同様の条件で添
加した場合にも、還元作用が得られ、同様の効果を奏し
た。
【0034】(実施例5) 本実施例は、上記実施例1と同様の試料を作成し、同様
のアッシャーで以下に示すような2段階のアッシングを
行う。
【0035】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 酸素(O2)………2000SccM 窒素(N2)……… 200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ このアッシング処理によって、基板上に残ったドーパン
ト(As)の酸化物系残渣を除去すべく第2段階のアッ
シングを行う。
【0036】(第2段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 NO2 ………500sccM ・圧力 ………133Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ この第2段階のアッシングにおいては、NO2がドーパ
ントの酸化物系残渣を還元、除去するため、良好なレジ
スト除去が達成できた。なお、本実施例では、第1段階
のアッシングでNO2を添加しないため、アッシングレ
ートが向上し(1μm1分→2μm1分)高スループッ
トで実現できた。なお、オーバーアッシングに、アッシ
ングガスにSO2を添加したものを用いても、本実施例
と同様の効果が得られた。
【0037】(実施例6) 本実施例は、レジストパターンを形成した基板に、ドー
パントとしてリンイオン(P+)をイオン注入して成る
試料を、μ波放電を利用するプラズマアッシャーを用い
て以下に示すような2段階のアッシングを行う。
【0038】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 酸素(O2)………2000sccM 窒素(N2)……… 200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ (第2段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ………750sccM2O ……… 50sccM NO2 ………200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 上記第1段階のアッシングにより、基板上に残ったリン
の酸化物(POx)は、第2段階のアッシングでNO2
に還元されて除去される。また、第2段階のアッシング
においては、アッシングガスにH2Oが添加されている
ため、レジスト表面でイオン注入の影響で形成された炭
化層をHの寄与により除去することもできる。本実施例
においても、残渣の全く残らない良好なアッシングが行
えた。なお、本実施例では、炭化層を除するため、H2
Oを添加したが、H2,NH2等の水素原子を含有するガ
スを添加してもよい。
【0039】(実施例7) 本実施例は、上記実施例1と同様に、As+を1E1
6,60keVの条件でイオン注入したレジストパター
ンをμ波放電を利用したプラズマアッシャーでアッシン
グした。
【0040】・ガス及びその流量 O2 ………800sccM COF2 ……… 50sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 本実施例では、COF2の添加により、Asの酸化物の
還元による除去、及びAsFxという形での除去が進む
ため、残渣の無い良好なアッシングが実現できた。な
お、本実施例では、COF2を添加したが、COFを添
加しても同様の作用・効果を得ることが可能である。
【0041】(実施例8) 本実施例も上記実施例1と同様の試料を用いて、以下に
示す2段階の条件でレジストのアッシングを行った。
【0042】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ………2000sccM2 ……… 200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ (第2段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ………800sccM COF2 ………200sccM ・圧力 ………133Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 上記第1段階のアッシングにより、基板上にドーパント
(As)の酸化物系残渣が残る。そして、第2段階のア
ッシングにおいては、COF2が添加されているため、
Asの酸化物は還元されて基板上から除かれる。本実施
例においても、大部分のレジストを除く第1段階のアッ
シングと、ドーパントの酸化物を除くための第2段階の
アッシングとに分けたことにより、全体的なアッシング
レートが向上するため、高スループットでレジスト除去
が実現できた。
【0043】なお、本実施例では、COF2を第2段階
のアッシングの際に、添加したがCOFを添加してもよ
い。
【0044】(実施例9) 本実施例では、リンをイオン注入した試料を用意し、μ
波放電を利用したプラズマアッシャーを用いて、以下に
示す2段階のアッシングを行った。
【0045】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ………2000sccM2 ……… 200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ (第2段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ………750sccM2O ……… 50sccM COF2 ………200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 本実施例においては、第1段階のアッシング後に、基板
上に残った残渣(リン酸化物,炭化層)を第2段階残っ
たアッシングで除去した。第2段階のアッシングガスに
添加したCOF2は、リン酸化物(POx)を還元して
基板上から除去する作用を有する。また、H2Oは、イ
オン注入によってレジスト表面に形成された炭化層を、
Hの寄与により除去する作用を有する。
【0046】本実施例においても、基板上に残渣が全く
生じないアッシングが達成できた。なお、水素原子を含
有するガスとフッ素原子を含有するガスとの組合せは、
本実施例のH2OとCOF2に限定されるものではない。
【0047】(実施例10) 本実施例は、上記実施例1と同様にAs+をイオン注入
したレジストパターンを以下の条件でアッシングした。
【0048】・ガス及びその流量 O2 ……1000SCCM SOF2 ……50SCCM ・圧力 ……266Pa ・μ波電力 ……1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 本実施例においては、SOF2をアッシングガスに添加
したことにより、レジスト中のAsの酸化物が還元され
るため、残渣の無い良好なアッシングが実現できる効果
がある。なお、SOF2に代えてNOF,NOF2等をア
ッシングガスに添加した場合も、同様の効果が得られ
る。
【0049】(実施例11) 本実施例は、上記実施例1と同様の試料を、以下に示す
条件で2段階のアッシングを行った。
【0050】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ……2000SCCM2 ……200SCCM ・圧力 ……266Pa ・μ波電力 ……1kW ・サセプタ温度 ……250℃ (第2段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ……450SCCM NOF2 ……50SCCM ・圧力 ……133Pa ・μ波電力 ……1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 本実施例においては、NOF2の還元作用でAsの酸化
物系残渣が除去できた。特に、NOF2を第2段階のア
ッシングのみに添加したことにより、全体的にアッシン
グレートが向上し(1μm/分→2μm/分)、高スル
ープットでアッシングが実現できた。なお、NOF2
代えてSOF2を添加してアッシングを行っても、同様
の効果が得られる。
【0051】(実施例12) 本実施例は、レジストパターンにリン,イオン(P+
をイオン注入した試料を、以下に示す2段階の条件でア
ッシングした。
【0052】(第1段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ………2000sccM2 ………200sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ (第2段階のアッシング条件) ・ガス及びその流量 O2 ………950sccM2O ………50sccM NOF2 ………50sccM ・圧力 ………266Pa ・μ波電力 ………1kW ・サセプタ温度 ……250℃ 上記第1段階のアッシングで基板上にPの酸化物(PO
x)が残るが、第2段階のアッシングにおいてNOF2
で還元されて除去される。また、レジスト表面の炭化層
は、添加されたH2OのHの寄与により除去される。
【0053】以上、各実施例について説明したが、本発
明は、これらに限定されるものではなく、各種の変更が
可能である。
【0054】例えば、上記実施例においては、還元性の
ガスとしてCO,SO2,NO2,COF2,SOF,N
OF2等を用いたがこれに限定されるものではない。
【0055】また、上記実施例においては、H2,H
2O,NH3等の水素原子を含有するガスを用いたが、他
のガスを選択することも可能である。
【0056】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るレジストの除去方法にあっては以下に説明する効
果を奏する。
【0057】請求項1記載の発明は、還元性ガスが、レ
ジスト中のドーパントとの酸化物等を還元、除去するた
め、残渣の発生がなく、しかも高スループットのレジス
ト除去を可能にする効果がある。また、上記した効果に
加えて、下地材料をエッチングしながらアッシングする
ことが可能となるため、確実にレジストを除去する効果
がある。
【0058】請求項2及び請求項3記載の発明は、アッ
シングガスに水素原子を含有させたため、Hの寄与によ
り、レジスト表面の炭化層を除去できる効果が有る。
【0059】なお、本発明において、酸素プラズマアッ
シング後に還元性のガス中でプラズマを照射することに
より、アッシングレートが向上するため、高スループッ
トなレジスト除去を達成する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)及び(B)は従来例のレジスト除去工程
を示す説明図。
【符号の説明】
1…基板 2…レジスト 2a…硬化層 2b…残渣

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基体上にレジストパターンを形成
    し、該レジストパターンをマスクとしてイオン注入を行
    い、その後レジストのプラズマアッシングを行うレジス
    トの除去方法において、 前記プラズマアッシングに用いるアッシングガスに還元
    性のガスを添加し、 前記還元性のガスは、COFまたはSOF 2 またはNO
    Fであることを特徴とするレジストの除去方法。
  2. 【請求項2】 前記還元性のガスに水素原子を含有する
    ガスを添加した請求項1記載のレジストの除去方法。
  3. 【請求項3】 前記水素原子を含有するガスは、H 2
    たはH 2 OまたはNH 3 である請求項2記載のレジストの
    除去方法。
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