JP7394665B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
例えば、基板に形成されたシリコン系膜をエッチングする基板処理装置が知られている。
特許文献1には、半導体処理チャンバ内で基板上の層をエッチングするための方法であって、前記チャンバ内に第1のガスを導入するステップであって、前記ガスが、前記層をエッチングするのに適したエッチャントガスであるステップと、前記第1のガスの少なくともいくらかを前記層内に吸着させるのに十分な期間にわたって、前記第1のガスを前記チャンバ内に留めるステップと、前記チャンバ内の前記第1のガスを不活性ガスで実質的に置き換えるステップと、前記不活性ガスから準安定ガスを発生させるステップと、前記準安定ガスで前記層をエッチングするステップと、を備える、方法が開示されている。
特開2014-522104号公報
一の側面では、本開示は、良好なエッチング特性が得られる基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板に形成されたエッチング対象膜をエッチングする基板処理方法であって、前記エッチング対象膜を有する前記基板を準備する工程と、前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を有し、前記エッチング対象膜をエッチングする工程は、エッチャントガスを供給する工程と、反応ガスをプラズマ励起して、前記基板を晒す工程と、を複数回繰り返し、前記エッチャントガスを供給する工程における前記エッチャントガスの供給圧力と、前記エッチャントガスの供給時間とに基づいて、エッチング温度を決定する、基板処理方法が提供される。
一の側面によれば、良好なエッチング特性が得られる基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
プラズマ処理装置の構成例を示す概略図。 プラズマ処理装置による基板処理の一例を示すフローチャート。 プラズマ処理装置によるエッチング処理の一例を示すタイムチャート。 シリコン系膜の膜種ごとにおけるエッチング温度とエッチング量との関係を示すグラフの一例。 アモルファスシリコン膜と他のシリコン系膜(SiN膜、SiO膜)との選択比を示すグラフの一例。 プロセス温度と1サイクル当りのエッチング量との関係を示すグラフの一例。 ゲルマニウム系膜のエッチング量を示すグラフの一例。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〔基板処理装置〕
本実施形態に係るプラズマ処理装置(基板処理装置)100について、図1を用いて説明する。図1は、プラズマ処理装置100の構成例を示す概略図である。
プラズマ処理装置100は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器1を有する。処理容器1の全体は、例えば石英により形成されている。処理容器1内の上端近傍には、石英により形成された天井板2が設けられており、天井板2の下側の領域が封止されている。処理容器1の下端の開口には、円筒体状に成形された金属製のマニホールド3がOリング等のシール部材4を介して連結されている。
マニホールド3は、処理容器1の下端を支持しており、マニホールド3の下方から基板として多数枚(例えば25~150枚)の半導体ウエハ(以下「基板W」という。)を多段に載置したウエハボート5が処理容器1内に挿入される。このように処理容器1内には、上下方向に沿って間隔を有して多数枚の基板Wが略水平に収容される。ウエハボート5は、例えば石英により形成されている。ウエハボート5は、3本のロッド6を有し(図1では2本を図示する。)、ロッド6に形成された溝(図示せず)により多数枚の基板Wが支持される。
ウエハボート5は、石英により形成された保温筒7を介してテーブル8上に載置されている。テーブル8は、マニホールド3の下端の開口を開閉する金属(ステンレス)製の蓋体9を貫通する回転軸10上に支持される。
回転軸10の貫通部には、磁性流体シール11が設けられており、回転軸10を気密に封止し、且つ回転可能に支持している。蓋体9の周辺部とマニホールド3の下端との間には、処理容器1内の気密性を保持するためのシール部材12が設けられている。
回転軸10は、例えばボートエレベータ等の昇降機構(図示せず)に支持されたアーム13の先端に取り付けられており、ウエハボート5と蓋体9とは一体として昇降し、処理容器1内に対して挿脱される。なお、テーブル8を蓋体9側へ固定して設け、ウエハボート5を回転させることなく基板Wの処理を行うようにしてもよい。
また、プラズマ処理装置100は、処理容器1内へ処理ガス、パージガス等の所定のガスを供給するガス供給部20を有する。
ガス供給部20は、ガス供給管21,22,24を有する。ガス供給管21は、例えば石英により形成されており、マニホールド3の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲された石英管からなる。ガス供給管22は、例えば石英により形成されており、マニホールド3の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に延びる。ガス供給管22の垂直部分には、ウエハボート5のウエハ支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、複数のガス孔22gが所定間隔で形成されている。各ガス孔22gは、水平方向にガスを吐出する。ガス供給管24は、例えば石英により形成されており、マニホールド3の側壁を貫通して設けられた短い石英管からなる。
ガス供給管21には、ガス配管を介してエッチャントガス供給源21aからエッチャントガスが供給される。ガス配管には、流量制御器21b及び開閉弁21cが設けられている。これにより、エッチャントガス供給源21aからのエッチャントガスは、ガス配管及びガス供給管21を介して処理容器1内に供給される。エッチャントガスとしては、例えばフッ化水素(HF)を利用できる。なお、エッチャントガスは、これに限られるものではなく、F、Cl、Br、I、HCl、BCl、HBr、HI、NF、ClF、CF等のハロゲン化水素及びハロゲン化合物を利用できる。
ガス供給管22は、その垂直部分(ガス孔22gが形成される垂直部分)が後述するプラズマ生成空間に設けられている。ガス供給管22には、ガス配管を介して反応ガス供給源22aから水素を含む反応ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器22b及び開閉弁22cが設けられている。また、ガス供給管22には、ガス配管を介して反応ガス供給源23aから窒素ガス(N)が供給される。ガス配管には、流量制御器23b及び開閉弁23cが設けられている。これにより、反応ガス供給源22a,23aからの水素を含む反応ガスと窒素ガスとの混合ガスは、ガス配管及びガス供給管22を介してプラズマ生成空間に供給され、プラズマ生成空間においてプラズマ化されて処理容器1内に供給される。水素を含む反応ガスとしては、例えばNHガス、Hガスを利用できる。なお、反応ガスは、これに限られるものではなく、H、N、C、NH、D等の少なくとも水素(H)もしくは重水素(D)を含むガスを利用できる。
ガス供給管24には、ガス配管を介してパージガス供給源(図示せず)からパージガスが供給される。ガス配管(図示せず)には、流量制御器(図示せず)及び開閉弁(図示せず)が設けられている。これにより、パージガス供給源からのパージガスは、ガス配管及びガス供給管24を介して処理容器1内に供給される。パージガスとしては、例えばアルゴン(Ar)、窒素(N)等の不活性ガスを利用できる。なお、パージガスがパージガス供給源からガス配管及びガス供給管24を介して処理容器1内に供給される場合を説明したが、これに限定されず、パージガスはガス供給管21、22のいずれから供給されてもよい。
処理容器1の側壁の一部には、プラズマ生成機構30が形成されている。プラズマ生成機構30は、NHガス(またはHガス)をプラズマ化して水素(H)ラジカルを生成し、Nガスをプラズマ化して窒化のための活性種を生成する。
プラズマ生成機構30は、プラズマ区画壁32と、一対のプラズマ電極33(図1では1つを図示する。)と、給電ライン34と、高周波電源35と、絶縁保護カバー36と、を備える。
プラズマ区画壁32は、処理容器1の外壁に気密に溶接されている。プラズマ区画壁32は、例えば石英により形成される。プラズマ区画壁32は断面凹状をなし、処理容器1の側壁に形成された開口31を覆う。開口31は、ウエハボート5に支持されている全ての基板Wを上下方向にカバーできるように、上下方向に細長く形成される。プラズマ区画壁32により規定されると共に処理容器1内と連通する内側空間、すなわち、プラズマ生成空間には、NHガスとNガスの混合ガスを吐出するためのガス供給管22が配置されている。なお、エッチャントガスを吐出するためのガス供給管21は、プラズマ生成空間の外の処理容器1の内側壁に沿った基板Wに近い位置に設けられている。
一対のプラズマ電極33(図1では1つを図示する。)は、それぞれ細長い形状を有し、プラズマ区画壁32の両側の壁の外面に、上下方向に沿って対向配置されている。各プラズマ電極33は、例えばプラズマ区画壁32の側面に設けられた保持部(図示せず)によって保持されている。各プラズマ電極33の下端には、給電ライン34が接続されている。
給電ライン34は、各プラズマ電極33と高周波電源35とを電気的に接続する。図示の例では、給電ライン34は、一端が各プラズマ電極33の下端に接続されており、他端が高周波電源35と接続されている。
高周波電源35は、各プラズマ電極33の下端に給電ライン34を介して接続され、一対のプラズマ電極33に例えば13.56MHzの高周波電力を供給する。これにより、プラズマ区画壁32により規定されたプラズマ生成空間内に、高周波電力が印加される。ガス供給管22から吐出されたNHガス(またはHガス)は、高周波電力が印加されたプラズマ生成空間内においてプラズマ化され、これにより生成された水素ラジカルが開口31を介して処理容器1の内部へと供給される。また、ガス供給管22から供給されたNガスは、高周波電力が印加されたプラズマ生成空間内においてプラズマ化され、これにより生成された窒化のための活性種が開口31を介して処理容器1の内部へと供給される。
絶縁保護カバー36は、プラズマ区画壁32の外側に、該プラズマ区画壁32を覆うようにして取り付けられている。絶縁保護カバー36の内側部分には、冷媒通路(図示せず)が設けられており、冷媒通路に冷却された窒素(N)ガス等の冷媒を流すことによりプラズマ電極33が冷却される。また、プラズマ電極33と絶縁保護カバー36との間に、プラズマ電極33を覆うようにシールド(図示せず)が設けられていてもよい。シールドは、例えば金属等の良導体により形成され、接地される。
開口31に対向する処理容器1の側壁部分には、処理容器1内を真空排気するための排気口40が設けられている。排気口40は、ウエハボート5に対応して上下に細長く形成されている。処理容器1の排気口40に対応する部分には、排気口40を覆うように断面U字状に成形された排気口カバー部材41が取り付けられている。排気口カバー部材41は、処理容器1の側壁に沿って上方に延びている。排気口カバー部材41の下部には、排気口40を介して処理容器1を排気するための排気管42が接続されている。排気管42には、処理容器1内の圧力を制御する圧力制御バルブ43及び真空ポンプ等を含む排気装置44が接続されており、排気装置44により排気管42を介して処理容器1内が排気される。
また、処理容器1の外周を囲むようにして処理容器1及びその内部の基板Wを加熱する円筒体状の加熱機構50が設けられている。
また、プラズマ処理装置100は、制御部60を有する。制御部60は、例えばプラズマ処理装置100の各部の動作の制御、例えば開閉弁21c~23cの開閉による各ガスの供給・停止、流量制御器21b~23bによるガス流量の制御、排気装置44による排気制御を行う。また、制御部60は、例えば高周波電源35による高周波電力のオン・オフ制御、加熱機構50による基板Wの温度の制御を行う。
制御部60は、例えばコンピュータ等であってよい。また、プラズマ処理装置100の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、DVD等であってよい。
次に、図1に示すプラズマ処理装置100による基板処理の一例について説明する。図2は、プラズマ処理装置100による基板処理の一例を示すフローチャートである。プラズマ処理装置100は、基板Wに形成されたエッチング対象膜としてのシリコン系膜をエッチングする。
ステップS101において、シリコン系膜を有する基板Wを準備する。具体的には、シリコン系膜を有する基板Wがウエハボート5にセットされる。アーム13は、マニホールド3の下端からウエハボート5を処理容器1内に挿入する。そして、蓋体9によって、処理容器1は気密にされる。
ステップS102において、基板Wのシリコン系膜をエッチングする。
プラズマ処理装置100によるエッチング処理について、図3を用いて説明する。図3は、プラズマ処理装置100によるエッチング処理の一例を示すタイムチャートである。
図3に示されるエッチングプロセスは、エッチャントガスを供給する工程S201、パージする工程S202、RFパワーを印加して反応ガスを供給する工程S203、及び、パージする工程S204を所定サイクル繰り返し、エッチャントガスと反応ガスを交互に供給して基板W上に形成されたシリコン系膜をエッチングするプロセスである。なお、図3では、1サイクルのみを示す。なお、工程S201~S204において、ガス供給管24からパージガスであるNガスがエッチングプロセス中に常時(連続して)供給されている。
エッチャントガスを供給する工程S201は、エッチャントガスを処理容器1内に供給する工程である。エッチャントガスを供給する工程S201では、まず、開閉弁21cを開くことにより、エッチャントガス供給源21aからガス供給管21を経てエッチャントガスを処理容器1内に供給する。これにより、エッチャントガス(HFガス)が基板Wのシリコン系膜の表面にフッ化処理を施し、シリコン系膜の表面をフッ化の反応飽和状態とする。
パージする工程S202は、処理容器1内の余剰のエッチャントガス等をパージする工程である。パージする工程S202では、開閉弁21cを閉じてエッチャントガスの供給を停止する。これにより、ガス供給管24から常時供給されているパージガスが処理容器1内の余剰のエッチャントガス等をパージする。
反応ガスを供給する工程S203は、反応ガスとしてのNHガス及びNガスの混合ガスを供給する工程である。反応ガスを供給する工程S203では、開閉弁22c,23cを開くことにより、反応ガス供給源22a,23aからガス供給管22を経て反応ガスをプラズマ区画壁32内に供給する。また、高周波電源35により、プラズマ電極33にRFを印加して、プラズマ区画壁32内にプラズマを生成する。水素(H)ラジカル及び窒化の活性種を生成し、開口31から処理容器1内に供給する。これにより、水素(H)ラジカル及び窒化の活性種がフッ化処理されたシリコン系膜の表面と反応することで、フッ化されたシリコン系膜の表面の層(1層分)がエッチングされる。
具体的には、フッ化処理されたシリコン系膜の表面に水素(H)ラジカル及び窒化の活性種が供給され、例えば(NHSiFのようなシリコンとフッ素を含む反応生成物が得られる。生成された(NHSiFは昇華して、排気装置44により処理容器1内から排気される。これにより、シリコン系膜の表面がエッチングされる。反応生成物はSiとFを含む組成であり、本処理温度・圧力帯においては揮発・除去されるものである。
パージする工程S204は、処理容器1内の余剰の反応ガスや反応生成物((NHSiF)等をパージする工程である。パージする工程S204では、開閉弁22c,23cを閉じて反応ガスの供給を停止する。これにより、ガス供給管24から常時供給されているパージガスが処理容器1内の余剰の反応ガスや反応生成物等をパージする。
以上のサイクルを繰り返すことで、基板Wに形成されたシリコン系膜をエッチングする。
本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理では、エッチャントガスによる膜表面のフッ化処理と、フッ化処理された膜表面と反応ガスのプラズマを反応させることによって反応生成物を生成し、生成された反応生成物を基板Wから昇華させることを繰り返して、シリコン系膜をエッチングする。これにより、シリコン系膜を均一に(等方的に)エッチングすることができる。即ち、高アスペクト比の凹部を有するシリコン系膜であっても、凹部の側壁の入口側と奥側で均一にエッチングすることができる。その一方で、均一なフッ化処理の後、プラズマによる反応ガスの活性度や活性種の引き込みを深さ方向において制御することで、凹部の開口部側、もしくは上部と底部を優先的にエッチングする制御も可能である。
ここで、ステップS102におけるエッチャントガスと反応ガスを用いたシリコン系膜のエッチング条件の好ましい範囲を以下に示す。
温度:25~400℃
圧力:0.1~50.0Torr
HFガス流量:100~5000sccm
NH3ガス流量:1000~10000sccm
N2ガス流量:50~10000sccm
工程S201時間:5.0~180秒
工程S202時間:5.0~60秒
工程S203時間:5.0~300秒
工程S204時間:5.0~60秒
RFパワー:50~500W
図4は、シリコン系膜の膜種ごとにおけるエッチング温度とエッチング量との関係を示すグラフの一例である。横軸は、エッチング温度(℃)を示し、縦軸は、エッチング量(A)を示す。また、エッチング対象をアモルファスシリコン膜とした場合の結果を実線で示し、SiN膜とした場合の結果を破線で示し、SiO膜とした場合の結果を一点鎖線で示す。
図5は、アモルファスシリコン膜と他のシリコン系膜(SiN膜、SiO膜)とのエッチングの選択比を示すグラフの一例である。横軸は、エッチング温度(℃)を示し、縦軸は、選択比を示す。また、SiN膜に対するアモルファスシリコン膜の選択比を破線で示し、SiO膜に対するアモルファスシリコン膜の選択比を一点鎖線で示す。
図4及び図5に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理によれば、アモルファスシリコン膜を好適にエッチングすることができる。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理によれば、SiN膜やSiO膜に対してアモルファスシリコン膜を選択的にエッチングすることができる。
なお、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理では、シリコン膜、ポリシリコン膜や結晶シリコン膜についても同様に、SiN膜やSiO膜に対して高い選択性を有している。このため、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理によれば、SiN膜やSiO膜に対してシリコン膜、ポリシリコン膜や結晶シリコン膜を選択的にエッチングすることができる。
図6は、プロセス温度と1サイクル当りのエッチング量(EPC)との関係を示すグラフの一例である。横軸は、プロセス温度(℃)を示し、縦軸は、1サイクル当りのエッチング量(A/cycle)を示す。
また、グラフ301~304では、工程201(図3参照)におけるHFガスの供給圧力と供給時間が異なっている。具体的には、グラフ301では、1Torr、10secとした。グラフ302では、5Torr、30secとした。グラフ303では、9Torr、60secとした。グラフ304では、27Torr、60secとした。
なお、HFガスの供給流量は、グラフ301~304で共通して1slmとした。工程203(図3参照)におけるNHガスの供給流量、供給圧力、供給時間は、グラフ301~304で共通して、5slm、0.3Torr、10secとした。
図6に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理では、HFガスの供給圧力及び供給時間を制御することで、広範囲な温度域でのエッチングが可能となる。
この様に、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理では、HFガスの供給圧力と供給時間とに基づいて、エッチング温度を決定することができる。換言すれば、所望のエッチング温度に対して、HFガスの供給圧力と供給時間を適宜選択することにより、良好なエッチング特性が得られる。
なお、400℃付近では、領域305に示すように、1サイクル当りのエッチング量の増大が見られた。これは、HFの熱的活性が増大したことによるサーマルエッチング成分が重畳したことによる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理において、エッチング対象膜は、ゲルマニウム系膜であってもよい。ここで、ゲルマニウム系膜は、アモルファスシリコンゲルマニウム膜、多結晶シリコンゲルマニウム膜、単結晶シリコンゲルマニウム膜、アモルファスゲルマニウム膜、多結晶ゲルマニウム膜、単結晶ゲルマニウム膜のうち、少なくとも何れか一つを含む。
図7は、ゲルマニウム系膜のエッチング量を示すグラフの一例である。横軸は、シリコンゲルマニウム系膜(SiGe)におけるゲルマニウム(Ge)の率を示し、縦軸は、エッチング量(A)を示す。また、プロセス温度を75℃とした場合の結果を実線で示し、100℃とした場合の結果を破線で示す。
ここで、図4及び図7を対比して示すように、ゲルマニウム系膜(図7参照)は、SiN膜やSiO膜(図4参照)と比較して、高いエッチング量を有している。即ち、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理では、ゲルマニウム系膜についても同様に、SiN膜やSiO膜に対して高い選択性を有している。このため、本実施形態に係るプラズマ処理装置100によるプラズマエッチング処理によれば、SiN膜やSiO膜に対してゲルマニウム系膜を選択的にエッチングすることができる。
以上、プラズマ処理装置100による本実施形態のエッチング方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
ステップS101において、シリコン系膜(エッチング対象膜)を有する基板Wを準備する工程は、シリコン系膜を有する基板Wを処理容器1内にセットするものとして説明したが、これに限られるものではない。プラズマ処理装置100で処理容器1内の基板Wにシリコン系膜を成膜する工程であってもよい。
W 基板
100 プラズマ処理装置(基板処理装置)
1 処理容器
2 天井板
20 ガス供給部
21,22,24 ガス供給管
21 ガス供給管
22 ガス供給管
22g ガス孔
24 ガス供給管
21a エッチャントガス供給源
22a,23a 反応ガス供給源
30 プラズマ生成機構(高周波電力供給部)
44 排気装置
50 加熱機構
60 制御部

Claims (8)

  1. 基板に形成されたエッチング対象膜をエッチングする基板処理方法であって、
    前記エッチング対象膜を有する前記基板を準備する工程と、
    前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を有し、
    前記エッチング対象膜をエッチングする工程は、
    エッチャントガスを供給する工程と、
    反応ガスをプラズマ励起して、前記基板を晒す工程と、を複数回繰り返し、
    前記エッチャントガスを供給する工程における前記エッチャントガスの供給圧力と、前記エッチャントガスの供給時間とに基づいて、エッチング温度を決定する、
    基板処理方法。
  2. 前記エッチャントガスは、ハロゲン化水素を含む、
    請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記反応ガスは、Hを含むガスである、
    請求項1または請求項2に記載の基板処理方法。
  4. 前記反応ガスは、
    アンモニアガスまたは水素ガスと、窒素ガスと、の混合ガスである、
    請求項3に記載の基板処理方法。
  5. 前記エッチング対象膜は、シリコン系膜を含み、
    シリコン膜、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、結晶シリコン膜のうち、少なくとも何れか一つを含む、
    請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  6. 前記エッチング対象膜は、ゲルマニウム系膜を含み、
    アモルファスシリコンゲルマニウム膜、多結晶シリコンゲルマニウム膜、単結晶シリコンゲルマニウム膜、アモルファスゲルマニウム膜、多結晶ゲルマニウム膜、単結晶ゲルマニウム膜のうち、少なくとも何れか一つを含む、
    請求項5に記載の基板処理方法。
  7. 基板に形成されたシリコン系膜をSiN、SiO に対して選択的にエッチングする基板処理方法であって、
    記基板を準備する工程と、
    前記シリコン系膜をエッチングする工程と、を有し、
    前記シリコン系膜をエッチングする工程は、
    フッ素を含むエッチャントガスを供給して、前記シリコン系膜の表面をフッ化処理してフッ化の反応飽和状態にする工程と、
    窒素と水素を含む反応ガスをプラズマ励起して、該プラズマに前記フッ化処理された前記シリコン系膜の表面を晒すことにより、前記フッ化処理された前記シリコン系膜の表面と前記反応ガスのプラズマとが反応して反応生成物を生成し、生成された前記反応生成物を前記基板から昇華させて除去する工程と、を複数回繰り返す、
    基板処理方法。
  8. 基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
    高周波電力を印加してプラズマ励起する高周波電力供給部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記ガス供給部から供給されたエッチャントガスを前記処理容器に供給する工程と、
    前記ガス供給部から供給された反応ガスをプラズマ励起して、前記基板を晒す工程と、
    を複数回繰り返し、
    前記エッチャントガスを供給する工程における前記エッチャントガスの供給圧力と、前記エッチャントガスの供給時間とに基づいて、エッチング温度を決定する、
    基板処理装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015523734A (ja) 2012-07-10 2015-08-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated 低k誘電体膜をパターニングする方法
JP2016134623A (ja) 2015-01-16 2016-07-25 エーエスエム アイピー ホールディング ビー.ブイ. プラスマエンハンスト原子層エッチングの方法
JP2017063186A (ja) 2015-08-19 2017-03-30 ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation タングステンおよび他の金属の原子層エッチング
JP2018510515A (ja) 2015-03-30 2018-04-12 東京エレクトロン株式会社 原子層をエッチングする方法
US20180350620A1 (en) 2017-05-31 2018-12-06 Asm Ip Holding B.V. Method of atomic layer etching using hydrogen plasma

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05304122A (ja) * 1992-04-28 1993-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd ドライエッチング方法およびドライエッチング装置
US8617411B2 (en) 2011-07-20 2013-12-31 Lam Research Corporation Methods and apparatus for atomic layer etching

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015523734A (ja) 2012-07-10 2015-08-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated 低k誘電体膜をパターニングする方法
JP2016134623A (ja) 2015-01-16 2016-07-25 エーエスエム アイピー ホールディング ビー.ブイ. プラスマエンハンスト原子層エッチングの方法
JP2018510515A (ja) 2015-03-30 2018-04-12 東京エレクトロン株式会社 原子層をエッチングする方法
JP2017063186A (ja) 2015-08-19 2017-03-30 ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation タングステンおよび他の金属の原子層エッチング
US20180350620A1 (en) 2017-05-31 2018-12-06 Asm Ip Holding B.V. Method of atomic layer etching using hydrogen plasma

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