JP3675065B2 - Dry etching method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ドライエッチング方法に関し、例えば、ゲート電極材料や酸化シリコン(SiO2 )膜のエッチングに適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
ドライエッチング法においては、プラズマエッチングプロセスが壁との相互作用を無視することができず、特に壁への堆積物のバルクプラズマ中への輸送が、プロセスに大きく影響することは、公知のところである。例えば、多結晶シリコン(Si)などのゲート電極材料の加工においては、エッチング時の反応生成物であるSiClx がチェンバー(エッチング室)内壁に堆積し、これがプラズマが壁と接触することにより放出されて、エッチングの再現性などに影響を与える。
【0003】
具体的には、エッチング終了後にチェンバー内をプラズマクリーニングした後、クリーニング雰囲気のチェンバー内を実ガス雰囲気に戻すためにいわゆるシーズニングと称する実ガス放電を行うのであるが、これを過剰に行ってしまうと、このときチェンバー内壁などに堆積した堆積物がエッチング時に放出されて、エッチングした際なども同様に、チェンバー内壁に過剰に堆積した堆積物が、エッチングの再現性に影響を与える。
【0004】
この現象は、ゲート電極材料の加工に限られず、例えばSiO2 膜をエッチングする場合においても同様である。すなわち、このSiO2 膜のエッチングにおいては、フルオロカーボンポリマー系ガスが用いられるが、選択比確保の鍵を握るフルオロカーボンポリマーの前駆体がチェンバー内壁などに堆積し、これがプラズマと接触することにより、プラズマ中に放出されて放電時のC/F比を狂わせ、微細なコンタクトホールを形成する場合にエッチングが停止してしまうなどの深刻な問題を引き起こしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、エッチング時の壁への影響を良好に制御することができるドライエッチング方法が今後の微細加工プロセスには不可欠であり、その実用化が切望されている。
【0006】
したがって、この発明の目的は、エッチング時における反応生成物やポリマーの前駆体のエッチング室の内壁への堆積量を制御することができ、パターン太り、エッチングの停止、高テーパ化などを生ずることなく、高選択比で多結晶Siなどのゲート電極材料やSiO2 膜などを高精度で再現性良くエッチングすることができ、微細なパターンや高アスペクト比で微細なコンタクトホールを容易に形成することができるドライエッチング方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、放電パラメータ以外の手段により放電時のラジカル量を制御することで上述の課題を解決する手段を見い出した。以下にその概要を説明する。
すでに述べたように、ドライエッチング装置においては、プラズマとチェンバー内壁との相互作用による、プラズマエッチングプロセスへの影響は非常に大きい。特に、チェンバー内壁に堆積した堆積物がバルクプラズマ中に放出されることで、プラズマエッチングプロセスに悪影響を及ぼすことは良く知られている。したがって、チェンバー内壁とプラズマとの相互作用を積極的に制御すれば、チェンバー内壁への堆積物の量を有効に制御することができる。具体的には、チェンバー内壁を0℃以下の低温に冷却すれば、チェンバー内壁に吸着する堆積物の量が増加し、逆にチェンバー内壁を高温に加熱すれば、チェンバー内壁から堆積物が放出されて、内壁に堆積している堆積物の量は減少する。したがって、プラズマを用いてエッチングを行うドライエッチング装置において、チェンバー内壁の温度を急速に変化させることができるようにすれば、エッチングのステップ間で、チェンバー内壁への堆積物の吸着やチェンバー内壁からの堆積物の放出を迅速に制御することができ、それに伴いプラズマ中の堆積種の密度を制御することができるようになる。そして、このためには、チェンバー内壁の温度を急速に制御する機構を設けるのが有効である。
【0008】
一般に、ドライエッチング装置においては、チェンバーの内壁はステンレス鋼などの金属で構成されており、この内壁からの金属による汚染を防止するためにその表面にリフレクターやスリーブを設置するが、これらのリフレクターやスリーブ自体は温度制御されないので、チェンバー外壁にヒーターなどを巻き付けて加熱するようにしても、チェンバーの内壁の温度制御は不十分であった。
【0009】
本発明者の知見によれば、チェンバー内壁にヒーターを内蔵したセラミックス製のカバーを設置し、それら相互間の熱伝導性を良くすれば、チェンバー内壁の急速温度制御を容易に行うことができる。具体的には、例えば、ステンレス鋼などで構成されたチェンバー壁中の冷媒流路にガス冷媒を供給するためのガス冷媒チラーを接続するとともに、チェンバー内壁の表面に熱伝導性の良い窒化アルミニウム(AlN)(熱伝導率は0.235cal/cm・s・℃)などのセラミックス製のカバーにヒーターを内蔵させたものをろう付けで直接接合する。ここで、ガス冷媒は、流速が速いので、非常に短時間でチェンバー内壁を冷却することができる。このように熱伝導性が良いAlNなどのセラミックス製のカバーをチェンバー内壁に直接ろう付けすることにより、冷却効果は速やかにカバーに伝達する。さらに、AlNなどのセラミックス製のカバーにヒーターを内蔵しているので、このヒーターにより、急速加熱も容易に行うことができる。
この発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。
【0010】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明は、
ドライエッチング装置を用いて、被エッチング物をジャストエッチングとその後のオーバーエッチングとによりエッチングするようにしたドライエッチング方法において、
ジャストエッチングを行う時にドライエッチング装置のエッチング室の側壁部の内壁を冷却してその表面に反応生成物を吸着しておき、エッチング室の内壁を加熱してその表面から反応生成物を放出させた後にオーバーエッチングを行うようにした
ことを特徴とするものである。
【0013】
この発明においては、典型的には、エッチング室の内壁を加熱するときの温度上昇速度は50℃/min〜300℃/min、エッチング室の内壁を冷却するときの温度降下速度は50℃/min〜100℃/minである。
【0014】
この発明の一実施形態においては、エッチング室の内壁に設けられた冷媒流路にガス冷媒供給配管を介してガス冷媒供給装置によりガス冷媒を供給することによりエッチング室の内壁を冷却し、あるいは、エッチング室の内壁の表面に設けられた被覆体と、被覆体の内部に設けられた発熱体とからなる加熱機構によりエッチング室の内壁を加熱する。
【0015】
この発明において、被覆体は好適には、エッチング室の内壁にろう付けされる。また、この被覆体の材料としては、熱伝導性の良いAlNなどのセラミックスが好適に用いられる。
【0016】
この発明の一実施形態においては、ドライエッチング装置は平行平板型の電極を有し、その対向電極の温度を急速に制御する急速温度制御手段をさらに有する。
【0018】
この発明の典型的な一実施形態においては、ジャストエッチング時にエッチング室の内壁を0℃以下の低温に保ち、オーバーエッチング時にエッチング室の内壁を100℃以上の高温に加熱する。
【0019】
上述のように構成されたこの発明においては、エッチング室の内壁の温度を急速に制御することができることにより、エッチング時に生成する反応生成物やポリマーをエッチング室の内壁に吸着させたり、そこから積極的に脱離させたりすることができるため、多結晶Si膜などのゲート電極材料加工などにおけるエッチング時の反応生成物の過剰堆積によるパターン太りなどを生ずることなく、また、SiO2 膜などのエッチング時のバルクプラズマ中のC/F比制御が容易になり、再現性のよいドライエッチングを実現することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0021】
まず、この発明の第1の実施形態によるドライエッチング装置について説明する。図1はこのドライエッチング装置を示す略線図である。
図1に示すように、このドライエッチング装置は、拡散チェンバー1と、この拡散チェンバー1の上部に設けられたヘリコン波プラズマ発生源と、この拡散チェンバー1の内部に設けられた上下方向に移動可能なウェーハ設置電極(ウェーハステージ)2とを有する。拡散チェンバー1の外部には、拡散チェンバー1の側壁にガス冷媒を供給するガス冷媒チラー3が設けられている。また、拡散チェンバー1の下部にはガス排出口4が設けられており、外部に設けられた排気用真空ポンプ(図示せず)と接続され、拡散チェンバー1内のガスを排気することができるようになっている。さらに、拡散チェンバー1にはエッチングガス導入口およびゲートバルブ(いずれも図示せず)が設けられている。
【0022】
上述のヘリコン波プラズマ発生源は次のように構成されている。すなわち、拡散チェンバー1の上部にその径が例えば350mmである円筒状石英ベルジャー5が設けられ、この円筒状石英ベルジャー5の外周部にはRFアンテナ6がループ状に設けられている。このRFアンテナ6は、例えば、M=1モードのプラズマが発生するアンテナ形状をしている。RFアンテナ6は、マッチングネットワーク7を介してRF電源8に接続されている。RFアンテナ6のさらに外周部にはコイルが2重に巻き付けられており、その内周コイル9aと外周コイル9bとからソレノイドコイルアッセンブリ9を構成している。ここで、内周コイル9aはヘリコン波の伝搬、外周コイル9bは生成されたプラズマの輸送にそれぞれ寄与する。円筒状石英ベルジャー5の上端部分は誘電体からなる天板10で覆われている。この天板10上にはRFアンテナ11がループ状に設置されていて、マッチングネットワーク12を介してRF電源13に接続されている。
【0023】
円筒状石英ベルジャー5の内部に設けられたウェーハ設置電極2は、上下方向の移動のための機構(図示せず)とウェーハ14を密着固定するための静電チャック(図示せず)とを有している。また、ウェーハ設置電極2には基板バイアス電源15が接続されており、ウェーハ14に入射する入射イオンエネルギーを制御することができるようになっている。さらに、拡散チェンバー1の外周部でかつウェーハ設置電極2の周囲の部分にはマルチポール磁石16が設けられており、電子が壁に接して消失するのを抑えるためのカスプ磁場を拡散チェンバー1の内部に形成することができるようになっている。
【0024】
拡散チェンバー1の内壁の表面にはヒーター(図示せず)を内蔵した熱伝導性の良いセラミックス製のチェンバー内壁カバー17が直接ろう付けされている。このチェンバー内壁カバー17の材料は例えばAlNなどである。また、このろう付けに用いられるろう材としては、具体的には、チタン(Ti)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)、マグネシウム(Mg)などの金属やそれらの合金などが挙げられ、これらの金属または合金の多層膜の形で通常用いられる。拡散チェンバー1の側壁は、ガス冷媒配管18とガス冷媒配管19とを介して、外部に設けられたガス冷媒チラー3と接続されている。そして、このガス冷媒チラー3から、例えばフロンなどのガス冷媒をガス冷媒配管18を通じて拡散チェンバー1の壁内に設けられた冷媒流路(図示せず)に供給し、ガス冷媒配管19を通じてガス冷媒チラー3に戻すようになっている。これによって、拡散チェンバー1の側壁を急速に冷却することができるようになっている。ガス冷媒配管18には極低温バルブ20が備えられている。また、極低温バルブ20の上流側の部分のガス冷媒配管18とガス冷媒配管19とは、バイパスライン極低温バルブ21を備えたバイパス配管22を介して接続されている。極低温バルブ20およびバイパスライン極低温バルブ21によって、ガス冷媒チラー3から拡散チェンバー1の側壁に供給するガス冷媒の流量を制御することができるようになっている。
【0025】
以上のように構成されたこの発明の第1の実施形態によるドライエッチング装置によれば、拡散チェンバー1の側壁にガス冷媒チラー3を接続してフロンなどのガス冷媒を供給し、また、拡散チェンバー1の内壁の表面にヒーターを内蔵した熱伝導性の良いAlNなどのセラミックス製のチェンバー内壁カバー17を直接ろう付けしていることにより、拡散チェンバー1の側壁の冷却および加熱を急速に行うことができる。このため、拡散チェンバー1の内壁の温度制御により、エッチング中に生じた反応生成物のチェンバー内壁カバー17の表面への吸着またはそこからの放出を制御することができ、反応生成物のウェーハ14上への過剰堆積によるエッチングへの悪影響を抑えることができる。
【0026】
次に、この発明の第1の実施形態によるドライエッチング方法について説明する。この第1の実施形態によるドライエッチング方法においては、図1に示すドライエッチング装置を用いて、次のようにしてゲート電極材料の加工を行う。すなわち、まず、図2Aに示すように、Si基板31上にSiO2 膜32と不純物がドープされた多結晶Si膜33とタングステンシリサイド(WSix )膜34とを順次形成し、その上にレジストパターン35を形成する。その後、このレジストパターン35をマスクとして、以下のようにしてエッチングを2つのステップに分けて行い、ゲート電極を形成する。
【0027】
まず、第1のステップとして、WSix 膜34および多結晶Si膜33のジャストエッチングを行う。すなわち、初めに、ガス冷媒チラー3から例えば約−140℃のフロンのガス冷媒をチェンバー1の側壁に供給し、チェンバー内壁カバー17を急速に冷却する。このときの冷却速度は例えば100℃/minである。次に、レジストパターン35をマスクとして、WSix 膜34および多結晶Si膜33のエッチングを順次行い、Wポリサイド構造のゲート電極パターンを形成する。このとき、図2Bに示すように、エッチングされる部分の底部に多結晶Si膜33の一部を残した状態でエッチングを中断する。この時点で第1のステップは終了する。この第1のステップのジャストエッチングにおいては、例えば、エッチングガスとしてCl2 とO2 との混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ50sccm、10sccm、圧力を5mTorr、RFアンテナ6、11の供給パワーを2500W、その周波数を13.56MHz、RFバイアスを100W、基板温度を20℃、壁面温度を−50℃とする。
【0028】
ここで、第1のステップのジャストエッチングの際にSiClx などの反応生成物が生成される。しかしながら、上述のようにチェンバー内壁カバー17の温度が−50℃と低温であり、Si基板31の温度が20℃とチェンバー内壁カバー17に比べて高温であることから、SiClx などの反応生成物の多くは、Si基板31には堆積せず、チェンバー内壁カバー17の表面に吸着する。このため、Si基板31上へのSiClx などの反応生成物の過剰堆積によるゲート電極パターン太りなどを生ずることなく、ジャストエッチングを支障なく行うことができる。
【0029】
次に、極低温バルブ20およびバイパスライン極低温バルブ21を閉じた後、チェンバー内壁カバー17に内蔵されたヒーター(図示せず)に通電し、発熱させて、チェンバー内壁カバー17を−50℃から200℃まで急速に加熱する。このときの加熱速度は例えば約200℃/minであり、加熱時間は例えば約75秒間である。
【0030】
この急速加熱により、第1のステップのジャストエッチングの際にチェンバー内壁カバー17に吸着した例えばSiClx などの反応生成物は、円筒状石英ベルジャー5中に迅速に放出される。
【0031】
次に、第2のステップとして多結晶Si膜33のオーバーエッチングを行う。この第2のステップのオーバーエッチングにおいては、第1のステップのジャストエッチングにおいてエッチングされた部分の底部に残された部分の多結晶Si膜33のエッチングを、図2Cに示すように、その下層のSiO2 膜32の面が露出するまで行う。この第2のステップのオーバーエッチングにおいては、例えば、エッチングガスとしてCl2 とO2 との混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ50sccm、10sccmとし、圧力を5mTorr、RFアンテナ6、11の供給パワーを2500W、その周波数を13.56MHz、RFバイアスを20W、基板温度を−30℃、チェンバー壁の温度を200℃とする。
【0032】
ここで、この第2のステップのオーバーエッチングにおいては、チェンバー内壁カバー17の表面に吸着していたSiClx などの反応生成物があらかじめ放出され、また、Si基板31を低温化していることもあり、チェンバー内壁カバー17の表面への反応生成物の堆積を抑えることができる。また、これによって、ノッチングなどの形状異常を生じることなく、高選択比のエッチングによる良好な形状のゲート電極を形成することができる。
【0033】
以上のように、この第1の実施形態によるドライエッチング方法によれば、第1のステップのジャストエッチング時にチェンバー内壁カバー17を例えば−50℃の低温に保つことにより、このチェンバー内壁カバー17の表面にSiClx などの反応生成物を吸着しておき、その後、チェンバー内壁カバー17を急速加熱してそこから反応生成物を放出させた後に第2のステップのオーバーエッチングを行っているので、第1のステップのジャストエッチング時に反応生成物がSi基板31に過剰に堆積することに起因するゲート電極パターン太りや形状異常などを生じることなく、微細なゲート電極パターンを容易に形成することができる。
【0034】
次に、この発明の第2の実施形態によるドライエッチング装置について説明する。このドライエッチング装置は、平行平板型の電極を有するプラズマエッチング装置である。図3はこのドライエッチング装置を示す略線図である。
【0035】
図3に示すように、このドライエッチング装置においては、円筒形のチェンバー41内に、ウェーハ42を設置するカソード43とこれに対向するアノード(対向電極)44とが設けられている。チェンバー41にはガス排出口45が設けられており、外部に設けられた排気用真空ポンプ(図示せず)に接続され、チェンバー41内のガスを排気することができるようになっている。さらに、チェンバー41にはエッチングガス導入口およびゲートバルブ(いずれも図示せず)が設けられている。カソード43は、マッチングボックス46を介して高周波電源47と電気的に接続されている。さらに、カソード43は、静電チャック(図示せず)を内蔵しており、また、冷媒配管(図示せず)を通じてチラー(図示せず)と接続されている。
【0036】
チェンバー41の内壁には、第1の実施形態と同様なチェンバー内壁カバー48が、直接ろう付けされている。チェンバー41の側壁は、ガス冷媒配管49とガス冷媒配管50とを介して、外部に設けられたガス冷媒チラー51と接続されている。そして、このガス冷媒チラー51から、例えばフロンなどのガス冷媒を冷媒配管49を通じてチェンバー41の側壁内に設けられた冷媒流路(図示せず)に供給し、ガス冷媒配管50を通じてガス冷媒チラー51に戻すようになっている。これによって、チェンバー41の側壁を急速に冷却することができる。ガス冷媒配管49には、電子制御バルブ52が備えられている。また、電子制御バルブ52の上流側の部分のガス冷媒配管49とガス冷媒配管50とは、電子制御バルブ53を備えたバイパス配管54を介して接続されている。電子制御バルブ52、53によって、ガス冷媒チラー51からチェンバー41の側壁に供給するガス冷媒の流量を制御することができるようになっている。
【0037】
以上のように構成されたこの第2の実施形態によるドライエッチング装置によれば、チェンバー41の側壁にガス冷媒チラー51を接続してフロンなどのガス冷媒を供給し、また、チェンバー41の内壁の表面にヒーターを内蔵した熱伝導性の良いAlNなどのセラミックス製のチェンバー内壁カバー48を直接ろう付けしていることにより、第1の実施形態と同様にして、チェンバー41の壁面全体の冷却および加熱を急速に行うことができる。このため、チェンバー41の内壁の温度制御により、エッチング中に生じた反応生成物のチェンバー内壁カバー48への吸着またはそこからの放出を制御することができ、この反応生成物によるエッチングへの悪影響を抑えることができる。
【0038】
次に、この発明の第2の実施形態によるドライエッチング方法について説明する。この第2の実施形態によるドライエッチング方法においては、図3に示すドライエッチング装置を用いて、以下のようにしてSiO2 膜にコンタクトホールを形成する。すなわち、まず、図4Aに示すように、Si基板61上にSiO2 膜62を形成した後、その上にレジストパターン63を形成する。次に、このSi基板61を図3に示すドライエッチング装置のカソード43上に設置し、レジストパターン63をマスクとして、以下のようにエッチングを2つのステップに分けて行い、コンタクトホールを形成する。
【0039】
すなわち、まず、ガス冷媒チラー51から例えば−140℃のフロンのガス冷媒をチェンバー41の側壁に供給して、チェンバー内壁カバー48を急速に冷却する。このときの冷却速度は例えば100℃/minである。次に、第1の実施形態と同様にしてSiO2 膜62のジャストエッチングを行い、コンタクトホールを形成する。このとき、図4Bに示すように、コンタクトホール64の底部にSiO2 膜62の一部を残した状態でエッチングを中断する。この時点で第1のステップは終了する。この第1のステップのジャストエッチングにおいては、例えば、エッチングガスとしてC4 F8 、CO、ArおよびO2 の混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ20sccm、100sccm、150sccm、5sccmとし、圧力を50mTorr、RFパワーを1500W、基板の温度を50℃、壁面の温度を−50℃とする。
【0040】
ここで、この第1のステップのジャストエッチングの際にはフルオロカーボンポリマーの前駆体が生成されるが、その多くは−50℃と低温のチェンバー内壁カバー48に吸着され、Si基板61には堆積しない。このため、Si基板61上へのフルオロカーボンポリマーの前駆体の過剰堆積によるエッチングの停止などを生ずることなく、ジャストエッチングを行うことができる。
【0041】
次に、電子制御バルブ52、53を閉じた後、チェンバー内壁カバー48に内蔵されたヒーター(図示せず)に通電し、発熱させて、チェンバー41の内壁を−50℃から200℃まで急速に加熱する。このときの加熱速度は例えば約200℃/minであり、加熱時間は例えば約75秒間である。この急速加熱により、第1のステップのジャストエッチングの際にチェンバー内壁カバー48に吸着したフルオロカーボンポリマーの前駆体は、チェンバー41中に迅速に放出される。
【0042】
次に、第2のステップとしてSiO2 膜62のオーバーエッチングを行う。この第2のステップのオーバーエッチングにおいては、第1のステップのジャストエッチングにおいてコンタクトホール64の底部に残された部分のSiO2 膜62のエッチングを、図4Cに示すように、下地Si基板61の面が露出するまで行う。この第2のステップのオーバーエッチングにおいては、例えば、エッチングガスとして、C4 F8 、CO、ArおよびO2 の混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ20sccm、100sccm、150sccm、5sccmとし、圧力を50mTorr、RFパワーを1500W、基板温度を50℃、壁面温度を200℃とする。
【0043】
ここで、この第2のステップのオーバーエッチングにおいては、チェンバー内壁カバー48の表面に吸着していたフルオロカーボンポリマーの前駆体があらかじめ放出されているため、下地Si基板61との選択比を例えば約100程度に高くすることができる。
【0044】
この第2の実施形態によるドライエッチング方法によれば、第1のステップのジャストエッチング時にエッチングの停止が生じたり、第2のステップのオーバーエッチング時に極端なテーパ化などを生じることなく、高アスペクト比で微細なコンタクトホール64を容易に形成することができる。
【0045】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【0046】
例えば、上述の第1および第2の実施形態において挙げたチェンバー内壁カバー17、48の温度、冷却速度および加熱速度、エッチングガスの種類および流量、エッチング時の圧力、RFパワー、RFバイアスなどの数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値を用いてもよい。また、チェンバー41の内壁の冷却に用いたガス冷媒の種類はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれとは異なる種類の冷媒を用いてもよい。また、上述の第1および第2の実施形態において挙げたチェンバー内壁カバー17、48の材質は熱伝導性の良い絶縁体であれば、AlN以外のものを用いてもよい。さらに、チェンバー内壁カバー17、48は、場合によっては、エポキシやAlN系の接着剤を用いてチェンバー1、41の内壁に接着してもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、チェンバーの内壁の温度を急速に制御することができることにより、エッチング時における反応生成物やポリマーの前駆体などのチェンバーの内壁への堆積量を制御することができ、パターン太りやエッチングの停止や高テーパ化などを生ずることなく、高選択比で多結晶Si膜などのゲート電極材料やSiO2 膜などを高精度で再現性良くエッチングすることができ、微細なパターンや高アスペクト比で微細なコンタクトホールを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態によるドライエッチング装置を示す略線図である。
【図2】この発明の第1の実施形態によるドライエッチング方法を説明するための半導体基板の断面図である。
【図3】この発明の第2の実施形態によるドライエッチング装置を示す略線図である。
【図4】この発明の第2の実施形態によるドライエッチング方法を説明するための半導体基板の断面図である。
【符号の説明】
1・・・拡散チェンバー、3、51・・・ガス冷媒チラー、5・・・円筒状石英ベルジャー、6、11・・・RFアンテナ、14、42・・・ウェーハ、18、19、49、50・・・ガス冷媒配管、20・・・極低温バルブ、21・・・バイパスライン極低温バルブ、31、61・・・Si基板、32、62・・・SiO2 膜、41・・・チェンバー、52、53・・・電子制御バルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
This inventionDoFor example, gate electrode materials and silicon oxide (SiO2) It is suitable for application to film etching.
[0002]
[Prior art]
In dry etching, it is well known that the plasma etching process cannot ignore the interaction with the wall, and in particular the transport of deposits into the wall into the bulk plasma has a significant effect on the process. . For example, in the processing of a gate electrode material such as polycrystalline silicon (Si), SiCl which is a reaction product at the time of etchingxIs deposited on the inner wall of the chamber (etching chamber), and this is released when the plasma comes into contact with the wall, affecting the reproducibility of etching and the like.
[0003]
Specifically, after the inside of the chamber is plasma-cleaned after completion of etching, an actual gas discharge called so-called seasoning is performed in order to return the inside of the chamber in the cleaning atmosphere to the actual gas atmosphere. At this time, the deposit deposited on the inner wall of the chamber is released during the etching, and the deposit deposited excessively on the inner wall of the chamber affects the reproducibility of the etching.
[0004]
This phenomenon is not limited to the processing of the gate electrode material.2The same applies when the film is etched. That is, this SiO2In film etching, fluorocarbon polymer-based gas is used, but fluorocarbon polymer precursors, which are the key to ensuring selectivity, are deposited on the inner wall of the chamber, etc., and come into contact with the plasma, which is released into the plasma and discharged. The C / F ratio at the time is upset, causing serious problems such as etching stopping when forming fine contact holes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
From the above, a dry etching method capable of satisfactorily controlling the influence on the wall at the time of etching is indispensable for a future microfabrication process, and its practical application is eagerly desired.
[0006]
Therefore, the object of the present invention is to control the amount of reaction products and polymer precursors deposited on the inner wall of the etching chamber during etching, without causing pattern thickening, etching stop, and high taper. , Gate electrode materials such as polycrystalline Si and SiO with high selectivity2Films can be etched with high accuracy and good reproducibility, and fine contact holes can be easily formed with fine patterns and high aspect ratios.DoIt is to provide a lie etching method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent studies to solve the above-described problems of the prior art, the present inventor has found a means for solving the above-described problems by controlling the amount of radicals during discharge by means other than discharge parameters. The outline will be described below.
As described above, in the dry etching apparatus, the influence on the plasma etching process due to the interaction between the plasma and the inner wall of the chamber is very large. In particular, it is well known that deposits deposited on the inner wall of the chamber are adversely affected by the plasma etching process by being released into the bulk plasma. Therefore, if the interaction between the chamber inner wall and the plasma is positively controlled, the amount of deposits on the chamber inner wall can be effectively controlled. Specifically, if the chamber inner wall is cooled to a low temperature of 0 ° C. or lower, the amount of deposits adsorbed on the chamber inner wall increases, and conversely, if the chamber inner wall is heated to a high temperature, deposits are released from the chamber inner wall. Thus, the amount of deposits deposited on the inner wall is reduced. Therefore, in a dry etching apparatus that performs etching using plasma, if the temperature of the chamber inner wall can be changed rapidly, the adsorption of deposits to the chamber inner wall and the chamber inner wall from the chamber inner wall can be performed between the etching steps. The release of the deposit can be quickly controlled, and the density of the deposited species in the plasma can be controlled accordingly. For this purpose, it is effective to provide a mechanism for rapidly controlling the temperature of the inner wall of the chamber.
[0008]
Generally, in a dry etching apparatus, the inner wall of the chamber is made of a metal such as stainless steel, and a reflector or sleeve is installed on the surface of the chamber to prevent contamination by the metal from the inner wall. Since the temperature of the sleeve itself is not controlled, the temperature control of the inner wall of the chamber is insufficient even when the heater is wound around the outer wall of the chamber and heated.
[0009]
According to the knowledge of the present inventor, rapid temperature control of the inner wall of the chamber can be easily performed by installing a ceramic cover with a built-in heater on the inner wall of the chamber and improving the thermal conductivity between them. Specifically, for example, a gas refrigerant chiller for supplying a gas refrigerant to a refrigerant flow path in a chamber wall made of stainless steel or the like is connected, and aluminum nitride ( A ceramic cover such as AlN (with a thermal conductivity of 0.235 cal / cm · s · ° C.) and a heater built in is directly joined by brazing. Here, since the gas refrigerant has a high flow velocity, the inner wall of the chamber can be cooled in a very short time. By directly brazing a cover made of ceramics such as AlN having good thermal conductivity directly to the inner wall of the chamber, the cooling effect is quickly transmitted to the cover. Furthermore, since a heater is built in a cover made of ceramics such as AlN, rapid heating can be easily performed by this heater.
The present invention has been devised based on the above studies.
[0010]
That is, in order to achieve the above object, the present inventionIs,
In a dry etching method in which an object to be etched is etched by just etching and subsequent overetching using a dry etching apparatus,
When performing just etching, the inner wall of the side wall of the etching chamber of the dry etching apparatus was cooled to adsorb the reaction product on the surface, and the inner wall of the etching chamber was heated to release the reaction product from the surface. After over-etching
It is characterized by this.
[0013]
This inventionInTypically, the rate of temperature increase when heating the inner wall of the etching chamber is 50 ° C./min to 300 ° C./min, and the rate of temperature decrease when cooling the inner wall of the etching chamber is 50 ° C./min to 100 ° C./min.
[0014]
Of this inventiononeIn an embodiment,Cooling the inner wall of the etching chamber by supplying the gas refrigerant to the refrigerant flow path provided on the inner wall of the etching chamber by the gas refrigerant supply device via the gas refrigerant supply pipe, or provided on the surface of the inner wall of the etching chamber. The inner wall of the etching chamber is heated by a heating mechanism comprising a coated body and a heating element provided inside the coated body..
[0015]
This inventionInThe covering is preferably brazed to the inner wall of the etching chamber. Further, as the material of the covering, ceramics such as AlN having good thermal conductivity is preferably used.
[0016]
This inventionofIn one embodiment, the dry etching apparatus has parallel plate type electrodes, and further includes rapid temperature control means for rapidly controlling the temperature of the counter electrode.
[0018]
This inventionofIn a typical embodiment, the inner wall of the etching chamber is kept at a low temperature of 0 ° C. or lower during just etching, and the inner wall of the etching chamber is heated to a high temperature of 100 ° C. or higher during over-etching.
[0019]
In the present invention configured as described above, the temperature of the inner wall of the etching chamber can be rapidly controlled, so that reaction products and polymers generated during the etching can be adsorbed on the inner wall of the etching chamber, and positively generated therefrom. Therefore, pattern thickening due to excessive deposition of reaction products during etching in gate electrode material processing such as polycrystalline Si film can be prevented, and
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0021]
First, a dry etching apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing this dry etching apparatus.
As shown in FIG. 1, this dry etching apparatus is movable in a vertical direction provided in a diffusion chamber 1, a helicon wave plasma generation source provided in the upper portion of the diffusion chamber 1, and the diffusion chamber 1. A wafer mounting electrode (wafer stage) 2. A
[0022]
The above-described helicon wave plasma generation source is configured as follows. That is, a cylindrical
[0023]
The
[0024]
A chamber
[0025]
According to the dry etching apparatus according to the first embodiment of the present invention configured as described above, the
[0026]
Next explained is a dry etching method according to the first embodiment of the invention. In the dry etching method according to the first embodiment, the gate electrode material is processed as follows using the dry etching apparatus shown in FIG. That is, first, as shown in FIG.2The film 32, the
[0027]
First, as the first step, WSixJust etching of the
[0028]
Here, the SiCl during the just etching of the first stepxEtc. are produced. However, as described above, the temperature of the chamber
[0029]
Next, after closing the cryogenic valve 20 and the bypass line
[0030]
By this rapid heating, for example, SiCl adsorbed on the chamber
[0031]
Next, overetching of the
[0032]
Here, in this over-etching of the second step, the SiCl adsorbed on the surface of the chamber inner wall cover 17.xThe reaction product such as the above is released in advance, and the temperature of the
[0033]
As described above, according to the dry etching method of the first embodiment, the surface of the chamber
[0034]
Next explained is a dry etching apparatus according to the second embodiment of the invention. This dry etching apparatus is a plasma etching apparatus having parallel plate type electrodes. FIG. 3 is a schematic diagram showing this dry etching apparatus.
[0035]
As shown in FIG. 3, in this dry etching apparatus, a
[0036]
A chamber
[0037]
According to the dry etching apparatus according to the second embodiment configured as described above, the
[0038]
Next explained is a dry etching method according to the second embodiment of the invention. In the dry etching method according to the second embodiment, the dry etching apparatus shown in FIG.2Contact holes are formed in the film. That is, first, as shown in FIG.2After the
[0039]
That is, first, a gas refrigerant of chlorofluorocarbon of, for example, −140 ° C. is supplied from the
[0040]
Here, during the first etching process, a precursor of fluorocarbon polymer is generated, but most of the precursor is adsorbed by the chamber
[0041]
Next, after closing the
[0042]
Next, as a second step, SiO2Overetching of the
[0043]
Here, in the overetching of the second step, since the precursor of the fluorocarbon polymer adsorbed on the surface of the chamber
[0044]
According to the dry etching method of the second embodiment, a high aspect ratio can be obtained without causing an etching stop at the time of just etching in the first step or an extreme taper at the time of overetching in the second step. Thus, the
[0045]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.
[0046]
For example, numerical values such as the temperature, the cooling rate and the heating rate, the etching gas type and flow rate, the etching pressure, the RF power, and the RF bias of the chamber inner wall covers 17 and 48 mentioned in the first and second embodiments. Is merely an example, and different numerical values may be used as necessary. Moreover, the kind of gas refrigerant used for cooling the inner wall of the
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the temperature of the inner wall of the chamber can be rapidly controlled, so that the amount of reaction products and polymer precursors deposited on the inner wall of the chamber during etching is controlled. The gate electrode material such as a polycrystalline Si film or SiO with high selectivity without causing pattern thickening, etching stop or high taper.2A film or the like can be etched with high accuracy and good reproducibility, and a fine contact hole can be easily formed with a fine pattern and a high aspect ratio.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate for illustrating a dry etching method according to a first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a dry etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate for explaining a dry etching method according to a second embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diffusion chamber, 3, 51 ... Gas refrigerant chiller, 5 ... Cylindrical quartz bell jar, 6, 11 ... RF antenna, 14, 42 ... Wafer, 18, 19, 49, 50 ... Gas refrigerant piping, 20 ... Cryogenic valve, 21 ... Bypass line cryogenic valve, 31, 61 ... Si substrate, 32, 62 ... SiO2Membrane, 41 ... Chamber, 52, 53 ... Electronic control valve
Claims (3)
上記ジャストエッチングを行う時に上記ドライエッチング装置のエッチング室の側壁部の内壁を冷却してその表面に反応生成物を吸着しておき、上記エッチング室の上記内壁を加熱してその表面から上記反応生成物を放出させた後に上記オーバーエッチングを行うようにしたWhen performing the just etching, the inner wall of the side wall of the etching chamber of the dry etching apparatus is cooled to adsorb reaction products on the surface, and the reaction wall is heated from the inner wall of the etching chamber to generate the reaction from the surface. The over-etching was performed after discharging the material
ことを特徴とするドライエッチング方法。A dry etching method characterized by the above.
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