JP2797667B2 - Plasma etching equipment - Google Patents

Plasma etching equipment

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JP2797667B2
JP2797667B2 JP2186606A JP18660690A JP2797667B2 JP 2797667 B2 JP2797667 B2 JP 2797667B2 JP 2186606 A JP2186606 A JP 2186606A JP 18660690 A JP18660690 A JP 18660690A JP 2797667 B2 JP2797667 B2 JP 2797667B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプラズマエッチング装置、より詳細には半導
体ウェハの加工に利用される、反応室内に高周波が印加
される電極と、該電極に対向して被処理材が載置される
電極とを有する平行平板型プラズマエッチング装置に関
する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching apparatus, and more particularly, to an electrode used for processing a semiconductor wafer, to which a high frequency is applied in a reaction chamber, and an electrode facing the electrode. The present invention relates to a parallel plate type plasma etching apparatus having an electrode on which a processing material is placed.

従来の技術 反応室に電極が配設され、高周波放電を利用したプラ
ズマエッチング装置では、その電極材料として、カーボ
ンを主成分としたもの、あるいはアルミ材が主流となっ
ている。
2. Description of the Related Art In a plasma etching apparatus in which an electrode is provided in a reaction chamber and a high-frequency discharge is used, an electrode material mainly composed of carbon or an aluminum material is mainly used.

従来、放電中、プラズマにさらされている電極自体か
ら発生する微細なゴミ(以下パーティクルと記す)や不
純物は0.28μm以上のものについて管理されていたが、
デバイスの集積化が進むにつれて、0.28μm以下の微細
なパーティクルや不純物による基板の汚染、例えばカー
ボン電極の場合、電極を構成しているカーボン粒子等に
よる基板の汚染が問題視されてきている。
Conventionally, during discharge, fine dust (hereinafter referred to as particles) and impurities generated from the electrode itself exposed to the plasma were controlled for those having a size of 0.28 μm or more.
With the progress of device integration, contamination of the substrate by fine particles or impurities of 0.28 μm or less, for example, in the case of a carbon electrode, contamination of the substrate by carbon particles constituting the electrode has been regarded as a problem.

このため、最近では、これらの問題を解決すべく、電
極部をアモルファスカーボンで構成したもの(特開平1
−275784号公報)、あるいはカーボンを基板に用い、そ
の表面に高純度かつ緻密なコーティングを施し、直接カ
ーボン基材をプラズマにさらさないようにしたもの(特
開昭63−37615号公報)、さらには電極部をアルミ部材
で構成したもの(特開昭63−58920号公報)等が提案さ
れている。
For this reason, recently, in order to solve these problems, an electrode portion made of amorphous carbon (Japanese Patent Laid-Open No.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-37615), or a method in which carbon is used for a substrate, and the surface thereof is coated with high purity and high density so that the carbon substrate is not directly exposed to plasma. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-58920 discloses an electrode having an aluminum member.

発明が解決しようとする課題 上記した従来のプラズマエッチング装置においては、
いずれも電極自体から発生する微細なパーティクルの程
度は減少したものの、十分満足できるレベルには達して
おらず、電極材料自体に含まれるアルカリ金属や重金属
等の不純物がプラズマ発生中にウェハ中に注入されてウ
ェハを汚染したり、ウェハに付着したパーティクルがマ
スクとなり、このパーティクルによってエッチング加工
の不良が発生するという課題があった。
Problems to be Solved by the Invention In the above-described conventional plasma etching apparatus,
In each case, although the degree of fine particles generated from the electrode itself was reduced, it did not reach a sufficiently satisfactory level, and impurities such as alkali metals and heavy metals contained in the electrode material itself were injected into the wafer during plasma generation. Thus, there is a problem that the wafer is contaminated or particles attached to the wafer serve as a mask, and the particles cause defective etching.

また、純度的には有利となっているコーティングを施
した電極の場合でも使用可能な寿命が短く、この寿命の
短さからくるコスト増加の問題があり、さらには電極の
使用可能な期間が短くなるため電極の交換頻度が増加
し、装置自体の稼動率が低下するという課題があった。
In addition, even in the case of an electrode with a coating that is advantageous in terms of purity, the usable life is short, and there is a problem of increased cost due to this short life, and the usable period of the electrode is also short. Therefore, there has been a problem that the frequency of electrode replacement increases and the operation rate of the apparatus itself decreases.

本発明はこのような課題に鑑み発明されたものであっ
て、電極自体からのパーティクルの発生を防止してウェ
ハのエッチング加工時におけるエッチング不良の発生を
防止することができ、また不純物による汚染を無くすこ
とができながら、しかも寿命の長いプラズマエッチング
装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such problems, and can prevent the generation of particles from the electrodes themselves, thereby preventing the occurrence of poor etching during the etching of a wafer, and reducing the contamination by impurities. It is an object of the present invention to provide a plasma etching apparatus which can be eliminated and has a long life.

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明に係るプラズマエッ
チング装置は、反応室内に配設されて高周波が印加させ
る電極と、該電極に対向して被処理材が載置される電極
とを有する平行平板型プラズマエッチング装置におい
て、前記高周波が印加される電極全体が、ホウ素または
リンがドーピングされた多結晶シリコンで形成されてい
ることを特徴としている。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a plasma etching apparatus according to the present invention is provided with an electrode disposed in a reaction chamber and applying a high frequency, and a material to be processed placed on the electrode facing the electrode. And the whole of the electrode to which the high frequency is applied is made of polycrystalline silicon doped with boron or phosphorus.

作用 上記した構成によれば、反応室内に配設されて高周波
が印加される電極と、該電極に対向して被処理材が載置
される電極とを有する平行平板型プラズマエッチング装
置において、前記高周波が印加させる電極全体が多結晶
シリコンで形成されているので、バインダーで成形され
たカーボン電極と異なり、プラズマによってスパッタリ
ングされにくく、電極がプラズマにさらされた場合で
も、ウェハ上に落下するような微細なパーティクルを発
生することがない。仮に、多結晶シリコン電極がスパッ
タリングされたとしてもスパッタリングされた成分はエ
ッチングガス(フッ化物系ガス)と反応し、気体となっ
て排気されるのでウェハ上に落下することがほとんど生
じない。さらに、シリコンはアルカリ金属及び重金属
(Fe、Mn、Cr等)をほとんど含んでおらず、ウェハを汚
染するおそれがなく、エッチング加工されたウェハの不
純物量は極めて少ないものとなる。
According to the configuration described above, in a parallel plate type plasma etching apparatus having an electrode disposed in a reaction chamber to which a high frequency is applied, and an electrode on which a material to be processed is placed facing the electrode, Since the entire electrode to which high frequency is applied is formed of polycrystalline silicon, unlike a carbon electrode molded with a binder, it is difficult to be sputtered by plasma, and even if the electrode is exposed to plasma, it falls on the wafer. There is no generation of fine particles. Even if the polycrystalline silicon electrode is sputtered, the sputtered component reacts with the etching gas (fluoride-based gas) and is exhausted as a gas, so that it hardly falls on the wafer. Further, silicon hardly contains alkali metals and heavy metals (Fe, Mn, Cr, etc.), there is no risk of contaminating the wafer, and the amount of impurities in the etched wafer is extremely small.

また、前記平行平板型プラズマエッチング装置におい
て、高周波が印加される多結晶シリコン電極にホウ素ま
たはリンがドーピングされている場合には、多結晶シリ
コン電極の電気抵抗値が極めて低くなり、抵抗値が低く
なることによって該電極へ高周波を印加した際、プラズ
マにスムーズに電荷が伝わる。
Further, in the parallel plate type plasma etching apparatus, when the polycrystalline silicon electrode to which a high frequency is applied is doped with boron or phosphorus, the electric resistance of the polycrystalline silicon electrode is extremely low, and the resistance is low. As a result, when a high frequency is applied to the electrode, charges are smoothly transmitted to the plasma.

実施例 以下、本発明に係るプラズマエッチング装置の実施例
を図面に基づいて説明する。
Embodiment Hereinafter, an embodiment of the plasma etching apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に示したプラズマエッチング装置において、11
は反応室であり、反応室11の上方には、高周波が印加さ
れる上部電極12が配設されている。上部電極12はシリコ
ンで形成されているか、あるいは、シリコンで形成され
た電極にホウ素またはリン等がドーピングされており、
セラミックシールド13によって上部基台25に固定されて
いる。ホウ素等をドーピングすることにより上部電極12
の抵抗値を15.0Ωcmにコントロールした。また、上部電
極12の上方であって上部基台25の略中央部には反応ガス
が導入されるガス供給口14が形成されており、ガス供給
口14から供給されたガスは、上部電極12に形成された多
数の小孔(図示せず)から反応室11内に導入させる。こ
の場合の上部電極12には直径が200mmのものが使用さ
れ、前記小孔は直径0.7mmのものが約1700個形成されて
いる。
In the plasma etching apparatus shown in FIG.
Denotes a reaction chamber, and above the reaction chamber 11, an upper electrode 12 to which a high frequency is applied is disposed. The upper electrode 12 is formed of silicon, or an electrode formed of silicon is doped with boron or phosphorus,
It is fixed to the upper base 25 by the ceramic shield 13. The upper electrode 12 is doped by doping with boron or the like.
Was controlled to 15.0 Ωcm. Further, a gas supply port 14 through which a reaction gas is introduced is formed above the upper electrode 12 and substantially at the center of the upper base 25, and the gas supplied from the gas supply port 14 The liquid is introduced into the reaction chamber 11 from a number of small holes (not shown) formed in the reaction chamber 11. In this case, the upper electrode 12 having a diameter of 200 mm is used, and about 1700 small holes having a diameter of 0.7 mm are formed.

反応室11の下方には、上部電極12に対向してウェハ17
が載置される下部電極15が配設されており、下部電極15
はセラミックシールド16によって下部基台26に固定され
ている。さらに、下部電極15には、ウェハ17を冷却する
ための冷却用ガスが流れる溝19が形成されており、この
溝19に冷却用ガス管20が接続されている。また、下部基
台26と下部電極15との間には下部電極15を冷却するため
に冷却水を導入する冷却水路21が形成されている。
Below the reaction chamber 11, the wafer 17 is opposed to the upper electrode 12.
The lower electrode 15 on which the
Is fixed to the lower base 26 by the ceramic shield 16. Furthermore, a groove 19 through which a cooling gas for cooling the wafer 17 flows is formed in the lower electrode 15, and a cooling gas pipe 20 is connected to the groove 19. Further, between the lower base 26 and the lower electrode 15, a cooling water passage 21 for introducing cooling water for cooling the lower electrode 15 is formed.

セラミックシールド13にはクランプ18が弾接的に取り
付けられ、このクランプ18はウェハ17が配置される下部
電極15の上方に位置して配設されており、ウェハ17が下
部電極15上に載置されると上部基台25側の下降によりウ
ェハ17にクランプ18が嵌合してウェハ17が下部電極15上
に固定される。
A clamp 18 is elastically attached to the ceramic shield 13, and the clamp 18 is disposed above the lower electrode 15 on which the wafer 17 is disposed, and the wafer 17 is placed on the lower electrode 15. Then, the clamp 18 is fitted to the wafer 17 by the lowering of the upper base 25 side, and the wafer 17 is fixed on the lower electrode 15.

なお、第1図中、上部及び下部電極12、15はそれぞれ
高周波電源22に接続されているが、少なくとも上部電極
12に高周波が印加されればよく、必ずしも下部電極15に
高周波を印加する必要はない。
In FIG. 1, the upper and lower electrodes 12 and 15 are connected to a high-frequency power source 22, respectively.
It is sufficient that a high frequency is applied to 12, and it is not always necessary to apply a high frequency to the lower electrode 15.

また電極に使用するシリコンは多結晶、単結晶のいず
れでも可能であり、シリコン以外の物質でもエッチング
ガスと反応し、気体になりやすいもであれば使用するこ
とが可能である。
Silicon used for the electrode can be either polycrystalline or single crystal. Any substance other than silicon can be used as long as it reacts with the etching gas and easily becomes a gas.

上記した平行平板型プラズマエッチング装置10を用
い、実際にウェハの処理を行ないその性能を調査した。
高周波出力を0.6KW、反応室11内の圧力を0.6Torr、供給
するガスの種類及び流量を、CF4 20 sccm、CHF3 20 scc
m、Ar 400 sccmの条件に設定し、プラズマを60 sec発生
させながら、200枚のウェハを処理した。
Using the parallel plate type plasma etching apparatus 10 described above, the wafer was actually processed and its performance was investigated.
The high-frequency output is 0.6 KW, the pressure in the reaction chamber 11 is 0.6 Torr, the type and flow rate of gas to be supplied are CF 4 20 sccm, CHF 3 20 scc
m, Ar was set to 400 sccm, and 200 wafers were processed while generating plasma for 60 sec.

比較例として、シリコン電極の代わりにカーボン電極
を用いる他は同様のプラズマエッチング装置でウェハ処
理を行なった。
As a comparative example, wafer processing was performed using the same plasma etching apparatus except that a carbon electrode was used instead of a silicon electrode.

それぞれ処理前と処理後のウェハ上のパーティクル数
をTENCOR社製、サーフスキャ5000で測定した。その結果
を第2図に示す。
The number of particles on the wafer before and after the treatment, respectively, was measured using a Surfscan 5000 manufactured by TENCOR. The result is shown in FIG.

第2図中、シリコン電極によって行なったウェハ処理
は●で、カーボン電極によって行なったウェハ処理は○
で示している。
In FIG. 2, the wafer processing performed with the silicon electrode is indicated by ●, and the wafer processing performed with the carbon electrode is indicated by ○.
Indicated by.

第2図から明らかなように、シリコン電極を使用する
ことにより微細なパーティクルの発生が少なくなり、パ
ーティクルに起因したエッチング不良を無くすことがで
きる。又シリコン電極は不純物量が極めて少ないため、
ウェハに対する汚染が極めて少なくなり、ウェハ処理に
個体差が生じない。一方、カーボン電極を使用してウェ
ハ処理を行なった場合は、パーティクルの発生が多く、
又カーボン電極は不純物量が多いことから、このパーテ
ィクルの発生に呼応してウェハの汚染が大きくなってい
ることが明らかである。しかも処理枚数を重ねるに従っ
てその汚染の程度が大きくなり、ウェハ処理に個体差も
生じている。
As is clear from FIG. 2, the use of the silicon electrode reduces the generation of fine particles, and can eliminate etching defects caused by the particles. Also, since the silicon electrode has an extremely small amount of impurities,
The contamination on the wafer is extremely reduced, and there is no individual difference in the wafer processing. On the other hand, when the wafer processing is performed using a carbon electrode, the generation of particles is large,
Further, since the carbon electrode has a large amount of impurities, it is apparent that the contamination of the wafer has increased in response to the generation of the particles. In addition, the degree of contamination increases as the number of processed wafers increases, and individual differences occur in wafer processing.

発明の効果 以上詳述したように本発明に係るプラズマエッチング
装置は、反応室内に配設されて高周波が印加される電極
と、該電極に対向して被処理材が載置される電極とを有
する平行平板型プラズマエッチング装置において、前記
高周波が印加される電極全体が多結晶シリコンで形成さ
れているので、バインダーで成形されたカーボン電極と
異なり、プラズマによってスパッタリングされにくく、
電極がプラズマにさらされた場合でも、ウェハ上に落下
するような微細なパーティクルを発生することがない。
仮に、多結晶シリコン電極がスパッタリングされたとし
てもスパッタリングされた成分はエッチングガス(フッ
化物系ガス)と反応し、気体となって排気されるのでパ
ーティクルとなってウェハ上に落下することはほとんど
生じない。さらに、シリコンにはアルカリ金属及び重金
属(Fe、Mn、Cr等)をほとんど含んでおらず、ウェハを
汚染するおそれがなく、エッチング加工されたウェハの
不純物量を極めて少ないものとすることができる。
Effect of the Invention As described in detail above, the plasma etching apparatus according to the present invention includes an electrode provided in a reaction chamber to which a high frequency is applied, and an electrode on which a material to be processed is placed facing the electrode. In the parallel plate type plasma etching apparatus having, since the entire electrode to which the high frequency is applied is formed of polycrystalline silicon, unlike a carbon electrode molded with a binder, it is difficult to be sputtered by plasma,
Even when the electrode is exposed to the plasma, fine particles such as falling on the wafer are not generated.
Even if the polycrystalline silicon electrode is sputtered, the sputtered component reacts with the etching gas (fluoride-based gas) and becomes a gas and is exhausted. Absent. Further, silicon hardly contains alkali metals and heavy metals (Fe, Mn, Cr, etc.), there is no risk of contaminating the wafer, and the amount of impurities in the etched wafer can be extremely small.

従って、エッチング加工等の際、パーティクルあるい
は不純物汚染による製造上の不良の発生を防止でき、処
理したウェハに個定差のない、安定したエッチング特性
を実現できると共に、コーティングされた電極等と相違
して電極の消耗に伴う電極交換頻度を低下させ、製造装
置自体の稼動率を向上させることができ、低コストでプ
ラズマエッチング加工を行なうことができる。
Therefore, at the time of etching or the like, it is possible to prevent the occurrence of manufacturing defects due to particle or impurity contamination, to realize a stable etching characteristic without any individual difference in the processed wafer, and to differ from a coated electrode or the like. As a result, the frequency of electrode replacement due to electrode consumption can be reduced, the operation rate of the manufacturing apparatus itself can be improved, and plasma etching can be performed at low cost.

また、前記平行平板型プラズマエッチング装置におい
て、高周波が印加させる多結晶シリコン電極にホウ素ま
たはリンがドーピングされている場合には、抵効率を極
めて小さいものとすることができ、該電極へ高周波を印
加した際、常にプラズマにスムーズに電荷を伝えること
ができ、エネルギー効率を高めることができる。
Further, in the parallel plate type plasma etching apparatus, when the polycrystalline silicon electrode to which high frequency is applied is doped with boron or phosphorus, the efficiency can be made extremely small, and the high frequency can be applied to the electrode. In this case, the electric charges can be always smoothly transmitted to the plasma, and the energy efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係るプラズマエッチング装置の実施例
を模式的に示した断面図、第2図は本発明の実施例及び
従来例に係る装置を用いてウェハ処理を行なった場合の
ウェハ処理枚数と発生したパーティクル数の関係を示す
グラフである。 10……プラズマ装置 11……反応室 12……上部電極(電極) 15……下部電極(電極) 17……ウェハ(被処理材)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a plasma etching apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a wafer processing when wafer processing is performed using the apparatus according to the embodiment of the present invention and the conventional example. 6 is a graph showing a relationship between the number of particles and the number of generated particles. 10 Plasma apparatus 11 Reaction chamber 12 Upper electrode (electrode) 15 Lower electrode (electrode) 17 Wafer (material to be processed)

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−154582(JP,A) 特開 昭62−85430(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3065Continuation of the front page (56) References JP-A-55-15542 (JP, A) JP-A-62-85430 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21 / 3065

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】反応室内に配設されて高周波が印加される
電極と、該電極に対向して被処理材が載置される電極と
を有する平行平板型プラズマエッチング装置において、
前記高周波が印加させる電極全体が、ホウ素またはリン
がドーピングされた多結晶シリコンで形成されているこ
とを特徴とするプラズマエッチング装置。
1. A parallel plate type plasma etching apparatus having an electrode disposed in a reaction chamber to which a high frequency is applied, and an electrode on which a material to be processed is placed facing the electrode.
The entirety of the electrode to which the high frequency is applied is formed of polycrystalline silicon doped with boron or phosphorus.
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