JPH07221076A - エッチング方法及びこれに用いられる装置 - Google Patents

エッチング方法及びこれに用いられる装置

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JPH07221076A
JPH07221076A JP6013315A JP1331594A JPH07221076A JP H07221076 A JPH07221076 A JP H07221076A JP 6013315 A JP6013315 A JP 6013315A JP 1331594 A JP1331594 A JP 1331594A JP H07221076 A JPH07221076 A JP H07221076A
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Japan
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etching
semiconductor substrate
cooling
gas
electrode
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JP6013315A
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English (en)
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Hidenobu Miyamoto
秀信 宮本
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • H01J2237/33Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334Etching

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリサイド電極をエッチングする際、高精度
のエッチングを可能とする。 【構成】 予め定められた温度(−30℃乃至0℃)に
制御された下部電極12上にシリサイド膜及びポリシリ
コン膜の二層構造を有する半導体ウェハ18を載置した
後、プラズマを生成しシリサイド膜をエッチングする
(半導体ウェハは100℃程度に保たれる)。その後、
クランプ板16によって下部電極と半導体ウェハとを密
着させるとともにHeガスを下部電極表面に供給する。
再びプラズマを生成してポリシリコン膜をエッチングす
る(半導体ウェハは20℃程度に保たれる)。このよう
に、高温でシリサイド膜をエッチングし、低温でポリシ
リコン膜をエッチングすることによって高精度のエッチ
ングを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に、ポリサイド膜(高融点金属膜とポリシリコ
ン膜との積層膜)をエッチングする際のドライエッチン
グ方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体装置(半導体デバイス)
としてゲート電極にポリサイド膜を用いた半導体装置が
知られており、この種の半導体装置では高集積化に伴っ
てポリサイド膜を加工するに当たって高度の加工性能が
求められている。
【0003】従来、ポリサイド膜の加工(エッチング)
に当たっては、下地酸化膜との高選択性を両立させる関
係上、次のエッチング方法が用いられている。
【0004】(1)エッチングガスとして、HBr/N
,HBr/NO,又はCl/NO等の混合ガス
を用いてドライエッチングする方法(特開平4−294
533号公報)。
【0005】(2)まずレジストをマスクとして用い、
Cl/HBr,Cl/CCl,又はCl/Si
Cl等のガスプラズマによって上部のシリサイド膜を
エッチングして、次にレジストを剥離して酸化膜をマス
クとして用いて下層のポリシリコンをHBr単独又はH
Br/Cl混合ガスでエッチングする方法(特開平3
−127826号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の
(1)の方法では、エッチング形状の制御のため、エッ
チングガスに所謂デポジションを発生するガス(デポジ
ションガス)を添加している。このようにデポジョンガ
スによってエッチング形状を制御した際には、エッチン
グパターンが微細化するにつれてパターン間隔が狭い部
分(領域)にはデポジション成分が入りづらくなり、一
方、パターン間隔の広い部分にはデポジション成分が入
りやすくなる。このため、上述の(1)の方法ではエッ
チングパターンが微細化するにつれてパターン間隔の狭
い部分と広い部分とにおいてエッチング形状差及びエッ
チングレート差が顕著になる。加えて、デポジションガ
スを添加すると、このデポジションガスによって半導体
基板上にデポジション膜が形成されるばかりでなくエッ
チングチャンバ内壁にもデポジション膜が生成されてし
まう。そして、上記のように、エッチングチャンバ内壁
にデポジション膜が生成されると、エッチングチャンバ
のクリーニング頻度が増加するばかりでなくパーティク
ルが発生してLSIの歩留まりが低下してしまうという
問題点がある。
【0007】一方、上述のように、(2)の方法ではエ
ッチングマスクを被エッチング膜によって使い分けてお
り、このため、電極構造が複雑になるにつれて工程数が
増加してしまう。加えて、(2)の方法においては、シ
リサイド層をエッチングした後、レジストを剥離する工
程を行い、その後下層のポリシリコンをエッチングしな
ければならず、工程が複雑となってスループットが実用
的でないという問題点がある。
【0008】本発明の目的は簡単な工程でパターン依存
性のない異方性形状を得るとともに下地酸化膜との選択
性が高いポリサイド電極のエッチング方法及びその装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、シリサ
イド膜とポリシリコン膜との二層構造を有する半導体基
板をドライエッチングするための方法であって、前記半
導体基板が載置される電極を予め定められた温度に制御
して前記半導体基板を前記電極に載置する第1の工程
と、プラズマ放電を用いて前記シリサイド膜をエッチン
グする第2の工程と、前記電極と前記半導体基板とを密
着させるとともに前記電極に冷却ガスを供給する第3の
工程と、前記ポリシリコン膜をプラズマ放電を用いてエ
ッチングする第4の工程とを有することを特徴とするエ
ッチング方法が得られる。
【0010】さらに、本発明によれば、シリサイド膜と
ポリシリコン膜との二層構造を有する半導体基板をドラ
イエッチングする際に用いられるエッチング装置であっ
て、気密チャンバ内に配置され前記半導体基板を支持す
る支持電極と、前記半導体基板を冷却する冷却手段と、
該冷却手段を制御する制御手段とを有し、該制御手段
は、プラズマ放電による前記シリサイド膜のエッチング
が終了すると前記ポリシリコン膜のエッチング前に前記
冷却手段を制御して前記半導体基板を冷却するようにし
たことを特徴とするエッチング装置が得られる。
【0011】
【実施例】以下本発明について実施例によって説明す
る。
【0012】図1を参照して、図示のエッチング装置は
金属製の気密チャンバ11を備えており、この気密チャ
ンバ11の下内壁面には電極(以下下部電極と呼ぶ)1
2が配設されている。そして、この下部電極12には後
述するようにして高周波電源(RF電源)13からRF
マッチング装置14を介して高周波電力(RFパワー)
が印加される。
【0013】下部電極12内には図示のように冷却水管
12aが配置されており、この冷却水管12aは温度制
御装置15に連結されている。温度制御装置15によっ
て冷却水はその温度が制御され、これによって、下部電
極12の温度が調節される。つまり、温度制御装置15
によって下部電極12の温度が間接的に制御されること
になる。
【0014】下部電極12の上方には一対のクランプ板
16が配置されており、各クランプ板16はクランプ駆
動装置17によって図中上下方向に駆動される。下部電
極12に被エッチング物18が載置された際、必要に応
じてクランプ板16によって被エッチング物18を下方
に押圧して、これによって、被エッチング物18を下部
電極12に密着させる(この実施例では被エッチング物
としてタングステン、チタン、又はモリブデン等のシリ
サイド膜とポリシリコン膜との二層構造が形成された半
導体ウェハが用いられ、この半導体ウェハではポリシリ
コン膜上にシリサイド膜が形成されている)。
【0015】下部電極12にはその表面に達するガス通
路12bが形成されており、このガス通路12bには冷
却用ヘリウム(He)圧力制御装置19が連結されてい
る。そして、ガス通路12bにHeガスを供給すること
によって被エッチング物18を冷却する。
【0016】気密チャンバ11の側面にはモノクロメー
ター20が配設されており、このモノクロメーター20
によってエッチング中の発光スペクトルがモニターされ
る。モノクロメーター20には終点検出装置21が接続
され、終点検出装置21ではモノクロメーター20でモ
ニターされた発光スペクトルに応じて終点検出信号を出
力する。終点検出信号21にはコンピュータ22が接続
されており、上記の終点検出信号はコンピュータ22に
与えられる。そして、コンピュータ22は終点検出信号
に応答して後述するようにしてRFマッチング装置1
4、クランプ駆動装置17、及び冷却用He圧力制御装
置19を制御する。
【0017】ここで、図2も参照して、フォトレジスト
をマスクとして用いてWSi/ポリSi構造の電極を有
する半導体ウェハ18をエッチングする際の動作につい
て説明する。
【0018】まず、半導体ウェハ18が下部電極12上
に載置される。この時、不可避的に下部電極12と半導
体ウェハ18との間にはわずかにクリアランスが存在す
る。そして、下部電極12は温度制御装置15によって
冷却温度(チラー温度)0℃に冷却制御されている。
【0019】上述の状態で、気密チャンバ11内にはエ
ッチングガスとしてCl/Oがそれぞれ30scc
m/2sccmの割合で導入されてガス圧10mTor
rに調整制御される。そして、コンピュータ22の制御
下でRFマッチング装置14から300WのRFパワー
が下部電極12に印加され、これによって、気密チャン
バ11内にプラズマを生成してWSi膜のエッチングを
行う。
【0020】ところで、WSi膜をCl系のエッチン
グガスでエッチングする際には、図3に示すように、半
導体ウェハ18の温度が低いと所謂マイクロローディン
グ効果が低くなる。このマイクロローディング効果は、
図3に示すように、残留フォトレジスト厚(B)とこの
残留フォトレジスト表面からエッチング後のWSi膜表
面までの距離(A)とを用いてB/Aで表されるから、
マイクロローディング効果が低くなることは、パターン
の粗密によるエッチング形状差が発生することになる。
従って、WSi膜をエッチングする際には、半導体ウェ
ハ18の温度を高く保つことが望ましい。
【0021】上述のようにして、下部電極12をチラー
温度0℃に制御してエッチングを行うと、プラズマ等の
影響により半導体ウェハ18の温度は100℃程度まで
上昇する(前述のように、下部電極12と半導体ウェハ
18との間にはわずかにクリアランスが存在するため、
下部電極12による冷却効果はそれほど大きくなく、半
導体ウェハ18の温度は100℃程度に制御されること
になる)。
【0022】前述のように、モノクロメーター20によ
ってWSi膜エッチング中の発光スペクトルがモニター
されており、モノクロメーター20は発光スペクトルに
応じて図2(a)に示す第1のEPD信号を終点検出装
置21に与える。この第1のEPD信号はエッチングが
開始されると、そのレベルが上昇し一旦平衡状態となっ
た後、低下する。終点検出装置21では第1のEPD信
号レベルが低下して予め設定された第1のレベルとなる
と、WSi膜エッチング終点であると判断してコンピュ
ータ22に対して第1のエッチング終点信号(終点検出
信号)を送出する。
【0023】この第1のエッチング終点信号に応答し
て、コンピュータ22ではRFマッチング装置14を制
御して下部電極12へのRFパワーの印加を停止して
(図2(b))、エッチングガスを排気する。さらに、
コンピュータ22ではクランプ駆動装置17を制御して
クランプ板16を下降させてクランプ板16によって半
導体ウェハ18を押さえて半導体ウェハ18を下部電極
12に密着させる(図2(c))。また、コンピュータ
22は冷却用He圧力制御装置19を駆動する。これに
よって、冷却用He圧力制御装置19では所定の圧力で
Heガスをガス通路12bを介してチャンバ内に供給す
る(図2(c))。
【0024】上述のようにして、半導体ウェハ18を下
部電極12に密着させるとともにHeガスを供給するこ
とによって図2(d)に示すように半導体ウェハ18へ
の冷却効果が大きくなって半導体ウェハ18の温度が低
下する。
【0025】図2(c)に示すようにHeガス圧力が安
定した後、エッチングガスとしてCl/Oをそれぞ
れ10sccm/2sccmの割合で気密チャンバ11
内に導入してエッチングガス圧を5mTorrに調整制
御する。そして、コンピュータ22の制御下でRFマッ
チング装置14から150WのRFパワーが下部電極1
2に印加され、これによって、気密チャンバ11内にプ
ラズマを生成して下層のポリシリコン膜のエッチングを
行う(実験によれば、ポリシリコンエッチング時には半
導体ウェハ18の下部電極12の密着及びHeガスの供
給によって熱伝導効率が良好となって半導体ウェハ温度
は20℃程度に抑えられる)。
【0026】モノクロメーター20によってポリシリコ
ンエッチング中の発光スペクトルがモニターされてお
り、モノクロメーター20は発光スペクトルに応じて図
2(a)に示す第2のEPD信号を終点検出装置21に
与える。この第2のEPD信号はポリシリコンのエッチ
ングが開始されると、そのレベルが上昇し一旦平衡状態
となった後、低下する。終点検出装置21ではこの第2
のEPD信号レベルが低下して予め設定された第2のレ
ベルとなると、ポリSi膜のエッチング終点であると判
断してコンピュータ22に対して第2のエッチング終点
信号を送出する。
【0027】第2のエッチング終点信号を受けると、コ
ンピュータ22では予め設定された時間経過後、RFマ
ッチング装置14を制御して下部電極12へのRFパワ
ーの印加を停止して(図2(b))、エッチングガスを
排気する。つまり、コンピュータ22ではオーバーエッ
チング終了後、RFマッチング装置14を制御して下部
電極12へのRFパワーの印加を停止して、エッチング
ガスを排気する。その後、コンピュータ22は冷却用H
e圧力制御装置19を停止してHeガスの供給を停止す
るとともにクランプ駆動装置17を制御してクランプ板
16を上昇させて下部電極12と半導体ウェハ18との
密着を解除する(図2(c))。
【0028】このようにして、ポリシリコンのエッチン
グ及びオーバーエッチングを低温下で行うことによって
酸化膜界面においてくびれ等が発生することなく良好な
エッチング形状を得ることができる。
【0029】次に図4を参照して、本発明の他のの実施
例について説明する。なお、図4に示すエッチング装置
において図1に示すエッチング装置と同一の構成要素に
ついては同一の参照番号を付す。
【0030】図4に示すエッチング装置ではクランプ板
16及びクランプ駆動装置17の代わりに静電吸着電源
23が設けられており、この静電吸着電源23はコンピ
ュータ22によって制御させる。
【0031】図5も参照して、下部電極12が温度制御
装置15によって冷却温度(チラー温度)0℃に冷却制
御されている状態で、気密チャンバ11内にはエッチン
グガスとしてCl/Oがそれぞれ30sccm/2
sccmの割合で導入されてガス圧10mTorrに調
整制御される。そして、コンピュータ22の制御下でR
Fマッチング装置14から300WのRFパワーが下部
電極12に印加され、これによって、気密チャンバ11
内にプラズマを生成してWSi膜のエッチングを行う。
【0032】モノクロメーター20によってWSi膜エ
ッチング中の発光スペクトルがモニターされており、モ
ノクロメーター20は発光スペクトルに応じて図5
(a)に示す第1のEPD信号を終点検出装置21に与
える。終点検出装置21では第1のEPD信号レベルが
低下して予め設定された第1のレベルとなると、WSi
膜エッチング終点であると判断してコンピュータ22に
対して第1のエッチング終点信号を送出する。
【0033】この第1のエッチング終点信号に応答し
て、コンピュータ22ではRFマッチング装置14を制
御して下部電極12へのRFパワーの印加を停止して
(図5(b))、エッチングガスを排気する。そして、
コンピュータ22では静電吸着電源23をオンして半導
体ウェハ18を下部電極12に密着させる(図5
(c))。さらに、コンピュータ22は冷却用He圧力
制御装置19を駆動する。これによって、冷却用He圧
力制御装置19では所定の圧力でHeガスをガス通路1
2bを介してチャンバ内(下部電極の表面上)に供給す
る(図5(c))。
【0034】上述のようにして、半導体ウェハ18を下
部電極12に密着させるとともにHeガスを下部電極の
表面に供給することによって図5(d)に示すように半
導体ウェハ18への冷却効果が大きくなって半導体ウェ
ハ18の温度が低下する。
【0035】図5(c)に示すようにHeガス圧力が安
定した後、エッチングガスとしてCl/Oをそれぞ
れ10sccm/2sccmの割合で気密チャンバ11
内に導入してエッチングガス圧を5mTorrに調整制
御する。そして、コンピュータ22の制御下でRFマッ
チング装置14から150WのRFパワーが下部電極1
2に印加され、これによって、気密チャンバ11内にプ
ラズマを生成して下層のポリシリコン膜のエッチングを
行う。
【0036】モノクロメーター20は発光スペクトルに
応じて図5(a)に示す第2のEPD信号を終点検出装
置21に与える。終点検出装置21ではこの第2のEP
D信号レベルが低下して予め設定された第2のレベルと
なると、ポリSi膜のエッチング終点であると判断して
コンピュータ22に対して第2のエッチング終点信号を
送出する。
【0037】第2のエッチング終点信号を受けると、コ
ンピュータ22では予め設定された時間経過直前に静電
吸着電源23をオフして下部電極12と半導体ウェハ1
8との密着を解除するとともに、予め設定された時間経
過後RFマッチング装置14を制御して下部電極12へ
のRFパワーの印加を停止する(図5(b))。そし
て、エッチングガスが排気される。その後、コンピュー
タ22は冷却用He圧力制御装置19を停止してHeガ
スの供給を停止する(図5(c))。
【0038】このようにして、ポリシリコンのエッチン
グ及びオーバーエッチングを低温下で行うことによって
第1の実施例として同様にして酸化膜界面においてくび
れ等が発生することなく良好なエッチング形状を得るこ
とができる。なお、静電吸着を用いれば半導体ウェハと
下部電極との密着をより完全にすることができ、この結
果、半導体ウェハ温度を精度よく低温に制御できる。
【0039】上述の実施例では下部電極12をチラー温
度0℃に調整する場合について説明したが、下部電極1
2の冷却温度は必要に応じて種々制御してもよく、要す
るにシリサイド膜を高温でエッチングしポリシリコン膜
を低温でエッチングするようにすればよく、例えば、実
施例に記載されているように、シリサイド膜のエッチン
グに当たっては半導体ウェハ温度を100℃程度に制御
し、ポリシリコン膜のエッチングに当たっては半導体ウ
ェハ温度を20℃程度に制御するようにすればよい。こ
のように半導体ウェハ温度を調整するに当たって冷却速
度等をも考慮すると、下部電極12の温度は−30℃乃
至0℃(−30℃及び0℃を含む)に制御することが望
ましい。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では高温に
おいてシリサイド膜をエッチングした後、低温でポリシ
リコン膜をエッチングするようにしたから、パターンの
粗密によるエッチング形状差が発生することなくしかも
酸化膜界面においてくびれ等が発生することなく良好な
エッチング形状を得ることができる。つまり、パターン
の粗密依存性のない異方性形状が得られるばかりでなく
下地酸化膜とのエッチング選択性を高くすることがてき
るという効果がある。
【0041】さらに、本発明ではデポジションガスを用
いていないから、エッチングチャンバ内壁にパーティク
ルが発生することがなく、その結果、簡単な工程でシリ
サイド膜及びポリシリコン膜を連続して同一のチャンバ
内でエッチングでき、スループットが向上するという利
点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエッチング装置の一実施例を示す
ブロック図である。
【図2】図1に示すエッチング装置によるエッチング制
御を説明するための信号図である。
【図3】WSi膜をCl系ガスでエッチングした際の
半導体ウェハ温度とマイクロローディング効果との関係
を示す図である。
【図4】本発明によるエッチング装置の他の実施例を示
すブロック図である。
【図5】図4に示すエッチング装置によるエッチング制
御を説明するための信号図である。
【符号の説明】
11 チャンバ 12 下部電極 13 高周波電源(RF電源) 14 RFマッチング装置 15 温度制御装置 16 クランプ板 17 クランプ駆動装置 18 被エッチング物(半導体ウェハ) 19 冷却用He圧力制御装置 20 モノクロメーター 21 終点検出装置 22 コンピュータ 23 静電吸着電源

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリサイド膜とポリシリコン膜との二層
    構造を有する半導体基板をドライエッチングするための
    方法であって、前記半導体基板が載置される電極を予め
    定められた温度に制御して前記半導体基板を前記電極に
    載置する第1の工程と、プラズマ放電を用いて前記シリ
    サイド膜をエッチングする第2の工程と、前記電極と前
    記半導体基板とを密着させるとともに前記電極に冷却ガ
    スを供給する第3の工程と、前記ポリシリコン膜をプラ
    ズマ放電を用いてエッチングする第4の工程とを有する
    ことを特徴とするエッチング方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されたエッチング方法に
    おいて、前記予め定められた温度は−30℃乃至0℃の
    間(−30℃及び0℃を含む)に設定されるようにした
    ことを特徴とするエッチング方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載されたエッチング
    方法において、前記冷却ガスとして希ガスが用いられる
    ことを特徴とするエッチング方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載されたエッチング方法に
    おいて、前記希ガスはヘリウムガスであることを特徴と
    するエッチング方法。
  5. 【請求項5】 シリサイド膜とポリシリコン膜との二層
    構造を有する半導体基板をドライエッチングする際に用
    いられるエッチング装置であって、気密チャンバ内に配
    置され前記半導体基板を支持する支持電極と、前記半導
    体基板を冷却する冷却手段と、該冷却手段を制御する制
    御手段とを有し、該制御手段は、プラズマ放電による前
    記シリサイド膜のエッチングが終了すると前記ポリシリ
    コン膜のエッチング前に前記冷却手段を制御して前記半
    導体基板を冷却するようにしたことを特徴とするエッチ
    ング装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載されたエッチング装置に
    おいて、さらに前記支持電極の温度を予め定められた温
    度に制御する温度制御手段を備えていることを特徴とす
    るエッチング装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載されたエッチング装置に
    おいて、前記予め設定された温度は−30℃乃至0℃の
    間(−30℃及び0℃を含む)の値であることを特徴と
    するエッチング装置。
  8. 【請求項8】 請求項6に記載されたエッチング装置に
    おいて、前記冷却手段は、前記支持電極と前記半導体基
    板とを密着させる密着手段と、前記支持電極表面に冷却
    ガスを与える冷却ガス供給手段とを備えていることを特
    徴とするエッチング装置。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載されたエッチング装置に
    おいて、前記密着手段は、前記半導体基板を前記支持電
    極に押圧するためのクランプ板と、該クランプ板を駆動
    する駆動装置とを有することを特徴とするエッチング装
    置。
  10. 【請求項10】 請求項8に記載されたエッチング装置
    において、前記密着手段は、前記支持電極に接続され該
    支持電極に静電吸着電圧を印加する静電吸着電源である
    ことを特徴とするエッチング装置。
  11. 【請求項11】 請求項8乃至10のいずれかに記載さ
    れたエッチング装置において、前記冷却ガスとして希ガ
    スが用いられることを特徴とするエッチング装置。
  12. 【請求項12】 請求項11に記載されたエッチング装
    置において、前記希ガスはヘリウムガスであることを特
    徴とするエッチング装置。
  13. 【請求項13】 請求項5乃至12のいずれかに記載さ
    れたエッチング装置において、前記制御手段は前記シリ
    サイド膜のエッチング終了を検出してエッチング終点信
    号を出力する検出手段と、該エッチング終点信号に応答
    して前記冷却手段を駆動制御する駆動制御手段とを有す
    ることを特徴とするエッチング装置。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載されたエッチング装
    置において、前記検出手段は発光スペクトルに応じて前
    記シリサイド膜のエッチング終了を検出するようにした
    ことを特徴とするエッチング装置。
  15. 【請求項15】 請求項13に記載されたエッチング装
    置において、前記検出手段は前記ポリシリコン膜のエッ
    チング終了をも検出し、前記駆動制御手段は前記ポリシ
    リコン膜のエッチングが終了すると前記冷却手段による
    冷却を停止するようにしたことを特徴とするエッチング
    装置。
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