KR101139815B1 - Electrode assembly with frequency feeding equally and plasma reactor having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극은 플라즈마 반응기 내부에 설치되고 플라즈마 방전을 위해 무선 주파수 전원을 공급받는 전극에 있어서, 상기 전극은 상기 무선 주파수 전원을 분산하여 공급받기 위한 복수 개의 전원 입력단을 포함하여 균일하게 무선 주파수 전원을 공급받는다. 본 발명의 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면 무선 주파수를 전극 전체에 걸쳐 균일하게 공급받을 수 있어 플라즈마 반응기 내부에 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 피처리 기판의 형태 및 크기에 따라 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 접지된 가스 공급부와 균일한 무선 주파수를 공급받은 전극을 이용하여 피처리 기판의 처리 효율을 높일 수 있다. 또한 캐패시터 또는 인덕터를 이용하여 전기장을 균일하게 형성하여 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다.The present invention relates to an electrode assembly having a uniform frequency supply structure and a plasma reactor having the same. In the electrode having a uniform frequency supply structure of the present invention is installed in the plasma reactor and supplied with a radio frequency power for plasma discharge, the electrode is a plurality of power input terminals for distributing the radio frequency power supplied Evenly supplied with radio frequency power. According to the electrode having a uniform frequency supply structure and the plasma reactor having the same according to the present invention, the radio frequency can be uniformly supplied throughout the electrode to uniformly generate a large area of plasma inside the plasma reactor. In addition, the plasma may be uniformly generated depending on the shape and size of the substrate to be processed. In addition, the processing efficiency of the substrate may be improved by using a grounded gas supply unit and an electrode supplied with a uniform radio frequency. In addition, by using a capacitor or an inductor to uniformly form an electric field can generate a plasma uniformly.
Description
본 발명은 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마 반응기 내부에 구비된 전극에 균일하게 무선 주파수를 공급하여 균일한 대면적 플라즈마를 형성하기 위한 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly having a uniform frequency supply structure and a plasma reactor having the same, specifically, to uniformly supply a radio frequency to an electrode provided inside the plasma reactor to form a uniform large area plasma. An electrode assembly having a frequency supply structure and a plasma reactor having the same.
플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 액정 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. Active gases are widely used in various fields and are used in various semiconductor manufacturing processes for manufacturing devices such as integrated circuit devices, liquid crystal displays, solar cells, etc., for example, etching, deposition, cleaning, and ashing. It is variously used for ashing.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 그러나 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 불균일하게 될 수 있으며 반응기 내부를 오염시킬 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 얻기가 어렵다.There are a number of plasma sources for generating plasma, and the representative examples are capacitive coupled plasma and inductive coupled plasma using radio frequency. Capacitively coupled plasma sources have the advantage of high process productivity compared to other plasma sources due to their high capacity for precise capacitive coupling and ion control. However, when the capacitively coupled electrode is enlarged in order to process an enlarged substrate, the electrode may be deformed or damaged by deterioration of the electrode. In this case, the electric field strength may be uneven, which may result in uneven plasma density and contaminate the inside of the reactor. In the case of an inductively coupled plasma source, it is also difficult to obtain a uniform plasma density when the area of the induction coil antenna is increased.
최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질의 개발되고 있는 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 더욱이 레이저를 이용한 다양한 반도체 제조 장치가 제공되고 있다. 레이저를 이용하는 반도체 제조 공정은 피처리 기판에 대한 증착, 식각, 어닐닝, 세정 등과 같은 다양한 공정에 넓게 적용되고 있다. 이와 같은 레이저를 이용한 반도체 제조 공정의 경우에도 상술한 문제점이 존재한다.In recent years, the semiconductor manufacturing industry has been further improved due to various factors such as ultra miniaturization of semiconductor devices, the enlargement of silicon wafer substrates or substrates to be processed such as glass or plastic substrates for manufacturing semiconductor circuits, and the development of new materials to be processed. Plasma treatment technology is required. In particular, there is a need for improved plasma sources and plasma processing techniques that have good processing capabilities for large area substrates. Furthermore, various semiconductor manufacturing apparatuses using lasers have been provided. Semiconductor manufacturing processes using lasers have been widely applied to various processes such as deposition, etching, annealing, cleaning, and the like on a substrate to be processed. In the case of a semiconductor manufacturing process using such a laser, the above-described problems exist.
피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다.The enlargement of the substrate to be processed causes the enlargement of the entire production equipment. Larger production facilities increase the overall plant area, resulting in increased production costs. Therefore, there is a need for a plasma reactor and a plasma processing system capable of minimizing the installation area. In particular, in the semiconductor manufacturing process, productivity per unit area is one of the important factors affecting the price of the final product.
본 발명의 목적은 균일한 무선 주파수 전원을 공급받은 전극에 의해 플라즈마 반응기 내부에 균일하고 대면적의 플라즈마를 형성하여 피처리 기판의 처리효율을 향상시킬 수 있는 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrode assembly having a uniform frequency supply structure capable of improving the processing efficiency of a substrate by forming a uniform and large-area plasma inside a plasma reactor by an electrode supplied with a uniform radio frequency power; It is to provide a plasma reactor having this.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리는 플라즈마 반응기 내부에 설치되고 플라즈마 방전을 위해 무선 주파수 전원을 공급받는 전극에 있어서, 상기 전극은 상기 무선 주파수 전원을 분산하여 공급받기 위한 복수 개의 전원 입력단을 포함하여 균일하게 무선 주파수 전원을 공급받는다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to an electrode having a uniform frequency supply structure and a plasma reactor having the same. Electrode assembly having a uniform frequency supply structure of the present invention is installed in the plasma reactor and the electrode supplied with radio frequency power for plasma discharge, the electrode is a plurality of power input terminals for receiving the radio frequency power distributed It is supplied with a radio frequency power uniformly.
일 실시예에 있어서, 상기 전극은 복수 개의 개구부; 상기 전극의 중심부에 위치하여 무선 주파수를 공급받는 중심 전원 입력단; 상기 전극의 주변부에 위치하여 무선 주파수를 공급받는 주변 전원 입력단;을 포함한다. In one embodiment, the electrode comprises a plurality of openings; A center power input terminal positioned at the center of the electrode to receive a radio frequency; And a peripheral power input terminal positioned at a periphery of the electrode to receive a radio frequency.
일 실시예에 있어서, 상기 중심 전원 입력단과 상기 주변 전원 입력단에는 캐패시터 또는 인덕터 중 어느 하나가 연결된다.In one embodiment, one of a capacitor or an inductor is connected to the center power input terminal and the peripheral power input terminal.
본 발명에 따른 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 반응기는 피처리 기판을 지지하는 기판 지지대가 구비되는 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체에 구비되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 기판 지지대 사이에 상기 기판 지지대에 대해 평행하게 설치되고 복수 개의 전원 입력단을 구비한 제2 전극을 포함한다. Plasma reactor having an electrode assembly having a uniform frequency supply structure according to the present invention comprises a reactor body having a substrate support for supporting a substrate to be processed; A first electrode provided in the reactor body; And a second electrode disposed between the first electrode and the substrate support in parallel with the substrate support and having a plurality of power input terminals.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 상기 복수 개의 전원 입력단으로 무선주파수 전원을 공급하기 위한 전원 공급원을 더 포함한다.In one embodiment, the plasma reactor further comprises a power supply source for supplying radio frequency power to the plurality of power input terminals.
일 실시예에 있어서, 상기 전원 입력단은 상기 제2 전극의 중심부에 위치하여 무선 주파수를 공급받는 중심 전원 입력단; 상기 제2 전극의 중심부를 제외한 주변부에 위치하여 무선 주파수를 공급받는 주변 전원 입력단;을 포함한다.In an embodiment, the power input terminal may include a central power input terminal positioned at a center of the second electrode and receiving a radio frequency; And a peripheral power input terminal positioned at a periphery except for the center of the second electrode to receive a radio frequency.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 반응기 몸체의 내부로 공정가스를 공급하는 가스 공급부로 접지된다.In one embodiment, the first electrode is grounded to a gas supply for supplying a process gas into the reactor body.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극은 상기 피처리 기판으로 공정가스가 공급될 수 있도록 복수 개의 개구부를 포함한다.In example embodiments, the second electrode may include a plurality of openings to supply process gas to the substrate.
일 실시예에 있어서, 상기 중심 전원 입력단과 상기 주변 전원 입력단에는 캐패시터 또는 인덕터 중 어느 하나가 연결된다.In one embodiment, one of a capacitor or an inductor is connected to the center power input terminal and the peripheral power input terminal.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 상기 제1 전극의 하부에 설치되어 상기 제2 전극과 방전을 발생시키는 제3 전극을 포함한다.In one embodiment, the plasma reactor includes a third electrode disposed below the first electrode to generate a discharge with the second electrode.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 상기 제2 전극 복수 개를 평면적으로 배치한 전극 어셈블리를 포함한다.In one embodiment, the plasma reactor includes an electrode assembly in which a plurality of the second electrodes are planarly disposed.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 상기 복수 개의 제2 전극에 상기 전원 공급원으로부터 제공되는 상기 무선 주파수 전원을 받아 전류의 균형을 조절하여 분배하는 전류 분배 회로를 포함한다.In one embodiment, the plasma reactor includes a current distribution circuit for receiving the radio frequency power provided from the power supply source to the plurality of second electrodes to adjust and distribute the current balance.
본 발명의 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면 무선 주파수를 전극 전체에 걸쳐 균일하게 공급받을 수 있어 플라즈마 반응기 내부에 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. According to the electrode having a uniform frequency supply structure and the plasma reactor having the same according to the present invention, the radio frequency can be uniformly supplied throughout the electrode to uniformly generate a large area of plasma inside the plasma reactor.
또한 피처리 기판의 형태 및 크기에 따라 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. In addition, the plasma may be uniformly generated depending on the shape and size of the substrate to be processed.
또한 접지된 가스 공급부와 균일한 무선 주파수를 공급받은 전극을 이용하여 피처리 기판의 처리 효율을 높일 수 있다.In addition, the processing efficiency of the substrate may be improved by using a grounded gas supply unit and an electrode supplied with a uniform radio frequency.
또한 캐패시터 또는 인덕터를 이용하여 전기장을 균일하게 형성하여 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다.In addition, by using a capacitor or an inductor to uniformly form an electric field can generate a plasma uniformly.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 2는 전극 어셈블리의 전극판에 연결된 급전라인을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전극 어셈블리에 가스 공급부가 더 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판을 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 6 및 도 7은 다양한 크기의 개구부가 구비된 전극판을 도시한 평면도이다.
도 8은 다양한 크기의 개구부를 갖는 전극판으로 구성된 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 9 및 도 10은 다른 실시예에 따른 전극판을 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 11 및 도 12는 다양한 크기의 개구부를 갖는 다른 실시예에 따른 전극판을 도시한 평면도이다.
도 13 내지 도 20은 다양한 형태의 개구부가 구비된 전극판을 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 21 및 도 22는 전극 어셈블리의 전극판에 전류를 균일하게 공급하기 위한 급전구조를 도시한 도면이다.
도 23은 전극 어셈블리와의 거리를 조절하여 가스 공급부를 설치한 상태를 도시한 단면도이다.
도 24 내지 도 29는 중심 전원 입력단과 주변 전원 입력단에 다양한 방식으로 인덕터 또는 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 30은 전극 어셈블리에 구성된 복수 개의 전극판이 전류 균형 분배 회로에 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 31 및 도 32는 복수 개의 전극판에 복수 개의 전원 공급원이 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 33은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a power supply line connected to an electrode plate of an electrode assembly.
3 is a perspective view illustrating a state in which a gas supply unit is further installed in the electrode assembly shown in FIG. 2.
4 and 5 are a perspective view and a plan view showing an electrode plate according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are plan views illustrating electrode plates having openings of various sizes.
8 is a plan view illustrating an electrode assembly including an electrode plate having openings of various sizes.
9 and 10 are a perspective view and a plan view showing an electrode plate according to another embodiment.
11 and 12 are plan views illustrating electrode plates according to other exemplary embodiments having openings having various sizes.
13 to 20 are a perspective view and a plan view showing an electrode plate having various types of openings.
21 and 22 illustrate a power supply structure for uniformly supplying current to an electrode plate of an electrode assembly.
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a state in which a gas supply unit is installed by adjusting a distance from an electrode assembly.
24 to 29 illustrate a state in which an inductor or a capacitor is connected to the center power input terminal and the peripheral power input terminal in various ways.
30 is a diagram illustrating a state in which a plurality of electrode plates configured in an electrode assembly is connected to a current balance distribution circuit.
31 and 32 are views illustrating a state in which a plurality of power sources are connected to a plurality of electrode plates.
33 is a sectional view showing a plasma reactor according to another embodiment of the present invention.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11), 제1 전극인 가스 공급부(20) 및 제2 전극인 전극 어셈블리(30)로 구성된다. 반응기 몸체(11)는 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)가 구비되고, 하부에 진공펌프(미도시)가 연결된다. 반응기 몸체(11)의 상부에는 가스 공급부(20)가 구성된다. 가스 공급부(20)는 가스 공급원(미도시)로부터 제공된 가스를 반응기 몸체(11)의 내부로 공급한다. 전극 어셈블리(30)는 기판 지지대(12)에 대하여 평행하도록 반응기 몸체(11)의 내부에 구비된다. 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(41)를 통하여 전극 어셈블리(30)로 공급되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 반응기(10)의 내부에 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.As shown in FIG. 1, the preferred
플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11)와 그 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 반응기 몸체(11)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 재작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(11)를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응기 몸체(11)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 재작될 수 있다. 반응기 몸체(11)의 구조는 피처리 기판(13)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다.The
피처리 기판(13)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다.The
가스 공급부(20)는 전극 어셈블리(30)의 상부에 접지되어 설치된다. 가스 공급부(20)는 가스 공급원(미도시)에 연결되어 가스 공급원(미도시)으로부터 공급받은 공정가스를 복수 개의 가스 분사구(23)를 통해 반응기 몸체(11) 내부로 공급한다. 가스 공급부(20)의 내부에는 공정가스의 균일한 분포를 위해 배플(22)이 구비된다.The
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 어셈블리의 전극판에 연결된 급전라인을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전극 어셈블리에 가스 공급부가 더 설치된 상태를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a power supply line connected to an electrode plate of an electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view illustrating a state in which a gas supply unit is further installed in the electrode assembly illustrated in FIG. 2.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반응기 몸체(11)의 내부에는 전극 어셈블리(30)가 구비된다. 전극 어셈블리(30)는 기판 지지대(12)에 대하여 평행하도록 반응기 몸체(11)의 내부에 설치된다. 본 발명에 따른 전극 어셈블리(30)는 복수 개의 전극판(32)이 평면적으로 결합된다. 처리하고자하는 피처리 기판(13)의 크기에 따라 전극판(32)의 갯수를 조절하여 전극 어셈블리(30)를 형성할 수 있다. 이때 전극 어셈블리(30)는 복수 개의 전극판(32) 사이를 전기적으로 절연시키는 절연 프레임(31)을 포함한다. 전극 어셈블리(30)는 피처리 기판(13)의 처리 효율을 높이기 위해 처리하고자하는 피처리 기판(13)의 형태에 따라 그 형태가 달라진다. 즉, 사각형의 글래스를 처리할 때는 사각 형태로 형성될 수 있고, 원형의 웨이퍼를 처리할 때는 원형으로 형성될 수 있다. As shown in FIGS. 1, 2 and 3, an
이하에서는 전극판(32)에 대하여 설명한다. 전극판(32)은 전극 어셈블리(30)와 마찬가지로 플라즈마 반응기(10)에서 제2 전극에 해당한다.Hereinafter, the
전극판(32)은 일정 간격으로 구비된 복수 개의 개구부(34)와 중심 전원 입력단(35) 및 주변 전원 입력단(36)이 구비된다. 전극 어셈블리(30)와 가스 공급부(20) 사이에서 형성된 플라즈마는 개구부(34)를 통해 피처리 기판(13)에 떨어져 피처리 기판(13)을 처리한다. 중심 전원 입력단(35)은 전극판(32)의 중심부에 위치한다. 주변 전원 입력단(36)은 전극판(32)의 모서리 부분에 각각 위치한다. 여기서, 주변 전원 입력단(36)의 갯수를 조절하여 전극판(32)에 제공되는 무선 주파수의 균일도를 조절할 수 있다. 전극판(32)은 피처리 기판(13)의 처리 효율을 높이기 위해 처리하고자하는 피처리 기판(13)의 형태에 따라 그 형태가 달라진다. 즉, 사각형의 글래스를 처리할 때는 사각 형태로 형성될 수 있고, 원형의 웨이퍼를 처리할 때는 원형으로 형성될 수 있다. The
중심 전원 입력단(35)과 복수 개의 주변 전원 입력단(36)은 전원 공급원(40)에 급전라인(37)으로 연결된다. 예를 들어, 4개의 전극판(32)이 결합되어 전극 어셈블리(30)를 형성한다. 하나의 급전 포인트를 갖는 제1 급전라인(37a)은 전원 공급원(40)으로부터 무선 주파수 전원을 공급받아 4개의 전극판(32)으로 공급할 수 있도록 제2 급전라인(37b)으로 분기된다. 4개의 제2 급전라인(37b)은 다시 각 전극판(32)에 구성된 중심 전원 입력단(35)과 주변 전원 입력단(36)에 연결되는 제3 급전라인(37c)으로 분기된다. 즉, 하나의 급전라인(37)은 주파수 전원을 공급하기 위한 전극판(32)의 갯수 만큼 트리 구조로 분기된다. 여기서 급전라인(37)은 가스 공급부(20)와 접해지는 부분에서 전기적 절연 구조를 갖는다. The center
다시 도 1을 참조하면, 반응기 몸체(11)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 기판 지지대(12)가 구비된다. 기판 지지대(12)는 바이어스 전원 공급원(45)에 연결되어 바이어스된다. 기판 지지대(12)와 바이어스 전원 공급원(45) 사이에는 임피던스 정합기(49)가 연결된다. 기판 지지대(12)는 정전척을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(12)는 히터를 포함할 수 있다. 또한 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)는 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(45)이 임피던스 정합기(49)를 통하여 전기적으로 연결되어 바이어스 될 수 있다. 기판 지지대(12)의 이중 바이어스 구조는 플라즈마 반응기(10)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 지지대(12)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다.Referring back to FIG. 1, the
전극 어셈블리(30)에 구비된 전극판(32)은 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원을 임피던스 정합기(41)를 통하여 공급받아 구동되어 반응기 몸체(11)의 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 전원 공급원(40)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 또한 전극판(32)은 복수 개의 전원 공급원(40a, 40b)에 연결될 수도 있다. 이때 각 전원 공급원(40a, 40b)은 동일한 무선 주파수를 공급할 수도 있고, 서로 다른 무선 주파수를 공급할 수도 있다. The
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판을 도시한 사시도 및 평면도이고, 도 6 및 도 7은 다양한 크기의 개구부가 구비된 전극판을 도시한 평면도이다. 4 and 5 are a perspective view and a plan view showing an electrode plate according to an embodiment of the present invention, Figures 6 and 7 is a plan view showing an electrode plate having openings of various sizes.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전극판(32)은 사각형의 개구부(34)가 행렬 형태로 배열된 메쉬 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 도면에는 도시하지 않았으나 원형이나 다각형으로 개구부(34)를 다양하게 형성할 수 있다. 또한 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 개구부(34)의 크기를 다양하게 형성할 수도 있다. 본 발명의 일실시예에서는 개구부(34)의 크기를 전극판(32)의 외측에서 내측으로 갈수록 점점 작아지도록 형성할 수 있고, 전극판(32)의 외측에서 내측으로 갈수록 점점 커지도록 형성할 수도 있다. 이렇듯 개구부(34)의 크기를 다르게 형성함으로써 개구부(34)를 통과하는 플라즈마의 양을 조절할 수 있어 피처리 기판(13)의 중심영역과 주변영역의 처리 효율을 조절할 수 있다.
As shown in FIGS. 4 and 5, the
도 8은 다양한 크기의 개구부를 갖는 전극판으로 구성된 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.8 is a plan view illustrating an electrode assembly including an electrode plate having openings of various sizes.
도 8에 도시된 바와 같이, 개구부(34)의 크기가 서로 다른 복수 개의 전극판(32)으로 전극 어셈블리(30)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 전극 어셈블리(30)의 외측에 설치되는 전극판(32)의 개구부(34)는 내측에 설치되는 전극판(32)의 개구부(34)에 비해 크기가 더 작게 형성된다. 즉, 전극 어셈블리(30)는 외측에서 내측으로 갈수록 점점 개구부(34)의 크기가 커지기 때문에 피처리 기판(13)의 중심영역과 주변영역 처리 효율을 다르게 조절할 수 있다. 전극 어셈블리(30)의 외측에서 내측으로 갈수록 점점 개구부(34)의 크기가 커지도록 복수 개의 전극판(32)들을 설치한다.As illustrated in FIG. 8, the
도 9 및 도 10은 다른 실시예에 따른 전극판을 도시한 사시도 및 평면도이고, 도 11 및 도 12는 다양한 크기의 개구부를 갖는 다른 실시예에 따른 전극판을 도시한 평면도이다. 9 and 10 are a perspective view and a plan view showing an electrode plate according to another embodiment, and FIGS. 11 and 12 are plan views showing an electrode plate according to another embodiment having openings of various sizes.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 슬릿 형태로 구비된 복수 개의 개구부(34)가 동심을 갖는 사각형태로 전극판(32)에 형성될 수 있다. 본 발명에서는 사각 형상의 전극판(32)을 대각선으로 분리하고, 분리된 각 영역에 슬릿 형태의 개구부(34)가 동심 사각형태로 형성된다. 또한 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 개구부(34)의 크기를 다양하게 형성할 수도 있다. 본 발명의 일실시예에서는 개구부(34)의 크기를 전극판(32)의 외측에서 내측으로 갈수록 점점 커지도록 형성할 수 있고, 전극판(32)의 외측에서 내측으로 갈수록 점점 작아지도록 형성할 수도 있다. 이렇듯 개구부(34)의 크기를 다르게 형성함으로써 개구부(34)를 통과하는 플라즈마의 양을 조절할 수 있어 피처리 기판(13)의 중심영역과 주변영역의 처리 효율을 조절할 수 있다.9 and 10, a plurality of
도 13 내지 도 20은, 다양한 형태의 개구부가 구비된 전극판을 도시한 사시도 및 평면도이다.13 to 20 are a perspective view and a plan view illustrating an electrode plate provided with various types of openings.
도 13 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 전극판(32)은 다양한 형태의 개구부(34)가 복수개 구비된다. 전극판(32)은 개구부(34)가 동심 원 형태로 배열될 수도 있다. 또한 슬릿 형태의 개구부(34)가 병렬로 배열되거나 방사형태로 배열되어 전극판(32)을 형성할 수도 있다. 여기서도 상기에 설명된 바와 같이, 개구부(34)의 크기를 다르게 할 수도 있다. 13 to 20, the
전극 어셈블리(30)에 구비되는 전극판(32)은 상기에 설명된 바와 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 다양한 형상 및 크기의 개구부(34)는 플라즈마가 효율적으로 생성될 수 있도록 한다.The
도 21 및 도 22는 전극 어셈블리의 전극판에 전류를 균일하게 공급하기 위한 급전구조를 도시한 도면이다. 21 and 22 illustrate a power supply structure for uniformly supplying current to an electrode plate of an electrode assembly.
도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 전극 어셈블리(30)에 구비된 복수 개의 전극판(32)은 분기된 급전라인에 의해 무선 주파수가 공급된다. 전원 공급원(40)으로부터 발생된 주파수 전원은 임피던스 정합기(41)를 통하여 복수 개의 전극판(32)에 제공된다. 이때 전극판(32)으로 공급되는 주파수 전원은 전류 균형 회로(미도시)를 통해 균일하게 공급될 수 있다. 또한 도면에 도시된 바와 같이, 전류 균형회로가 아닌 급전라인을 병렬로 인접하게 설치하여 전류를 균일하게 공급할 수도 있다. 예를 들어, 제1 노드(60a)(N001)에 전원 공급원(40)이 연결된다. 제1 노드(60a)(N001)는 제1 급전라인(62)에 연결되고, 제1 급전라인(62)은 제2 노드(62a)에서 두 개의 제2 급전라인(64)으로 분기된다. 다시 하나의 제2 급전라인(64)은 제3 노드(64a)(N010)에서 두 개의 제3 급전라인(66)으로 분기되고, 나머지 제2 급전라인(64)은 제4 노드(64b)(N020)에서 두 개의 제4 급전라인(68)으로 분기된다. 여기서, 제1노드(60a)는 전원 공급원(40)으로부터 무선 주파수가 공급되고, 나머지 각 노드(62a, 64a, 64b)는 무선 주파수가 입력되는 가상의 급전 포인트가 된다. 이러한 방식으로 급전라인은 말단에 16개의 급전 포인트(N111, N112, N121, N122, N211, N212, N221, N222, N411, N412, N421, N422, N311, N312, N321, N322)가 형성되도록 분기된다. 말단의 급전 포인트는 각각 전극판(32)의 중심 전원 입력단(35)과 주변 전원 입력단(37)으로 연결된다. 다시 말해, 하나의 제1 급전라인(62)이 하나의 노드에서 두 개의 급전라인(60)으로 분기된다. 분기된 급전라인(60)은 전극판(32)에 연결되거나 다시 하나의 노드에서 두 개의 급전라인(60)으로 분기되는 과정을 반복하여 전극판(32)에 연결된다. 여기서, 분기된 급전라인(60)은 병렬로 인접하게 설치되어 각각의 급전라인에 흐르는 전류의 상호 작용에 의해 각 급전라인에 균일하게 공급된다. 그러므로, 병렬로 인접하게 설치된 급전라인에 의해 각 전극판(32)에 연결되는 급전포인트(N111, N112, N121, N122, N211, N212, N221, N222, N411, N412, N421, N422, N311, N312, N321, N322)에서는 동일한 전류량이 보장된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 두 개의 급전라인(60)을 병렬로 인접하게 설치하여 각 급전라인으로 전류를 균형적으로 공급한다. 여기서, 분기된 급전라인에는 전류 균형 회로를 통해 무선 주파수를 공급할 수도 있다. 급전라인은 무선 주파수 전원을 제공할 수 있는 재질이면 되고, 동축 케이블로도 형성할 수 있다. As shown in FIGS. 21 and 22, the plurality of
또한 인접하게 병렬로 설치된 급전라인(60)이 내부에 포함되도록 마그네틱 코어(미도시)를 설치하여 마그네틱 코어에 의해 자기장을 공유하면서 전류가 균형있게 흐를 수 있도록 한다. 또한 마그네틱 코어에 급전라인(60)을 권선하여 전류를 균형적으로 공급할 수도 있다. 또한 각 전극판(32)과 전원 공급원(40) 사이에는 누설 전류의 보상을 위한 캐패시터(미도시)가 연결될 수 있다. In addition, by installing a magnetic core (not shown) so that the
도 23은 전극 어셈블리와의 거리를 조절하여 가스 공급부를 설치한 상태를 도시한 단면도이다.FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a state in which a gas supply unit is installed by adjusting a distance from an electrode assembly.
도 23에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(20)는 전극 어셈블리(30)에 대한 높이를 조절하여 설치할 수 있다. 전극 어셈블리(30)에 대한 가스 공급부(20)의 높이(h1, h2)는 전극판(32)과 가스 공급부(20) 사이의 방전에 영향을 주기 때문에 높이(h1, h2)를 높거나 낮게 조절하여 플라즈마를 유도할 수 있다.As shown in FIG. 23, the
도 24 내지 도 29는 중심 전원 입력단과 주변 전원 입력단에 다양한 방식으로 인덕터 또는 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 도면이다.24 to 29 illustrate a state in which an inductor or a capacitor is connected to the center power input terminal and the peripheral power input terminal in various ways.
도 24 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 전극판(32)의 중심 전원 입력단(35)과 주변 전원 입력단(36)은 각각 캐패시터(63) 또는 인덕터(65)가 연결된 급전라인(37)을 통하여 무선 주파수를 공급받는다. 이때 캐패시터(63)와 인덕터(65)는 동일한 입력단에 함께 설치될 수도 있다. 캐패시터(63)와 인덕터(65)는 필터 역할을 하며 무선 주파수 전원에 전기적 영향을 끼치게 된다. 전원 공급원(40)으로부터 공급되는 무선 주파수는 캐패시터(63) 및 인덕터(65)에 의해 전기적으로 영향을 받게 된다. 이로 인해 전극판(32)에 유도되는 전기장의 세기가 균일해지고 반응기 몸체 내부로 균일한 플라즈마가 유도된다. 도면에 도시된 바와 같이, 중심 전원 입력단(35) 또는 주변 전원 입력단(36) 중 어느 하나에만 캐패시터(63) 또는 인덕터(65)를 연결할 수 있다. 물론 중심 전원 입력단(35)과 주변 전원 입력단(36)(4개의 주변 전원 입력단(36)) 모두에 캐패시터(63) 또는 인덕터(65)를 연결할 수 있다. 여기서, 캐패시터(63)와 인덕터(65)는 무선 주파수 전원이 제공되는 급전라인(37)과 별개로 중심 전원 입력단(35) 또는 주변 전원 입력단(36)에 연결될 수 있다.
As shown in FIGS. 24 to 29, the center
도 30은 전극 어셈블리에 구성된 복수 개의 전극판이 전류 균형 분배 회로에 연결된 상태를 도시한 도면이다. 30 is a diagram illustrating a state in which a plurality of electrode plates configured in an electrode assembly is connected to a current balance distribution circuit.
도 30에 도시된 바와 같이, 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(41)와 전류 균형 분배 회로(50)를 통해 전극 어셈블리(30)에 구성된 복수 개의 전극판(32)으로 공급된다. 즉, 전류 균형 분배 회로(50)를 통해 복수 개의 전극판(32)으로 공급되는 전류는 자동적으로 상호 균형을 이루게 된다. As shown in FIG. 30, the radio frequency power generated from the
도 31 및 도 32는 복수 개의 전극판에 복수 개의 전원 공급원이 연결된 상태를 도시한 도면이다. 31 and 32 are views illustrating a state in which a plurality of power sources are connected to a plurality of electrode plates.
도 31에 도시된 바와 같이. 복수 개의 전극판(32)을 하나의 그룹으로 형성하고, 각 그룹별로 전원 공급원(40)과 임피던스 정합기(41)를 설치할 수 있다. 이때 각 그룹별로 연결된 전원 공급원(40)은 동일한 주파수를 제공하거나 서로 다른 주파수를 제공할 수 있다. 또한 도 32에 도시된 바와 같이, 복수 개의 전극판(32) 각각에 별도로 전원 공급원(40)을 연결하여 무선 주파수 전원을 공급할 수도 있다. 전극판(32)을 그룹별로 분리하거나 각각의 전극판(32)에 별도로 전원 공급원(40)을 연결함으로써 분리된 전원 공급원(40)을 쉽게 교체할 수 있어 유지 보수가 용이하다.
As shown in FIG. The plurality of
도 33은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.33 is a sectional view showing a plasma reactor according to another embodiment of the present invention.
도 33에 도시된 바와 같이, 제3 전극판(70)을 더 구비하여 플라즈마 반응기(10a)를 형성한다. 제3 전극판(70)은 제1 전극인 가스 공급부(20)의 하부에 설치된다. 제3 전극판(70)은 전극 어셈블리(30)와는 별도로 두 개의 전원 공급원(75)에 연결되고 임피던스 정합기(77)를 통해 임피던스된 무선 주파수 전원을 공급받는다. 전극 어셈블리(30)와 제2 전극판(70) 사이에서 방전이 발생하여 플라즈마 반응기(10a) 내부에 균일한 대면적의 플라즈마를 형성한다. As shown in FIG. 33, the
10, 10a: 플라즈마 반응기 11: 반응기 몸체
12: 기판 지지대 13: 피처리 기판
20: 가스 공급부 22: 배플
30: 전극 어셈블리 32: 전극판
34: 개구부 35: 중심 전원 입력단
36: 주변 전원 입력단 37: 급전라인
37a: 제1 급전라인 37b: 제2 급전라인
37c: 제3 급전라인 40, 40a, 40b: 전원 공급원
41, 49: 임피던스 정합기 45: 바이어스 전원 공급원
50: 전류 균형 분배 회로 60: 급전라인
60a, 62a, 64a, 64b: 제1, 2, 3, 4노드
62, 64, 66, 68: 제1, 2, 3, 4 급전라인 63: 캐패시터
65: 인덕터 70: 제3 전극판
75: 전원 공급원 77: 임피던스 정합기10, 10a: plasma reactor 11: reactor body
12: substrate support 13: substrate to be processed
20: gas supply part 22: baffle
30: electrode assembly 32: electrode plate
34: opening 35: center power input terminal
36: peripheral power input stage 37: feed line
37a:
37c:
41, 49: impedance matcher 45: bias power supply
50: current balance distribution circuit 60: feed line
60a, 62a, 64a, 64b: first, two, three, four nodes
62, 64, 66, 68: 1st, 2nd, 3rd, 4th feeding line 63: Capacitor
65: inductor 70: third electrode plate
75: power source 77: impedance matcher
Claims (12)
상기 기판 지지대에 평행하게 평면적으로 설치되며 복수개의 개구부와 복수개의 전원 입력단을 갖는 복수개의 전극판;
상기 복수개의 전극판 사이에 설치되는 절연 프레임; 및
상기 복수개의 전극판에 각기 구비된 복수개의 전원 입력단으로 분기구조를 갖고 주파수 전원을 분배하여 공급하는 급전 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리.In the electrode assembly which is provided inside the plasma reactor having a substrate support for supporting the substrate to be processed to receive radio frequency power to generate a plasma discharge,
A plurality of electrode plates installed in a plane parallel to the substrate support and having a plurality of openings and a plurality of power input terminals;
An insulating frame provided between the plurality of electrode plates; And
Electrode assembly having a uniform frequency supply structure, characterized in that it comprises a feed line for distributing and supplying frequency power to a plurality of power input terminals respectively provided in the plurality of electrode plates.
상기 전극판의 복수개의 전원 입력단은
상기 전극판의 중심부에 위치하여 무선 주파수 전원을 공급받는 중심 전원 입력단과
상기 전극판의 주변부에 위치하여 무선 주파수 전원을 공급받는 주변 전원 입력단을 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리.The method of claim 1,
The plurality of power input terminals of the electrode plate
Located in the center of the electrode plate and the center power input terminal for receiving radio frequency power and
An electrode assembly having a uniform frequency supply structure, characterized in that it comprises a peripheral power input terminal is located in the periphery of the electrode plate to receive a radio frequency power.
상기 급전 라인은
복수개의 분기 노드와 상기 분기 노드에서 분기 되는 두 개의 급전라인을 포함하되,
분기 되는 두 개의 급전 라인은 인접하여 병렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 균일한 주파수 공급구조를 갖는 전극 어셈블리.The method of claim 1,
The feed line is
It includes a plurality of branch nodes and two feed lines branched from the branch node,
2. The electrode assembly having a uniform frequency supply structure, wherein two feed lines which are branched are installed adjacent to each other in parallel.
상기 반응기 몸체의 천정을 구성하며 전기적으로 접지된 가스 공급부;
상기 가스 공급부와 상기 기판 지지대 사이에서 상기 기판 지지대에 평행하게 평면적으로 설치되며 복수개의 개구부와 복수개의 전원 입력단을 갖는 복수개의 전극판, 상기 복수개의 전극판 사이에 설치되는 절연 프레임, 및 상기 가스 공급부를 관통하여 상기 복수개의 전극판에 각기 구비된 복수개의 전원 입력단으로 분기구조를 갖고 주파수 전원을 분배하여 공급하는 급전 라인을 갖는 전극 어셈블리; 및
상기 급전 라인을 통하여 상기 복수개의 전극판으로 무선 주파수를 공급하는 제1 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 플라즈마 반응기.A reactor body having a substrate support for supporting a substrate to be processed;
An electrically grounded gas supply unit constituting a ceiling of the reactor body;
A plurality of electrode plates installed in a plane parallel to the substrate support between the gas supply unit and the substrate support and having a plurality of openings and a plurality of power input terminals, an insulating frame provided between the plurality of electrode plates, and the gas supply An electrode assembly having a feeding line penetrating through a portion and having a branch structure to a plurality of power input terminals respectively provided on the plurality of electrode plates to distribute and supply frequency power; And
And a first power supply source for supplying a radio frequency to the plurality of electrode plates through the feed line.
상기 전극판의 복수개의 전원 입력단은
상기 전극판의 중심부에 위치하여 무선 주파수 전원을 공급받는 중심 전원 입력단과
상기 전극판의 주변부에 위치하여 무선 주파수 전원을 공급받는 주변 전원 입력단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The method of claim 4, wherein
The plurality of power input terminals of the electrode plate
Located in the center of the electrode plate and the center power input terminal for receiving radio frequency power and
Plasma reactor characterized in that it comprises a peripheral power input terminal is located in the periphery of the electrode plate to receive radio frequency power.
상기 가스 공급부의 하부에 설치되는 전극판과
상기 전극판으로 무선 주파수 전원을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The method of claim 4, wherein
An electrode plate installed under the gas supply unit;
And a second power supply for supplying radio frequency power to the electrode plate.
상기 급전 라인은
복수개의 분기 노드와 상기 분기 노드에서 분기 되는 두 개의 급전라인을 포함하되,
분기 되는 두 개의 급전 라인은 인접하여 병렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The method of claim 4, wherein
The feed line is
It includes a plurality of branch nodes and two feed lines branched from the branch node,
Two feed line is branched plasma reactor, characterized in that installed in parallel.
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KR20090091332A (en) * | 2007-01-15 | 2009-08-27 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus, plasma processing method and storage medium |
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