TWI453849B - Shower head and substrate processing device - Google Patents
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Description
本發明是有關使用於基板的電漿處理等之淋浴頭及基板處理裝置。
以往,例如在半導體裝置的製造工程中,處理半導體晶圓或液晶顯示裝置用的玻璃基板等的基板之處理裝置,為使用一面從設成與基板對向的淋浴頭淋浴狀地供給氣體,一面進行基板的處理之基板處理裝置。
例如,在處理腔室内使處理氣體的電漿發生,藉由此電漿來進行配置於處理腔室内的基板的電漿處理、例如蝕刻處理或成膜處理之電漿處理裝置中,上述淋浴頭是構成與載置基板的載置台呈對向的對向電極,從淋浴頭淋浴狀地供給預定的處理氣體,且從載置台(基板)的周圍往處理腔室的下方排氣,隨同,在淋浴頭與載置台之間施加高頻電力而使處理氣體的電漿發生的構成為人所知。
並且,構成可從淋浴頭的周圍朝處理腔室的上方進行排氣之電漿處理裝置亦為人所知(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]特許第2662365號公報
上述以往的技術是形成從載置台(基板)的周圍往處理腔室的下方排氣,或從淋浴頭的周圍朝處理腔室的上方排氣之構成。因此,從淋浴頭供給的氣體會形成從基板的中央部流向周邊部的氣流,在基板的中央部與周邊部處理的狀態會容易產生差異,會有處理的面内均一性降低之課題。又,由於必須在載置台(基板)的周圍或淋浴頭的周圍設置排氣流路,因此處理腔室是形成比收容於内部的基板更相當大型,也會有難以謀求裝置全體的小型化之課題。更因為是調整排氣系的閥的開度來控制處理空間内的壓力,所以也會有反應變慢,或難微調的課題。
本發明是因應於上述以往的情事而研發者,其目的是在於提供一種相較於以往可謀求處理的均一性的提升,且可謀求裝置的小型化,更可迅速且正確地調整處理空間内的壓力之淋浴頭及基板處理裝置。
申請專利範圍第1項所記載的淋浴頭,係於内部處理基板的處理腔室中,以能夠和用以載置上述基板的載置台呈對向的方式設置,用以朝上述基板淋浴狀地供給氣體之淋浴頭,其特徵為:由使複數的板狀構件積層的積層體所構成,具備:第1氣體供給機構,其由設於上述積層體内的第1氣體供給路來朝上述基板淋浴狀地供給第1氣體;第2氣體供給機構,其係由設於上述積層體内的第2氣體供給路來淋浴狀地供給第2氣體;及多數的排氣孔,其係貫通上述積層體設置,用以從上述載置台的對向部分排氣。
申請專利範圍第2項所記載的淋浴頭,係如申請專利範圍第1項所記載的淋浴頭,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝和上述基板側相反的側供給上述第2氣體的方式構成。
申請專利範圍第3項所記載的淋浴頭,係如申請專利範圍第1項所記載的淋浴頭,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝上述基板供給上述第2氣體的方式構成。
申請專利範圍第4項所記載的淋浴頭,係如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載的淋浴頭,其中,具備從設於上述積層體内的第3氣體供給路淋浴狀地供給第3氣體之第3氣體供給機構。
申請專利範圍第5項所記載的淋浴頭,係如申請專利範圍第4項所記載的淋浴頭,其中,具備從設於上述積層體内的第4氣體供給路淋浴狀地供給第4氣體之第4氣體供給機構。
申請專利範圍第6項所記載的淋浴頭,係如申請專利範圍第1~5項中任一項所記載的淋浴頭,其中,形成與上述載置台對向的對向電極。
申請專利範圍第7項所記載的基板處理裝置,係具有:處理腔室,其係於内部處理基板;載置台,其係設於上述處理腔室内,用以載置上述基板;及淋浴頭,其係設成與上述載置台對向,朝上述基板淋浴狀地供給氣體,其特徵為:上述淋浴頭係由使複數的板狀構件積層的積層體所構成,具備:第1氣體供給機構,其由設於上述積層體内的第1氣體供給路來朝上述基板淋浴狀地供給第1氣體;第2氣體供給機構,其係由設於上述積層體内的第2氣體供給路來淋浴狀地供給第2氣體;及多數的排氣孔,其係貫通上述積層體設置,用以從上述載置台的對向部分排氣。
申請專利範圍第8項所記載的基板處理裝置,係如申請專利範圍第7項所記載的基板處理裝置,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝和上述基板側相反的側供給上述第2氣體的方式構成。
申請專利範圍第9項所記載的基板處理裝置,係如申請專利範圍第7項所記載的基板處理裝置,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝上述基板供給上述第2氣體的方式構成。
申請專利範圍第10項所記載的基板處理裝置,係如申請專利範圍第7~9項中任一項所記載的基板處理裝置,其中,具備從設於上述積層體内的第3氣體供給路淋浴狀地供給第3氣體之第3氣體供給機構。
申請專利範圍第11項所記載的基板處理裝置,係如申請專利範圍第10項所記載的基板處理裝置,其中,具備從設於上述積層體內的第4氣體供給路淋浴狀地供給第4氣體之第4氣體供給機構。
申請專利範圍第12項所記載的基板處理裝置,係如申請專利範圍第7~11項中任一項所記載的基板處理裝置,其中,上述淋浴頭係形成與上述載置台對向的對向電極。
申請專利範圍第13項所記載的基板處理裝置,係如申請專利範圍第12項所記載的基板處理裝置,其中,在上述淋浴頭與上述載置台之間施加高頻電力而使電漿產生,藉由該電漿來進行上述基板的處理。
申請專利範圍第14項所記載的基板處理裝置,係如申請專利範圍第13項所記載的基板處理裝置,其中,上述基板的處理為蝕刻處理。
若根據本發明,則相較於以往,可提供一種能夠謀求處理的均一性的提升,且可謀求裝置的小型化,更可迅速且正確地調整處理空間内的壓力之淋浴頭及基板處理裝置。
以下,參照圖面來說明有關本發明的實施形態。圖1是表示本實施形態的淋浴頭的構成。
淋浴頭100是由積層體10所構成,該積層體10是使下側構件1、及配置於此下側構件的上側之中間構件2、及配置於此中間構件2的上側之上側構件3等,3片的板狀構件積層。此板狀構件是例如由在表面施以陽極氧化處理的鋁等所構成。
上述積層體10中,在下側構件1形成有多數的第1氣體吐出孔11,在下側構件1與中間構件2之間形成有連通至該等的第1氣體吐出孔11的第1氣體流路12。並且,此第1氣體流路12是貫通中間構件2與上側構件3,且與在上側構件3的上面開口的第1氣體導入部13連通。該等的第1氣體吐出孔11等是如圖1中箭號所示,構成朝基板(圖中下側)淋浴狀供給第1氣體的第1氣體供給機構。
另一方面,在上側構件3形成有多數的第2氣體吐出孔21,在上側構件3與中間構件2之間形成有連通至該等的第2氣體吐出孔21的第2氣體流路22。又,此第2氣體流路22是貫通上側構件3,與在上側構件3的上面開口的第2氣體導入部23連通。該等的第2氣體吐出孔21等是如圖1中箭號所示,構成朝與基板相反的側(圖中上側)供給第2氣體的第2氣體供給機構。
並且,在上述積層體10中,貫通此積層體10,亦即下側構件1、中間構件2及上側構件3而形成有多數的排氣孔31。該等的排氣孔31是如圖1中箭號所示,構成進行排氣的排氣機構,而使能夠從基板側(圖中下側)朝與基板相反的側(圖中上側)形成氣流。該等的排氣孔31是直徑例如為3mm程度,在處理10吋徑的半導體晶圓時,設置700~1000個程度。
圖3是由上方來看上述淋浴頭100的外觀構成者,在本實施形態,淋浴頭100的外形是配合被處理基板的半導體晶圓的外形而構成圓板狀,第2氣體吐出孔21及排氣孔31是在圓形的區域形成多數。另外,由下方來看淋浴頭100時,與圖3同様,第1氣體吐出孔11及排氣孔31是在圓形的區域形成多數的狀態。當液晶顯示裝置用的玻璃基板為被處理基板時,淋浴頭100的外形是配合液晶顯示裝置用的玻璃基板的外形而成為四角形狀。
圖2是表示作為具備上述淋浴頭100的基板處理裝置之電漿蝕刻裝置200的構成。此電漿蝕刻裝置200是電極板為上下平行對向,成為連接電漿形成用電源的電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置。
電漿蝕刻裝置200是具有形成圓筒形狀的處理腔室(處理容器)201,其係例如表面被陽極氧化處理,由鋁等所構成,此處理腔室201是被接地。在處理腔室201内的底部是隔著陶瓷等的絕緣板202而設有大致圓柱狀的基座支持台203。更在此基座支持台203的上面設有基座(載置台)204,其係載置作為被處理基板的半導體晶圓,且構成下部電極。在此基座204連接未圖示的高頻電源等的高頻電力施加裝置。
在基座204的上側設有用以在其上静電吸附半導體晶圓的静電吸盤205。静電吸盤205是在絕緣材之間配置電極而構成者,藉由對此電極施加直流電壓,利用庫倫力來靜電吸附半導體晶圓。
在基座204設有未圖示的冷卻機構,可將被吸附於静電吸盤205上的半導體晶圓予以調溫至預定的温度。並且,在處理腔室201的側壁部設有用以將半導體晶圓搬入、搬出於處理腔室201内的開口206,在此是設有用以氣密地閉塞開口206的開閉機構(閘閥)(未圖示)。
基座204的上方,以能夠和基座204隔著預定間隔而對向的方式,配置有圖1所示的淋浴頭100。然後,形成淋浴頭100為上部電極,基座204為下部電極之一對的對向電極。
淋浴頭100的第1氣體導入部13是連接至設於處理腔室201的第1氣體供給部211,淋浴頭100的第2氣體導入部23是連接至設於處理腔室201的第2氣體供給部212。在第1氣體供給部211是從未圖示的氣體供給機構供給預定的處理氣體(蝕刻氣體)。並且,在第2氣體供給部212是從未圖示的氣體供給機構供給氮氣或氬氣等的壓力調整用氣體。
並且,在淋浴頭100的上部設有朝上方縮徑的喇叭狀的排氣部220,在此排氣部220是經由開閉控制閥及開閉機構223來連接渦輪分子泵等的真空泵222。又,此真空泵222是連接至未圖示的排氣系。另外,過濾器機構221是對處理腔室201的處理空間(淋浴頭100與基座204之間的空間)朝上方排氣,因此在處理腔室201的處理空間內發生的粒子等是一旦被導入排氣部220内後,用以防止逆流至處理腔室201的處理空間内,且防止粒子等侵入真空泵222内。
藉由上述構成的電漿蝕刻裝置200來進行半導體晶圓的電漿蝕刻時,首先,半導體晶圓是從開口206往處理腔室201内搬入,載置於静電吸盤205上。然後,半導體晶圓會被静電吸附於静電吸盤205上。其次,開口206會被關閉,藉由真空泵222等來將處理腔室201内抽真空至預定的真空度。
然後,預定流量的預定處理氣體(蝕刻氣體)會從第1氣體供給部211供給至淋浴頭100的第1氣體導入部13,此處理氣體是經由淋浴頭100的第1氣體流路12來從第1氣體吐出孔11淋浴狀地供給至基座204上的半導體晶圓。
另一方面,氮氣或氬氣等的壓力調整用氣體會從第2氣體供給部212供給至淋浴頭100的第2氣體導入部23,此壓力調整用氣體是經由淋浴頭100的第2氣體流路22來從第2氣體吐出孔21供給至與基座204上的半導體晶圓相反的側、亦即排氣部220内。此壓力調整用氣體是用以調整處理腔室201之配置有半導體晶圓的處理空間内的壓力者,若使該壓力調整用氣體的流量増加,則處理空間内的壓力會増加,若使壓力調整用氣體的流量減少,則處理空間内的壓力會減少。如此的壓力調整是可藉由壓力調整用氣體的氣體流量的調整來迅速且精度佳地進行,微調整也可容易地進行。並且,此時壓力調整用氣體是在配置有半導體晶圓的處理空間内不供給,而是供給至淋浴頭100的背面側的排氣部220内,因此相較於在處理空間内供給壓力調整用氣體的氣體時,可迴避處理空間内的處理氣體被稀釋而改變其濃度。
然後,處理腔室201内的壓力被維持於預定的壓力後,對基座204施加預定頻率例如13.56MHz的高頻電力。藉此,在作為上部電極的淋浴頭100與作為下部電極的基座204之間產生高頻電場,解離蝕刻氣體而電漿化。藉由此電漿來對半導體晶圓進行預定的蝕刻處理。在此蝕刻處理中,從淋浴頭100的第1氣體吐出孔11淋浴狀地供給的處理氣體是從分散於淋浴頭100而多數形成的排氣孔31排氣,因此不會像以往那樣形成有從半導體晶圓的中央部往周邊部那樣的氣流。因此,可使供給至半導體晶圓的處理氣體更均一化,可對半導體晶圓的各部實施均一的蝕刻處理。亦即,可使處理的面内均一性提升。
然後,一旦預定的電漿蝕刻處理終了,則高頻電力的施加及處理氣體的施加會被停止,以和上述的程序相反的程序,將半導體晶圓從處理腔室201内搬出。
如上述般,若根據本實施形態的電漿蝕刻裝置200,則可使供給至半導體晶圓的處理氣體更均一化,可對半導體晶圓的各部實施均一的蝕刻處理。
又,由於上述的電漿蝕刻裝置200是由設於淋浴頭100的排氣孔31來進行排氣,因此不必像以往的裝置那樣,在基座204的周圍或淋浴頭100的周圍設置排氣路徑。所以,可使處理腔室201的直徑更接近被處理基板的半導體晶圓的外徑,可謀求裝置的小型化。又,由於將真空泵222設於處理腔室201的上方,從更接近處理腔室201的處理空間的部分來排氣,因此可效率佳地排氣,進而能夠縮小真空泵222的容量來謀求更小型化。
又,由於可不經處理腔室201的處理空間來將壓力調整用氣體的第2氣體供給至排氣部220,因此不會有稀釋處理空間内的處理氣體的情形,進行處理空間内的壓力調整。並且,與調整排氣系的閥的開度來調整壓力時作比較,可迅速且正確地調整處理空間內的壓力,壓力的微調也可進行。
圖4是表示第2實施形態的淋浴頭100a的構成。在此淋浴頭100a中,第2氣體供給孔21a是形成可貫通中間構件2及下側構件1來開口於基板側,形成可從第2氣體供給孔21a朝基板供給第2氣體。另外,其他的部分則是與前述圖1所示的實施形態同様構成。
在上述構成的淋浴頭100a中,可從第2氣體供給孔21a供給氮氣等的壓力調整用的氣體或使用於基板處理的處理氣體的任一,作為第2氣體。供給處理氣體時,亦可與從第1氣體供給孔11供給的處理氣體同時供給異種的處理氣體,或與來自第1氣體供給孔11的處理氣體的供給前後,供給前處理或後處理用的處理氣體。
圖5是表示配置上述構成的淋浴頭100a之第2實施形態的電漿蝕刻裝置200a的構成。此電漿蝕刻裝置200a是上述淋浴頭100a以外的部分與前述圖2所示的實施形態同様構成。在如此構成的電漿蝕刻裝置200a中,從淋浴頭100a的第1氣體吐出孔11及第2氣體吐出孔21淋浴狀地供給的處理氣體也是從分散於淋浴頭100a而形成多數的排氣孔31排氣,因此不會像以往那樣形成有從半導體晶圓的中央部往周邊部那樣的氣流。所以,可使供給至半導體晶圓的處理氣體更均一化,可對半導體晶圓的各部實施均一的蝕刻處理。亦即,可使處理的面内均一性提升。
又,由於上述電漿蝕刻裝置200a是從設於淋浴頭100a的排氣孔31來進行排氣,因此不必像以往的裝置那樣,在基座204的周圍或淋浴頭100a的周圍設置排氣路徑。所以,可使處理腔室201的直徑更接近被處理基板的半導體晶圓的外徑,可謀求裝置的小型化。又,由於將真空泵222設於處理腔室201的上方,從更接近處理腔室201的處理空間的部分來排氣,因此可效率佳地排氣,進而能夠縮小真空泵222的容量來謀求更小型化。又,若供給壓力調整用氣體作為第2氣體,則與調整排氣系的閥的開度來調整壓力時作比較,可迅速且正確地調整處理腔室201的處理空間内的壓力,壓力的微調也可進行。
圖6是表示第3實施形態的淋浴頭100b的構成。此淋浴頭100b是除了前述第1實施形態的淋浴頭100的第1氣體供給孔11、第2氣體供給孔21以外,還設置用以供給第3氣體的第3氣體供給孔41、用以供給第4氣體的第4氣體供給孔51,可朝基板(圖中下側),藉由第1氣體供給孔11、第3氣體供給孔41、第4氣體供給孔51來供給氣體至3個相異的各區域。
亦即,在此淋浴頭100b中,第1氣體供給孔11是設於外周部,與設於下側構件1與中間構件2之間的第1氣體流路12連通,可對基板的外周部的區域供給第1氣體。又,第3氣體供給孔41是設於中央部與外周部之間的中間部,與設於中間構件2與上側構件3之間的第3氣體流路42連通,可對基板的中間部的區域供給第3氣體。又,第4氣體供給孔51是設於中央部,與設於中間構件2與上側構件3之間的第4氣體流路52連通,可對基板的中央部的區域供給第4氣體。又,第2氣體供給孔21可朝與基板相反的側(圖中上側)供給第2氣體。
從上述第2氣體供給孔21是供給氮氣等的壓力調整用的氣體作為第2氣體。
並且,從第1氣體供給孔11供給的第1氣體、從第3氣體供給孔41供給的第3氣體、從第4氣體供給孔51供給的第4氣體,可為供給氮氣等的壓力調整用的氣體或使用於基板處理的處理氣體的任一。供給處理氣體時,可從各個的供給孔同時供給異種的處理氣體,或使供給的時序前後,供給前處理或後處理用的處理氣體。又,亦可從各個的供給孔同時供給同一處理氣體,或此情況亦可從各個的供給孔使氣體流量相異來供給。例如,在基板的外周部有處理速度變慢的傾向時,可進行從第1氣體供給孔11供給更多的處理氣體,而於基板的外周部加快處理速度等之處理的面内均一性的控制。另外,此第3實施形態的淋浴頭100b是與第1實施形態的淋浴頭100同様,可配置於圖2所示的電漿蝕刻裝置200等來使用。
圖7是表示虛擬第1實施形態的淋浴頭100的氣流的結果,圖8是虛擬此時的縱剖面方向的壓力分布的結果,圖9是表示虛擬此時的橫剖面方向的壓力分布的結果。另一方面,圖10~12是表示從淋浴頭供給氣體,由下部來進行排氣的以往淋浴頭所進行同様的虛擬結果。另外,在圖8,9,11,12是依照圖中左側所示的複數種剖面線的種類不同來顯示壓力值的範圍大小,因此在圖中右側所示之腔室的一部份的區域中,所被記的剖面線的種類越少,壓力分布越是形成均一。
若比較圖7及圖10,則可知以往的淋浴頭是氣體的流線長,被供給至基板的中央附近的氣體會橫過基板面而流至基板的周緣部。另一方面,第1實施形態的淋浴頭100則是氣體的流線短,可對基板的各部位供給新的處理氣體。又,可知第1實施形態的淋浴頭100是縱剖面方向的壓力分布、橫剖面方向的壓力分布皆比以往的淋浴頭還要均一化。
另外,本發明並非限於上述實施形態,可為各種的變形。例如,上述實施形態是說明有關將本發明適用於電漿蝕刻裝置時,但並非限於電漿蝕刻裝置,亦可適用於CVD裝置等的成膜裝置或其他的基板處理裝置。又,上述實施形態是說明有關淋浴頭為接地電位時,但有關對淋浴頭施加高頻電力的型式的裝置也可適用。
1...下側構件
2...中間構件
3...上側構件
10...積層體
11...第1氣體吐出孔
12...第1氣體流路
13...第1氣體導入部
21...第2氣體吐出孔
22...第2氣體流路
23...第2氣體導入部
31...排氣孔
100...淋浴頭
圖1是表示本發明之一實施形態的淋浴頭的構成圖。
圖2是表示本發明之一實施形態的電漿蝕刻裝置的構成圖。
圖3是圖1的淋浴頭的上面圖。
圖4是表示本發明的第2實施形態的淋浴頭的構成圖。
圖5是表示本發明的第2實施形態的電漿蝕刻裝置的構成圖。
圖6是表示本發明的第3實施形態的淋浴頭的構成圖。
圖7是表示虛擬第1實施形態的淋浴頭的氣流的結果圖。
圖8是表示圖7的虛擬之縱剖面方向的壓力分布圖。
圖9是表示圖7的虛擬之橫剖面方向的壓力分布圖。
圖10是表示虛擬以往的淋浴頭的氣流的結果圖。
圖11是表示圖10的虛擬之縱剖面方向的壓力分布圖。
圖12是表示圖10的虛擬之橫剖面方向的壓力分布圖。
1...下側構件
2...中間構件
3...上側構件
10...積層體
11...第1氣體吐出孔
12...第1氣體流路
13...第1氣體導入部
21...第2氣體吐出孔
22...第2氣體流路
23...第2氣體導入部
31...排氣孔
100...淋浴頭
Claims (12)
- 一種淋浴頭,係於內部處理基板的處理腔室中,以能夠和用以載置上述基板的載置台呈對向的方式設置,用以朝上述基板淋浴狀地供給氣體之淋浴頭,其特徵為:由使複數的板狀構件積層的積層體所構成,具備:第1氣體供給機構,其由設於上述積層體內的第1氣體供給路來朝上述基板淋浴狀地供給第1氣體;第2氣體供給機構,其係由設於上述積層體內的第2氣體供給路來淋浴狀地供給第2氣體;及多數的排氣孔,其係貫通上述積層體設置,用以從上述載置台的對向部分排氣,且形成與上述載置台對向的對向電極。
- 如申請專利範圍第1項所記載之淋浴頭,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝和上述基板側相反的側供給上述第2氣體的方式構成。
- 如申請專利範圍第1項所記載之淋浴頭,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝上述基板供給上述第2氣體的方式構成。
- 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之淋浴頭,其中,具備從設於上述積層體內的第3氣體供給路淋浴狀地供給第3氣體之第3氣體供給機構。
- 如申請專利範圍第4項所記載之淋浴頭,其中,具備從設於上述積層體內的第4氣體供給路淋浴狀地供給 第4氣體之第4氣體供給機構。
- 一種基板處理裝置,係具有:處理腔室,其係於內部處理基板;載置台,其係設於上述處理腔室內,用以載置上述基板;及淋浴頭,其係設成與上述載置台對向,朝上述基板淋浴狀地供給氣體,其特徵為:上述淋浴頭係由使複數的板狀構件積層的積層體所構成,具備:第1氣體供給機構,其由設於上述積層體內的第1氣體供給路來朝上述基板淋浴狀地供給第1氣體;第2氣體供給機構,其係由設於上述積層體內的第2氣體供給路來淋浴狀地供給第2氣體;及多數的排氣孔,其係貫通上述積層體設置,用以從上述載置台的對向部分排氣,上述淋浴頭係形成與上述載置台對向的對向電極。
- 如申請專利範圍第6項所記載之基板處理裝置,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝和上述基板側相反的側供給上述第2氣體的方式構成。
- 如申請專利範圍第6項所記載之基板處理裝置,其中,上述第2氣體供給機構,係以能夠朝上述基板供給上述第2氣體的方式構成。
- 如申請專利範圍第6~8項中任一項所記載之基板處理裝置,其中,具備從設於上述積層體內的第3氣體供給路淋浴狀地供給第3氣體之第3氣體供給機構。
- 如申請專利範圍第9項所記載之基板處理裝置,其中,具備從設於上述積層體內的第4氣體供給路淋浴狀地供給第4氣體之第4氣體供給機構。
- 如申請專利範圍第6項所記載之基板處理裝置,其中,在上述淋浴頭與上述載置台之間施加高頻電力而使電漿產生,藉由該電漿來進行上述基板的處理。
- 如申請專利範圍第11項所記載之基板處理裝置,其中,上述基板的處理為蝕刻處理。
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