JPH07147200A - 高周波マグネトロンプラズマ装置 - Google Patents
高周波マグネトロンプラズマ装置Info
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- JPH07147200A JPH07147200A JP5282723A JP28272393A JPH07147200A JP H07147200 A JPH07147200 A JP H07147200A JP 5282723 A JP5282723 A JP 5282723A JP 28272393 A JP28272393 A JP 28272393A JP H07147200 A JPH07147200 A JP H07147200A
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/3441—Dark space shields
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、プラズマ装置のエネルギー効率を
高めると共に、プラズマを精密に制御することが可能な
高周波マグネトロンプラズマ装置を提供することを目的
とする。 【構成】 本発明に係る高周波マグネトロンプラズマ装
置は、真空室１０１内に設けたプラズマ励起電極１０２
とこれに対向する電極１０９とを設け、プラズマ励起電
極の周囲に磁気シールド体１０５を配設し、さらにプラ
ズマ励起電極と対向電極との間のプラズマ励起周波数に
対するインピーダンスに比べ、プラズマ励起電極から磁
気シールド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に対
するインピーダンスを高くしたものであり、高周波電力
の磁気シールド体を介した漏洩を抑制することができ
る。
高めると共に、プラズマを精密に制御することが可能な
高周波マグネトロンプラズマ装置を提供することを目的
とする。 【構成】 本発明に係る高周波マグネトロンプラズマ装
置は、真空室１０１内に設けたプラズマ励起電極１０２
とこれに対向する電極１０９とを設け、プラズマ励起電
極の周囲に磁気シールド体１０５を配設し、さらにプラ
ズマ励起電極と対向電極との間のプラズマ励起周波数に
対するインピーダンスに比べ、プラズマ励起電極から磁
気シールド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に対
するインピーダンスを高くしたものであり、高周波電力
の磁気シールド体を介した漏洩を抑制することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波マグネトロンプ
ラズマ装置に係わり、詳細には、高周波マグネトロンプ
ラズマ装置に配置される磁気シールドの構成に関する。
ラズマ装置に係わり、詳細には、高周波マグネトロンプ
ラズマ装置に配置される磁気シールドの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の高周波マグネトロンプラズマ装置
の一例を図５に示す。図５の装置を用いてプラズマを励
起する場合、ガス導入管５１２及びガス排気口５１３を
有する真空室５０１にガスを導入し、高周波電源５０８
からマッチングボックス５０７を介して高周波電力をプ
ラズマ励起電極５０２に印加し、プラズマ励起電極５０
２とサセプタ電極５０９間にプラズマを励起する。
の一例を図５に示す。図５の装置を用いてプラズマを励
起する場合、ガス導入管５１２及びガス排気口５１３を
有する真空室５０１にガスを導入し、高周波電源５０８
からマッチングボックス５０７を介して高周波電力をプ
ラズマ励起電極５０２に印加し、プラズマ励起電極５０
２とサセプタ電極５０９間にプラズマを励起する。
【０００３】また、電極間のプラズマ密度を高めるた
め、プラズマ励起電極内部には磁石５０４が設置され、
さらに、磁界がプラズマ励起電極周辺部まで漏れプラズ
マがプラズマ励起電極周辺部に拡がるのを防ぐ目的で、
高透磁率材料からなる漏れ磁界防止用の磁気シールド５
０５が設けられている。なお、サセプタ電極５０９はバ
ンドパスフィルタ５１０を介しアースされ、その途中に
サセプタ電流測定用の高周波電流計５１１が設けてあ
る。また、５０６は真空室５０１と上記電極間を絶縁す
る絶縁体である。
め、プラズマ励起電極内部には磁石５０４が設置され、
さらに、磁界がプラズマ励起電極周辺部まで漏れプラズ
マがプラズマ励起電極周辺部に拡がるのを防ぐ目的で、
高透磁率材料からなる漏れ磁界防止用の磁気シールド５
０５が設けられている。なお、サセプタ電極５０９はバ
ンドパスフィルタ５１０を介しアースされ、その途中に
サセプタ電流測定用の高周波電流計５１１が設けてあ
る。また、５０６は真空室５０１と上記電極間を絶縁す
る絶縁体である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の構造のプラズマ
装置を用いてプラズマの精密制御を検討する過程で、本
発明者らは、ある圧力条件でサセプタ電極に流れる電流
が著しく減少することを発見した。即ち、ＲＦパワーが
プラズマ空間に供給されず、プラズマを正確に制御でき
ないことを発見した。
装置を用いてプラズマの精密制御を検討する過程で、本
発明者らは、ある圧力条件でサセプタ電極に流れる電流
が著しく減少することを発見した。即ち、ＲＦパワーが
プラズマ空間に供給されず、プラズマを正確に制御でき
ないことを発見した。
【０００５】本発明は、かかる発見に基づいて完成した
ものであり、プラズマ装置のエネルギー効率を高めると
共に、プラズマを精密に制御することが可能な高周波マ
グネトロンプラズマ装置を提供することを目的とする。
ものであり、プラズマ装置のエネルギー効率を高めると
共に、プラズマを精密に制御することが可能な高周波マ
グネトロンプラズマ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波マグネト
ロンプラズマ装置は、サセプタ電極と、プラズマ励起電
極と、前記プラズマ励起電極に取り付けられた磁石と、
前記プラズマ励起電極の周囲に配置された磁気シールド
と、を真空室内に有する高周波マグネトロンプラズマ装
置であって、前記磁気シールドは高周波に対しては高い
インピーダンスを有することを特徴とする。
ロンプラズマ装置は、サセプタ電極と、プラズマ励起電
極と、前記プラズマ励起電極に取り付けられた磁石と、
前記プラズマ励起電極の周囲に配置された磁気シールド
と、を真空室内に有する高周波マグネトロンプラズマ装
置であって、前記磁気シールドは高周波に対しては高い
インピーダンスを有することを特徴とする。
【０００７】前記磁気シールドは、直流的に接地されて
いるのが望ましく、また、インダクタンスを介して接地
されていることが望ましい。
いるのが望ましく、また、インダクタンスを介して接地
されていることが望ましい。
【０００８】
【作用】従来の磁気シールド板は、高周波に対して接地
されているため、プラズマ励起電極（スパッタの場合
は、更にターゲット）と磁気シールド間に形成される容
量を介して高周波電力がアースに漏れるという現象が起
こるが、磁気シールドを高周波に対してフローティング
状態に近づけることにより、高周波電力の磁気シールド
を介した漏洩を抑制することが可能となる。その結果、
高周波エネルギーの利用効率を大幅に改善できると共
に、外部から高周波電流を正確にモニタでき、プラズマ
を精密に制御することが可能となる。
されているため、プラズマ励起電極（スパッタの場合
は、更にターゲット）と磁気シールド間に形成される容
量を介して高周波電力がアースに漏れるという現象が起
こるが、磁気シールドを高周波に対してフローティング
状態に近づけることにより、高周波電力の磁気シールド
を介した漏洩を抑制することが可能となる。その結果、
高周波エネルギーの利用効率を大幅に改善できると共
に、外部から高周波電流を正確にモニタでき、プラズマ
を精密に制御することが可能となる。
【０００９】また、磁気シールドを直流的にもフローテ
ィング状態とすると、磁気シールド板が負の電位に自己
バイアスされることになり、その結果、磁気シールド材
がスパッタされ、プラズマ雰囲気及び基板等が汚染され
るため、直流的にはアースに落とすのが好ましい。しか
し、かかる汚染が特に問題とならない場合は、磁気シー
ルド板を直流及び高周波に対してフローティング状態と
しても良いことは言うまでもない 本発明の磁気シールドは、アース間との高周波インピー
ダンスが高いものであればいずれの構造のものを用いる
ことができる。望ましいインピーダンスは、装置の構造
によって異なるが、一般的には、１ＫΩ以上である。
ィング状態とすると、磁気シールド板が負の電位に自己
バイアスされることになり、その結果、磁気シールド材
がスパッタされ、プラズマ雰囲気及び基板等が汚染され
るため、直流的にはアースに落とすのが好ましい。しか
し、かかる汚染が特に問題とならない場合は、磁気シー
ルド板を直流及び高周波に対してフローティング状態と
しても良いことは言うまでもない 本発明の磁気シールドは、アース間との高周波インピー
ダンスが高いものであればいずれの構造のものを用いる
ことができる。望ましいインピーダンスは、装置の構造
によって異なるが、一般的には、１ＫΩ以上である。
【００１０】磁気シールドを直流的に接地し、高周波的
に対して高インピーダンスとするには、例えば磁気シー
ルド自体を図４に示すように、切り欠きを入れた構造ま
たはメッシュ構造等とするか、あるいは磁気シールド板
をコイルを介して接地する方法、あるいはこれらを組み
合わせた構造とすれば良い。磁気シールドの材料として
は、透磁率の高い材料が好適に用いられ、例えばパーマ
ロイ、純鉄等が挙げられる。
に対して高インピーダンスとするには、例えば磁気シー
ルド自体を図４に示すように、切り欠きを入れた構造ま
たはメッシュ構造等とするか、あるいは磁気シールド板
をコイルを介して接地する方法、あるいはこれらを組み
合わせた構造とすれば良い。磁気シールドの材料として
は、透磁率の高い材料が好適に用いられ、例えばパーマ
ロイ、純鉄等が挙げられる。
【００１１】本発明の高周波マグネトロンプラズマ装置
としては、例えばスパッタ装置が挙げられるが、これに
限らず例えばエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等に
ついても同様の効果が得られる。
としては、例えばスパッタ装置が挙げられるが、これに
限らず例えばエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等に
ついても同様の効果が得られる。
【００１２】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されることは
ない。 （実施例１）図１に示した高周波マグネトロンスパッタ
装置を用いて、高周波電力とサセプタ電極に流れる電流
との関係について調べた。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されることは
ない。 （実施例１）図１に示した高周波マグネトロンスパッタ
装置を用いて、高周波電力とサセプタ電極に流れる電流
との関係について調べた。
【００１３】図１において、１０１はガス導入管１１２
及び排気口１１３を有する真空室、１０２はプラズマ励
起電極、１０３は４インチ径ターゲット、１０４は磁
石、１０５は磁気シールド、１０６は絶縁体、１０７は
マッチングボックス、１０８は高周波電源である。１０
９はサセプタ電極であり、高周波に対するバンドパスフ
ィルタ１１０を介してアースに接続されている。またサ
セプタ電極を流れる電流を測定するため高周波電流計
（Ｒｏｙａｌ社製Ｒｏｙａｌ−ＲＦ２０）１１１を配置
した。
及び排気口１１３を有する真空室、１０２はプラズマ励
起電極、１０３は４インチ径ターゲット、１０４は磁
石、１０５は磁気シールド、１０６は絶縁体、１０７は
マッチングボックス、１０８は高周波電源である。１０
９はサセプタ電極であり、高周波に対するバンドパスフ
ィルタ１１０を介してアースに接続されている。またサ
セプタ電極を流れる電流を測定するため高周波電流計
（Ｒｏｙａｌ社製Ｒｏｙａｌ−ＲＦ２０）１１１を配置
した。
【００１４】本実施例の磁気シールド１０５は、縁（ｄ
＝１ｃｍ）のついた円筒状磁気シールド板（パーマロイ
製）１０５’を真空室１０１の上壁から所定の距離（ｔ
＝１ｃｍ）離して取り付け、コイル１０５”を介して真
空室１０１の上壁（アース）と接続されている。この構
造では、磁気シールド板と真空室上壁と間の容量Ｃはほ
ぼ３ｐＦとなる。コイルのインダクタンスＬは、並列共
振条件を満足するように決定した。即ち、高周波の周波
数１３．５６ＭＨｚに対して Ｌ＝１／Ｃω2 ＝４５μＨ とした。
＝１ｃｍ）のついた円筒状磁気シールド板（パーマロイ
製）１０５’を真空室１０１の上壁から所定の距離（ｔ
＝１ｃｍ）離して取り付け、コイル１０５”を介して真
空室１０１の上壁（アース）と接続されている。この構
造では、磁気シールド板と真空室上壁と間の容量Ｃはほ
ぼ３ｐＦとなる。コイルのインダクタンスＬは、並列共
振条件を満足するように決定した。即ち、高周波の周波
数１３．５６ＭＨｚに対して Ｌ＝１／Ｃω2 ＝４５μＨ とした。
【００１５】不図示のガス供給源からガス導入管１１２
を介してＡｒガスを真空室１０１に導入し、真空室内部
に圧力を１０ｍＴｏｒｒに保った。次に高周波電源１０
８から１３．５６ＭＨｚの高周波を種々の電力値でプラ
ズマ励起電極１０２に印加してプラズマを励起し、サセ
プタ電極１０９に流れる高周波電流を電流計１１１で測
定した。結果を図２に実線で示す。
を介してＡｒガスを真空室１０１に導入し、真空室内部
に圧力を１０ｍＴｏｒｒに保った。次に高周波電源１０
８から１３．５６ＭＨｚの高周波を種々の電力値でプラ
ズマ励起電極１０２に印加してプラズマを励起し、サセ
プタ電極１０９に流れる高周波電流を電流計１１１で測
定した。結果を図２に実線で示す。
【００１６】尚、比較のため、磁気シールド板を真空室
に直接取り付け、直流及び高周波的にもアースとした図
５の装置を用いた従来例についても、同様にサセプタ電
流と高周波電力の関係を測定した。結果を図２に破線で
示す。図２が示すように、実施例及び従来例ともに、高
周波電力の増加に伴いサセプタ電流は増加するが、本実
施例では電流値は従来例に比べ明らかに大きな値となっ
ている。これは、本実施例の構造は、高周波電力が磁気
シールドを介して漏洩するのを抑制する効果があること
を示している。
に直接取り付け、直流及び高周波的にもアースとした図
５の装置を用いた従来例についても、同様にサセプタ電
流と高周波電力の関係を測定した。結果を図２に破線で
示す。図２が示すように、実施例及び従来例ともに、高
周波電力の増加に伴いサセプタ電流は増加するが、本実
施例では電流値は従来例に比べ明らかに大きな値となっ
ている。これは、本実施例の構造は、高周波電力が磁気
シールドを介して漏洩するのを抑制する効果があること
を示している。
【００１７】（実施例２）図１のプラズマ装置に、ター
ゲット１０３として４インチＴａ2Ｏ5を取り付け、Ｔａ
2Ｏ5膜を２００ｎｍ成膜した（試料１）。また、磁気シ
ールドとして、図１の磁気シールドのコイルを取り去
り、磁気シールド板と真空室壁間に石英板を挿入して、
直流及び高周波的にフローティングとした磁気シールド
を用いて、同様にしてＴａ2Ｏ5膜を２００ｎｍ形成した
（試料２）。
ゲット１０３として４インチＴａ2Ｏ5を取り付け、Ｔａ
2Ｏ5膜を２００ｎｍ成膜した（試料１）。また、磁気シ
ールドとして、図１の磁気シールドのコイルを取り去
り、磁気シールド板と真空室壁間に石英板を挿入して、
直流及び高周波的にフローティングとした磁気シールド
を用いて、同様にしてＴａ2Ｏ5膜を２００ｎｍ形成した
（試料２）。
【００１８】それぞれの試料を２０個ずつ作製し、膜の
絶縁耐圧を測定した。絶縁耐圧とその頻度を示すヒスト
グラムを図３に示す。ここで、絶縁耐圧は、膜間に電圧
を印加したとき，１Ａ／ｃｍ2の電流が流れる電圧値で
定義した。図３が示すように、絶縁耐圧は、磁気シール
ドを直流及び高周波的にフローティングとした場合（図
３（ｂ））よりも、直流的にはアースに落とした場合
（図３（ａ））の方が、絶縁耐圧は高くなることが分か
る。これは直流的にもフローティングになっていると、
磁気シールドが負のバイアス電位となり、スパッタされ
てＴａ2Ｏ5膜中に混入し、耐圧を下げたものと考えられ
る。
絶縁耐圧を測定した。絶縁耐圧とその頻度を示すヒスト
グラムを図３に示す。ここで、絶縁耐圧は、膜間に電圧
を印加したとき，１Ａ／ｃｍ2の電流が流れる電圧値で
定義した。図３が示すように、絶縁耐圧は、磁気シール
ドを直流及び高周波的にフローティングとした場合（図
３（ｂ））よりも、直流的にはアースに落とした場合
（図３（ａ））の方が、絶縁耐圧は高くなることが分か
る。これは直流的にもフローティングになっていると、
磁気シールドが負のバイアス電位となり、スパッタされ
てＴａ2Ｏ5膜中に混入し、耐圧を下げたものと考えられ
る。
【００１９】以上の実施例では、高周波電源の周波数と
して１３．５６ＭＨｚを用いたが、本発明はこれに限る
ことはなく、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数でも、コイル
のインダクタンス等を適当に選択することにより、同様
な効果を得ることができる。
して１３．５６ＭＨｚを用いたが、本発明はこれに限る
ことはなく、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数でも、コイル
のインダクタンス等を適当に選択することにより、同様
な効果を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】磁気シールド板とアース間の高周波イン
ピーダンスが高いので、磁気シールド板を通る高周波電
力の漏れを防止することができる。したがって、エネル
ギの使用効率が改善できる。また、外部からの高周波電
力を正確にモニタできることになり、プラズマ装置の精
密制御、膜の高品質化が可能となる。
ピーダンスが高いので、磁気シールド板を通る高周波電
力の漏れを防止することができる。したがって、エネル
ギの使用効率が改善できる。また、外部からの高周波電
力を正確にモニタできることになり、プラズマ装置の精
密制御、膜の高品質化が可能となる。
【図１】実施例１の高周波マグネトロンプラズマ装置を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図２】高周波電力とサセプタ電流との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図３】絶縁膜の絶縁耐圧に対するヒストグラムであ
る。
る。
【図４】磁気シールドの一例を示す概念図である。
【図５】従来の高周波マグネトロンプラズマ装置を示す
概念図である。
概念図である。
１０１、５０１ 真空室、 １０２、５０２ プラズマ励起電極、 １０３、５０３ ターゲット、 １０３’ 磁気シールド板、 １０３” コイル、 １０４、５０４ 磁石、 １０５、５０５ 磁気シールド、 １０６、５０６ 絶縁体、 １０７、５０７ マッチングボックス、 １０８、５０８ 高周波電源、 １０９、５０９ サセプタ電極、 １１０、５１０ バンドパスフィルタ １１１、５１１ 高周波電流計 １１２、５１２ ガス導入管、 １１３、５１３ 排気口、 ４０１ 磁気シールド、 ４０２ 切り欠き。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年２月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 高周波マグネトロンプラズマ装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波マグネトロンプ
ラズマ装置に係わり、詳細には、高周波マグネトロンプ
ラズマ装置に配置される磁気シールド体の構成に関す
る。
ラズマ装置に係わり、詳細には、高周波マグネトロンプ
ラズマ装置に配置される磁気シールド体の構成に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の高周波マグネトロンプラズマ装置
の一例を図５に示す。図５の装置を用いてプラズマを励
起する場合、ガス導入管５１２及びガス排気口５１３を
有する真空室５０１にガスを導入し、高周波電源５０８
からマッチングボックス５０７を介して高周波電力をプ
ラズマ励起電極５０２に印加し、プラズマ励起電極５０
２とサセプタ電極５０９間にプラズマを励起する。
の一例を図５に示す。図５の装置を用いてプラズマを励
起する場合、ガス導入管５１２及びガス排気口５１３を
有する真空室５０１にガスを導入し、高周波電源５０８
からマッチングボックス５０７を介して高周波電力をプ
ラズマ励起電極５０２に印加し、プラズマ励起電極５０
２とサセプタ電極５０９間にプラズマを励起する。
【０００３】また、電極間のプラズマ密度を高めるた
め、プラズマ励起電極内部には磁石５０４が設置され、
さらに、磁界がプラズマ励起電極周辺部まで漏れプラズ
マがプラズマ励起電極周辺部に拡がるのを防ぐ目的で、
高透磁率材料からなる漏れ磁界防止用の筒状の磁気シー
ルド体５０５が設けられている。なお、プラズマ励起電
極５０２の対向電極としてのサセプタ電極５０９はバン
ドパスフィルタ５１０を介しアースされ、その途中にサ
セプタ電流測定用の高周波電流計５１１が設けてある。
また、５０６は真空室５０１と上記電極間を絶縁する絶
縁体である。
め、プラズマ励起電極内部には磁石５０４が設置され、
さらに、磁界がプラズマ励起電極周辺部まで漏れプラズ
マがプラズマ励起電極周辺部に拡がるのを防ぐ目的で、
高透磁率材料からなる漏れ磁界防止用の筒状の磁気シー
ルド体５０５が設けられている。なお、プラズマ励起電
極５０２の対向電極としてのサセプタ電極５０９はバン
ドパスフィルタ５１０を介しアースされ、その途中にサ
セプタ電流測定用の高周波電流計５１１が設けてある。
また、５０６は真空室５０１と上記電極間を絶縁する絶
縁体である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の構造のプラズマ
装置を用いてプラズマの精密制御を検討する過程で、本
発明者らは、ある圧力条件で発生したプラズマからサセ
プタ電極に流れる電流が著しく減少することを発見し
た。即ち、高周波パワーがプラズマ空間に供給されず、
プラズマを正確に制御できないことを発見した。
装置を用いてプラズマの精密制御を検討する過程で、本
発明者らは、ある圧力条件で発生したプラズマからサセ
プタ電極に流れる電流が著しく減少することを発見し
た。即ち、高周波パワーがプラズマ空間に供給されず、
プラズマを正確に制御できないことを発見した。
【０００５】本発明は、かかる発見に基づいて完成した
ものであり、プラズマ装置のエネルギー効率を高めると
共に、プラズマを精密に制御することが可能な高周波マ
グネトロンプラズマ装置を提供することを目的とする。
ものであり、プラズマ装置のエネルギー効率を高めると
共に、プラズマを精密に制御することが可能な高周波マ
グネトロンプラズマ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る高周波マグネトロンプラズマ装置は、
真空室内にプラズマ励起電極とこれに対向する電極とを
設け、プラズマ励起電極の周囲に磁気シールド体を配設
し、プラズマ励起電極と対向電極との間のプラズマ励起
周波数に対するインピーダンスに比べ、プラズマ励起電
極から磁気シールド体を経て接地に至るプラズマ励起周
波数に対するインピーダンスを高くしたものである。
に、本発明に係る高周波マグネトロンプラズマ装置は、
真空室内にプラズマ励起電極とこれに対向する電極とを
設け、プラズマ励起電極の周囲に磁気シールド体を配設
し、プラズマ励起電極と対向電極との間のプラズマ励起
周波数に対するインピーダンスに比べ、プラズマ励起電
極から磁気シールド体を経て接地に至るプラズマ励起周
波数に対するインピーダンスを高くしたものである。
【０００７】磁気シールド体は、直流的に接地されてい
ることが望ましい。
ることが望ましい。
【０００８】上記の如くプラズマ励起電極から磁気シー
ルド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に対するイ
ンピーダンスを高くするには、磁気シールド体を真空室
と電気的に絶縁して配設し、磁気シールド体をコイルを
介して真空室に接地する。
ルド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に対するイ
ンピーダンスを高くするには、磁気シールド体を真空室
と電気的に絶縁して配設し、磁気シールド体をコイルを
介して真空室に接地する。
【０００９】また同様にプラズマ励起電極から磁気シー
ルド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に対するイ
ンピーダンスを高くすることは、磁気シールド体を筒状
に形成し、磁気シールド体に軸線方向に延びる複数の切
り欠きを設けてこれら複数の切り欠き間の部分にインダ
クタンスを持たせることによっても達成できる。また、
これら切り欠きの代わりにメッシュ構造となした磁気シ
ールド体を使用しても良い。
ルド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に対するイ
ンピーダンスを高くすることは、磁気シールド体を筒状
に形成し、磁気シールド体に軸線方向に延びる複数の切
り欠きを設けてこれら複数の切り欠き間の部分にインダ
クタンスを持たせることによっても達成できる。また、
これら切り欠きの代わりにメッシュ構造となした磁気シ
ールド体を使用しても良い。
【００１０】磁気シールド体を直流的に接地するには、
磁気シールド体を真空室と電気的に絶縁させて配設しコ
イルを介して真空室に接地する場合においては、当該コ
イルをもって接地することによって達成できる。また筒
状磁気シールド体に切り欠き又はメッシュ構造を設けた
ものを使用する高周波マグネトロンプラズマ装置にあっ
ては、磁気シールド体が真空室に直接接地されているこ
とによって、あるいは磁気シールド体がコイルを介して
真空室に接地しても達成できる。
磁気シールド体を真空室と電気的に絶縁させて配設しコ
イルを介して真空室に接地する場合においては、当該コ
イルをもって接地することによって達成できる。また筒
状磁気シールド体に切り欠き又はメッシュ構造を設けた
ものを使用する高周波マグネトロンプラズマ装置にあっ
ては、磁気シールド体が真空室に直接接地されているこ
とによって、あるいは磁気シールド体がコイルを介して
真空室に接地しても達成できる。
【００１１】本発明に係る高周波マグネトロンプラズマ
装置における磁気シールド体は透磁率の高い材料が好適
に用いられ、例えばパーマロイ、純鉄等が挙げられる。
装置における磁気シールド体は透磁率の高い材料が好適
に用いられ、例えばパーマロイ、純鉄等が挙げられる。
【００１２】
【作用】従来の磁気シールド体は、高周波に対して真空
室自体に直接接地されているため、プラズマ励起電極
（スパッタの場合は、更にターゲット）と磁気シールド
体との間に形成される容量を介して高周波電力がアース
に漏れるという現象が起こるが、本発明に係るプラズマ
装置においては磁気シールド体を高周波に対して電気的
にフローティング状態に近づけ、プラズマ励起電極から
磁気シールド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に
対するインピーダンスをプラズマ励起電極とその対向電
極との間のプラズマ励起周波数に対するインピーダンス
より高くすることにより、高周波電力の磁気シールド体
を介した漏洩を抑制することが可能となる。その結果、
高周波エネルギーの利用効率を大幅に改善でき、プラズ
マを精密に制御することが可能となる。
室自体に直接接地されているため、プラズマ励起電極
（スパッタの場合は、更にターゲット）と磁気シールド
体との間に形成される容量を介して高周波電力がアース
に漏れるという現象が起こるが、本発明に係るプラズマ
装置においては磁気シールド体を高周波に対して電気的
にフローティング状態に近づけ、プラズマ励起電極から
磁気シールド体を経て接地に至るプラズマ励起周波数に
対するインピーダンスをプラズマ励起電極とその対向電
極との間のプラズマ励起周波数に対するインピーダンス
より高くすることにより、高周波電力の磁気シールド体
を介した漏洩を抑制することが可能となる。その結果、
高周波エネルギーの利用効率を大幅に改善でき、プラズ
マを精密に制御することが可能となる。
【００１３】また、磁気シールドを直流的にもフローテ
ィング状態、すなわち発生したプラズマが正の電位に、
一方磁気シールド体が負の電位になる状態になると、磁
気シールド体が負の電位に自己バイアスされることにな
り、その結果、磁気シールド材がスパッタされ、プラズ
マ雰囲気及び基板等が汚染されるため、直流的にはアー
スに落とすのが好ましい。従って上記本発明のように磁
気シールド材を直流的に接地すれば、磁気シールド体の
電位がゼロとなり、それ自体のスパッタを防止できる。
しかし、かかる汚染が特に問題とならない場合は、磁気
シールド体を直流及び高周波に対してフローティング状
態としても良いことは言うまでもない。
ィング状態、すなわち発生したプラズマが正の電位に、
一方磁気シールド体が負の電位になる状態になると、磁
気シールド体が負の電位に自己バイアスされることにな
り、その結果、磁気シールド材がスパッタされ、プラズ
マ雰囲気及び基板等が汚染されるため、直流的にはアー
スに落とすのが好ましい。従って上記本発明のように磁
気シールド材を直流的に接地すれば、磁気シールド体の
電位がゼロとなり、それ自体のスパッタを防止できる。
しかし、かかる汚染が特に問題とならない場合は、磁気
シールド体を直流及び高周波に対してフローティング状
態としても良いことは言うまでもない。
【００１４】本発明の高周波マグネトロンプラズマ装置
において、プラズマ励起電極から磁気シールド体を経て
接地に至るインピーダンスの望ましい値は、装置の構造
によって異なるが、一般的には１ＫΩ以上である。
において、プラズマ励起電極から磁気シールド体を経て
接地に至るインピーダンスの望ましい値は、装置の構造
によって異なるが、一般的には１ＫΩ以上である。
【００１５】本発明の高周波マグネトロンプラズマ装置
としては、例えばスパッタ装置が挙げられるが、これに
限らず例えばエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等に
ついても同様の効果が得られる。
としては、例えばスパッタ装置が挙げられるが、これに
限らず例えばエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等に
ついても同様の効果が得られる。
【００１６】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されることは
ない。 （実施例１）図１に示した高周波マグネトロンスパッタ
装置を用いて、高周波電力とサセプタ電極に流れる電流
との関係について調べた。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されることは
ない。 （実施例１）図１に示した高周波マグネトロンスパッタ
装置を用いて、高周波電力とサセプタ電極に流れる電流
との関係について調べた。
【００１７】図１において、１０１はガス導入管１１２
及び排気口１１３を有する真空室、１０２はプラズマ励
起電極、１０３は４インチ径ターゲット、１０４は磁
石、１０５は磁気シールド体、１０６は絶縁体、１０７
はマッチングボックス、１０８は高周波電源である。１
０９はサセプタ電極であり、高周波に対するバンドパス
フィルタ１１０を介してアースに接続されている。また
サセプタ電極を流れる電流を測定するため高周波電流計
（Ｒｏｙａｌ社製Ｒｏｙａｌ−ＲＦ２０機種）１１１を
配置した。
及び排気口１１３を有する真空室、１０２はプラズマ励
起電極、１０３は４インチ径ターゲット、１０４は磁
石、１０５は磁気シールド体、１０６は絶縁体、１０７
はマッチングボックス、１０８は高周波電源である。１
０９はサセプタ電極であり、高周波に対するバンドパス
フィルタ１１０を介してアースに接続されている。また
サセプタ電極を流れる電流を測定するため高周波電流計
（Ｒｏｙａｌ社製Ｒｏｙａｌ−ＲＦ２０機種）１１１を
配置した。
【００１８】本実施例の磁気シールド体１０５は、縁
（ｄ＝１ｃｍ）のついた円筒状磁気シールド板（パーマ
ロイ製）であり、真空室１０１の上壁に不図示の石英板
等からなる絶縁体を介して所定の距離（ｔ＝１ｃｍ）離
して取り付けられ、コイル１１４を介して真空室１０１
の上壁（アース）と接続されている。この構造では、磁
気シールド体と真空室上壁と間の容量Ｃはほぼ３ｐＦと
なる。コイルのインダクタンスＬは、並列共振条件を満
足するように決定した。即ち、高周波の周波数１３．５
６ＭＨｚに対して Ｌ＝１／Ｃω2 ＝４５μＨ とした。
（ｄ＝１ｃｍ）のついた円筒状磁気シールド板（パーマ
ロイ製）であり、真空室１０１の上壁に不図示の石英板
等からなる絶縁体を介して所定の距離（ｔ＝１ｃｍ）離
して取り付けられ、コイル１１４を介して真空室１０１
の上壁（アース）と接続されている。この構造では、磁
気シールド体と真空室上壁と間の容量Ｃはほぼ３ｐＦと
なる。コイルのインダクタンスＬは、並列共振条件を満
足するように決定した。即ち、高周波の周波数１３．５
６ＭＨｚに対して Ｌ＝１／Ｃω2 ＝４５μＨ とした。
【００１９】不図示のガス供給源からガス導入管１１２
を介してＡｒガスを真空室１０１に導入し、真空室内部
に圧力を１０ｍＴｏｒｒに保った。次に高周波電源１０
８から１３．５６ＭＨｚの高周波を種々の電力値でプラ
ズマ励起電極１０２に印加してプラズマを励起し、サセ
プタ電極１０９に流れる高周波電流を電流計１１１で測
定した。結果を図２に実線で示す。
を介してＡｒガスを真空室１０１に導入し、真空室内部
に圧力を１０ｍＴｏｒｒに保った。次に高周波電源１０
８から１３．５６ＭＨｚの高周波を種々の電力値でプラ
ズマ励起電極１０２に印加してプラズマを励起し、サセ
プタ電極１０９に流れる高周波電流を電流計１１１で測
定した。結果を図２に実線で示す。
【００２０】尚、比較のため、上記磁気シールド体を真
空室上壁に直接取り付け、直流及び高周波的にもアース
とした図５の装置を用いた従来例についても、同様にサ
セプタ電流と高周波電力の関係を測定した。結果を図２
に破線で示す。図２が示すように、実施例及び従来例と
もに、高周波電力の増加に伴いサセプタ電流は増加する
が、本実施例では電流値は従来例に比べ明らかに大きな
値となっている。これは、本実施例の構造は、高周波電
力が磁気シールド体を介して漏洩するのを抑制する効果
があることを示している。
空室上壁に直接取り付け、直流及び高周波的にもアース
とした図５の装置を用いた従来例についても、同様にサ
セプタ電流と高周波電力の関係を測定した。結果を図２
に破線で示す。図２が示すように、実施例及び従来例と
もに、高周波電力の増加に伴いサセプタ電流は増加する
が、本実施例では電流値は従来例に比べ明らかに大きな
値となっている。これは、本実施例の構造は、高周波電
力が磁気シールド体を介して漏洩するのを抑制する効果
があることを示している。
【００２１】また、接地せずに直流的にフローテイング
状態とした磁気シールド体を用いた場合との比較も行っ
た。
状態とした磁気シールド体を用いた場合との比較も行っ
た。
【００２２】図１のプラズマ装置に、ターゲット１０３
として４インチＴａ2Ｏ5を取り付け、Ｔａ2Ｏ5膜を２０
０ｎｍ成膜した（試料１）。また、図１のコイルを取り
去り、図１と同じ磁気シールド体と真空室壁間に石英板
を挿入して、直流及び高周波的にフローティングとした
磁気シールド体を用いて、同様にしてＴａ2Ｏ5膜を２０
０ｎｍ形成した（試料２）。
として４インチＴａ2Ｏ5を取り付け、Ｔａ2Ｏ5膜を２０
０ｎｍ成膜した（試料１）。また、図１のコイルを取り
去り、図１と同じ磁気シールド体と真空室壁間に石英板
を挿入して、直流及び高周波的にフローティングとした
磁気シールド体を用いて、同様にしてＴａ2Ｏ5膜を２０
０ｎｍ形成した（試料２）。
【００２３】それぞれの試料を２０個ずつ作製し、膜の
絶縁耐圧を測定した。絶縁耐圧とその頻度を示すヒスト
グラムを図３に示す。ここで、絶縁耐圧は、膜間に電圧
を印加したとき，１Ａ／ｃｍ2の電流が流れる電圧値で
定義した。
絶縁耐圧を測定した。絶縁耐圧とその頻度を示すヒスト
グラムを図３に示す。ここで、絶縁耐圧は、膜間に電圧
を印加したとき，１Ａ／ｃｍ2の電流が流れる電圧値で
定義した。
【００２４】図３が示すように、絶縁耐圧は、磁気シー
ルド体を直流及び高周波的にフローティングとした場合
（図３（ｂ））よりも、直流的にはアースに落とした本
実施例の場合（図３（ａ））の方が、絶縁耐圧は高くな
ることが分かる。これは直流的にもフローティングにな
っていると、磁気シールドが負のバイアス電位となり、
スパッタされてＴａ2Ｏ5膜中に混入し、耐圧を下げたも
のと考えられる。
ルド体を直流及び高周波的にフローティングとした場合
（図３（ｂ））よりも、直流的にはアースに落とした本
実施例の場合（図３（ａ））の方が、絶縁耐圧は高くな
ることが分かる。これは直流的にもフローティングにな
っていると、磁気シールドが負のバイアス電位となり、
スパッタされてＴａ2Ｏ5膜中に混入し、耐圧を下げたも
のと考えられる。
【００２５】以上の実施例では、高周波電源の周波数と
して１３．５６ＭＨｚを用いたが、本発明はこれに限る
ことはなく、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数でも、コイル
のインダクタンス等を適当に選択することにより、同様
な効果を得ることができる。
して１３．５６ＭＨｚを用いたが、本発明はこれに限る
ことはなく、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数でも、コイル
のインダクタンス等を適当に選択することにより、同様
な効果を得ることができる。
【００２６】（実施例２）本発明の実施例２の高周波マ
グネトロンプラズマ装置は、図４（ａ）または図４
（ｂ）に示される円筒状の磁気シールド体４０１を図１
のようにプラズマ励起電極１０２の周りに配設し、直接
これら磁気シールド体をボルト等により真空室１０１の
上壁に取り付けた構造となっている。これら磁気シール
ド体はそれぞれ、軸線方向に延びる複数の切り欠き４０
２を磁気シールド体４０１の周方向に並設し、これら複
数の切り欠き間に形成した磁気シールド体の部分がイン
ダクタンスを持つことにより、プラズマ励起電極１０２
から磁気シールド体４０１を経て接地に至るプラズマ励
起周波数に対するインピーダンスを高めることができ
る。
グネトロンプラズマ装置は、図４（ａ）または図４
（ｂ）に示される円筒状の磁気シールド体４０１を図１
のようにプラズマ励起電極１０２の周りに配設し、直接
これら磁気シールド体をボルト等により真空室１０１の
上壁に取り付けた構造となっている。これら磁気シール
ド体はそれぞれ、軸線方向に延びる複数の切り欠き４０
２を磁気シールド体４０１の周方向に並設し、これら複
数の切り欠き間に形成した磁気シールド体の部分がイン
ダクタンスを持つことにより、プラズマ励起電極１０２
から磁気シールド体４０１を経て接地に至るプラズマ励
起周波数に対するインピーダンスを高めることができ
る。
【００２７】
【発明の効果】本発明に係る高周波マグネトロンプラズ
マ装置においては、プラズマ励起電極から磁気シールド
体を経てアースまでの間のプラズマ励起周波数に対する
インピーダンスがプラズマ励起電極とその対向電極との
間のプラズマ励起周波数に対するインピーダンスに比べ
て高いので、磁気シールド体を通る高周波電力の漏れを
防止することができる。その結果、エネルギの使用効率
が改善できる。
マ装置においては、プラズマ励起電極から磁気シールド
体を経てアースまでの間のプラズマ励起周波数に対する
インピーダンスがプラズマ励起電極とその対向電極との
間のプラズマ励起周波数に対するインピーダンスに比べ
て高いので、磁気シールド体を通る高周波電力の漏れを
防止することができる。その結果、エネルギの使用効率
が改善できる。
【００２８】従って、外部からの高周波電力を正確にモ
ニタできることになり、プラズマ装置の精密制御、膜の
高品質化が可能となる。また、磁気シールド体が直流的
に接地されているので、磁気シールド体が負の電位に自
己バイアスされることを防ぎ、磁気シールド材がスパッ
タ化されるのを防止できる。
ニタできることになり、プラズマ装置の精密制御、膜の
高品質化が可能となる。また、磁気シールド体が直流的
に接地されているので、磁気シールド体が負の電位に自
己バイアスされることを防ぎ、磁気シールド材がスパッ
タ化されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の高周波マグネトロンプラズマ装置を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図２】高周波電力とサセプタ電流との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図３】絶縁膜の絶縁耐圧に対するヒストグラムであ
る。
る。
【図４】実施例２の高周波マグネトロンプラズマ装置に
用いた磁気シールド体を示す概念図である。
用いた磁気シールド体を示す概念図である。
【図５】従来の高周波マグネトロンプラズマ装置を示す
概念図である。
概念図である。
【符号の説明】 １０１、５０１ 真空室、 １０２、５０２ プラズマ励起電極、 １０３、５０３ ターゲット、 １０４、５０４ 磁石、 １０５、５０５ 磁気シールド体、 １０６、５０６ 絶縁体、 １０７、５０７ マッチングボックス、 １０８、５０８ 高周波電源、 １０９、５０９ サセプタ電極（対向電極）、 １１０、５１０ バンドパスフィルタ １１１、５１１ 高周波電流計 １１２、５１２ ガス導入管、 １１３、５１３ 排気口、 １１４ コイル、 ４０１ 磁気シールド体、 ４０２ 切り欠き。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｃ 8417−4Ｋ Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 8122−4Ｍ 21/205 21/3065 (72)発明者 福井 洋文 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 相原 正己 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 岩崎 千里 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 笠間 泰彦 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ケ袋２の１の17の 301
Claims (3)
- 【請求項１】 サセプタ電極と、プラズマ励起電極と、
前記プラズマ励起電極に取り付けられた磁石と、前記プ
ラズマ励起電極の周囲に配置された磁気シールドと、を
真空室内に有する高周波マグネトロンプラズマ装置であ
って、前記磁気シールドは、高周波に対して高いインピ
ーダンスを有することを特徴とする高周波マグネトロン
プラズマ装置。 - 【請求項２】 前記磁気シールドは、直流に対して接地
されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波マ
グネトロンプラズマ装置。 - 【請求項３】 前記磁気シールドは、インダクタンスを
介して接地されていることを特徴とする請求項２に記載
の高周波マグネトロンプラズマ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5282723A JP2592217B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 高周波マグネトロンプラズマ装置 |
| KR1019940028855A KR0137323B1 (ko) | 1993-11-11 | 1994-11-04 | 고주파 마그네트론 플라즈마 장치 |
| US08/336,631 US5605576A (en) | 1993-11-11 | 1994-11-09 | High frequency magnetron plasma apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5282723A JP2592217B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 高周波マグネトロンプラズマ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07147200A true JPH07147200A (ja) | 1995-06-06 |
| JP2592217B2 JP2592217B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=17656210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5282723A Expired - Fee Related JP2592217B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 高周波マグネトロンプラズマ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5605576A (ja) |
| JP (1) | JP2592217B2 (ja) |
| KR (1) | KR0137323B1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000345337A (ja) * | 1999-06-03 | 2000-12-12 | Ulvac Japan Ltd | カソード電極装置及びスパッタリング装置 |
| JP2006137966A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング装置およびスパッタリング方法 |
| US7323081B2 (en) | 2001-02-02 | 2008-01-29 | Canon Anelva Corporation | High-frequency plasma processing apparatus |
| US7767056B2 (en) | 2003-01-14 | 2010-08-03 | Canon Anelva Corporation | High-frequency plasma processing apparatus |
| JP2019052342A (ja) * | 2017-09-14 | 2019-04-04 | 株式会社アルバック | スパッタリング装置 |
| KR20230100969A (ko) * | 2021-12-29 | 2023-07-06 | 피에스케이 주식회사 | 플라즈마 발생 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 |
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