WO2016056399A1 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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祐介 平山
正章 宮川
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    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3408—Silicon carbide

Definitions

  • plasma processing apparatuses that perform plasma processing for the purpose of thin film deposition or etching are widely used.
  • the plasma processing apparatus include a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus that performs a thin film deposition process, a plasma etching apparatus that performs an etching process, and the like.
  • the plasma processing method includes a film forming process, a plasma processing process, and a removing process.
  • a silicon-containing film is formed on the surface of a member inside the chamber by plasma of a silicon-containing gas and a reducing gas.
  • the plasma processing step after the silicon-containing film is formed on the surface of the member, the target object carried into the chamber is subjected to plasma processing using plasma of a processing gas.
  • the silicon-containing film is removed from the surface of the member by plasma of fluorine-containing gas after the object to be processed that has been plasma-treated is carried out of the chamber.
  • a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of protecting members inside the chamber from plasma and preventing deterioration and wear are realized.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus applied to the plasma processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the processing flow of the plasma processing method by the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of measurement points of the deposit amount in the chamber in the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the ratio of the reducing gas and the silicon-containing gas and the deposition amount.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the deposition amount and the etching amount of the silicon-containing film in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the deposition amount and the etching amount of the silicon-containing film in the present embodiment.
  • the plasma processing method includes a film forming step of forming a silicon-containing film on the surface of a member inside the chamber by plasma of a silicon-containing gas and a reducing gas, and a member After a silicon-containing film is formed on the surface of the substrate, a plasma processing step is performed in which the object to be processed that has been carried into the chamber is plasma-processed by plasma of the processing gas, and the object to be processed that has been plasma-treated is carried out of the chamber. And a removal step of removing the silicon-containing film from the surface of the member by plasma of fluorine-containing gas.
  • the silicon-containing gas includes at least one of SiF4, SiCl4, and SiBr4.
  • the flow rate ratio of the reducing gas to the silicon-containing gas is 0.2 or more in the film forming step.
  • the carbon-containing gas is CxHyFz (wherein x, y, and z represent integers, and (z ⁇ y) ⁇ x is 2 or less). Contains the gas represented.
  • the plasma processing method according to the present embodiment includes a first removal step of removing the silicon-containing film from the surface of the member by the fluorine-containing gas plasma, and an oxygen-containing gas plasma.
  • a plasma processing apparatus is a chamber for plasma processing an object to be processed, an exhaust unit for decompressing the inside of the chamber, and a process gas for supplying the inside of the chamber.
  • the silicon supply film, the silicon-containing gas and the plasma of the reducing gas are used to form a silicon-containing film on the surface of the member inside the chamber, and the silicon-containing film is formed on the surface of the member.
  • the plasma processing step of performing plasma processing on the target object carried into the chamber with the plasma of the processing gas, and after the target object subjected to the plasma processing is carried out of the chamber the plasma of the fluorine-containing gas is used.
  • a controller that performs a removal step of removing the silicon-containing film from the surface of the member.
  • a processing gas for plasma etching is supplied from the processing gas supply source 15 to the gas diffusion chambers 16c and 16d through the gas supply pipes 15a and 15b, and gas flow holes are provided from the gas diffusion chambers 16c and 16d. 16e and the gas introduction hole 16f are distributed and supplied into the processing chamber 1 as a shower.
  • a silicon-containing gas and a reducing gas used when a silicon-containing film is formed on the surface of a member disposed inside the processing chamber 1. Is supplied.
  • the processing gas supply source 15 supplies a processing gas containing HBr / NF 3 used when plasma processing is performed on the object to be processed.
  • a fluorine-containing gas used for removing the silicon-containing film from the surface of a member disposed inside the processing chamber 1 is supplied. Details of the gas supplied from the processing gas supply source 15 will be described later.
  • An exhaust port 71 is formed at the bottom of the processing chamber 1, and an exhaust device 73 is connected to the exhaust port 71 via an exhaust pipe 72.
  • the exhaust device 73 has a vacuum pump. By operating this vacuum pump, the inside of the processing chamber 1 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum.
  • the exhaust device 73 is an example of an exhaust unit.
  • a loading / unloading port 74 for the semiconductor wafer W is provided on the side wall of the processing chamber 1, and a gate valve 75 for opening and closing the loading / unloading port 74 is provided at the loading / unloading port 74.
  • Numerals 76 and 77 in the figure are depot shields that are detachable.
  • the deposition shield 76 is provided along the inner wall surface of the processing chamber 1, and has a role of preventing etching by-products (deposition) from adhering to the processing chamber 1.
  • the inner wall of the processing chamber 1 and the deposition shield 76 may be collectively referred to as “the inner wall of the processing chamber 1”.
  • the deposition shield 77 is provided so as to cover the outer peripheral surfaces of the mounting table 2, the inner wall member 3 a, and the support table 4 that serve as the lower electrode.
  • the mounting table 2, the inner wall member 3a, the support table 4, and the deposition shield 77 may be collectively referred to as “lower electrode”.
  • a conductive member (GND block) 79 connected to the ground in a DC manner is provided at substantially the same height as the semiconductor wafer W of the deposition shield 76, thereby preventing abnormal discharge.
  • the user interface 62 includes a keyboard for a command input by a process manager to manage the plasma etching apparatus, a display for visualizing and displaying the operating status of the plasma etching apparatus, and the like.
  • control unit 60 controls each unit of the plasma processing apparatus so as to perform a plasma processing method to be described later.
  • the control unit 60 forms a silicon-containing film on the surface of a member inside the chamber by plasma of a silicon-containing gas and a reducing gas. Then, after the silicon-containing film is formed, the control unit 60 plasma-processes the object to be processed carried into the processing chamber 1 with the processing gas plasma. Then, the control unit 60 removes the silicon-containing film from the surface of the member by the plasma of the fluorine-containing gas after the object to be processed that has been plasma-treated is carried out of the processing chamber 1.
  • the plasma processing apparatus performs a film forming process for forming a silicon-containing film on the surface of the member in the chamber by using a plasma of a silicon-containing gas and a reducing gas (step S101).
  • the chamber inner member includes, for example, an inner wall of the processing chamber 1, a mounting table 2 that is a lower electrode disposed in the processing chamber 1, an inner wall member 3 a, and a deposition shield 77.
  • the other members include a shower head 16 that is an upper electrode facing the lower electrode inside the processing chamber 1.
  • the silicon-containing gas includes, for example, at least one of SiF4, SiCl4, and SiBr4.
  • the reducing gas includes at least one of H2, CH4, and C3H6, for example.
  • the silicon-containing gas preferably further contains a rare gas.
  • the rare gas is, for example, Ar or He.
  • the plasma processing apparatus generates a deposit that is a silicon-containing film on the surface of the member in the chamber by a film forming process.
  • the control unit 60 of the plasma processing apparatus supplies a silicon-containing gas and a reducing gas from the processing gas supply source 15 to the inside of the processing chamber 1, and high-frequency power for generating plasma from the first high-frequency power source 10 a to the inside of the processing chamber 1. Is applied to generate plasma of a silicon-containing gas and a reducing gas. At this time, the controller 60 does not apply high frequency power for ion attraction from the second high frequency power supply 10b. As a result, a deposit that is a silicon-containing film is generated on the surface of the chamber inner member.
  • 9 and 10 show the plasma resistance evaluation conditions of 20 mT and 800 W, CF4 gas for 30 seconds, H2 / N2 gas for 60 seconds, CF4 gas for 30 seconds, and O2 / Ar gas for 30 seconds.
  • the etching amount of the measurement points 90 to 94 that is, the etching amount of the silicon-containing film (depot) is shown.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing an example of a cross section and a surface after deposition of a silicon-containing film of a comparative example.
  • FIG. 11A shows an example of a cross section of the depot at the measurement point 90
  • FIG. 11B shows an example of the surface of the depot at the measurement point 90.
  • 12A and 12B are views showing an example of a cross section and a surface after the plasma treatment of the silicon-containing film of the comparative example.
  • FIG. 12A shows an example of a cross-section of the deposit after the plasma treatment at the measurement point 90
  • FIG. 12B shows an example of the surface of the deposit after the plasma treatment at the measurement point 90. Comparing FIG. 11 with FIG. 12, it can be seen that the deposit at the measurement point 90 is etched by the plasma treatment, and the surface state becomes rough.
  • the silicon-containing film in the present embodiment shown in FIGS. 5 to 8 has a smaller etching amount due to plasma treatment and a dense cross-section and surface of the deposit compared to the silicon-containing film of the comparative example shown in FIGS. is there. That is, the silicon-containing film in this embodiment is a silicon-containing film having higher plasma resistance than the silicon-containing film of the comparative example.
  • the etching amount at the measurement point 90 of the silicon-containing film in this embodiment is 18.0 nm
  • the etching amount at the measurement point 90 of the silicon-containing film of the comparative example is 45.0 nm. The amount is decreasing.
  • the control unit 60 of the plasma processing apparatus loads the object to be processed into the processing chamber 1 from the loading / unloading port 74 and the gate valve 75, and places the loaded object on the electrostatic chuck 6. Thereafter, the control unit 60 supplies a processing gas from the processing gas supply source 15 to the inside of the processing chamber 1, applies a high-frequency power for plasma generation from the first high-frequency power source 10a, and ions from the second high-frequency power source 10b. Apply high-frequency power for entrainment. As a result, the object to be processed is plasma processed.
  • FIG. 13 is a flowchart showing another example of the processing flow of the plasma processing method by the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
  • the process flow of the plasma processing method shown in FIG. 13 is a pre-formation process in which a carbon-containing film is formed on the surface of a member in the chamber by plasma of a carbon-containing gas before the silicon-containing film forming step. Including a membrane process.
  • the control unit 60 of the plasma processing apparatus supplies a carbon-containing gas from the processing gas supply source 15 to the inside of the processing chamber 1, and applies high-frequency power for generating plasma to the inside of the processing chamber 1 from the first high-frequency power source 10 a. A plasma of a carbon-containing gas is generated. At this time, the controller 60 does not apply high frequency power for ion attraction from the second high frequency power supply 10b. As a result, a deposit that is a carbon-containing film is generated on the surface of the chamber inner member.
  • the silicon-containing film is removed from the surface of the chamber inner member by the fluorine-containing gas plasma. As a result, the surface of the chamber inner member can be cleaned.
  • the flow rate ratio of the reducing gas to the silicon-containing gas is 0.2 or more.

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Abstract

 チャンバの内部の部材をプラズマから保護し、変質及び消耗を防止すること。 プラズマ処理方法は、成膜工程と、プラズマ処理工程と、除去工程とを含む。成膜工程は、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する。プラズマ処理工程は、部材の表面にシリコン含有膜が成膜された後に、チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理する。除去工程は、プラズマ処理された被処理体がチャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン含有膜を除去する。

Description

プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
 本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
 半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置としては、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置等が挙げられる。
 ところで、プラズマ処理装置においては、チャンバ内に配置された部材(以下適宜「チャンバ内部材」という)は、各種のプラズマ処理の際に処理ガスのプラズマに曝されるため、耐プラズマ性が求められる。この点、例えば特許文献1には、被処理体をプラズマ処理する前に、酸素とSiF4とのガス流量比を1.7以上として酸素を含むシリコン含有ガスを供給し、チャンバ内部材の表面にフッ素を含むシリコン酸化膜を保護膜として成膜することにより、チャンバ内部材の耐プラズマ性を高めることが開示されている。
米国特許第6071573号明細書
 しかしながら、チャンバ内部材の表面にフッ素を含むシリコン酸化膜を保護膜として成膜する従来技術では、処理ガスのプラズマによるシリコン酸化膜のエッチ量が多くなる。
 すなわち、従来技術では、酸素とSiF4とのガス流量比を1.7以上として酸素を含むシリコン含有ガスを供給する。また、酸素を含むシリコン含有ガスのプラズマ中の酸素ラジカルとSiラジカルとをチャンバ内の空間中で反応させてシリコン酸化物を生成し、生成したシリコン酸化物をチャンバ内部材にシリコン酸化膜として堆積させる。チャンバ内部材上に堆積したシリコン酸化膜は、Fなどの残留ハロゲンが含まれるので、処理ガスのプラズマによってシリコン酸化膜の膜厚以上にエッチングされる場合がある。このため、従来技術では、チャンバ内部材の表面が変質及び消耗してしまい、チャンバ内部材の保護が十分ではなかった。
 本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、成膜工程と、プラズマ処理工程と、除去工程とを含む。成膜工程は、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する。プラズマ処理工程は、前記部材の表面に前記シリコン含有膜が成膜された後に、前記チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理する。除去工程は、プラズマ処理された前記被処理体が前記チャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記シリコン含有膜を除去する。
 本発明の種々の側面及び実施形態によれば、チャンバの内部の部材をプラズマから保護し、変質及び消耗を防止することができるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置が実現される。
図1は、本実施形態に係るプラズマ処理方法に適用されるプラズマ処理装置を示す概略断面図である。 図2は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図3は、本実施形態におけるチャンバ内のデポ量の測定点の一例を説明するための図である。 図4は、還元性ガス及びシリコン含有ガスの比率とデポ量の一例を示す図である。 図5は、本実施形態におけるシリコン含有膜のデポ量とエッチ量の一例を示す図である。 図6は、本実施形態におけるシリコン含有膜のデポ量とエッチ量の一例を示す図である。 図7(a),(b)は、本実施形態におけるシリコン含有膜のデポ後の断面及び表面の一例を示す図である。 図8(a),(b)は、本実施形態におけるシリコン含有膜のプラズマ処理後の断面及び表面の一例を示す図である。 図9は、比較例のシリコン含有膜のデポ量とエッチ量の一例を示す図である。 図10は、比較例のシリコン含有膜のデポ量とエッチ量の一例を示す図である。 図11(a),(b)は、比較例のシリコン含有膜のデポ後の断面及び表面の一例を示す図である。 図12(a),(b)は、比較例のシリコン含有膜のプラズマ処理後の断面及び表面の一例を示す図である。 図13は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。
 以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
 本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する成膜工程と、部材の表面にシリコン含有膜が成膜された後に、チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程と、プラズマ処理された被処理体がチャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン含有膜を除去する除去工程とを含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、シリコン含有ガスは、SiF4、SiCl4及びSiBr4のうち少なくともいずれか一つを含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、還元性ガスは、H2、CH4及びC3H6のうち少なくともいずれか一つを含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、成膜工程において、シリコン含有ガスに対する還元性ガスの流量比が0.2以上である。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、成膜工程の前に、さらに、炭素含有ガスのプラズマにより、部材の表面に対して炭素含有膜を成膜するプレ成膜工程を含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、炭素含有ガスは、CxHyFz〔式中、x、y及びzは整数を表し、(z-y)÷xは2以下〕で表されるガスを含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、炭素含有ガスは、CH4、C4F8、CHF3、CH3F及びC2H4のうち少なくともいずれか一つを含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、除去工程は、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン含有膜を除去する第1除去工程と、酸素含有ガスのプラズマにより部材の表面から炭素含有膜を除去する第2除去工程とを含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、シリコン含有ガスは、さらに希ガスを含む。
 また、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、1つの実施形態において、希ガスは、Ar又はHeである。
 本実施形態に係るプラズマ処理装置は、1つの実施形態において、被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、チャンバの内部を減圧するための排気部と、チャンバの内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する成膜工程と、部材の表面にシリコン含有膜が成膜された後に、チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程と、プラズマ処理された被処理体がチャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン含有膜を除去する除去工程とを実行する制御部とを備えた。
 図1は、本実施形態に係るプラズマ処理方法に適用されるプラズマ処理装置を示す概略断面図である。図1に示すプラズマ処理装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバ1を有している。この処理チャンバ1は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜を形成されたアルミニウム等から構成されている。処理チャンバ1内には、被処理体である半導体ウエハWを水平に支持する載置台2が設けられている。
 載置台2は、その基材2aが導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台2は、絶縁板3を介して導体の支持台4に支持されている。また、載置台2の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング5が設けられている。さらに、載置台2及び支持台4の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材3aが設けられている。
 載置台2の上方には、載置台2と平行に対向するように、換言すれば、載置台2に支持された半導体ウエハWと対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド16が設けられている。シャワーヘッド16と載置台2は、一対の電極(上部電極と下部電極)として機能するようになっている。載置台2の基材2aには、第1の整合器11aを介して第1の高周波電源10aが接続されている。また、載置台2の基材2aには、第2の整合器11bを介して第2の高周波電源10bが接続されている。第1の高周波電源10aは、プラズマ発生用のものであり、この第1の高周波電源10aからは所定周波数(例えば100MHz)の高周波電力が載置台2の基材2aに供給されるようになっている。また、第2の高周波電源10bは、イオン引き込み用(バイアス用)のものであり、この第2の高周波電源10bからは第1の高周波電源10aより低い所定周波数(例えば、13MHz)の高周波電力が載置台2の基材2aに供給されるようになっている。
 載置台2の上面には、半導体ウエハWを静電吸着するための静電チャック6が設けられている。この静電チャック6は絶縁体6bの間に電極6aを介在させて構成されており、電極6aには直流電源12が接続されている。そして電極6aに直流電源12から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハWが吸着されるよう構成されている。
 載置台2の内部には、冷媒流路2bが形成されており、冷媒流路2bには、冷媒入口配管2c、冷媒出口配管2dが接続されている。そして、冷媒流路2bの中にガルデンなどの冷媒を循環させることによって、支持台4及び載置台2を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台2等を貫通するように、半導体ウエハWの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス(バックサイドガス)を供給するためのバックサイドガス供給配管30が設けられている。このバックサイドガス供給配管30は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台2の上面に静電チャック6によって吸着保持された半導体ウエハWを、所定の温度に制御可能となっている。
 上記したシャワーヘッド16は、処理チャンバ1の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド16は、本体部16aと電極板をなす上部天板16bとを備えており、絶縁性部材45を介して処理チャンバ1の上部に支持されている。本体部16aは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板16bを着脱自在に支持できるように構成されている。上部天板16bは、シリコン含有物質で形成され、例えば石英で形成される。
 本体部16aの内部には、ガス拡散室16c,16dが設けられ、このガス拡散室16c,16dの下部に位置するように、本体部16aの底部には、多数のガス通流孔16eが形成されている。ガス拡散室は、中央部に設けられたガス拡散室16cと、周縁部に設けられたガス拡散室16dとに2分割されており、中央部と周縁部とで独立に処理ガスの供給状態を変更できるようになっている。
 また、上部天板16bには、当該上部天板16bを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔16fが、上記したガス通流孔16eと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室16c,16dに供給された処理ガスは、ガス通流孔16e及びガス導入孔16fを介して処理チャンバ1内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部16a等には、図示しないヒータや、冷媒を循環させるための図示しない配管等の温度調整器が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド16を所望温度に温度制御できるようになっている。
 上記した本体部16aには、ガス拡散室16c,16dへ処理ガスを導入するための2つのガス導入口16g,16hが形成されている。これらのガス導入口16g,16hにはガス供給配管15a,15bが接続されており、このガス供給配管15a,15bの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給源15が接続されている。処理ガス供給源15は、ガス供給部の一例である。ガス供給配管15aには、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)15c、及び開閉弁V1が設けられている。また、ガス供給配管15bには、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)15d、及び開閉弁V2が設けられている。
 そして、処理ガス供給源15からはプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管15a,15bを介してガス拡散室16c,16dに供給され、このガス拡散室16c,16dから、ガス通流孔16e及びガス導入孔16fを介して処理チャンバ1内にシャワー状に分散されて供給される。例えば、処理ガス供給源15からは、後述するように、処理チャンバ1の内部に配置された部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する際に用いられる、シリコン含有ガス及び還元性ガスなどが供給される。また、例えば、処理ガス供給源15からは、被処理体をプラズマ処理する際に用いられるHBr/NF3を含む処理ガスなどが供給される。また、処理ガス供給源15からは、処理チャンバ1の内部に配置された部材の表面からシリコン含有膜を除去する際に用いられるフッ素含有ガスなどが供給される。処理ガス供給源15により供給されるガスの詳細については、後述する。
 上記した上部電極としてのシャワーヘッド16には、ローバスフィルタ(LPF)51を介して可変直流電源52が電気的に接続されている。この可変直流電源52は、オン・オフスイッチ53により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源52の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ53のオン・オフは、後述する制御部60によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第1の高周波電源10a、第2の高周波電源10bから高周波が載置台2に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部60によりオン・オフスイッチ53がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド16に所定の直流電圧が印加される。
 処理チャンバ1の底部には、排気口71が形成されており、この排気口71には、排気管72を介して排気装置73が接続されている。排気装置73は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバ1内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。排気装置73は、排気部の一例である。一方、処理チャンバ1の側壁には、半導体ウエハWの搬入出口74が設けられており、この搬入出口74には、当該搬入出口74を開閉するゲートバルブ75が設けられている。
 図中76,77は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド76は、処理チャンバ1の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバ1にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止する役割を有している。以下では、処理チャンバ1の内壁とデポシールド76とを併せて「処理チャンバ1の内壁」と呼ぶことがあるものとする。また、デポシールド77は、下部電極となる載置台2、内壁部材3a及び支持台4の外周面を覆うように設けられている。以下では、載置台2、内壁部材3a、支持台4及びデポシールド77を併せて「下部電極」と呼ぶことがあるものとする。デポシールド76の半導体ウエハWと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材(GNDブロック)79が設けられており、これにより異常放電が防止される。
 また、処理チャンバ1の周囲には、同心円状にリング磁石80が配置されている。リング磁石80は、シャワーヘッド16と載置台2との間の空間に磁場を印加する。リング磁石80は、図示しない回転機構により回転自在に構成されている。
 上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部60によって、その動作が統括的に制御される。この制御部60には、CPUを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ61と、ユーザインターフェース62と、記憶部63とが設けられている。
 ユーザインターフェース62は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
 記憶部63には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ61の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウエア)や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース62からの指示等にて任意のレシピを記憶部63から呼び出してプロセスコントローラ61に実行させることで、プロセスコントローラ61の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体(例えば、ハードディスク、CD、フレキシブルディスク、半導体メモリ等)などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
 例えば、制御部60は、後述するプラズマ処理方法を行うようにプラズマ処理装置の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部60は、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する。そして、制御部60は、シリコン含有膜が成膜された後に、処理チャンバ1の内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理する。そして、制御部60は、プラズマ処理された被処理体が処理チャンバ1の外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン含有膜を除去する。ここで、処理チャンバ1の内部に配置された部材は、例えば、処理チャンバ1の内壁と、処理チャンバ1の内部に配置された下部電極である載置台2、内壁部材3a、支持台4及びデポシールド77とを含む。処理チャンバ1の内部に配置された部材を、以下では「チャンバ内部材」と呼ぶことがあるものとする。また、他の部材は、処理チャンバ1の内部において下部電極と対向する上部電極であるシャワーヘッド16を含む。また、被処理体は、例えば、半導体ウエハWである。
 次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法について説明する。図2は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
 図2に示すように、プラズマ処理装置は、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバ内部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する成膜工程を行う(ステップS101)。チャンバ内部材は、例えば、処理チャンバ1の内壁と、処理チャンバ1の内部に配置された下部電極である載置台2、内壁部材3a及びデポシールド77とを含む。また、他の部材は、処理チャンバ1の内部において下部電極と対向する上部電極であるシャワーヘッド16を含む。また、シリコン含有ガスは、例えば、SiF4、SiCl4及びSiBr4のうち少なくともいずれか一つを含む。また、還元性ガスは、例えば、H2、CH4及びC3H6のうち少なくともいずれか一つを含む。また、シリコン含有ガスに対する還元性ガスの流量比は、例えば、0.2以上とする。すなわち、当該流量比は、例えば、H2÷SiF4=0.2以上とする。シリコン含有ガスは、好ましくは、さらに希ガスを含む。希ガスは、例えば、Ar又はHeである。
 プラズマ処理装置は、成膜工程によりチャンバ内部材の表面にシリコン含有膜であるデポを生成させる。プラズマ処理装置の制御部60は、処理ガス供給源15から処理チャンバ1の内部にシリコン含有ガス及び還元性ガスを供給し、第1の高周波電源10aから処理チャンバ1内部へプラズマ生成用の高周波電力を印加してシリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマを生成する。この際、制御部60は、第2の高周波電源10bからイオン引き込み用の高周波電力を印加しない。この結果、チャンバ内部材の表面にシリコン含有膜であるデポが生成される。
 チャンバ内部材の表面に生成されるシリコン含有膜(デポ)は、処理チャンバ1の各部において異なる量となる。図3は、本実施形態におけるチャンバ内のデポ量の測定点の一例を説明するための図である。図3に示すように、デポ量の測定点として、例えば、上部天板16bの中心(UEL Cent)である測定点90、上部天板16bのエッジ(UEL Edge)である測定点91、排気口71に対応する処理チャンバ1の天壁部分(UEL Exhaust)である測定点92、デポシールド(D/S)76の測定点93、及び、バッフル(Buffle)の測定点94を設ける。
 図4は、還元性ガス及びシリコン含有ガスの比率とデポ量の一例を示す図である。図4は、シリコン含有ガスとしてSiF4、及び、還元性ガスとしてCH4を用いて、流量比を変化させた場合のデポの膜厚を示す。図4に示すように、CH4をSiF4に対して2割以上、好ましくは2割添加することで、CVDの効率を最大化できる。
 図5及び図6は、本実施形態におけるシリコン含有膜のデポ量とエッチ量の一例を示す図である。図5及び図6は、シリコン含有ガスとしてSiF4、及び、還元性ガスとしてCH4を用いた。また、図5及び図6は、成膜条件として、20mT、800W、2分、及び、流量比をSiF4/CH4=300/100sccmとした場合の測定点90~94のDepo量、つまりシリコン含有膜(デポ)の膜厚を示す。また、図5及び図6は、耐プラズマ評価条件として、20mT及び800Wとし、CF4ガスを30秒、H2/N2ガスを60秒、CF4ガスを30秒、及び、O2/Arガスを30秒とした場合の測定点90~94のEtch量、つまりシリコン含有膜(デポ)のエッチング量を示す。
 図7(a),(b)は、本実施形態におけるシリコン含有膜のデポ後の断面及び表面の一例を示す図である。図7(a)は、測定点90のデポの断面の一例を示し、図7(b)は、測定点90のデポの表面の一例を示す。図8(a),(b)は、本実施形態におけるシリコン含有膜のプラズマ処理後の断面及び表面の一例を示す図である。図8(a)は、測定点90のプラズマ処理後のデポの断面の一例を示し、図8(b)は、測定点90のプラズマ処理後のデポの表面の一例を示す。図7と図8とを比較すると、測定点90のデポは、プラズマ処理の前後でデポの状態に変化が少なく、耐プラズマ性が高いシリコン含有膜が形成されている。
 図9及び図10は、比較例のシリコン含有膜のデポ量とエッチ量の一例を示す図である。図9及び図10は、シリコン含有ガスとしてSiF4、酸素含有ガスとしてO2、及び、希ガスとしてArを用いた。また、図9及び図10は、成膜条件として、20mT、800W、2分、及び、流量比をSiF4/O2/Ar=300/300/100sccmとした場合の測定点90~94のシリコン含有膜(デポ)の膜厚を示す。また、図9及び図10は、耐プラズマ評価条件として、20mT及び800Wとし、CF4ガスを30秒、H2/N2ガスを60秒、CF4ガスを30秒、及び、O2/Arガスを30秒とした場合の測定点90~94のEtch量、つまりシリコン含有膜(デポ)のエッチング量を示す。
 図11(a),(b)は、比較例のシリコン含有膜のデポ後の断面及び表面の一例を示す図である。図11(a)は、測定点90のデポの断面の一例を示し、図11(b)は、測定点90のデポの表面の一例を示す。図12(a),(b)は、比較例のシリコン含有膜のプラズマ処理後の断面及び表面の一例を示す図である。図12(a)は、測定点90のプラズマ処理後のデポの断面の一例を示し、図12(b)は、測定点90のプラズマ処理後のデポの表面の一例を示す。図11と図12とを比較すると、測定点90のデポは、プラズマ処理によりデポがエッチングされ、表面の状態が荒くなっていることが判る。
 図5から図8に示す本実施形態におけるシリコン含有膜は、図9から図12に示す比較例のシリコン含有膜と比較すると、プラズマ処理によるエッチ量が減少し、デポの断面及び表面も緻密である。すなわち、本実施形態におけるシリコン含有膜は、比較例のシリコン含有膜と比較すると、より耐プラズマ性の高いシリコン含有膜が成膜される。例えば、本実施形態におけるシリコン含有膜の測定点90におけるエッチ量は、18.0nmであるのに対して、比較例のシリコン含有膜の測定点90におけるエッチ量は、45.0nmであり、エッチ量が減少している。このように、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜することにより、チャンバ内部材の表面に生成されるシリコン含有膜(デポ)のプラズマ耐性を向上させることが可能となる。
 図2の説明に戻る。続いて、プラズマ処理装置は、処理チャンバ1の内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程を行う(ステップS102)。被処理体は、例えば、シリコン酸化膜が積層された半導体ウエハWである。また、処理ガスは、例えば、HBr/NF3である。
 より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部60は、搬入出口74及びゲートバルブ75から処理チャンバ1の内部に被処理体を搬入し、搬入された被処理体を静電チャック6上に載置する。その後、制御部60は、処理ガス供給源15から処理チャンバ1内部に処理ガスを供給し、第1の高周波電源10aからプラズマ生成用の高周波電力を印加するとともに、第2の高周波電源10bからイオン引き込み用の高周波電力を印加する。この結果、被処理体がプラズマ処理される。
 そして、プラズマ処理装置は、被処理体が処理チャンバ1の外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面からシリコン含有膜を除去する除去工程を行う(ステップS103)。フッ素含有ガスは、例えば、NF3、SF6及びCF4のうち少なくともいずれか一つを含む。また、フッ素含有ガスは、O2を含んでもよい。
 より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部60は、搬入出口74及びゲートバルブ75から処理チャンバ1の外部へ被処理体を搬出する。その後、制御部60は、処理ガス供給源15から処理チャンバ1内部にフッ素含有ガスを供給し、第1の高周波電源10aからプラズマ生成用の高周波電力を印加する。この際、制御部60は、第2の高周波電源10bからイオン引き込み用の高周波電力を印加しない。この結果、処理チャンバ1内の部材の表面からシリコン含有物が除去される。
 続いて、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理の流れの他の一例を、図13を用いて説明する。図13は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。図13に示すプラズマ処理方法の処理の流れは、シリコン含有膜の成膜工程の前に、さらに、炭素含有ガスのプラズマにより、チャンバ内部材の表面に対して炭素含有膜を成膜するプレ成膜工程を含む。
 図13に示すように、プラズマ処理装置は、炭素含有ガスのプラズマにより、チャンバ内部材の表面に対して炭素含有膜を成膜するプレ成膜工程を行う(ステップS111)。炭素含有ガスは、例えば、CxHyFz〔式中、x、y及びzは整数を表し、(z-y)÷xは2以下〕で表されるガスを含む。また、炭素含有ガスは、例えば、CH4、C4F8、CHF3、CH3F及びC2H4のうち少なくともいずれか一つを含む炭素含有ガスであってもよい。炭素含有ガスは、好ましくは、さらに希ガスを含む。希ガスは、例えば、Ar又はHeである。プラズマ処理装置は、プレ成膜工程によりチャンバ内部材の表面に炭素含有膜であるデポを生成させる。
 プラズマ処理装置の制御部60は、処理ガス供給源15から処理チャンバ1の内部に炭素含有ガスを供給し、第1の高周波電源10aから処理チャンバ1内部へプラズマ生成用の高周波電力を印加して炭素含有ガスのプラズマを生成する。この際、制御部60は、第2の高周波電源10bからイオン引き込み用の高周波電力を印加しない。この結果、チャンバ内部材の表面に炭素含有膜であるデポが生成される。
 次に、プラズマ処理装置は、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する成膜工程を行う(ステップS112)。なお、ステップS112の詳細は、上述のステップS101と同様であるので、その説明を省略する。
 続いて、プラズマ処理装置は、処理チャンバ1の内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程を行う(ステップS113)。なお、ステップS113の詳細は、上述のステップS102と同様であるので、その説明を省略する。
 続いて、プラズマ処理装置は、被処理体が処理チャンバ1の外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面からシリコン含有膜を除去する第1除去工程を行う(ステップS114)。なお、ステップS114の詳細は、上述のステップS103と同様であるので、その説明を省略する。
 そして、プラズマ処理装置は、酸素含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面から炭素含有膜を除去する第2除去工程を行う(ステップS115)。酸素含有ガスは、少なくともO2を含み、好ましくは、さらに希ガスを含む。希ガスは、例えば、Ar又はHeである。
 より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部60は、シリコン含有膜を除去する第1除去工程の後に、処理ガス供給源15から処理チャンバ1内部に酸素含有ガスを供給し、第1の高周波電源10aからプラズマ生成用の高周波電力を印加する。この際、制御部60は、第2の高周波電源10bからイオン引き込み用の高周波電力を印加しない。この結果、処理チャンバ1内の部材の表面から炭素含有膜が除去される。
 上述したように、本実施形態によれば、被処理体をプラズマ処理する前に、シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する。このため、本実施形態によれば、チャンバ内部材の表面に生成されるシリコン含有膜(デポ)の耐プラズマ性を向上させることが可能となる。この結果、酸素含有ガスとシリコン含有ガスとのプラズマによりシリコン酸化膜を成膜する手法と比較して、シリコン含有膜中の残留ハロゲンの量が少なくなったので、より緻密で高品質なシリコン含有膜を成膜して耐プラズマ性を向上させることが可能となる。さらに、被処理体をプラズマ処理する前に成膜工程を行うことで、チャンバ内部材の耐プラズマ性を高めることが可能になり、部材の消耗や部材からの汚染物の飛散を回避することが可能となる。
 また、本実施形態によれば、プラズマ処理された被処理体が処理チャンバ1の外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面からシリコン含有膜を除去する。この結果、チャンバ内部材の表面を清浄化することが可能となる。
 また、本実施形態によれば、シリコン含有ガスは、SiF4、SiCl4及びSiBr4のうち少なくともいずれか一つを含む。この結果、チャンバ内部材の表面に生成されるシリコン含有膜(デポ)のプラズマ耐性を向上させることが可能となる。
 また、本実施形態によれば、還元性ガスは、H2、CH4及びC3H6のうち少なくともいずれか一つを含む。この結果、シリコン含有膜中の残留ハロゲンの量が少なくなったので、チャンバ内部材の表面に生成されるシリコン含有膜(デポ)のプラズマ耐性を向上させることが可能となる。
 また、本実施形態によれば、シリコン含有膜を成膜する成膜工程において、シリコン含有ガスに対する還元性ガスの流量比が0.2以上である。この結果、シリコン含有膜中の残留ハロゲンの量が少なくなったので、チャンバ内部材の表面に生成されるシリコン含有膜(デポ)のプラズマ耐性を向上させることが可能となる。
 また、本実施形態によれば、シリコン含有膜を成膜する成膜工程の前に、さらに、炭素含有ガスのプラズマにより、部材の表面に対して炭素含有膜を成膜するプレ成膜工程を含む。この結果、フッ素含有ガスのプラズマによりチャンバ内部材の表面からシリコン含有膜を除去する際に、フッ素含有ガスがチャンバ内部材の表面に触れないため、よりチャンバ内部材の表面の変質及び消耗を抑制することが可能となる。
 また、本実施形態によれば、炭素含有ガスは、CxHyFz〔式中、x、y及びzは整数を表し、(z-y)÷xは2以下〕で表されるガスを含む。この結果、よりチャンバ内部材の表面の変質及び消耗を抑制することが可能となる。
 また、本実施形態によれば、炭素含有ガスは、CH4、C4F8、CHF3、CH3F及びC2H4のうち少なくともいずれか一つを含む。この結果、よりチャンバ内部材の表面の変質及び消耗を抑制することが可能となる。
 また、本実施形態によれば、除去工程は、フッ素含有ガスのプラズマにより部材の表面からシリコン含有膜を除去する第1除去工程と、酸素含有ガスのプラズマにより部材の表面から炭素含有膜を除去する第2除去工程とを含む。この結果、チャンバ内部材の表面をより清浄化することが可能となる。
 また、本実施形態によれば、シリコン含有ガスは、さらに希ガスを含む。この結果、チャンバ内部材全体により均一にシリコン含有膜(デポ)を堆積させることが可能となる。
 また、本実施形態によれば、希ガスは、Ar又はHeである。この結果、チャンバ内部材全体により均一にシリコン含有膜(デポ)を堆積させることが可能となる。
(他の実施形態)
 以上、本実施形態に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。
(バイアス電圧)
 例えば、成膜工程においてバイアス電圧を印加しても良い。すなわち、制御部60は、成膜工程において、処理ガス供給源15から処理チャンバ1内部にシリコン含有ガス及び還元性ガスを供給し、第1の高周波電源10aから処理チャンバ1内部へプラズマ生成用の高周波電力を印加してシリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマを生成する。この際、制御部60は、第2の高周波電源10bから載置台2へイオン引き込み用の高周波電力を印加することで、載置台2に対してバイアス電圧を印加する。すると、プラズマ中のイオンが載置台2に向けて引き込まれる。この結果、バイアス電圧を印加しない手法と比較して、部材上の膜の膜厚をより緻密に制御することが可能となる。
1 処理チャンバ
2 載置台
2a 基材
2b 冷媒流路
2c 冷媒入口配管
2d 冷媒出口配管
3 絶縁板
3a 内壁部材
4 支持台
5 フォーカスリング
6 静電チャック
6a 電極
6b 絶縁体
10a 第1の高周波電源
10b 第2の高周波電源
15 処理ガス供給源
16 シャワーヘッド
16a 本体部
16b 上部天板
52 可変直流電源
60 制御部
61 プロセスコントローラ
62 ユーザインターフェース
63 記憶部
71 排気口
72 排気管
73 排気装置

Claims (11)

  1.  シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する成膜工程と、
     前記部材の表面に前記シリコン含有膜が成膜された後に、前記チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程と、
     プラズマ処理された前記被処理体が前記チャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記シリコン含有膜を除去する除去工程と
     を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
  2.  前記シリコン含有ガスは、SiF4、SiCl4及びSiBr4のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  3.  前記還元性ガスは、H2、CH4及びC3H6のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理方法。
  4.  前記成膜工程において、前記シリコン含有ガスに対する前記還元性ガスの流量比が0.2以上であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  5.  前記成膜工程の前に、さらに、炭素含有ガスのプラズマにより、前記部材の表面に対して炭素含有膜を成膜するプレ成膜工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  6.  前記炭素含有ガスは、CxHyFz〔式中、x、y及びzは整数を表し、(z-y)÷xは2以下〕で表されるガスを含むことを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理方法。
  7.  前記炭素含有ガスは、CH4、C4F8、CHF3、CH3F及びC2H4のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理方法。
  8.  前記除去工程は、前記フッ素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記シリコン含有膜を除去する第1除去工程と、酸素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記炭素含有膜を除去する第2除去工程とを含むことを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理方法。
  9.  前記シリコン含有ガスは、さらに希ガスを含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  10.  前記希ガスは、Ar又はHeであることを特徴とする請求項9に記載のプラズマ処理方法。
  11.  被処理体をプラズマ処理するためのチャンバと、
     前記チャンバの内部を減圧するための排気部と、
     前記チャンバの内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
     シリコン含有ガス及び還元性ガスのプラズマにより、チャンバの内部の部材の表面に対してシリコン含有膜を成膜する成膜工程と、前記部材の表面に前記シリコン含有膜が成膜された後に、前記チャンバの内部に搬入された被処理体を処理ガスのプラズマによりプラズマ処理するプラズマ処理工程と、プラズマ処理された前記被処理体が前記チャンバの外部に搬出された後に、フッ素含有ガスのプラズマにより前記部材の表面から前記シリコン含有膜を除去する除去工程とを実行する制御部と
     を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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