JPH0635664B2 - プラズマ処理による薄膜形成装置 - Google Patents
プラズマ処理による薄膜形成装置Info
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- JPH0635664B2 JPH0635664B2 JP26810587A JP26810587A JPH0635664B2 JP H0635664 B2 JPH0635664 B2 JP H0635664B2 JP 26810587 A JP26810587 A JP 26810587A JP 26810587 A JP26810587 A JP 26810587A JP H0635664 B2 JPH0635664 B2 JP H0635664B2
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- reaction gas
- gas
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ処理による薄膜形成装置の改良に係
り、特に電子サイクロトロン共鳴プラズマを利用した薄
膜形成装置に関する。
り、特に電子サイクロトロン共鳴プラズマを利用した薄
膜形成装置に関する。
これまでのこの種の装置は、例えば特開昭56−155535号
に記載されているように、マイクロ波と磁場の作用によ
る電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成する
プラズマ生成域に放電ガスを供給しプラズマを生成せし
め、生成プラズマにより別途供給された反応ガスを分解
し、真空室に設置された基板上に成膜を行う構成である
が、これらガス供給系の構成については、十分な配慮が
なされていなかった。
に記載されているように、マイクロ波と磁場の作用によ
る電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成する
プラズマ生成域に放電ガスを供給しプラズマを生成せし
め、生成プラズマにより別途供給された反応ガスを分解
し、真空室に設置された基板上に成膜を行う構成である
が、これらガス供給系の構成については、十分な配慮が
なされていなかった。
上記従来技術は、試料基板を低温に保持したまま大面積
にわたり成膜できる点すぐれているが、プラズマ生成域
の放電ガス濃度の均一性及び反応ガスの試料面方向への
供給の均一性等についての配慮がなされておらず、成膜
速度の均一性が悪いという問題があった。
にわたり成膜できる点すぐれているが、プラズマ生成域
の放電ガス濃度の均一性及び反応ガスの試料面方向への
供給の均一性等についての配慮がなされておらず、成膜
速度の均一性が悪いという問題があった。
本発明の目的は、これら従来技術の問題点を解消するこ
とにあり、ガス供給系の構造を特定することにより成膜
速度の均一性を改善した電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ化学蒸着装置から成る薄膜形成装置を提供することに
ある。
とにあり、ガス供給系の構造を特定することにより成膜
速度の均一性を改善した電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ化学蒸着装置から成る薄膜形成装置を提供することに
ある。
上記目的は、内部に試料基板を保持する手段を備えてい
る真空室の少くとも一部に電子サイクロトロン共鳴を起
こすべく磁場形成手段およびマイクロ波供給手段が設け
られているとともに、上記真空室内に放電ガスおよび反
応ガスを導入する手段が備えられてなる電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ化学蒸着装置としての薄膜形成装置に
おいて、該反応ガスを導入する手段が、試料面に向けて
ガスを放出する複数個の穴もしくはスリットを有する環
状構造であり、上記放電ガスを導入する手段が上記マイ
クロ波の供給側にガスを放出する複数個の穴もしくはス
リットを有する環状構造とすることにより達成される。
る真空室の少くとも一部に電子サイクロトロン共鳴を起
こすべく磁場形成手段およびマイクロ波供給手段が設け
られているとともに、上記真空室内に放電ガスおよび反
応ガスを導入する手段が備えられてなる電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ化学蒸着装置としての薄膜形成装置に
おいて、該反応ガスを導入する手段が、試料面に向けて
ガスを放出する複数個の穴もしくはスリットを有する環
状構造であり、上記放電ガスを導入する手段が上記マイ
クロ波の供給側にガスを放出する複数個の穴もしくはス
リットを有する環状構造とすることにより達成される。
以下に本発明の好ましい条件となる特徴点を列挙し、本
発明の構成をさらに具体的に説明する。
発明の構成をさらに具体的に説明する。
(1)内部に試料基板を保持する手段を備えている真空
室の一部に電子サイクロトロン共鳴を起こすべく磁場形
成手段とマイクロ波供給手段とが設けられていると共
に、前記真空室内に放電ガス及び反応ガスを導入する手
段が設けられて成る電子サイクロトロン共鳴プラズマ化
学蒸着装置から成る薄膜形成装置において、前記反応ガ
ス導入手段が、前記試料基板面中心方向に前記反応ガス
を放出する複数個の噴出口を有する環状構造体から成
り、前記放電ガス導入手段が、前記反応ガス導入手段と
は逆向きの前記マイクロ波供給手段側に前記放電ガスを
放出する複数個の噴出口を有する環状構造体から成るこ
とを特徴とする。
室の一部に電子サイクロトロン共鳴を起こすべく磁場形
成手段とマイクロ波供給手段とが設けられていると共
に、前記真空室内に放電ガス及び反応ガスを導入する手
段が設けられて成る電子サイクロトロン共鳴プラズマ化
学蒸着装置から成る薄膜形成装置において、前記反応ガ
ス導入手段が、前記試料基板面中心方向に前記反応ガス
を放出する複数個の噴出口を有する環状構造体から成
り、前記放電ガス導入手段が、前記反応ガス導入手段と
は逆向きの前記マイクロ波供給手段側に前記放電ガスを
放出する複数個の噴出口を有する環状構造体から成るこ
とを特徴とする。
(2)上記反応ガスの噴出口を有する環状構造体の環の
大きさを上記放電ガスの噴出口を有する環状構造体の環
に等しいか、それより大とすると共に、上記反応ガスの
噴出口を有する環状構造体を上記真空室の一部に存する
マイクロ波放電部の前方の前記放電ガスの噴出口を有す
る環状構造体を介し上記試料基板側のプラズマ放電が生
成しない領域に設けたことを特徴とする。
大きさを上記放電ガスの噴出口を有する環状構造体の環
に等しいか、それより大とすると共に、上記反応ガスの
噴出口を有する環状構造体を上記真空室の一部に存する
マイクロ波放電部の前方の前記放電ガスの噴出口を有す
る環状構造体を介し上記試料基板側のプラズマ放電が生
成しない領域に設けたことを特徴とする。
(3)上記反応ガスを上記試料基板方向に供給するため
の環状構造体が円を含む多角形から成り、その内径を前
記試料基板面より大としたことを特徴とする。
の環状構造体が円を含む多角形から成り、その内径を前
記試料基板面より大としたことを特徴とする。
(4)上記反応ガスを放出する複数個の噴出口が、開口
径の拡大したテーパ付の穴もしくはスリット構造を有す
ることを特徴とする。
径の拡大したテーパ付の穴もしくはスリット構造を有す
ることを特徴とする。
放電ガスは、それのみのプラズマ放電では成膜が起らな
いガスを用いて電子サイクロトロン共鳴によってプラズ
マ放電を生成させるためのものであるが、この放電ガス
の供給方向は生成するプラズマ流中の電子の密度の均一
性に大きな影響を与え、結果として試料基板面上の成膜
速度の均一性に大きな影響を与える。例えば前述の特開
昭56−155535号に記載されているように1つの導入口か
ら試料面側に向けて放電ガスが供給される場合は、放電
ガスの濃度が偏在し、プラズマ流中の電子の密度も偏在
し均一な成膜速度が得られ難い。これに対し、本発明の
場合、上記放電ガスをマイクロ波の供給側へ複数個の穴
もしくはスリットを有する環状構造体から供給し、壁面
によりはね反った放電ガスをプラズマ励起する構成とす
ると、生成プラズマ流中の電子密度の均一性は著しく向
上する。
いガスを用いて電子サイクロトロン共鳴によってプラズ
マ放電を生成させるためのものであるが、この放電ガス
の供給方向は生成するプラズマ流中の電子の密度の均一
性に大きな影響を与え、結果として試料基板面上の成膜
速度の均一性に大きな影響を与える。例えば前述の特開
昭56−155535号に記載されているように1つの導入口か
ら試料面側に向けて放電ガスが供給される場合は、放電
ガスの濃度が偏在し、プラズマ流中の電子の密度も偏在
し均一な成膜速度が得られ難い。これに対し、本発明の
場合、上記放電ガスをマイクロ波の供給側へ複数個の穴
もしくはスリットを有する環状構造体から供給し、壁面
によりはね反った放電ガスをプラズマ励起する構成とす
ると、生成プラズマ流中の電子密度の均一性は著しく向
上する。
反応ガスはそれのみのプラズマ放電により成膜が起るガ
ス種をさすが、本発明の場合反応ガスは上記放電ガスの
プラズマ流中の電子により分解され薄膜の主構成元素を
供給するものである。特開昭56−155535号には反応ガス
を放電ガス用の供給口から導入する例が示されている
が、本発明においてはこれは好ましくはない。一般的な
成膜条件である10m Torr以下の圧力域では分子と分子の
衝突は少なく、また、反応ガス分子と電子の質量の差異
により、反応ガス分解物は電子衝突によってもその進行
方向の変化は少いため、この様な構成の場合は、マイク
ロ波の導入径路側に成膜が起り、試料面上に成膜が起ら
ないからである。したがって、本発明においては反応ガ
スは試料面に向けて供給する必要があり、また複数個の
穴もしくはスリットを有する環状構造体から放出せしめ
るのが成膜速度の均一性向上に効果が大きい。この場合
上記穴もしくはスリット状のガス吹出し口はテーパ形状
もしくは二重スリット構造等としガスの放出方向を試料
基板面中心方向に規制することが好ましい。また、上記
反応ガスの吹出し機構はプラズマ放電が生成しない領域
に位置し、反応ガスによるプラズマ放電は起こらず、反
応ガスは放電ガスのプラズマ流中の電子によって分解さ
れる構成とすることが成膜速度の均一化に有効である。
上記反応ガス用の環状ガス吹出し機構の内径は試料基板
面の成膜面積よりも大であることが例えば円形の試料基
板の場合には半径方向の成膜速度の均一化に有効であ
る。上記反応ガス吹出し環状構造体の内径が小さい場合
は、中心部の成膜速度が大きく周辺部の成膜速度が小と
なり均一な成膜は困難となって好ましくない。
ス種をさすが、本発明の場合反応ガスは上記放電ガスの
プラズマ流中の電子により分解され薄膜の主構成元素を
供給するものである。特開昭56−155535号には反応ガス
を放電ガス用の供給口から導入する例が示されている
が、本発明においてはこれは好ましくはない。一般的な
成膜条件である10m Torr以下の圧力域では分子と分子の
衝突は少なく、また、反応ガス分子と電子の質量の差異
により、反応ガス分解物は電子衝突によってもその進行
方向の変化は少いため、この様な構成の場合は、マイク
ロ波の導入径路側に成膜が起り、試料面上に成膜が起ら
ないからである。したがって、本発明においては反応ガ
スは試料面に向けて供給する必要があり、また複数個の
穴もしくはスリットを有する環状構造体から放出せしめ
るのが成膜速度の均一性向上に効果が大きい。この場合
上記穴もしくはスリット状のガス吹出し口はテーパ形状
もしくは二重スリット構造等としガスの放出方向を試料
基板面中心方向に規制することが好ましい。また、上記
反応ガスの吹出し機構はプラズマ放電が生成しない領域
に位置し、反応ガスによるプラズマ放電は起こらず、反
応ガスは放電ガスのプラズマ流中の電子によって分解さ
れる構成とすることが成膜速度の均一化に有効である。
上記反応ガス用の環状ガス吹出し機構の内径は試料基板
面の成膜面積よりも大であることが例えば円形の試料基
板の場合には半径方向の成膜速度の均一化に有効であ
る。上記反応ガス吹出し環状構造体の内径が小さい場合
は、中心部の成膜速度が大きく周辺部の成膜速度が小と
なり均一な成膜は困難となって好ましくない。
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図は本発明による薄膜形成装置の構成説明図である。
図は本発明による薄膜形成装置の構成説明図である。
1はマグネトロンであり、通常0.1〜10GHzのマイク
ロ波を発生させる。発生したマイクロ波は導波管2によ
って真空室3内に導びかれる。4は放電管でありマイク
ロ波を通すために絶縁物(例えば石英ガラス、アルミナ
のごときセラミックス等)で形成されている。5は真空
室内に磁場を形成するための磁界発生手段でソレノイド
コイルから構成されている。6は試料基板であり、7は
加熱機構を備えた試料台である。8は排気ポートであ
り、ターボ分子ポンプや油拡散ポンプのような排気速度
の大きな減圧ポンプ(図示せず)が接続される。9は放
電ガス導入管、10は反応ガス導入管であるが、放電ガス
導入管9のガス放出部はマイクロ波が供給される放電管
4の矢印91方向に放電ガスを放出するように複数個の穴
もしくはスリットを有する円環状構造となっている。反
応ガス導入管10のガス放出部分も複数個の穴もしくはス
リットを有する円環状構造のものであるが反応ガスは矢
印101で示したように試料面に向けて放出する構成とな
っている。なお、92、102はそれぞれ放電ガス供給バル
ブ及び反応ガス供給バルブを示す。上述の反応ガス放出
部は放電ガスによるプラズマ流に接しない位置、すなわ
ち放電管開放端部に接する等磁力線面の外側に位置す
る。反応ガス導入管10のガス放出部のガス放出口は第2
図および第3図にその断面を示すようにテーパ状(第2
図)あるいは二重スリット状(第3図)構造となってお
り、反応ガスの放出方向は試料基板面中心に規制されて
いる。また、反応ガス導入管10の放出部分の円環の内径
は試料基板の成膜径よりも大としてある。
ロ波を発生させる。発生したマイクロ波は導波管2によ
って真空室3内に導びかれる。4は放電管でありマイク
ロ波を通すために絶縁物(例えば石英ガラス、アルミナ
のごときセラミックス等)で形成されている。5は真空
室内に磁場を形成するための磁界発生手段でソレノイド
コイルから構成されている。6は試料基板であり、7は
加熱機構を備えた試料台である。8は排気ポートであ
り、ターボ分子ポンプや油拡散ポンプのような排気速度
の大きな減圧ポンプ(図示せず)が接続される。9は放
電ガス導入管、10は反応ガス導入管であるが、放電ガス
導入管9のガス放出部はマイクロ波が供給される放電管
4の矢印91方向に放電ガスを放出するように複数個の穴
もしくはスリットを有する円環状構造となっている。反
応ガス導入管10のガス放出部分も複数個の穴もしくはス
リットを有する円環状構造のものであるが反応ガスは矢
印101で示したように試料面に向けて放出する構成とな
っている。なお、92、102はそれぞれ放電ガス供給バル
ブ及び反応ガス供給バルブを示す。上述の反応ガス放出
部は放電ガスによるプラズマ流に接しない位置、すなわ
ち放電管開放端部に接する等磁力線面の外側に位置す
る。反応ガス導入管10のガス放出部のガス放出口は第2
図および第3図にその断面を示すようにテーパ状(第2
図)あるいは二重スリット状(第3図)構造となってお
り、反応ガスの放出方向は試料基板面中心に規制されて
いる。また、反応ガス導入管10の放出部分の円環の内径
は試料基板の成膜径よりも大としてある。
次に本装置を用いてSiO2膜を形成した場合について述べ
る。試料台7にシリコンウェハーを試料基板6として載
置し、放電ガスとして酸素を流速10sccm(standard c c
per minuteの略)放電ガス導入管9から導入し、反応ガ
スとしてモノシラン(SiH4)を流速5sccm放電ガス導入
管から導入し真空室内の圧力を0.1Paとした。放電管
部分の最大磁束密度を1500Gaussとし、2.45GHzのマ
イクロ波を100W導入して放電を生成させ成膜を行なっ
た。この時放電管断面積の2倍の領域に±3%の均一性
でSiO2膜が形成できた。これに対し比較のため放電ガス
を放電管の先端部から試料基板側へ導入した場合は均一
性が劣り、±10%の均一性を満足する領域は放電管の断
面積より狭くなり、また、放電管の横から横方向(つま
り試料基板面と平行方向)に導入した場合はさらに均一
性が悪かった。さらにまた、反応ガスの導入を導入管の
1点から集中的に行った場合も均一性は悪く、円環状の
複数の吹出し部を用いた本発明実施例の場合のみ中心対
称の均一な分布となった。但し、円環状の複数の吹出し
部の内径が基板6より小さい場合は均一な成膜の得られ
る領域が狭かった。また、反応ガスの吹出し方向を試料
基板面中心に向けない場合は、中心部の成膜速度が低い
M字型分布となった。
る。試料台7にシリコンウェハーを試料基板6として載
置し、放電ガスとして酸素を流速10sccm(standard c c
per minuteの略)放電ガス導入管9から導入し、反応ガ
スとしてモノシラン(SiH4)を流速5sccm放電ガス導入
管から導入し真空室内の圧力を0.1Paとした。放電管
部分の最大磁束密度を1500Gaussとし、2.45GHzのマ
イクロ波を100W導入して放電を生成させ成膜を行なっ
た。この時放電管断面積の2倍の領域に±3%の均一性
でSiO2膜が形成できた。これに対し比較のため放電ガス
を放電管の先端部から試料基板側へ導入した場合は均一
性が劣り、±10%の均一性を満足する領域は放電管の断
面積より狭くなり、また、放電管の横から横方向(つま
り試料基板面と平行方向)に導入した場合はさらに均一
性が悪かった。さらにまた、反応ガスの導入を導入管の
1点から集中的に行った場合も均一性は悪く、円環状の
複数の吹出し部を用いた本発明実施例の場合のみ中心対
称の均一な分布となった。但し、円環状の複数の吹出し
部の内径が基板6より小さい場合は均一な成膜の得られ
る領域が狭かった。また、反応ガスの吹出し方向を試料
基板面中心に向けない場合は、中心部の成膜速度が低い
M字型分布となった。
以上SiO2膜形成の場合について述べたが、放電ガスとし
て窒素を用いSiN膜を形成した場合及び放電ガスとして
水素を用いアモルファスシリコン膜を形成した場合も同
様な傾向が得られた。
て窒素を用いSiN膜を形成した場合及び放電ガスとして
水素を用いアモルファスシリコン膜を形成した場合も同
様な傾向が得られた。
以上述べたように本発明によれば、試料基板の広い面積
にわたって均一な成膜速度を得ることが可能となり、生
産性向上と品質向上の効果があり、産業上貢献するとこ
ろ多大である。
にわたって均一な成膜速度を得ることが可能となり、生
産性向上と品質向上の効果があり、産業上貢献するとこ
ろ多大である。
第1図は本発明の一実施例となる装置構成の概要説明図
であり、第2図、第3図は反応ガス吹出し部分のそれぞ
れ異る実施例となる断面図である。 図において、 1……マグネトロン、2……導波管 3……真空室、4……放電管 5……ソレノイドコイル、6……試料基板 7……試料台、8……排気ポート 9……放電ガス導入管9、10……反応ガス導入管
であり、第2図、第3図は反応ガス吹出し部分のそれぞ
れ異る実施例となる断面図である。 図において、 1……マグネトロン、2……導波管 3……真空室、4……放電管 5……ソレノイドコイル、6……試料基板 7……試料台、8……排気ポート 9……放電ガス導入管9、10……反応ガス導入管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中谷 光雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 園部 正 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (4)
- 【請求項1】内部に試料基板を保持する手段を備えてい
る真空室の一部に電子サイクロトロン共鳴を起こすべく
磁場形成手段とマイクロ波供給手段とが設けられている
と共に、前記真空室内に放電ガス及び反応ガスを導入す
る手段が設けられて成る電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ化学蒸着装置から成る薄膜形成装置において、前記反
応ガス導入手段が、前記試料基板面中心方向に前記反応
ガスを放出する複数個の噴出口を有する環状構造体から
成り、前記放電ガス導入手段が、前記反応ガス導入手段
とは逆向きの前記マイクロ波供給手段側に前記放電ガス
を放出する複数個の噴出口を有する環状構造体から成る
ことを特徴とするプラズマ処理による薄膜形成装置。 - 【請求項2】上記反応ガスの噴出口を有する環状構造体
の環の大きさを上記放電ガスの噴出口を有する環状構造
体の環に等しいか、それより大とすると共に、上記反応
ガスの噴出口を有する環状構造体を上記真空室の一部を
存するマイクロ波放電部の前方の前記放電ガスの噴出口
を有する環状構造体を介し上記試料基板側のプラズマ放
電が生成しない領域に設けたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載のプラズマ処理による薄膜形成装置。 - 【請求項3】上記反応ガスを上記試料基板方向に供給す
るための環状構造体が円を含む多角形から成り、その内
径を前記試料基板面より大としたことを特徴とする特許
請求の範囲第1項もしくは第2項記載のプラズマ処理に
よる薄膜形成装置。 - 【請求項4】上記反応ガスを放出する複数個の噴出口
が、開口径の拡大したテーパ付の穴もしくはスリット構
造を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項、第
2項もしくは第3項記載のプラズマ処理による薄膜形成
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26810587A JPH0635664B2 (ja) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | プラズマ処理による薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26810587A JPH0635664B2 (ja) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | プラズマ処理による薄膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01111876A JPH01111876A (ja) | 1989-04-28 |
| JPH0635664B2 true JPH0635664B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=17453968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26810587A Expired - Lifetime JPH0635664B2 (ja) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | プラズマ処理による薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0635664B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0460555U (ja) * | 1990-10-02 | 1992-05-25 | ||
| EP1063690A4 (en) * | 1998-03-05 | 2003-03-26 | Tokyo Electron Ltd | PLASMA TREATMENT APPARATUS AND METHOD |
| JP5644349B2 (ja) * | 2010-10-13 | 2014-12-24 | 富士ゼロックス株式会社 | 導風体、放電装置、および画像形成装置 |
-
1987
- 1987-10-26 JP JP26810587A patent/JPH0635664B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01111876A (ja) | 1989-04-28 |
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