JPH0649648A - Plasma cvd device - Google Patents

Plasma cvd device

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JPH0649648A
JPH0649648A JP20328192A JP20328192A JPH0649648A JP H0649648 A JPH0649648 A JP H0649648A JP 20328192 A JP20328192 A JP 20328192A JP 20328192 A JP20328192 A JP 20328192A JP H0649648 A JPH0649648 A JP H0649648A
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plasma
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Hiroshige Arai
浩成 荒井
Hidehiko Maehata
英彦 前畑
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Abstract

PURPOSE:To prevent the impingement of ion on a substrate in the sheath region on the grounding electrode side. CONSTITUTION:A mesh electrode 10 having many gaseous reactant passage holes 10a and having the grounded potential is arranged in a reaction chamber 1 between an RF electrode 5 to be impressed with a high-frequency power and an electrically insulated substrate 17 outside the sheath region of the plasma produced from the electrode 5, and an inlet pipe 6 is provided to feed a gaseous reactant to the electrode 5. Consequently, the gaseous reactant which has passed through the sheath region on the grounding electrode side and with the potential lowered by the mesh electrode is allowed to react with the substrate, and the ion does not impinge on the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、グロー放電により反応
ガスを励起分解し、基板を低温域で反応を生じさせて膜
堆積を行い、たとえば基板の表面にSi3N4 やSiO2などの
絶縁膜や保護膜を形成するプラズマCVD装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention excites and decomposes a reaction gas by glow discharge to cause a reaction in a low temperature region of a substrate to deposit a film, for example, Si 3 N 4 or SiO 2 on the surface of the substrate. The present invention relates to a plasma CVD apparatus that forms an insulating film and a protective film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の容量結合形のプラズマCVD装置
は、たとえば図3に示すように、反応室21内で、平行
平板極板22に高周波を印加して放電を行わせ、反応ガ
ス供給管23から供給される反応ガス(SiH4+NH3 , Si
H4+N2O など)を励起、イオン化させ、プラズマ中で電
離したイオンと、反応性の高い中性分子とをつくる。そ
して、この反応ガスを平板極板22の下方に平行に配置
されたアース電極24上でヒーター25により加熱され
た基板26の表面に反応させて、SiX Y やSiO x など
の絶縁薄膜を堆積形成するものである。
2. Description of the Related Art A conventional capacitively coupled plasma CVD apparatus.
Are parallel to each other in the reaction chamber 21 as shown in FIG.
A high frequency is applied to the flat plate 22 to cause discharge, and the reaction gas
Reaction gas (SiHFour+ NH3, Si
HFour+ N2(For example, O) to excite and ionize the
Creates separated ions and highly reactive neutral molecules. So
Then, the reaction gas is arranged in parallel below the flat plate 22.
Heated by the heater 25 on the ground electrode 24
Reacting on the surface of the substrate 26XNYAnd SiO xSuch
The insulating thin film is deposited and formed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成で
は、通常基板26はアース電極24上に配置されて薄膜
の形成が行われており、平板極板22側に電位降下する
シース領域が存在するとともに、アース電極24側にも
電位の降下するシース領域が存在する。すると、正イオ
ンがこのシース領域内の電界で加速されてアース電極2
4上の基板26の表面に衝突するイオン衝突が生じ、薄
膜の形成に悪影響を与えるという問題点があった。
However, in the above structure, the substrate 26 is usually disposed on the ground electrode 24 to form a thin film, and there is a sheath region where the potential drops on the side of the flat plate 22. At the same time, there is a sheath region where the potential drops on the ground electrode 24 side. Then, the positive ions are accelerated by the electric field in this sheath region and the ground electrode 2
There is a problem in that ion collisions that collide with the surface of the substrate 26 on the No. 4 substrate occur, which adversely affects the formation of the thin film.

【0004】本発明は、上記問題点を解決して、アース
電極側のシース電界により生じる基板へのイオン衝突を
防止して膜質の向上を図ることができるプラズマCVD
装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the above problems and prevents the ion collision with the substrate caused by the sheath electric field on the side of the ground electrode, thereby improving the film quality.
The purpose is to provide a device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の第1のプラズマCVD装置は、反応室内
で、高周波またはマイクロ波が印加されるプラズマ発生
電極と、電気的に絶縁された基板との間で発生プラズマ
のシース領域の外側に、多数の反応ガス通過穴が形成さ
れてアース電位にされたメッシュ電極を配置し、前記プ
ラズマ発生電極の近傍に反応ガスを供給する反応ガス供
給管を設けたものである。
In order to solve the above problems, the first plasma CVD apparatus of the present invention is electrically insulated from the plasma generating electrode to which a high frequency or microwave is applied in the reaction chamber. A mesh electrode having a large number of reaction gas passage holes formed therein and having a ground potential is arranged outside the sheath region of the generated plasma between the substrate and the reaction gas for supplying the reaction gas in the vicinity of the plasma generation electrode. A supply pipe is provided.

【0006】また第2のプラズマCVD装置は、反応室
内に、絶縁体により形成されて一端面が開放されたプラ
ズマ室を設け、このプラズマ室内の他端側に高周波また
はマイクロ波が印加されるプラズマ発生電極を配置する
とともに、プラズマ室内に反応ガスを供給する反応ガス
供給管を設け、前記プラズマ室の一端面開放部でプラズ
マ発生電極から発生プラズマのシース領域の外側に配置
されてプラズマ室を覆いかつ多数の反応ガス通過穴が形
成されてアース電位にされたメッシュ電極を設け、前記
前記プラズマ室の外側でメッシュ電極に対向して電気的
に絶縁された基板を設けたものである。
In the second plasma CVD apparatus, a plasma chamber formed of an insulator and having one end face opened is provided in the reaction chamber, and a high frequency or microwave is applied to the other end side of the plasma chamber. In addition to disposing the generation electrode, a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas is provided in the plasma chamber, and the one end surface opening portion of the plasma chamber is disposed outside the sheath region of the plasma generated from the plasma generation electrode to cover the plasma chamber. In addition, a mesh electrode having a large number of reaction gas passage holes formed therein and having a ground potential is provided, and an electrically insulated substrate is provided outside the plasma chamber so as to face the mesh electrode.

【0007】[0007]

【作用】上記構成において、プラズマ発生電極とメッシ
ュ電極間の電位分布は、プラズマ発生電極側の所定範囲
とメッシュ電極側の所定範囲にそれぞれ電位降下するシ
ース領域があり、この領域において電子は加速されて高
エネルギー化した電子が種々の反応を引き起こす。した
がって、メッシュ電極の反応ガス通過穴を介して基板上
に達した活性ガス分子は、シース領域外で表面反応を起
こして基板上に薄膜を堆積形成するので、従来のように
正イオンによるイオン衝突が生じることもなく、薄膜の
膜質を向上させることができる。
In the above structure, the potential distribution between the plasma generating electrode and the mesh electrode has a sheath region where the potential drops in a predetermined range on the plasma generating electrode side and a predetermined range on the mesh electrode side, respectively, and electrons are accelerated in this region. Electrons that have become highly energized cause various reactions. Therefore, the active gas molecules that have reached the substrate through the reaction gas passage holes of the mesh electrode cause a surface reaction outside the sheath region to deposit and form a thin film on the substrate. It is possible to improve the film quality of the thin film without causing the phenomenon.

【0008】また、プラズマ室に高電位で高エネルギー
のプラズマを確実に封じ込めることにより、プラズマ室
における電位を高くできるとともに均一性を向上させる
ことができ、効率よくガス反応を発生させることができ
るとともに、反応室の内壁への反応を抑制して付着パー
ティクルや成膜を減少させ、クリーニングやメンテナン
スを少なくすることができる。
Further, by reliably containing the high-potential and high-energy plasma in the plasma chamber, the potential in the plasma chamber can be increased and the uniformity can be improved, and the gas reaction can be efficiently generated. It is possible to suppress the reaction to the inner wall of the reaction chamber, reduce the adhered particles and the film formation, and reduce the cleaning and maintenance.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明に係るプラズマCVD装置の一
実施例を図1および図2に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the plasma CVD apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0010】図1において、1はアース電位にされた反
応容器2により形成される反応室で、反応室1内の上部
には絶縁体3により形成されて下面が開放されたプラズ
マ室4が形成されている。このプラズマ室4の上部には
RF電極(高周波電極、またはマイクロ波放電電極であ
ってもよい)5が配置されており、このRF電極5内に
はガス流入室7が形成されて、反応ガス供給装置(図示
せず)から反応ガスを供給するガス流入管6が、絶縁体
3を介して反応容器2を貫通しRF電極5のガス流入室
7に接続され、RF電極5の下面に多数形成されてガス
流入室7に連通された噴出穴5aからプラズマ室4内に
反応ガスを噴出するように構成されている。またこのR
F電極5には、高周波電源8からマッチング回路9およ
びガス流入管6を介して高周波電力が印加される。
In FIG. 1, reference numeral 1 is a reaction chamber formed by a reaction vessel 2 which is set to ground potential, and a plasma chamber 4 formed by an insulator 3 and having an open lower surface is formed in an upper portion of the reaction chamber 1. Has been done. An RF electrode (which may be a high-frequency electrode or a microwave discharge electrode) 5 is arranged above the plasma chamber 4, and a gas inflow chamber 7 is formed in the RF electrode 5 to form a reaction gas. A gas inflow pipe 6 for supplying a reaction gas from a supply device (not shown) penetrates the reaction vessel 2 via an insulator 3 and is connected to a gas inflow chamber 7 of the RF electrode 5, and a large number of them are provided on the lower surface of the RF electrode 5. The reaction gas is ejected into the plasma chamber 4 through the ejection hole 5a that is formed and communicates with the gas inflow chamber 7. Also this R
High frequency power is applied to the F electrode 5 from the high frequency power supply 8 through the matching circuit 9 and the gas inflow pipe 6.

【0011】プラズマ室4の下面開放部には、RF電極
5のシース領域の外側に、多数の反応ガス通過穴10a
が形成された平板状のメッシュ電極10が取付け部材1
1を介して取り付けられてプラズマ室4が覆われてお
り、これにより、プラズマ室4内の励起、イオン化した
反応性ガスをメッシュ電極10の反応ガス通過穴10a
を介してのみ反応室1内に供給するように構成されてい
る。またこのメッシュ電極10は、導体12および取付
け部材11を介して反応容器2に接続されてアース電位
にされている。
A large number of reaction gas passage holes 10a are formed in the open portion of the lower surface of the plasma chamber 4 outside the sheath region of the RF electrode 5.
The plate-shaped mesh electrode 10 on which is formed the mounting member 1
1, the plasma chamber 4 is covered and the excited and ionized reactive gas in the plasma chamber 4 is supplied to the reaction gas passage hole 10a of the mesh electrode 10.
It is configured to be supplied into the reaction chamber 1 only via the. The mesh electrode 10 is connected to the reaction container 2 via the conductor 12 and the mounting member 11 and is set to the ground potential.

【0012】反応室1内の底部には、絶縁板13上に加
熱ヒーター14を内蔵した基板テーブル15が配置さ
れ、この基板テーブル15は導体16を介して反応容器
2に接続されてアース電位に保持されるとともに、基板
テーブル15上に基板17が配置されている。また反応
室1内の底部には、排気ポンプ(図示せず)に接続され
たされた排気管19が接続されている。18は加熱ヒー
ター14のヒーター制御電源である。
At the bottom of the reaction chamber 1, a substrate table 15 having a heater 14 built in on an insulating plate 13 is arranged. This substrate table 15 is connected to the reaction vessel 2 via a conductor 16 and is set to the ground potential. While being held, the substrate 17 is placed on the substrate table 15. An exhaust pipe 19 connected to an exhaust pump (not shown) is connected to the bottom of the reaction chamber 1. Reference numeral 18 is a heater control power supply for the heater 14.

【0013】図2はRF電極5とメッシュ電極10間の
放電領域の平均的な電位分布を示す。この放電領域の電
位は、常にアース電位より高いプラズマ電位VP に保た
れている。図中実線Aは実施例のごとくプラズマを封じ
込めた場合、破線BはRF電極5とメッシュ電極10間
の周囲を開放した場合である。プラズマを封じ込めた場
合のプラズマ電位VP は、封じ込めない場合のプラズマ
電位VP ′に比べて高くなりかつ均一性が良くなってい
る。すなわちRF電極5の高周波電力に対するプラズマ
エネルギーの効率が良く、効率よくガスを反応させるこ
とができる。ここで、VDCはセルフバイアス電圧、VS
はRF電極5にかかる電圧である。
FIG. 2 shows an average potential distribution in the discharge region between the RF electrode 5 and the mesh electrode 10. The potential of this discharge region is always kept at the plasma potential V P higher than the ground potential. In the figure, the solid line A shows the case where the plasma is contained as in the embodiment, and the broken line B shows the case where the periphery between the RF electrode 5 and the mesh electrode 10 is opened. The plasma potential V P when the plasma is contained is higher and more uniform than the plasma potential V P ′ when the plasma is not contained. That is, the efficiency of plasma energy with respect to the high frequency power of the RF electrode 5 is high, and the gas can be efficiently reacted. Here, V DC is the self-bias voltage, V S
Is the voltage applied to the RF electrode 5.

【0014】また、RF電極5およびメッシュ電極10
付近に生じる電位降下はシース領域C1 ,C2 で、強電
界が形成されている。このシース領域C1 ,C2 におい
て電子は加速され高エネルギー化した電子が種々の反応
を起こす。また、正イオンはシース電界により加速され
て電極を衝撃する所謂イオン衝突が生じる。このイオン
衝突はアース電極(メッシュ電極10)側にも生じてお
り、従来のようにこのアース電極上の基板の表面に膜を
堆積形成する場合には、イオン衝突が膜の形成に悪影響
をあたえる。しかし、本実施例では、アース電極(メッ
シュ電極10)から離れた位置に基板17を配置するこ
とにより、イオン衝突を避けることができる。
Further, the RF electrode 5 and the mesh electrode 10
The potential drop that occurs in the vicinity is in the sheath regions C 1 and C 2 , and a strong electric field is formed. In the sheath regions C 1 and C 2 , the electrons are accelerated and the highly energized electrons cause various reactions. Further, so-called ion collision occurs in which the positive ions are accelerated by the sheath electric field and bombard the electrodes. This ion collision also occurs on the side of the ground electrode (mesh electrode 10), and when a film is deposited and formed on the surface of the substrate on the ground electrode as in the conventional case, the ion collision has a bad influence on the film formation. . However, in this embodiment, the ion collision can be avoided by disposing the substrate 17 at a position apart from the ground electrode (mesh electrode 10).

【0015】上記構成において、高周波電源8からRF
電極5に高周波を印加して放電を行わせるとともに、原
料となる反応ガスをRF電極5の噴出穴5aから噴出さ
せ、周囲が密閉されたプラズマ室4内に封じ込めたプラ
ズマ中で反応ガス(SiH4+NH 3 , SiH4+N2O など)を励
起、イオン化させ、プラズマ中で電離したイオンと、反
応性の高い中性分子とをつくり、この反応性ガスをプラ
ズマ室4からメッシュ電極10の反応ガス通過穴10a
を介して基板17上に運び、加熱ヒーター14により加
熱された基板17の表面で反応させて、SiX Y やSiO
x などの絶縁薄膜を堆積形成させる。したがって、RF
電極5からシース領域C1 より外側に配置したアース電
位のメッシュ電極10から離れた位置に基板17を配置
することにより、イオン衝突を避けることができて、良
質の薄膜を堆積形成することができる。しかも、プラズ
マ室4内にプラズマを封じ込めたので、プラズマ電位V
Pを高くできかつ均一性を良くできて、RF電極5の高
周波電力に対するプラズマエネルギーの効率を向上させ
て効率よくガスを反応させることができる。
In the above structure, the high frequency power source 8 drives the RF
A high frequency is applied to the electrode 5 to cause discharge and
The reaction gas serving as a material is ejected from the ejection hole 5a of the RF electrode 5.
The plastic chamber 4 that is enclosed in a plasma chamber 4
Reaction gas (SiHFour+ NH 3, SiHFour+ N2Encourage (O, etc.)
Ions generated and ionized and ionized in plasma
Create a highly reactive neutral molecule and add this reactive gas to
Reaction gas passage hole 10a of the mesh electrode 10 from the chamber 4
It is carried to the substrate 17 via the heater and heated by the heater 14.
React on the surface of the heated substrate 17 to produce SiXNYAnd SiO
xAn insulating thin film such as is deposited and formed. Therefore, RF
Electrode 5 to sheath region C1Earth power supply placed outside
The substrate 17 at a position distant from the mesh electrode 10 at the upper position
By doing so, it is possible to avoid ion collision and
High quality thin films can be deposited. Moreover, Plas
Since the plasma was enclosed in the chamber 4, the plasma potential V
PThe RF electrode 5 has a high height and high uniformity.
Improves the efficiency of plasma energy with respect to frequency power
The gas can be reacted efficiently.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明のプラズマC
VD装置によれば、プラズマ発生電極とメッシュ電極間
の電位分布は、プラズマ発生電極側の所定範囲とメッシ
ュ電極側の所定範囲にそれぞれ電位降下するシース領域
があり、この領域において電子は加速されて高エネルギ
ー化した電子が種々の反応を引起し、正イオンによるイ
オン衝突を生じさせる。したがって、メッシュ電極の反
応ガス通過穴を介して基板上に達したガス分子は、シー
ス領域外の基板上で表面反応を起こして基板上に薄膜を
形成するので、従来のように基板をアース電極とするの
に比べて、正イオンによるイオン衝突が生じることもな
く、薄膜の膜質を向上させることができる。
As described above, the plasma C of the present invention is used.
According to the VD device, the potential distribution between the plasma generating electrode and the mesh electrode has a sheath region where the potential drops in a predetermined range on the plasma generating electrode side and a predetermined range on the mesh electrode side, respectively, and electrons are accelerated in this region. The energized electrons cause various reactions to cause ion collision with positive ions. Therefore, the gas molecules reaching the substrate through the reaction gas passage holes of the mesh electrode cause a surface reaction on the substrate outside the sheath region to form a thin film on the substrate, and thus the substrate is grounded as in the conventional case. Compared with the above, the film quality of the thin film can be improved without causing the ion collision by the positive ions.

【0017】また、プラズマ室に高電位で高エネルギー
のプラズマを確実に封じ込めることにより、プラズマ室
における放電領域の電位を高くできるとともに均一性を
向上させることができ、効率よくガスを励起・イオン化
させて薄膜を堆積形成することができるとともに、反応
室の内壁への反応を抑制して付着パーティクルや成膜を
減少させ、クリーニングやメンテナンスを少なくするこ
とができる。
Further, by reliably confining the high-potential, high-energy plasma in the plasma chamber, the potential of the discharge region in the plasma chamber can be increased and the uniformity can be improved, and the gas can be efficiently excited and ionized. It is possible to deposit and form a thin film by using the above method, and to suppress the reaction to the inner wall of the reaction chamber to reduce the adhered particles and the film formation, thereby reducing the cleaning and maintenance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るプラズマCVD装置の一実施例を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a plasma CVD apparatus according to the present invention.

【図2】同プラズマCVD装置における放電領域の平均
的な電位分布を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an average potential distribution in a discharge region in the plasma CVD apparatus.

【図3】従来のプラズマCVD装置を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応室 2 反応容器 3 絶縁体 4 プラズマ室 5 RF電極 5a 噴出穴 6 ガス流入管 7 ガス流入室 8 高周波電源 10 メッシュ電極 10a 反応ガス通過穴 11 取付け部材 12 導体 13 絶縁板 14 加熱ヒーター 15 基板テーブル 17 基板 C1 ,C2 シース領域 VP プラズマ電位DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction chamber 2 Reaction container 3 Insulator 4 Plasma chamber 5 RF electrode 5a Jet hole 6 Gas inflow pipe 7 Gas inflow chamber 8 High frequency power supply 10 Mesh electrode 10a Reaction gas passage hole 11 Mounting member 12 Conductor 13 Insulating plate 14 Heating heater 15 Substrate Table 17 Substrate C 1 , C 2 Sheath area V P Plasma potential

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応室内で、高周波またはマイクロ波
が印加されるプラズマ発生電極と、電気的に絶縁された
基板との間で発生プラズマのシース領域の外側に、多数
の反応ガス通過穴が形成されてアース電位にされたメッ
シュ電極を配置し、前記プラズマ発生電極の近傍に反応
ガスを供給する反応ガス供給管を設けたことを特徴とす
るプラズマCVD装置。
1. A large number of reaction gas passage holes are formed outside a sheath region of plasma generated in a reaction chamber between a plasma generation electrode to which a high frequency or microwave is applied and an electrically insulated substrate. A plasma CVD apparatus characterized in that a mesh electrode which is grounded to a ground potential is arranged, and a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas is provided in the vicinity of the plasma generating electrode.
【請求項2】 反応室内に、絶縁体により形成されて
一端面が開放されたプラズマ室を設け、このプラズマ室
内の他端側に高周波またはマイクロ波が印加されるプラ
ズマ発生電極を配置するとともに、プラズマ室内に反応
ガスを供給する反応ガス供給管を設け、前記プラズマ室
の一端面開放部でプラズマ発生電極から発生プラズマの
シース領域の外側に配置されてプラズマ室を覆いかつ多
数の反応ガス通過穴が形成されてアース電位にされたメ
ッシュ電極を設け、前記前記プラズマ室の外側でメッシ
ュ電極に対向して電気的に絶縁された基板を設けたこと
を特徴とするプラズマCVD装置。
2. A plasma chamber formed of an insulator and having one end surface opened is provided in the reaction chamber, and a plasma generating electrode to which a high frequency or a microwave is applied is disposed on the other end side of the plasma chamber, A reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas is provided in the plasma chamber, and the one end surface opening portion of the plasma chamber is arranged outside the sheath region of the plasma generated from the plasma generating electrode to cover the plasma chamber and a large number of reaction gas passage holes. The plasma CVD apparatus is characterized in that a mesh electrode is formed to have a ground potential and an electrically insulated substrate is provided outside the plasma chamber so as to face the mesh electrode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009141116A (en) * 2007-12-06 2009-06-25 Ulvac Japan Ltd Film forming device
JP2012084238A (en) * 2010-10-06 2012-04-26 Ulvac Japan Ltd Plasma processing apparatus and pretreatment method

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