JPH0945497A - Dielectric coupling plasma cvd method and its device - Google Patents

Dielectric coupling plasma cvd method and its device

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JPH0945497A
JPH0945497A JP7197599A JP19759995A JPH0945497A JP H0945497 A JPH0945497 A JP H0945497A JP 7197599 A JP7197599 A JP 7197599A JP 19759995 A JP19759995 A JP 19759995A JP H0945497 A JPH0945497 A JP H0945497A
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JP
Japan
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stage
plasma
film
wafer
gas
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JP7197599A
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Inventor
Satoshi Fukuyama
聡 福山
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the dielectric coupling plasma CVD method and its device, which can produce a thin film uniform in thickness regardless of the intensity of plasma. SOLUTION: Plasma 43 is generated by applying high frequencies to a ring shaped antenna 45, and when a gaseous phase growing thin film is formed over the surface of a wafer rested on a stage 7 within a reaction chamber 3, the aforesaid stage 7 is rotated at the high speed (equal to or more than 3000rpm) by a rotating device. By this constitution, when gas decomposed by plasma 43 is deposited over the wafer 5, since the stage 7 on which the wafer is set, is rotated at the high speed, a thin film forming speed can thereby be enhanced, and the uniformity of a thin film to be formed can thereby be improved.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は誘電結合プラズマ
CVD方法およびその装置に係り、さらに詳しくは、シ
リコン基板上に SiO2 膜や窒化膜等の気相成長膜を成膜
する誘電結合プラズマCVD方法およびその装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inductively coupled plasma CVD method and an apparatus therefor, and more particularly to an inductively coupled plasma CVD method for forming a vapor phase growth film such as a SiO 2 film or a nitride film on a silicon substrate. And its device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4には、従来のいわゆる誘導結合プラ
ズマCVD装置101が示されており、 SiO2 膜を成膜
する場合を例として説明する。
2. Description of the Related Art A conventional so-called inductively coupled plasma CVD apparatus 101 is shown in FIG. 4, and a case of forming a SiO 2 film will be described as an example.

【0003】図4において、冷却のため二重構造となっ
ているチャンバ103の内側には石英円環105が設け
られており、チャンバ103の上側には上蓋107が、
また下側には下蓋109がそれぞれOリング111等に
よりシールされて設けられている。このチャンバ103
の例えば下蓋109はアースされている。
In FIG. 4, a quartz ring 105 is provided inside the chamber 103 having a double structure for cooling, and an upper lid 107 is provided above the chamber 103.
Further, lower lids 109 are provided on the lower side and sealed by O-rings 111 and the like. This chamber 103
For example, the lower lid 109 is grounded.

【0004】チャンバ103の上蓋107の上面には、
石英から成る高周波電波の誘電体窓113が設けられて
おり、この誘電体窓113の上には二つの端子115,
117を有する銅製のリング状アンテナ119が設けら
れている。前記誘電体窓113には石英の外、電波を通
すが赤外線を透過させないアルミナのような材料を使用
することができる。また、前記端子115,117には
マッチングボックス121が接続されており、さらに高
周波電源123が接続されている。
On the upper surface of the upper lid 107 of the chamber 103,
A dielectric window 113 for high-frequency radio waves made of quartz is provided, and two terminals 115,
A copper ring antenna 119 having 117 is provided. In addition to quartz, the dielectric window 113 may be made of a material such as alumina that transmits radio waves but does not transmit infrared rays. Further, a matching box 121 is connected to the terminals 115 and 117, and a high frequency power source 123 is further connected.

【0005】ここでは、前記リング状アンテナ119は
冷却されていないが、供給される高周波によって数10
0℃まで温度が上昇することを考えると、アンテナ11
9を管状にして冷却水を流すことも考えられる。
Although the ring-shaped antenna 119 is not cooled here, it is in the range of several tens depending on the supplied high frequency.
Considering that the temperature rises to 0 ° C, the antenna 11
It is also conceivable to make 9 a tubular shape and flow cooling water.

【0006】前記誘電体窓113と上蓋107との間に
はOリング125が設けられており、チャンバ103の
内部空間を密閉している。このOリング125を冷却す
るために、上蓋107には冷却水用の流路127が設け
られており、注入口129から冷却水を注入して排水口
131から排水している。
An O-ring 125 is provided between the dielectric window 113 and the upper lid 107 to seal the internal space of the chamber 103. In order to cool the O-ring 125, a channel 127 for cooling water is provided in the upper lid 107, and cooling water is injected from the inlet 129 and drained from the drain 131.

【0007】また、上蓋107には酸素(O2 ) ガス供給
用の配管133が設けられており、この配管133に接
続する環状の供給路135が設けられている。この供給
路135の内周側には複数のガス供給穴137が設けら
れており、このガス供給穴137から誘電体窓113近
傍に酸素(O2 ) ガスを供給している。
Further, the upper lid 107 is provided with a pipe 133 for supplying oxygen (O 2 ) gas, and an annular supply path 135 connected to this pipe 133 is provided. A plurality of gas supply holes 137 are provided on the inner peripheral side of the supply path 135, and oxygen (O 2 ) gas is supplied from the gas supply holes 137 to the vicinity of the dielectric window 113.

【0008】一方、チャンバ103の下蓋109上には
複数本の下支柱139が立設されており、この下支柱1
39の上側にはヒータ支持板141が設けられていて、
ヒータ支持板141の上にはさらに複数本の上支柱14
3が設けられている。
On the other hand, a plurality of lower columns 139 are erected on the lower lid 109 of the chamber 103.
A heater support plate 141 is provided on the upper side of 39.
A plurality of upper support columns 14 are further provided on the heater support plate 141.
3 are provided.

【0009】上支柱143の上には、数組の反射板14
5が設けられており、この反射板145の内側にヒータ
147が設けられている。このヒータ147の上に基板
であるウエハ149を配置し、例えば600℃程度まで
均一に加熱する。このため、上支柱143はセラミクス
のような熱伝導率の小さな材質でできている。
On the upper column 143, several sets of reflectors 14 are provided.
5 is provided, and a heater 147 is provided inside the reflection plate 145. A wafer 149, which is a substrate, is placed on the heater 147 and is uniformly heated to, for example, about 600 ° C. Therefore, the upper support column 143 is made of a material having a small thermal conductivity such as ceramics.

【0010】また、ヒータ147の上方には例えば石英
製のリング状をしたガス供給管151が設けられてお
り、ガスをリングの内側へ向けて吹き出すようになって
いる。このガス供給管151にはガスを供給するための
枝管153が取付けられている。この枝管153は、ユ
ニオン継手155によりチャンバ103の下蓋109を
貫通するSUS 管157に接続されている。また、エッチ
ング用として図4中一点鎖線で示されるようなもう一組
のガス供給管159,枝管161,ユニオン継手16
3,SUS 管165が設けられている場合もある。
A ring-shaped gas supply pipe 151 made of, for example, quartz is provided above the heater 147 to blow out gas toward the inside of the ring. A branch pipe 153 for supplying gas is attached to the gas supply pipe 151. The branch pipe 153 is connected to a SUS pipe 157 that penetrates the lower lid 109 of the chamber 103 by a union joint 155. Further, for etching, another set of gas supply pipe 159, branch pipe 161, and union joint 16 as shown by a chain line in FIG.
3, SUS pipe 165 may be provided.

【0011】前記ヒータ支持板141の上面における前
記ヒータ147および反射板145の周囲には、ヒータ
147から反射板145を越えてくる熱流を遮断するた
めの冷却ユニット167が設けられている。また、下蓋
109には排気管169が設けられており、チャンバ1
03内の排気を行うものである。
A cooling unit 167 is provided around the heater 147 and the reflection plate 145 on the upper surface of the heater support plate 141 to block the heat flow from the heater 147 to the reflection plate 145. Further, the lower lid 109 is provided with an exhaust pipe 169, and the chamber 1
The inside of 03 is exhausted.

【0012】次に、前述の誘電結合プラズマ(ICP)
CVD装置101の動作について説明する。まず、図示
しないローダによりウエハ149をチャンバ103内の
ヒータ147上に載置する。もしチャンバ103内が大
気圧であれば、図示しない排気ポンプにより排気管16
9から例えば10-6〜10-7Torrの真空まで排気する。
Next, the above-mentioned inductively coupled plasma (ICP)
The operation of the CVD apparatus 101 will be described. First, the wafer 149 is placed on the heater 147 in the chamber 103 by a loader (not shown). If the pressure in the chamber 103 is atmospheric pressure, the exhaust pipe 16
Evacuate from 9 to a vacuum of, for example, 10 -6 to 10 -7 Torr.

【0013】ヒータ147に電流を供給して、300℃
〜500℃程度まで加熱する。この時、すべての冷却部
には冷却水を流しておく。適当な温度まで昇温した後、
ガス供給穴137から酸素(O2 ) ガスが供給され、ガス
供給管151からジクロールシラン(SiH2 Cl2 ) ガスが
所定の割合で供給される。
An electric current is supplied to the heater 147 to make the temperature 300 ° C.
Heat to ~ 500 ° C. At this time, cooling water is allowed to flow in all the cooling sections. After heating to an appropriate temperature,
Oxygen (O 2 ) gas is supplied from the gas supply hole 137, and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas is supplied from the gas supply pipe 151 at a predetermined ratio.

【0014】チャンバ103内の圧力を図示しないスロ
ットルバルブ等で所定圧力に調整した後、マッチングボ
ックス121を介して高周波電力が端子115,117
からアンテナ119に供給される。これにより、誘電体
窓113の真下にプラズマ171が形成される。
After the pressure inside the chamber 103 is adjusted to a predetermined pressure by a throttle valve or the like (not shown), high frequency power is supplied to the terminals 115 and 117 via the matching box 121.
From the antenna 119. As a result, plasma 171 is formed immediately below the dielectric window 113.

【0015】そして、このプラズマ171が先に供給さ
れた酸素(O2 ) ガスおよびジクロールシラン(SiH2 C
l2 ) ガスを分解・合成してウエハ149上に SiO2
が堆積される。堆積した膜厚はin-situ (その場)で確
認してもよいし、時間で管理してもよい。成膜が終了し
たら、酸素の供給をストップして高周波電源123をオ
フとし、排気管169から排気して処理を終了する。
The plasma 171 is supplied with oxygen (O 2 ) gas and dichlorosilane (SiH 2 C
The SiO 2 film is deposited on the wafer 149 by decomposing and synthesizing the l 2 ) gas. The deposited film thickness may be confirmed in-situ (in-situ) or may be controlled by time. When the film formation is completed, the supply of oxygen is stopped, the high frequency power supply 123 is turned off, the exhaust pipe 169 is evacuated, and the process is completed.

【0016】しかしながら、このような従来の技術にあ
っては、ジクロールシラン(SiH2 Cl2 ) ガス等のガスを
用いた場合、塩化物と思われる粉状の中間成生物が多量
に発生し、この成生物がウエハ149の被成膜面上に付
着する結果多数の欠陥が生じることがわかった。すなわ
ち、この成生物が付着した部分には成膜が行われず凹部
ができてしまうのである。
However, in such a conventional technique, when a gas such as dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas is used, a large amount of powdery intermediate products which are considered to be chlorides are generated. It was found that a large number of defects occur as a result of the organisms adhering to the film formation surface of the wafer 149. In other words, a film is not formed on the part to which the organism is attached, and a recess is formed.

【0017】その数は、成膜する膜の膜厚が大きくなれ
ばなるほど大きくなり、これは厚膜を堆積させる場合に
は非常に大きな問題となる。
The number increases as the film thickness of the film to be formed increases, which becomes a very serious problem when a thick film is deposited.

【0018】このような装置においては以下のことがわ
かった。すなわち、プラズマ171とウエハ149との
距離が均一性,膜質,成膜速度に大きく影響すること。
ガスの供給方法が成膜速度に大きく影響すること。プラ
ズマ171中で合成された成膜種がウエハ149表面上
へ移動する過程は、静電的な引力によるものではなく拡
散/移流現象に依存すること。プラズマ171の強度
(電子密度)の高い部分がアンテナ内周部であること等
がわかった。
The following has been found in such a device. That is, the distance between the plasma 171 and the wafer 149 has a great influence on the uniformity, film quality, and film formation rate.
The gas supply method has a great influence on the deposition rate. The process of moving the film-forming species synthesized in the plasma 171 onto the surface of the wafer 149 depends not on the electrostatic attraction but on the diffusion / advection phenomenon. It was found that the portion where the intensity (electron density) of the plasma 171 was high was the inner peripheral portion of the antenna.

【0019】このため、以下のような成膜プロセスが考
えられる。
Therefore, the following film forming process can be considered.

【0020】まず、プラズマ171中のエネルギーの高
い部分(電子密度の大きな領域)たとえばアンテナ内周
部で反応ガスが分解し、分解したガスが拡散またはガス
の流れに乗って移流し、ウエハ149の表面へ輸送され
る。そして、拡散/移流途中で合成が行われ、成膜種が
形成される。この成膜種も拡散/移流によりウエハ14
9の表面へ輸送され、ウエハ149の表面に達した成膜
種がウエハ149と反応して成膜が行われるというもの
である。
First, a reaction gas is decomposed in a portion of plasma 171 having a high energy (a region having a high electron density), for example, an inner peripheral portion of the antenna, and the decomposed gas is diffused or is advected along with the gas flow to move to the wafer 149. Transported to the surface. Then, synthesis is performed during diffusion / advection to form a film-forming seed. This film forming species is also diffused / advanced to the wafer 14
9 is transported to the surface of the wafer 9 and reaches the surface of the wafer 149, the film-forming species reacts with the wafer 149 to form a film.

【0021】このような拡散現象による輸送能力は、プ
ラズマ171が生成されるような減圧下では増大するこ
とが一般に知られているが、この際ウエハ149の表面
に形成される境界層を横切らなければならない。境界層
内においてはガス流速は非常に小さいため、移流による
輸送効率は非常に小さく、境界層を横切る原動力は拡散
現象のみとなる。
It is generally known that the transport capacity due to such a diffusion phenomenon increases under a reduced pressure such that the plasma 171 is generated, but at this time, it must cross the boundary layer formed on the surface of the wafer 149. I have to. Since the gas velocity is very small in the boundary layer, the transport efficiency due to advection is very small, and the only driving force across the boundary layer is the diffusion phenomenon.

【0022】この拡散現象は、よく知られているよう
に、成膜種の濃度差により決定される。すなわち、境界
層上部の成膜種濃度とウエハ149の表面上の成膜種濃
度の差により輸送能力が決定されるのである。
As is well known, this diffusion phenomenon is determined by the concentration difference of the film forming species. That is, the transport capacity is determined by the difference between the film forming species concentration on the boundary layer and the surface of the wafer 149.

【0023】しかし、上記境界層の厚さが小さければ同
じ拡散能力でもその輸送量を増大させることができる。
すなわち、前述の輸送能力はウエハ149の表面上に形
成された境界層をいかに効率よく横切らせるかに依存し
ている。
However, if the thickness of the boundary layer is small, the transport amount can be increased even with the same diffusion capacity.
That is, the above-mentioned transport capability depends on how efficiently the boundary layer formed on the surface of the wafer 149 is traversed.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような成膜プロセスにおいては、13.56MHzの高周波を用
いてプラズマ171を形成するような0.01Torrから0.4T
orr 程度の減圧雰囲気中では、その境界層の厚さは常圧
雰囲気中に比して非常に厚くなるという問題がある。つ
まり、前記減圧下で行うがゆえに常圧下で行うのに比し
て境界層内の輸送効率が悪くなってしまう。
However, in the film forming process as described above, 0.01 Torr to 0.4 T such that plasma 171 is formed using a high frequency of 13.56 MHz.
In a reduced pressure atmosphere of about orr, there is a problem that the thickness of the boundary layer becomes much thicker than in a normal pressure atmosphere. That is, since the treatment is performed under the reduced pressure, the transport efficiency in the boundary layer is deteriorated as compared with the case where the treatment is performed under the normal pressure.

【0025】また、プラズマ171とウエハ149との
距離は、膜質/均一性/成膜速度など様々なファクター
に影響するため自由に距離を変えることができないとい
う問題点がある。従って、均一性のみのためにプラズマ
171とウエハ149との距離を調整するということは
できない。
Further, the distance between the plasma 171 and the wafer 149 affects various factors such as film quality / uniformity / deposition rate, so that the distance cannot be freely changed. Therefore, it is not possible to adjust the distance between the plasma 171 and the wafer 149 only for uniformity.

【0026】さらに、プラズマ171とウエハ149間
の距離を保持した状態でプラズマ171の強度に関係な
くあるレベルの膜厚均一性を得ることは非常に困難であ
るという問題点がある。例えば、実験の結果膜質・成膜
速度の点では、プラズマ171とウエハ149間の距離
は100mm 弱が最適であることがわかったが、膜厚均一性
に関してはプラズマ強度分布の影響を強く受け±30%と
非常に悪い。
Further, there is a problem that it is very difficult to obtain a certain level of film thickness uniformity regardless of the intensity of the plasma 171 while maintaining the distance between the plasma 171 and the wafer 149. For example, as a result of the experiment, it was found that the distance between the plasma 171 and the wafer 149 was optimally a little less than 100 mm in terms of film quality and film formation rate, but the film thickness uniformity was strongly influenced by the plasma intensity distribution. Very bad at 30%.

【0027】この発明の目的は、以上のような従来の技
術に着目してなされたものであり、プラズマの強度によ
らず均一な厚さの成膜を行うことのできる誘電結合プラ
ズマCVD装置を提供することにある。
The object of the present invention was made by paying attention to the above-mentioned conventional techniques, and an inductively coupled plasma CVD apparatus capable of forming a film having a uniform thickness regardless of the plasma intensity. To provide.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1による発明の誘電結合プラズマCVD装
置は、リング状アンテナに高周波を印加してプラズマを
発生させ、反応チャンバ内のステージ上に載置された基
板表面に気相成長膜を形成する誘電結合プラズマCVD
方法であって、前記ステージを高速回転させながら成膜
することを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, an inductively coupled plasma CVD apparatus according to a first aspect of the present invention applies a high frequency to a ring-shaped antenna to generate plasma, and a stage in a reaction chamber. Inductively coupled plasma CVD for forming a vapor growth film on the surface of a substrate placed on the substrate
The method is characterized by forming a film while rotating the stage at a high speed.

【0029】これにより、プラズマで分解されたガスが
基板上に堆積する際に、基板を載せたステージが高速で
回転することになる。
As a result, when the gas decomposed by the plasma is deposited on the substrate, the stage on which the substrate is placed rotates at a high speed.

【0030】請求項2による発明の誘電結合プラズマC
VD方法は、請求項1記載のステージを3000rpm 以上で
回転させることを特徴とするものである。
The inductively coupled plasma C of the invention according to claim 2
The VD method is characterized in that the stage according to claim 1 is rotated at 3000 rpm or more.

【0031】従って、成膜時にステージは基板を載せて
3000rpm 以上で回転することになる。
Therefore, the substrate is placed on the stage during film formation.
It will rotate at 3000 rpm or higher.

【0032】請求項3による発明の誘電結合プラズマC
VD装置は、高周波印加可能なアンテナにより反応チャ
ンバ内にプラズマを発生させ、前記チャンバ内に設けら
れたステージ上の基板表面に気相成長膜を形成する誘電
結合プラズマCVD装置であって、前記ステージを高速
で回転させる回転装置を設けてなることを特徴とするも
のである。
The inductively coupled plasma C of the invention according to claim 3
The VD apparatus is an inductively coupled plasma CVD apparatus in which plasma is generated in a reaction chamber by an antenna capable of applying high frequency to form a vapor phase growth film on a substrate surface on a stage provided in the chamber. It is characterized in that it is provided with a rotating device for rotating the.

【0033】従って、アンテナに高周波印加してチャン
バ内に発生したプラズマにより分解したガスが基板表面
に気相成長膜を堆積させる際に、基板を載せたステージ
が高速で回転するものである。
Therefore, when the gas decomposed by the plasma generated in the chamber by applying a high frequency to the antenna deposits the vapor growth film on the surface of the substrate, the stage on which the substrate is placed rotates at high speed.

【0034】また、請求項4による発明の誘電結合プラ
ズマCVD装置は、請求項3記載の回転装置が、ステー
ジを3000rpm 以上で回転させるものであることを特徴と
するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an inductively coupled plasma CVD apparatus in which the rotating device according to the third aspect rotates the stage at 3000 rpm or more.

【0035】従って、請求項3記載のステージは、成膜
時には少なくとも3000rpm で回転するものである。
Therefore, the stage according to claim 3 rotates at least 3000 rpm during film formation.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態の例
を図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0037】図1には,この発明にかかる誘電結合プラ
ズマCVD装置1の断面図が示されている。図中中央部
には反応チャンバ3が設けられており、この反応チャン
バ3の内部には基板であるウエハ5を載置するステージ
7が設けられている。
FIG. 1 shows a sectional view of an inductively coupled plasma CVD apparatus 1 according to the present invention. A reaction chamber 3 is provided in the central portion of the drawing, and a stage 7 on which a wafer 5 as a substrate is placed is provided inside the reaction chamber 3.

【0038】ステージ7は前記反応チャンバ3の下蓋9
の中央を貫通して下方へ伸びる回転軸11の上端に設け
られており、回転軸11と共に高速回転する。回転軸1
1は、下蓋9の下側において磁気シール回転導入ユニッ
ト13およびカップリング15を介して回転装置として
のモータ17に連結されている。これにより、前記ステ
ージ7は最高10000r.p.m. まで回転可能となっている。
The stage 7 is the lower lid 9 of the reaction chamber 3.
Is provided at the upper end of the rotary shaft 11 that extends downward through the center of the rotary shaft 11 and rotates at high speed together with the rotary shaft 11. Rotary axis 1
1 is connected to a motor 17 as a rotating device via a magnetic seal rotation introducing unit 13 and a coupling 15 below the lower lid 9. As a result, the stage 7 can rotate up to 10,000 rpm.

【0039】前記磁気シール回転導入ユニット13には
冷却用の配管19,21が設けられており、配管19か
ら冷却水を注入し、配管21から排水するものである。
なお、磁気シール回転導入ユニット13の代わりに磁気
軸受け等の回転導入ユニットを用いれば更なる高回転数
を期待することができる。
Cooling pipes 19 and 21 are provided in the magnetic seal rotation introducing unit 13, and cooling water is injected from the pipe 19 and drained from the pipe 21.
If a rotation introducing unit such as a magnetic bearing is used instead of the magnetic seal rotation introducing unit 13, a higher rotation speed can be expected.

【0040】また、前記反応チャンバ3の内部における
前記ステージ7の下側には、ヒータカバー23が下蓋9
の上面に載置された状態で設けられている。このヒータ
カバー23の内部の上側には、下蓋9を貫通するヒータ
端子25,27を有するヒータ29が設けられ、このヒ
ータ29の下側には数組の反射板31が設けられてい
る。前記ヒータ端子25,27はヒータ電源33に接続
されている。
Further, below the stage 7 inside the reaction chamber 3, a heater cover 23 is provided with a lower lid 9.
It is provided in a state of being placed on the upper surface of the. A heater 29 having heater terminals 25 and 27 penetrating the lower lid 9 is provided on the upper side inside the heater cover 23, and several sets of reflecting plates 31 are provided on the lower side of the heater 29. The heater terminals 25 and 27 are connected to a heater power supply 33.

【0041】前記反応チャンバ3の下蓋9には排気口3
5が設けられており、この排気口35を通して反応チャ
ンバ3内部の排気が行われる。
The lower lid 9 of the reaction chamber 3 has an exhaust port 3
5 is provided, and the inside of the reaction chamber 3 is exhausted through the exhaust port 35.

【0042】一方、前記反応チャンバ3の上蓋37は中
央部に大きな穴37Aが明けられており、この穴を覆う
ようにして上側に、例えば石英製の誘電体ドーム39が
設けられている。これにより、反応チャンバ3の上側に
は内部にプラズマ生成チャンバ41が一体的に設けられ
ている。
On the other hand, the upper lid 37 of the reaction chamber 3 has a large hole 37A formed in the center thereof, and a dielectric dome 39 made of, for example, quartz is provided on the upper side so as to cover the hole. As a result, the plasma generation chamber 41 is integrally provided inside the reaction chamber 3 above.

【0043】誘電体ドーム39の外面には、内部にプラ
ズマ43を発生させるために、高周波アンテナ45が設
けられている。この高周波アンテナ45は、マッチング
ボックス47を介して高周波電源49に接続されてい
る。
A high frequency antenna 45 is provided on the outer surface of the dielectric dome 39 in order to generate plasma 43 inside. The high frequency antenna 45 is connected to a high frequency power supply 49 via a matching box 47.

【0044】前記反応チャンバ3の上蓋37の上面に
は、高周波漏洩防止のために誘電体ドーム39および高
周波アンテナ45の外側を覆う金属カバー51が取付け
られている。
On the upper surface of the upper lid 37 of the reaction chamber 3, a metal cover 51 is attached to cover the outside of the dielectric dome 39 and the high frequency antenna 45 to prevent high frequency leakage.

【0045】前記金属カバー51および誘電体ドーム3
9の中央を貫通して上下方向へ第二のガス導入管53が
設けられており、その下端部は反応チャンバ3の内部に
おいて前記ステージ7の上方に至っている。この第二の
ガス導入管53は、例えばジクロールシラン(SiH2 C
l2 ) ガス等のガスを反応チャンバ3の内部へ直接供給
するものである。
The metal cover 51 and the dielectric dome 3
A second gas introduction pipe 53 is provided in the up-down direction so as to pass through the center of the chamber 9, and the lower end portion thereof reaches above the stage 7 inside the reaction chamber 3. The second gas introduction pipe 53 is, for example, dichlorosilane (SiH 2 C
l 2 ) A gas such as a gas is directly supplied into the reaction chamber 3.

【0046】誘電体ドーム39の上方における前記第二
のガス導入管53の外側には、電気的絶縁性を有するテ
フロン製のユニオン継手55およびテフロン配管材57
が設けられており、第一のガス導入口59を構成してい
る。また、前記誘電体ドーム39の上端部には、前記第
一のガス導入口59から供給された例えば酸素ガス
(O2 ) 等をプラズマ生成チャンバ41の内部へ供給する
反応ガス導入口61が設けられている。
A Teflon union joint 55 having electrical insulation and a Teflon pipe 57 are provided outside the second gas introducing pipe 53 above the dielectric dome 39.
Is provided and constitutes the first gas introduction port 59. In addition, for example, oxygen gas supplied from the first gas inlet 59 is provided at the upper end of the dielectric dome 39.
A reaction gas inlet 61 for supplying (O 2 ) etc. to the inside of the plasma generation chamber 41 is provided.

【0047】次に、図1に基づいて、前述の誘電結合プ
ラズマCVD装置1による SiO2 膜の成膜工程を説明す
る。
Next, with reference to FIG. 1, a description will be given of the step of forming the SiO 2 film by the above-mentioned inductively coupled plasma CVD apparatus 1.

【0048】まず、図示しない排気装置により反応チャ
ンバ3内の排気を行う。ここで、排気装置として例えば
ターボ分子ポンプを用いた場合には、バックプレッシャ
として10-7Torrが可能である。
First, the reaction chamber 3 is exhausted by an exhaust device (not shown). Here, when a turbo molecular pump is used as the exhaust device, a back pressure of 10 −7 Torr is possible.

【0049】ついで、熱電対により測温を行いつつヒー
タ電源33の制御をしてヒータ29に通電する。ここで
は、不均一な温度分布が膜厚の均一性に及ぼす影響が小
さいことが予め確認されていたので、前記ヒータ29と
して1ゾーンヒータを用いた。但し、制御が複雑になる
という不利があるものの、均熱の点では多ゾーンヒータ
の方が有利である。
Next, the temperature of the thermocouple is measured and the heater power supply 33 is controlled to energize the heater 29. Here, since it was previously confirmed that the nonuniform temperature distribution had a small effect on the uniformity of the film thickness, the one-zone heater was used as the heater 29. However, the multi-zone heater is more advantageous in terms of soaking, although it has a disadvantage that the control becomes complicated.

【0050】次に、酸素ガスを第一のガス導入口59よ
り注入して反応ガス導入口61からプラズマ生成チャン
バ41内に導入すると共に、ジクロールシランガスを第
二のガス導入管53から所定の流量・流量比で導入す
る。そして、図示しない真空計により反応チャンバ3,
プラズマ生成チャンバ41内を所定の圧力にする。
Next, oxygen gas is injected from the first gas introduction port 59 and introduced into the plasma generation chamber 41 from the reaction gas introduction port 61, and dichlorosilane gas is supplied from the second gas introduction pipe 53 to a predetermined position. Introduce by flow rate / flow rate. Then, the reaction chamber 3,
The inside of the plasma generation chamber 41 is set to a predetermined pressure.

【0051】ここでは、ジクロールシランガスが250scc
m ,酸素が750sccm でトータル圧力を0.1Torr とした。
このとき、必要があればヒータカバー23内にも、例え
ばアルゴンガス等のガスを微量供給して同一圧力になる
ようにする。
Here, the dichlorosilane gas is 250 scc.
m, oxygen was 750 sccm, and total pressure was 0.1 Torr.
At this time, if necessary, a small amount of gas such as argon gas is also supplied into the heater cover 23 so that the same pressure is obtained.

【0052】モータ17の電源をオンとして回転軸11
を回転させると共に、磁気シール回転導入ユニット13
の冷却水配管19に冷却水を注入する。これにより、ス
テージ7はウエハ5を載せた状態で所定の回転数、例え
ば10000r.p.m. まで回転される。
The power of the motor 17 is turned on and the rotating shaft 11
The magnetic seal rotation introducing unit 13
Cooling water is injected into the cooling water pipe 19 of FIG. As a result, the stage 7 with the wafer 5 mounted thereon is rotated up to a predetermined rotation speed, for example, 10,000 rpm.

【0053】アンテナ45への高周波電力の供給は、高
周波電源49をオンとしてプラズマ生成チャンバ41内
に投入される電力が最大となるようにマッチングボック
ス47の可変コンデンサの容量を調整して行う。これに
よりプラズマ生成チャンバ41内にプラズマ43が形成
される。
The high frequency power is supplied to the antenna 45 by turning on the high frequency power supply 49 and adjusting the capacitance of the variable capacitor of the matching box 47 so that the power input into the plasma generation chamber 41 is maximized. As a result, plasma 43 is formed in the plasma generation chamber 41.

【0054】以上の操作により、プラズマ43の内部で
分解した酸素が拡散あるいは移流してウエハ5の表面ま
で達する間に、第二のガス導入管53より供給されるジ
クロールシランガスと反応してウエハ5上に SiO2 膜が
堆積する。
By the above operation, while the oxygen decomposed in the plasma 43 diffuses or advects and reaches the surface of the wafer 5, it reacts with the dichlorosilane gas supplied from the second gas introduction pipe 53 to cause the wafer to react. A SiO 2 film is deposited on the film 5.

【0055】成膜終了後、電源をオフとすると共にガス
の供給を停止し、反応チャンバ3およびプラズマ生成チ
ャンバ41の排気を行う。バックプレッシャ10-7Torrま
で排気したら、成膜後のウエハ5を反応チャンバ3の外
に取り出して、新しいウエハ5をステージ7上に装填す
る。これで1工程が完了する。
After the film formation is completed, the power supply is turned off, the gas supply is stopped, and the reaction chamber 3 and the plasma generation chamber 41 are evacuated. When the back pressure is exhausted to 10 −7 Torr, the film-formed wafer 5 is taken out of the reaction chamber 3 and a new wafer 5 is loaded on the stage 7. This completes one step.

【0056】図2には、ステージ7の回転数とウエハ5
の表面に形成される境界層の厚さとの関係をシミュレー
ションによって求めたグラフが示してある。
FIG. 2 shows the number of rotations of the stage 7 and the wafer 5.
The graph obtained by simulation shows the relationship with the thickness of the boundary layer formed on the surface of the.

【0057】前述のプロセスにおいて、まずガスの流速
を求め、マッハ数,レイノルズ数等から連続流か分子流
か、また非圧縮性流体か圧縮性流体かを求め、さらに層
流か乱流かを判別した。
In the above-mentioned process, first, the gas flow velocity is obtained, and the continuous flow or the molecular flow, the incompressible fluid or the compressible fluid, and the laminar flow or the turbulent flow are obtained from the Mach number, Reynolds number and the like. I decided.

【0058】その結果、0.01Torr以上の圧力では連続
流,非圧縮性流体,層流として取り扱ってよいことがわ
かった。また、0.01Torr以下の圧力では連続流にはなら
ずに遷移流となり解析できない。このため、0.01Torrの
場合と0.1Torr の場合について示した。なお、粘性率に
関してはチャプマン・エンスコグの実験式を用いた。
As a result, it was found that a pressure of 0.01 Torr or more can be treated as a continuous flow, an incompressible fluid, or a laminar flow. Also, at a pressure of 0.01 Torr or less, a continuous flow does not occur, but a transitional flow cannot be obtained and analysis cannot be performed. Therefore, the cases of 0.01 Torr and 0.1 Torr are shown. The empirical formula of Chapman-Enskog was used for the viscosity.

【0059】図2中、横軸にはステージ7の回転数(rp
m) を、縦軸には境界層の厚さ(mm)をとってある。ま
た、パラメータとして前述の圧力を採っている。
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the rotation speed of the stage 7 (rp
m), and the vertical axis represents the thickness (mm) of the boundary layer. Moreover, the above-mentioned pressure is taken as a parameter.

【0060】図2から以下のことが明らかになった。す
なわち、圧力が大きいと全体的に境界層の厚さは薄くな
り、ステージ7を回転させることによりさらに境界層を
薄くすることができる。
The following is clear from FIG. That is, when the pressure is large, the thickness of the boundary layer becomes thin as a whole, and the boundary layer can be made thinner by rotating the stage 7.

【0061】0.01Torrのような低圧下ではある回転数ま
では境界層の厚さは変化しないが、その回転数(以下単
に『第一のしきい値回転数』という)以上になると、回
転の効果が急激に現れてくる。0.01Torrの場合には、80
00rpm が第一のしきい値回転数となっていることがわか
る。
Under a low pressure such as 0.01 Torr, the thickness of the boundary layer does not change up to a certain rotation speed, but when the rotation speed exceeds the rotation speed (hereinafter simply referred to as "first threshold rotation speed"), The effect will appear suddenly. 80 for 0.01 Torr
It can be seen that 00 rpm is the first threshold rotation speed.

【0062】0.1Torr 程度の圧力下では、前記第一のし
きい値回転数は存在しない。また、ある回転数(以下単
に『第二のしきい値回転数』という)以上になると飽和
して殆ど変化しない。
Under a pressure of about 0.1 Torr, the first threshold rotation speed does not exist. Further, when the rotational speed exceeds a certain rotational speed (hereinafter, simply referred to as "second threshold rotational speed"), it saturates and hardly changes.

【0063】第二のしきい値回転数は、圧力が小さいと
高回転数側へシフトする。例えば、0.1Torr では3000rp
m であるのに対して、0.01Torrでは25000rpmにシフトし
ている。
The second threshold rotational speed shifts to the high rotational speed side when the pressure is small. For example, 0.1Torr is 3000rp
While it is m, it shifts to 25000 rpm at 0.01 Torr.

【0064】図3には、ステージ7の回転数と成膜速度
の関係および回転数と均一性との関係が示してある。横
軸はステージ7の回転数、縦軸は成膜速度および均一性
を採ってある。
FIG. 3 shows the relationship between the number of rotations of the stage 7 and the film forming speed and the relationship between the number of rotations and the uniformity. The horizontal axis represents the rotation speed of the stage 7, and the vertical axis represents the film forming speed and uniformity.

【0065】ここでは実験の条件として、圧力を0.1Tor
r,ジクロールシランガス流量を250sccm ,酸素ガス流量
を750sccm ,基板温度を400 ℃とした。
Here, as the condition of the experiment, the pressure is 0.1 Torr.
r, the flow rate of dichlorosilane gas was 250 sccm, the flow rate of oxygen gas was 750 sccm, and the substrate temperature was 400 ° C.

【0066】図3より明らかなように、以下のことがわ
かった。すなわち、ステージ7の回転数の増大にともな
って成膜速度が増大し、3000rpm 以上の回転数で飽和す
る。ステージ7の回転数が3000rpm 以上になると、それ
以上回転しても均一性は改善されない。
As is clear from FIG. 3, the following was found. That is, the film forming speed increases with an increase in the number of rotations of the stage 7, and is saturated at a number of rotations of 3000 rpm or more. When the rotation speed of the stage 7 is 3000 rpm or more, the uniformity is not improved even if it is rotated further.

【0067】成膜速度は回転無しの状態で1.2 μm/min
であるのに対して、3000rpm 以上の回転数では3.2 μm/
min まで高速になる。
The film forming speed was 1.2 μm / min without rotation.
On the other hand, 3.2 μm /
Speed up to min.

【0068】均一性は、回転させない状態で20%であっ
たものが回転数の増加と共に徐々に改善され、3000rpm
以上の回転数では1%程度まで抑えられる。
The uniformity was 20% in the unrotated state, but was gradually improved as the number of rotations increased, and was 3000 rpm.
With the above rotational speed, it can be suppressed to about 1%.

【0069】以上の結果から、0.1Torr 程度の圧力下で
3000rpm 以上の回転数でステージ7を回転させることに
より、成膜の均一性が改善されると共に、成膜速度も改
善することができる。
From the above results, under a pressure of about 0.1 Torr
By rotating the stage 7 at a rotation speed of 3000 rpm or more, the uniformity of film formation can be improved and the film formation speed can be improved.

【0070】また、図2から明らかなように、30000rpm
以上の回転数で回転させることにより、0.01Torrのよう
な低圧下でも成膜の均一性が改善されると共に、成膜速
度も改善することができる。
As is clear from FIG. 2, 30000 rpm
By rotating at the above rotation speed, the uniformity of film formation can be improved and the film formation rate can be improved even under a low pressure of 0.01 Torr.

【0071】なお、この発明は前述の実施の形態の例に
限定されることなく、適宜な変更を行なうことにより、
その他の態様で実施し得るものである。
The present invention is not limited to the examples of the above-described embodiment, but can be made by making appropriate changes.
It can be implemented in other aspects.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よる誘電結合プラズマCVD方法では、リング状アンテ
ナに高周波を印加してプラズマを発生させ、プラズマで
分解されたガスが反応チャンバ内のステージ上に載置さ
れた基板表面に気相成長膜を形成する際に、前記ステー
ジを高速回転させるので、成膜速度の上昇および成膜の
均一性を向上することができる。
As described above, in the inductively coupled plasma CVD method according to the first aspect of the present invention, a high frequency is applied to the ring antenna to generate plasma, and the gas decomposed by the plasma is a stage in the reaction chamber. When the vapor phase growth film is formed on the surface of the substrate placed on the substrate, the stage is rotated at high speed, so that the film formation speed can be increased and the film formation uniformity can be improved.

【0073】請求項2による発明の誘電結合プラズマC
VD方法では、請求項1記載のステージを3000rpm 以上
で回転させるが、前述のように3000rpm までは成膜速度
が上昇してその後安定すること、および成膜の均一性も
3000rpm まで改善されるため、少なくとも3000rpm 以上
で回転ことにより成膜速度の上昇および均一性の改善が
可能になる。
Inductively coupled plasma C of the invention according to claim 2
In the VD method, the stage according to claim 1 is rotated at 3000 rpm or more, but as described above, the deposition rate increases up to 3000 rpm and then stabilizes, and the uniformity of deposition is also improved.
Since the speed is improved to 3000 rpm, rotation at a speed of at least 3000 rpm makes it possible to increase the deposition rate and improve the uniformity.

【0074】請求項3による発明の誘電結合プラズマC
VD装置では、高周波印加可能なアンテナによりチャン
バ内にプラズマを発生させ、前記チャンバ内に設けられ
たステージ上の基板表面に気相成長膜を形成する際に、
前記ステージが高速で回転するので成膜速度の上昇およ
び成膜の均一性を改善することができる。
Inductively coupled plasma C of the invention according to claim 3
In the VD apparatus, plasma is generated in the chamber by an antenna to which a high frequency can be applied, and when a vapor phase growth film is formed on the substrate surface on the stage provided in the chamber,
Since the stage rotates at a high speed, it is possible to increase the film forming speed and improve the film forming uniformity.

【0075】また、請求項4による発明の誘電結合プラ
ズマCVD装置では、請求項3記載の回転装置がステー
ジを3000rpm 以上で回転させるが、前述のように3000rp
m までは成膜速度が上昇してその後安定すること、およ
び成膜の均一性も3000rpm まで改善されるため、少なく
とも3000rpm 以上で回転ことにより成膜速度の上昇およ
び均一性の改善が可能になる。
In the inductively coupled plasma CVD apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the rotating device according to the third aspect rotates the stage at 3000 rpm or more.
The deposition rate increases up to m and then stabilizes, and the uniformity of the deposition is also improved to 3000 rpm. Therefore, it is possible to increase the deposition rate and improve the uniformity by rotating at least 3000 rpm. .

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

【図1】この発明に係るかかる誘電結合プラズマCVD
装置を示す断面図である。
FIG. 1 is an inductively coupled plasma CVD according to the present invention.
It is sectional drawing which shows an apparatus.

【図2】ステージの回転数と境界層の厚さの関係をシミ
ュレーションによって求めた結果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a result obtained by simulation of a relationship between a rotation speed of a stage and a thickness of a boundary layer.

【図3】ステージの回転数と成膜速度および均一性との
関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of rotations of the stage and the film formation rate and uniformity.

【図4】従来の誘電結合プラズマCVD装置を示す断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a conventional inductively coupled plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 誘電結合プラズマCVD装置 3 反応チャンバ 5 ウエハ(基板) 7 ステージ 11 回転軸(回転装置) 43 プラズマ 45 アンテナ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inductively coupled plasma CVD apparatus 3 Reaction chamber 5 Wafer (substrate) 7 Stage 11 Rotating shaft (rotating apparatus) 43 Plasma 45 Antenna

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/316 H01L 21/316 X 21/318 21/318 B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/316 H01L 21/316 X 21/318 21/318 B

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リング状アンテナに高周波を印加してプ
ラズマを発生させ、反応チャンバ内のステージ上に載置
された基板表面に気相成長膜を形成する誘電結合プラズ
マCVD方法であって、前記ステージを高速回転させな
がら成膜することを特徴とする誘電結合プラズマCVD
方法。
1. A dielectric coupled plasma CVD method for applying a high frequency to a ring-shaped antenna to generate plasma to form a vapor phase growth film on the surface of a substrate placed on a stage in a reaction chamber, Inductively coupled plasma CVD characterized by forming a film while rotating the stage at high speed
Method.
【請求項2】 前記ステージを3000rpm 以上で回転させ
ることを特徴とする請求項1記載の誘電結合プラズマC
VD方法。
2. The inductively coupled plasma C according to claim 1, wherein the stage is rotated at 3000 rpm or more.
VD method.
【請求項3】 高周波印加可能なアンテナにより反応チ
ャンバ内にプラズマを発生させ、前記チャンバ内に設け
られたステージ上の基板表面に気相成長膜を形成する誘
電結合プラズマCVD装置であって、前記ステージを高
速で回転させる回転装置を設けてなることを特徴とする
誘電結合プラズマCVD装置。
3. An inductively coupled plasma CVD apparatus, wherein plasma is generated in a reaction chamber by an antenna to which a high frequency can be applied, and a vapor phase growth film is formed on a substrate surface on a stage provided in the chamber. An inductively coupled plasma CVD apparatus comprising a rotating device for rotating a stage at high speed.
【請求項4】 前記回転装置が、ステージを3000rpm 以
上で回転させるものであることを特徴とする請求項3記
載の誘電結合プラズマCVD装置。
4. The inductively coupled plasma CVD apparatus according to claim 3, wherein the rotating device rotates the stage at 3000 rpm or more.
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