JPH01205520A - 成膜装置 - Google Patents
成膜装置Info
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- JPH01205520A JPH01205520A JP3154788A JP3154788A JPH01205520A JP H01205520 A JPH01205520 A JP H01205520A JP 3154788 A JP3154788 A JP 3154788A JP 3154788 A JP3154788 A JP 3154788A JP H01205520 A JPH01205520 A JP H01205520A
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- film
- reaction
- microwave
- gas
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野]
この発明は、マイクロ波放電を用いて基板上に成膜を行
う成膜装置に関するものである。
う成膜装置に関するものである。
特に薄膜を製造する際、従来よりプラズマCVD法がよ
く用いられている。このプラズマCVD法は、周知のよ
うに、反応空間にプラズマを導入することにより該空間
に存在する気体を活性化し、低い温度で基板」二に膜を
堆積するものであるが、このプラズマを生じさせる方法
として、マイクロ波を利用したものがある。そして、こ
のマイクロ波放電を用いて薄膜等を製造する際、マイク
ロ波が導入されるプラズマ室と、反応ガスが導入される
反応室とが同−室で形成されたものがある。
く用いられている。このプラズマCVD法は、周知のよ
うに、反応空間にプラズマを導入することにより該空間
に存在する気体を活性化し、低い温度で基板」二に膜を
堆積するものであるが、このプラズマを生じさせる方法
として、マイクロ波を利用したものがある。そして、こ
のマイクロ波放電を用いて薄膜等を製造する際、マイク
ロ波が導入されるプラズマ室と、反応ガスが導入される
反応室とが同−室で形成されたものがある。
この種の従来装置として、例えば特開昭60−1030
98号公報に示されるものがある。この従来技術は、ダ
イヤモンド膜を製造する際、電子ザイクロトロン共鳴プ
ラズマを利用したものであり、プラズマ発生室と反応室
とを兼ねた反応室内に基体を設置するとともに、この反
応室の周囲に電磁石用コイルを配置している。そして、
前記反応室内に水素希釈したメタンガスを導入し、前記
コイルに通電するとともに、前記反応室内にマイクロ波
(2,45GHz )を導入して電子ザイクロトロン共
鳴によりプラズマを発生させ、その反応により前記反応
室内に置かれた載体上にダイヤモンド膜を成膜するよう
にしている。
98号公報に示されるものがある。この従来技術は、ダ
イヤモンド膜を製造する際、電子ザイクロトロン共鳴プ
ラズマを利用したものであり、プラズマ発生室と反応室
とを兼ねた反応室内に基体を設置するとともに、この反
応室の周囲に電磁石用コイルを配置している。そして、
前記反応室内に水素希釈したメタンガスを導入し、前記
コイルに通電するとともに、前記反応室内にマイクロ波
(2,45GHz )を導入して電子ザイクロトロン共
鳴によりプラズマを発生させ、その反応により前記反応
室内に置かれた載体上にダイヤモンド膜を成膜するよう
にしている。
[発明が解決しようとする課題]
ところが、前記のような従来技術における反応室は通常
ステンレスで構成されており、反応室内でどういう反応
が起こり、また、何がダイヤモンド膜の成膜を律速して
いるのかを知ることができない。即ち、従来の成膜装置
では反応のメカニズムは全くわからず、どのような膜形
成が行われたかは、膜の付着した基板を外部に取り出す
まではわからないというのが実情であった。従って、形
成すべき膜を変えたい場合等においては、その膜の膜質
までをも追求することができず、良質の膜を再現性良く
形成することが困難であるという問題があった。
ステンレスで構成されており、反応室内でどういう反応
が起こり、また、何がダイヤモンド膜の成膜を律速して
いるのかを知ることができない。即ち、従来の成膜装置
では反応のメカニズムは全くわからず、どのような膜形
成が行われたかは、膜の付着した基板を外部に取り出す
まではわからないというのが実情であった。従って、形
成すべき膜を変えたい場合等においては、その膜の膜質
までをも追求することができず、良質の膜を再現性良く
形成することが困難であるという問題があった。
従って、前記不具合を解消するためには、反応室内の反
応状況を何らがのカ法で把握することが必要となってく
る。
応状況を何らがのカ法で把握することが必要となってく
る。
ここで、マイクロ波放電を利用したプラズマCVD法に
おいては、その放電状態、即ちプラズマ光を観測するこ
とによゲζ、導入された反応ガスがどのような状態(イ
オン化、励起状態)にあり、また励起活性化されたガス
分子、原子がどの程度の密度(相対的な強度)で存在し
ているかを知ることができる。そこで、反応室内の反応
状態を把握するためには、反応室全体を石英ガラス等で
形成することも考えられるが、製造の困難性、危険性等
を考慮した場合等に問題がある。
おいては、その放電状態、即ちプラズマ光を観測するこ
とによゲζ、導入された反応ガスがどのような状態(イ
オン化、励起状態)にあり、また励起活性化されたガス
分子、原子がどの程度の密度(相対的な強度)で存在し
ているかを知ることができる。そこで、反応室内の反応
状態を把握するためには、反応室全体を石英ガラス等で
形成することも考えられるが、製造の困難性、危険性等
を考慮した場合等に問題がある。
この発明は、かかる点C」υでなされたもので、反応室
内における反応メカニズムを容易に解明でき、成膜の制
御1′!1を高めることのできる成膜装置を?)るごと
を目的とする。
内における反応メカニズムを容易に解明でき、成膜の制
御1′!1を高めることのできる成膜装置を?)るごと
を目的とする。
この発明に係る成119.W置は、1つの反応室内にマ
イクロ波及び反応ガスを導入し、該反応室内でマイクロ
波放電によりプラズマを発生さセて恭板]二に成膜を行
うものにおいて、前記反応室にプラズマ光を観測するだ
めの窓を設けるとともに、この窓に前記プラズマ光を分
析するための分光モニタを接続したものである。
イクロ波及び反応ガスを導入し、該反応室内でマイクロ
波放電によりプラズマを発生さセて恭板]二に成膜を行
うものにおいて、前記反応室にプラズマ光を観測するだ
めの窓を設けるとともに、この窓に前記プラズマ光を分
析するための分光モニタを接続したものである。
1作用〕
この発明においては、反応室に設げられた窓を通して発
光分光分析装置等の分光モニタにより反応室内の放電状
態を観測することができ、これにより導入された反応ガ
スの励起状態、及びその励起されているものがどの程度
の密度で存在しているかを知ることができる。従って、
例えば前記発光分光分析装置等の分光モニタにより得ら
れるある特定波長の光の測定信号を誤差増幅器に接続し
、この誤差増幅器で前記測定信号と予め設定した信号と
を比較して、前記反応室に導入されるマイクロ波の電力
1反応ガスの量等をフィートハック制御するよ・うにす
れば、成膜の制御性を高めることができ、再現性も向上
することが可能となる。
光分光分析装置等の分光モニタにより反応室内の放電状
態を観測することができ、これにより導入された反応ガ
スの励起状態、及びその励起されているものがどの程度
の密度で存在しているかを知ることができる。従って、
例えば前記発光分光分析装置等の分光モニタにより得ら
れるある特定波長の光の測定信号を誤差増幅器に接続し
、この誤差増幅器で前記測定信号と予め設定した信号と
を比較して、前記反応室に導入されるマイクロ波の電力
1反応ガスの量等をフィートハック制御するよ・うにす
れば、成膜の制御性を高めることができ、再現性も向上
することが可能となる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
第1図は本発明の一実施例による成膜装置の概略断面構
成図であり、本実施例装置では、電子サイクロトロン共
鳴を利用してマイクロ波放電を起こさせるようにしてい
る。図において、1は空洞共振器となるよう構成された
反応室であり、その底部には基板2が収容されている。
成図であり、本実施例装置では、電子サイクロトロン共
鳴を利用してマイクロ波放電を起こさせるようにしてい
る。図において、1は空洞共振器となるよう構成された
反応室であり、その底部には基板2が収容されている。
また、この反応室1には、反応ガス導入のためのガス導
入系3及びマイクロ波導入のための矩形導波管4が接続
され、さらGこ図示していないが、この反応室1内を真
空排気するための排気系も接続されており、該反応室1
はプラズマ発生のための室及び反応のための室を兼ねた
ものとなっている。前記矩形導波管4は、例えば周波数
2.45GHzのマグネトロンで構成されるマイクロ波
発生装置5に接続されている。前記反応室1の周囲には
、電(〃コイル6が配設されており、この電磁コイル6
による磁界の強度は、前記マイクロ波による電子サイク
ロトロン共鳴の条件が成立するように決定される。ここ
で、前記周波数2.45GHzのマイクロ波に対して電
子ザイクロトロン共鳴を起ごずための磁束密度は875
ガウスである。
入系3及びマイクロ波導入のための矩形導波管4が接続
され、さらGこ図示していないが、この反応室1内を真
空排気するための排気系も接続されており、該反応室1
はプラズマ発生のための室及び反応のための室を兼ねた
ものとなっている。前記矩形導波管4は、例えば周波数
2.45GHzのマグネトロンで構成されるマイクロ波
発生装置5に接続されている。前記反応室1の周囲には
、電(〃コイル6が配設されており、この電磁コイル6
による磁界の強度は、前記マイクロ波による電子サイク
ロトロン共鳴の条件が成立するように決定される。ここ
で、前記周波数2.45GHzのマイクロ波に対して電
子ザイクロトロン共鳴を起ごずための磁束密度は875
ガウスである。
また、前記反応室1の底部側壁には、基板2付近の反応
領域におけるプラズマ光を外部がら観測するための孔(
図示せず)が形成され、この孔にはプラズマ光導出管7
が接続されている。そして、このプラズマ光導出管7の
先端フランジ部には、石英ガラスで形成され、光を透過
する窓8が装着されており、該窓8には、分光モニタと
して、プラズマ光を分光分析するだめの発光分光分析装
置9が接続されている。この発光分光分析装置9は、前
記反応領域におけるプラズマ光の発光スペクトルが観測
できるとともに、これらの各波長の光のなかから、特定
波長のものを選択的に取り出し、その特定波長の光の発
光強度に応した大きさの電流信号が得られるようになっ
ている。なお、前記プラズマ光導出のための孔は、反応
室側壁を流れる高周波電流がこの孔により断ち切られな
いように、またこの孔によりマイクロ波が漏れて他の測
定機器に影響を56えないように、位置、大きさを考慮
して設りる必要がある。本実施例のように245GII
zのマイクロ波を用いる場合は、直径20mm以下程以
下孔にするのが望ましい。
領域におけるプラズマ光を外部がら観測するための孔(
図示せず)が形成され、この孔にはプラズマ光導出管7
が接続されている。そして、このプラズマ光導出管7の
先端フランジ部には、石英ガラスで形成され、光を透過
する窓8が装着されており、該窓8には、分光モニタと
して、プラズマ光を分光分析するだめの発光分光分析装
置9が接続されている。この発光分光分析装置9は、前
記反応領域におけるプラズマ光の発光スペクトルが観測
できるとともに、これらの各波長の光のなかから、特定
波長のものを選択的に取り出し、その特定波長の光の発
光強度に応した大きさの電流信号が得られるようになっ
ている。なお、前記プラズマ光導出のための孔は、反応
室側壁を流れる高周波電流がこの孔により断ち切られな
いように、またこの孔によりマイクロ波が漏れて他の測
定機器に影響を56えないように、位置、大きさを考慮
して設りる必要がある。本実施例のように245GII
zのマイクロ波を用いる場合は、直径20mm以下程以
下孔にするのが望ましい。
前記発光分光分析装置9の出力である発光強度信号S1
は誤差増幅器10へ接続されている。この誤差増幅器1
0は、予め入力されている設定信号S。と前記発光強度
信号S、とを比較してその誤差を増幅し、反応ガスの流
量制御信号S2及びマイクロ波電源のパワー制御信号S
3を出力するものである。
は誤差増幅器10へ接続されている。この誤差増幅器1
0は、予め入力されている設定信号S。と前記発光強度
信号S、とを比較してその誤差を増幅し、反応ガスの流
量制御信号S2及びマイクロ波電源のパワー制御信号S
3を出力するものである。
次りこ動作に゛ついて説明する。
まず反応室1内に、ガス導入系3から反応ガス、例えば
ダイヤモン[成膜を行う場合であれば水素希釈したメタ
ンガスを導入する。次に電磁コイル6に通電し、反応室
1内の磁束密度が875ガウスになるようにするととも
に、導波管4を介して2.45GHzのマイクロ波を該
反応室1内に導入する。このような条件により電子サイ
クロトロン共鳴が生じ、前記マイクロ波のエネルギを吸
収し、加速された電子が反応ガス分子と衝突してこのガ
ス分子を解離、電離せしめ、プラズマが形成される。こ
の反応により基板2上にダイヤモンド膜が成■りされる
。
ダイヤモン[成膜を行う場合であれば水素希釈したメタ
ンガスを導入する。次に電磁コイル6に通電し、反応室
1内の磁束密度が875ガウスになるようにするととも
に、導波管4を介して2.45GHzのマイクロ波を該
反応室1内に導入する。このような条件により電子サイ
クロトロン共鳴が生じ、前記マイクロ波のエネルギを吸
収し、加速された電子が反応ガス分子と衝突してこのガ
ス分子を解離、電離せしめ、プラズマが形成される。こ
の反応により基板2上にダイヤモンド膜が成■りされる
。
この際、基板2付近の反応領域におけるプラズマ光は、
プラズマ光導出管7.窓8を通して発光分光分析装置9
に入力され、これにより例えば第2図に示すようなスペ
クI−ル結果が得られる。
プラズマ光導出管7.窓8を通して発光分光分析装置9
に入力され、これにより例えば第2図に示すようなスペ
クI−ル結果が得られる。
また、例えば第2図に示す波長λ1 (ダイヤモンド膜
の場合、C(387nm)あるいはC(431nm))
に着目して、反応ガスの流量及びマイクロ波のパワーを
フィードバック制御する。即ち、前記発光分光分析装置
9により、第3図(a)(b)に示すように、予め波長
λ1のプ、ラズマ光の強度(反応室内における密度)と
反応ガス圧又はマイクロ波パワーとの関係、及び波長λ
、のプラズマ光の強度と成膜速度との関係を測定し、こ
れにより最適な成膜速度R8に対する強度P。を決定し
ておく。そして、この強度P。に対応する信号を設定信
号S。とじて誤差増幅器10に入力し、該誤差増幅器1
0では、この設定信号S。と発光分光分析装置9からの
発光強度信号S1とを比較する。
の場合、C(387nm)あるいはC(431nm))
に着目して、反応ガスの流量及びマイクロ波のパワーを
フィードバック制御する。即ち、前記発光分光分析装置
9により、第3図(a)(b)に示すように、予め波長
λ1のプ、ラズマ光の強度(反応室内における密度)と
反応ガス圧又はマイクロ波パワーとの関係、及び波長λ
、のプラズマ光の強度と成膜速度との関係を測定し、こ
れにより最適な成膜速度R8に対する強度P。を決定し
ておく。そして、この強度P。に対応する信号を設定信
号S。とじて誤差増幅器10に入力し、該誤差増幅器1
0では、この設定信号S。と発光分光分析装置9からの
発光強度信号S1とを比較する。
このとき、第3図(b)に示すように、例えば発光強度
がP、であれば、成膜速度は最適速度R8より遅いと判
断されるので、該強度をP。に上げるべく、第3図(a
)で測定した、発光強度と反応ガス圧又はマイクロ波パ
ワーとの相互の関係に基づいて、反応ガス導入系3又は
マイクロ波発生装置5に制御信号S2.S3を出力し、
反応ガスの流量を増加するか、又はマイクロ波のパワー
を上げるようにフィードバック制御■する。また逆に、
発光強度がP2であれば、成膜速度は最適速度R8より
速いと判断されるので、これを下げるべく各導入系3.
5に制御信号S2.S3を出力し、前記とは逆に、反応
ガスの流量を減少させるか、あるいはマイクロ波のパワ
ーを下げるようにフィードバンク制御する。なお、前記
フィードハック制御は、反応ガス、マイクロ波パワーの
どちらか一方を行うようにしても、あるいは両方を同時
に行うようにしてもよい。
がP、であれば、成膜速度は最適速度R8より遅いと判
断されるので、該強度をP。に上げるべく、第3図(a
)で測定した、発光強度と反応ガス圧又はマイクロ波パ
ワーとの相互の関係に基づいて、反応ガス導入系3又は
マイクロ波発生装置5に制御信号S2.S3を出力し、
反応ガスの流量を増加するか、又はマイクロ波のパワー
を上げるようにフィードバック制御■する。また逆に、
発光強度がP2であれば、成膜速度は最適速度R8より
速いと判断されるので、これを下げるべく各導入系3.
5に制御信号S2.S3を出力し、前記とは逆に、反応
ガスの流量を減少させるか、あるいはマイクロ波のパワ
ーを下げるようにフィードバンク制御する。なお、前記
フィードハック制御は、反応ガス、マイクロ波パワーの
どちらか一方を行うようにしても、あるいは両方を同時
に行うようにしてもよい。
このような本実施例では、反応室1にプラズマ光導出管
7を設置し、窓8を通して反応領域内のプラズマ光を発
光分光分析装置9で観測できるようにしたので、反応室
1内でどういう反応が起こっているかを解明することが
でき、反応のメカニズムを解明して再現性の良い、良質
な成膜を行うことができる。
7を設置し、窓8を通して反応領域内のプラズマ光を発
光分光分析装置9で観測できるようにしたので、反応室
1内でどういう反応が起こっているかを解明することが
でき、反応のメカニズムを解明して再現性の良い、良質
な成膜を行うことができる。
また、所定の波長のプラズマ光強度をモニタし、この測
定信号によりガス導入系3.マイクロ波発生装置5をフ
ィードバック制御するようにしたので、一定の成膜速度
で良質の膜を形成することができる。
定信号によりガス導入系3.マイクロ波発生装置5をフ
ィードバック制御するようにしたので、一定の成膜速度
で良質の膜を形成することができる。
さらに、モニタする波長を利用して電磁コイル3の電流
依存性、即し反応室1内のどのような位置に所定の磁束
密度の磁場を発生させれば、膜厚分布がどのように変化
し、均一な膜が形成できるか等をも解明することができ
る。
依存性、即し反応室1内のどのような位置に所定の磁束
密度の磁場を発生させれば、膜厚分布がどのように変化
し、均一な膜が形成できるか等をも解明することができ
る。
なお、前記実施例では誤差増幅器10の出力信号S2.
S、によりガス導入系3及びマイクロ波発生装置5を制
御するようにしたが、ごれはどちらか一方のみを制御す
るようにしてもよいのは勿論である。
S、によりガス導入系3及びマイクロ波発生装置5を制
御するようにしたが、ごれはどちらか一方のみを制御す
るようにしてもよいのは勿論である。
また、前記実施例では電子サイクロ1−ロン共鳴を利用
した装置について説明したが、本発明はマイクロ波を利
用して励起種を作るような装置のすべて(電磁コイルを
持たない場合がある)に適用でき、どのような励起種が
作られているかについての解明等を、前記実施例のよう
な発光分光分析装置を用いて行うことができる。
した装置について説明したが、本発明はマイクロ波を利
用して励起種を作るような装置のすべて(電磁コイルを
持たない場合がある)に適用でき、どのような励起種が
作られているかについての解明等を、前記実施例のよう
な発光分光分析装置を用いて行うことができる。
以上のように、本発明によれば、1つの反応室内にマイ
クロ波及び反応ガスを導入し、該反応室内でマイクロ波
放電によりプラズマを発生させて基板上に成膜する成膜
装置において、前記反応室に、反応領域で発光される光
を観測するための窓を設けるとともに、この窓に分光モ
ニタを接続したので、前記分光モニタにより反応室内の
放電状態を観測することができ、例えば前記分光モニタ
により得られる測定信号により、前記反応室に導入され
るマイクロ波の電力1反応ガスの量をフィードバック制
御するようにして、成膜の制御性を高めることができ、
良質な膜を再現性良く成膜できる効果かある。
クロ波及び反応ガスを導入し、該反応室内でマイクロ波
放電によりプラズマを発生させて基板上に成膜する成膜
装置において、前記反応室に、反応領域で発光される光
を観測するための窓を設けるとともに、この窓に分光モ
ニタを接続したので、前記分光モニタにより反応室内の
放電状態を観測することができ、例えば前記分光モニタ
により得られる測定信号により、前記反応室に導入され
るマイクロ波の電力1反応ガスの量をフィードバック制
御するようにして、成膜の制御性を高めることができ、
良質な膜を再現性良く成膜できる効果かある。
第1図は本発明の一実施例による成膜装置の断面構成図
、第2図は該装置における発光分光分析装置によって得
られる発光スペクトルを示す図、第311 (a) (
b)は該装置においてフィードバック制御する際の動作
説明のための図である。 1・・・反応室、2・・・基板、3・・・ガス導入系、
5・・・マイクロ波発生装置、7・・・プラズマ光導出
管、8・・・窓、9・・・発光分光分析装置(分光モニ
タ)、10・・・誤差増幅器。
、第2図は該装置における発光分光分析装置によって得
られる発光スペクトルを示す図、第311 (a) (
b)は該装置においてフィードバック制御する際の動作
説明のための図である。 1・・・反応室、2・・・基板、3・・・ガス導入系、
5・・・マイクロ波発生装置、7・・・プラズマ光導出
管、8・・・窓、9・・・発光分光分析装置(分光モニ
タ)、10・・・誤差増幅器。
Claims (1)
- (1)1つの反応室内にマイクロ波及び反応ガスを導入
し、該反応室内でマイクロ波放電によりプラズマを発生
させて基板上に成膜する成膜装置において、前記反応室
に反応領域で発光される光を観測するための窓を設ける
とともに、この窓に前記発光される光を分析するための
分光モニタを接続したことを特徴とする成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3154788A JPH01205520A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3154788A JPH01205520A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 成膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01205520A true JPH01205520A (ja) | 1989-08-17 |
Family
ID=12334217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3154788A Pending JPH01205520A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01205520A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5759424A (en) * | 1994-03-24 | 1998-06-02 | Hitachi, Ltd. | Plasma processing apparatus and processing method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61239620A (ja) * | 1985-04-17 | 1986-10-24 | Hitachi Ltd | プラズマcvd装置 |
| JPS62228482A (ja) * | 1986-03-08 | 1987-10-07 | Hitachi Ltd | 低温プラズマ処理装置 |
| JPS6320484A (ja) * | 1986-07-14 | 1988-01-28 | Shimadzu Corp | プラズマモニタ付プラズマ付着装置 |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP3154788A patent/JPH01205520A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61239620A (ja) * | 1985-04-17 | 1986-10-24 | Hitachi Ltd | プラズマcvd装置 |
| JPS62228482A (ja) * | 1986-03-08 | 1987-10-07 | Hitachi Ltd | 低温プラズマ処理装置 |
| JPS6320484A (ja) * | 1986-07-14 | 1988-01-28 | Shimadzu Corp | プラズマモニタ付プラズマ付着装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5759424A (en) * | 1994-03-24 | 1998-06-02 | Hitachi, Ltd. | Plasma processing apparatus and processing method |
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