JPH097949A - 半導体素子の製造装置 - Google Patents

半導体素子の製造装置

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JPH097949A
JPH097949A JP7153620A JP15362095A JPH097949A JP H097949 A JPH097949 A JP H097949A JP 7153620 A JP7153620 A JP 7153620A JP 15362095 A JP15362095 A JP 15362095A JP H097949 A JPH097949 A JP H097949A
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JP
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chamber
collimator
target
film forming
sputtering film
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JP7153620A
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English (en)
Inventor
Yasuaki Kawai
泰明 河合
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コリメータ及びチャンバ内壁へのスパッタリ
ングされた物質の付着などをなくし、点検のための装置
の停止をなくすことができる半導体装置の製造を提供す
る。 【構成】 スパッタリング成膜チャンバ24内部に配置
されるコリメータ21を有するRF電極30と、このR
F電極30に接続されるRF電源22と、前記スパッタ
リング成膜チャンバ24内壁にはこのチャンバ24とは
絶縁されたシールド板215を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の製造に用
いるDC或いはRFを用いたスパッタリング成膜装置又
は熱CVD装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスパッタリングによる成膜装置な
どの半導体素子の製造装置では、半導体素子のコンタク
ト、或いはスルーホールへの埋め込み特性を向上させる
ため、図3に示すように、ターゲットとシリコン基板と
の間にコリメータ11と呼ばれている多孔のスリット板
12が挿入されている。このコリメータ11によりター
ゲットからスパッタリングされた物質の垂直成分を成膜
に利用しているため、コンタクト或いはスルーホールへ
の埋め込みが可能となる。なお、図3(a)はそのコリ
メータの平面図、図3(b)はそのコリメータの側面図
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置ではターゲットからスパッタリングされた
物質の垂直成分以外は、コリメータに付着、堆積してし
まい、パーティクルの発生源となる。更に、チャンバ内
壁にもスパッタリングされた物質が付着し、パーティク
ルの発生源となる。
【0004】従って、定期的にチャンバを大気解放し、
コリメータの交換、並びにチャンバ内壁のクリーニング
を行わなくてはならず、そのために装置を停止しなくて
はならない。本発明は、上記問題点を除去し、コリメー
タ及びチャンバ内壁へのスパッタリングされた物質の付
着等をなくし、点検のための装置の停止を不要とするこ
とができる半導体装置の製造を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 (1)半導体素子の製造装置において、スパッタリング
成膜チャンバ内部に配置され、コリメータを有するRF
電極と、このRF電極に接続されるRF電源と、前記ス
パッタリング成膜チャンバ内壁に、このチャンバとは絶
縁されたシールド板を設けるようにしたものである。
【0006】(2)上記(1)記載の半導体素子の製造
装置において、ターゲットが前記スパッタリング成膜チ
ャンバと隔離できる構造を有し、前記スパッタリング成
膜チャンバにメタル系、絶縁膜系のエッチングが可能な
材料ガスを導入するようにしたものである。 (3)上記(1)記載の半導体素子の製造装置におい
て、ターゲットが前記スパッタリング成膜チャンバと隔
離可能な別個のターゲットチャンバを有し、このターゲ
ットチャンバは不活性ガスにより、大気圧解放及び真空
圧に到達させることが可能なガス系及び排気系を設ける
ようにしたものである。
【0007】(4)上記(3)記載の半導体素子の製造
装置において、前記ターゲットチャンバは大気圧解放さ
せることにより、前記ターゲットの交換が可能であるよ
うにしたものである。 (5)半導体素子の製造装置において、熱CVDチャン
バ内部に配置されるRF電極と、このRF電極に接続さ
れるRF電源と、前記熱CVDチャンバ内壁にはこのチ
ャンバとは絶縁されたシールド板を設けるようにしたも
のである。
【0008】
【作用】
〔1〕本発明によれば、図1に示すように、RFの電圧
の振幅VRFと周波数fとの関係は、RF供給電力Pとコ
リメータ(21)を含めたインピーダンスZを用いて、
RF=√(P・|Z|)≒√(P/2πcf)と表せ
る。CはRF電源(22)からコリメータ(21)まで
の容量とコリメータ(21)とArプラズマ界面に生じ
るシース容量との直列和である。コリメータ(21)に
生じる自己バイアスをVs、Arプラズマの電位をVP
とすると、VS =2VP −VRF<0と表される。
【0009】従って、RF供給電力が一定な場合、RF
周波数fの増加に伴い、コリメータ(21)に生じる自
己バイアスは浅くなる。プラズマ電位は正であるため、
コリメータ(21)に自己バイアスが印加されると、プ
ラズマとコリメータ(21)の間に電位勾配が生じる。
スパッタリングで物質がTiであり、プラズマソースが
Arである場合、電位勾配が20V以上でスパッタリン
グがはじまる。
【0010】更に、コリメータ(21)に付着、堆積し
た物質がTiである場合、電位勾配が20V以上になる
ように低周波数のRFをRF電源(22)からコリメー
タ(21)に印加させることでコリメータ(21)に付
着、堆積したTiをスパッタリングさせることができ、
コリメータ(21)をクリーニングさせることが可能と
なる。
【0011】このときターゲット(26)は接地されて
いるので、ターゲット(26)表面付近の電位勾配は2
0V以下となり、ターゲット(26)はスパッタリング
されない。コリメータ(21)からスパッタリングされ
たTiは、シールド板(215)とシリコン基板(21
0)上に付着するが、シールド板(215)はフローテ
ィング状態なので、コリメータ(21)に生じる自己バ
イアスと同程度の負のバイアスが生じる。
【0012】このためシールド板に付着したTiは容易
にスパッタリングされ、コリメータ(21)と同様にク
リーニングが可能となる。ダミーのシリコン基板(21
0)上に付着したTiは除去する必要はなく、後で回収
すれば良い。プラズマ電位はプローブにより測定可能で
あるので、コリメータ(21)とシールド板(215)
表面の電位勾配が20V以上になるように、RF電源
(22)のRF周波数と供給電力を調整すれば良い。
【0013】〔2〕また、図4に示すように、スパッタ
リング成膜チャンバ(44)内にエッチングガスを導入
すれば発生したラジカルと、コリメータ(55)に付着
した物質は、反応生成物を形成することが期待され、こ
の反応生成物は、ターボ分子ポンプ(410)とバック
ポンプ(46)により、スパッタリング成膜チャンバ
(44)から排気される。そのためコリメータ(55)
に付着した物質は除去され、クリーニングが可能とな
る。
【0014】また、コリメータ(55)以外に付着した
物質も同様に反応生成物としてスパッタリング成膜チャ
ンバ(44)から排気され、スパッタリング成膜チャン
バ(44)内のクリーニングが可能となる。更に、排気
系にターボ分子ポンプ(410)を使用しているので、
反応に必要なガスをスパッタリング成膜チャンバ(4
4)内に数十sccm流すことが可能となり、効率良く
コリメータ(55)とスパッタリング成膜チャンバ(4
4)内のクリーニングが可能となる。
【0015】ターゲット(41)はゲートバルブ(4
3)により遮蔽されているので腐食されない。さらにバ
ルブ(45)を閉じ、バルブ(47)を開け、ターゲッ
トチャンバ(42)内に不活性ガスを導入し、そのター
ゲットチャンバ(42)を大気圧にすることでターゲッ
ト(41)をスパッタリング成膜チャンバ(44)内を
大気圧にすることなく交換可能となる。以上よりスパッ
タリング成膜チャンバ(44)内のメンテナンスが必要
なくなることが期待される。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1は本発明の第1実施例を示
すスパッタリング装置の構成図である。この図に示すよ
うに、コリメータ21にRF電極30を介して、100
kHz〜999kHzの可変RF電源22が、マッチン
グ回路ボックス(整合器)23を介して接続されてい
る。コリメータ21のRF電極30とスパッタリング成
膜チャンバ24との間に、例えばAl2 3 のような絶
縁物25を入れておくことにより、コリメータ21はス
パッタリング成膜チャンバ24から絶縁しておく。
【0017】スパッタリング成膜チャンバ24内には、
シールド板215を挿入しておき、スパッタリング成膜
チャンバ24から絶縁しておく。ターゲット26はスイ
ッチ27を介して、従来のスパッタリング装置と同様に
DC電源28に接続する。また、ターゲット26はスイ
ッチ29を介して接地可能となっている。シリコン基板
210はステージ213に固定され、電源・マッチング
回路212からスイッチ211を介して、従来のスパッ
タリング装置と同様に、DCバイアス或いはRFバイア
スをシリコン基板210に印加できるようにする。更
に、スイッチ214を介してシリコン基板210を接地
できる構造にする。排気系は従来装置と同様、クライオ
ポンプとドライポンプを使用する。また、使用ガスは従
来スパッタリング装置に用いられている不活性ガス、例
えばArガスを用いる。
【0018】以下、このスパッタリング装置の動作につ
いて説明する。まず、スイッチ27をOFFにし、スイ
ッチ29をONにする。ステージ213上にはダミーの
シリコン基板210を固定しておき、スイッチ211を
OFFにし、スイッチ214をONにする。続いて、不
活性ガス、例えば、Arガスをスパッタリング成膜チャ
ンバ24内に導入する。Arガス流量は、スパッタリン
グ成膜チャンバ24内の圧力が数十mTorrになるよ
うに調整する。
【0019】コリメータ21に比較的低周波数、例えば
13.56MHzのRFをRF電源22により印加させ
る。このとき、RF電源22への反射波を抑えるように
マッチング回路ボックス23によりインピーダンスの調
整を行う。RF電源22の供給電力を制御することによ
り、スパッタリング成膜チャンバ24内に、Arプラズ
マが発生し、コリメータ21に自己バイアスを印加させ
る。このときコリメータ21は絶縁物25により絶縁さ
れているので、自己バイアスはコリメータ21にのみ印
加する。
【0020】そして、RFの電圧の振幅VRFと周波数f
との関係は、RF供給電力Pとコリメータ21を含めた
インピーダンスZを用いて、VRF=√(P・|Z|)≒
√(P/2πcf)と表せる。CはRF電源22からコ
リメータ21までの容量と、コリメータ21とArプラ
ズマ界面に生じるシース容量との直列和である。コリメ
ータ21に生じる自己バイアスをVS 、Arプラズマの
電位をVP とすると、VS =2VP −VRF<0と表され
る。従って、RF供給電力が一定な場合、RF周波数f
の増加に伴い、コリメータ21に生じる自己バイアスは
浅くなる。
【0021】プラズマ電位は正であるため、コリメータ
21に自己バイアスが印加されると、プラズマとコリメ
ータ21の間に電位勾配が生じる。Al,Ti,Cu,
Ptの各原素がスパッタリングしはじめるときの電位勾
配を図2に示す。スパッタリングで物質がTiである場
合、電位勾配が20V以上でスパッタリングがはじま
る。従って、コリメータ21に付着、堆積した物質がT
iである場合、電位勾配が20V以上になるように低周
波数のRFをRF電源22からコリメータ21に印加さ
せることでコリメータ21に付着、堆積したTiをスパ
ッタリングさせることができ、コリメータ21をクリー
ニングさせることが可能となる。
【0022】このときターゲット26は接地されている
ので、ターゲット26表面付近の電位勾配は20V以下
となり、ターゲット26はスパッタリングされない。コ
リメータ21からスパッタリングされたTiはシールド
板215とシリコン基板210上に付着するが、シール
ド板215はフローティング状態なので、コリメータ2
1に生じる自己バイアスと同程度の負のバイアスが生じ
る。
【0023】このためシールド板215に付着したTi
は容易にスパッタリングされ、コリメータ21同様にク
リーニングが可能となる。ダミーのシリコン基板210
上に付着したTiは除去する必要はなく、後で回収すれ
ば良い。プラズマ電位はプローブにより測定可能である
ので、コリメータ21とシールド板215表面の電位勾
配が20V以上になるように、RF電源22のRF周波
数と供給電力を調整すれば良い。
【0024】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図4は本発明の第2実施例を示すスパッタリング装
置の構成図である。なお、この実施例の特徴と関係ない
部分については省略されている。この図に示すように、
ターゲット41は、スパッタリング成膜チャンバ44と
は分離された別個のターゲットチャンバ42に収納され
ている。このターゲットチャンバ42はゲートバルブ4
3により、スパッタリング成膜チャンバ44に接続さ
れ、取り外しを可能にしておく。
【0025】また、ターゲットチャンバ42はバルブ4
5を介しバックポンプ46に接続され、真空引きが可能
となっている。更に、ターゲットチャンバ42はバルブ
47を介して不活性ガス、例えばArガスが流せ、大気
圧にすることが可能である。スパッタリング成膜チャン
バ44はバルブ48を介してバックポンプ46に接続さ
れ、更に、水素やヘリウムのような軽元素を排気するこ
とが可能なターボ分子ポンプ410に接続され、真空引
きすることが可能である。
【0026】スパッタリング成膜チャンバ44には、ス
パッタリングに必要な不活性ガスが流せる他、ハロゲン
系ガスを流せるようにしておく。スパッタリング成膜チ
ャンバチャンバ44、ゲートバルブ43及びコリメータ
55には、SUS316Lのようなステンレス材を使用
しておく。また、51はスパッタリング成膜チャンバ4
4とは絶縁して設けられるシールド板、52はRF電
源、53はマッチング回路ボックス(整合器)であり、
コリメータ55のRF電極54に可変周波数のRF電源
52からマッチング回路ボックス(整合器)53を介し
てRFを導入し、プラズマを発生させる。
【0027】このように、スパッタリング成膜チャンバ
44内壁には、スパッタリング成膜チャンバ44から絶
縁されたシールド板51を挿入しておけば、シールド板
51表面には負の自己バイアスが印加され、クリーニン
グが可能となり、同時にコリメート55もクリーニング
が可能となる。なお、49はバルブである。以下、この
スパッタリング装置の動作について説明する。
【0028】まず、ゲートバルブ43を閉じる。コリメ
ータ55に付着した物質がTiであるならば、スパッタ
リング成膜チャンバ44に流すハロゲン系のガスを、例
えばBCl3 とCl2 の混合ガスとする。次に、コリメ
ータ55にRF電源52を介してRFを印加させ、RF
の周波数及びコリメータ55への供給電力を調整するこ
とにより、BCl3 とCl2 のラジカルを発生させる。
このとき、バルブ48は閉じておき、スパッタリング成
膜チャンバ44の排気にはターボ分子ポンプ410及び
バックポンプ46を使用する。このときバルブ45、バ
ルブ47は閉じておく。
【0029】そして、スパッタリング成膜チャンバ44
内に発生したラジカルとコリメータ55に付着した物質
は、反応生成物を形成することができ、この反応生成物
は、ターボ分子ポンプ410とバックポンプ46によ
り、スパッタリング成膜チャンバ44から排気される。
そのためコリメータ55に付着した物質は除去され、ク
リーニングが可能となる。またコリメータ55以外に付
着した物質も、同様に反応生成物としてスパッタリング
成膜チャンバ44から排気され、スパッタリング成膜チ
ャンバ44内のクリーニングが可能となる。
【0030】更に、排気系にターボ分子ポンプ410を
使用しているので、反応に必要なガスをスパッタリング
成膜チャンバ44内に数十sccm流すことが可能とな
り、効率良くコリメータ55とスパッタリング成膜チャ
ンバ44内のクリーニングが可能となる。また、ターゲ
ット41はゲートバルブ43により遮蔽されているので
腐食されない。
【0031】更に、バルブ45を閉じ、バルブ47を開
け、ターゲットチャンバ42内に不活性ガスを導入し、
ターゲットチャンバ42を大気圧にすることでターゲッ
ト41をチャンバ44内を大気圧にすることなく交換可
能となる。以上より、チャンバ44内のメンテナンスが
必要なくなることが期待される。上記実施例では、直流
電圧のスパッタリング装置について説明したが、交流電
圧のスパッタリング装置にも適用可能である。
【0032】図5は本発明の第3実施例を示すスパッタ
リング装置の構成図である。この図に示すように、コリ
メータ64及びスパッタリング成膜チャンバ66内のク
リーニングを行う際、ゲートバルブ61を閉じ、ターゲ
ット62をターゲットチャンバ65に収納する。次に、
可変周波数のRF電源67からRF電極69を介して、
コリメータ64にマッチング回路ボックス(整合器)6
8を介してRFを導入し、プラズマを発生させる。スパ
ッタリング成膜チャンバ66内壁には、スパッタリング
成膜チャンバ66から絶縁されたシールド板63を挿入
しておけば、シールド板63表面には負の自己バイアス
が印加され、クリーニングが可能となり、同時にコリメ
ータ64もクリーニングが可能となる。
【0033】なお、コリメータ64をRF電極69のみ
に用いるならば、熱CVD装置にも適用可能である。た
だし、スパッタリングによる成膜ではないので、RF電
極は、上記したような構造である必要はなく平板構造で
も良い。以下、その点について説明する。図6は本発明
の第4実施例を示すスパッタリング装置の構成図であ
る。
【0034】平板構造を持つRF電極71に可変周波数
のRF電源72からマッチング回路ボックス(整合器)
73を介して比較的高い周波数、例えば200MHz程
度のRFを導入する。マッチング回路ボックス73を調
整することで、熱CVDチャンバ74内にプラズマを発
生させる。プラズマガスソースとして不活性ガス、例え
ばArガスを用いる。熱CVDチャンバ74内には、R
F電極71及び熱CVDチャンバ74から絶縁されたシ
ールド板75を挿入しておけば、シールド板75表面に
自己バイアスが印加され、クリーニングが可能となる。
熱CVDチャンバ74内の排気に、図4に示した排気系
を用いるならば、プラズマガスソースとして不活性ガス
以外にハロゲン系ガスが利用できる。このハロゲン系プ
ラズマにより、チャンバ内に付着した成膜材料を、除去
することが可能となる。
【0035】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0036】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 (1)請求項1記載の発明によれば、半導体素子の製造
装置において、スパッタリング成膜チャンバ内部に配置
され、コリメータを有するRF電極と、このRF電極に
接続されるRF電源と、前記スパッタリング成膜チャン
バ内壁に、このチャンバとは絶縁されたシールド板を設
けるようにしたので、コリメータ及びチャンバ内壁への
スパッタリングされた物質の付着をなくし、点検のため
の装置の停止をなくすことができる。
【0037】(2)請求項2記載の発明によれば、ター
ゲットがスパッタリング成膜チャンバと隔離できる構造
を有し、前記スパッタリング成膜チャンバにメタル系、
絶縁膜系のエッチングが可能な材料ガスを導入するよう
にしたので、コリメータに付着した物質は除去され、ク
リーニングが可能となる。また、コリメータ以外に付着
した物質も同様に反応生成物としてスパッタリング成膜
チャンバから排気され、そのチャンバ内のクリーニング
が可能となる。
【0038】(3)請求項3記載の発明によれば、ター
ゲットが前記スパッタリング成膜チャンバと隔離可能な
別個のターゲットチャンバを有し、このターゲットチャ
ンバは不活性ガスにより、大気圧解放及び真空圧に到達
させることが可能なガス系及び排気系を有するようにし
たので、上記(2)に加え、更に、排気系にターボ分子
ポンプを使用しているので、反応に必要なガスを前記チ
ャンバ内に数十sccm流すことが可能となり、効率良
くコリメータとそのチャンバ内のクリーニングが可能と
なる。
【0039】また、ターゲットはゲートバルブにより遮
蔽されているので腐食されない。更に、ターゲットチャ
ンバ内に不活性ガスを導入し、そのターゲットチャンバ
を大気圧にすることで、ターゲットをスパッタリング成
膜チャンバ内を大気圧にすることなく交換可能となる。 (4)請求項4記載の発明によれば、請求項3記載の半
導体素子の製造装置によれば、前記ターゲットチャンバ
は大気解放させることにより、ターゲットの交換が可能
であるようにしたので、スパッタリング成膜チャンバ内
のメンテナンスが必要なくなる。
【0040】(5)請求項5記載の発明によれば、熱C
VDチャンバ内部に配置されるRF電極と、このRF電
極に接続されるRF電源と、前記熱CVDチャンバ内壁
には該チャンバとは絶縁されたシールド板を設けるよう
にしたので、プラズマガスソースとして不活性ガス、例
えばArガスを用いる。チャンバ内には、RF電極及び
チャンバから絶縁されたシールド板を挿入しておけば、
シールド板表面に自己バイアスが印加され、クリーニン
グが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すスパッタリング装置
の構成図である。
【図2】Al,Ti,Cu,Ptの各原素がスパッタリ
ングしはじめるときの電位勾配を示す図である。
【図3】コリメータの構成図である。
【図4】本発明の第2実施例を示すスパッタリング装置
の構成図である。
【図5】本発明の第3実施例を示すスパッタリング装置
の構成図である。
【図6】本発明の第4実施例を示すスパッタリング装置
の構成図である。
【符号の説明】
21,55,64 コリメータ 22,52,67,72 RF電源 23,53,68,73 マッチング回路ボックス
(整合器) 24,44,66 スパッタリング成膜チャンバ 25 絶縁物 26,41,62 ターゲット 27,29,211,214 スイッチ 28 DC電源 30,54,69,71 RF電極 42,65 ターゲットチャンバ 43,61 ゲートバルブ 45,47,48,49 バルブ 46 バックポンプ 74 熱CVDチャンバ 210 シリコン基板 212 電源・マッチング回路 213 ステージ 51,63,75,215 シールド板 410 ターボ分子ポンプ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)スパッタリング成膜チャンバ内部に
    配置され、コリメータを有するRF電極と、(b)該R
    F電極に接続されるRF電源と、(c)前記スパッタリ
    ング成膜チャンバ内壁に該チャンバとは絶縁されたシー
    ルド板を具備することを特徴とする半導体素子の製造装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体素子の製造装置に
    おいて、ターゲットが前記スパッタリング成膜チャンバ
    と隔離できる構造を有し、前記スパッタリング成膜チャ
    ンバにメタル系、絶縁膜系のエッチングが可能な材料ガ
    スを導入することを特徴とする半導体素子の製造装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体素子の製造装置に
    おいて、ターゲットが前記スパッタリング成膜チャンバ
    と隔離可能な別個のターゲットチャンバを有し、該ター
    ゲットチャンバは不活性ガスにより、大気圧解放及び真
    空圧に到達させることが可能なガス系及び排気系を有す
    ることを特徴とする半導体素子の製造装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の半導体素子の製造装置に
    おいて、前記ターゲットチャンバは大気圧解放させるこ
    とにより、前記ターゲットの交換が可能であることを特
    徴とする半導体素子の製造装置。
  5. 【請求項5】(a)熱CVDチャンバ内部に配置される
    RF電極と、(b)該RF電極に接続されるRF電源
    と、(c)前記熱CVDチャンバ内壁には該チャンバと
    は絶縁されたシールド板を具備することを特徴とする半
    導体素子の製造装置。
JP7153620A 1995-06-20 1995-06-20 半導体素子の製造装置 Withdrawn JPH097949A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10298753A (ja) * 1997-02-19 1998-11-10 Canon Inc 反応性スパッタリング装置及びそれを用いた薄膜形成法
JPH111771A (ja) * 1997-02-19 1999-01-06 Canon Inc 薄膜形成装置及びそれを用いた薄膜形成法
KR100601518B1 (ko) * 2004-11-24 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 유기 전계 발광 표시장치의 제조 방법
TWI500794B (zh) * 2011-12-27 2015-09-21 Canon Anelva Corp Sputtering device

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