JPS621471B2 - - Google Patents
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- JPS621471B2 JPS621471B2 JP6903783A JP6903783A JPS621471B2 JP S621471 B2 JPS621471 B2 JP S621471B2 JP 6903783 A JP6903783 A JP 6903783A JP 6903783 A JP6903783 A JP 6903783A JP S621471 B2 JPS621471 B2 JP S621471B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate holder
- substrate
- target
- cathode
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は直流2極スパツタリング装置の改良に
関するもので、特に絶縁基板上に効率よく、高品
質の薄膜を付着生成できるようにしたものであ
る。
関するもので、特に絶縁基板上に効率よく、高品
質の薄膜を付着生成できるようにしたものであ
る。
改良型直流2極スパツタリング装置には、第1
の電極であるカソードと第2の電極であるアノー
ドの間に高圧直流電源を印加するとともに、カソ
ードとアノードの間に第3の電極となる基板ホル
ダを設置し、基板ホルダがアノードに対して負バ
イアスとなるように基板ホルダとアノードの間に
直流バイアスを印加したバイアススパツタリング
装置が知られている。このバイアススパツタリン
グ装置によつて得られる薄膜は、通常の2極スパ
ツタリング装置によつて得られるものと比べれば
はるかに品質のよい薄膜であることが報告されて
いる。しかし、この構造では主放電が行なわれる
アノード・カソード間に基板ホルダが介在してい
るので、基板ホルダを大きくすると、主放電が乱
されたり、消滅してしまい、基板ホルダをアノー
ドに対して大きくできなかつた。このため、基板
ホルダ上に配置される基板の数が制限され、薄膜
生成効率が低下するという欠点があつた。
の電極であるカソードと第2の電極であるアノー
ドの間に高圧直流電源を印加するとともに、カソ
ードとアノードの間に第3の電極となる基板ホル
ダを設置し、基板ホルダがアノードに対して負バ
イアスとなるように基板ホルダとアノードの間に
直流バイアスを印加したバイアススパツタリング
装置が知られている。このバイアススパツタリン
グ装置によつて得られる薄膜は、通常の2極スパ
ツタリング装置によつて得られるものと比べれば
はるかに品質のよい薄膜であることが報告されて
いる。しかし、この構造では主放電が行なわれる
アノード・カソード間に基板ホルダが介在してい
るので、基板ホルダを大きくすると、主放電が乱
されたり、消滅してしまい、基板ホルダをアノー
ドに対して大きくできなかつた。このため、基板
ホルダ上に配置される基板の数が制限され、薄膜
生成効率が低下するという欠点があつた。
上述の欠点を解決するため、本出願人は既に第
1図に示すようなスパツタリング装置を提案し
た。すなわち、カソードとしてのターゲツトホル
ダ1と基板ホルダ2との間に接地されたメツシユ
アノード3を設け、ターゲツトホルダ1とメツシ
ユアノード3とに高圧直流電源4の負極側と正極
側とをそれぞれ接続し、かつ、直流バイアス電源
5により基板ホルダ2に負のバイアス電圧(例え
ば0V〜―200V)を印加して、基板61,62,
63に薄膜を付着生成するようにしたものであ
る。これにより薄膜の品質と、薄膜の生産効率が
同時に向上した。しかしながら基板が導体の場合
には問題がなかつたが、基板が絶縁体の場合、次
のような若干の問題点が生じた。
1図に示すようなスパツタリング装置を提案し
た。すなわち、カソードとしてのターゲツトホル
ダ1と基板ホルダ2との間に接地されたメツシユ
アノード3を設け、ターゲツトホルダ1とメツシ
ユアノード3とに高圧直流電源4の負極側と正極
側とをそれぞれ接続し、かつ、直流バイアス電源
5により基板ホルダ2に負のバイアス電圧(例え
ば0V〜―200V)を印加して、基板61,62,
63に薄膜を付着生成するようにしたものであ
る。これにより薄膜の品質と、薄膜の生産効率が
同時に向上した。しかしながら基板が導体の場合
には問題がなかつたが、基板が絶縁体の場合、次
のような若干の問題点が生じた。
(イ) 絶縁基板上にスパツタ金属がある程度堆積し
た後でなければ負バイアスの効果が現われない
ので、薄膜生成の初期においては負バイアスの
効果が少なかつた。
た後でなければ負バイアスの効果が現われない
ので、薄膜生成の初期においては負バイアスの
効果が少なかつた。
(ロ) 絶縁基板のクリーニングは加熱によるガス放
出の方法のみしかできず、スパツタエツチをす
ることができないためクリーニングが不十分で
あつた。
出の方法のみしかできず、スパツタエツチをす
ることができないためクリーニングが不十分で
あつた。
(ハ) 絶縁基板上のプラズマ密度は基板面積が大き
くなるほど不均一になるため、導体部である基
板ホルダが見えるように間隔をあけて基板を配
置する必要があり、基板ホルダ上に配置できる
基板の数が制限されていた。
くなるほど不均一になるため、導体部である基
板ホルダが見えるように間隔をあけて基板を配
置する必要があり、基板ホルダ上に配置できる
基板の数が制限されていた。
本発明は上述の問題点(イ)(ロ)(ハ)を改善するために
なされたもので、カソードと基板ホルダとの間に
メツシユアノードを設け、前記カソードと前記メ
ツシユアノードとに高圧直流電源の負極側と正極
側とをそれぞれ接続し、前記基板ホルダと前記メ
ツシユアノードとの間に振幅可変の高周波電源を
接続し、負バイアスを誘起することにより、絶縁
基板であつても高品質の薄膜をその堆積の初期か
ら効率よく生成できるようにしたものである。
なされたもので、カソードと基板ホルダとの間に
メツシユアノードを設け、前記カソードと前記メ
ツシユアノードとに高圧直流電源の負極側と正極
側とをそれぞれ接続し、前記基板ホルダと前記メ
ツシユアノードとの間に振幅可変の高周波電源を
接続し、負バイアスを誘起することにより、絶縁
基板であつても高品質の薄膜をその堆積の初期か
ら効率よく生成できるようにしたものである。
以下、本発明の一実施例を第2図および第3図
に基づいて説明する。第2図において、10は減
圧容器としてのチエンバで、このチエンバ10内
上部にはカソードとしてのターゲツトホルダ11
が設けられ、このターゲツトホルダ11にはスパ
ツタ金属(例えばタンタル)からなるターゲツト
12が固着されている。前記チエンバ10内下部
には、前記ターゲツト12に対向して基板ホルダ
13が設けられ、この基板ホルダ13上には薄膜
を形成すべき絶縁基板141,142,143,
144が保持されている。
に基づいて説明する。第2図において、10は減
圧容器としてのチエンバで、このチエンバ10内
上部にはカソードとしてのターゲツトホルダ11
が設けられ、このターゲツトホルダ11にはスパ
ツタ金属(例えばタンタル)からなるターゲツト
12が固着されている。前記チエンバ10内下部
には、前記ターゲツト12に対向して基板ホルダ
13が設けられ、この基板ホルダ13上には薄膜
を形成すべき絶縁基板141,142,143,
144が保持されている。
前記ターゲツト12と基板ホルダ13との間に
は、両者の対向面に位置する部分に網目状の孔1
5を形成したメツシユアノード16と、シヤツタ
17とが設けられている。メツシユアノード16
とシヤツタ17の位置関係は入れ替わつてもよ
い。このシヤツタ17は前記チエンバ10外部か
ら開閉制御できるように構成されている。18は
スパツタ電源としての可変の高圧直流電源で、こ
の高圧直流電源18の負極側は高周波カツト用の
チヨークコイル19を介して前記ターゲツトホル
ダ11に接続され、正極側は前記メツシユアノー
ド16、シヤツタ17およびチエンバ10に接続
されるとともに接地されている。20は振幅可変
の高周波バイアス電源で、この高周波バイアス電
源20は、例えば13.56MHzのものが用いられ、
一方の極は前記メツシユアノード16およびチエ
ンバ10に接続され、他方の極は直流分カツト用
のコンデンサ21を介して前記基板ホルダ13に
接続されている。前記チエンバ10内にはアルゴ
ンガスのような不活性ガスと窒素のような活性ガ
スの混合ガスが封入され、内部のガス圧力は図示
しない真空装置によつて例えば10-2Torrの一定
圧力に保たれている。
は、両者の対向面に位置する部分に網目状の孔1
5を形成したメツシユアノード16と、シヤツタ
17とが設けられている。メツシユアノード16
とシヤツタ17の位置関係は入れ替わつてもよ
い。このシヤツタ17は前記チエンバ10外部か
ら開閉制御できるように構成されている。18は
スパツタ電源としての可変の高圧直流電源で、こ
の高圧直流電源18の負極側は高周波カツト用の
チヨークコイル19を介して前記ターゲツトホル
ダ11に接続され、正極側は前記メツシユアノー
ド16、シヤツタ17およびチエンバ10に接続
されるとともに接地されている。20は振幅可変
の高周波バイアス電源で、この高周波バイアス電
源20は、例えば13.56MHzのものが用いられ、
一方の極は前記メツシユアノード16およびチエ
ンバ10に接続され、他方の極は直流分カツト用
のコンデンサ21を介して前記基板ホルダ13に
接続されている。前記チエンバ10内にはアルゴ
ンガスのような不活性ガスと窒素のような活性ガ
スの混合ガスが封入され、内部のガス圧力は図示
しない真空装置によつて例えば10-2Torrの一定
圧力に保たれている。
つぎに本発明の作用を説明する。
まずチエンバ10内のクリーニングについて説
明する。第2図に示すようにシヤツタ17を閉じ
た状態において、高圧直流電源18から所定の直
流電圧を印加し、高周波バイアス電源20から時
間平均バイアスレベルの高い所定の高周波電圧を
印加する。すると、ターゲツト12とチエンバ1
0内壁およびメツシユアノード16間で放電が行
なわれ、内部ガスがイオン化され、このイオンの
ボンバード(衝撃)作用によりターゲツト12、
チエンバ10内壁に吸蔵されているガス及び、タ
ーゲツト12上に生成された酸化物(例えば
Ta2O5)などが除去されてこれらのクリーニング
が行なわれる。また、基板ホルダ13には時間平
均バイアスレベルの高い(例えば−600V)高周
波バイアス電源20が加えられているので、基板
ホルダ13とシヤツタ17およびチエンバ10内
壁間で放電が行なわれ、内部ガスがイオン化さ
れ、このイオンのボンバード作用によりこれらが
クリーニングされる。このとき、基板141,1
42,143,144が加熱され、かつ基板14
1,142,143,144表面は例えば平均表
面電位−600Vでスパツタエツチされる。このた
め基板141,142,143,144表面のク
リーニングが十分に行なわれる。
明する。第2図に示すようにシヤツタ17を閉じ
た状態において、高圧直流電源18から所定の直
流電圧を印加し、高周波バイアス電源20から時
間平均バイアスレベルの高い所定の高周波電圧を
印加する。すると、ターゲツト12とチエンバ1
0内壁およびメツシユアノード16間で放電が行
なわれ、内部ガスがイオン化され、このイオンの
ボンバード(衝撃)作用によりターゲツト12、
チエンバ10内壁に吸蔵されているガス及び、タ
ーゲツト12上に生成された酸化物(例えば
Ta2O5)などが除去されてこれらのクリーニング
が行なわれる。また、基板ホルダ13には時間平
均バイアスレベルの高い(例えば−600V)高周
波バイアス電源20が加えられているので、基板
ホルダ13とシヤツタ17およびチエンバ10内
壁間で放電が行なわれ、内部ガスがイオン化さ
れ、このイオンのボンバード作用によりこれらが
クリーニングされる。このとき、基板141,1
42,143,144が加熱され、かつ基板14
1,142,143,144表面は例えば平均表
面電位−600Vでスパツタエツチされる。このた
め基板141,142,143,144表面のク
リーニングが十分に行なわれる。
上述のようにしてチエンバ10内のクリーニン
グが終つたら、高周波バイアス電源20の時間平
均バイアスレベルを基板のスパツタエツチの効果
を落とし、膜形成を促進するために望ましい値
(例えば−100V)に下げ、ついでシヤツタ17を
開いて本スパツタに入る。この本スパツタにおい
ては、メツシユアノード16とターゲツト12間
にグロー放電が生じ、アルゴンガスがイオン化
し、アルゴンイオンがターゲツト12に衝突する
と、アルゴンイオンとターゲツト12のタンタル
原子との間でエネルギー授受が行なわれる。この
エネルギーによりタンタル原子がターゲツト12
から飛び出し、窒素と反応してメツシユアノード
16の孔15を通つて基板141,142,14
3,144上に付着し、窒化タンタルの薄膜が形
成される。このとき、メツシユアノード16と基
板ホルダ13との間には、高周波バイアス電源2
0が接続されており、等価的に基板に負バイアス
が印加された結合になり、基板はアルゴンイオン
の衝撃を受け、クリーニングが同時に進行する。
したがつて品質の良い膜が形成される。
グが終つたら、高周波バイアス電源20の時間平
均バイアスレベルを基板のスパツタエツチの効果
を落とし、膜形成を促進するために望ましい値
(例えば−100V)に下げ、ついでシヤツタ17を
開いて本スパツタに入る。この本スパツタにおい
ては、メツシユアノード16とターゲツト12間
にグロー放電が生じ、アルゴンガスがイオン化
し、アルゴンイオンがターゲツト12に衝突する
と、アルゴンイオンとターゲツト12のタンタル
原子との間でエネルギー授受が行なわれる。この
エネルギーによりタンタル原子がターゲツト12
から飛び出し、窒素と反応してメツシユアノード
16の孔15を通つて基板141,142,14
3,144上に付着し、窒化タンタルの薄膜が形
成される。このとき、メツシユアノード16と基
板ホルダ13との間には、高周波バイアス電源2
0が接続されており、等価的に基板に負バイアス
が印加された結合になり、基板はアルゴンイオン
の衝撃を受け、クリーニングが同時に進行する。
したがつて品質の良い膜が形成される。
基板に等価的に負バイアスが印加された結合は
第3図によつて説明される。基板および基板ホル
ダに流入する電流を基板ホルダ高周波電圧の関数
で瞬間的に表わすと、Fig.3の如くダイオード特
性となる。これは、電子の移動度がイオンの移動
度よりも大きく、電子はメツシユアノード16と
基板ホルダ13に届くが、イオンは極性の切り変
わりに追随できないからである。ここで基板ホル
ダ13は第2図のコンデンサ21によつて直流的
に絶縁されているから、基板141〜144およ
び基板ホルダ13には電子の蓄積が起こり、基板
側はメツシユアノード16に対して負にバイアス
される。このことは、第3図において、基板ホル
ダ13に流入する電子とイオンによる電流が、電
荷中性の条件を満たしてBの如く波形面積b1とb2
が等しくなるべく、基板ホルダ13に誘起される
高周波電圧はAの如く例えば−100Vにおのずと
負にバイアスされたものとなる必要があることか
らも説明される。
第3図によつて説明される。基板および基板ホル
ダに流入する電流を基板ホルダ高周波電圧の関数
で瞬間的に表わすと、Fig.3の如くダイオード特
性となる。これは、電子の移動度がイオンの移動
度よりも大きく、電子はメツシユアノード16と
基板ホルダ13に届くが、イオンは極性の切り変
わりに追随できないからである。ここで基板ホル
ダ13は第2図のコンデンサ21によつて直流的
に絶縁されているから、基板141〜144およ
び基板ホルダ13には電子の蓄積が起こり、基板
側はメツシユアノード16に対して負にバイアス
される。このことは、第3図において、基板ホル
ダ13に流入する電子とイオンによる電流が、電
荷中性の条件を満たしてBの如く波形面積b1とb2
が等しくなるべく、基板ホルダ13に誘起される
高周波電圧はAの如く例えば−100Vにおのずと
負にバイアスされたものとなる必要があることか
らも説明される。
上述のように、望ましい値の時間平均バイアス
レベルをもつた高周波バイアス電源20を加える
ことによつて、基板141,142,143,1
44は間隔を設けて配置する必要がなく、基板ホ
ルダ13上の全面に配置でき、配置数を可及的に
多くすることができる。
レベルをもつた高周波バイアス電源20を加える
ことによつて、基板141,142,143,1
44は間隔を設けて配置する必要がなく、基板ホ
ルダ13上の全面に配置でき、配置数を可及的に
多くすることができる。
前記実施例では、絶縁基板上に窒化タンタルの
薄膜を付着生成する場合を説明したが、本発明は
これに限られるものではない。例えば、活性ガス
として酸素を用いればタンタル酸化物の薄膜を生
成でき、またスパツタ金属としてタンタル以外の
金属を用いれば、その金属自体、その金属の窒化
物またはその金属の酸化物の薄膜を生成できる。
さらに、絶縁基板上に限らず導体基板上にも高品
質の薄膜を生成できることは勿論である。
薄膜を付着生成する場合を説明したが、本発明は
これに限られるものではない。例えば、活性ガス
として酸素を用いればタンタル酸化物の薄膜を生
成でき、またスパツタ金属としてタンタル以外の
金属を用いれば、その金属自体、その金属の窒化
物またはその金属の酸化物の薄膜を生成できる。
さらに、絶縁基板上に限らず導体基板上にも高品
質の薄膜を生成できることは勿論である。
本発明によるスパツタリング装置は上記のよう
に構成したので、従来の直流2極スパツタリング
装置にメツシユアノードを付加し、このメツシユ
アノードと基板ホルダに高周波バイアス電源を印
加する簡単な改良により、従来にない次のような
特有の効果を有する。
に構成したので、従来の直流2極スパツタリング
装置にメツシユアノードを付加し、このメツシユ
アノードと基板ホルダに高周波バイアス電源を印
加する簡単な改良により、従来にない次のような
特有の効果を有する。
(1) 絶縁基板上に導体膜が堆積しなくてもバイア
ス効果が現われ、ガスイオンのボンバード作用
が行なわれる。このため、基板のクリーニング
において従来の加熱の他にスパツタエツチが行
なわれ、基板のクリーニングが十分に行なわれ
る。このため、絶縁基板上に薄膜を付着生成し
た場合高品質の薄膜が得られる。
ス効果が現われ、ガスイオンのボンバード作用
が行なわれる。このため、基板のクリーニング
において従来の加熱の他にスパツタエツチが行
なわれ、基板のクリーニングが十分に行なわれ
る。このため、絶縁基板上に薄膜を付着生成し
た場合高品質の薄膜が得られる。
(2) 絶縁基板上のプラズマ密度が一様に形成され
るため、従来のように基板間隔を設ける必要が
ない。このため、基板ホルダ上に配置する基板
の数を可及的に多くすることができ、薄膜生産
効率を向上させることができる。
るため、従来のように基板間隔を設ける必要が
ない。このため、基板ホルダ上に配置する基板
の数を可及的に多くすることができ、薄膜生産
効率を向上させることができる。
第1図は本出願人が既に提案したスパツタリン
グ装置の構成図、第2図は本発明によるスパツタ
リング装置の一実施例を示す構成図、第3図は本
発明の作用を説明する特性図である。 1,11…ターゲツトホルダ(カソード)、
2,13…基板ホルダ、3,16…メツシユアノ
ード、4,18…高圧直流電源、5…直流バイア
ス電源、61,62,63,141,142,1
43,144…基板、10…チエンバ(減圧容
器)、12…ターゲツト、15…孔、17…シヤ
ツタ、19…チヨークコイル、20…高周波バイ
アス電源、21…コンデンサ、A…高周波電圧、
B…基板ホルダ電流。
グ装置の構成図、第2図は本発明によるスパツタ
リング装置の一実施例を示す構成図、第3図は本
発明の作用を説明する特性図である。 1,11…ターゲツトホルダ(カソード)、
2,13…基板ホルダ、3,16…メツシユアノ
ード、4,18…高圧直流電源、5…直流バイア
ス電源、61,62,63,141,142,1
43,144…基板、10…チエンバ(減圧容
器)、12…ターゲツト、15…孔、17…シヤ
ツタ、19…チヨークコイル、20…高周波バイ
アス電源、21…コンデンサ、A…高周波電圧、
B…基板ホルダ電流。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 減圧容器内にカソードと基板ホルダとを設
け、該カソードと該基板ホルダとの間にメツシユ
アノードを設け、該カソードと該メツシユアノー
ドとに高圧直流電源の負極側と正極側とをそれぞ
れ接続し、該基板ホルダと該メツシユアノードと
の間に振幅可変の高周波バイアス電源を接続して
なることを特徴とするスパツタリング装置。 2 特許請求の範囲第1項記載において、高圧直
流電源の正極側は接地するとともに減圧容器に接
続してなるスパツタリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6903783A JPS59197567A (ja) | 1983-04-19 | 1983-04-19 | スパツタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6903783A JPS59197567A (ja) | 1983-04-19 | 1983-04-19 | スパツタリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59197567A JPS59197567A (ja) | 1984-11-09 |
| JPS621471B2 true JPS621471B2 (ja) | 1987-01-13 |
Family
ID=13390977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6903783A Granted JPS59197567A (ja) | 1983-04-19 | 1983-04-19 | スパツタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59197567A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261472A (ja) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | バイアススパツタ法およびその装置 |
| DE3611492A1 (de) * | 1986-04-05 | 1987-10-22 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Verfahren und vorrichtung zum beschichten von werkzeugen fuer die zerspanungs- und umformtechnik mit hartstoffschichten |
| JPH01195272A (ja) * | 1988-01-29 | 1989-08-07 | Hitachi Ltd | スパッタリング装置 |
| JP2641725B2 (ja) * | 1988-01-29 | 1997-08-20 | 株式会社日立製作所 | 基板バイアス方式のスパッタリング方法及びその装置 |
-
1983
- 1983-04-19 JP JP6903783A patent/JPS59197567A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59197567A (ja) | 1984-11-09 |
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