JP2918926B2 - Film forming method and apparatus - Google Patents

Film forming method and apparatus

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体デバイス等の薄膜形成における成膜
方法及びこの方法に使用する装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a film forming method for forming a thin film such as a semiconductor device and an apparatus used for the method.

(従来の技術) Al2O3、SiO2等の絶縁物や半導体のスパッタリングを
行う高周波スパッタ装置において、製品に段差のあるも
のの成膜方法として基板ホルダーに高周波電圧をかけ、
不活性気体のイオンにより基板面に形成中の膜をエッチ
ングしながら成膜する高周波バイアススパッタ法が広く
利用されている。
(Prior art) In a high frequency sputtering apparatus for sputtering an insulator such as Al 2 O 3 or SiO 2 or a semiconductor, a high frequency voltage is applied to a substrate holder as a method of forming a film having a step on a product.
2. Description of the Related Art A high-frequency bias sputtering method for forming a film while etching a film being formed on a substrate surface with ions of an inert gas is widely used.

第7図は上述の高周波バイアススパッタ法を実施する
ためのスパッタ装置の構成例を示す。この図において、
1はチャンバーであり、該チャンバーの一方の側壁から
はスパッタガスが導入され、他方の側壁から真空排気系
による排気が実行されるようになっている。該チャンバ
ー1内には成膜用粒子を放出するためのターゲット2及
びこれに対向した基板ホルダー3が配置され、該ターゲ
ット2と基板ホルダー3間にシャッタ4が開閉自在に配
置されている。そして、ターゲット2には整合箱5内の
高周波整合回路6を介して高周波電源7よりの高周波電
力が供給され、また基板ホルダー3には整合箱8内の高
周波整合回路9を介して別の高周波電源10よりの高周波
電力が供給されるようになっている。ここで、高周波電
源7は高周波グロー放電を引き起こしてターゲット2よ
り成膜用の粒子を放出させるためのものであり、高周波
電源10はスパッタガスの主成分である不活性気体のイオ
ンで基板ホルダー3で保持されている基板11の表面をた
たいてエッチング効果を得るためのものである。
FIG. 7 shows a configuration example of a sputtering apparatus for performing the above-described high frequency bias sputtering method. In this figure,
Reference numeral 1 denotes a chamber. A sputtering gas is introduced from one side wall of the chamber, and evacuation by a vacuum evacuation system is executed from the other side wall. A target 2 for discharging particles for film formation and a substrate holder 3 facing the target 2 are disposed in the chamber 1, and a shutter 4 is disposed between the target 2 and the substrate holder 3 so as to be openable and closable. The target 2 is supplied with high-frequency power from a high-frequency power source 7 via a high-frequency matching circuit 6 in a matching box 5, and another high-frequency power is supplied to the substrate holder 3 via a high-frequency matching circuit 9 in a matching box 8. High frequency power from the power supply 10 is supplied. Here, the high-frequency power source 7 is for causing high-frequency glow discharge to emit particles for film deposition from the target 2, and the high-frequency power source 10 is formed of inert gas ions, which are the main components of the sputtering gas, and serves as the substrate holder 3. This is for obtaining an etching effect by hitting the surface of the substrate 11 held by the step.

ところで、第7図の構成により高周波バイアススパッ
タ法を実施したとき、とくに誘電体等の絶縁物を基板表
面に成膜する場合、基板ホルダー側に供給した高周波電
力による当該基板ホルダーの誘起直流電圧VDCがチャン
バー内のガス圧や膜付着状況によって変動する現象があ
る。この変動により基板に付着中の膜にマイクロクラッ
クや膜質の変化等が起こり、製品の品質低下や歩留りの
低下がおきる嫌いがあった。
By the way, when the high frequency bias sputtering method is performed by the configuration of FIG. 7, particularly when an insulator such as a dielectric is formed on the substrate surface, the induced DC voltage V of the substrate holder by the high frequency power supplied to the substrate holder side There is a phenomenon in which DC fluctuates depending on the gas pressure in the chamber and the state of film deposition. Due to this change, microcracks or changes in film quality of the film adhered to the substrate occur, and there is a dislike that the quality of the product is reduced or the yield is reduced.

この問題を解決するために、従来は基板ホルダーに供
給する高周波電力と誘起直流電圧VDCとが比例関係にあ
ることを利用して、誘起直流電圧VDCをモニターし、そ
の値を高周波電源側にフィードバックして高周波電力を
変化させることにより誘起直流電圧VDCを一定に保つ方
法が採用されている。
In order to solve this problem, the high frequency power supplied to the substrate holder and the induced DC voltage VDC are conventionally proportional, and the induced DC voltage VDC is monitored. A method is employed in which the induced DC voltage VDC is kept constant by feeding back the RF power to change the high-frequency power.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記の高周波電力を変化させることに
より誘起直流電圧VDCを一定に保つ方法は、誘起直流電
圧VDCの変動により高周波電力が変動することになり、
これによりチャンバー内の放電状態が変化し、成膜した
膜質の変化、異常放電によるスプラッシュ、放電停止に
よる中断が生じて製品の品質、歩留りが低下する。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the method of keeping the induced DC voltage VDC constant by changing the high-frequency power, the high-frequency power fluctuates due to the fluctuation of the induced DC voltage VDC .
As a result, the discharge state in the chamber changes, the quality of the formed film changes, splash due to abnormal discharge, interruption due to discharge stop occurs, and the quality and yield of products are reduced.

本発明は、上記の問題点を解決し、基板上の膜質変
化、異常放電等を防止し、しかも基板上の段差にも良好
に対応可能な成膜方法及び装置を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a film forming method and apparatus capable of preventing a change in film quality on a substrate, abnormal discharge, and the like, and capable of coping with a step on the substrate well. .

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明の成膜方法は、成
膜用の粒子を発生するターゲットが配置されるチャンバ
ー内に基板ホルダーで基板を保持して成膜する場合にお
いて、 前記基板ホルダー側に高周波整合回路を介して高周波
電力を供給するとともに、前記基板ホルダー側に高周波
フィルタを介して直流電源よりの直流電圧を印加して前
記高周波電力による前記基板ホルダー側の誘起直流電圧
(VDC)の変動を抑制し、当該誘起直流電圧(VDC)の設
定値を可変とすることで不活性気体イオンの基板への衝
突によるエッチング効果により任意のステップカバレッ
ジ(段差部分に被膜を形成する能力)を得るようにして
いる。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a film forming method according to the present invention comprises holding a substrate with a substrate holder in a chamber in which a target for generating particles for film formation is arranged. In the case of forming a film, while supplying high-frequency power to the substrate holder through a high-frequency matching circuit, applying a DC voltage from a DC power supply to the substrate holder through a high-frequency filter, the substrate holder by the high-frequency power The variation of the induced DC voltage (V DC ) on the side is suppressed, and the set value of the induced DC voltage (V DC ) is made variable, so that any step coverage ( (The ability to form a film on the step).

また、本発明の成膜装置は、成膜用の粒子を発生する
ターゲットが配置されるチャンバー内に基板を保持する
基板ホルダーを配置し、該基板ホルダー側に高周波整合
回路を介して高周波電力を供給するとともに、前記基板
ホルダー側に高周波フィルタを介して直流電源よりの直
流電圧を印加し、前記基板ホルダー側の誘起直流電圧
(VDC)と高周波電圧を測定するための検出器を設け、
前記誘起直流電圧(VDC)を前記直流電源からの直流電
圧により安定化又は可変制御する構成としている。
In the film forming apparatus of the present invention, a substrate holder for holding a substrate is disposed in a chamber in which a target for generating particles for film formation is disposed, and high-frequency power is supplied to the substrate holder via a high-frequency matching circuit. Supply, a DC voltage from a DC power supply is applied to the substrate holder side via a high frequency filter, and a detector for measuring the induced DC voltage (V DC ) and the high frequency voltage on the substrate holder side is provided.
The induced DC voltage (V DC ) is stabilized or variably controlled by a DC voltage from the DC power supply.

(作用) 本発明においては、基板ホルダー側に高周波整合回路
を介して高周波電力を供給するとともに、基板ホルダー
側に直流電源よりの直流電圧を印加する構成であり、該
直流電源よりの直流電圧により基板ホルダーの誘起直流
電圧VDCを成膜条件に応じた適当な値に安定化できる。
このため、膜質の一定な品質の良い製品が歩留り良く得
られる。
(Function) In the present invention, high-frequency power is supplied to the substrate holder via a high-frequency matching circuit, and a DC voltage from a DC power supply is applied to the substrate holder. The induced DC voltage VDC of the substrate holder can be stabilized at an appropriate value according to the film forming conditions.
For this reason, a high quality product with a constant film quality can be obtained with a high yield.

(実施例) 以下、本発明に係る成膜方法及び装置の実施例を図面
に従って説明する。
(Example) Hereinafter, an example of a film forming method and an apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図において、整合箱8内の高周波整合回路9(コ
イルL1及び可変コンデンサVC1,VC2からなっている)に
対して、遮蔽箱20を新たに付加し、該遮蔽箱20内に前記
高周波整合回路9の出力端Pに接続する高周波フィルタ
21(コイルL2、コンデンサC1及び貫通コンデンサC2,C3
とからなっている)を配置し、該高周波フィルタ21を介
して前記高周波整合回路9の出力端Pを直流電源22の負
端子とを接続する。また、直流電源22の正端子を直流電
流測定用の電流計23を介して接地する(チャンバーと同
電位にする)。前記高周波整合回路9の入力側には高周
波電源よりの高周波電力が供給され、出力端Pはチャン
バー内の基板ホルダーに接続されるようになっている。
この結果、基板ホルダーには高周波電力が供給されると
ともに、直流電源22よりチャンバーに対して負の直流電
圧が印加されることになる。
In FIG. 1, a shielding box 20 is newly added to a high-frequency matching circuit 9 (consisting of a coil L1 and variable capacitors VC1 and VC2) in a matching box 8, and the high-frequency matching circuit 9 is provided in the shielding box 20. High frequency filter connected to the output terminal P of the circuit 9
21 (coil L2, capacitor C1 and feedthrough capacitors C2, C3
The output terminal P of the high-frequency matching circuit 9 is connected to the negative terminal of the DC power supply 22 via the high-frequency filter 21. In addition, the positive terminal of the DC power supply 22 is grounded via the ammeter 23 for measuring DC current (to the same potential as the chamber). High frequency power from a high frequency power supply is supplied to the input side of the high frequency matching circuit 9, and the output terminal P is connected to a substrate holder in the chamber.
As a result, high-frequency power is supplied to the substrate holder, and a negative DC voltage is applied from the DC power supply 22 to the chamber.

なお、30は基板ホルダーの誘起直流電圧VDCと高周波
電圧を測定するための検出器である。また、チャンバー
内部の構成やターゲットに高周波電力を供給する構成は
前述の第7図の場合と同様で良い。
Reference numeral 30 denotes a detector for measuring the induced DC voltage VDC and the high-frequency voltage of the substrate holder. Further, the configuration inside the chamber and the configuration for supplying high-frequency power to the target may be the same as in the case of FIG. 7 described above.

第2図及び第3図はチャンバー内のガス圧と誘起直流
電圧VDCとの関係を示すものであり、直流電源無し(従
来例)では誘起直流電圧VDCが変動しているのに対して
直流電源有り(実施例)では誘起直流電圧VDCが一定で
あることがわかる。但し、第2図は基板ホルダーへの高
周波電力が100Wでターゲットはオフ、シャッタ閉の測定
条件の場合、第3図は基板ホルダーへの高周波電力が30
0Wでターゲットへの高周波電力は2.5KW、シャッタ開の
測定条件の場合である。
FIGS. 2 and 3 show the relationship between the gas pressure in the chamber and the induced DC voltage V DC , whereas the induced DC voltage V DC fluctuates without a DC power supply (conventional example). It can be seen that the induced DC voltage V DC is constant when a DC power supply is provided (Example). However, FIG. 2 shows the case where the high-frequency power to the substrate holder is 100 W, the target is off, and the shutter is closed, and FIG.
At 0 W, the high-frequency power to the target is 2.5 KW, and the shutter open condition is measured.

第4図はターゲットへの高周波電力と誘起直流電圧V
DCとの関係を示すものであり、直流電源無し(従来例)
では誘起直流電圧VDCがかなり変動しているのに対して
直流電源有り(実施例)では誘起直流電圧VDCが略一定
であることがわかる。但し、チャンバー内の動作ガス圧
は一定で、基板ホルダーへの高周波電力は200Wである。
Fig. 4 shows the high frequency power and the induced DC voltage V
And shows the relationship between the DC, the DC power supply without (prior art)
It can be seen that the induced DC voltage V DC fluctuates considerably, while the induced DC voltage V DC is substantially constant with the DC power supply (Example). However, the operating gas pressure in the chamber is constant, and the high frequency power to the substrate holder is 200W.

第5図はスパッタガス中のO2流量と誘起直流電圧VDC
との関係を示すものであり、直流電源無し(従来例)で
は誘起直流電圧VDCが変動しているのに対して直流電源
有り(実施例)では誘起直流電圧VDCが一定であること
がわかる。但し、チャンバー内の動作ガス圧は一定で、
基板ホルダーへの高周波電力は100Wである。
Figure 5 shows the O 2 flow rate in the sputtering gas and the induced DC voltage V DC
The figure shows that the induced DC voltage VDC fluctuates without a DC power supply (conventional example), while the induced DC voltage VDC is constant with a DC power supply (embodiment). Recognize. However, the working gas pressure in the chamber is constant,
The high frequency power to the substrate holder is 100W.

第6図は基板ホルダー回転中におけるチャンバー内の
ガス圧と誘起直流電圧VDCとの関係を示すものであり、
直流電源無し(従来例)では誘起直流電圧VDCが変動し
ているのに対して直流電源有り(実施例)では誘起直流
電圧VDCが一定であることがわかる。但し、基板ホルダ
ーへの高周波電力は100Wである。
FIG. 6 shows the relationship between the gas pressure in the chamber and the induced DC voltage V DC during the rotation of the substrate holder.
It can be seen that the induced DC voltage VDC fluctuates without a DC power supply (conventional example), while the induced DC voltage VDC is constant with a DC power supply (embodiment). However, the high frequency power to the substrate holder is 100W.

第1図の実施例の構成によれば、高周波電力に関係無
く誘起直流電圧VDCを制御することができ、換言すれ
ば、チャンバー内に導入されたスパッタガス中の不活性
気体のイオンが基板面をたたくことによるエッチング効
果の強さを制御することができる。また、チャンバー内
のガス圧変動、ターゲット側の変動、スパッタガス中の
O2の変動、基板ホルダーの回転運動に対しても誘起直流
電圧VDCを安定に維持できる。
According to the configuration of the embodiment shown in FIG. 1, the induced DC voltage VDC can be controlled irrespective of the high-frequency power, in other words, the ions of the inert gas in the sputter gas introduced into the chamber can be controlled by the substrate. The strength of the etching effect by hitting the surface can be controlled. In addition, gas pressure fluctuations in the chamber, fluctuations on the target side,
The induced DC voltage VDC can be stably maintained even with the fluctuation of O 2 and the rotational movement of the substrate holder.

従って、例えばAl2O3等の絶縁物をターゲットとして
用いて表面に段差のある半導体等の基板にスパッタ膜を
形成する場合、基板表面ではターゲットからたたき出さ
れたスパッタ粒子の付着現象と、スパッタガス中の不活
性気体のイオンが基板表面をたたくことによるエッチン
グ効果とが同時に発生し、基板表面の段差部分をも均一
的に成膜可能となり、しかも誘起直流電圧VDCに変動が
なく、基板ホルダーへの高周波電力を一定にできるか
ら、異常放電や、放電停止のない均質なスパッタ膜の作
成が可能になる。また、直流電源22を可変電圧源とする
ことにより、段差に応じて誘起直流電圧VDCを最適な値
に設定可能である(高周波電力により制約を受けない)
から、エッチング効果を段差に応じた最適な強さに設定
でき、任意のステップカバレッジを得ることができる。
Therefore, for example, when an insulating material such as Al 2 O 3 is used as a target to form a sputtered film on a substrate such as a semiconductor having a step on the surface, an adhesion phenomenon of sputtered particles hit from the target on the substrate surface and a The etching effect by hitting the substrate surface with the ions of the inert gas in the gas occurs at the same time, it is possible to form a uniform film even on the step portion of the substrate surface, and there is no variation in the induced DC voltage V DC , Since the high-frequency power to the holder can be kept constant, it is possible to form a uniform sputtered film without abnormal discharge or discharge stop. In addition, by using the DC power supply 22 as a variable voltage source, the induced DC voltage VDC can be set to an optimum value according to the step (not restricted by the high-frequency power).
Therefore, the etching effect can be set to an optimum strength according to the step, and an arbitrary step coverage can be obtained.

なお、上記実施例では、スパッタ装置を例にとって説
明した。
In the above-described embodiment, the description has been given by taking the sputtering apparatus as an example.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、基板ホルダー
の誘起直流電圧VDCを高周波電力等に無関係に制御で
き、それに伴うエッチング状態を適当に制御可能として
任意のステップカバレッジを得ることができる。また、
誘起直流電圧VDCを安定化できることから、均質な成膜
が可能であり、製品品質の向上、歩留りの向上を図るこ
とができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the induced DC voltage VDC of the substrate holder can be controlled irrespective of high-frequency power or the like, and the etching state associated therewith can be appropriately controlled to provide an arbitrary step coverage. Obtainable. Also,
Since the induced DC voltage VDC can be stabilized, a uniform film can be formed, and the product quality and the yield can be improved.

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

第1図は本発明に係る成膜方法及び装置の実施例の要部
構成を示す回路図、第2図乃至第6図は本発明の実施例
による作用効果をそれぞれ示すグラフ、第7図は従来の
高周波スパッタ装置の構成図である。 1……チャンバー、2……ターゲット、3……基板ホル
ダー、5,8……整合箱、6,9……高周波整合回路、7,10…
…高周波電源、11……基板、20……遮蔽箱、21……高周
波フィルタ、22……直流電源。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a main part of an embodiment of a film forming method and an apparatus according to the present invention, FIGS. 2 to 6 are graphs showing operation effects according to the embodiment of the present invention, and FIG. It is a block diagram of the conventional high frequency sputtering device. 1 ... chamber, 2 ... target, 3 ... substrate holder, 5, 8 ... matching box, 6, 9 ... high frequency matching circuit, 7, 10 ...
... High-frequency power supply, 11 ... Substrate, 20 ... Shielding box, 21 ... High-frequency filter, 22 ... DC power supply.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】成膜用の粒子を発生するターゲットが配置
されるチャンバー内に基板ホルダーで基板を保持して成
膜する成膜方法において、 前記基板ホルダー側に高周波整合回路を介して高周波電
力を供給するとともに、前記基板ホルダー側に高周波フ
ィルタを介して直流電源よりの直流電圧を印加して前記
高周波電力による前記基板ホルダー側の誘起直流電圧
(VDC)の変動を抑制し、当該誘起直流電圧(VDC)の設
定値を可変とすることで不活性気体イオンの基板への衝
突によるエッチング効果により任意のステップカバレッ
ジを得ることを特徴とする成膜方法。
1. A film forming method for forming a film while holding a substrate by a substrate holder in a chamber in which a target for generating particles for film formation is disposed, wherein a high frequency power is supplied to the substrate holder via a high frequency matching circuit. And applying a DC voltage from a DC power supply to the substrate holder via a high-frequency filter to suppress a variation in the induced DC voltage (V DC ) on the substrate holder due to the high-frequency power. A film forming method characterized by obtaining an arbitrary step coverage by an etching effect by collision of inert gas ions with a substrate by making a set value of a voltage (V DC ) variable.
【請求項2】成膜用の粒子を発生するターゲットが配置
されるチャンバー内に基板を保持する基板ホルダーを配
置し、該基板ホルダー側に高周波整合回路を介して高周
波電力を供給するとともに、前記基板ホルダー側に高周
波フィルタを介して直流電源よりの直流電圧を印加し、
前記基板ホルダー側の誘起直流電圧(VDC)と高周波電
圧を測定するための検出器を設け、前記誘起直流電圧
(VDC)を前記直流電源からの直流電圧により安定化又
は可変制御することを特徴とする成膜装置。
2. A substrate holder for holding a substrate is disposed in a chamber in which a target for generating particles for film formation is disposed, and high-frequency power is supplied to the substrate holder through a high-frequency matching circuit. Apply a DC voltage from a DC power supply to the substrate holder side via a high-frequency filter,
A detector for measuring the induced DC voltage (V DC ) and the high-frequency voltage on the substrate holder side is provided, and the induced DC voltage (V DC ) is stabilized or variably controlled by the DC voltage from the DC power supply. Characteristic film forming apparatus.
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