JPH10219438A - Reactive sputtering system - Google Patents

Reactive sputtering system

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Publication number
JPH10219438A
JPH10219438A JP2374297A JP2374297A JPH10219438A JP H10219438 A JPH10219438 A JP H10219438A JP 2374297 A JP2374297 A JP 2374297A JP 2374297 A JP2374297 A JP 2374297A JP H10219438 A JPH10219438 A JP H10219438A
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JP
Japan
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gas
semiconductor substrate
heating
reactive sputtering
reactive
Prior art date
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Withdrawn
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JP2374297A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Yoneda
芳久 米田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reactive sputtering system maintaining a semiconductor substrate in a uniformly stabilized heating state and attaining good deposition. SOLUTION: This reactive sputtering system consists in using a metal as a target material 1, using heaters 6 on the rear surface of the semiconductor substrate 2 and adhering the compd. of the target material on the semiconductor substrate by using reactive gases together with a discharge gas. The heating means for the semiconductor substrate 2 have means for heating the semiconductor substrate by using the discharge gas and the reactive gases having the thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the discharge gas together with the heaters.

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】本発明は、LSI、トランジ
スタの製造工程において、半導体等の基板上に金属薄膜
層を形成する反応性スパッタ装置に関する。特に半導体
基板の反応性スパッタリング工程中で使用されるプロセ
スガスを利用して、同工程中での加熱を均一にし、半導
体基板に形成された膜質を良好にすることができる反応
性スパッタ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reactive sputtering apparatus for forming a metal thin film layer on a substrate such as a semiconductor in a process of manufacturing an LSI or a transistor. In particular, the present invention relates to a reactive sputtering apparatus that utilizes a process gas used in a reactive sputtering process of a semiconductor substrate to make uniform heating in the process and improve the quality of a film formed on the semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI、トランジスタの製造工程におい
て、金属薄膜層等を半導体基板上に形成するにスパッタ
装置が一般に使用されている。スパッタ装置は、真空中
にArガス等の放電ガスを導入し、電極間に電圧を印加
してグロ−放電を発生させ、この状態でプラズマ中の正
イオンを陰極上のタ−ゲット表面に衝突させてタ−ゲッ
ト原子をはじき出すものである。このタ−ゲットはスパ
ッタ装置において陰極表面に設置され、イオン衝撃され
て膜となる物質である。例えば、チタニウム、アルミニ
ウム、タングステン等が一般に使用されている。このス
パッタリングにおいては、基板の温度により基板に成膜
された膜の性質が決定されるので、基板を均一に安定し
て加熱することが必要である。従って、このスパッタリ
ングを行う反応性スパッタ装置には、基板を加熱する装
置として、ランプヒ−タ−、セラミックヒ−タ−等の加
熱器により基板を直接加熱する方法が使用されている。
しかし、この方法では基板の加熱温度が均一ではなく、
また基板の温度上昇の速度が遅い等の難点があった。そ
こで、近年、この加熱器に加熱ガスを流しこの加熱ガス
を媒体として基板を加熱することによって、基板の温度
上昇速度を高め、かつ基板の加熱温度を均一にする所謂
ガス加熱方式が採用されている。
2. Description of the Related Art In a process of manufacturing an LSI or a transistor, a sputtering apparatus is generally used for forming a metal thin film layer or the like on a semiconductor substrate. The sputtering apparatus introduces a discharge gas such as an Ar gas into a vacuum and applies a voltage between the electrodes to generate a glow discharge. In this state, the positive ions in the plasma collide with the target surface on the cathode. Then, the target atom is ejected. This target is a substance which is set on the surface of the cathode in the sputtering apparatus and is turned into a film by ion bombardment. For example, titanium, aluminum, tungsten and the like are generally used. In this sputtering, since the properties of the film formed on the substrate are determined by the temperature of the substrate, it is necessary to heat the substrate uniformly and stably. Therefore, in the reactive sputtering apparatus for performing the sputtering, a method of directly heating the substrate by a heater such as a lamp heater or a ceramic heater is used as an apparatus for heating the substrate.
However, in this method, the heating temperature of the substrate is not uniform,
In addition, there are disadvantages such as a slow rate of temperature rise of the substrate. Therefore, in recent years, a so-called gas heating method has been adopted in which a heating gas is supplied to the heater to heat the substrate using the heating gas as a medium, thereby increasing a temperature rising speed of the substrate and making the heating temperature of the substrate uniform. I have.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来のガス加熱方式を
スパッタ装置に利用する場合は、半導体基板をの加熱手
段としてランプヒ−タ−、セラミックヒ−タ−等の加熱
器に放電ガスを流しこれを該基板の裏面を通して加熱し
ている。しかし、この加熱手段によっては、基板の大口
径の半導体基板を成膜する場合は均一に且つ安定に加熱
することが困難であり、製品の成膜を良好な品質にする
ことができない欠点があった。本発明は半導体基板を均
一に安定した加熱状態に保持し、良好な成膜を達成する
ことができる反応性スパッタ装置を提供することを目的
とするものである。
When a conventional gas heating method is used for a sputtering apparatus, a discharge gas is supplied to a heater such as a lamp heater or a ceramic heater as a means for heating a semiconductor substrate. Heat is applied through the back of the substrate. However, it is difficult to uniformly and stably heat a semiconductor substrate having a large diameter when forming a semiconductor substrate having a large diameter by this heating means. Was. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a reactive sputtering apparatus capable of maintaining a semiconductor substrate in a uniformly stable heating state and achieving good film formation.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者等はスパッタ装
置特に反応性スパッタ装置の基板加熱方式として反応性
スパッタ即ち、放電ガスと窒素ガス又は酸素のような反
応ガスを使用してスパッタして半導体基板にタ−ゲット
金属の窒化物、酸化物の膜を形成する方法において、こ
こに使用される反応ガスの窒素ガス、酸素ガスが放電ガ
スのアルゴンガスより熱伝導率が大であることに着目
し、かつこの反応ガスと放電ガスは反応性スパッタリン
グのプロセスガスとして使用されているものであり、こ
れを半導体基板の加熱に利用することにより、基板を均
一に安定した加熱状態に保持し、良好な成膜を達成する
ことができることを見出し、本発明の反応スパッタ装置
を完成した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have conducted reactive sputtering, that is, sputtering using a discharge gas and a reactive gas such as nitrogen gas or oxygen as a substrate heating method for a sputtering apparatus, particularly a reactive sputtering apparatus. In a method of forming a nitride or oxide film of a target metal on a semiconductor substrate, the reaction gas used herein has a nitrogen gas and an oxygen gas having a higher thermal conductivity than an argon gas as a discharge gas. Paying attention, and this reaction gas and discharge gas is used as a process gas for reactive sputtering, and by using this for heating the semiconductor substrate, the substrate is maintained in a uniformly stable heating state, They have found that good film formation can be achieved, and have completed the reactive sputtering apparatus of the present invention.

【0005】本発明の請求項1の反応性スパッタ装置
は、タ−ゲット材として金属を使用し、半導体基板の裏
面に加熱器を使用し、放電ガスと共に反応ガスを使用し
て半導体基板上にタ−ゲット材の化合物膜を付着させる
反応性スパッタ装置において、半導体の加熱手段に加熱
器及び放電ガスと放電ガスより熱伝導率の大である反応
ガスとを用いて半導体基板を加熱することを特徴とする
反応性スパッタ装置である。
The reactive sputtering apparatus according to the first aspect of the present invention uses a metal as a target material, uses a heater on the back surface of the semiconductor substrate, and uses a reactive gas together with a discharge gas on the semiconductor substrate. In a reactive sputtering apparatus for attaching a compound film of a target material, a semiconductor substrate is heated by using a heater and a discharge gas and a reaction gas having a higher thermal conductivity than the discharge gas as a semiconductor heating means. This is a reactive sputtering apparatus characterized by the following.

【0006】本発明の請求項2の反応性スパッタ装置
は、タ−ゲット材がチタニウムであり、反応ガスが窒素
ガスであり、該ガスを半導体基板裏面より流すことによ
り、該基板上に窒化チタニウム膜を付着させる請求項1
記載の反応性スパッタ装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a reactive sputtering apparatus, wherein the target material is titanium, the reaction gas is nitrogen gas, and the gas flows from the back surface of the semiconductor substrate to form titanium nitride on the substrate. 2. The method of claim 1, wherein the film is attached.
It is a reactive sputtering apparatus of the description.

【0007】本発明の請求項3の反応性スパッタ装置
は、タ−ゲット材がチタニウムであり、反応ガスが酸素
ガスであり、該ガスを半導体基板裏面より流すことによ
り、該基板上に酸化チタニウム膜を付着させる請求項1
記載の反応性スパッタ装置である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a reactive sputtering apparatus, wherein the target material is titanium, the reactive gas is oxygen gas, and the gas flows from the back surface of the semiconductor substrate to form titanium oxide on the substrate. 2. The method of claim 1, wherein the film is attached.
It is a reactive sputtering apparatus of the description.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下に図1を参照して本発明の実
施の態様を説明する。 本発明の反応性スパッタ装置
は、チタニウム、タングステン、アルミニウム等半導体
基板の表面にスパッタする金属のタ−ゲット1の下部に
アルゴン等の放電ガスと窒素ガス、酸素ガス等の反応ガ
スよりなるプロセスガス4を導入し、半導体基板2の上
面にスパッタリングによりタ−ゲット金属の化合物膜を
形成するスパッタリング部5が設けられている。この半
導体基板2の下部にランプヒ−タ−、セラミックヒ−タ
−等の適宜の加熱器6、この加熱器にプロセスガスが接
触するようにプロセスガス4を流入するプロセスガス流
入部7を備えている加熱部3が設けられている。プロセ
スガス4はプロセスガス供給通路により加熱部のプロセ
スガス流入部7に供給される、そして、このプロセスガ
スの流量、流速を調整するための流量制御弁8、この流
量制御弁を制御する制御装置9、各プロセスガス供給通
路には各通路の圧力検出器としてパラトンメ−タ−10
が設けられている。なお、加熱部3により加熱されたプ
ロセスガス4をスパッタリング部5に導入する案内板1
1を加熱部3の両端に設けてある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The reactive sputtering apparatus of the present invention comprises a process gas comprising a discharge gas such as argon and a reactive gas such as nitrogen gas and oxygen gas below a target 1 of metal sputtered on the surface of a semiconductor substrate such as titanium, tungsten and aluminum. 4, a sputtering unit 5 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 2 to form a target metal compound film by sputtering. An appropriate heater 6 such as a lamp heater or a ceramic heater is provided below the semiconductor substrate 2, and a process gas inlet 7 for flowing the process gas 4 so that the process gas comes into contact with the heater. A heating unit 3 is provided. The process gas 4 is supplied to the process gas inflow section 7 of the heating section through the process gas supply passage, and a flow rate control valve 8 for adjusting the flow rate and flow rate of the process gas, and a control device for controlling the flow rate control valve 9. Each of the process gas supply passages is provided with a paraton meter 10 as a pressure detector of each passage.
Is provided. The guide plate 1 for introducing the process gas 4 heated by the heating unit 3 into the sputtering unit 5
1 are provided at both ends of the heating unit 3.

【0009】本発明の装置に使用するタ−ゲットの金属
は、一般に半導体のスパッタリングに使用される金属
で、チタニウム、タングステン、アルミニウム等であ
る。そして、プロセスガスは、反応性スパッタリングに
使用されるアルゴン等の放電ガス、窒素ガス、酸素ガス
等の反応ガスの混合ガスである。例えば、タ−ゲットと
してチタニウムを用い、反応ガスとして窒素ガスを用い
た場合は窒化チタニウム、酸素ガスを用いた場合は酸化
チタニウム、タ−ゲットとしてタングステンを用い、反
応ガスとして窒素ガスを用いた場合は窒化タングステ
ン、酸素ガスを用いた合は酸化タングステン、タ−ゲッ
トとしてアルミニウムを用い、反応ガスとして窒素ガス
を用いた場合は窒化アルミニウム、酸素ガスを用いた場
合は酸アルミニウムの膜が形成される。本発明は放電ガ
スであるアルゴンと反応ガスである窒素ガス、酸素ガス
の混合ガスであるプロセスガスを加熱媒体として使用す
るから、反応ガスである窒素ガスの熱伝導率は260 ×10
-4(W/m・K)であり、酸素ガスの熱伝導率は267 ×10-4(W
/m・K)であり、アルゴンガスの熱伝導率は177 ×10-4(W
/m・K)である。従って、熱伝導率の高い加熱ガス媒体を
半導体基板の加熱に使用できる。
The target metal used in the apparatus of the present invention is a metal generally used for sputtering semiconductors, such as titanium, tungsten, and aluminum. The process gas is a mixed gas of a discharge gas such as argon used for reactive sputtering and a reaction gas such as nitrogen gas and oxygen gas. For example, when titanium is used as a target, titanium nitride is used when a nitrogen gas is used as a reaction gas, titanium oxide is used when an oxygen gas is used, tungsten is used as a target, and nitrogen gas is used as a reaction gas. When tungsten gas is used, tungsten oxide is used. When oxygen gas is used, aluminum oxide is used as a target. When nitrogen gas is used as a reaction gas, aluminum nitride is formed. When oxygen gas is used, aluminum oxide film is formed. . Since the present invention uses a process gas that is a mixed gas of argon as a discharge gas and nitrogen gas as a reaction gas and oxygen gas as a heating medium, the thermal conductivity of the nitrogen gas as a reaction gas is 260 × 10
-4 (W / mK ) and the thermal conductivity of oxygen gas is 267 × 10 -4 (W
/ mK), and the thermal conductivity of argon gas is 177 × 10 -4 (W
/ m · K). Therefore, a heating gas medium having high thermal conductivity can be used for heating the semiconductor substrate.

【0010】図1は本発明による反応性スパッタ装置の
実施例を示している。この実施例では、加熱部3にプロ
セスガス(アルゴンガスと窒素ガスの混合ガス)4を供
給する3グル−プのプロセスガス流入部が複数個設けら
れ、そのプロセスガス流入部が3つのグル−プに区分さ
れ、その各グル−プ毎に別個のプロセスガス供給通路
8、8’、8”により各給通路により各グル−プのプロ
セスガス流入部7へプロセスガス4を個別に供給する。
プロセスガス供給通路8、8’、8”には流量用の流量
制御弁9、9’、9”が接続され、この流量制御弁9、
9’、9”により加熱部5側のプロセスガス供給路8、
8’、8”には各々圧力検出器としてバラトンメ−タ−
10、10' 、10" が接続されている。流量制御弁9、
9’、9”は制御装置11により制御される。制御装置11
はバラトンメ−タ−10、10' 、10" によりプロセスガス
供給通路8、8’、8”の圧力デ−タを入力し、この圧
力デ−タに応じて対応する流量弁9、9’、9”の開弁
量を定量的にフィ−ドバック制御する。このようにし
て、加熱部5に流入されたプロセスガスは加熱器6によ
り加熱され、上方にある半導体基板の裏面を加熱しつつ
通過し、加熱部3の両端に設けられた案内板11によりス
パッタリング部5に送られ、反応性スパッタリングが行
われる。そして、タ−ゲット金属(チタニウム)と放電
ガス(アルゴン)と反応ガス(窒素ガス)とにより反応
性スパッタリグが行われ、半導体基板2上に窒化チタニ
ウムの膜が形成される。
FIG. 1 shows an embodiment of a reactive sputtering apparatus according to the present invention. In this embodiment, a plurality of 3-group process gas inflow portions for supplying a process gas (mixed gas of argon gas and nitrogen gas) 4 to the heating section 3 are provided, and the process gas inflow portions are provided in three groups. The process gas 4 is individually supplied to the process gas inflow section 7 of each group by each supply passage by a separate process gas supply passage 8, 8 ', 8 "for each group.
Flow rate control valves 9, 9 ′, 9 ″ for flow rate are connected to the process gas supply passages 8, 8 ′, 8 ″.
9 ′, 9 ″, the process gas supply path 8 on the heating unit 5 side,
8 'and 8 "each have a Balaton meter as a pressure detector.
10, 10 ', 10 "are connected. The flow control valve 9,
9 ′ and 9 ″ are controlled by the control device 11. The control device 11
Inputs the pressure data of the process gas supply passages 8, 8 ', 8 "through the Balaton meters 10, 10', 10", and according to the pressure data, the corresponding flow valves 9, 9 ', The valve opening of 9 "is quantitatively controlled by feedback control. In this way, the process gas flowing into the heating unit 5 is heated by the heater 6 and passes while heating the back surface of the semiconductor substrate located above. Then, it is sent to the sputtering unit 5 by guide plates 11 provided at both ends of the heating unit 3 to perform reactive sputtering, and a target metal (titanium), a discharge gas (argon) and a reaction gas (nitrogen gas) are used. ), A reactive sputtering is performed, and a titanium nitride film is formed on the semiconductor substrate 2.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上の通り、本発明においては、反応性
スパッタリングに使用する熱伝導率の高い反応ガスを含
有するプロセスガスを基板の裏面より流し、加熱器の加
熱手段とともに半導体基板を均一且つ安定に加熱して反
応性スパッタリングを行うため、良好な大口径の半導体
基板上に成膜することができ、かつ、この加熱に使用す
るプロセスガスは反応性スパッタリングに使用するガス
であるので工業プロセス的に極めて有利に設計される装
置を提供するものである。
As described above, in the present invention, a process gas containing a reactive gas having a high thermal conductivity, which is used for reactive sputtering, is flowed from the back surface of the substrate, and the semiconductor substrate is made uniform and uniform with the heating means of the heater. Because reactive sputtering is performed by heating stably, a film can be formed on a good large-diameter semiconductor substrate, and since the process gas used for this heating is the gas used for reactive sputtering, it can be used in industrial processes. It is intended to provide an apparatus which is extremely advantageously designed.

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

【図1】本発明の反応性スパッタ装置の実施例を示す模
式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the reactive sputtering apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・タ−ゲット、2・・・半導体基板、3・・・加
熱部、4・・・プロセスガス、5・・・反応性スパッタ
リング部、6・・・加熱器、7・・・プロセスガス流入
部、8・・・プロセスガス供給通路、8’・・・プロセ
スガス供給通路、8”・・・プロセスガス供給通路、9
・・・流量制御弁、9’・・・流量制御弁、9”・・・
流量制御弁、10・・・バラトロンメーター、10' ・・・
バラトロンメーター、10" ・・・バラトロンメーター、
11・・・制御装置、12・・・案内板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Target, 2 ... Semiconductor substrate, 3 ... Heating part, 4 ... Process gas, 5 ... Reactive sputtering part, 6 ... Heater, 7 ... Process Gas inflow portion, 8: process gas supply passage, 8 '... process gas supply passage, 8 "... process gas supply passage, 9
... Flow control valve, 9 '... Flow control valve, 9 "...
Flow control valve, 10 ... Baratron meter, 10 '...
Baratron meter, 10 "... Baratron meter,
11 ... control device, 12 ... guide plate

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 タ−ゲット材として金属を使用し、半導
体基板の裏面に加熱器を使用し、放電ガスと共に反応ガ
スを使用して半導体基板上にタ−ゲット材の化合物膜を
付着させる反応性スパッタ装置において、半導体基板の
加熱手段に加熱器及び放電ガスと放電ガスより熱伝導率
の大である反応ガスとを用いて半導体基板を加熱するこ
とを特徴とする反応性スパッタ装置。
1. A reaction in which a metal is used as a target material, a heater is used on the back surface of the semiconductor substrate, and a compound gas of the target material is deposited on the semiconductor substrate using a reaction gas together with a discharge gas. A reactive sputtering apparatus characterized in that a semiconductor substrate is heated by using a heater and a discharge gas and a reaction gas having a higher thermal conductivity than the discharge gas as heating means for the semiconductor substrate.
【請求項2】 タ−ゲット材がチタニウムであり、反応
ガスが窒素ガスであり、該ガスを半導体基板裏面より流
すことにより、該基板上に窒化チタニウム膜を付着させ
る請求項1記載の反応性スパッタ装置。
2. The reactive material according to claim 1, wherein the target material is titanium, the reactive gas is nitrogen gas, and the gas flows from the back surface of the semiconductor substrate to deposit a titanium nitride film on the substrate. Sputtering equipment.
【請求項3】 タ−ゲット材がチタニウムであり、反応
ガスが酸素ガスであり、該ガスを半導体基板裏面より流
すことにより、該基板上に酸化チタニウム膜を付着させ
る請求項1記載の反応性スパッタ装置。
3. The reactive material according to claim 1, wherein the target material is titanium, the reaction gas is oxygen gas, and the gas flows from the back surface of the semiconductor substrate to deposit a titanium oxide film on the substrate. Sputtering equipment.
JP2374297A 1997-02-06 1997-02-06 Reactive sputtering system Withdrawn JPH10219438A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115181937A (en) * 2022-08-16 2022-10-14 喀什大学 Preparation device and preparation method of ITO thin film

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