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JP2592396B2 - 薄膜の形成装置 - Google Patents

薄膜の形成装置

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Publication number
JP2592396B2
JP2592396B2 JP5194328A JP19432893A JP2592396B2 JP 2592396 B2 JP2592396 B2 JP 2592396B2 JP 5194328 A JP5194328 A JP 5194328A JP 19432893 A JP19432893 A JP 19432893A JP 2592396 B2 JP2592396 B2 JP 2592396B2
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JP
Japan
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tray
container
main shaft
thin film
target
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JP5194328A
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忠司 紫芝
允成 吉村
正博 土本
正男 野間
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KOOA KK
Shinko Seiki Co Ltd
Original Assignee
KOOA KK
Shinko Seiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by KOOA KK, Shinko Seiki Co Ltd filed Critical KOOA KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜の形成装置に係り、
特に電子部品などの基体表面にスパッタリング或いは真
空蒸着により薄膜を形成する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】金属皮膜抵抗器等の電子部品などに使用
される円筒形磁器棒(セラミック基体)などに薄膜を形
成する場合には、従来からスパッタリング装置が広く使
用されている。従来のスパッタリング装置は、前記円筒
形磁器棒などの被処理物を、金網により形成された樽状
のバレル(かご)の中に大量に入れ、このバレルを回転
させながらスパッタリング着膜方式により被処理物の表
面に薄膜を形成していた。
【0003】また、特開平4−298004号公報に
は、被処理物を載せるV溝等を有するボードとこのボー
ドを振動させる振動子とを真空室の内部に配設して、ボ
ードを振動させながらスパッタリングを行うスパッタリ
ング装置が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バレル
を用いた前者の装置は、回転運動をするバレル内の被処
理物が、スパッタリング中に互いに重なりあって接触す
るので、相互にくっつき合ったり、被処理物の突起部分
や角の部分に薄膜が形成されにくく、膜厚が不均一にな
るという課題があった。更に、被処理物とバレルとの接
触が繰り返されることにより、被処理物に形成された薄
膜の微小欠損が生じていた。このように、この従来装置
においては、膜厚分布の不良が生じて製品の歩留まりを
低下させるという課題があった。また、バレルを構成す
る金網に着膜粒子が次第に付着して目詰まりを起こすの
で、金網のクリーニングを度々行う必要があった。
【0005】一方、前記公報に開示された後者の装置
は、被処理物を載せるV溝等を有するボードを振動させ
る振動子を真空容器内に設置しているので、振動子から
の発塵、発熱のためにスパッタリング環境の維持が難し
く、また被処理物をボード上のV溝等の移動防止手段に
載置するため、処理数に制限があり大量生産が困難であ
るという課題があった。
【0006】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、被処理物に欠損のない均一な薄膜を形成して製品の
歩留まりを向上させることができ、また良好な真空環境
が維持でき、大量生産が可能な薄膜の形成装置を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の薄膜の形成装置は、内部が真空引きされる
容器と、前記容器内部に配設されて複数の被処理物を載
せる受皿と、該受皿の中央部を支持すると共に前記容器
の外部に延伸する主軸と、前記溶器の外部に設けられて
前記主軸を介して前記受皿を超音波振動させる振動源
と、前記容器内部に配設されて前記受皿と、少なくとも
その一部分と対向する前記被処理物に薄膜を形成するタ
ーゲットとを備え、前記振動源は前記受皿を支持する主
軸を介して振動を前記受皿に伝達し、前記主軸は振動伝
達の定在波の節部分で前記内部が真空引きされる容器に
真空封止されていることを特徴とするものである。
【0008】また、本発明の薄膜の形成装置は、内部が
真空引きされる容器と、前記容器内部に配設されて複数
の被処理物を載せる受皿と、該受皿の中央部を支持する
と共に前記容器の外部に延伸する主軸と、前記容器の外
部に設けられて前記主軸を介して前記受皿を超音波振動
させる振動源と、前記容器内部に配設されて前記受皿と
比較して面積が同程度又は小さく、少なくともその一部
分と対向する前記被処理物に薄膜を形成するターゲット
とを備え、前記受皿又はターゲットの少なくとも一方は
それらの主軸のまわりに回転可能であり、前記ターゲッ
トが相対的に前記受皿の主軸を中心とする或る半径の円
周上を回転するように構成したことを特徴とするもので
ある。
【0009】
【作用】本発明においては、容器の外部に設けられた振
動源により容器内部の受皿を振動させる。この受皿の振
動により受皿上の被処理物は回転動作や揺動動作などの
自由な運動をするので、この状態でスパッタリング或い
は真空蒸着をすれば、被処理物の表面には薄膜が均一に
形成される。そして、超音波振動を伝達する主軸は振動
伝達の節部分で内部が真空引きされる容器に真空封止さ
れていることから、容器内部を良好なスパッタリング環
境に保持することができる。また、ターゲットは受皿と
比較して面積が同程度又は小さく、且つ相対的に受皿の
主軸の円周上を回転するので、ターゲットの面積に対し
て受皿の被処理物を搭載する部分の面積を大きく取るこ
とができる。これにより大量処理が可能となる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図8を参
照して説明する。本実施例の薄膜の形成装置としては、
スパッタリングにより被処理物に薄膜を形成するスパッ
タリング装置の場合を示している。
【0011】図1は本発明の第1実施例に係るスパッタ
リング装置を示す全体構成図、図2は図1の部分詳細図
である。スパッタリング装置1は、受皿2に載せられた
複数の被処理物3をスパッタリング着膜方式により薄膜
を形成する装置である。表面に薄膜が着膜する被処理物
3としては、金属皮膜抵抗器などの各種抵抗器、その他
コンデンサ、コイル、半導体などの電子部品や、装飾用
部品などの小物部品等の基体となる円筒形磁器棒(セラ
ミック)及び粉体物等である。
【0012】スパッタリング装置1は、内部が真空引き
される容器としての真空チャンバ4と、真空チャンバ4
の内部10に配設されて複数の被処理物3を載せる受皿
2と、真空チャンバ4の外部に設けられて受皿2を振動
させる振動源5と、真空チャンバ4に設けられて被処理
物3に薄膜を形成する薄膜形成手段6とを備えている。
【0013】真空チャンバ4は、円形の底板7及び蓋板
8と筒状の側板9とが一体化した円筒形をなしており、
内部10にAr(アルゴン)ガスなどの不活性ガスを導
入するためのコントロールバルブ11と、内部10のガ
スを排気する図示しない排気ポンプに連通する排気管1
2とが取付けられている。排気管12を介して排気ポン
プにより真空チャンバ4の内部10が真空引きされる。
底板7の中央部には軸受13が取付けられている。
【0014】円形状の受皿2の外周縁には、図中上方に
僅かに突出した縁部14が全周に渡って一体的に形成さ
れており、受皿2上に載せられた被処理物3が振動して
も落下しないようにしている。受皿2は、軸受13に回
転自在に支持された主軸15の上端に固定されている。
主軸15が図示しない駆動源により回転すると、受皿2
も矢印Rのように回転運動を行う。
【0015】振動源5は、主軸15の下端部に設けられ
て主軸15及び受皿2を振動させる振動子16を備えて
おり、本実施例では、主軸15の下端に振動子16を固
定して、この振動子の動作により主軸15を振動させて
いる。配線17により振動子16と接続された超音波発
振機18から出力される信号によって前記主軸15及び
これに固定された受皿2が振動する。
【0016】主軸15には、振動子16の近傍に配設さ
れた冷却水ボックス19と、冷却水ボックス19に固定
された支持部材20の下部に取付けられた冷却水ロータ
リージョイント21と、冷却水ロータリージョイント2
1の下部に固定されて配線17と電気的に接続される給
電スリップリング22とが取付けられている。主軸15
が回転すると、振動子16、冷却水ボックス19、支持
部材20、冷却水ロータリージョイント21及び給電ス
リップリング22も一体的に回転運動をする。
【0017】冷却水23が流れる配水管24が、冷却水
ロータリージョイント21、冷却水ボックス入口25、
冷却水ボックス出口26、冷却水ロータリージョイント
21の順に接続され、配管出口からは排水23aが排出
する。冷却水23は加熱ヒータ52及び振動子16の振
動により発生した熱により高温となる主軸15を冷却し
ている。
【0018】図2は軸受13の構造を示しており、図に
示すように、真空チャンバ4の底板7には円筒形のケー
ス30が下方に向けて一体的に突出形成されている。ケ
ース30の内方には一対のボールベアリング31,32
を介してスリーブ33が回転自在に配設されている。ス
リーブ33は、主軸15に一体的に固定された突出片3
4にOリングパッキング35を介装させてセットボルト
36により取付けられている。これにより、主軸15の
振動がスリーブ33には伝わらないようになっている。
【0019】上部のボールベアリング31の上方にはオ
イルシール又は磁気シール37が装着されており、スト
ップリング38によりシール37を保持している。下部
のボールベアリング32は、ベアリング押えケース39
を介してセットボルト40によりケース30の内面に取
付けられている。このようにして、主軸15、受皿2及
び振動源5の一部は、軸受13に支持されながら回転運
動及び振動動作を行う。
【0020】図1に示すように、受皿2の上方には、陰
極カソード46が絶縁材47を介して真空チャンバ4の
蓋板8に固定されている。陰極カソード46の下面側に
はターゲット48が受皿2上の被処理物3に対向して取
付けられている。陰極カソード46及びターゲット48
は、絶縁材47に固定されたシールド49によりその上
面及び側面を所定の間隙を介して覆われている。
【0021】ターゲット48の表面から放出されるスパ
ッタ粒子50が受皿2の中心から縁部14までの間の被
処理物3に着膜するような位置に、ターゲット48は配
設されている(図5参照)。開閉操作可能なシャッター
51が、ターゲット48と受皿2との間に配設されてい
る。また、受皿2の上方には、赤外線ランプ等の加熱ヒ
ータ52が真空チャンバ4に固定されており、加熱ヒー
タ52により被処理物3の水分除去及び膜質の改善が行
われる。
【0022】陰極カソード46に固定されたターゲット
48には、配線53を介して直流高電圧源または高周波
源54から直流高電圧または高周波電圧が印加されるよ
うになっている。
【0023】次に、前記構成のスパッタリング装置1に
より薄膜を形成する方法について説明する。この方法で
は、容器としての真空チャンバ4の内部10に受皿2を
配設して受皿2に複数の被処理物3を載せ、真空チャン
バ4の外部の振動源5により受皿2を振動させながら被
処理物3に薄膜を形成している。
【0024】本実施例の動作を更に詳述すると、先ず排
気ポンプをオンして排気管12を介して真空チャンバ4
の内部10を真空引きするとともにコントロールバルブ
11を開けてアルゴンガス等の不活性ガスを内部10に
導入する。次いで、配水管24に冷却水23を供給して
主軸15を冷却水ボックス19により冷却するととも
に、図示しない駆動源により、複数の被処理物3が載せ
られた受皿2及び主軸15を矢印Rのように回転させ
る。
【0025】こうして真空チャンバ内部10が低圧雰囲
気になった状態で、直流高電圧源または高周波源54か
ら直流高電圧または高周波電圧を陰極46に印加して、
陰極46と受皿2との間でグロー放電を生じさせる。こ
れによって発生したアルゴンイオン(Ar+ )がターゲ
ット48を衝撃し、この時のスパッタ作用によりターゲ
ット48の表面からスパッタ粒子50が放出する。
【0026】そして、ターゲット48の表面のプリスパ
ッタが完了した後、シャッター51を開いてスパッタ粒
子50を被処理物3に着膜させる。スパッタ粒子50が
被処理物3に着膜し且つ堆積することにより、被処理物
3の表面に薄膜が形成される。受皿2は主軸15により
回転しているので、受皿2の全体の被処理物3に薄膜の
形成がなされ、且つ加熱ヒータ52により水分除去と膜
質の改善が行われる。
【0027】一方、超音波発振機18から配線17、給
電スリップリング22を介して振動子16を振動動作さ
せれば、主軸15が振動を伝達し受皿2は振動する。こ
れにより、被処理物3も受皿2上で揺動運動や回転運動
などの自由運動をするので、スパッタ粒子50は被処理
物3の全面に渡って堆積しながら成膜を行う。
【0028】この場合、長時間運転すると振動子16及
び主軸15が発熱して加熱されるが、冷却水23により
常に振動子16及び主軸15は冷却されているので高温
になることはなくスパッタリング環境を維持しつつ連続
運転ができる。このように、本発明の第1の実施例は、
回転運動する受皿2上で被処理物3を振動させながらス
パッタリングしているので、被処理物同士が互いに重な
りあったり接触したりしたまま成膜することがなく、被
処理物3の受皿2への付着という問題を最小限に止める
ことができる。したがって、被処理物3に欠損のない均
一な薄膜を形成して製品の歩留まりを向上させることが
できる。また、従来のスパッタリング装置のような金網
がないため、成膜時間が短くなり、受皿2のクリーニン
グの回数は少なくて済む。
【0029】更に、受皿2に被処理物3を多数載せるこ
とができるので、また他方式に見られるような被処理物
の挿入治具や取付治具を必要とせず成膜時間を短くでき
るので、稼動率も高くなり大量生産に適している。
【0030】図3は本発明の第2実施例に係る薄膜の形
成装置としてのスパッタリング装置60の全体構造図で
ある。第1実施例のスパッタリング装置1が受皿2を回
転させる大量生産向けの装置であるのに対して、本第2
実施例のスパッタリング装置60は、受皿62を固定し
た少量生産向けの装置である。なお、第1実施例と同一
または相当部分には同一符号を付してその説明を省略す
る。
【0031】図示するように、内部10が真空引きされ
る容器としての真空チャンバ63は円筒形状をなしてお
り、その底板64の中央部には主軸65が縦方向に固定
されている。主軸65の上端には複数の被処理物3を載
せる受皿62が固定されている。主軸65の下端部に
は、主軸65及び受皿62を振動させる振動源66が取
付けられており、振動源66は、真空チャンバ63の外
部に設けられている。振動源66の振動子16と、配線
17を介して振動子16に超音波を出力する超音波発振
機18は、第1実施例と同様の構成である。
【0032】振動子16及び振動により温度上昇する主
軸65を冷却するために、冷却水ボックス19が主軸6
5に取付けられており、水配管24を介して冷却水23
が冷却水ボックス19に供給されたのち排水23aとし
て排出される。
【0033】主軸65にはフランジ67が固定されてお
り、フランジ67は、真空チャンバ63の底板64に形
成された支持部材68にボルト等の締結部材により締結
固定されている。フランジ67と支持部材68との間に
はOリングパッキング69が介装されており、これによ
り、主軸65の振動が真空チャンバ63に伝わらないよ
うにしている。
【0034】薄膜形成手段6は第1実施例と同様の構成
であるが、本実施例では受皿62が回転しないので、受
皿62の全体にスパッタ粒子50を放出させるために、
陰極カソード46、ターゲット48及びシャッター51
真空チャンバ63の中央部の受皿62に対向するよう
に配設している。赤外線ランプからなる加熱ヒータ52
は、受皿62上の被処理物3の全体を加熱できるように
傾斜して真空チャンバ63に取付けられている。
【0035】前記構成を有するスパッタリング装置60
において、受皿62全体に複数の被処理物3を載せ、振
動源66により主軸65を介して受皿62を振動させれ
ば、被処理物3は受皿62上で振動する。この状態で、
薄膜形成手段6によりスパッタ粒子50をターゲット4
8の表面から放出させれば、スパッタ粒子50は被処理
物3の表面に着膜し且つ堆積して成膜が行われる。ま
た、加熱ヒータ52により被処理物3を加熱することに
より、水分除去と膜質改善がなされる。したがって、
第2実施例においても、第1実施例と同様の作用効果を
奏する。
【0036】図4は本発明の第3実施例に係るスパッタ
リング装置80を示す全体構造図である。このスパッタ
リング装置80は、受皿82及び主軸83を固定し、陰
極カソード84、ターゲット85及び加熱ヒータ86を
一体的に回転させる大量生産向けの装置である。なお、
第1,第2実施例と同一または相当部分には同一符号を
付してその説明を省略する。
【0037】内部10が真空引きされる容器としての真
空チャンバ87の底板88のほぼ中央部には、主軸83
が第2実施例と同様の構成により固定されている。主軸
83の下端部には振動源66が設けられており、主軸の
上端部には、多数の被処理物3を載せる円形の受皿82
が固定されている。
【0038】真空チャンバ87には薄膜形成手段90が
設けられており、図示しない駆動源によりシールド回転
シャフト91を回転させている。シールド回転シャフト
91は真空チャンバ87の蓋板92のほぼ中央部に設け
られている。蓋板92にはセットボルト93により軸受
94がOリングパッキング94aを介装させて固定され
ており、ボールベアリング95とオイルシールまたは磁
気シール96とを介してシールド回転シャフト91が軸
受94の内方に回転自在に支持されている。
【0039】シールド回転シャフト91の内方には、絶
縁材97,98を介して陰極カソード84が固定され、
陰極カソード84の下面にはターゲット85が固定され
ている。ターゲット85は受皿82の中心から縁部14
までの間の真上にくるように配置されており、シールド
回転シャフト91とともにターゲット85が回転すれ
ば、受皿82上の被処理物3の全体に渡ってスパッタ粒
子50が着膜するようにしている。シールド回転シャフ
ト91には、ヒータ取付けプレート99が固定されてお
り、ヒータ取付けプレート99の下面には加熱ヒータ8
6が取付けられている。
【0040】陰極カソード84の上部には冷却用の冷却
水ロータリージョイント100が設けられており、冷却
水ロータリージョイント100には配水管24を介して
冷却水23が流れるようになっている。更に、陰極カソ
ード84の上部には給電スリップリング101が取付け
られており、ヒータ電源102から配線103及び給電
スリップリング101を介して加熱ヒータ86に電流が
供給される。また、直流高電圧源または高周波源54か
ら配線53、給電スリップリング101を介して陰極カ
ソード84に直流高電圧または高周波電圧が印加され
る。
【0041】このように本実施例のスパッタリング装置
80は、シールド回転シャフト91とともにターゲット
85及び加熱ヒータ86を矢印Rのように回転させたの
で、受皿82をターゲットの面積と比較して大きくして
大量の被処理物3をスパッタリングすることができる。
操作手順は第1実施例と同様であり、第1,第2実施例
と同様の作用効果を奏する。
【0042】図5は本発明の第1実施例及び第3実施例
に係る受皿とターゲットの配置を示す平面図、図6はそ
の受皿の正面断面図である。図示する受皿110におい
ては、円形状の底板111の外周縁部に、上方に突出す
る円環状の外方縁部112を一体的に取付け、またその
内方では、上方に突出する円環状の内方縁部113を底
板111に一体的に取付けている。そして両縁部11
2,113に囲まれたドーナツ状の部分Sに被処理物3
を載せる。小型のターゲット48をドーナツ状部分Sの
上方に対向するように配置して、第1実施例に示すよう
に受皿110を回転し且つ振動させれば、ターゲット4
8から受皿全体の被処理物3の表面にスパッタ粒子が着
膜して成膜が行われる。このようにすれば、小型のター
ゲット48でも、その数倍以上の面積の受皿にある大量
の被処理物3を均一にスパッタリング成膜することがで
きる。
【0043】図7は本発明における振動の動作を説明す
る構造図、図8は図7の詳細図である。なお、図示する
スパッタリング装置80は第3実施例に係る装置である
が、第1,第2実施例のスパッタリング装置における振
動の動作もこれと同様である。
【0044】上述のように本実施例においては、振動源
66を真空チャンバ87の外部に設けて、真空チャンバ
87の内部10に配設されている受皿82を主軸83を
介して振動させている。したがって、振動源66からの
振動を真空チャンバ87を振動させないで効率良く受皿
82に伝える工夫が必要である。
【0045】すなわち、超音波発振機18から出力され
る信号により振動子16が振動すると振幅Wの定在波1
20が主軸83から受皿82に発生する。振動は主軸8
3を伝わって受皿82を振動させるが、定在波の節及び
腹部は、振動子16の周波数によって決まる。このと
き、超音波発振機18の周波数を調整し、図8に示すよ
うに主軸83の長手方向中央部121は定在波120の
節となって振動せず、この中央部121を中心に長手方
向両端に向かって定在波120は腹となるようにする。
【0046】したがって、節となる主軸83の中央部1
21またはその他の節となる部分にフランジ67を設
け、このフランジ67を真空チャンバ87に固定すれ
ば、振動子16から発生した振動の定在波120は主軸
83の下端部から上端部に効率良く伝わる。そして、主
軸83の上端部の先端ホーン部122から受皿82で定
在波の腹部123になって受皿82を振動させる。これ
により被処理物3が回転運動や揺動運動などの自由運動
をする。なお、被処理物3が均等な運動をするために
は、受皿82には適切な寸法及び形状が必要であり、ま
た振動の強弱については、主軸83の直径、先端ホーン
部122の形状及び超音波発振機18の出力の調節によ
って決まる。
【0047】なお、以上の実施例はスパッタリング装置
について説明されているが、真空蒸着装置についても同
様に適用可能である。又、各図中同一符号は同一又は相
当部分を示す。
【0048】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、被
処理物に欠損のない均一な薄膜を形成して製品の歩留ま
りを向上させることができ、また連続運転や大量生産が
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る薄膜の形成装置を示
す全体構成図である。
【図2】図1の部分詳細図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る薄膜の形成装置を示
す全体構成図である。
【図4】本発明の第3実施例に係る薄膜の形成装置を示
す全体構成図である。
【図5】本発明の第1実施例及び第3実施例に係る受皿
の平面図である。
【図6】図5の正面断面図である。
【図7】本発明における振動の動作を説明する構造図で
ある。
【図8】図7の詳細図である。
【符号の説明】
1,60,80 薄膜の形成装置(スパッタリング装
置) 2,62,82,110 受皿 3 被処理物 4,63,87 真空チャンバ(容器) 5,66 振動源 6,90 薄膜形成手段 10 容器の内部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土本 正博 兵庫県神戸市西区高塚台3丁目1番35号 神港精機株式会社内 (72)発明者 野間 正男 兵庫県神戸市西区高塚台3丁目1番35号 神港精機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−41375(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部が真空引きされる容器と、前記容器
    内部に配設されて複数の被処理物を載せる受皿と、該受
    皿の中央部を支持すると共に前記容器の外部に延伸する
    主軸と、前記容器の外部に設けられて前記主軸を介して
    前記受皿を超音波振動させる振動源と、前記容器内部に
    配設されて前記受皿と、少なくともその一部分と対向す
    る前記被処理物に薄膜を形成するターゲットとを備え、
    前記振動源は前記受皿を支持する主軸を介して振動を前
    記受皿に伝達し、前記主軸は振動伝達の定在波の節部分
    で前記内部が真空引きされる容器に真空封止されている
    ことを特徴とする薄膜の形成装置。
  2. 【請求項2】 内部が真空引きされる容器と、前記容器
    内部に配設されて複数の被処理物を載せる受皿と、該受
    皿の中央部を支持すると共に前記容器の外部に延伸する
    主軸と、前記容器の外部に設けられて前記主軸を介して
    前記受皿を超音波振動させる振動源と、前記容器内部に
    配設されて前記受皿と比較して面積が同程度又は小さ
    く、少なくともその一部分と対向する前記被処理物に薄
    膜を形成するターゲットとを備え、前記受皿又はターゲ
    ットの少なくとも一方はそれらの主軸のまわりに回転可
    能であり、前記ターゲットが相対的に前記受皿の主軸を
    中心とする或る半径の円周上を回転するように構成した
    ことを特徴とする薄膜の形成装置。
  3. 【請求項3】 前記受皿は、外周縁部と内周縁部に突出
    部分を有する円板状の金属製の底板からなり、該受皿の
    中心は前記主軸に支持され回転可能となっており、前記
    外周縁部と内周縁部間に被処理物が載せられ、該外周縁
    部と内周縁部間の受皿の一部分が前記薄膜形成手段のタ
    ーゲットと対向するように配置されていることを特徴と
    する請求項1又は2記載の薄膜の形成装置。
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