DD267515A1 - DEVICE FOR PROCESSING SUBSTRATES IN THE VACUUM IN MULTIPLE PROCESS STATIONS - Google Patents
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Abstract
Die Einrichtung zur Bearbeitung von Substraten im Vakuum in mehreren Prozessstationen dient der Weiterfuehrung vakuumtechnologischer Prozesse, insbesondere dem Beschichten von Bauelementen der Mikroelektronik (Wafer). Erfindungsgemaess ist der Rezipient rotationssymmetrisch als Transportkammer ausgebildet, um welchen radial die Prozesskammern angeordnet sind. Transportkammer und Prozesskammern sind getrennt evakuierbar. In den Prozesskammern sind ventilartige Dichteinrichtungen angeordnet, die die Prozesskammer mit dem senkrecht schrittweise rotierenden Drehkorb waehrend dem Prozess vakuumdicht verbinden. Die Substrate sind auf dem Drehkorb senkrecht angeordnet.The device for processing substrates in a vacuum in a plurality of process stations serves to continue vacuum-technological processes, in particular the coating of components of microelectronics (wafers). According to the invention, the recipient is designed to be rotationally symmetrical as a transport chamber about which the process chambers are arranged radially. Transport chamber and process chambers are separately evacuated. Valve-type sealing devices are arranged in the process chambers, which vacuum-tightly connect the process chamber to the vertically incrementally rotating rotary basket during the process. The substrates are arranged vertically on the rotary basket.
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Anwendung der ErfindungApplication of the invention
Die Einrichtung zur Bearbeitung in mehreren Prozeßstationen dient der stationären Bearbeitung von einzelnen Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten (Wafer) im Vakuum, wenn mehrere Prozeßschritte in getrennten Prozeßkammern erforderlich sind. Die Einrici 'ung kann zum Beschichten durch Sputtern oder andere Vekuumbeschichtungsverfahren für Bauelemente der Mikroelektronik oder Elektronik aber auch zum Plasma- oder lonenätzen eingesetzt werden. Vorteilhaft ist ihr Einsatz, wenn hohe Anforderungen an die Schichtoicjenschaften, insbesondere auch hinsichtlich Defektfreiheit, gestellt sind.The device for processing in a plurality of process stations is used for the stationary processing of individual substrates, in particular of semiconductor substrates (wafers) in a vacuum, when a plurality of process steps in separate process chambers are required. The device can be used for coating by sputtering or other Vekuumbeschichtungsverfahren for components of microelectronics or electronics but also for plasma or ion etching. Their use is advantageous if high demands on the Schichtoicjenschaften, especially with regard to freedom from defects, are made.
Charakteristik der bekannten LösungenCharacteristic of the known solutions
Es sind Einrichtungen zum Zwecke der Durchführung von Bearbeitungsprozessen im Vakuum an Substraten für mikroelektronische Bauelemente bekannt, in denen mit einer Bewegungseinrichtung die Substrate im Vakuum von Prozeßstation zu Prozeßstation bewegt werden. Zum Zwecke der Erzielung vor. Schichten mit geringer Defektdichte müssen die Substrate in den Prozeßstationen der Anlage in senkrechter Lags gehaltert werden. Die einfachste Bewegungseinrichtung für diesen Zweck ist der Drehkorb mit senkrechter Achse. Die Anordnung der Substrate auf dem Drehkorb mit senkrechter Achse ermöglicht die schrittweise und kontinuierliche Drehung gegenüber den Prozeßstationen.Means are known for the purpose of performing vacuum processing processes on substrates for microelectronic components in which the substrates are moved in a vacuum from process station to process station with a moving device. For the purpose of achieving. Layers with low defect density, the substrates must be supported in the process stations of the plant in vertical lags. The simplest moving device for this purpose is the rotary basket with vertical axis. The arrangement of the substrates on the rotary axis with vertical axis allows the stepwise and continuous rotation relative to the process stations.
Gute Homogenität der Schichtdicken erzielt man in derartigen Anlagen durch kontinuierliche Drehung. Derartige Anlagen erfüllen jedoch nicht die Anforderungen an die geforderten Schichteigenschaften, z. B. niedrigste elektrische Leitfähigkeit und Hiliockfreihoii, da die dazu erforderliche vakuummäßige Trennung der Prozeßstationen und das Prinzip der Anordnung der Substrate auf einerp Drehkorb bisher unvereinbar erschien.Good homogeneity of the layer thicknesses is achieved in such systems by continuous rotation. However, such systems do not meet the requirements for the required layer properties, eg. B. lowest electrical conductivity and Hiliockfreihoii because the required vacuum separation of the process stations and the principle of the arrangement of the substrates on a turntable so far seemed incompatible.
Die Forderung der senkrechten Anordnung der Substrate in der Prozeßstation und der vakuummäßigen Trennung der Prozeßstationen erfüllen Anlagen zum Beschichten von Halbleiterscheiben durch Hochratesputtern mit Prozeßstationen mit einer Eingabestation und einer Ausgabes'.ation in Reihe angeordnet, in denen die Prozeßstationen gegeneinander durch Spaltventile vrOiumtechnisch getrennt sind. Der ι ransport der Substrate erfolgt in waagerechter Lage durch Metallbänder, und die Bearbeitung erfolgt mit in senkrechter Lage gekippten Substraten. Diese Anordnung hat als Nachteil, daß die Substrate beim waagerechten Transport verunreinigt werden können. Außerdem müssen die Substrate durch eine Vorrichtung in die senkrechte Lage gekiopt werden und beim Transport von einer Prozeßstation indie nächste von einem Transportband auf das nachfolgende übergeben werden. Disses Prinzip erfordert umfangreiche Bewegungsmechanismen im Vakuum, insbesondere bei der Übergabe durch die Spaltventüe. Dies führt zu vielen Reibstellen an den Substraten, erhöht somit die Gefahr der Partikelerzeugung weiterhin, was sich letztlich ii jnzulässig vielen Defekten auf der Obei fläche der zu beschichtenden Substrate auswirkt.The requirement of the vertical arrangement of the substrates in the process station and the vacuum separation of the process stations meet plants for coating of semiconductor wafers by high-speed sputtering with process stations with an input station and a Ausgabes'.ation arranged in series, in which the process stations vrOiumtechnisch are separated from each other by gap valves. The transport of the substrates takes place in a horizontal position by means of metal strips, and the processing takes place with substrates tilted in a vertical position. This arrangement has the disadvantage that the substrates can be contaminated during horizontal transport. In addition, the substrates must be gekiopt by a device in the vertical position and transferred during transport from one process station in the next from one conveyor belt to the next. Disse's principle requires extensive movement mechanisms in vacuum, especially when passing through the gap valve. This leads to many friction points on the substrates, thus further increasing the risk of particle generation, which ultimately adversely affects many defects on the surface of the substrates to be coated.
In einer anderen gerätetechnischen Lösung zum Beschichten von Halbleiterscheiben durch Hochratesputtern sind 3 Proießstationen zusammen mit einer Substrateir.-Aausgabestation roiationssymmetrisch um eine waagerechte Achse angeordnet. Die Substrate werden auf einer senkrecht stehenden Tiansport-Drehscheibe in einer Transport-Vakuumkammer vor die jeweilige Prozeßstation transportiert. Das Abdichten der Prozeßstationen erfolgt durch Andrücken einer Dichtplatte und Verschieber, der Transport-Drehscheibe (Anlage MRC ECLIPSE; Elextronics, May 12,1986). Diese Anordnung hat die Nachteile, daß eine federkraftgestützte Substrathalterung erforderlich ist, da die Substrate auf der Transport-Drehscheibe „über Kopf" gedreht werden, und daß die Substrate übereinander und unterhalb von Bewegungsmechanismen zu liegen kommen. Daraus resultiert eine Erhöhung der Partikelerzeugung und damit der Defektdichte auf den Substraten.In another device-specific solution for the coating of semiconductor wafers by high-speed sputtering, 3 casting stations are arranged in a rotationally symmetrical manner about a horizontal axis together with a substrate-emitting output station. The substrates are transported on a vertical Tiansport turntable in a transport vacuum chamber in front of the respective process station. The process stations are sealed by pressing on a sealing plate and shifter, the transport hub (MRC ECLIPSE system, Elextronics, May 12,1986). This arrangement has the disadvantages of requiring a spring-assisted substrate support because the substrates on the transport turntable are rotated "upside down", and the substrates come to lie above and below moving mechanisms, resulting in an increase in particle generation and hence in particle size Defect density on the substrates.
Dieses Anlagenkcnzept ist hinsichtlich der Substratgröße begrenzt und bietet kaum Grweiterungsmöglichkeitan hinsichtlich der Anzahl der Prozeßstationen. Die Anordnung der erforderlichen Vakuumpumpsysteme an einer Transport-Vakuumkammer mit senkrecht stehender Transport-Drehscheibe ist kompliziert und macht die Wartung einer solchen Anlüge schwierig.This plant concept is limited in substrate size and offers little scope for expansion in terms of the number of process stations. The arrangement of the required vacuum pumping systems on a transport vacuum chamber with a vertical transport hub is complicated and makes the maintenance of such a situation difficult.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, in Anlagen mit mehreren Prozeßstationen zur Bearbeitung der Substrate die Mangel des Standes der Technik zu überwinden und die Bearbeitung bei möglichst geringer Partikelerzeugung und damit möglichst niedriger Defektdichte zu erzielen, wobei eine möglichst hohe Arbeitsproduk* ivität zu erreichen ist.The aim of the invention is to overcome the deficiency of the prior art in systems with multiple process stations for processing the substrates and to achieve the processing with the lowest possible particle generation and thus the lowest possible defect density, whereby the highest possible Arbeitsproduk ¬ is reached.
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vakuumtechnologische Bearbeitung, insbesondere die Beschichtung im Vakuum, mit einfach gehaiterten Substraten zu lösen, die schrittweise von Prozeßstation zu Prozeßstation transportiert werden und während der Durchführung der Teilprozesse vakuummäßig getrennt sind. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Einrichtung, bestehend aus einem Drehkorb mit vertikaler Achse, auf dem die Substrate angebt acht sind, der in einem Rezipienten rotiert und mit einer dem vakuumtechno'cpischen Prozeß entsprechenden Anzahl von Prozeßstationen sowie einer Schleuse zum Ein- und Ausbringen der Substrate, d3rlorch gelöst, daß der Rezipient als Transportkammer axialsymmetrisch ausgebildet ist und die Prozeßkammer und Schleuse außen radial angeordnet sind. Die Prozeßkammern sind an dem Rezipienten dicht angeflanscht und ebenso wie die Transportkammer evakuierbar. In jeder Prozeßkamme; ist eine ventilartige Dichteinrichtung angeordnet, die die Prozeßkammer während dem vakuümtechnologischen 3rozeß mit dem Drehkorb direkt vakuumdicht vi. bindet, so daß die Transportkammer von der Prozeßkammer vakuummäßig getrennt ist.The invention has for its object to solve the vacuum technological processing, in particular the coating in a vacuum, with simply gehaiterten substrates that are transported step by step from process station to process station and are vacuum-separated during the implementation of the sub-processes. According to the invention the object with a device consisting of a rotary basket with a vertical axis on which the substrates are eight attached, which rotates in a recipient and with a vacuum-techno'cpischen process corresponding number of process stations and a lock for loading and unloading Substrates, d3 rl orch solved that the recipient is axially symmetrical as a transport chamber and the process chamber and lock are arranged radially on the outside. The process chambers are tightly flanged to the recipient and as well as the transport chamber evacuated. In every process comb; a valve-like sealing device is arranged, the process chamber during the vakuümtechnologischer 3 process with the rotary basket directly vacuum-tight vi. binds, so that the transport chamber is vacuum-separated from the process chamber.
Die lichte öffnung der Ventileinrichtung ist größer als die Fläche des Substrates. Somit erfolgt die Abdichtung an einer Dichtfläche an dem Drehkorb außerhalb der Substrate und deren Halterung sowie an einer Dichtfläche an der Transportkammerwand. Beim schrittweisen Transport der Substrate, d. h. während der Bewegung des Drehkorbes, sind die Dichteinrichtungen geöffnet. Zur Verringerung des zu evakuierenden Volumens der Transportkammer ist es vorteilhaft, diese als Hohlzylinder auszubilden und den Abstand der beiden Wände von dem Drehkorb so zu wählen, daß der Substrattransport gerade möglich ist.The clear opening of the valve device is larger than the surface of the substrate. Thus, the sealing takes place on a sealing surface on the rotary basket outside the substrates and their support and on a sealing surface on the transport chamber wall. In the stepwise transport of the substrates, d. H. during the movement of the rotating basket, the sealing devices are open. To reduce the volume of the transport chamber to be evacuated, it is advantageous to design these as hollow cylinders and to choose the spacing of the two walls from the rotary basket so that the substrate transport is just possible.
Es ist vorteilhaft, die Dichteinrichtung so auszubilden und anzuordnen, daß sie in radialer Richtung von außen über eine Vakuumdurchführung bewegbar ist.It is advantageous to design the sealing means and arranged to be movable in r adialer direction from the outside via a vacuum feedthrough.
Die ringförmige Dichteinrichtung ist mit einem Kühlwasserkanal versehen. Da diese in den Prozeßstationen Dampf- und Wärmestrah' jng ausgesetzt ist, v/ird dadurch die Beschädigung der beiden erforderlichen Dichtungen und die Abgabe störender Dämpfe durch Erwärmung verhindert. Schließlich ist es für Wartungsarbeiten vorteilhaft, wenn die Prczeßkammern lösbar, vakuumdicht angeflanscht s'nd. Dieser modulare konstruktive Aufbau vereinfacht auch die Montage.The annular sealing device is provided with a cooling water channel. Since these are exposed to steam and heat radiation in the process stations, the damage to the two required seals and the emission of disturbing vapors by heating are thereby prevented. Finally, it is advantageous for maintenance work, when the Prczesskammern releasably, vacuum-tight flanged s'nd. This modular design also simplifies assembly.
In den Prozeßstationen erfolgen viie unterschiedlichen Bearbeitungs-Teilprozosse entsprechend dem durchzuführenden Vorfahren. Wird die Einrichtung z. U. zur Beschichtung von Substraten durch Sputtern benutzt, sind typische Teilprozesse das Heizen, das lonenätzen, das Beschichten sowie andere Hilfsprozasse.In the process stations, there are four different processing sub-processes corresponding to the ancestor to be performed. If the device z. U. used for coating substrates by sputtering, typical sub-processes are heating, ion etching, coating and other Hilfsprozasse.
Eine hohe Produktivität wird erreicht, wenn die Anzahl der Substrate gleich oder größer der Zahl der Prozeßstationen ist und die Teilprozesse an unterschiedlichen Substraten gleichzeitig ablaufen.A high productivity is achieved when the number of substrates is equal to or greater than the number of process stations and the sub-processes occur simultaneously on different substrates.
Durch die erfindungsgemäße Einrichtung ist einerseits der schrittweise Transport der Substrate in der Transportkammer gewährleistet und andererseits sind während der Durchführung der Teilprozesse in den unterschiedlichen Prozeßstationen die Prozeßstationen gegeneinander bzw. gegen die Transportkammer vakuummäßig getrennt.By means of the device according to the invention, on the one hand the stepwise transport of the substrates in the transport chamber is ensured and, on the other hand, during the execution of the subprocesses in the different process stations, the process stations are vacuum-separated from one another or from the transport chamber.
Auf dieser Weise wird erreicht, daß in jeder Prozeßstation, unabhängig von den Druckverhältnissen in den anderen Prozeßstationen und in der Transportkammer, die vakuumtechnischen Bedingungen bzw. notwendigen Arbeitsdruckverhältnisse eingestellt werden können.In this way it is achieved that in each process station, regardless of the pressure conditions in the other process stations and in the transport chamber, the vacuum technical conditions or necessary working pressure ratios can be adjusted.
Das Substrat ist in einer vollen Fläche Bestandteil der Prozeßstation und kann durch die Dichleini ichtung hindurch einem Teilbearbeitungsprozeß iMterzogen werden. Ist der Teilprozeß ein Sputterprozeß, so wird der in der Sputterquelle erzeugte Teilchenstrom durch die Öffnung der Dichteinrich'.ung hindurch ungestört auf der Substratoborfläche zur Kondensation gebracht. Es ist weiterhin gewährleistet, daß auch das Volumen der Prozeßkammer konstruktiv minimal gehalten werdenThe substrate is part of the process station in a full area and can be pulled through the parting process by the dichroic seal. If the partial process is a sputtering process, then the particle stream generated in the sputtering source is brought through the opening of the sealing device undisturbed on the Substratoborfläche for condensation. It is further ensured that the volume of the process chamber are kept structurally minimal
Während der Durchführung eines Teilprozesses ist lediglich das Substrat und seine Halterung Bestandteil der Prozeßkammer, die nicht durch funktionsbedingte Teile für den Transport belastet wird. Die Elimination von kinematischen Teilen für den Transport ist eine zwingende Voraussetzung für die Erzielung defektarmei' Schichten, was durch diese Lösung gewährleistetDuring the implementation of a sub-process, only the substrate and its holder is part of the process chamber, which is not burdened by functional parts for transport. The elimination of kinematic parts for transport is a mandatory requirement for achieving low-defect layers, which is ensured by this solution
Voraussetzung für das Funktionieren der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß die Mantelfläche des Drehkorbes massiv und vak'iumdicht ausgeführt ist, um einerseits die Kräfte der Ventilvorrichtung aufzunehmen, andererseits muß sie die vakuumtechnische Trennung von Prozeßkammer gegenüber Tfansportkammer gewährleisten.Prerequisite for the functioning of the device according to the invention is that the lateral surface of the rotating basket is made solid and vak'iumdicht to one hand to absorb the forces of the valve device, on the other hand, it must ensure the vacuum separation of the process chamber to Tfansportkammer.
Ausführungsbeispielembodiment
Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Einrichtung zur Plasmatronbeschichtung mit den zugehörigen Prozeßstationen im Horizontalschnitt.The accompanying drawing shows a device for Plasmatronbeschichtung with the associated process stations in horizontal section.
In einer axialsymmetiischen Transportkammer 1 mit den zylindrischen Wandungen 2 und 3 ist ein Drehkorb 4 vertikal angeordnet. Die Transportkammer 1 wird über den Saugstutzen 5 evakuiert. Auf dem Drehkorb 4 sind in einer 90°-Teilung Substrate 6 in Halterungen 7 befestigt.In an axial symmetrical transport chamber 1 with the cylindrical walls 2 and 3, a rotary basket 4 is arranged vertically. The transport chamber 1 is evacuated via the suction nozzle 5. On the rotary basket 4 substrates 6 are mounted in brackets 7 in a 90 ° division.
Die Substrate 6 haben einen Durchmesser von V30mm.The substrates 6 have a diameter of V30mm.
der Trar.sportkammer sind in eii.er 90°-Teilung drei Prozeßkammern 9 mit Saugstutzen 10 für je einen Vakuumerzeugerangeordnet. Im Bereich jeder Prozeßkammer 9 hat die Wandung 2 Dichtflächen 11. In den Prozeßkammern 9 sind zurthe Trar.sportkammer are in eii.er 90 ° division three process chambers 9 arranged with suction nozzle 10 for each one vacuum generator. In the area of each process chamber 9, the wall has 2 sealing surfaces 11. In the process chambers 9 are for
angeordnet. Über eine Schleuse 15 (nur symbolisch dargestellt) werden die Substrate 6 ein- und ausgebracht.arranged. About a lock 15 (shown only symbolically), the substrates 6 are applied and discharged.
der Dichteinrichtung 16 hat einen Durchmesser von 180mm.the sealing device 16 has a diameter of 180mm.
von 0,5Pa Ar eingestellt.of 0.5 Pa Ar.
geöffnet. Die Substrate 6 befinden sich außerhalb der Dichteinrichtung 16, und der Drehkorb 4 kann um 90° gedreht werden.open. The substrates 6 are located outside the sealing device 16, and the rotary basket 4 can be rotated by 90 °.
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DD30798087A DD267515A1 (en) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | DEVICE FOR PROCESSING SUBSTRATES IN THE VACUUM IN MULTIPLE PROCESS STATIONS |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19628102A1 (en) * | 1996-07-12 | 1998-01-15 | Bayerische Motoren Werke Ag | Vacuum coating system with a coating chamber and at least one source chamber |
DE102004055388A1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-18 | Jrw Technology + Engineering Gmbh | Device for processing workpieces in a vacuum |
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1987
- 1987-10-15 DD DD30798087A patent/DD267515A1/en not_active IP Right Cessation
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