JP2001284334A - 基板処理方法 - Google Patents

基板処理方法

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JP2001284334A
JP2001284334A JP2000093132A JP2000093132A JP2001284334A JP 2001284334 A JP2001284334 A JP 2001284334A JP 2000093132 A JP2000093132 A JP 2000093132A JP 2000093132 A JP2000093132 A JP 2000093132A JP 2001284334 A JP2001284334 A JP 2001284334A
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chamber
wafer
cooling
furnace
cvd
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JP2000093132A
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Yukinori Yuya
幸則 油谷
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハの冷却時間を短縮する。 【解決手段】 搬送チャンバとカセットチャンバとクー
リングチャンバとCVDチャンバとを備えたマルチチャ
ンバ型CVD装置によりウエハに成膜処理を実施する成
膜処理方法において、クーリングチャンバの冷却装置3
0の冷却室32にウエハ1をその下面外周辺の一部に下
から係合して保持する三段の保持棚36A、36B、3
6Cを上中下段に整列して形成し、中段保持棚36Cに
は吸熱用ウエハ37を予め装着しておく。冷却に際し
て、CVDチャンバで成膜された二枚のウエハ1、1は
上段保持棚36Aと下段保持棚36Cにウエハ移載装置
18のツィーザ18aによって移載され、中段保持棚3
6Bの吸熱用ウエハ37で熱交換されることにより、強
制的に冷却される。 【効果】 ウエハの冷却時間を短縮することでスループ
ットを向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理方法、特
に、被処理基板の冷却技術に関し、例えば、半導体装置
の製造工場において、シリコンウエハ(以下、ウエハと
いう。)に酸化シリコン(SiO2 )や窒化シリコン
(SiNx)および金属等を成膜するマルチチャンバ型
CVD装置に利用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工場において、ウエハ
に酸化シリコンや窒化シリコンおよび金属等を成膜する
のに、次のようなマルチチャンバ型CVD装置が使用さ
れることがある。すなわち、このマルチチャンバ型CV
D装置は、ウエハに酸化シリコンや窒化シリコンおよび
金属等を成膜するための二基のCVDチャンバと、ウエ
ハを冷却するための二基のクーリングチャンバと、複数
枚のウエハを保持したカセットを収容するための二基の
カセットチャンバとを備えており、これらのチャンバが
ウエハを搬送して各チャンバに搬入搬出するためのウエ
ハ移載装置が設置された搬送チャンバの周りに配置され
て構成されている。
【0003】そして、このマルチチャンバ型CVD装置
においては、クーリングチャンバの壁体の内部に冷却水
を流通させてチャンバ自体を強制冷却させつつ、クーリ
ングチャンバに冷媒として窒素ガスを流してウエハを強
制冷却させるウエハ冷却方法が、採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たマルチチャンバ型CVD装置のウエハ冷却方法におい
ては、被冷却物であるウエハと冷媒である窒素ガスとの
熱交換効率が低いため、ウエハを冷却することができな
いばかりでなく、ウエハの熱をチャンバ壁に吸収させる
ためにウエハとチャンバ壁との距離を短縮してもウエハ
の熱を吸収することができない。その結果、ウエハの冷
却時間が長くなるため、スループットを向上することが
できない。
【0005】本発明の目的は、被処理基板の冷却時間を
短縮することができる基板処理方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の手段は、被処理基板を吸熱部材に隣合うように配置し
て被処理基板の熱を吸熱部材によって吸熱させることを
特徴とする。
【0007】前記した手段によれば、被処理基板の熱を
吸熱部材によって効率よく吸収することができるため、
被処理基板を効果的に冷却することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。
【0009】本実施の形態において、本発明に係る基板
処理方法は、半導体装置の製造工場においてウエハに酸
化シリコンや窒化シリコン等の絶縁膜を成膜したり、ウ
エハに五酸化タンタル(Ta25 )やルテニウム(R
u)等の金属膜を成膜するものとして使用されており、
マルチチャンバ型CVD装置によって実施される。
【0010】図1および図2に示されているように、マ
ルチチャンバ型CVD装置10は五角形の筒形状に形成
された搬送チャンバ11を備えており、その底辺には第
一カセットチャンバ12および第二カセットチャンバ1
3が隣接してそれぞれ配置されている。搬送チャンバ1
1の一対の対辺には第一クーリングチャンバ14および
第二クーリングチャンバ15がそれぞれ配置されてお
り、その一対の斜辺には第一CVDチャンバ16および
第二CVDチャンバ17がそれぞれ配置されている。搬
送チャンバ11の内部にはウエハを各チャンバ12〜1
7に対して搬入搬出するための搬送装置としてのウエハ
移載装置18が設備されている。第一カセットチャンバ
12および第二カセットチャンバ13と搬送チャンバ1
1との間にはゲートバルブ19がそれぞれ介設されてい
る。
【0011】マルチチャンバ型CVD装置10は各チャ
ンバやウエハ移載装置等を制御するための図3に示され
た制御システム20を備えている。図3に示されている
ように、制御システム20はパーソナルコンピュータや
FAコンピュータ等から構築されたメインコントローラ
21を備えており、メインコントローラ21にはフロー
パネルやキーボード、タッチパネル、マウス、ディスプ
レイ、プリンタおよび音声警報装置等の入出力装置22
が接続されている。
【0012】メインコントローラ21には各種のサブコ
ントローラ23〜27が接続されている。圧力制御サブ
コントローラ23は搬送チャンバ11やカセットチャン
バ12、13等の圧力を排気装置(図示せず)を介して
制御するようになっている。クーリングチャンバサブコ
ントローラ24は両クーリングチャンバ14、15の温
度を熱交換器等を介して制御するようになっている。第
一CVDチャンバサブコントローラ25および第二CV
Dチャンバサブコントローラ26は第一CVDチャンバ
16および第二CVDチャンバ17をヒータや原料ガス
供給装置等を介して制御するようになっている。移載装
置サブコントローラ27はウエハ移載装置18を電動モ
ータ等を介して制御するようになっている。
【0013】メインコントローラ21には記憶装置28
が接続されており、記憶装置28には搬送制御において
使用されるフローやテーブル等が記憶されるようになっ
ている。また、メインコントローラ21は半導体装置の
製造工程を統括的に管理かつ生産制御するためのホスト
コンピュータ29に接続されており、ホストコンピュー
タ29からは成膜や冷却および搬送等の制御に必要な新
規ロットのレシピ番号等の情報を入手するようになって
いる。
【0014】本実施の形態において、第一クーリングチ
ャンバ14および第二クーリングチャンバ15はいずれ
も図4に示された冷却装置30によって構成されてい
る。すなわち、図4に示されているように、冷却装置3
0は平面視がウエハ1の外径よりも大径の正方形(図1
参照)の箱形状に形成された筐体31を備えており、筐
体31の内部室は冷却室32を形成している。筐体31
の一側壁の中間高さ位置にはウエハ1を出し入れするた
めのウエハ搬入搬出口33が二枚のウエハ1、1を通過
させ得るように開設されており、搬入搬出口33は搬送
チャンバ11の内部室と冷却室32とを連通させるよう
になっている。筐体31の壁体34内には冷却水が循環
する冷却水路35が配管されており、冷却室32は冷却
水路35を循環する冷却水によって冷却されるようにな
っている。
【0015】冷却室32の内部には三段の保持棚36
A、36B、36Cが同一の垂直軸上において上中下段
に整列されており、上中下段の保持棚36A、36B、
36Cはウエハ1をその下面外周辺の一部に下から係合
することによってそれぞれ一枚ずつ保持するように構成
されている。上から一段目の保持棚(以下、上段保持棚
という。)36Aと上から二段目の保持棚(以下、中段
保持棚という。)36Bとの間隔、および、中段保持棚
36Bと上から三段目の保持棚(以下、下段保持棚とい
う。)36Cとの間隔は、後記する二枚葉式CVD装置
40の保持治具43の上下の間隔の略半分とそれぞれ等
しくなるように設定されている。そして、本実施の形態
において、中段保持棚36Bには吸熱部材としての成膜
処理されないウエハ(以下、吸熱用ウエハという。)3
7が予め挿入されて保持されるようになっている。
【0016】本実施の形態において、第一CVDチャン
バ16および第二CVDチャンバ17はいずれもホット
ウォール型二枚葉式減圧CVD装置(以下、二枚葉式C
VD装置という。)によってそれぞれ構成されている。
【0017】図5に詳しく示されているように、二枚葉
式CVD装置40は耐熱性が有り重金属汚染等を防止可
能な材料の一例である石英ガラスによって形成されたプ
ロセスチューブ41を備えている。プロセスチューブ4
1は両端が開口した角筒形状に形成されており、中心線
が水平になるように横置きされている。プロセスチュー
ブ41の内部室は処理室42を実質的に形成しており、
処理室42の内部には保持治具43が配置されている。
保持治具43はプロセスチューブ41と同様に石英ガラ
スによって形成されており、二枚のウエハ1、1を上段
と下段とで水平に保持するように構成されている。
【0018】プロセスチューブ41の外部には断熱槽4
4によって包囲されたヒータ45がプロセスチューブ4
1の周囲を包囲するように装備されており、ヒータ45
は処理室42の内部を全体にわたって均一に加熱するよ
うに構成されている。
【0019】プロセスチューブ41の一端開口は被処理
基板としてのウエハ1を出し入れするための炉口を実質
的に構成しており、炉口にはゲートバルブ46が装着さ
れた炉口部材47が連結されている。プロセスチューブ
41の炉口部材47は搬送チャンバ11に隣接して連結
されており、ウエハ1は搬送チャンバ11の内部室と処
理室42との間をゲートバルブ46の開閉によって搬入
搬出されるようになっている。また、プロセスチューブ
41の他端開口は炉端口を実質的に構成しており、炉端
口には開口を塞ぐ炉端部材48が連結されている。
【0020】炉口部材47および炉端部材48の上側壁
には、複数個のガス供給口49が長手方向に並べられて
開設された炉口側ガス供給口部材50Aおよび炉端側ガ
ス供給口部材50Bがそれぞれ取り付けられており、炉
口側ガス供給口部材50Aには炉口側ガス供給路51A
が接続され、炉端側ガス供給口部材50Bには炉端側ガ
ス供給路51Bが接続されている。炉口側ガス供給路5
1Aと炉端側ガス供給路51Bとはいずれも方向制御弁
52を介して原料ガス供給装置53に接続されている。
方向制御弁52は原料ガスの供給を炉口側ガス供給路5
1Aと炉端側ガス供給路51Bとの間で切り換えるよう
に構成されている。
【0021】炉口部材47の下側壁および炉端部材48
の下側壁には炉口側排気口54Aおよび炉端側排気口5
4Bがそれぞれ開設されており、炉口側排気口54Aお
よび炉端側排気口54Bには炉口側排気路55Aおよび
炉端側排気路55Bがそれぞれ接続されている。炉口側
排気路55Aおよび炉端側排気路55Bには開閉を切り
換える炉口側切換弁56Aおよび炉端側切換弁56Bが
それぞれ介設されており、炉口側排気路55Aおよび炉
端側排気路55Bは炉口側切換弁56Aおよび炉端側切
換弁56Bの下流側においてメイン排気路57に接続さ
れている。メイン排気路57は真空ポンプ等によって構
成された排気装置59に可変流量制御弁58を介して接
続されている。方向制御弁52や原料ガス供給装置5
3、炉口側切換弁56Aおよび炉端側切換弁56B等は
第一CVDチャンバサブコントローラ25および第二C
VDチャンバサブコントローラ26によって制御される
ように構成されている。
【0022】本実施の形態において、ウエハ移載装置1
8はスカラ形ロボット(selective compliance assembl
y robot arm SCARA)によって構成されており、
図4(a)に示されているように、二枚のツィーザ18
a、18aによって二枚のウエハ1、1を同時に搬送す
るようになっている。
【0023】以下、本発明の一実施の形態であるウエハ
の成膜処理方法を前記構成に係るマルチチャンバ型CV
D装置10を使用した場合について説明する。
【0024】なお、説明の便宜上、第一CVDチャンバ
16および第二CVDチャンバ17のいずれにおいても
ゲート用絶縁膜としての五酸化タンタル(Ta25
膜がウエハ1に形成されるものとし、第一カセットチャ
ンバ12、第一クーリングチャンバ14および第一CV
Dチャンバ16が使用される場合について代表的に説明
する。
【0025】これから五酸化タンタルを成膜されるウエ
ハ1は二十五枚がキャリア治具としてのカセット2に収
納された状態で、第一カセットチャンバ12に供給され
る。第一カセットチャンバ12のカセット2に収納され
たウエハ1は二枚がウエハ移載装置18によってピック
アップされて搬出され、第一CVDチャンバ16に搬送
される。すなわち、カセット2に保持された二十五枚の
ウエハのうち二枚のウエハ1、1が、ウエハ移載装置1
8の上下二段のツィーザ18a、18aによってピック
アップされて、移載装置サブコントローラ27の制御に
よるウエハ移載装置18の作動によって第一CVDチャ
ンバ16に搬送される。
【0026】ウエハ移載装置18によって第一CVDチ
ャンバ16に搬送された二枚のウエハ1、1は二枚葉式
CVD装置40の処理室42に炉口から搬入されて、二
枚のツィーザ18a、18aから保持治具43に受け渡
され、図5に示されているように、保持治具43によっ
て上下二段で水平に保持される。
【0027】一方、二枚葉式CVD装置40において、
炉口側切換弁56Aまたは炉端側切換弁56Bが開かれ
ることによって、処理室42の内部が所定の真空度(例
えば、50〜500Pa)に排気装置59によって排気
される。また、処理室42の内部がヒータ45によって
所定の温度(例えば、約400℃)に全体にわたって均
一に加熱される。
【0028】次いで、Ta25 膜を形成するための原
料ガスとして、ペンタエトキシタンタル〔Ta(OC2
55 〕と酸素(O2 )との混合ガスが処理室42の
内部に原料ガス供給装置53によって供給される。処理
室42に流入した原料ガスは保持治具43に保持された
二枚のウエハ1、1に接触しながら処理室42を流れ
て、炉口側排気口54Aまたは炉端側排気口54Bから
排気される。ウエハ1に接触した原料ガスは熱エネルギ
ーによって化学反応が進んだ状態になっているため、原
料成分によるCVD反応によってTa25 膜がウエハ
1に堆積(デポジション)される。
【0029】ちなみに、CVD膜をウエハ1の全体にわ
たって均一に形成させるために、原料ガスの供給が炉口
側ガス供給路51Aと炉端側ガス供給路51Bとの間で
方向制御弁52によって適宜に切り換えられ、同時に、
排気が炉口側排気路55Aと炉端側排気路55Bとの間
で炉口側切換弁56Aと炉端側切換弁56Bとによって
切り換えられる。
【0030】所定の時間が経過すると、原料ガス供給装
置53の原料ガスの供給が第一CVDチャンバサブコン
トローラ25の制御によって停止され、ゲートバルブ4
6が第一CVDチャンバサブコントローラ25の制御に
よって開放される。保持治具43上の成膜された二枚の
ウエハ1、1は移載装置サブコントローラ27の制御に
よるウエハ移載装置18の上下二段のツィーザ18a、
18aの作動によって保持治具43からピックアップさ
れて処理室42から搬出される。
【0031】二枚葉式CVD装置40の処理室42から
ウエハ移載装置18の上下二段のツィーザ18a、18
aによって搬出された二枚のウエハ1、1はそのままの
状態で、第一CVDチャンバ16から第一クーリングチ
ャンバ14に移載装置サブコントローラ27の制御によ
るウエハ移載装置18の作動によって搬送される。
【0032】図4に示されているように、第一クーリン
グチャンバ14に搬送された二枚のウエハ1、1は第一
クーリングチャンバ14の冷却装置30の上段保持棚3
6Aおよび下段保持棚36Cにそれぞれ受け渡される。
二枚のウエハ1、1を上段保持棚36Aおよび下段保持
棚36Cに受け渡すと、二段のツィーザ18a、18a
は移載装置サブコントローラ27の制御によるウエハ移
載装置18の作動によって後退され、第一カセットチャ
ンバ12に移動される。
【0033】一方、二枚のウエハ1、1を上段保持棚3
6Aおよび下段保持棚36Cが保持すると、上段保持棚
36Aおよび下段保持棚36Cによって保持されたウエ
ハ1、1は中段保持棚36Bに予め装着されて保持され
た吸熱用ウエハ37によって熱交換されることにより、
強制的に冷却される。なお、吸熱用ウエハ37は汚染の
度合い等によって定期的または不定期的に交換される。
この交換に際して、吸熱用ウエハ37が使用されている
と、ウエハ移載装置18によって被処理ウエハ1の搬入
搬出に準じて中段保持棚36Bに搬入搬出することがで
きる。
【0034】所定の冷却時間が経過すると、上段保持棚
36Aおよび下段保持棚36C上の冷却された二枚のウ
エハ1、1は移載装置サブコントローラ27の制御によ
るウエハ移載装置18の上下二段のツィーザ18a、1
8aの作動によって上段保持棚36Aおよび下段保持棚
36Cからピックアップされて冷却室32から搬出され
る。
【0035】冷却装置30の冷却室32からウエハ移載
装置18の上下二段のツィーザ18a、18aによって
搬出された二枚のウエハ1、1はそのままの状態で、第
一クーリングチャンバ14から第一カセットチャンバ1
2に移載装置サブコントローラ27の制御によるウエハ
移載装置18の作動によって搬送される。
【0036】そして、第一カセットチャンバ12に搬送
された二枚のウエハ1、1は、第一カセットチャンバ1
2の元のカセット2における元のスロットに上下二段の
ツィーザ18a、18aからそれぞれ受け渡される。以
降、前述した作動が繰り返される。
【0037】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、ウエハの熱を吸熱用ウエハによって効率よく吸収す
ることができるため、ウエハを効果的に冷却することが
できる。また、吸熱部材として処理しないウエハを使用
することにより、被処理ウエハが吸熱部材によって汚染
されるのを防止することができる。
【0038】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
更が可能であることはいうまでもない。
【0039】例えば、吸熱部材としては処理しないウエ
ハを使用するに限らず、アルミニウムやステンレスおよ
び石英等の材料を使用してウエハの形状に形成された専
用の吸熱部材を使用してもよい。専用の吸熱部材を使用
する場合には、吸熱性の高い黒色被膜(黒アルマイト)
等の使用も考えられるが、被処理ウエハに対する汚染対
策を配慮することが望ましい。
【0040】吸熱部材は被処理ウエハの片脇に隣り合わ
せに配置するに限らず、両脇に隣り合わせに配置しても
よい。
【0041】クーリングチャンバは二基設置するに限ら
ず、一基でもよいし三基以上設置してもよい。
【0042】処理チャンバは二枚葉式CVD装置によっ
て構成するに限らず、一枚葉式CVD装置やプラズマC
VD装置、スパッタリング装置、ドライエッチング装置
等によって構成してもよい。
【0043】前記実施の形態においてはクーリングチャ
ンバを備えたマルチチャンバ型CVD装置を使用した基
板処理方法に適用した場合について説明したが、本発明
はこれに限らず、カセットチャンバの代わりにウエハ載
置チャンバを設け、チャンバ外に置かれたカセットから
ウエハのみをウエハ載置チャンバに搬入搬出させるクー
リングチャンバを備えないCVD装置にも適用すること
ができ、また、枚葉クラスタ式スパッタリング装置やマ
ルチチャンバ型ドライエッチング装置等の基板処理装置
を使用した基板処理方法全般に適用することができる。
【0044】前記実施の形態においては、半導体装置の
製造方法の前工程に使用される場合について説明した
が、LCDの製造方法に使用される場合にも適用するこ
とができる。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、被処理基板の熱を
吸熱部材によって効率よく吸収することができるため、
被処理基板を効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるウエハ成膜処理方
法が実施されるマルチチャンバ型CVD装置を示す概略
平面図である。
【図2】その側面図である。
【図3】その制御システムを示すブロック図である。
【図4】冷却装置を示しており、(a)は正面断面図、
(b)は主要部の斜視図である。
【図5】二枚葉式CVD装置を示す正面断面図である。
【符号の説明】
1…ウエハ(被処理基板)、2…カセット、10…マル
チチャンバ型CVD装置(基板処理装置)、11…搬送
チャンバ、12…第一カセットチャンバ、13…第二カ
セットチャンバ、14…第一クーリングチャンバ、15
…第二クーリングチャンバ、16…第一CVDチャン
バ、17…第二CVDチャンバ、18…ウエハ移載装
置、19…ゲートバルブ、20…制御システム、21…
メインコントローラ、22…入出力装置、23…圧力制
御サブコントローラ、24…クーリングチャンバサブコ
ントローラ、25…第一CVDチャンバサブコントロー
ラ、26…第二CVDチャンバサブコントローラ、27
…移載装置サブコントローラ、28…記憶装置、29…
ホストコンピュータ、30…二枚用の冷却装置、31…
筐体、32…冷却室、33…ウエハ搬入搬出口、34…
壁体、35…冷却水路、36A、36B、36C…保持
棚、37…吸熱用ウエハ(吸熱部材)、40…二枚葉式
CVD装置(ホットウォール型二枚葉式減圧CVD装
置)、41…プロセスチューブ、42…処理室、43…
保持治具、44…断熱槽、45…ヒータ、46…ゲート
バルブ、47…炉口部材、48…炉端部材、49…ガス
供給口、50A…炉口側ガス供給口部材、50B…炉端
側ガス供給口部材、51A…炉口側ガス供給路、51B
…炉端側ガス供給路、52…方向制御弁、53…原料ガ
ス供給装置、54A…炉口側排気口、54B…炉端側排
気口、55A…炉口側排気路、55B…炉端側排気路、
56A…炉口側切換弁、56B…炉端側切換弁、57…
メイン排気路、58…可変流量制御弁、59…排気装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 CA04 CA12 GA02 GA12 KA26 5F031 CA02 DA01 FA01 FA09 FA11 FA12 GA03 GA47 GA48 HA09 HA38 MA04 MA28 NA05 5F045 AA06 AB31 AB32 AB33 AC09 AC11 AD08 BB14 DP11 DQ17 EB02 EB08 EB09 EJ02 EM10 EN04 HA24

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理基板を吸熱部材に隣合うように配
    置して被処理基板の熱を吸熱部材によって吸熱させるこ
    とを特徴とする基板処理方法。
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JP (1) JP2001284334A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014084494A (ja) * 2012-10-23 2014-05-12 Tohoku Univ 結晶配向制御装置、及びそれを備えた成膜装置、アニール装置並びに結晶配向制御方法

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