JP2004091905A - 複合真空処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複合真空処理装置は、ワーク25に対してそれぞれ所定の処理を行う処理手段を備えた複数の処理室3、4、5、6を上下に重ねて縦方向に配置している。上下の処理室3、4、5、6を仕切る隔壁7、11、15に上下縦方向に連通口8、12、16を設け、処理室3、4、5、6の外部からの操作により、前記連通口8、12、16を開閉する遮断弁9、13、17を設け、少なくとも一部の遮断弁9、13上にワーク25を処理する処理手段10、14を設けた。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中で金属材料や半導体基板等のワークの表面に複合的に処理を行う複合真空処理装置に関する。例えばワークの表面を清浄化し、さらに腐食、金属被覆、有機膜被覆等、必要に応じて真空中で複数種類の表面処理を可能にすることを目的とした複合真空処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属材料や半導体基板等のワークの処理として、必要に応じて、加熱、表面エッチング、表面への成膜等の処理が行われる。これらの処理は、ワークの処理の目的により前後して複合的に行われることが多い。例えば、真空中において、加熱炉による加熱、アルゴンイオンによるボンバードエッチング、スパッタコーティング、プラズマCVD(化学的気相堆積法)等の手段でワークの処理が行われる。
【0003】
それぞれの処理に当たっては、例えばワークを真空チャンバ内に収納した後、真空チャンバ内を減圧しながら加熱することにより、真空チャンバの内壁やワークの表面に吸着した汚染物体等の分子を放出するためのベーキングを行い、その後必要な処理を行う。従来において、これらの処理を前後して行う場合、それぞれの処理に必要な装備、設備が異なるために、ワークをそれぞれ別の真空チャンバ内に収納して処理する必要があった。従って、ワークは大気中から真空チャンバへ収納し、ベーキングし、目的の処理を行い、大気中へ取り出すという過程を何度か経る必要があった。
【0004】
しかしながら、このようにして幾つかの真空チャンバを使用してワークを処理する場合、その都度真空チャンバの減圧とベーキング処理を行い、目的の処理を終了した後、大気圧に戻す工程が必要となり、ワークの処理に時間がかかるという問題がある。さらに、各処理工程の間にワークを大気に晒すことから、ワークの酸化や浮遊ガスの付着等に伴う品質の変化をもたらすことになり、処理の目的を達成出来なくなることもある。
【0005】
そこで、真空チャンバを複数の処理室に区切り、各処理室にわたってワークを順次移動させながら、各処理室の中を必要な処理環境空間に維持し、ワークの処理を行う複合真空処理装置が使用されるようになった。このような処理装置では、隣接する処理空間の間に連通孔を有する遮断弁を設け、この連通孔を開いた状態でトランスファロッド等を使用してワークを順次処理室に移動させながら、ワークの処理を行う。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、前述のような複合真空処理装置において、ワークを各処理室に順次移動させながら処理する場合、各処理室での処理環境が異なることにより、各処理室を隣接する処理室の間の連通孔を遮蔽弁で仕切り、処理を行う必要がある。この場合、ワークの移動は遮蔽弁の開閉の他に、ワークの移動の障害になる各処理装置の移動等を伴う必要があり、ワークの各処理室への移動操作が極めて煩雑且つ複雑であった。
【0007】
本発明は、前記従来の複合真空処理装置における課題に鑑み、ワークの各処理室への移動や遮断弁の開閉を容易にし、ワークに対する様々な処理を簡便な操作で能率よく行うことが出来る複合真空処理装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、処理室3、4、5、6を上下に重ねて縦方向に配置すると共に、ワーク25を各処理室3、4、5、6に挿入する連通口8、12、16を開閉する遮断弁9、13、17とワーク25を処理する処理手段とを一体とし、連通口8、12、16の開閉操作と処理手段の移動、待避操作を同時に行えるようにしたものである。
【0009】
すなわち、本発明による複合真空処理装置は、ワーク25に対してそれぞれ所定の処理を行う処理手段を備えた複数の処理室3、4、5、6を上下に重ねて縦方向に配置すると共に、上下の処理室3、4、5、6を仕切る隔壁7、11、15に上下縦方向に連通口8、12、16を設け、処理室3、4、5、6の外部からの操作により、前記連通口8、12、16を開閉する遮断弁9、13、17を設け、少なくとも一部の遮断弁9、13上にワーク25を処理する処理手段10、14を設けたものである。
【0010】
遮断弁9、13、17は、各処理室4、5、6の外部に設けた操作杆19、20、21による操作により、上下の処理室3、4、5、6を仕切る隔壁7、11、15上をスライドする。
このうち、遮断弁9と一体になった処理手段の一つは、例えばスパッタリングによるワーク25の表面にコーティングを施すためのスパッタリング用のターゲット電極41、42である。また、他の遮断弁9と一体になった処理手段の他の一つは、イオンボンバードによるワーク25の表面のエッチング及びプラズマCVD法によりワーク25の表面にコーティングを施すためのエッチング用とプラズマCVD用の電極を兼ねる切替機能を備えた電極46、47、48である。
【0011】
このような本発明による複合真空処理装置では、複数の処理室3、4、5、6を上下に重ねて縦方向に配置すると共に、上下の処理室3、4、5、6を仕切る隔壁7、11、15に上下縦方向に連通口8、12、16を設けているため、ワーク25を連通口8、12、16を通して上下に移動させながら、各処理室3、4、5、6に送ることが出来る。
【0012】
さらに処理室4、5を遮断するため、それらの外部からの操作により、前記連通口8、12を開閉する遮断弁9、13上にワーク25を処理する処理手段10、14を設けているため、遮断弁9、13を開閉する操作と同時に、処理手段10、14を連通口8、12の上から移動して待避させたり、待避位置から連通口8、12の上に移動させて配置することが出来る。これにより、連通口8、12の開閉と処理手段10、14の待避や処理時の位置への配置が同時に行えることにより、複数の処理室4、5にワーク25を送って配置する操作が容易に行える。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図1は、本発明による複合真空処理装置の一実施形態を示すものである。図示の複合真空処理装置では、フレーム1に真空チャンバ2が取り付けられており、この真空チャンバ2の内部は、上下に4室に仕切られている。下の3つの室はワーク25を処理する処理室3、4、5であり、最も上の室がワーク準備室6となっている。図示の実施形態では、処理室3、4、5とワーク準備室6が合計4室あるが、4つに限らず、処理の目的、必要性等に応じて処理室が2つ以上であればよい。
【0014】
処理室3、4、5とワーク準備室6とは、何れも円筒形の周壁と上下の隔壁により囲まれている。3つの処理室3、4、5とワーク準備室6をそれぞれ上下に仕切る隔壁7、11、15には、何れも円形の連通孔8、12、16が設けられており、これらの連通孔8、12、15は互いに上下同軸上に位置する。
ワーク準備室6の上には、ワーク移動杆23を気密に且つスライド自在に挿入するための移動杆挿入筒29が設けられている。この移動杆挿入筒29は、ワーク準備室6の下の隔壁15に設けられた連通孔16の中心の真上にある。
【0015】
このワーク移動杆23は長尺な多重管構造をなしており、下端にホルダ保持具28を有する。このホルダ保持具28は、ワーク移動杆23の最上端のグリップ23aで操作することが出来、このホルダ保持具28でワークホルダ24を着脱自在に把持することが出来る。
【0016】
ワークホルダ24は、細長板状のワーク25を吊り下げて保持するものであり、その中央部に後述するワーク保持ポストの上端に載せてワーク25を処理室3、4、5の所定の位置に配置するためのセンター部分を有する。移動杆挿入筒29をワーク準備室6の上の隔壁から取り外し、この移動杆挿入筒29にワーク移動杆23を通す。さらに、このワーク移動杆23の下端にホルダ保持具28を取り付け、このホルダ保持具28でワーク25を取り付けたワークホルダ24を把持する。この状態で、前記の移動杆挿入筒29をワーク準備室6の上の隔壁に取り付けることにより、ホルダ保持具28の把持されたワーク25付きのワークホルダ24がワーク準備室6内に収納される。
【0017】
図2は、最も下の第一の処理室3を拡大した図である。この処理室3はその上の隔壁7に設けた連通孔8の真下に処理手段としての加熱炉26を設けている。この加熱炉26は、内側と外側の二重の直立した円筒形のヒータ33、34を有し、外側のヒータ34はその外側の輻射熱遮断用のリフレクタ35により囲まれている。
【0018】
前記ヒータ33、34の中心軸上に上端が円錐状に尖ったワーク保持ポスト31が立設している。
さらに、ヒータ33、34の上面には、輻射熱遮断用のリフレクタ32が設けられ、これが処理室3の外部に突き出した操作杆18のアームに連結されている。この操作杆18は、その図2において右端のグリップ18aでの操作により、処理室3の外部からリフレクタ32を図2において左右に移動出来るようになっている。
【0019】
図2は、リフレクタ32を図2において右側に移動させ、ヒータ33、34の上面を開いた状態を示す。この状態で、後述するように、上の隔壁7、11、15に設けた連通孔8、12、16を開き、ワーク準備室6からワークホルダ24に保持されたワーク25をワーク挿入杆23により降ろし、ワークホルダ24の中央部分を前記のワーク保持ポスト31の上端に載せ、ワーク25を加熱炉26の中に設置する。その後、ワーク保持具28によるワークホルダ24の保持を解除し、移動杆挿入筒29を上方に引き上げてワーク保持具28を上方に待避させる。
【0020】
この状態では、ワーク保持具24に吊り下げられたワーク25は、内側のヒート33とその側のヒータ34との間に配置される。
この状態で、上の隔壁7の連通孔7を遮断弁9で閉じ、さらにリフレクタ32を図2の位置から同図において左方向に移動させてヒータ33、34の上面を閉じる。次に処理室3を図示してない真空ポンプにより真空状態とし、さらにヒータ33、34を発熱させてワーク25をその両面から加熱する。この加熱は、ワーク25に吸着した有機物等の吸着分子を放出させる目的のベーキングやその他の熱処理を目的として行われる。
【0021】
図3は、下から2番目の第二の処理室4と下から三番目の第三の処理室5を示す拡大図である。
第二の処理室4は、その下の隔壁7の連通孔8を開閉するための遮断弁9を備えている。この遮断弁9は、前述のリフレクタ32と同様に、処理室4の外部に突き出した操作杆19のアームに連結されている。この操作杆19の図3において右端のグリップ19aで操作することにより、処理室4の外部から遮断弁9を隔壁7の上でスライドさせて、連通孔8を開閉出来る。
【0022】
この隔壁7上をスライドする遮断弁9の上には、処理手段10が固定して設置されている。図3に示した処理手段10の中央には、上端が円錐状に尖ったワーク保持ポスト43が立設している。さらに、このワーク保持ポスト43の外周に円筒形の内側の電極42が設けられている。さらに、この内側の電極42と対向するように、ワーク保持ポスト43の周囲にに円筒形の外側の電極41が設けられている。これらの内側と外側の電極41、42は、例えばワーク25の表面にコーティングを施すスパッタリング用のターゲット電極である。従って、電極42、41の表面はワーク25の表面にコーティングする金属で構成されている。
【0023】
図3は、その下の隔壁7の遮断弁7を図2の位置から図3において左側に移動させ、その遮断弁7を連通孔8の上に載せて、同連通孔8を気密に閉じた状態を示す。遮断弁7がこの位置にあるとき、ワーク保持ポスト43は連通孔8の中心上にあり、内側と外側の電極41、42はワーク保持ポスト43を中心としてその周囲にある。他方、図3では処理室4の上の隔壁11の遮断弁13は図3において右側にあり、連通孔12が開いている。
【0024】
この状態で、ワーク準備室6からワークホルダ24に保持されたワーク25をワーク挿入杆23により降ろし、ワークホルダ24の中央部分を前記のワーク保持ポスト43の上端に載せ、ワーク25を電極41、42の中に設置する。その後、ワーク保持具28によるワークホルダ24の保持を解除し、ワーク保持具28を上方に待避させる。
【0025】
この状態で、処理室4の上の隔壁11の連通孔12を遮断弁13で閉じ、処理室4を図示してない真空ポンプにより真空状態とすると共に、処理室4にアルゴンや窒素等の不活性ガスを導入し、5Paないし10Pa程度の不活性ガスの希薄ガス雰囲気とする。そして、内側の電極42と外側の電極41との間に交流高電圧を印加し、放電を行うと両電極41、42の表面からターゲット金属がスパッタされワーク25の全面に金属が被着される。
【0026】
なお、前述の例では、電極41、42を同心円状に配置された円筒形の電極としたが、それは比較的小さなワーク25を処理するためである。或る程度の大きい面積を有する平板状のワークの場合は、平行平板電極とすると良い。
図4は、下から3番目の第三の処理室5と最も上のワーク準備室6を示す拡大図である。
【0027】
第三の処理室5は、その下の隔壁11の連通孔12を開閉するための遮断弁13を備えている。この遮断弁13は、前述した第二の処理室4の下の遮断弁9と同様に、第三の処理室5の外部に突き出した操作杆20のアームに連結されている。この操作杆20の図1において右端のグリップ20aで操作することにより、第三の処理室5の外部から遮断弁13を隔壁11の上でスライドさせて、連通孔12を開閉出来る。
【0028】
この隔壁11上をスライドする遮断弁13の上には、処理手段14が固定して設置されている。図4に示した処理手段の中央には、上端が円錐状に尖ったワーク保持ポスト48が立設している。さらに、このワーク保持ポスト48を囲むようにリング状の電極46が設けられている。例えば、この電極46は陽極と陰極を含む。
第三の処理室5の図4において左側には、ワーク25上に成膜するための成膜用素材ガスを第三の処理室5に供給するガスサーバ49が設けられている。
【0029】
図4は、その下の隔壁11の遮断弁13を図3の位置から図4において左側に移動させ、その遮断弁13を連通孔12の上に載せて、同連通孔12を気密に閉じた状態を示す。遮断弁13がこの位置にあるとき、ワーク保持ポスト48は連通孔12の中心上にあり、電極46はワーク保持ポスト48を中心としてその周りを囲んでいる。他方、図4では第三の処理室5の上の隔壁15の遮断弁17は図4において右側にあり、連通孔16が開いている。
【0030】
この状態で、ワーク準備室6からワークホルダ24に保持されたワーク25をワーク挿入杆23により降ろし、ワークホルダ24の中央部分を前記のワーク保持ポスト48の上端に載せ、ワーク25を電極46の中に設置する。その後、ワーク保持具28によるワークホルダ24の保持を解除し、ワーク保持具28を上方のワーク準備室6に待避させる。
【0031】
この状態で、上の隔壁15の連通孔16を遮断弁17で閉じ、第三の処理室4を図示してない真空ポンプにより、予め1Pa以下の圧力に排気する。その後、ガスサーバ26から例えばメチレンとエチレンの混合ガス、アルゴンとナフタレンの混合ガス、アルゴン、或いは窒素と四酸化オスミウムの混合ガス等の成膜用素材ガスを注入し、第三の処理室5内部をプラズマ放電に適した数Paないし数10Pa圧力の希薄ガス雰囲気に保つ。この状態で電極46の陽極と陰極に成膜に必要な電圧を印加し、プラズマを発生させると試料表面に所要の膜が堆積、形成される。
【0032】
他方、この第三の処理室5では、ワーク25の表面をイオンボンバードし、エッチングすることも出来る。例えば、前記のプラズマ処理するための電極接続の状態から電源切替スイッチにより電源の接続を切り替えることにより、適宜の導通手段によりワーク25を電源の負側に接続し、電極46を電源の正側に接続する。この状態で、第三の処理室5にアルゴンまたはアルゴンと酸素の混合ガスを導入し、数Paないし数10Pa圧力の希薄ガス雰囲気に保った状態でプラズマ放電を行うことにより、ワーク25の表面の不純物がイオン衝撃により取り除かれる。この処理は通常、前述のプラズマCVD成膜処理の前処理として行われる。
【0033】
ワーク準備室6は、前述した通りその上の隔壁に移動杆挿入筒29が設けられている以外は、基本的に第二の処理室4と第三の処理室5と同じである。但し、遮断弁17の上に処理手段は設けられていない。すなわち、ワーク準備室5は、その下の隔壁15の連通孔16を開閉するための遮断弁17のみを備えている。この遮断弁17は、前述した第三の処理室5の下の遮断弁13と同様に、ワーク準備室6の外部に突き出した操作杆21のアームに連結されている。この操作杆21の図1において右端のグリップ21aで操作することにより、ワーク準備室6の外部から遮断弁17を隔壁15の上でスライドさせて、連通孔16を開閉出来る。
【0034】
このワーク準備室6は、真空チャンバ2へのワーク25の導入、ワーク25の各処理室3、4、5への移動のための待機、ワーク25を各処理室3、4、5に設置した後のワーク保持具28の待機等に使用される。例えば、前述したように、第二の処理室4でワーク25を処理した後、第三の処理室5にワークを移動させるときは、まず、遮断弁13、17をそれぞれ隔壁11、15の上を図4において右方向にスライドさせ、連通孔12、16を開いた状態で、ワーク移動杆23を下降させて、その下端のワーク保持具28でワークホルダ24を掴み、その後ワーク移動杆23を上昇させて、ワークホルダ24をワーク準備室6に待避させる。その後、遮断弁13を隔壁11の上を図4において左方向にスライドさせ、連通孔12を閉じ、この状態でワーク移動杆23を下降させて、ワークホルダ24の中央部分を前記のワーク保持ポスト48の上端に載せ、ワーク25を電極46、47の中に設置する。その後、ワーク保持具28によるワークホルダ24の保持を解除し、ワーク保持具28を上方のワーク準備室6に待避させる。この状態で、上の隔壁15の連通孔16を遮断弁17で閉じ、以下、前述したようにしてワーク25の処理を行う。
【0035】
全てのワーク25の処理を行った後は、隔壁15の連通孔16を開いて、前述と同様にして再びワーク25をワーク準備室6に待避させる。その後、隔壁15の連通孔16を遮断弁17で閉じた状態で、移動杆挿入筒29をワーク準備室6の上の隔壁から取り外し、ホルダ保持具28に把持されたワークホルダ24ごとワーク25を取り出す。
なお、前述した実施形態において示した各処理室3、4、5の処理手段10、14、26は何れも一例であり、ワークの処理の目的に応じて任意のものを使用することが出来る。
【0036】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれる複合真空処理装置では、連通口8、12、16を開閉する遮断弁9、13上にワーク25を処理する処理手段を設けているため、遮断弁9、13を開閉する操作と同時に、処理手段10、14を連通口8、12の上から待避させたり、連通口8、12の上に配置することが出来る。これにより、連通口8、12の開閉と処理手段の待避や所定の位置への配置が同時に行えることにより、複数の処理室4、5にワーク25を送って配置する操作が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による複合真空処理装置の一実施形態を示す縦断側面図である。
【図2】最も下の第一の処理室の拡大縦断側面図である。
【図3】下から2番目の第二の処理室と下から三番目の第三の処理室を示す拡大縦断側面図である。
【図4】下から3番目の第三の処理室と最も上のワーク準備室を示す拡大縦断側面図である。
【符号の説明】
3 処理室
4 処理室
5 処理室
6 処理室
7 隔壁
8 隔壁の連通口
9 遮断弁
11 隔壁
12 隔壁の連通孔
13 遮断弁
15 隔壁
16 隔壁の連通孔
17 遮断弁
19 遮断弁の操作杆
20 遮断弁の操作杆
21 遮断弁の操作杆
25 ワーク
41 ターゲット電極
42 ターゲット電極
46 電極
Claims (4)
- ワーク(25)に対してそれぞれ所定の処理を行う処理手段を備えた複数の処理室(3)、(4)、(5)、(6)を備える複合真空装置において、各処理室(3)、(4)、(5)、(6)を上下に重ねて縦方向に配置すると共に、上下の処理室(3)、(4)、(5)、(6)を仕切る隔壁(7)、(11)、(15)に上下縦方向に連通口(8)、(12)、(16)を設け、処理室(3)、(4)、(5)、(6)の外部からの操作により、前記連通口(8)、(12)、(16)を開閉する遮断弁(9)、(13)、(17)を設け、少なくとも一部の遮断弁(9)、(13))上にワーク(25)を処理する処理手段(10)、(14)を設けたことを特徴とする複合真空処理装置。
- 遮断弁(9)、(13)、(17)は、各処理室(4)、(5)、(6)の外部に設けた操作杆(19)、(20)、(21)による操作により、上下の処理室(3)、(4)、(5)、(6)を仕切る隔壁(7)、(11)、(15)上をスライドすることを特徴とする請求項1に記載の複合真空処理装置。
- 処理手段(10)の一つは、スパッタリングによるワーク(25)の表面に金属コーティングを施すためのスパッタリング用のターゲット電極(41)、(42)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の複合真空処理装置。
- 処理手段(14)の他の一つは、イオンボンバードによるワーク(25)の表面のエッチング及びプラズマCVD法によりワーク(25)の表面にコーティングを施すためのエッチング用とプラズマCVD用の電極を兼ねる切替機能を備えた電極(46)、(47)、(48)を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の複合真空処理装置。
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