JP2004193514A - 半導体製造装置の排気流路構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】気密構造の処理室101内に処理ガスを導入して、被処理物Wを処理する際に配管1内に発生する反応副生成物の付着を防止する半導体製造装置100の排気路108〜111に用いられる配管1であり、流路本体11と、流路本体11の内面11a全体に着脱可能に設けられた面状発熱シート14と、流路本体11の外面に設けられ空隙部15aを有する断熱体15と、を備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理装置などの各種半導体製造装置の配管やバルブその他の排気流路の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウェハの製造工程では、成膜処理、エッチング、アッシングなど種々の真空処理が行われるが、このような真空処理を行った場合、例えば成膜処理では反応副生成物が、またエッチングでは処理ガスとウェハ表面から削り取られた成分との反応生成物が、真空室の排気口から排気路を通じて排出され、この排気路が所定温度に加熱されていないと、排気路内壁にこれらが付着してしまう。
【0003】
このため、特許文献1では、排気路を介して真空ポンプが接続された気密構造の処理室内に、処理ガスを導入してウェハを処理する真空処理装置において、排気路の少なくとも一部に、排気路の内面の温度を排気路内の圧力に応じた排気物の昇華温度以上となるように加熱するテープヒータを設け、このテープヒータにより排気路の長さ方向の温度勾配を真空ポンプ側に向かって温度が低くなるように設定することが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この先行技術では排気路の配管の外面にテープヒータを巻いているので、配管の内面の温度を目的とする温度に維持することが困難であり、また配管や周囲に熱を奪われるのでエネルギーロスも大きい。
【0005】
さらに、排気路の配管をメンテナンスする際には、テープヒータを取り外す必要があるので作業負荷が大きく、また配管にテープヒータを巻き付けているので配管径が大きくなりハンドリングにも問題がある。また、テープヒータが露出しているので作業者が誤って触らないような防止策も必要となる。
【0006】
【特許文献1】特許第3204866号掲載公報
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エネルギーの活用効率が高く、メンテナンス作業性及び安全性に優れた配管を提供することを目的とする。
【0008】
(1)上記目的を達成するために、本発明によれば、気密構造の処理室内に処理ガスを導入して、被処理物を処理する際に排気流路内に発生する反応副生成物の付着を防止する半導体製造装置の排気流路構造において、前記排気流路を構成する流路本体と、前記流路本体の内面全体に着脱可能に設けられた面状発熱シートと、前記流路本体の外面に設けられ連続した空隙部を有する断熱体と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置の排気流路構造が提供される。
【0009】
本発明では、処理ガスの排気流路を構成する流路本体の内面に面状発熱シートを設けているので、排気流路を通過するガスの温度をこの面状発熱シートにより直接的に制御することができる。これにより、面状発熱シートによる熱が周囲の部材に奪われることなく効率的に活用され、エネルギーロスを低減することができる。また、発熱エネルギーを効率的に活用できる結果、スタートアップ時の目標温度到達時間が短縮されるとともに、稼働時における目標温度復帰時間も短縮される。
【0010】
さらに、排気流路を通過するガスの温度を適切に制御できる結果、反応副生成物が流路本体内に付着するのが防止されるので、排気流路のメンテナンス頻度を低下させることができ、メンテナンスコストを削減することができる。
【0011】
また、面状発熱シートを流路本体の内面に設けているので、配管径を小さくでき、ハンドリング作業性も向上する。
【0012】
さらに本発明では、流路本体の外面に、空隙部を有する断熱体が設けられているので、流路本体の熱が空隙部によって遮断され、その結果、排気流路の外面が低温となり作業者が排気流路を触っても火傷などを負うことはない。
【0013】
(2)本発明において、面状発熱シートは絶縁性シートに発熱抵抗体が蛇行して埋設され、面状発熱シート全体としてバックリング力が付与されていることがより好ましい。
【0014】
このように面状発熱シート全体としてバックリング力が付与されていると、シートを丸めて流路本体の内面に挿入することで、接着剤等を用いることなく面状発熱シートが流路本体の内面に圧接される。また、離脱も容易であることから、面状発熱シートの交換などのメンテナンス作業性が向上する。
【0015】
(3)本発明において、前記断熱体の外面に筒体を設けることもできる。こうすることで、断熱性や排気流路の強度がより向上する。
【0016】
(4)本発明において、断熱体の空隙部を真空に維持するか、あるいはこの空隙部に空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスを充填することがより好ましい。
【0017】
熱伝導率は温度と圧力とによって変化する物性値であることから、圧力を低くすることにより熱伝導率を小さくすることができる。したがって、断熱体の空隙部を雰囲気圧力より低い真空に維持することにより、断熱効果をより高めることができる。なお、本発明に係る真空とは、絶対真空を意味するものではなく、雰囲気圧力より低い圧力状態を意味する広い概念である。
【0018】
また、断熱体の空隙部を真空に維持する以外にも、ここに空気の熱伝導率と同等かそれ以下の熱伝導率を有するガスを充填することにより断熱体の断熱効果をより高めることができる。空気の熱伝導率は200℃において18.1mW/mKであるので、断熱体の空隙部に充填して好ましいガスとしては、空気そのものの他、アルゴンガス(熱伝導率は200℃において12.6mW/mK)、窒素ガス(熱伝導率は200℃において18.3mW/mK)、二酸化炭素ガス(熱伝導率は250℃において12.9mW/mK)及びこれらの混合ガスを例示することができる。
【0019】
(5)本発明において、連続した空隙部が設けられた断熱体をハニカム構造で構成することがより好ましい。ハニカム構造は、流路本体との接触面積が小さいぶん断熱効果に寄与する他、流路本体の強度的補強体としても機能する。
【0020】
(6)本発明において、空隙部を有する断熱体を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成することがより好ましい。発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成された断熱体は気孔率がきわめて大きく、その結果比表面積が大きいので、断熱効果がより一層高くなる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施形態に係る配管を示す斜視図、図2は本発明の実施形態に係る配管を示す断面図、図3は本発明の実施形態に係る面状発熱シートを示す斜視図、図4は本発明の配管を適用した半導体製造装置の一例を示すブロック図である。
【0022】
最初に本発明の配管が適用される半導体装置の一例を、図4を参照しながら説明する。本例では、アルミニウムのドライエッチング装置(本発明に係る半導体製造装置に相当する。)の排気配管に本発明を適用したものである。
【0023】
同図に示すように、ドライエッチング装置100は、エッチングチャンバ101、ターボモレキュラポンプ102、断熱バルブ103、トラップ装置104、ドライポンプ105及び除害処理装置106を備えている。被処理物である半導体ウェハWは、エッチングチャンバ101の所定位置にセットされ、ターボモレキュラポンプ102及びドライポンプ105から成る真空ポンプでエッチングチャンバ101内を真空引きした状態で、エッチングチャンバ101のガス供給部107から例えば三塩化ホウ素(BCl3 )等の反応ガスが供給される。これにより、半導体ウェハWに所望パターンのアルミニウム・エッチングが施される。そして、このときドライポンプ105から排出される排ガスを除害ガス処理装置106で浄化したのち、排気される。
【0024】
同図に示すターボモレキュラポンプ102と断熱バルブ103とは配管108にて接続され、断熱バルブ103とトラップ装置104とは配管109にて接続され、トラップ装置104とドライポンプ105とは配管110にて接続され、ドライポンプ105と除害ガス処理装置106とは配管111にて接続されている。
【0025】
このアルミエッチング装置において、図5の昇華曲線に示すように反応副生成物である塩化アルミニウムは、たとえば大気圧において100℃前後の温度を下回ると固体化して配管などの内面などに付着しやすくなる。このため、エッチングチャンバ101から除害ガス処理装置106に至るガス流路、特に配管108,109,110,111の内面に反応副生成物が付着するのを防止するために、これらの配管108,109,110,111に本実施形態の配管1を用いている。
【0026】
図1及び図2に示すように、本実施形態の配管1は流路本体11を有し、たとえば内径が46.1mm、板厚が1.0mmのステンレス製である。この流路本体11の内面11aには、図3(A)に示すたとえば厚さが0.1mm〜1.0mmの面状発熱シート14を巻いたものが着脱可能に設けられている。
【0027】
面状発熱シート14は、ポリイミド樹脂などから構成される絶縁性シート14aにタングステン、コバルト、ステンレスなどの材料により構成された発熱抵抗体14bを埋め込んだもので、発熱抵抗体14bに流す電流を制御することで発熱温度が調節される。
【0028】
特に本実施形態に係る面状発熱シート14は、図3(A)に示すように、タングステン、コバルト、ステンレスなどの剛性を有する材料を絶縁性シート14aに対し、面状発熱シート14を丸める方向Xに蛇行して埋設しているので、同図(B)に示すようにこれを丸めると面状発熱シート14全体にバックリング力が生じ、これにより接着剤等を用いることなく流路本体11の内面に密着保持させることができる。また、この面状発熱シート14は自己バックリング力のみによって流路本体11の内面に保持されているので、少しの力でこれを離脱することができ、面状発熱シート14の交換などのメンテナンス作業性が向上する。
【0029】
また、面状発熱シート14が流路本体11の内面11aに設けられているので、面状発熱シート14の内面が排気ガスの流路に接することになる。すなわち、本例では、反応副生成物を含んだ排気ガスは面状発熱シート14に直接接しながら流下するので、この面状発熱シート14の温度制御を適切に行えば、反応副生成物が固体化して付着するおそれがなくなる。仮に、反応副生成物が固体化しても面状発熱シート14に付着するので、この面状発熱シート14のみを交換すればよい。したがって、流路本体11や後述する第1筒体15及び第2筒体16をそのまま使用することができる。
【0030】
なお、面状発熱シート14の制御温度は、適用する半導体製造装置の排気ガスに含まれる反応副生成物の物性によって適宜選択する。たとえば、本例のアルミエッチング装置では塩化アルミニウムが反応副生成物となるので図5に示す昇華曲線を用いて適切な温度に制御する。また、同図に示すようにLPCVD装置窒化膜プロセスでは塩化アンモニウムが反応副生成物となり、PECVD装置窒化膜プロセスでは種々のアンモニウム化合物が反応副生成物となるので、それぞれの物質の昇華曲線を参照しながら適切な温度に制御する。
【0031】
図1及び図2に戻り、流路本体11の外面11bの全体には、発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーからなる第1断熱体15が設けられている。この第1断熱体15は、図6に示すように30μm〜100μmのステンレス製コア箔15bの表面に、波形に形成された同じくステンレス製箔15cをロウ付けや溶接で接合したもので、配管1の長手方向に沿って連続した複数の空隙部15aが形成されるように、波形状のハニカム構造に形成されている。第1断熱体15は、流路本体11の外面に、たとえば溶接などの締結手段を用いて固定することができるが、これに代えて、テープ状の第1断熱体15を流路本体11の外面に螺旋状に巻き付けても良い。
【0032】
第1断熱体15の外側には、たとえば板厚が0.5mmのステンレス製第1筒体12が設けられており、既述した第1断熱体15がその内面に位置する。こうして、流路本体11及び第1筒体12の間にハニカム構造の第1断熱体15が介装されることにより、まず第1に断熱体15の空隙部15aの存在により断熱効果が発揮されるとともに、第1断熱体15を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーなど、比表面積が大きい材料により構成することで、より断熱効果を高めることができる。
【0033】
本例の配管1では、さらに以下のように構成されている。すなわち、第1筒体12の外面12bに、既述した第1断熱体15と同じく発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーからなる、上述した第1断熱体15と同じハニカム構造の第2断熱体16が設けられている。この第2断熱体16も、同図に示すように配管1の長手方向に沿って連続した複数の空隙部16aが形成されるように、波形状のハニカム構造に形成されている。この第2断熱体16も、第1筒体12の外面に、たとえば溶接などの締結手段を用いて固定することができるが、これに代えて、テープ状の第2断熱体16を第1筒体12の外面に螺旋状に巻き付けても良い。
【0034】
さらに、第2断熱体16の外側には、たとえば板厚が0.5mmのステンレス製第2筒体13が設けられており、既述した第2断熱体16がその内面に位置する。こうして、第1筒体12及び第2筒体13の間にハニカム構造の第2断熱体16が介装されることにより、まず第1に断熱体16の空隙部16aの存在により断熱効果が発揮されるとともに、第2断熱体16を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーなど、比表面積が大きい材料により構成することでより断熱効果を高めることができる。
【0035】
次に作用を説明する。
上述した本実施形態に係る配管1を図4に示すドライエッチング装置100の配管108,109,110,111に適用し、さらに各配管の第1断熱体15及び第2断熱体16のそれぞれに設けられた空隙部15a,16aのそれぞれに真空ポンプなどを接続して、この空隙部15a,16a内を真空に維持する。あるいは、配管1を製作する際に空隙部15a,16a内を真空引きして密封してもよい。この場合の真空とは、絶対真空を意味する狭義の真空ではなく、大気圧よりも低圧状態が維持できればよい。図5に示すように、低圧になればなるほど反応副生成物の昇華温度が低くなり、これにより面状発熱シート14の設定温度を低くすることができるとともに、反応副生成物の面状発熱シート14の内面14aへの付着もし難くなるからである。
【0036】
また、各配管の第1断熱体15及び第2断熱体16のそれぞれに設けられた空隙部15a,16a内を真空に維持することに代えて、この空隙部15a、16a内に空気、あるいは空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスを充填してもよい。空気の熱伝導率は200℃において18.1mW/mKであるので、第1及び第2断熱体15,16の空隙部15a,16aに充填して好ましいガスとしては、安全性等を考慮すれば、空気そのものの他、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス及びこれらの混合ガスである。
【0037】
また、面状発熱シート14の温度を、内部を通過するガスの圧力に応じて適切な温度に制御する。たとえば、図5に示す昇華曲線によれば、反応副生成物である塩化アルミニウムは、ガス圧が1Torrの場合、約100℃で昇華するが、ガス圧が高くなると昇華温度も上昇し、逆にガス圧が低くなると昇華温度が降下する。したがって、ドライエッチング装置100の各配管108〜111を通過するガス圧に応じて、反応副生成物である塩化アルミニウムが昇華して固体化しない温度に面状発熱シート14を制御する。
【0038】
このように、本例の配管1を図4に示すドライエッチング装置100の配管108〜111(の少なくとも何れか)に採用すれば、配管内を通過するガスの温度をこの面状発熱シート14により直接的に制御することができる。これにより、面状発熱シート14による熱が周囲の部材に奪われることなく効率的に活用され、エネルギーロスを低減することができる。また、発熱エネルギーを効率的に活用できる結果、スタートアップ時の目標温度到達時間が短縮されるとともに、稼働時における目標温度復帰時間も短縮される。
【0039】
さらに、配管内を通過するガスの温度を適切に制御できる結果、反応副生成物が配管108〜111の内面に付着するのが防止されるので、半導体製造装置100の排気路のメンテナンス頻度を低下させることができ、メンテナンスコストを削減することができる。
【0040】
また、面状発熱シート14を配管108〜111の内面に自己バックリング力を利用して設けているので、着脱作業性に優れているとともに、配管系を小さくでき、ハンドリング作業性も向上する。
【0041】
さらに本実施形態では、配管1の流路本体11と第1筒体15との間及び第1筒体12と第2筒体13との間に、それぞれ、全体に連続した空隙部15a,16aが設けられた第1断熱体15及び第2断熱体16を有するので、配管の最外面となる第2筒体13の外面は充分低温となって、作業者が配管を触っても火傷などを負うこともない。
【0042】
また、本例では、第1断熱体15及び第2断熱体16の空隙部15a,16aを真空に維持するか、あるいはこの空隙部15a,16aに空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスを充填しているので、熱伝導率を小さくすることができ、断熱効果がより高くなる。
【0043】
さらに、第1断熱体15及び第2断熱体16を波形のハニカム構造にしているので、断熱効果に寄与する他、配管の流路本体11と筒体12,13との間の強度的補強体としても機能し、配管自体の強度を高めることもできる。
【0044】
また、第1断熱体15及び第2断熱体16を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成しているので、気孔率がきわめて大きく、その結果比表面積が大きいので、断熱効果がより一層高くなる。
【0045】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【0046】
たとえば、上述した実施形態では、配管1の筒体として2つの筒体、すなわち第1筒体12と第2筒体13とを設けるとともに、流路本体11と第1筒体12との間に第1断熱体15を設け、第1筒体12と第2筒体13との間に第2断熱体16を設けたが、このうち、第1筒体12と第2筒体13と第2断熱体16を省略することもできる。
【0047】
すなわち、流路本体11と、この流路本体11の内面11aに着脱可能に設けられた面状発熱シート14と、流路本体11の外側に設けられた第1断熱体15とを有する配管によっても、上述した各種の効果が発揮される。
【0048】
また、上述した実施形態では配管に適用した例のみを挙げたが、本発明の基本的構造は配管の他、真空遮断弁、真空圧力制御弁などの各種弁や、トラップにも適用することができる。
【0049】
たとえば、図7は本発明の排気流路構造を図4に示す断熱バルブ103に適用した一例である。バルブ本体103aには、入口103b及び出口103cが形成され、ベローズ103dの先端に形成された弁体103eがアクチュエータ103fにより弁座103gを開閉する。本例では、このバルブ本体103aの内面に面状発熱シート14を設けるとともに、バルブ本体103aの外面にハニカム構造の断熱体15が設けられている。
【0050】
バルブ本体103aの内面に面状発熱シート14を設ける場合、上述した配管1の例と同様に、面状発熱シート14の自己バックリング力を利用して接着剤等を用いることなく密着保持させることができる。また、バルブ本体103aの外面に上述した第1断熱体15や第2断熱体と同じ構造の断熱体15を設け、その空隙部15aを真空に維持したり、空隙部15aに空気、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス及びこれらの混合ガスを流しても良い。
【0051】
【発明の効果】
(1)請求項1記載の発明によれば、面状発熱シートによる熱が周囲の部材に奪われることなく効率的に活用され、エネルギーロスを低減することができる。また、発熱エネルギーを効率的に活用できる結果、スタートアップ時の目標温度到達時間が短縮されるとともに、稼働時における目標温度復帰時間も短縮される。
【0052】
さらに、排気路を通過するガスの温度を適切に制御できる結果、反応副生成物が配管内に付着するのが防止されるので、排気路のメンテナンス頻度を低下させることができ、メンテナンスコストを削減することができる。
【0053】
また、配管系を小さくでき、ハンドリング作業性も向上する。さらに、排気流路の外面は低温となり作業者が配管を触っても火傷などを負うことはない。
【0054】
(2)請求項2記載の発明によれば、接着剤等を用いることなく面状発熱シートが流路本体の内面に圧接され、また、離脱も容易であることから、面状発熱シートの交換などのメンテナンス作業性が向上する。
【0055】
(3)請求項3〜5記載の発明によれば、断熱効果をより高めることができる。
【0056】
(4)請求項6記載の発明によれば、断熱効果に寄与する他、排気流路の流路本体の強度的補強体としても機能するので、排気流路自体の強度を高めることができる。
【0057】
(5)請求項7記載の発明によれば、発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成された断熱体は気孔率がきわめて大きく、その結果比表面積が大きいので、断熱効果がより一層高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る配管を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施形態に係る配管を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る面状発熱シートを示す斜視図である。
【図4】本発明を適用した半導体製造装置の一例を示すブロック図である。
【図5】反応副生成物の昇華曲線を示すグラフである。
【図6】本発明に係る断熱体の一例を示す部分斜視図である。
【図7】本発明の他の実施形態に係る断熱バルブを示す断面図である。
【符号の説明】
1…配管
11…流路本体
11a…流路本体の内面、11b…流路本体の外面
12…第1筒体
12a…第1筒体の内面、12b…第1筒体の外面
13…第2筒体
13a…第2筒体の内面、13b…第2筒体の外面
14…面状発熱シート
15…第1断熱体
15a…第1断熱体の空隙部
16…第2断熱体
16a…第2断熱体の空隙部
100…ドライエッチング装置(半導体製造装置)
101…エッチングチャンバ(処理室)
102…ターボモレキュラポンプ
103…断熱バルブ
104…トラップ装置
105…ドライポンプ
106…除害ガス処理装置
107…ガス供給部
108,109,110,111…配管
Claims (7)
- 気密構造の処理室内に処理ガスを導入して、被処理物を処理する際に排気流路内に発生する反応副生成物の付着を防止する半導体製造装置の排気流路構造において、
前記排気流路を構成する流路本体と、前記流路本体の内面全体に着脱可能に設けられた面状発熱シートと、前記流路本体の外面に設けられ空隙部を有する断熱体と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置の排気流路構造。 - 前記面状発熱シートは、絶縁性シートに発熱抵抗体が蛇行して埋設され、面状発熱シート全体としてバックリング力が付与されていることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置の排気流路構造。
- 前記断熱体の外面に筒体が設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体製造装置の排気流路構造。
- 前記断熱体の空隙部が、真空に維持されていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
- 前記断熱体の空隙部に、空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスが充填されていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
- 前記断熱体は、ハニカム構造からなることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
- 前記断熱体は、発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーからなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
KR101486781B1 (ko) * | 2009-03-31 | 2015-01-28 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 가스 유로 구조체 및 기판 처리 장치 |
-
2002
- 2002-12-13 JP JP2002362927A patent/JP4125110B2/ja not_active Expired - Fee Related
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KR101486781B1 (ko) * | 2009-03-31 | 2015-01-28 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 가스 유로 구조체 및 기판 처리 장치 |
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JP4125110B2 (ja) | 2008-07-30 |
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