JP2005093892A - Manufacturing apparatus for semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体製造装置に関し、特にドライエッチング装置等の真空処理室を備える半導体製造装置に設けられるゲートバルブの構成に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a configuration of a gate valve provided in a semiconductor manufacturing apparatus including a vacuum processing chamber such as a dry etching apparatus.
ドライエッチング装置として、例えばプラズマエッチング装置は、図1に一例を示すように処理チャンバ1の内部を真空ポンプ2によって真空引きすると共にガス供給管3から処理チャンバ1内に所要の処理ガスを導入して内部を所要のガス圧に設定するとともに、処理チャンバ1に臨んで配置したRFコイル(高周波コイル)4に高周波電力を印加して処理チャンバ1内に電界を生じさせ、プラズマを発生させて製品である半導体ウェハWに対するエッチング処理を行わせる。このような装置では、処理チャンバ1と真空ポンプ2とを連通する排気路10につながる排気口11を、真空引き時には開放し、処理時には閉塞するゲートバルブ5を設けている。
As an example of a dry etching apparatus, a plasma etching apparatus, for example, evacuates the inside of the processing chamber 1 with a
図4は従来のゲートバルブ5Aの一例の断面図である。同図に一点鎖線で示す処理チャンバ1と真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ(以下、TMPと称する)2との間には、ゲートバルブ体51が配設されている。このゲートバルブ体51は内部に排気路11と直交する方向に延長されたバルブ室52を備えており、このバルブ室52内にバルブプレート59が内装されている。このバルブプレート59は図には表れない駆動機構によってバルブ室51内において排気路10と直交する方向に移動可能であり、同図に二点鎖線で示すように排気口11に対向する位置に移動されたときに排気口を11閉塞し、実線で示すように排気口11の位置から後退されたときに排気口11を開放するように構成される。また、閉塞時には排気口11の周囲に沿って配設されているOリング53がバルブプレート59の表面に弾接して排気口11を密封する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an example of a conventional gate valve 5A. A
このような従来のゲートバルブ5Aは、バルブプレート59が排気口11を開放したときには、バルブ室52が処理チャンバ1の内部に連通された状態になる。そのため、処理チャンバ1から排気口11を通して流出した排気ガス中に含まれる物質が同図に×印で示すようにバルブ室52の内面やOリング53の表面、さらにはバルブプレート59の表面に付着してデポが生じる。このデポがOリング53やバルブ室52の内壁面の排気口11の周囲、すなわちシール面や、このシール面に対向されるバルブプレート59の表面に堆積してデポの厚みが厚くなると、バルブプレート59とOリング53との密接性が低下してバルブリークが生じたり、デポ剥がれによる異物(パーティクル)が発生する要因となる。
In such a
ドライエッチング装置では塩化アルミ(沸点182.7℃大気圧)等のデポについては比較的低い温度でもデポ付着の抑制が出来るが、処理チャンバでのプロセスキットにアルミニウムやセラミックを使用していて、かつF系のプラズマを使用していると、高融点のフッ化アルミ(融点1291℃)が生成され、デポ付着の抑制が難しい。このデポ膜を洗浄で除去するため処理チャンバないしバルブ室を大気開放すると、フッ化アルミが大気中の水分と反応し広範囲のデポが剥がれ始める。特に、バルブ室ではゲートバルブの開閉動作に伴うバルブプレートの移動により、バルブプレートの表面に付着したデポが剥がれ易くなり、剥がれた物はTMPにまで吸引され、TMPの動翼でエネルギを得て処理チャンバへ舞い戻ってパーティクルなる。また、TMPの動翼に付着したフッ化アルミ系のデポが大気中の水分と反応し、突然剥離し大量のパーティクルとなる。これを防止するためには、TMPを頻繁にオーバーホールすることが余儀なくされていた。 In a dry etching apparatus, deposition of aluminum chloride (boiling point: 182.7 ° C atmospheric pressure) can be suppressed even at a relatively low temperature, but aluminum or ceramic is used in the process kit in the processing chamber, and If F-based plasma is used, high-melting aluminum fluoride (melting point: 1291 ° C.) is generated, and it is difficult to suppress deposition. When the processing chamber or valve chamber is opened to the atmosphere in order to remove this deposit film by cleaning, aluminum fluoride reacts with moisture in the atmosphere and a wide range of deposits begin to peel off. In particular, in the valve chamber, the deposit attached to the surface of the valve plate easily peels off due to the movement of the valve plate accompanying the opening and closing operation of the gate valve, and the peeled object is sucked up to the TMP, and energy is obtained by the TMP blades. Return to the processing chamber to become particles. In addition, the aluminum fluoride-based deposit attached to the TMP blades reacts with moisture in the atmosphere, and suddenly peels off to form a large number of particles. In order to prevent this, the TMP was frequently overhauled.
このような処理チャンバの外部での排気ガスによるデポ付着を防止するために、特許文献1で提案されている技術は、処理チャンバにつながる搬送室を排気した上で排気バルブを閉じ、搬送室に窒素ガスをパージして所要の圧力に保持させる。しかる上で、処理チャンバにつながるゲートバルブを開き、搬送室の流れる窒素ガスを大流量に設定して処理チャンバから搬送室へのガスの流れを防止することで、搬送室におけるデポを防止する技術が提案されている。
前述したように、図4に示したゲートバルブ5Aでは、バルブ機能に重要なOリング53の表面やシール面、及びバルブプレート59の表面にデポが堆積してしまうために、付着したデポを洗浄することが必要であり、この洗浄によるダウンタイムが増大し、またTMPのオーバーホールが必要でメンテナンスコストが高くなるという問題がある。また、特許文献1のパージ技術を図4に示した構成のゲートバルブに単に適用した場合には、バルブ室52に窒素ガス等をパージしてデポを防止することになるが、この場合にバルブ室にパージするガスの流量を増やすと、処理チャンバ1内を所定ガス圧に設定する際の真空引き時にTMP2での実質的な排気速度の低下を生じたり、窒素ガスの処理チャンバ1内への拡散により処理チャンバ1内のガス雰囲気に影響を与えて所要のガス雰囲気に設定するまでに時間がかかるという処理効率の問題をもたらしている。
As described above, in the gate valve 5A shown in FIG. 4, deposits are deposited on the surface of the O-
本発明の目的は、処理チャンバにつながるゲートバルブでのデポ付着を防止し、バルブリーク及びパーティク発生の防止を図り、ひいては製品の処理効率を改善した半導体製造装置を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that prevents deposits on a gate valve connected to a processing chamber, prevents valve leakage and partying, and improves the processing efficiency of products.
本発明は、処理チャンバと、処理チャンバの内部につながる開口を開閉するためのゲートバルブとを備える半導体製造装置において、ゲートバルブは、前記開口に連通したバルブ室と、バルブ室内に内装されて開口の周囲のシール面に表面が当接して開口を閉塞する第1のバルブプレートと、バルブ室内に内装されて開口に対向位置されたときに開口を開放状態とする一方でシール面を覆う第2のバルブプレートと、第1のバルブプレートが開口を開放している状態のときに第1のバルブプレートの表面とシール面とを不活性ガスで覆うパージ手段とを備えることを特徴とする。 The present invention provides a semiconductor manufacturing apparatus including a processing chamber and a gate valve for opening and closing an opening connected to the inside of the processing chamber. The gate valve includes a valve chamber communicating with the opening, an interior of the valve chamber, and the opening. A first valve plate whose surface abuts against the seal surface around the surface and closes the opening; and a second valve plate which is housed in the valve chamber and is positioned opposite the opening while opening the opening and covering the seal surface And a purge means for covering the surface of the first valve plate and the sealing surface with an inert gas when the opening of the first valve plate is open.
ここで、第1のバルブプレートと第2のバルブプレートはバルブ室内において互いに連動して又は一体に移動可能であり、一方のバルブプレートが開口に対向する位置に移動されたときに他方のバルブプレートが開口に隣接する位置に後退される構成とする。 Here, the first valve plate and the second valve plate can move in conjunction with or integrally with each other in the valve chamber, and when one valve plate is moved to a position facing the opening, the other valve plate Is configured to be retracted to a position adjacent to the opening.
本発明によれば、第1のバルブプレートが開口を開放した状態では、第1のバルブプレートの表面はバルブ室内において不活性ガスによりパージされ、同時に開口のシール面は第2のバルブプレートにより覆われて不活性ガスによりパージされることになり、これらの面に対して処理チャンバから開口を通して流出される処理ガスの接触が防止され、デポ付着が防止され、さらにはパーティクルの発生が防止される。 According to the present invention, when the opening of the first valve plate is open, the surface of the first valve plate is purged with the inert gas in the valve chamber, and at the same time, the sealing surface of the opening is covered with the second valve plate. The gas is purged by the inert gas, and the contact of the processing gas flowing out from the processing chamber through the opening to the surfaces is prevented, the deposition of deposits is prevented, and further the generation of particles is prevented. .
本発明においては、第1のバルブプレートとバルブ室の内壁面との間に微小間隙を通してバルブ室に開放される第1のパージ空間を画成する手段と、シール面と第2のプレートとの間に微小間隙を通してバルブ室に開放される第2のパージ空間を画成する手段と、第1及び第2の各パージ空間にそれぞれ不活性ガスを導入する手段とを備える構成とすることが好ましい。例えば、バルブ室の内壁面には第1のバルブプレートが開口を開放しているときに第1のバルブプレートの表面との間に第1のパージ空間を画成するための凹部が設けられ、第2のバルブプレートの表面には第2のバルブプレートが開口に対向位置されているときにシール面との間に第2のパージ空間を形成するための凹部が設けられている構成とする。 In the present invention, the means for defining the first purge space opened to the valve chamber through the minute gap between the first valve plate and the inner wall surface of the valve chamber, the seal surface and the second plate It is preferable to include a means for defining a second purge space that is opened to the valve chamber through a minute gap therebetween, and a means for introducing an inert gas into each of the first and second purge spaces. . For example, the inner wall surface of the valve chamber is provided with a recess for defining a first purge space between the first valve plate and the surface of the first valve plate when the opening of the first valve plate is open. The surface of the second valve plate is provided with a recess for forming a second purge space between the second valve plate and the seal surface when the second valve plate is positioned opposite the opening.
また、第1のバルブプレートの表面にバルブ室の内壁面との間の微小間隙を形成するための第1のスペーサを備え、第2のバルブプレートの表面にシール面との間の微小間隙を形成するための第2のスペーサを備える構成とすることが好ましい。さらに、シール面には開口を包囲して第1のバルブプレートの表面に当接する弾性シール部材が配設され、第2のバルブプレートはこの弾性シール部材を含むシール面との間に第2のパージ空間を画成する構成とすることが好ましい。 In addition, a first spacer for forming a minute gap between the inner surface of the valve chamber is provided on the surface of the first valve plate, and a minute gap between the second valve plate and the seal surface is provided on the surface of the second valve plate. It is preferable to include a second spacer for forming. Further, an elastic seal member surrounding the opening and contacting the surface of the first valve plate is disposed on the seal surface, and the second valve plate is disposed between the seal surface including the elastic seal member and the second seal plate. It is preferable that the purge space be defined.
図2は本発明の実施例1のゲートバルブ5が閉塞動作した状態の断面図であり、図1に示したドライエッチング装置の処理チャンバ1とTMP2との間に配設された構成例を示している。また、図3はゲートバルブ5が開放動作した状態の断面図である。図2において、処理チャンバ1の排気口11は排気路10を介して一点鎖線で一部を示すTMP2に接続されており、このTMP2によって処理チャンバ1の内部を真空引きするように構成されている。前記ゲートバルブ5は前記排気口11を開閉するために設けられており、前記排気路10の延長方向と直交する方向に延長された偏平なバルブ室52を内部に有するバルブ体51を備えており、前記バルブ室52内には本発明の第1のバルブプレートとしてのバルブプレート54と第2のバルブプレートとしてのドーナツ状バルブプレート(以下、ドーナツ状プレートと称する)55とが内装されている。これらのバルブプレート54とドーナツ状プレート55は、同図には表れない駆動機構によってバルブ室52内において互いに連係して、この実施例1では両者が一体的に移動されるようになっている。前記排気口11は円形断面をしており、これに対応して前記バルブプレート54は排気口11よりも若干大径の円形板状に形成され、前記排気口11に対向する位置に移動されたときに当該排気口11を閉塞するようになっている。また、前記ドーナツ状プレート55はそれよりもさらに大径に形成され、その中央には前記排気口11につながる連通口551を有する円環板状に形成されている。
2 is a cross-sectional view of the
前記バルブ室52は前記処理チャンバ側の内壁面のうち前記排気口11を囲む領域、正確には前記バルブプレート54が排気口を閉塞する際に当接される領域がシール面として構成されており、このシール面の一部に前記排気口11を囲むように弾性シール部材としてのOリング53が取着されている。このOリング53は前記バルブプレート54の表面に弾接してシール性を高めるためのものである。また、前記シール面に隣合うバルブ室52の外側領域の前記内壁面には窒素ガス等の不活性ガスをバルブ室内に導入してパージを行うためのガス導入口が開口された不活性ガスのパージ手段56が設けられており、ガス通路563及び不活性ガスバルブ564を介して図には表れない不活性ガス源に接続されている。前記ガス導入口はここでは2つ設けられ、第1のガス導入口561は前記Oリング53よりも外側領域に向けてほぼ前記バルブプレート54の径寸法に近い距離だけ離れた第1の位置に開口され、第2のガス導入口562は前記Oリング53に近接する第2の位置に開口されている。そして、前記バルブ室52の内壁面には前記第1のガス導入口561を含むように前記バルブプレート54の径寸法よりも若干小径で前記Oリング53の径にほぼ等しい径寸法に環状壁521が突出形成され、バルブプレート54の表面との間に第1のパージ空間を構成するためのパージ凹部522を画成している。
The
一方、前記バルブプレート54はその表面のほぼ中央位置に前記内壁面に向けて突出した樹脂スペーサ541が一体に形成されている。この樹脂スペーサ541は図3に示すように、前記排気口11から後退された位置に移動されているときに前記内壁面に当接されてバルブプレート54の表面と前記環状壁521との間にバルブプレート54の厚み方向に微小な間隙を形成する高さに突出形成されている。
On the other hand, the
また、前記ドーナツ状プレート55の表面には、当該ドーナツ状プレート55が前記排気口11に対向する位置にあるときに、前記Oリング53を含み、かつ同時に前記第2のガス導入口562を含むように前記シール面との間に円環状の第2のパージ空間を構成するための環状凹部552が形成されている。また、前記環状凹部552の内周位置には、前記ドーナツ状プレート55の表面と前記シール面との間に厚み方向に微小な間隙を構成する高さの円環状をした樹脂スペーサ553が突出形成されている。
Further, the surface of the donut-shaped
以上の構成のゲートバルブ5の動作を説明する。処理チャンバ1内で製品を処理しているとき、あるいは処理していない状態で処理チャンバ1内を真空引きする際には、図3に示すように、バルブプレート54とドーナツ状プレート55は同図の左方向に移動されており、この状態ではバルブプレート54は環状壁521に対向され、ドーナツ状プレート55は排気口11に対向された状態にある。排気口11はドーナツ状プレート55の中央の連通口551を通してTMP2に連通されているため、TMP2によって処理チャンバ1内は真空引きされる。
The operation of the
一方、図2に示すように、処理チャンバ1内で製品を処理しており、バルブプレート54とドーナツ状プレート55が駆動機構によって右方向に移動されたときには、バルブプレート54は排気口11に対向され、ドーナツ状プレート55は排気口11よりも右側の領域に後退位置される。この状態では、バルブプレート54の表面はOリング53に弾接して弾性変形させ、さらにはシール面に当接される。これにより、排気口11はバルブプレート54によって閉塞され、処理チャンバ1内を気密な状態に保持する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the product is processed in the processing chamber 1 and the
なお、前記バルブプレート54とドーナツ状プレート55が左右に移動する際には、それぞれに設けられた樹脂スペーサ541,553が環状壁521やOリング53と干渉することがないように、図2に矢印で示すように、下方向に若干寸法だけ移動された後に左右に移動され、その上で図の上方向に同じ寸法だけ移動されることで図2及び図3の各位置に移動されることになる。
It should be noted that when the
以上のバルブプレート54とドーナツ状プレート55による排気口11の開放、閉塞動作に際し、排気口11を開放した図3の状態のときには、処理チャンバ1から排気口11を通してバルブ室52まで流動された処理ガスによりバルブ室52の内壁面、バルブプレート54、ドーナツ状プレート55の各露呈された表面に×印で示すようにデポが付着される。このとき、バルブプレート54の上側の表面は環状壁521との間にパージ凹部522からなるパージ室が画成される。このパージ室は第1のガス導入口561に連通され、かつ同時に樹脂スペーサ541がバルブ室52の内壁面に当接することによってバルブプレート54の表面と環状壁との間に微小の間隙が確保される。一方、ドーナツ状プレート55は環状凹部552がOリング53を包囲する状態となり、この環状凹部522は第2のガス導入口562に連通され、かつ同時に樹脂スペーサ553がバルブ室52の内壁面(シール面)に当接することによって当該シール面とドーナツ状プレート55の表面との間に微小の間隙が確保される。
When the
そして、このように排気口11を開いて処理チャンバ1での製品を処理しているときに不活性ガス源から不活性ガスを第1及び第2の各ガス導入口561,562からバルブ室52に向けて供給すると、不活性ガスの一部は第1のガス導入口561からバルブプレート54のパージ凹部522内に供給され、当該パージ凹部522を満たした上でバルブプレート54の表面と環状壁521との間の間隙から少しずつ流出する。そのため、パージ凹部522に対面されているバルブプレート54の表面は不活性ガスによりパージされた状態となり、排気口11からの処理ガスがこれらの表面にまで到達されることがなく、これらの表面にデポが付着することが防止される。また、前記不活性ガスの他の一部は第2のガス導入口562からドーナツ状プレート55の環状凹部552内に供給され、当該環状凹部552を満たした上でドーナツ状プレート55の表面とシール面との間の間隙から少しずつ流出する。そのため、環状凹部522によって覆われているOリング53及び排気口11周囲のシール面の各表面は不活性ガスによりパージされた状態となり、排気口11からの処理ガスがこれらの表面にまで到達されることがなく、デポの付着が防止される。
When the
このようにバルブプレート54の表面と、Oリング53を含むシール面を不活性ガスのパージによってデポの付着を防止しているが、パージする不活性ガスはパージ凹部522と環状凹部552に導入された後に、樹脂スペーサ541,553によって確保されている微小な間隙から僅かずつバルブ室52に流出するのみであるため、不活性ガスの流量を最小限にすることができ、処理チャンバ1に対するTMP2の排気速度の低下や、不活性ガスの拡散により処理チャンバ1の内部雰囲気に与える影響を抑制し、製造する製品の品質を向上することが可能になる。
In this way, the deposit on the surface of the
また、仮にバルブプレート54の表面側や、Oリング53を含むシール面にデポが付着した場合であっても、バルブプレート54やドーナツ状プレート55に設けられた樹脂スペーサ541,553によって、これらのプレートは樹脂スペーサにおいてのみバルブ室52の内壁面に当接されるため、付着したデポが各プレート54,55の表面や内壁面から剥離されることを抑制できる。特に、Oリング53が存在するのみで樹脂スペーサが存在していない場合には、Oリング53の圧縮永久歪により徐々に隙間が小さくなくなり当接され易くなるが、この場合でもデポの剥離が防止できる。これにより、バルブ室52内でのパーティクル発生や、各プレート表面や内壁面に付着したデポによるリークが防止できる。また、TMP2におけるデポの巻き上げによるパーティクルの発生を防止する効果も得られる。
Even if deposits adhere to the surface side of the
実施例1では、本発明にかかるゲートバルブをTMPにつながる処理チャンバの排気口を開閉するゲートバルブとして構成した例を示したが、処理チャンバと製品の搬送室とをつなぐ搬送口を開閉するゲートバルブにも本発明を適用することが可能である。 In the first embodiment, the gate valve according to the present invention is configured as a gate valve that opens and closes the exhaust port of the processing chamber connected to the TMP. However, the gate that opens and closes the transfer port that connects the processing chamber and the product transfer chamber. The present invention can also be applied to a valve.
また、実施例1ではバルブプレートとドーナツ状プレートとを左右に移動させる構成例を示したが、両プレートをプレート平面に沿った方向に回転して両プレートの位置を交換する位置に配置するように構成してもよく、このようにしたときにはバルブ室の面積(容積)を低減してゲートバルブの縮小化を図ることができる。 In the first embodiment, the configuration example in which the valve plate and the donut-shaped plate are moved to the left and right is shown. However, both plates are rotated in the direction along the plate plane so that the positions of both plates are exchanged. In this case, the area (volume) of the valve chamber can be reduced and the gate valve can be reduced.
なお、樹脂スペーサはバルブプレート及びドーナツ状プレートと内壁面との間に所定のスペースを確保することができる構成であれば実施例1の構成に限られるものではない。 The resin spacer is not limited to the configuration of the first embodiment as long as a predetermined space can be secured between the valve plate and the donut-shaped plate and the inner wall surface.
1 処理チャンバ
2 真空ポンプ(TMP)
3 ガス導入口
4 RFコイル
10 排気路
11 排気口
5,5A ゲートバルブ
51 バルブ体
52 バルブ室
53 Oリング
54 バルブプレート
55 ドーナツ状プレート
56 パージ手段
521 環状壁
522 パージ室
541 樹脂スペーサ
552 環状凹部
553 樹脂スペーサ
1 Processing
3 Gas introduction port 4
Claims (7)
7. A semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein said valve chamber is connected to a vacuum pump.
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