JP2008227201A - Substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンウェーハ等の基板表面に於ける薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置、特に、2台以上の基板保持具が使用される基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus that performs processing such as thin film formation, impurity diffusion, and etching on a substrate surface such as a silicon wafer, and more particularly to a substrate processing apparatus that uses two or more substrate holders. is there.
基板処理装置としては、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置と、所要枚数一度に処理するバッチ式の基板処理装置とがあり、バッチ式の基板処理装置では、所要枚数の基板(以下ウェーハ)が、水平姿勢で多段に基板保持具(以下ボート)に装填され、基板保持具昇降手段(以下ボートエレベータ)によりボートが処理室内に装入され、ウェーハはボートに保持された状態で処理室に収納され、ウェーハが加熱されると共に処理ガスが導入され、所要の処理がなされる。 As the substrate processing apparatus, there are a single-wafer type substrate processing apparatus that processes substrates one by one, and a batch type substrate processing apparatus that processes a required number of sheets at a time. (Hereinafter referred to as wafers) are loaded into the substrate holder (hereinafter referred to as boat) in multiple stages in a horizontal posture, the boat is loaded into the processing chamber by the substrate holder lifting means (hereinafter referred to as boat elevator), and the wafer is held in the boat. In the processing chamber, the wafer is heated and a processing gas is introduced to perform a required processing.
又、複数のボートを用い、一方のボートによりウェーハが処理されている時間を利用して、他方のボートに対し処理済ウェーハの払出し、未処理ウェーハの装填を行いスループットを向上させるボート交換式の基板処理装置がある。 In addition, using a plurality of boats, using the time during which wafers are processed by one boat, the processed wafers are discharged to the other boat, and unprocessed wafers are loaded to improve throughput. There is a substrate processing apparatus.
ボート交換式の基板処理装置はボート交換装置を具備し、該ボート交換装置は1対の独立して回転するアームにより未処理ウェーハが装填されボート(以下処理ボート)と処理済みのウェーハが装填されたボート(以下処理済ボート)とを交換する様になっている。 The boat exchange type substrate processing apparatus includes a boat exchange apparatus, and the boat exchange apparatus is loaded with unprocessed wafers by a pair of independently rotating arms and loaded with a boat (hereinafter referred to as a process boat) and processed wafers. A new boat (hereinafter, treated boat) is exchanged.
図9は、縦型処理炉の概略を示しており、図9中、1は金属製のインレットフランジ、2は該インレットフランジ1に気密に立設された石英製の反応管を示し、前記インレットフランジ1には排気管3が接続されている。図10は、前記インレットフランジ1を含まない縦型処理炉を示しており、前記排気管3は前記反応管2の下部に設けられている。尚、図9、図10共に加熱装置は省略してある。以下、インレットフランジ1を含む縦型処理炉について説明する。
FIG. 9 shows an outline of a vertical processing furnace. In FIG. 9,
前記インレットフランジ1の下端開口は、炉口4を形成し、該炉口4はボートエレベータ(図示せず)によって昇降されるシールキャップ5により気密に閉塞され、前記インレットフランジ1、前記反応管2、前記シールキャップ5によって処理室6が画成される。
The lower end opening of the
前記シールキャップ5にはボート7がボート交換装置(図示せず)によって載置される様になっており、前記シールキャップ5にはボート受け軸8が設けられ、該ボート受け軸8に前記ボート7がボート受台9を介して載置される様になっている。
A
図11(A)は、炉口部とボート交換装置との関連を示している。図11(B)は、前記シールキャップ5が降下した状態を示しており、該シールキャップ5にはボート交換装置のアーム11を介して前記ボート7が載置される。該ボート7は、前記アーム11に保持された状態で前記シールキャップ5の上方迄移動され、更に前記アーム11が降下することで、前記ボート7が前記ボート受台9を介して前記ボート受け軸8に支持される。その後、前記アーム11が後退することでボートのシールキャップ5への移載が完了する。
FIG. 11A shows the relationship between the furnace opening and the boat exchange device. FIG. 11B shows a state where the
前記アーム11により前記シールキャップ5への前記ボート7の授受を行う為には、該ボート7の下方に前記アーム11が進入、昇降、後退する為の空間が必要であり、前記ボート7が前記処理室6に収納された状態でも前記ボート7下面と前記シールキャップ5間には高さHの空間12が形成される。
In order to transfer the
炉口部に前記空間12が形成されると、ガスの巻込み、異物の混入があり、パーティクルの要因となり、又異物によるウェーハの汚染の虞れが生じる。
If the
この為、ボート交換式でない基板処理装置では、図12に示す様に前記空間12を占有する様な、混入防止部材13を設けたり、或は図13に示す様に前記ボート受け軸8を短くする等の対策が採られる。ところが、上記した様にボート交換式の基板処理装置では、前記アーム11が進入、昇降、後退する為の空間が必要であり、前記混入防止部材13を設けたり、又前記ボート受け軸8を短くすると、前記アーム11が前記混入防止部材13、前記ボート受台9等に干渉するという問題が生じる。
For this reason, in a substrate processing apparatus that is not a boat exchangeable type, an
本発明は斯かる実情に鑑み、ボート交換式の基板処理装置に於いても炉口部に無用な空間が形成されることを防止し、ガスの巻込み、異物の混入を防止しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention prevents the formation of useless space in the furnace port portion even in a boat exchange-type substrate processing apparatus, and attempts to prevent entrainment of gas and contamination of foreign matter. It is.
本発明は、基板を収納し、処理する処理室と、該処理室に基板を搬入出する為の開口部と、該開口部を閉塞する閉塞手段と、前記処理室で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持具と、前記処理室から搬出された前記基板保持具を前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記開口部に該開口部の内径を狭める混入防止部材を設けた基板処理装置に係るものである。 The present invention includes a processing chamber for storing and processing a substrate, an opening for carrying the substrate into and out of the processing chamber, a closing means for closing the opening, and holding the substrate in the processing chamber, A substrate holder placed on the closing means; and an attachment / detachment means for attaching / detaching the substrate holder carried out of the processing chamber to / from the closing means, wherein the opening is mixed to narrow the inner diameter of the opening. The present invention relates to a substrate processing apparatus provided with a prevention member.
本発明によれば、基板を収納し、処理する処理室と、該処理室に基板を搬入出する為の開口部と、該開口部を閉塞する閉塞手段と、前記処理室で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持具と、前記処理室から搬出された前記基板保持具を前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記開口部に該開口部の内径を狭める混入防止部材を設けたので、前記基板保持具を前記処理室に装入した状態で、基板保持具より下方の間隙が小さくなり、ガスの巻込み、異物の混入が抑制されるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a processing chamber for storing and processing a substrate, an opening for carrying the substrate into and out of the processing chamber, a closing means for closing the opening, and holding the substrate in the processing chamber. A substrate holder placed on the closing means, and an attaching / detaching means for attaching / detaching the substrate holder carried out of the processing chamber to / from the closing means, wherein the opening has an inner diameter of the opening. Since a narrowing prevention member is provided, the gap below the substrate holder is reduced in a state where the substrate holder is inserted into the processing chamber, and it is excellent that gas entrainment and contamination of foreign substances are suppressed. Demonstrate the effect.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、図1〜図5に於いて本発明が実施される基板処理装置について説明する。 First, a substrate processing apparatus in which the present invention is implemented will be described with reference to FIGS.
尚、図1〜図5中、図9中で示したものと同等のものには同符号を付してある。 1 to 5, the same components as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
基板処理装置21は、直方体形状の筐体22を備えている。該筐体22の左側側壁の後部(左右前後は図2を基準とする。)にはクリーンユニット23が設置されており、該クリーンユニット23は前記筐体22の内部にクリーンエアを供給する様になっている。該筐体22の内部に於ける後部の略中央には熱処理ステージ24が設けられ、該熱処理ステージ24の左脇の前後には空のボートを仮置きして待機させる待機ステージ25及び処理済ボートを仮置きして冷却する冷却ステージ26が設けられている。
The
前記筐体22内部の前部の略中央には基板移載ステージ27が設定されており、その手前にはポッドステージ28が設けられている。前記基板移載ステージ27の左脇にはノッチ合せ装置29が設置されている。以下、各ステージの構成について説明する。
A
図3及び図4に示されている様に、前記熱処理ステージ24の上部には石英ガラス製で下端が開口した有天筒状の反応管2が、インレットフランジ1上に同心、且つ垂直に、気密に立設されている。前記反応管2、前記インレットフランジ1はウェーハを収納し、処理する処理室6を形成しており、前記インレットフランジ1の下端開口はボート7が装脱される炉口4を構成している。
As shown in FIGS. 3 and 4, an upper tube-
前記インレットフランジ1の炉口4に臨接する部分に混入防止部材15(図7参照)が内嵌される。該混入防止部材15はボート受台9との間隙を狭めてガスの巻込み、異物の混入を防止するものであり、後述する。
A mixing prevention member 15 (see FIG. 7) is fitted into a portion of the
前記反応管2の内径は収納するウェーハ、ボートの最大外径よりも大きくなる様に設定され、又前記反応管2の内壁面とウェーハ、ボートとの間には後述するガス導入管31等が配設される。
The inner diameter of the
前記インレットフランジ1の側壁には排気管3が前記処理室6に連通する様に接続されており、前記排気管3の他端は前記処理室6を所定の真空度に真空排気する為の真空排気装置(図示せず)に接続されている。
An
前記インレットフランジ1の側壁を貫通する様に前記ガス導入管31が前記処理室6内に設けられている。前記ガス導入管31は原料ガスや窒素ガス等のガスを供給する為のガス供給装置(図示せず)に接続され、前記ガス導入管31より処理ガスが前記処理室6に導入される様になっている。
The
前記反応管2の外部には加熱装置32が前記反応管2を囲繞する様に同心円に配設されており、前記加熱装置32は前記筐体22に垂直に支持されている。前記加熱装置32は加熱部制御装置(図示せず)により前記処理室6を全体に亘って均一に加熱する様に構成されている。
A
前記反応管2の真下には、前記インレットフランジ1の下面に気密に当接し、前記炉口4を気密に閉塞する閉塞手段であるシールキャップ5が同心に配置されており、該シールキャップ5はボートエレベータ33によって垂直方向に昇降される様になっている。前記シールキャップ5は中心線上にボート受け軸8を介して前記ボート7を垂直に載置する様に構成されている。
Immediately below the
該ボート7は2台が交互に前記シールキャップ5に載せられて支持され、前記ボートエレベータ33によって前記反応管2に装脱される様になっている。
Two
前記ボート7は、石英製であり、ウェーハ34を水平姿勢で、上下方向に所要ピッチで多段に保持する様になっている。前記ボート7の下部には断熱キャップ部35が形成されており、該断熱キャップ部35は前記ボート受け軸8を介して前記シールキャップ5に載置され、前記ボート受け軸8は前記断熱キャップ部35の下面と前記シールキャップ5との間に後述するボート交換装置36のアームが挿入、昇降する空間12を形成する。
The
前記待機ステージ25と前記冷却ステージ26との間には前記ボート7を前記熱処理ステージ24と前記待機ステージ25及び前記冷却ステージ26との間で移送する前記ボート交換装置36が設けられている。
Between the
図5に示されている様に、前記ボート交換装置36は、ボート着脱手段を具備する。該ボート着脱手段は、前記ボート受け軸8に干渉しない様、円弧形状に形成された第1アーム37、第2アーム38であり、前記第1アーム37、前記第2アーム38は第1回動部39、第2回動部40によって水平面内で約90度ずつ往復回動可能であると共に第1昇降駆動部42、第2昇降駆動部43によって昇降可能となっている。
As shown in FIG. 5, the
前記第1アーム37、前記第2アーム38は回動、昇降の協働によって前記ボート受け軸8の外側に挿入された状態で前記断熱キャップ部35に下から係合することにより、前記ボート7全体を垂直に支持する様になっている。
The
前記待機ステージ25には前記ボート7を垂直に支持する待機台44が設置されており、前記第1アーム37は前記ボート7を前記待機台44と前記熱処理ステージ24のシールキャップ5との間で移送する様に構成されている(図2参照)。前記冷却ステージ26には冷却台45が設置されており、前記第2アーム38は前記ボート7を前記冷却台45と前記熱処理ステージ24のシールキャップ5との間で移送する様に構成されている。
The
前記クリーンユニット23と対向する様に前記筐体22の右隅には排気用ファン46が設けられ、前記クリーンユニット23から前記排気用ファン46に向ってクリーンエア流れ47が形成される様になっている。
An
前記基板移載ステージ27は基板移載機49を具備し、該基板移載機49はウェーハ34を前記ポッドステージ28のポッド50と前記待機ステージ25の前記ボート7との間で基板を移載する様に構成されている。
The
前記基板移載機49は、ウェーハ34を下から支持するツィーザ48を複数枚(本実施の形態に於いては5枚)備え、該ツィーザ48は進退駆動部、回転駆動部、昇降駆動部によって進退、回転、昇降可能に支持され、前記基板移載機49は前記ツィーザ48の進退、回転、昇降可能の協働により、基板の移載が可能となっている。
The
前記ポッドステージ28にはウェーハ34を搬送する為のキャリア(基板搬送容器)としてのFOUP(front opening unified pod 以下、ポッド50)が1台ずつ載置される様になっている。
On the
該ポッド50は1つの面が開口した略立方体の箱形状に形成されており、開口部にはドア51が着脱自在に装着されている。ウェーハ34が前記ポッド50に収納され、密閉状態で搬送されることで、周囲の雰囲気にパーティクル等が存在していたとしてもウェーハ34の清浄度は維持することができる。
The
尚、前記ポッドステージ28にはポッド50のドア51を開閉する為のドア開閉装置(図示せず)が設置されている。
The
図6は基板処理装置の制御システム52を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a
図6に示されている制御システム52はいずれもコンピュータによって構築されたメインコントローラ58と複数のサブコントローラとによって構成されている。サブコントローラとしては、前記処理室6の温度を制御する温度制御サブコントローラ53と、前記処理室6の圧力を制御する圧力制御サブコントローラ54と、原料ガスやキャリアガス及びパージガス等のガス流量を制御するガス制御サブコントローラ55と、各種のエレベータやボート交換装置及び基板移載機等の機械を制御する機械制御サブコントローラ56とが構築されており、これらサブコントローラは前記メインコントローラ58に制御ネットワーク57によって接続されている。
Each of the
前記メインコントローラ58には表示手段及び入力手段としてのコンソール(制御卓)59及びレシピ等を記憶する記憶装置60が接続されている。前記コンソール59はディスプレイとキーボード及びマウスとを備えており、ディスプレイにレシピの内容(項目名や制御パラメータの数値等)を表示すると共に、キーボードやマウスによって作業者の指令を伝達する様に構成されている。
The
以下、基板処理装置による基板処理について説明する。 Hereinafter, substrate processing by the substrate processing apparatus will be described.
複数枚のウェーハ34を収納したポッド50が前記ポッドステージ28に供給され、第1ボート7Aが前記待機台44に前記ボート交換装置36によって移載され、前記ポッドステージ28のポッド50からウェーハ34が前記基板移載機49によって前記第1ボート7Aに移載される。
A
前記待機ステージ25に於いて、指定枚数のウェーハ34が前記第1ボート7Aに装填されると、前記ボート交換装置36の前記第1アーム37によって前記第1ボート7Aは前記待機ステージ25から前記熱処理ステージ24へ移送され、前記シールキャップ5の上に移載される。移載後、前記第1アーム37は前記待機ステージ25に戻る。
When the designated number of
前記第1ボート7Aは前記ボートエレベータ33によって上昇されて前記処理室6に装入される。前記第1ボート7Aが上限に達すると、前記シールキャップ5は前記インレットフランジ1の下面に密着し、前記炉口4を気密に閉塞する。
The
前記処理室6が閉塞されると、前記排気管3を介して排気装置によって前記処理室6が所定の真空度に真空排気され、前記加熱装置32によって所定の処理温度(例えば、800〜1000℃)に亘って均一に加熱される。前記処理室6の温度が安定すると、前記ガス導入管31を介して処理ガスが前記処理室6に所定の流量供給され、所定の成膜処理がなされる。
When the
前記第1ボート7Aに対する成膜処理の間に、第2ボート7Bが前記待機台44の上に前記ボート交換装置36によって移載され、前記ポッド50のウェーハ34が前記第2ボート7Bに前記基板移載機49によって装填される。
During the film forming process on the
前記反応管2での成膜処理が完了すると、前記ボートエレベータ33によって前記第1ボート7Aが引出される。処理直後の前記第1ボート7A(保持されたウェーハ34群を含む)は高温の状態になっている。
When the film forming process in the
続いて、処理済みの高温状態の前記第1ボート7Aは前記冷却ステージ26へ、前記ボート交換装置36の前記第2アーム38により直ちに移載される。該第2アーム38は処理済みの第1ボート7Aの前記ボート受け軸8の外側に挿入して前記断熱キャップ部35の係合部に下から係合することによって、処理済みの第1ボート7Aを垂直に支持した状態で約90度回動することにより、処理済みの第1ボート7Aを前記熱処理ステージ24のシールキャップ5の上から前記冷却ステージ26の冷却台45の上へ移送し載置する。
Subsequently, the processed
前記冷却ステージ26は前記クリーンユニット23から吹出される前記クリーンエア流れ47の中にあり、高温状態の第1ボート7Aは前記クリーンエア流れ47によって極めて効果的に冷却される。
The cooling
前記冷却台45に於いて、例えば150℃以下に冷却された第1ボート7Aは、前記ボート交換装置36によって前記熱処理ステージ24を経由して前記待機ステージ25に移送される。即ち、前記ボート交換装置36の前記第2アーム38で前記第1ボート7Aを前記冷却ステージ26から前記熱処理ステージ24へ移送し、次に、前記第1アーム37が前記熱処理ステージ24の第1ボート7Aを前記待機台44に移載する。
The
前記第1ボート7Aが前記待機台44に戻されると、前記基板移載機49は前記待機台44の第1ボート7Aから処理済みのウェーハ34を前記ポッドステージ28のポッド50に払出す。
When the
全ての処理済みウェーハ34がポッド50に戻されると、前記待機台44の上の第1ボート7Aには、次に処理すべき未処理のウェーハ34が前記基板移載機49によって移載されて行く。
When all processed
以降、前述した作用が第1ボート7Aと第2ボート7Bとの間で交互に繰返されることにより、多数枚のウェーハ34が基板処理装置によってバッチ処理されて行く。
Thereafter, the above-described operation is alternately repeated between the
次に、図7により、本発明が実施された炉口部14について説明する。
Next, the
図7(A)中、図11中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。 7A, the same components as those shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
前記インレットフランジ1の内面に混入防止部材15を内嵌する。
A mixing
該混入防止部材15は短円筒状であって内径は、前記ボート受台9、又は前記ボート7の底板7a等の最大径部分より、前記ボート7の装脱が支障なく行えるだけの隙間Gが形成されるものとする。又、前記混入防止部材15の上部、外周部は前記排気管3の流路を閉塞しない様に、前記インレットフランジ1内面との間に空間16を形成する細径部15aとなっており、前記混入防止部材15を設けたことによる排気抵抗の増加を抑制している。
The mixing
尚、前記混入防止部材15は前記インレットフランジ1に対し着脱可能としてもよい。又、前記混入防止部材15は、前記インレットフランジ1の内面に前記ボート受台9等と干渉しない様に設けるものであるので、既存の処理炉にも適用可能である。
The mixing
図7(B)は、前記第1アーム37、前記第2アーム38(以下第1アーム37)との関係を示している。
FIG. 7B shows the relationship between the
前記第1アーム37が、前記ボート受台9と前記シールキャップ5間に進入するのは、前記シールキャップ5が前記インレットフランジ1から脱し、降下した状態であり、前記混入防止部材15を設けたことで、前記シールキャップ5に対する前記ボート7の移載動作に支障は生じない。
The
尚、前記混入防止部材15の軸長(高さ)は、前記細径部15aを除いた高さ、即ち前記排気管3の開口に達しない高さとしてもよい。
The axial length (height) of the mixing
前記混入防止部材15を設けたことで、前記ボート受台9、前記ボート7との間隙が狭まり、ガスの巻込み、異物の混入が抑制される。
By providing the mixing
図8は他の実施の形態を示しており、図8(A)はボート7が処理室6に挿入された状態、図8(B)はボート7が降下した状態を示している。他の実施の形態では、前記インレットフランジ1の形状を変更し、前記混入防止部材15を前記インレットフランジ1に一体に成形したものである。即ち、前記混入防止部材15は、前記インレットフランジ1の炉口4に臨接部分を肉厚として形成される。前記混入防止部材15は、図7で示した場合と同様、前記炉口4の開口を狭め内径を小さくして前記ボート受台9、前記ボート7との間隙を小さくしたものである。
FIG. 8 shows another embodiment. FIG. 8A shows a state in which the
図8に示す、他の実施の形態でも、前記インレットフランジ1を交換することで、既存の処理炉に適用が可能である。
The other embodiment shown in FIG. 8 can also be applied to an existing processing furnace by exchanging the
尚、本発明は、図10で示したインレットフランジ1を具備しない、反応管2に対しても実施可能であることは言う迄もない。
Needless to say, the present invention can also be applied to the
(付記)
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
(Appendix)
The present invention includes the following embodiments.
(付記1)基板を処理する空間を形成する処理室と、該処理室に設けられた基板を搬入出する為の開口を気密に閉塞する閉塞手段と、前記処理室内で基板を保持し、前記閉塞手段に載置される基板保持手段と、前記処理室から搬出された前記基板保持手段を、前記閉塞手段に対して着脱する着脱手段とを備え、前記基板保持手段は、前記閉塞手段との間に前記着脱手段が挿入される間隙を形成した状態で、前記閉塞手段に載置され、前記処理室の開口側の内壁には、内側に突出する部分が設けられていることを特徴とする基板処理装置。 (Appendix 1) A processing chamber for forming a space for processing a substrate, a closing means for airtightly closing an opening for loading and unloading the substrate provided in the processing chamber, holding the substrate in the processing chamber, A substrate holding means placed on the closing means; and an attaching / detaching means for attaching / detaching the substrate holding means carried out of the processing chamber to / from the closing means, wherein the substrate holding means is connected to the closing means. It is placed on the closing means in a state where a gap for inserting the attaching / detaching means is formed therebetween, and the inner wall on the opening side of the processing chamber is provided with a portion protruding inward. Substrate processing equipment.
1 インレットフランジ
2 反応管
4 炉口
5 シールキャップ
6 処理室
7 ボート
8 ボート受け軸
9 ボート受台
12 空間
15 混入防止部材
22 筐体
33 ボートエレベータ
34 ウェーハ
36 ボート交換装置
37 第1アーム
38 第2アーム
49 基板移載機
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