JP3099212B2 - 成膜処理装置 - Google Patents

成膜処理装置

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JP3099212B2
JP3099212B2 JP05132596A JP13259693A JP3099212B2 JP 3099212 B2 JP3099212 B2 JP 3099212B2 JP 05132596 A JP05132596 A JP 05132596A JP 13259693 A JP13259693 A JP 13259693A JP 3099212 B2 JP3099212 B2 JP 3099212B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は成膜処理装置に関する
もので、例えば半導体ウエハ等の被処理体に処理ガスを
供給して薄膜を形成する成膜処理装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体の製造工程においては、
被処理体である半導体ウエハ(以下にウエハという)の
表面に集積回路を形成する目的で、ウエハ上に薄膜を形
成する工程がスパッタ装置やCVD装置を用いて行われ
ている。
【0003】かかる成膜処理工程においては、薄膜をウ
エハ上に均一に成長させるために、ウエハの全面を均一
かつ所定の温度に加熱維持すると共に、ウエハに処理ガ
スを供給することが重要とされている。また、装置の保
守・点検等のメンテナンスの便宜を図るために、処理室
の内部に配設される器具類を外方から補修あるいは交換
できるようにする必要がある。
【0004】そこで、従来のこの種の成膜処理装置は、
図4に示すように、ウエハWを所定位置に収容する上部
が開口する処理室10と、処理室10の開口11を開閉
する蓋体20と、処理室10の下部に配置される例えば
加熱ランプ等の加熱手段30とで主要部が構成されてい
る。そして、蓋体20の中心部には図示しない処理ガス
供給手段にフレキシブルチューブ60を介して接続する
処理ガス供給口21が設けられている。また、処理室1
0には排気口12が設けられており、この排気口12に
接続する図示しない排気手段により処理室10内が所定
の真空雰囲気になるように構成されている。
【0005】このように構成される成膜処理装置におい
て、ウエハ上に薄膜を形成するには、図示しない搬送ア
ームによって処理室10内に搬入されたウエハWを支持
ピン13にて支持した状態で、加熱手段30によって処
理室内を所定温度に加熱すると共に、処理ガス供給手段
から供給される処理ガスを処理ガス供給口21からウエ
ハ上に供給して処理を行うことができる。そして、処理
が終了した後に処理ガスの供給及び加熱手段30の加熱
を停止し、処理ガスを排気した後、ウエハWを処理室1
0から取出す。更に、処理室10からウエハWを取出し
た後、処理ガスに代えてクリーニング用処理ガスを処理
室10内に供給して成膜処理の際に処理室10内に付着
した処理ガス成分を除去することにより、処理室10内
を常時最適状態に維持している。また、装置の補修や点
検等を行う場合には、蓋体20を上方へ回転させて処理
室10の開口を開放して、処理室10内あるいは処理室
10内の器具類の補修や点検等を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の成膜処理装置においては、装置の補修や点検等
のメンテナンス時に、蓋体20を回転させて処理室10
の開口を開放するため、蓋体20の処理ガス供給口21
と処理ガス供給手段とを接続するフレキシブルチューブ
60が屈曲し、繰返し蓋体20を開閉することにより、
フレキシブルチューブの内面からパーティクルが発生
し、そのパーティクルが飛散してウエハWに付着したり
ウエハWを汚染するという問題があった。また、繰返し
蓋体20を開閉することによってフレキシブルチューブ
60が変形したり亀裂等が生じ、処理ガスが漏れるとい
う虞れもあった。
【0007】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、処理ガスの供給を円滑にすることができると共に、
処理ガス供給系におけるパーティクルの発生を減少させ
て、歩留まり及びスループットの向上を図れるようにし
た成膜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】上記目的を達成するため
にこの発明の第1の成膜処理装置は、被処理体を所定位
置に収容する上部が開口する処理室と、上記開口を開閉
する蓋体と、上記蓋体側から上記被処理体に向って処理
ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備する成膜処理
装置を前提とし、上記蓋体に処理ガス供給口と処理ガス
送通路とを設けると共に、これら処理ガス供給口と処理
ガス送通路とを接続管にて接続し、上記処理室に、上記
処理ガス供給手段と接続すると共に、上記処理ガス送通
路と導通する処理ガス導入路を形成し、上記処理室と蓋
体の対向面のいずれか一方における上記処理ガス送通路
又は処理ガス導入路の開口端の周囲に、この開口端を包
囲するシール部材を装着してなるものである。
【0009】この発明において、上記処理室と蓋体の対
向面のいずれか一方のシール部材の外周位置に、シール
部材を包囲する外周シール部材を装着する方が好まし
い。
【0010】また、この発明の第2の成膜処理装置は、
上記第1の成膜処理装置と同様、被処理体を所定位置に
収容する上部が開口する処理室と、上記開口を開閉する
蓋体と、上記蓋体側から上記被処理体に向って処理ガス
を供給する処理ガス供給手段とを具備する成膜処理装置
を前提とし、上記蓋体を、上記処理室に接触する蓋体基
部と、この蓋体基部及び処理ガス供給側との間に絶縁部
材を介して連結する処理ガス供給部とで構成し、上記処
理ガス案内部における上記被処理体と対向する部位に、
処理ガス整流分散手段を設け、上記処理ガス整流分散手
段と処理室との間に高周波電力を印加してなることを特
徴とするものである。
【0011】
【作用】上記のように構成されるこの発明の成膜処理装
置によれば、蓋体に設けられる処理ガス供給口と処理ガ
ス送通路とを接続管にて接続することにより、蓋体を開
閉しても処理ガス案内部が屈曲や変形等することがな
く、処理ガス供給系にパーティクル等が発生するのを防
止することができる。また、処理室と蓋体の対向面のい
ずれか一方における処理ガス送通路又は処理ガス導入路
の開口端の周囲に、この開口端を包囲するシール部材を
装着することにより、使用時に処理ガス導入路と処理ガ
ス送通路とを気密に接続することができ、処理ガスの供
給を円滑にすることができる。
【0012】また、処理室と蓋体の対向面のいずれか一
方のシール部材の外周位置に、シール部材を包囲する外
周シール部材を装着することにより、万一シール部材か
ら処理ガスが漏れた場合においても、外側シール部材に
て処理ガスの外部への流出を防止することができる。
【0013】また、蓋体の処理ガス案内部を絶縁部材を
介して蓋体の蓋体基部及び処理ガス供給側と連結し、処
理ガス案内部における被処理体と対向する部位に設けた
処理ガス整流分散手段と処理室との間に高周波電力を印
加することにより、処理ガス整流分散手段と処理室内と
の間にプラズマを生成することができ、このプラズマに
よって処理ガスをイオン化及びラジカル化して被処理体
上の成膜の形成あるいはクリーニング用処理ガスをイオ
ン化及びラジカル化して処理ガス整流分散手段や処理室
内に付着する処理ガスの反応成分を除去することができ
る。
【0014】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。ここでは、この発明の成膜処理装置を半導
体ウエハのCVD装置に適用した場合について説明す
る。なお、従来の成膜処理装置と同一部分には同一符号
を付して説明する。
【0015】◎第一実施例 図1はこの発明の成膜処理装置の第一実施例の断面図、
図2は成膜処理装置の要部の斜視図が示されている。
【0016】この発明の成膜処理装置は、被処理体であ
る半導体ウエハW(以下にウエハという)を所定位置に
収容する上部が開口11する処理室10と、この処理室
10の上部に図示しないヒンジを介して開閉可能に装着
されて開口11を開閉する蓋体20と、蓋体側から処理
室10内のウエハWに向って処理ガスを供給する処理ガ
ス供給手段である処理ガス供給源40と、処理室10の
下部に配置されて処理室10内を所定の温度に加熱する
加熱手段30を有する加熱室31とで主要部が構成され
ている。
【0017】上記処理室10は例えばアルミニウム合金
製の箱状チャンバにて形成されており、この処理室10
の側壁14には下部から側壁14の上面に向って傾斜状
に穿設される複数(図面では3個)の処理ガス導入路1
5が設けられ、各処理ガス導入路15には処理ガス供給
源40がバルブ41a〜41cを介して接続されてい
る。ウエハWにタングステン膜を成膜する場合には、処
理ガスは、成膜用処理ガスとして六フッ化タングステン
(WF6 )が使用され、還元用処理ガスとして水素(H
2 ),モノシラン(Si H4 )あるいはジクロールシラ
ン(Si H2 Cl2)が使用され、これらのキャリア用ガ
スとしてN2 やArが使用されクリーニング用処理ガス
として三フッ化塩素(Cl F3 )が使用される。また、
処理室10の側壁14及び底部16を介して処理室10
内に連通するパージガス供給路17が設けられており、
このパージガス供給路17にはバルブ41dを介して例
えば窒素(N2 )やアルゴン(Ar )等の不活性ガス等
のパージガス供給源45が接続されている。
【0018】なお、処理室10の側壁14には冷却水の
循環通路18が形成されており、この循環通路18に図
示しない冷却水供給管路及び排出管路が接続されてい
る。また、処理室10の底部の4箇所には排気口12が
設けられており、これら排気口12には図示しない真空
ポンプを介設する排気管路19が接続されて、真空ポン
プの作動により処理室10内が所定の真空度(例えば1
0Torr〜10-6Torr)に維持されるようになっている。
【0019】また、処理室10内にはウエハWを載置支
持する支持ピン13が周方向に適宜間隔をおいて複数本
(例えば3本)配置されると共に、支持ピン13にて支
持されるウエハWの周囲を塞ぐリング状のシールドプレ
ート13a及びシールドプレート13aの外周に位置す
る多数の小孔を有するリング状の整流板13bが配置さ
れている。また、処理室10の底部16に設けられた下
部開口16aに石英製の透過窓32が取付けられ、この
透過窓32を介して加熱室31が配置されている。
【0020】上記加熱室31内には、加熱手段である複
数の加熱ランプ30が上下2枚の回転板33,34の所
定位置に固定されている。この加熱ランプ30は例えば
タングステンランプあるいはハロゲンランプ等のランプ
本体30aと反射鏡30bとで構成され、それぞれ所定
の方向に光エネルギー線を照射するようになっている。
また、回転板33,34は、駆動モータ35との間にベ
ルト伝達機構36を介して連結されて、シャフト37を
中心として水平方向に回転可能に形成されている。ま
た、加熱室31の側部には冷却エア導入口38が設けら
れており、この冷却エア導入口38から冷却エアを導入
することにより室内及び透過窓32の過熱が防止され
る。
【0021】一方、上記蓋体20は、処理室10に接触
するアルミニウム合金製の蓋体基部22と、この蓋体基
部22との間にセラミックス製の絶縁部材23及びパッ
キング24を介してボルト25にて連結されるアルミニ
ウム合金製の処理ガス案内部26と、処理ガス案内部2
6の上部との間にセラミックス製の絶縁部材27を介し
てボルト25にて連結される断面ハット状の処理ガス供
給部28とで構成されており、図示しないヒンジを介し
て処理室10の開口11を開閉し得るように装着されて
いる。そして、処理ガス案内部26におけるウエハWと
対向する部位には、多数の小孔を有する複数段の多孔板
にて形成される処理ガス整流分散手段29が設けられて
おり、処理ガス案内部26と処理ガス供給部28との間
に処理ガス混合室10aが形成されている。この処理ガ
ス混合室10aは処理ガス案内部26の上部に設けられ
た通路26aを介して処理室10と連通されている。な
お、処理ガス案内部26には冷却水循環通路26bが形
成されており、この冷却水循環通路26bには冷却水供
給管路26c及び排水管路(図示せず)が接続されてい
る。
【0022】上記のように構成される蓋体20の処理ガ
ス供給部28には処理ガス供給口21が設けられ、蓋体
基部22には上記処理室10の側壁14に設けられた複
数の処理ガス導入路15の各々に導通する複数の処理ガ
ス送通路50が設けられており、これら処理ガス導入路
15と処理ガス供給口21とがステンレス鋼製の接続管
51を介して接続されている。
【0023】また、上記処理室10の側壁14の上面に
露出する処理ガス導入路15の開口端の周囲にはこの開
口端を包囲するシール部材であるOリング52が装着さ
れている。また、これらOリング52より外周側の側壁
14の上面にはOリング52を包囲する外周シール部材
である外周シールリング53が装着されている。この場
合、Oリング52と外周シールリング53は、例えばパ
ーフロロゴム(デュポン社の商品名「カルレッツ」)製
部材あるいはフッ素ゴム製部材を使用することができ
る。このように形成することにより、処理室10の開口
11を蓋体20によって閉塞した状態において、処理ガ
ス導入路15と処理ガス送通路50とが気密に接続さ
れ、処理ガス供給手段から供給される処理ガスが外部に
漏れることがない。万一、Oリング52の外側に処理ガ
スが漏れたとしても、Oリング52の外側に外周シール
リング53が位置しているので、処理ガスの外部への漏
れを防ぐことができる。
【0024】なお、実施例では、Oリング52及び外周
シールリング53が処理室10の側壁14の上面に装着
される場合について説明したが、必ずしも処理室10の
側壁14の上面にOリング52、外周シールリング53
を装着する必要はなく、蓋体20すなわち蓋体基部22
の処理ガス送通路50の開口端の周囲にOリング52を
装着し、これらOリング52の外側に外周シールリング
53を装着してもよく、あるいはOリング52と外周シ
ールリング53を処理室10の側壁14の上面と、蓋体
基部22の下面に別々に装着してもよい。また、外周シ
ールリング53をOリングにて形成してもよいが、外周
シールリング53を、この外周シールリング53が装着
される溝の形状(図面ではコーナ部が円弧状の方形状の
溝を示す)に合せて予め型成形する方が好ましい。
【0025】次に、上記のように構成される成膜処理装
置の動作態様について説明する。まず、蓋体20を閉じ
て処理室10の開口11を閉塞した状態で、図示しない
ゲートバルブを開放し、図示しない搬送アームによりウ
エハWを、排気手段により予め所定の真空雰囲気に減圧
されている処理室10内に搬入して支持ピン13上の所
定位置に載置する。
【0026】次いで、加熱ランプ30から光エネルギー
線が透過窓32を透過してウエハWに照射され、ウエハ
Wは短時間(例えば約30秒)で常温から成膜処理温度
(例えば500℃)まで加熱される。そして、所定の温
度に達した後、処理ガスの成膜用のWF6 ガスと還元用
の例えばSi H4 ガスが処理ガス導入路15に導入され
ると、これらWF6 ガスとSi H4 ガスはそれぞれ蓋体
20の処理ガス送通路50及び接続管51を介して処理
ガス供給口21から処理ガス混合室10a内に供給され
て混合される。
【0027】処理ガス混合室10aで混合されたガスは
処理ガス案内部26の整流分散手段29にて整流・分散
されてウエハWの上面に均一に供給されて、成膜処理に
供される。この際、例えばN2 ガス等のパージガスがパ
ージガス供給路17から処理室10内に供給されてウエ
ハWの周縁部や裏面に処理ガス成分のW膜が生成される
のを防止する。
【0028】上記のようにして、所定時間成膜処理を行
った後、処理ガスの供給が停止されると共に、加熱ラン
プ30の電源が切られる。そして、処理室10内の処理
ガスが排気手段により排気口12から排気された後、再
びゲートバルブが開放され、搬送アームによって成膜処
理が終了したウエハWが外部に搬出される。
【0029】上記のように成膜処理が終了したウエハW
を処理室10から取出した後に、処理室10内及び処理
ガス整流分散手段29をクリーニングする場合には、ク
リーニング用処理ガスすなわちCl F3 ガスを処理ガス
導入路15、処理ガス送通路50、接続管51を介して
処理ガス供給口21から処理室10内に供給すれば、こ
のCl F3 ガスの成分が整流分散手段29や処理室10
内に付着した処理ガスの成分と反応して、付着した処理
ガス成分を除去し、排気手段により排気口12から排出
することができる。
【0030】上述の動作を繰返し行ってウエハWを順次
成膜処理した後に装置の補修や点検等を行う場合には、
蓋体20を開放側に回転して処理室10の開口11を開
放して、開口11から処理室10の内部あるいは支持ピ
ン13や透過窓32の器具類を補修・点検することがで
きる。この際、蓋体20に設けられた処理ガス供給口2
1と処理ガス送通路50が接続管51にて接続されてい
るので、接続管51は蓋体20と一体となって移動す
る。したがって、従来のフレキシブルチューブのように
屈曲変形することがなく、接続管51内に処理ガスが付
着してパーティクルを発生することがない。
【0031】装置の補修・点検を行った後、蓋体20を
閉塞方向に回転して開口11を閉塞すると、蓋体20に
設けられた処理ガス送通路50と処理室10に設けられ
た処理ガス導入路15とが導通し、しかもOリング52
によってシールされるので、処理ガスは外部に漏れるこ
となく、処理ガスを供給することができる。また、万
一、Oリング52から処理ガスが漏れたとしても、外周
シールリング53によって処理ガスは外部に漏れる心配
はない。
【0032】◎第二実施例 図3はこの発明の成膜処理装置の第二実施例の断面図が
示されている。
【0033】第二実施例における成膜処理装置はプラズ
マを利用して成膜処理装置のクリーニングを行うよにし
た場合である。
【0034】この第二実施例において、蓋体20は、上
記第一実施例で説明したように、アルミニウム合金製の
蓋体基部22と、この蓋体基部22との間にセラミック
ス製の絶縁部材23及びパッキング24を介してボルト
25にて連結されるアルミニウム合金製の処理ガス案内
部26と、処理ガス案内部26の上部との間にセラミッ
クス製の絶縁部材27を介してボルト25にて連結され
る断面ハット状の処理ガス供給部28とで構成されてい
る。このように構成される蓋体20に配設された処理ガ
ス整流分散手段29の最もウエハWに近接する整流分散
板29aには、スイッチ54を介して高周波電源55が
接続され、処理室10をアース56側に接地して、整流
分散板29aと処理室10との間にプラズマが生成され
るようになっている。
【0035】一方、処理ガスのうちのクリーニング用処
理ガスとして三フッ化窒素(Nf3)ガスが使用され、
このNF3 ガス供給源がバルブ41cを介して処理室1
0に設けられた処理ガス導入路15に接続されている。
【0036】なお、第二実施例において、その他の部分
は上記第一実施例と同じであるので、同一部分には同一
符号を付して、その説明は省略する。
【0037】上記のように構成される成膜処理装置にお
いて、上記第一実施例と同様にウエハWの成膜処理を終
了して、ウエハWを処理室10の外方へ取出した後に処
理室10内をクリーニングする場合には、以下のように
して処理することができる。すなわち、スイッチ54を
ON動作させて処理ガス整流分散手段29の整流分散板
29aと処理室10との間に高周波電力を印加してプラ
ズマを生成すると共に、クリーニング用処理ガスである
NF3 ガスを処理ガス導入路15、処理ガス送通路5
0、接続管51を介して処理ガス供給口21から処理室
10内に供給することにより、Nf3 ガスの成分がこの
プラズマによってイオン化及びラジカル化して処理ガス
整流分散手段29や処理室10内に付着する処理ガスの
反応成分を除去することができる。
【0038】なお、処理ガスをプラズマによってイオン
化及びラジカル化してウエハWの成膜処理に供するよう
にすることも可能である。その場合は、成膜用処理ガス
として例えばSiH4 、キャリア用ガスとして例えばA
r 等を使用することができる。
【0039】なお、上記実施例では被処理体が半導体ウ
エハである場合について説明したが、必ずしも被処理体
は半導体ウエハに限定されるものではなく、半導体ウエ
ハ以外の液晶基板の製造工程におけるガラス基板等につ
いても適用することができる。また、上記実施例では、
この発明の成膜処理装置をCVD装置に適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、例
えばスパッタ装置にも適用できることは勿論である。
【0040】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明の成膜
処理装置によれば、上記のように構成されているので、
以下のような効果が得られる。
【0041】1)請求項1記載の成膜処理装置によれ
ば、蓋体に設けられる処理ガス供給口と処理ガス送通路
とを接続管にて接続するので、蓋体を開閉しても処理ガ
ス案内部が屈曲変形等することがなく、処理ガス供給系
にパーティクル等が発生するのを防止することができ
る。また、処理室と蓋体の対向面のいずれか一方におけ
る処理ガス送通路又は処理ガス導入路の開口端の周囲
に、この開口端を包囲するシール部材を装着するので、
使用時に処理ガス導入路と処理ガス送通路とを気密に接
続することができ、処理ガスの供給を円滑にし、製品歩
留まり及びスループットの向上を図ることができる。
【0042】2)請求項2記載の成膜処理装置によれ
ば、処理室と蓋体の対向面のいずれか一方のシール部材
の外周位置に、シール部材を包囲する外周シール部材を
装着するので、万一シール部材から処理ガスが漏れた場
合においても、外周シール部材にて処理ガスの外部への
流出を防止することができ、安全性の向上を図ることが
できる。
【0043】3)請求項3記載の成膜処理装置によれ
ば、蓋体の処理ガス案内部を絶縁部材を介して蓋体の蓋
体基部及び処理ガス供給側と連結し、処理ガス案内部に
おける被処理体と対向する部位に設けた処理ガス整流分
散手段と処理室との間に高周波電力を印加するので、プ
ラズマを有効に利用して処理室内のクリーニング処理を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の成膜処理装置の第一実施例の断面図
である。
【図2】成膜処理装置の要部を示す斜視図である。
【図3】この発明の成膜処理装置の第二実施例の断面図
である。
【図4】従来の成膜処理装置の概略断面図である。
【符号の説明】 10 処理室 11 開口 15 処理ガス導入路 20 蓋体 21 処理ガス供給口 22 蓋体基部 23 絶縁部材 26 処理ガス案内部 27 絶縁部材 28 処理ガス供給部 29 処理ガス整流分散手段 50 処理ガス送通路 51 接続管 52 Oリング(シール部材) 53 外周シールリング(外周シール部材) 54 スイッチ 55 高周波電源 W 半導体ウエハ(被処理体)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/31 C23C 16/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理体を所定位置に収容する上部が開
    口する処理室と、上記開口を開閉する蓋体と、上記蓋体
    側から上記被処理体に向って処理ガスを供給する処理ガ
    ス供給手段とを具備する成膜処理装置において、 上記蓋体に処理ガス供給口と処理ガス送通路とを設ける
    と共に、これら処理ガス供給口と処理ガス送通路とを接
    続管にて接続し、 上記処理室に、上記処理ガス供給手段と接続すると共
    に、上記処理ガス送通路と導通する処理ガス導入路を形
    成し、 上記処理室と蓋体の対向面のいずれか一方における上記
    処理ガス送通路又は処理ガス導入路の開口端の周囲に、
    この開口端を包囲するシール部材を装着してなることを
    特徴とする成膜処理装置。
  2. 【請求項2】 処理室と蓋体の対向面のいずれか一方の
    シール部材の外周位置に、シール部材を包囲する外周シ
    ール部材を装着してなることを特徴とする請求項1記載
    の成膜処理装置。
  3. 【請求項3】 被処理体を所定位置に収容する上部が開
    口する処理室と、上記開口を開閉する蓋体と、上記蓋体
    側から上記被処理体に向って処理ガスを供給する処理ガ
    ス供給手段とを具備する成膜処理装置において、 上記蓋体を、上記処理室に接触する蓋体基部と、この蓋
    体基部及び処理ガス供給側との間に絶縁部材を介して連
    結する処理ガス案内部とで構成し、 上記処理ガス案内部における上記被処理体と対向する部
    位に、処理ガス整流分散手段を設け、 上記処理ガス整流分散手段と処理室との間に高周波電力
    を印加してなることを特徴とする成膜処理装置。
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