JP3592923B2 - 排気装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの絶縁膜であるシリコン酸化膜を形成する装置として例えば縦型熱処理装置が知られている。縦型熱処理装置は、加熱炉で囲まれた石英製の反応管内に、多数枚の半導体ウエハを棚状に保持したウエハボートを搬入すると共に酸化用のガスを導入してシリコンを酸化するものである。そして酸化処理の方法としては、水蒸気を用いるタイプのウェット酸化処理と水蒸気を用いずに酸素あるいはオゾンなどを用いるドライ酸化処理とがあり、ウェット酸化処理を行う場合には排気路中に水分が溜まって排気路を塞いでしまわないようにするために、図10に示すように例えば反応管10内を排気するための排気路11の最も低い位置にドレイン管12を接続し、このドレイン管12を流れてきた水が容器13に溜められるようになっている。この容器13の底部には、例えば一端が工場排水側に接続された排水管14の他端が接続されている。また排気路11の先端側には排ガス中の水分を結露させるためのトラップ15及び反応管10内の圧力を調整するためのバタフライバルブ16を介して、工場に設置された排気ダクトに接続されており、反応管10内から排気されたガスは前記排気ダクトを通り、所定の処理がなされた後外気へ排出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで酸化処理を行う場合には反応管10内の圧力がバタフライバルブ14により所定の値例えば−5mmH2 Oに維持されるようにコントロールされるが、パターンの微細化による薄膜化に伴い、絶縁膜の膜質について厳しい要求がなされてきており、このためプロセス圧についても高い精度でコントロールすることが必要である。しかしながら上述の装置ではドレイン管12から流れてきた水を開放された容器13内に溜めるようにしているので、反応管10内の処理ガスがドレイン管12を通じて例えば工場内に漏洩してしまう。このようにガスの漏洩が起こると、環境衛生上好ましくないという問題がある。
【0004】
一方前記容器13を密閉すると、ドレイン管12と排水管14とが容器13内の空間を介して連通するので、反応管10内がドレイン管12の背圧、つまり排水管10の一端側の圧力の影響を受ける。なお排水管14に設けられたバルブVを閉じておくと、反応管10内の圧力が容器13内の水量に応じた容器13内の圧力の影響を受ける。
【0005】
更にまた上述の装置は、トラップ15にて排ガス中の水分が結露するので、ここで圧力が大きく変動し、時間的に見れば排気路11に設けられた図示しない圧力計の圧力検出値が頻繁に波を打つ格好になるので、バタフライ弁16が小刻みに揺れる。こうしたことから反応管10内の圧力を所定値に高い精度で維持することが困難であるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理例えば酸化処理を行う場合に反応容器内の圧力を高い精度で制御することができ、例えば良質な酸化膜を得ることのできる排気装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第1の排水路部材と、
この第1の排水路部材を通って流れてきた水を溜めるようにその中に第1の排水路部材の下端が開口する密閉容器と、
この密閉容器内に一端が開口する第2の排水路部材と、を備え、
前記第2の排水路部材の一端は、第1の排水路部材の下端開口部よりも上方側の位置にて密閉容器内の水を吸い込めるように開口し、前記第1の排水路部材の下端開口部よりも上方側に水位が位置することによって、第1の排水路部材及び第2の排水路部材の各開口部間に液相が存在するように構成し、
排気路部材の下流側は、工場に設けられた排気ダクトに接続され、
前記排気路部材における圧力調整部よりも下流側からは主分岐路を、その分岐点よりも高いレベルを経由して密閉容器に接続されるように分岐させると共に、この主分岐路内の圧力を検出して排気ダクト内の圧力を監視する圧力監視部を設けたことを特徴とする。このように構成すれば、反応容器内の圧力制御を行うにあたって、第1の排水路部材の背圧の影響がなくなる。この場合密閉容器内の水位が第1の排水路部材の開口部よりも上に位置するように密閉容器内に液体を供給するための液体供給手段を設けるようにしてもよい。
【0008】
この場合主分岐路から更に補助分岐路を分岐し、この補助分岐路に圧力監視部を設けることが好ましい。
【0009】
請求項4の発明は、水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記排気路部材における結露手段と圧力調整部との間の圧力を検出し、その検出値により前記圧力調整部が制御される圧力検出部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第1の排水路部材と、
前記排気路部材における結露手段の下流側から分岐して設けられた分岐路と、 この分岐路に設けられ、前記結露手段における水分の結露による排気路部材内の圧力変動を吸収して前記圧力調整部の動作を安定化するための圧力変動吸収部と、を備え、
前記圧力変動吸収部は、外部に連通するように前記分岐路に形成された開口部と、この開口部を内側から塞ぐように抑制され、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く蓋体と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
このようにすれば、圧力変動が緩和されるので圧力調整部の動作が安定する。この場合圧力変動吸収部の蓋体は、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く代わりに、開口部を閉じたまま内部に引き寄せられように弾性膜により形成されたものとすることもできる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の排気装置について、縦型熱処理装置に適用した実施の形態を例にとって説明する。縦型熱処理装置は図1に示すようにヒータ21に囲まれた反応容器例えば石英製の反応管22内に、多数枚のウエハWをウエハボート23に棚状に保持して例えば下方側から搬入し、反応管22の下端開口部をキャップ20で閉じ所定の熱処理を行うものである。この熱処理の一つとしてシリコン膜を酸化する酸化処理があり、処理ガスとしては水蒸気(H2 O)と例えば塩化水素ガスとの混合ガスが用いられる。
【0012】
本発明の実施の形態に係る排気装置は、図1を参照しながらその概略を述べると、前記反応管22の排気口24に接続された排気路部材をなす排気管3と、この排気管3から分岐された第1の排水路部材をなすドレイン管4と、このドレイン管4の下方に設けられたトラップをなす筒状の密閉容器41と、排気管3におけるドレイン管4の分岐点よりも下流側に設けられた結露手段をなす冷却器5と、排気管3における冷却器5の下流側に設けられた圧力調製部をなすバタフライバルブ6とを備えている。
【0013】
図2はこの排気装置100が縦型熱処理装置の背面に取り付けられている状態を模式的に示す図である。図2中25は外装体をなすほぼ直方体形状の筐体であり、この筐体25の前面からウエハカセットが取り込まれ、背面側に設けられた炉体20(断熱体、ヒータ21及び反応管22からなる)内にウエハが搬入されて熱処理される。この例では排気装置100は上下の長さがおよそ3m程度のユニットとして構成されており、排気管3の上端部3aは図示しない配管を介して、工場内の排気ダクトに接続される。
【0014】
以下にこの排気装置について詳述すると、排気管3は図1〜図3に示すように排気口24から例えば水平に伸びた後、下方側に屈曲してほぼ真下に向かい更に上方側に向けてほぼ鉛直に伸びている。排気管3の下端部はほぼU字状に屈曲しており、その屈曲部31にてドレイン管4が分岐している。前記屈曲部31は内部に通気路32が形成された通気路ユニット33により構成されており、この通気路32は排気管3の一部及びドレイン管4の分岐点をなしている。また排気口24と屈曲部31との間において排気管3内の圧力を検出して反応管22内の圧力を監視する圧力監視部34(図1参照)とバルブ35とが設けられている。
【0015】
前記冷却器5は、図4に示すように排気ガスが通る筒状体51と、この筒状体51の外側に上下に形成された冷却水通路52と、筒状体51内に所定の間隔をおいて長さ方向に設けられ交互に左と右とに配置された、筒状体51内の断面形状に対応する半円形の邪魔板53とを備えている。排気ガス中に残っている水分は冷却器5内を通ったときに邪魔板53による衝突と冷却水による冷却とによって、結露し、結露した水が排気管3及びドレイン管4を伝わって密閉容器41内に落ちていく。また排気ガスはこの冷却器5によって冷却される。
【0016】
前記密閉容器41内にはドレイン管4の下端の開口部が密閉容器41の底部付近に位置するようにドレイン管4が上部から突入されていると共に、第2の排水路部材である排水管42が下方側から突入されている。排水管42の一端(上端)の開口部はドレイン管4の下端開口部よりも例えば6〜8cm程度上方に位置しており、排水管42の他端は例えば外部の排水路側に接続され、結露水を排水している。43はバルブである。
【0017】
密閉容器41内に溜められた水は排水管42により排出され、ウエハの酸化処理中は水蒸気が排気管3内及び冷却器5内にて結露して水が流れ落ちるため密閉容器41内の水位は排水管42の一端開口部の高さに維持される。この結果ドレイン管4及び排水管42の各開口部の間に液相が介在し、互いの連通が阻止されるので、排水管42側の圧力つまりドレイン管4の背圧が反応管22内に及ぼす影響はない。排水管42は密閉容器41の下方側から突入される代りに側面から水平に突入され、一端開口部が横を向いていてもよい。
【0018】
図5は上述のトラップに対する比較例であり、この比較例のようにドレイン管4の下端開口部よりも排水管42の一端(上端)開口部を下方に位置した場合にはドレイン管4及び排水管42が互いに連通し、ドレイン管4の背圧の変動による反応管22内の圧力変動が大きい。
【0019】
またこの例では、図1に示すように反応管22の下端開口部をキャップ20でシールしたときに反応管22の下端のフランジ部とキャップ20との間をシール用排気管26により吸引しており、その排気ガス中の水分は、シール用排気管26から分岐したドレイン管27を通じて密閉容器41内に流れ落ちるようになっている。
【0020】
ここで水蒸気を用いずに例えば酸素ガスやオゾンガスを用いてドライ酸化を行う場合には、このままでは密閉容器41内の水が蒸発して排気管3内を介して排気されるので減少し、ドレイン管4及び排水管42が連通してしまう。またドライ酸化から水蒸気を用いたウェット酸化に切り替えたときにも、初期のうちは密閉容器41内の水が不足して同様のことが起こる。このため本実施の形態では図1及び図3に示すように前記通気路ユニット33の通気路32の途中に、液体例えば水を供給するための給水管71を接続し、給水源72からの水を流量調整部73で僅かな流量(例えば一筋の細い流れが形成される程度の流量)に調整して、ドレイン管4を通じて密閉容器41内に常時水を溜めておくようにしている。
【0021】
前記排気管3における冷却器5の下流側には、図1に示すように夫々分岐路を介して圧力検出部である圧力センサ54及び圧力監視部55が設けられている。圧力センサ54はその検出値により前記バタフライバルブ6の開度を制御して反応管22内の圧力を調整するためのものであり、圧力監視部55は冷却器5の下流側の排気管3内の圧力を監視するためのものである。これら圧力センサ54及び圧力監視部55は、冷却器5により水分が除去された後の排気ガスの圧力を測定するものであるから、計器内に水分が侵入することが防止される。
【0022】
更に排気管3における圧力監視部55の下流側には、図1及び図6に示すように分岐路81を介して圧力変動吸収部8が設けられている。この圧力変動吸収部8は、外部(大気圧)に連通するように分岐路81に形成された開口部82と、この開口部82の内側周縁部に形成された水平な保持面83の上に当該開口部82を塞ぐように載置された蓋体84とからなる。圧力変動吸収部8の役割りについて述べると、排ガス中の水蒸気が冷却器5で結露するため、その下流側の圧力が図7の実線(1)で示すように細かく頻繁に変動する。このため圧力センサ54の検出値が変動するのでバタフライバルブ6が微動し、反応管22内の圧力が不安定になる。そこで圧力変動吸収部8を設ければ、図8(a)に示すようにある圧力値までは蓋体84が開口部82を塞いでいるが、圧力が低くなり過ぎると蓋体84が自重に抗して内部に引き寄せられ、つまり上に持ち上がって開口部82が開き、圧力が上昇する。この結果冷却器5の下流側の圧力は図7の点線(2)で示すようにその変動が滑らかになり、バタフライバルブ6の開閉動作が安定し、従って反応管22内の圧力が安定する。
【0023】
この例は蓋体84が開口部82を塞ぐ抑制力として蓋体84の自重を用いているが、例えばバネを組み合わせて蓋体84が常時開口部82を塞ぐように抑制されているものであってもよいし、あるいはまた図9に示すように弾性膜例えばゴム膜よりなる蓋体85で開口部82を塞ぎ、排気管3内の圧力が低いときには蓋体85が開口部82を閉じたまま内部に引き寄せられるような構成としてもよい。
【0024】
そして例えば停電により工場内の排気ダクトの排気が停止したときには、蓋体84と分岐路81の内面との隙間から排気ガスが漏洩するおそれがあるので、分岐路81の途中にバルブ86を設け、停電などが起こったときにはバルブ86を閉じるようにしている。
【0025】
更に図1および図3に示すように排気管3におけるバタフライバルブ6の下流側にはバルブ91を介して通気路ユニット92が設けられており、排気管3はこの通気路ユニット92内の水平な通気路93を介して上方に伸びており、その先端は図示しない工場内の排気ダクトに接続されている。また水平な通気路93から主分岐管61が分岐している。この主分岐管61は通気路93から一旦上方に向かった後、U字状に屈曲して下方側に伸び、前記密閉容器41内におけるドレイン管4の下端よりも下方位置にて開口している。この主分岐管61の途中からは補助分岐管62が分岐し、その先端部に圧力監視部63が設けられている。この圧力監視部63は、工場内の排気ダクト内の圧力を監視し、停電等による排気が停止したときにバルブ86、91を遮断するためのものである。
【0026】
主分岐管61は排気管3から分岐して、分岐点よりも高い位置を経由して配管されているため、工場内排気ダクト側から水が流れてきたとしても主分岐管61内には侵入しにくく、更にこの主分岐管61から補助分岐管62を介して圧力監視部63を設けているためこの圧力監視部63内に水が入るおそれはない。なお主分岐管61内に水が入り込んだ場合には、流れ落ちて前記密閉容器41内に溜められる。
【0027】
このような排気装置の全体の動作について述べると、反応管22内の水蒸気を含むガスは、工場内の排気ダクトの吸引力によって排気管路31内に排気され、圧力センサ54の圧力検出値に基づいてバタフライバルブ6の開度が調整され、以って反応管22内の圧力が調整される。そしてガス中の水分は排気管路31内を通るときに一部が結露し、残存している水分も冷却器5内にて結露し、その結露水は密閉容器41内に流れ落ちて溜められる。
【0028】
密閉容器41内の水は排水管42により排出されるが、排水管42とドレイン管4とは水によって互いの連通が阻止されているので、反応管22内の圧力はドレイン管4の背圧の影響を受けない。また冷却器5にて排ガス中の水分が結露するのでその下流側の圧力は小刻みに変動しようとするが、圧力変動吸収部8にて圧力変動を吸収して滑らかにしているためバタフライバルブの微動が抑えられる。従って反応管22内の圧力を高い精度で制御することができる。
【0029】
更に給水管71によって密閉容器41内には常時水が溜められているので、水蒸気を用いないドライ酸化を行う場合にもドレイン管4と排水管42との連通が阻止されているので安定した圧力制御を行うことができる。なお本発明ではドライ酸化を行うときにのみ給水管から密閉容器41内へ給水するようにしてもよいが、上述のように常時わずかながら給水していれば、オペレータが、給水操作し忘れた場合のリスクを回避することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば水蒸気を用いて熱処理を行う場合に反応容器内の圧力を高い精度で制御することができ、例えば良質な酸化膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の全体構成を示す構成図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る排気装置が縦型熱処理装置の背面に取り付けられている様子を示す斜視図である。
【図3】上記排気装置を示す側面図である。
【図4】冷却器の一例を示す一部切り欠き側面図である。
【図5】トラップをなす密閉容器内の構造の比較例を示す断面図である。
【図6】圧力変動吸収部を示す断面図である。
【図7】冷却器の下流側の圧力変動の様子を模式的に示す特性図である。
【図8】圧力変動吸収部の動作を示す説明図である。
【図9】圧力変動吸収部の他の例を示す説明図である。
【図10】従来の排気装置を示す構成図である。
【符号の説明】
22 反応管
24 排気口
3 排気管
4 ドレイン管
41 密閉容器
42 排水管
5 冷却器
6 バタフライバルブ
61 主分岐管
62 補助分岐管
63 圧力センサ
71 給水管
8 圧力変動吸収部
81 分岐管
82 開口部
84 蓋体
Claims (7)
- 水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第1の排水路部材と、
この第1の排水路部材を通って流れてきた水を溜めるようにその中に第1の排水路部材の下端が開口する密閉容器と、
この密閉容器内に一端が開口する第2の排水路部材と、を備え、
前記第2の排水路部材の一端は、第1の排水路部材の下端開口部よりも上方側の位置にて密閉容器内の水を吸い込めるように開口し、前記第1の排水路部材の下端開口部よりも上方側に水位が位置することによって、第1の排水路部材及び第2の排水路部材の各開口部間に液相が存在するように構成し、
排気路部材の下流側は、工場に設けられた排気ダクトに接続され、
前記排気路部材における圧力調整部よりも下流側からは主分岐路を、その分岐点よりも高いレベルを経由して密閉容器に接続されるように分岐させると共に、この主分岐路内の圧力を検出して排気ダクト内の圧力を監視する圧力監視部を設けたことを特徴とする排気装置。 - 密閉容器内の水位が第1の排水路部材の開口部よりも上に位置するように密閉容器内に液体を供給するための液体供給手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の排気装置。
- 主分岐路から更に補助分岐路を分岐し、この補助分岐路に圧力監視部を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の排気装置。
- 排気路部材における圧力調整部よりも下流側にバルブを設け、圧力監視部により工場側の排気が停止したことを検出したときに、前記バルブを閉じることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一に記載の排気装置。
- 水蒸気を用いて被処理体に対して熱処理を行う反応容器に接続された排気装置において、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
この排気路部材に設けられ、排気ガス中の水分を結露させるための結露手段と、
前記排気路部材における結露手段よりも下流側に設けられた圧力調整部と、
前記排気路部材における結露手段と圧力調整部との間の圧力を検出し、その検出値により前記圧力調整部が制御される圧力検出部と、
前記反応容器の排気口と結露手段との間におけるこれらよりも低い位置にて排気路部材から分岐された第1の排水路部材と、
前記排気路部材における結露手段の下流側から分岐して設けられた分岐路と、 この分岐路に設けられ、前記結露手段における水分の結露による排気路部材内の圧力変動を吸収して前記圧力調整部の動作を安定化するための圧力変動吸収部と、を備え、
前記圧力変動吸収部は、外部に連通するように前記分岐路に形成された開口部と、この開口部を内側から塞ぐように抑制され、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く蓋体と、を備えたことを特徴とする排気装置。 - 圧力変動吸収部の蓋体は、前記排気路部材内の圧力が低くなったときに、抑制力に抗して内部に引き寄せられて開口部を開く代わりに、開口部を閉じたまま内部に引き寄せられように弾性膜により形成されたものであることを特徴とする請求項5記載の排気装置。
- 排気路部材における圧力調整部よりも下流側にバルブを設けると共に前記分岐路にバルブを設け、排気ダクト内の圧力の監視結果により工場側の排気が停止した ことを検出したときに、これらバルブを閉じることを特徴とする請求項5または6記載の排気装置。
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