JP3856726B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、パーティクルによる汚染防止技術に係り、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)の製造方法において半導体素子を含む半導体集積回路が作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に熱処理(thermal treatment )を施す熱処理装置(furnace )に利用して有効なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
ICの製造方法においてウエハに絶縁膜や金属膜等のCVD膜を形成したり不純物を拡散したりする熱処理工程には、熱処理装置が広く使用されている。従来のこの種の熱処理装置においては、ウエハの表面を汚染しICの製造方法の歩留りに悪影響を及ぼすパーティクル(塵埃)を抑えるために、筐体の内部室にクリーンエアを吹き出すクリーンユニットが設置されており、クリーンユニットから筐体の内部室に吹き出されたクリーンエアは、例えば、ダウンブローに流れるように設定されている。一般に、クリーンユニットの吸込口は筐体の上面に配置されており、熱処理装置が設置されたクリーンルームの天井の直下の雰囲気を取り込むようになっている。
【0003】
ところで、ウエハを収容して搬送するためのキャリア(搬送治具)としては、互いに対向する一対の面が開口された略立方体の箱形状に形成されているオープンカセットと、一つの面が開口された略立方体の箱形状に形成され開口面にキャップが着脱自在に装着されているFOUP(front opening unified pod 。以下、ポッドという。)とがある。ウエハのキャリアとしてポッドが使用される場合には、ウエハが密閉された状態で搬送されることになるため、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エハの清浄度(クリーン度)は維持することができる。したがって、昨今はウエハに作り込まれる集積回路の微細化が進むにつれ、ポッドが使用される場合が増加して来ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポッドの使用に伴ってクリーンルームのクリーン度が緩和された場合には、熱処理装置のメンテナンス用ドアが開放された際に、クリーン度の低下したクリーンルームの雰囲気が熱処理装置の筐体の内部室に流入することにより、クリーン度を高く維持した筐体の内部室のクリーン度が低下するため、パーティクルのウエハへの付着が発生してしまう。
【0005】
本発明の目的は、メンテナンス用ドアの開放時に筐体の外部の雰囲気がメンテナンス用出入口から筐体の内部室に流入するのを防止することができる半導体製造装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造装置は、クリーンルームに設置される半導体製造装置であって、筐体の内部室にクリーンエアを吹き出すクリーンユニットと、前記筐体の内部室に吹き出されたクリーンエアの少なくとも一部を前記クリーンユニットに戻す循環ダクトと、前記クリーンルームの雰囲気を前記クリーンユニットに導入するインテークダクトと、前記筐体のメンテナンス用出入口に開閉可能に取り付けられたメンテナンス用ドアとを備えている半導体製造装置において、
前記メンテナンス用ドアが開放された時には、前記インテークダクトから雰囲気を前記クリーンユニットへ導入するとともに、前記循環ダクトを閉じることを特徴とする。
【0007】
前記した手段によれば、メンテナンス用ドアが開放された時には筐体の内部室が正圧に維持することができるため、筐体の外部の雰囲気がメンテナンス用出入口から筐体の内部室に流入するのを防止することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【0009】
本実施の形態において、本発明に係る半導体製造装置は、図1〜図4に示されているように、熱処理装置として構成されており、熱処理装置10はICの製造工場のクリーンルーム(設置空間だけが図示されている。)1に設置される。熱処理装置10は気密室構造に構築された筐体11を備えており、筐体11のベース12はクリーンルーム1のグレーチング2の上に設置されている。この熱処理装置10においては、ウエハ3を収容して搬送するためのキャリアとしては、クリーンルーム1のクリーン度を緩和可能なポッド4が使用されている。
【0010】
図1および図4に示されているように、筐体11の正面の下部にはポッド4を筐体11内に搬入搬出するためのポッド搬入搬出ポート(以下、ポッドポートという。)13が構築されており、ポッドポート13に対応する筐体11の正面壁にはフロントシャッタ(図示せず)によって開閉されるポッド搬入搬出口14が開設されている。ポッドポート13に対してはポッド4が工程内搬送装置(図示せず)によって搬入搬出されるようになっている。筐体11の内部の正面壁のポッドポート13の上方には複数個のポッド4を保管するバッファ棚15が、左右方向に一杯に水平に敷設されている。
【0011】
筐体11内の最前部にはポッド移載装置設置室16が設定されており、この設置室16にはスカラ形ロボット(selective compliance assembly robot arm 。SCARA)によって構成されたポッド移載装置17が設置されている。ポッド移載装置17はポッドポート13、バッファ棚15、後記する回転棚19およびウエハローディングポート25間でポッド4を搬送するように構成されている。筐体11の内部空間におけるポッド移載装置設置室16の後方の上部には回転棚設置室18が設定されており、この設置室18には回転棚19が設置されている。回転棚19は複数個のポッド4を保管するように構成されている。すなわち、回転棚19は棚板20が複数段、モータ等の間欠回転駆動装置(図示せず)によって一方向にピッチ送り回転される回転軸21に上下方向に配されて水平に固定されており、棚板20に保管されたポッド4が正面の位置に回転軸21のピッチ送り回転によって順次送られるようになっている。
【0012】
筐体11の内部空間におけるポッド移載装置設置室16の後方の下部には、ポッド移載装置設置室16の後方空間を上下および前後に仕切る水平壁部23と垂直壁部24とからなる隔壁22が構築されており、隔壁22の水平壁部23の上には回転棚19が設置されている。隔壁22の垂直壁部24における筐体11の回転棚19の下側には、ウエハ3をローディングおよびアンローディングするためのポート(以下、ウエハポートという。)25が一対、垂直方向上下で対向するようにそれぞれ設定されている。垂直壁部24の上下のウエハポート25、25に対応する位置にはウエハ3を出し入れするためのウエハ搬入搬出口26、26がそれぞれ開設されており、両ウエハ搬入搬出口26、26にはポッド4のキャップを着脱してポッド4を開閉する一対のポッドオープナ27、27がそれぞれ設置されている。
【0013】
図1および図4に示されているように、隔壁22の後方の空間にはボート32がプロセスチューブ35への搬入搬出に対して待機する待機室28が設定されており、待機室28の前側の空間にはウエハ移載装置29が設置されている。ウエハ移載装置29はウエハポート25とボート32との間でウエハ3を搬送してポッド4およびボート32に受け渡すように構成されている。待機室28の後側の空間にはボートエレベータ30が垂直に設置されており、ボートエレベータ30はボート32を支持したシールキャップ31を垂直方向に昇降させるように構成されている。すなわち、シールキャップ31はマニホールド36を介してプロセスチューブ35をシール可能な円盤形状に形成されており、シールキャップ31の上にはボート32が垂直に立脚されている。ボート32は被処理基板としてのウエハ3を多数枚、中心を揃えて水平に配置した状態で保持するように構成されており、シールキャップ31のボートエレベータ30による昇降によってプロセスチューブ35の処理室34に対して搬入搬出されるようになっている。
【0014】
図1および図3に示されているように、筐体11の後端部における上部にはプロセスチューブ設置室33が設定されており、プロセスチューブ設置室33には処理室34を形成するプロセスチューブ35がマニホールド36を介して垂直に立脚され待機室28の上に設置されている。マニホールド36には処理室34に原料ガスやパージガス等を導入するためのガス導入管37と、処理室34を真空排気するための排気管38が接続されている。プロセスチューブ35の外側にはヒータユニット39が同心円に配されて筐体11に支持されており、ヒータユニット39は処理室34を全体にわたって均一または所定の温度分布を維持するように加熱するように構成されている。
【0015】
図2および図4に示されているように、回転棚設置室18の回転棚19の後方の片隅にはクリーンユニット40が設置されている。クリーンユニット40はパーティクルを捕集するフィルタ41とファン42とダクト部43とを備えており、フィルタ41が回転棚設置室18に露出するとともに、ファン42およびダクト部43の下流側になるように構成されている。ダクト部43の吸込口は筐体11の上面において開口されている。図1、図3および図4に示されているように、ポッド移載装置設置室16の下部にはフロント排気ファン44が一対、左右に並べられて設置されている。図1および図3に示されているように、筐体11のベース12におけるポッド移載装置設置室16に接する領域には、多数個の吹出口45がグレーチング2の下方空間に連通するように開設されている。したがって、クリーンユニット40から回転棚設置室18に吹き出されたクリーンエア46は、ポッド移載装置設置室16を下方に流れて吹出口45群からグレーチング2の下方空間へ排気されるようになっている。
【0016】
図1、図3および図5に示されているように、待機室28の背面壁にはメンテナンス用出入口47が大きく開設されており、メンテナンス用出入口47にはメンテナンス用ドア48が適宜に開閉し得るように設置されている。
【0017】
図3および図4に示されているように、待機室28の左側の側面にはサイドクリーンユニット50が垂直に配置されて、略全面をカバーするように設備されている。サイドクリーンユニット50はパーティクルを捕集するフィルタ51と複数のファン52とダクト部53とを備えており、フィルタ51が待機室28に露出するとともに、ファン52群およびダクト部53の下流側になるように構成されている。ダクト部53は一方において、図2および図4に示された導入経路としてのインテークダクト54に接続されており、インテークダクト54は筐体11の上面においてクリーンルーム1に開口されている。インテークダクト54はダンパ(図示せず)によって適宜に開閉されるように構成されている。ダクト部53は他方において、循環ダクト55に接続されており、図1および図4に示されているように、循環ダクト55の吸込口56は待機室28の下部において開口されている。循環ダクト55の吸込口56には循環ファン57が設置されているとともに、循環ファン57の上流側にはダンパ58が設置されている。
【0018】
図3に示されているように、待機室28の後部のサイドクリーンユニット50側の隅には冷却用窒素ガス62を噴出する噴出ノズル60が複数本、一列に並べられて垂直に立脚されている。また、図示しないが、サイドクリーンユニット50の背面側には窒素ガス62を供給する供給ポートが開設されている。図3、図4および図5に示されているように、待機室28の後側の右隅にはリア排気ファン61が垂直に設置されている。
【0019】
次に、前記構成に係る熱処理装置の作用を説明する。
【0020】
図1に示されているように、ポッドポート13に供給されたポッド4はポッド搬入搬出口14からポッド移載装置設置室16へポッド移載装置17によって搬入される。図1および図2に示されているように、搬入されたポッド4は回転棚19の指定された位置にポッド移載装置17によって適宜に搬送されて一時的に保管される。回転棚19に保管されたポッド4はポッド移載装置19によって適宜にピックアップされて、上下のうちの指定されたウエハポート25に搬送され、図1および図3に示されているように、載置台に移載される。
【0021】
ウエハポート25の載置台に移載されたポッド4はポッドオープナ27によってキャップを外されて開放される。この一方のウエハポート25におけるポッドオープナ27による開放作業の間に、他方のウエハポート25には別のポッド4がポッド移載装置17によって回転棚19からピックアップされて移載される。したがって、ポッド移載装置17は上下のウエハポート25と回転棚19との間、並びに、回転棚19とポッドポート13との間をきわめて効率よく移動して稼働することになる。
【0022】
ウエハポート25においてポッド4が開放されると、ポッド4に収納された複数枚のウエハ3はウエハ移載装置29によってボート32に移載されて装填(チャージング)される。この際、ボート32がバッチ処理するウエハ3の枚数(例えば、百枚〜百五十枚)は一台のポッド4に収納されたウエハ3の枚数(例えば、二十五枚)よりも何倍も多いため、複数台のポッド4が上下のウエハポート25、25にポッド移載装置17によって交互に繰り返し供給されることになる。
【0023】
予め指定された枚数のウエハ3が上下のウエハポート25、25からボート32に移載されると、ボート32はボートエレベータ30によって上昇されてプロセスチューブ35の処理室34に搬入される。ボート32が上限に達すると、ボート32を保持したシールキャップ31の上面の周辺部がプロセスチューブ35をシール状態に閉塞するため、処理室34は気密に閉じられた状態になる。
【0024】
プロセスチューブ35の処理室34が気密に閉じられた状態で、所定の真空度に排気管38によって真空排気され、ヒータユニット39によって所定の温度に加熱され、所定の原料ガスがガス導入管37によって所定の流量だけ供給される。これにより、所定のCVD膜がウエハ3に形成される。ちなみに、取り扱う膜種によって異なるが、例えば、処理時間は約1時間〜2時間になる。
【0025】
そして、予め設定された処理時間が経過すると、ボート32がボートエレベータ30によって下降されることにより、処理済みウエハ3を保持したボート32が待機室28における元の待機位置に搬出(ボートアンローディング)される。ボート32のプロセスチューブ35の処理室34への搬入搬出作業および処理作業の間に、ポッドポート13や回転棚19においてはポッド4の搬入搬出作業や移送作業が同時に進行される。
【0026】
待機室28に搬出されたボート32の処理済みウエハ3はボート32からウエハ移載装置29によってピックアップされてウエハポート25に搬送され、ウエハポート25に予め搬送されてキャップを外されて開放された空のポッド4に収納される。続いて、ポッド4がポッドオープナ27によって閉じられた後に、処理済みのウエハ3が収納されたポッド4は回転棚19の指定された位置にポッド移載装置17によって搬送されて一時的に保管される。処理済みウエハ3を収納したポッド4は回転棚19からポッドポート13へポッド移載装置17によって搬送される。ポッドポート13に移載されたポッド4は次工程へ搬送される。
【0027】
以降、前述した作用が繰り返されてウエハ3が熱処理装置10によってバッチ処理されて行く。
【0028】
以上のバッチ処理が実施されている際においては、図4に示されているように、筐体11の回転棚設置室18にはクリーンエア46がクリーンユニット40から吹き出されて、ポッド移載装置設置室16にダウンブローに流される。このダウンブローに流れるクリーンエア46により、ポッド4の表面に付着したパーティクルやポッド移載装置17の稼働によって発生するパーティクル等がクリーンエア46によって吹き落とされて、吹出口45からクリーンルーム1のグレーチング2の下方空間に排出される。
【0029】
他方、筐体11の待機室28には不活性ガスとしての窒素ガス62が窒素ガス噴出ノズル60やサイドクリーンユニット50の背面側の図示しない供給ポートから供給される。待機室28に供給された窒素ガス62は、サイドクリーンユニット50によって待機室28の下部に開設された吸込口56から循環ダクト55に吸い込まれ、サイドクリーンユニット50に戻され、待機室28に循環される。この窒素ガス62の循環により、待機室28における熱処理済みのウエハ3や装脱作業中のウエハ3の自然酸化が防止されるとともに、熱処理済みのウエハ3が冷却される。
【0030】
ところで、前述した熱処理が繰り返して実施されると、ボート32や処理室34の表面に反応生成物等が堆積するため、メンテナンス作業がボート32やプロセスチューブ35等について定期または不定期に実施される。このメンテナンス作業に際して、図5に示されているように、メンテナンス用ドア48が開かれると、窒素ガス62の待機室28への供給は停止されるが、クリーンルーム1の雰囲気がサイドクリーンユニット50に取り込まれて浄化されたクリーンエア59が待機室28にサイドクリーンユニット50によって吹き出される。この際、循環ファン57が停止されるとともに、循環ダクト55の吸込口56がダンパ58によって閉じられる。このサイドクリーンユニット50からのクリーンエア59の吹き出しによって待機室28はクリーンルーム1の内圧よりも高い正圧になるため、クリーンエア59はメンテナンス用出入口47から緩やかに吹き出す。したがって、クリーンルーム1の雰囲気はメンテナンス用出入口47からは待機室28に流入しないため、待機室28のクリーン度がクリーンルーム1の雰囲気のクリーン度に影響されることはない。
【0031】
ここで、メンテナンス作業に際して、循環ファン57が停止されると、循環ダクト55によるクリーンエア59の循環は抑制されるが、サイドクリーンユニット50のファン52の吸引力が循環ダクト55の吸込口56に作用することにより、クリーンルーム1の雰囲気のメンテナンス用出入口47から待機室28への流入現象を招いてしまう。本実施の形態においては、メンテナンス作業に際しては、循環ダクト55の吸込口56がダンパ58によって閉じられるため、サイドクリーンユニット50のファン52の吸引力によるクリーンルーム1の雰囲気の待機室28への流入現象は防止される。
【0032】
ちなみに、メンテナンス作業の前に、待機室28で循環する窒素ガス62は図示しない開放バルブから待機室28の外部へ排気される。
【0033】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【0034】
1) メンテナンス作業に際して、待機室を正圧に維持することにより、待機室の外部のエアが待機室に流入するのを防止することができるため、待機室にパーティクルが侵入するのを防止することができ、パーティクルによるウエハの汚染を防止することができる。
【0035】
2) メンテナンス作業時のパーティクルによるウエハの汚染を防止することにより、ICの製造方法の歩留りの低下を防止することができるため、ICの製造方法のスループットを高めることができる。
【0036】
3) メンテナンス作業時のパーティクルによるウエハの汚染を防止することにより、クリーンルームのクリーン度の厳格性を相対的に緩和することができるため、熱処理装置のランニングコストを大幅に低減することができ、ひいてはICの製造コストを大幅に低減することができる。
【0037】
4) 待機室に窒素ガスを循環させることにより、待機室におけるウエハの自然酸化を防止することができるため、熱処理装置およびICの製造方法のスループットを高めることができる。
【0038】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【0039】
例えば、待機室への窒素ガスの循環は省略してもよい。
【0040】
前記実施の形態ではバッチ式縦形熱処理装置の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、バッチ式縦形拡散装置等の半導体製造装置全般に適用することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メンテナンス用ドアの開放時に筐体外部の雰囲気がメンテナンス用出入口から筐体の内部に流入するのを防止することができるため、パーティクルの侵入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である熱処理装置を示す一部省略側面断面図である。
【図2】回転棚を通る平面断面図である。
【図3】ウエハポートを通る平面断面図である。
【図4】クリーンエアの流れを示す模式的な斜視図である。
【図5】ドア開放時のエアの流れを示す模式的な一部省略斜視図である。
【符号の説明】
1…クリーンルーム、2…グレーチング、3…ウエハ(基板)、4…ポッド(ウエハキャリア)、10…熱処理装置(半導体製造装置)、11…筐体、12…ベース、13…ポッドポート(ポッド搬入搬出ポート)、14…ポッド搬入搬出口、15…バッファ棚、16…ポッド移載装置設置室、17…ポッド移載装置、18…回転棚設置室、19…回転棚、20…棚板、21…回転軸、22…隔壁、23…水平壁部、24…垂直壁部、25…ウエハポート、26…ウエハ搬入搬出口、27…ポッドオープナ、28…待機室、29…ウエハ移載装置、30…ボートエレベータ、31…シールキャップ、32…ボート、33…プロセスチューブ設置室、34…処理室、35…プロセスチューブ、36…マニホールド、37…ガス導入管、38…排気管、39…ヒータユニット、40…クリーンユニット、41…フィルタ、42…ファン、43…ダクト部、44…排気ファン、45…吹出口、46…クリーンエア、47…メンテナンス用出入口、48…メンテナンス用ドア、50…サイドクリーンユニット、51…フィルタ、52…ファン、53…ダクト部、54…インテークダクト(導入経路)、55…循環ダクト、56…吸込口、57…循環ファン、58…ダンパ、59…クリーンエア、60…窒素ガス噴出ノズル、61…リア排気ファン、62…窒素ガス。

Claims (2)

  1. クリーンルームに設置される半導体製造装置であって、筐体の内部室にクリーンエアを吹き出すクリーンユニットと、前記筐体の内部室に吹き出されたクリーンエアの少なくとも一部を前記クリーンユニットに戻す循環ダクトと、前記クリーンルームの雰囲気を前記クリーンユニットに導入する導入経路と、前記筐体のメンテナンス用出入口に開閉可能に取り付けられたメンテナンス用ドアとを備えている半導体製造装置において、
    前記メンテナンス用ドアが開放された時には前記導入経路からクリーンルームの雰囲気を前記クリーンユニットへ導入するとともに、前記循環ダクトを閉じることを特徴とする半導体製造装置。
  2. 前記メンテナンス用ドアの閉鎖時には、不活性ガスが前記筐体の内部室に供給され、前記循環ダクトが開かれることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。
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