JP3911210B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウェハ基板表面に金属膜、金属シリサイド膜、酸化膜、窒化膜、あるいは不純物などをドープしたシリコン膜などの薄膜を形成する熱CVD装置、プラズマCVD装置、半導体ウェハ基板上に単結晶層を成長させるエピタキシャル成長装置、薄膜を所定のパターンにエッチングするドライエッチング装置等の半導体ウェハ処理装置に関わり、その中でも特に、処理装置の反応管壁面およびウェハ基板保持部に反応副生成物の付着堆積が生じ得る場合に好適な半導体ウェハ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の製造において、ウェハに回路作成を行う処理装置として、CVD装置やエッチング装置等の種々の真空処理装置が用いられている。これら装置によるウェハの処理過程において、処理室内に発生する反応副生成物等による微小塵埃がウェハ表面に付着する。これが、半導体素子の製造過程の歩留まりや装置稼働率低下の主原因となっている。そこで、このウェハ表面に付着する塵埃を低減するために、成膜により処理室の壁面に堆積する反応副生成物を適宜、クリーニング(除去)することが行われる。
【0003】
このような成膜およびクリーニングに関する公知技術としては、例えば、特開平7−94419号公報記載のものがある。この公知技術においては、2枚の平行平板ヒータにより形成される加熱空間内に偏平な石英製などの反応管を設け、その反応管内部に配置されウェハ領域にほぼ相当する部分が切り欠かれたウェハ支持板上に半導体ウェハを載置し、加熱しつつ処理室内にガスを供給しながら排気することにより、ウェハ表面に薄膜形成(またはエピタキシャル成長)を行わせる。そしてこの成膜処理が繰り返されて反応管壁面に反応副生成物が堆積し、その量が限界値(厚さ)を越え堆積物が剥がれ落ちてくるようになった場合には、適宜ガス反応クリーニングを実施し、エッチングによって堆積物を除去する。
【0004】
上記公知例の半導体処理装置に使用されるウェハ支持体としては、例えば、図1に示すようなウェハ支持体200が挙げられる。このウェハ支持体200は、半導体処理装置の処理室内に設置され、台座4(図2参照)、ウェハ支持板2(図3参照)、必要ならば均熱板3(図4参照)およびウェハ支持板間スペーサ6(図5参照)で構成される。図2に示すように台座4には少なくとも3本以上の支柱5が設けられ、図3に示すようにウェハ支持板2には台座支柱5に合わせた穴21が空けられている。スペーサ6の内径は支柱5の外径およびウェハ支持板2の穴21の径より大きく、スペーサ6を介してウェハ支持板2の高さを決める。またウェハ支持板2あるいは均熱板3等が2枚以上ある場合はそれぞれの高さと間隔をスペーサ6によって決めることができる。またウェハ支持板2または均熱板3とスペーサ6との接点は平面平坦で接触させるのが一般的であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のウェハ支持体200を使用した従来の半導体ウェハ処理装置において成膜処理を繰り返し行うと、反応管内壁およびウェハ支持体200に反応副生成物が堆積する。さらに図7に示すように、スペーサ6の部分に着目すると、台座支柱5とスペーサ内壁64に挟まれた極狭い空間にも反応副生成物63が堆積する。これら反応副生成物63を例えば反応ガスにてクリーニングする際、台座支柱5とスペーサ内壁64に挟まれた空間にはエッチングガスが回り込みずらくエッチングレートはその他大部分と比較して極端に遅い。従ってエッチング残りが発生しやすく、再びウェハ成膜処理を再開した場合に前述のエッチング残り部分がParticle発生源になってしまう。またエッチング残りなく完全に堆積物を除去するには長いエッチング時間を要し、装置の稼働率が低下すると共に他部分のオーバーエッチングが発生し、ウェハ支持体200の材料である石英へのダメージが発生するのでパーティクルの発生や石英部分交換周期が短くなり運用コストが高くなる。
【0006】
上記課題はウェットクリーニングを行った場合も同様で、支柱5とスペーサ内壁64に挟まれた部分はエッチング残りが発生する。対策方法としてはウェハ支持体200を構成する石英部材を分解してウェットクリーニングする方法があるが、反応副生成物63が堆積した状態では石英部材間で癒着していることが多く無理に分解しようとすると石英を破損してしまい非効率的である。
【0007】
本発明の主な目的は、クリーニングの際のエッチング速度分布の均一化を図ることにより、生産性向上と低コスト化が実現できる基板処理装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持体とを備える基板処理装置であって、前記基板支持体は複数の構成部材からなり、前記複数構成部材の少なくとも一つの部材に、前記複数部材間の空間の少なくとも一部へのクリーニング媒体の回り込みを補助するガイドを設けたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【0009】
基板支持体の複数の構成部材は、好ましくは、基板を支持する複数枚の基板支持板と、複数枚の基板支持板間に設けられ基板支持板同士を離間させるスペーサとを備え、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、基板支持板とスペーサの接触部において、基板支持板およびスペーサの少なくとも一方に設けられる。
【0010】
また、基板支持体の複数の構成部材は、好ましくは、台座と、基板を支持する基板支持板と、台座と基板支持板間に設けられ台座と基板支持板とを離間させるスペーサとを備える。この場合に、好ましくは、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、基板支持板とスペーサの接触部において、基板支持板およびスペーサの少なくとも一方に設けられる。また、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、台座とスペーサの接触部において、台座およびスペーサの少なくとも一方に設けられることも好ましい。より好ましくは、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、基板支持板とスペーサの接触部において、基板支持板およびスペーサの少なくとも一方に設け、また、台座とスペーサの接触部において、台座およびスペーサの少なくとも一方にも設ける。
【0011】
また、基板支持体の複数の構成部材は、好ましくは、基板を支持する基板支持板と、均熱板と、均熱板と基板支持板間に設けられ均熱板と基板支持板とを離間させるスペーサとを備える。この場合に、好ましくは、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、基板支持板とスペーサの接触部において、基板支持板およびスペーサの少なくとも一方に設けられる。また、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、均熱板とスペーサの接触部において、均熱板およびスペーサの少なくとも一方に設けられることも好ましい。より好ましくは、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、基板支持板とスペーサの接触部において、基板支持板およびスペーサの少なくとも一方に設け、また、均熱板とスペーサの接触部において、均熱板およびスペーサの少なくとも一方にも設ける。
【0012】
また、好ましくは、基板支持体の複数の構成部材は、支柱をさらに備える。支柱は3本以上設けることが好ましい。また、好ましくは、スペーサ、基板支持板および(基板支持体の複数の構成部材に含まれる場合には)均熱板にそれぞれ穴を開け、支柱をこれらの穴に通す。
【0013】
上記各場合において、好ましくは、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、スペーサに設けられる。
【0014】
また、好ましくは、クリーニング媒体の回り込みを補助するガイドは、複数個(少なくとも2つ)設けられる。
【0015】
上記クリーニング媒体は、好ましくは、クリーニングガス(エッチングガス)である。
また、上記クリーニング媒体は、好ましくは、エッチング液である。
【0016】
また、本発明によれば、上記基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法が提供される。
【0017】
また、本発明によれば、上記基板処理装置を用いて基板を処理する工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【0019】
また、本発明によれば、
基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持体とを備える基板処理装置であって、
前記基板支持体は、基板を支持する複数枚の基板支持板と、前記複数枚の基板支持板間に設けられ基板支持板同士を離間させるスペーサと、前記複数枚の基板支持板と前記スペーサとを貫通するように設けられた支柱とを備え、
前記スペーサの各基板支持板との接触部に、前記スペーサの外側面と、前記スペーサの内壁と前記支柱とで挟まれた空間とが連通するように切り欠き部を設けたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【0020】
また、本発明によれば、
基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持体とを備える基板処理装置であって、
前記基板支持体は、基板を支持する基板支持板と、均熱板と、前記基板支持板と前記均熱板との間に設けられ基板支持板と均熱板とを離間させるスペーサと、前記基板支持板と前記均熱板と前記スペーサとを貫通するように設けられた支柱とを備え、
前記スペーサの前記基板支持板および前記均熱板との接触部に、前記スペーサの外側面と、前記スペーサの内壁と前記支柱とで挟まれた空間とが連通するように切り欠き部を設けたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【0021】
また、本発明によれば、
基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持体とを備える基板処理装置であって、
前記基板支持体は、基板を支持する複数枚の基板支持板と、前記複数枚の基板支持体間に設けられた均熱板と、前記基板支持板と前記均熱板との間に設けられ基板支持板と均熱板とを離間させるスペーサと、前記基板支持板と前記均熱板と前記スペーサとを貫通するように設けられた支柱とを備え、
前記スペーサの前記基板支持板および前記均熱板との接触部に、前記スペーサの外側面と、前記スペーサの内壁と前記支柱とで挟まれた空間とが連通するように切り欠き部を設けたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
なお、前記切り欠き部は複数箇所設けられるのが好ましい。
また、基板として半導体ウェハを使用するのが好ましく、その基板支持体として石英を用いるのが好ましい。
【0022】
このような基板処理装置によれば、台座支柱とスペーサ内壁表面に付着した反応副生成物はエッチャントが回り込みやすくなりその他大部分とのエッチングレート差が小さくなる。この結果、反応ガスクリーニングを行うに際してはエッチング時間の短縮とオーバーエッチングによる石英部材のダメージが軽減できる。また、ウェットクリーニングを行う際にも台座支柱とスペーサ内壁表面とその他大部分とのエッチングレートの差は小さくなり、オーバーエッチングが少なく保持部全表面のクリーニングが可能となる。従って石英部材を分解する必要が無くなり作業性が向上する。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、図9、10を参照して本発明の一実施の形態の半導体ウェハ処理装置の概略を説明する。図9は、本発明の一実施の形態の半導体ウェハ処理装置の概略縦断面図であり、図10は、本発明の一実施の形態の半導体ウェハ処理装置の概略横断面図である。
【0024】
石英製または炭化硅素、アルミナ製の反応管101は水平方向に偏平な空間を有する筒状であり、反応管101の内部にウェハ支持体200が設けられ、反応管101両端には気密にガス導入フランジ103、ガス導入フランジ104が設けられ、一方のガス導入フランジ103には更にゲート弁105を介して搬送室(図示せず)が連設されている。ガス導入フランジ103、ガス導入フランジ104にはそれぞれガス導入ライン107、108、排気ライン109、110が連通され、また反応管101の上下には、それぞれ上ヒータ106a、下ヒータ106bが設けられ、反応管101内部を均一に加熱する様になっている。また、上ヒータ106a、下ヒータ106bおよび反応管101を覆うように断熱材113が設けられている。
【0025】
ゲート弁105が開かれ、図示しないウェハ搬送ロボットにより図中左方よりウェハ1が搬入され、ウェハ支持体200に載置される。本例ではウェーハ支持体200には2枚のウェハ1が載置される。
【0026】
ウェーハ搬送ロボットが後退してゲート弁105が閉じられ、反応管101内にガス導入ライン107、108より反応ガスが導入され、排気ライン109、110より排気される。なお、処理の均一性を確保するため、反応ガスは対角に向かって、例えばガス導入ライン107から排気ライン110に向かって流れ、あるいはガス導入ライン108から排気ライン109に向かって流れ、更に所要時間毎に流れの向きが変更されるようになっている。
【0027】
ウェハ1の処理が完了すると、ゲート弁105が開かれ、ウェハ搬送ロボットによりウェハ1が搬出される。
【0028】
次に、本実施の形態で使用するウェハ支持体について説明する。図1は、本実施の形態のウェハ支持体概略図であり、図2は、本実施の形態の支柱を有する台座の概略図であり、図3は、本実施の形態のウェハ支持板およびウェハの平面図であり、図4は、本実施の形態の均熱板の平面図であり、図6は、本実施の形態の隙間を設けたスペーサの概略図であり、図8は、本実施の形態のウェハ支持体の台座支柱とスペーサ、ウェハ支持板および均熱板で構成された部分の断面詳細図である。
【0029】
本実施の形態のウェハ支持体200は、半導体ウェハ処理装置の処理室(反応管101)内に設置され、台座4および支柱5(図2参照)、2枚のウェハ支持板2(図3参照)、1枚の均熱板3(図4参照)ならびにスペーサ6(図5参照)で構成されている。図2に示すように台座4には3本の支柱5が設けられている。支柱5は3本以上であることが好ましい。図3に示すように、ウェハ支持板2には支柱5に合わせた穴21が空けられている。ウェハ支持板2の中央には、ウェハ1の直径よりも大きい径の開口22が設けられており、開口22内に突出して4つのウェハ支持部材23が設けられている。ウェハ1は、このウェハ支持部材23に支持されて、開口22内に支持される。図4に示すように、均熱板3にも支柱5に合わせた穴31が空けられている。図6に示すように、スペーサ6の形状は円筒状であり、スペーサ6の中央には円柱状の穴61が設けられ、スペーサ6の内径は支柱5の外径およびウェハ支持板2の穴21の径より大きい。スペーサ6の上下面は平面であり、ウェハ支持板2または均熱板3とスペーサ6とは、平面平坦で接触するように構成している。また、スペーサ6の上下面には、それぞれ切り欠き部62が設けられている。切り欠き部62は上面、下面にそれぞれ3箇所設けている。切り欠き部62によって、スペーサ6の外側面と穴61が連通している。なお、台座4、支柱5、ウェハ支持板2、均熱板3は石英で構成されている。
【0030】
台座4、下側のウェハ支持板2、均熱板3、上側のウェハ支持板2が下側からこの順序で設けられている。台座4とウェハ支持板2との間、下側のウェハ支持板2と均熱板3との間、均熱板3と上側のウェハ支持板2との間には、それぞれスペーサ6が設けられている。ウェハ支持板2および均熱板3の高さ、ならびにウェハ支持板2および均熱板3との間の間隔をスペーサ6によって決めている。支柱5は、ウェハ支持板2の穴21、均熱板3の穴31およびスペーサ6の穴61を貫通している。
【0031】
このようにして組み立てたウェハ支持体200では、図8に示すように、クリーニング時にエッチングガスまたはエッチング液がスペーサ6に設けた切り欠き部62を介してスペーサ6と支柱5との間の空間に容易に回り込むので、この部分にエッチング残りが発生することが防止できる。その結果、反応ガスクリーニングを行うに際してはエッチング時間の短縮とオーバーエッチングによる石英部材のダメージが軽減できるようになる。
【0032】
処理室(反応管101)内を650℃程度に加熱し、SiHガスを導入して反応管101内壁およびウェハ支持体200に10μm程度シリコン膜を堆積させた後、570℃程度の温度でCIFガスを用いたガスクリーニングを180分行った。
【0033】
図5に示す従来の石英スペーサ6ではエッチング残りが確認できたが、本実施の形態の、隙間(切り欠き部62)を設けたスペーサ6を用いた場合にはエッチング残りはないことが確認された。従って、本実施の形態によれば、スペーサ6の内壁および支柱5の表面のエッチングレートが増加し、処理室内のエッチングレート分布を均一に出来ることが明らかとなった。
【0034】
以上説明したように、本発明に従えば、ガス反応クリーニングおよびウェットクリーニングの際のエッチング速度分布の均一化を図ることができる。従って、反応管壁面およびウェハ支持体に付着した堆積物をもれなく全て除去する場合にも、反応管壁面およびウェハ支持体表面自体をエッチングしダメージを与えることが少なくなるので、パーティクル発生による歩留まり低下を抑制し生産性を構造することができる。また反応管等の石英部品交換・ウェットクリーニングの頻度を低減し、クリーニング時の装置停止時間を短縮できるので装置稼働率やスループットを向上し、これによっても生産性を向上することができる。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス反応クリーニングおよびウェットクリーニングの際のエッチング速度分布の均一化を図ることにより、生産性向上と低コスト化が実現できる基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態および従来技術のウェハ支持体概略図である。
【図2】本発明の一実施の形態および従来技術の支柱を有する台座の概略図である。
【図3】本発明の一実施の形態および従来技術のウェハ支持板およびウェハの平面図である。
【図4】本発明の一実施の形態および従来技術の均熱板の平面図である。
【図5】従来技術のスペーサの概略図である。
【図6】本発明の一実施の形態の隙間を設けたスペーサの概略図である。
【図7】従来技術のウェハ支持体の台座支柱とスペーサ、ウェハ支持板および均熱板で構成された部分の断面詳細図である。
【図8】本発明の一実施の形態のウェハ支持部の台座支柱とスペーサ、ウェハ支持板および均熱板で構成された部分の断面詳細図である。
【図9】本発明の一実施の形態の半導体ウェハ処理装置の概略縦断面図である。
【図10】本発明の一実施の形態の半導体ウェハ処理装置の概略横断面図である。
【符号の説明】
1…ウェハ
2…ウェハ支持板
3…均熱板
4…台座
5…支柱
6…スペーサ
21、31、61…穴
62…切り抜き部
63…反応副生成物
64…内壁
101…反応管
103、104…ガス導入フランジ
105…ゲート弁
107、108…ガス導入ライン
109、110…排気ライン
106a…上ヒータ
106b…下ヒータ
113…断熱材
200…ウェハ支持体

Claims (4)

  1. 基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持体とを備える基板処理装置であって、
    前記基板支持体は、基板を支持する複数枚の基板支持板と、前記複数枚の基板支持板間に設けられ基板支持板同士を離間させるスペーサと、前記複数枚の基板支持板と前記スペーサとを貫通するように設けられた支柱とを備え、
    前記スペーサの各基板支持板との接触部に、前記スペーサの外側面と、前記スペーサの内壁と前記支柱とで挟まれた空間とが連通するように切り欠き部を設けたことを特徴とする基板処理装置。
  2. 基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持体とを備える基板処理装置であって、
    前記基板支持体は、基板を支持する基板支持板と、均熱板と、前記基板支持板と前記均熱板との間に設けられ基板支持板と均熱板とを離間させるスペーサと、前記基板支持板と前記均熱板と前記スペーサとを貫通するように設けられた支柱とを備え、
    前記スペーサの前記基板支持板および前記均熱板との接触部に、前記スペーサの外側面と、前記スペーサの内壁と前記支柱とで挟まれた空間とが連通するように切り欠き部を設けたことを特徴とする基板処理装置。
  3. 基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持体とを備える基板処理装置であって、
    前記基板支持体は、基板を支持する複数枚の基板支持板と、前記複数枚の基板支持体間に設けられた均熱板と、前記基板支持板と前記均熱板との間に設けられ基板支持板と均熱板とを離間させるスペーサと、前記基板支持板と前記均熱板と前記スペーサとを貫通するように設けられた支柱とを備え、
    前記スペーサの前記基板支持板および前記均熱板との接触部に、前記スペーサの外側面と、前記スペーサの内壁と前記支柱とで挟まれた空間とが連通するように切り欠き部を設けたことを特徴とする基板処理装置。
  4. 前記切り欠き部は複数箇所設けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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