JP5579397B2 - 真空処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の処理室を備え、各処理室内で半導体ウエハ等の試料を処理する真空処理装置に係り、特に、各処理室を含む複数のモジュールがその内部に有する機器を通信可能に連絡した入出力装置を備えていて、これらの間の通信によりモジュールの動作を制御するようにした真空処理装置に関する。
半導体ウエハを対象とした真空処理装置に関しては、処理室を含むモジュールと試料を搬送するモジュールなどの複数のモジュールが着脱可能に連結されて構成された真空処理装置が知られている(例えば特許文献1等参照)。
そして、このような従来技術の場合、各モジュールに配置された機器の動作は各々のモジュール毎に制御されるようになっているのが通例である。
このとき、各モジュールに配置された機器は制御機器と呼称されるが、この制御機器と、当該機器の制御に関する指令信号を発信するコントローラの間でのインターフェースは、入出力基板を介して取られているのが一般的であり、更に、このとき各機器に含まれるセンサからの信号も、対応するインターフェースを介してモジュールコントローラに送信され、この信号に基づいて得られた指令が各機器にフイードバックされ、上記した制御が実行されるようになっているのが一般的である。
そして、これらの信号の送受信について、従来技術の場合、イーサネット(登録商標)ケープル等の汎用ケーブルを用いたり、制御機器毎に応じて定めた特定の規格のケーブルを用いて行なわれるようにするのが通例であり、このとき用いられる信号も特定の規格によるものが用いられていた。
特開2003−59999号公報
しかしながら、上記従来技術においては、モジュール内部の構成やモジュールに配置されている制御機器の位置に変更があった場合、制御機器のインターフェースに直接接続されている入出力基板も変更に応じて構成を変え、位置を移動させなければならない。
ここでモジュール内部の構成やモジュールに配置されている制御機器の位置に変更が生じるのは、モジュールの仕様を変更した場合やモジュールに対して制御機器が追加された場合などである。
従って、従来技術の場合、モジュールの仕様変更やモジュールに対する機器の追加に制限が生じ、この結果、拡張性が損なわれたり、装置の保守性が損なわれるといった問題があり、従って、これの解決が課題になってしまうのである。
本発明の目的は、入出力基板の構成や位置を変えずに制御機器の追加や変更に対応できるようにした真空処理装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明は、真空容器内の処理室に配置されたウエハを前記処理室内で処理する真空処理装置であって、前記真空処理装置の一部を構成する複数の制御対象の機器、及びこれらの複数の制御対象の機器の少なくとも1種と通信可能に接続された入出力基板を備えた制御ユニットと、この制御ユニットと通信可能に接続され当該制御ユニットと信号を送受信するコントローラと、前記入出力基板とコントローラとの問の信号の送受信を専有する第1のインターフェースと、前記入出力基板と前記制御対象の機器との間で信号が送受信される第2のインターフェースとを備えた真空処理装置であり、前記入出力基板は前記第2のインターフェースを介し通信するための接続を複数の種類の前記制御対象の機器の間で変更可能に構成され、前記コントローラにおいて前記制御対象の機器に対する動作指令及びこの動作指令の受信先の制御対象の機器の情報を含む信号が生成され前記第1のインターフェースを介して前記入出力基板に発信され、前記入出力基板において前記第1のインターフェースからの前記信号に含まれる前記動作指令に係る信号が前記第2のインターフェースを介して前記制御対象の機器に送信されることを特徴とする。
上記構成においては、各モジュールに属する機器及びインターフェースが、他のインターフェース及びモジュールコントローラと接続可能にされ、これらの問で通信の送受信を可能にされている。そして、このような構成に加えて、モジュールコントローラにおいて、制御対象となる機器との通信を自身が持つインターフェースドライバをアクセスするだけで可能にし、つながれる機器の追加・変更を容易に行える構成を備えたものである。
本発明によれば、入出力基板と制御対象となる機器の間でのインターフェースが、モジュールコントローラと入出力基板の間のインターフェースとは別のインターフェースになっているので、モジュールコントローラ自身の持つ制御機器に対応したドライバをアクセスするだけで制御対象となる制御機器の操作及びモニタが可能になるため、入出力基板の位置や構成を変えることなく接続される機器の追加・変更が可能となる。
本発明に係る真空処理装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。 本発明の一実施の形態における制御通信系を示すブロック構成図である。 本発明の一実施の形態におけるプロセスモジュールの詳細説明図である。 本発明の一実施の形態におけるユニットの構成図である。 本発明の一実施の形態におけるモジュールコントローラと入出力基板のプログラム処理のブロック図である。
以下、本発明に係る真空処理装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態である真空処理装置の全体的な構成を概略ブロックで示したもので、この場合、装置は搬送モジュール101とプロセスモジュール110に大別される。
まず、搬送モジュール101は試料の搬送を行うモジュールで、これは、更に、大気圧から減圧された圧力下で試料の搬送を行う真空搬送部102と、大気圧下で試料の搬送を行う大気搬送部103とで構成されている。
そして、まず、真空搬送部102は、平面形状が略多角形状(ここでは5角形状)の真空搬送容器104と、この真空搬送容器104と大気搬送部103との間に配置され、試料を大気側と真空側との間でやりとりする2基のロック室105、105’を備えている。このとき、真空搬送容器104は、内部が減圧されて高い真空度に維持可能に作られているのは勿論である。
次に、大気搬送部103は、内部に大気側搬送ロボット109を備えた略直方体形状の筐体106を有し、この筐体106の前面側(図では右側)に複数のカセット台107−1〜107−3が取付けられ、これらカセット台107−1〜107−3の上に処理用又はクリーニング用の試料が収納されているカセットが載置されるようになっている。
一方、プロセスモジュール110は、真空圧下で試料の処理等を行うためのモジュールで、この実施形態では、4基のプロセスモジュール110−1〜110−4が備えられているが、これらのプロセスモジュール110−1〜110−4は、それぞれ真空搬送容器104の壁面に取り付けられ、真空状態で開閉可能なバルブ(扉)により、真空搬送容器104内と任意に連通できるように作られている。
そして、これらのプロセスモジュール110−1〜110−4は、コントローラ113−1〜113−4により制御される。
このため、これらコントローラ113−1〜113−4は、ユーザインターフェース装置111に接続され、その上で信号線115を介してホスト112に接続されている。
ここで、真空搬送容器104は搬送室として機能し、その中央には、真空下で試料をロック室105とプロセスモジュール110内の処理室との間で搬送する真空搬送ロボット108が配置されている。
そして、この真空搬送ロボット108のアーム上に試料が載置され、プロセスモジュール110−1〜110−4の処理室内に配置された試料台の上と、何れかのロック室105の中の試料台との問で試料の搬入と搬出が行えるようになっている。
このため、これらプロセスモジュール110と真空搬送容器104の間、及び真空搬送容器104とロック室105の間には、各々気密に閉塞、開放可能なバルブ(扉)が設けられている。
そこで、このバルブ(扉)を開放することにより双方の内部が連通され、これにより試料の搬送が相互に可能になっている。
そして、このときの真空搬送容器104におけるバルブ(扉)の開閉処理や真空搬送ロボット108による試料の搬送に関する処理は、コントローラ113−0により制御される。
そこで、このコントローラ113−0もユーザインターフェース装置111に接続され、その上で、更に信号線115を介してホスト112に接続されている。
このとき半導体試料等の処理対象となる試料は、複数枚まとめてカセットに収納された状態でカセット台107の何れかの上に載せられる。
それを、真空処理装置の動作を調節するユーザインターフェース装置111が判断し、又は真空処理装置が設置されている製造ラインのホスト112等からの指令を受け、試料の処理が開始され、ロック室105、105’では、搬送された試料を収納した状態でバルブ(扉)が閉塞され、密封された上で所定の圧力まで減圧される。
その後、真空搬送容器104内の搬送室に面した側のバルブが開放されてロック室105内と筐体106の搬送室内とが達通され、真空搬送ロボット108のアームがロック室105内に伸張して、内部の試料を搬出する。真空搬送ロボット108上のアームに載せられた試料は、カセットから取り出される際に予め定められたプロセスモジュール110の何れかのうち、真空にされた処理室内に搬入される。
試料が何れかのプロセスモジュール110内の処理室に搬送された後、この処理室内と搬送室との間を開放、遮蔽するバルブが閉じられて処理室が封止される。この後、処理室内に処理用のガスが導入されプラズマが処理室内に形成されて試料が処理される。
試料の処理が終了したことが検出されると、前記バルブが開放され、真空搬送ロボット108により、処理室内に搬入された場合と反対に、ロック室105に向けて試料が搬出される。
ロック室105の何れかに試料が搬送されると、このロック室105内と搬送室とを連通する通路を開閉するバルブが閉じられて内部が密封され、ロック室105内の圧力が大気圧まで上昇させられる。
この後、筐体106内側のバルブが開放され、ロック室105内と筐体106の搬送室内が連通され、大気側搬送ロボット109によりロック室105から元のカセットに試料が搬送され、カセット内の元の位置に戻される。
図2は、図1に示した真空処理装置の動作に要する信号の送受信の構成を模式的に示すブロック図で、図示のように、ホスト112とユーザインターフェース装置111、各モジュールコントローラ113(113−0〜113−4)、それに入出力基板201とでネットワークが構成されており、ホスト112とユーザインターフェース装置111及びモジュールコントローラ113は信号線115で接続され、モジュールコントローラ113と入出力基板201は信号線202で接続されている。
ここで、信号線115及び信号線202はLANケーブルで接続されているが、信号線115はTCP/IPにより通信が行なわれるようにしてあり、信号線202はPROFINETにより通信が行なわれるようにしてある。
なお、この実施形態では、信号線202の通信がPROFINETで行なわれるものとしているが、高速・大容量通信が可能なネットワークプロトコルであれば種類は問わない。
ホスト112は半導体製造ラインを管理する制御部で、CPUによりユーザインターフェース装置111に処理の開始を指示する。
他方、ユーザインターフェース装置111はエッチング装置を操作するためのもので、ディスプレイ等のデータの表示手段と、キーボード、マウス等の入力手段とを備え、ホスト112からの指示、若しくはインターフェース装置111自身が操作されることにより、エッチング処理の開始を各モジュールコントローラ113に通知し、エッチング条件など、このときの処理に必要な他のデータを送信する。
そこで、ホスト112から処理の開始が指示され、若しくはインターフェース装置111を操作することで処理の開始が指示されると、ユーザインターフェース装置111は、搬送モジュール101のモジュールコントローラ114に試料の搬送と、このとき試料を処理するプロセスモジュール110が何れであるかを通知する。
また、試料を処理するプロセスモジュール110のモジュールコントローラ113には、このときのエッチング条件データを送信する。
このとき、搬送モジュール101のモジュールコントローラ113−0は搬送部103及び真空搬送部102の制御を行い、試料をユーザインターフェース装置111により指示されたプロセスモジュール110に搬送させる。
そこで、プロセスモジュール110(110−1〜110−4)のモジュールコントローラ113(113−1〜113−4)は、試料の搬入完了後、インターフェース装置111から受信したエッチング条件に従い、入出力基板201へ各制御機器の制御信号を入出力基板201(201−1〜201−4)に送信し、これにより各入出力基板201−1〜201−4は、受信した制御信号を対応した制御機器に送信する。
次に、プロセスモジュール110の詳細について、図3により説明する。
ここで、この図3は、図1のプロセスモジュール110の中で、特に真空搬送容器104の後ろ側(図1の左側)に配置されたプロセスモジュール110−2、110−3の何れかに対応するものを示したもので、この実施形態では、これらのプロセスモジュール110−2、110−3は、試料の表面に形成した膜を、プラズマを用いてエッチング処理するエッチング処理モジュールとなっている。
従って、この図3のプロセスモジュール110(110−2 or 110−3)は、真空容器ユニット301、ガス供給ユニット302、夏空容器ユニット301の上部に配置されたプラズマ形成ユニット303、それに真空容器ユニット301の下部に配置された排気ユニット304を備えている。
そして、まず、真空容器ユニット301は、内部で試料を処理する処理室314と試料を配置する試料台315及び試料台315を上下に移動させる駆動機構316を備え、プラズマ形成ユニット303により発生させたプラズマにより、試料に対してエッチング処理が行えるようになっていて、このときのプラズマに必要なガスは、ガス供給ユニット302から供給されるようになっている。
ガス供給ユニット302は、ガス供給源305、ガス流量を一定に保つための流量制御機器306、ガス供給源305から流れるガスを遮断するバルブ307、ガス供給源からガスを流すガス導入ライン308、ガス導入ライン308を2系統に分流するための分流器309、分流器309によって2系統に分岐されたガスを流すための第1ガス導入ライン320−1と第2ガス導入ライン320−2、ガスライン320に流れるガスを遮断するためのバルブ310を備え、エッチング処理に必要なガスの流量と分流比を流量制御機器306と分流器309に設定し、処理室314に、第1ガス導入ライン320−1と第2ガス導入ライン320−2を介してプロセスガスを導入する。
プラズマ形成ユニット303は、マイクロ波発生源311、マイクロ波を導入するアンテナ312及び磁場を発生するソレノイドコイル313を備え、アンテナ312によってユニット内に導入されたマイクロ波とソレノイドコイル313による磁界の作用により、ガス供給ユニット302から導入されているガスにエネルギーを与え、プラズマが形成されるようにする。
排気ユニット304は、ガスライン320を排気するための第1排気ライン321−1と第2排気ライン321−2及びこれら排気ライン321−1、321−2を遮断するためのバルブ317−1、317−2と、処理室314を排気するための処理室排気ライン322及び処理室俳気ライン322を遮断するための処理室排気バルブ318、それに排気ポンプ319とを備え、排気ポンプ319を駆動させ、排気バルブ317及び処理室排気バルブ318を制御することにより、ガスライン320内と処理室314内を真空状態にする働きをする。
このとき、各プロセスユニット内の各制御機器は、各ユニットの入出力基板201から供給される信号によって制御される。このため、入出力基板201と制御機器は、例えばLAN、シリアル回線など、各々の制御機器に対応した回線300によって接続されている。
次に、図4を用い、この実施形態におけるモジュール内での制御信号の送受信について説明する。ここで、この図4は、図3のプロセスモジュールにおける制御信号の送受信に必要な構成を詳細に示した図で、まず、図示のように、真空容器ユニット301、ガス導入ユニット302、プラズマ形成ユニット303、排気ユニット304はモジュールコントローラ113によって制御される。
また、各ユニットは、それぞれ複数の制御機器305〜319を持ち、制御機器に信号を伝達するため、入出力基板201がモジュールコントローラ113と制御機器との間に存在する。
ここで、モジュールコントローラ113と各ユニットの入出力基板201との問はスター形式に接続され、ユニット内に入出力基板201が複数接続される場合はデイジーチェ−ン形式に接続される。
モジュールコントローラ113は、ユーザインターフェース装置111から通知されるエッチング条件などのデータから、対象となる制御機器に応じた回線用フォーマットで制御信号を作成し、対象となる制御機器に接続されている入出力基板201にPROFINET回線を介して伝達すると共に、入出力基板201から伝達される制御機器各々のモニタ信号を受信し、前記制御信号へのフイードバック、及びユーザインターフェース装置111へのモニタ信号の送信を行う。
このため、入出力基板201は、モジュールコントローラ113から受信した制御信号を対象となる制御機器に対して分配し、送信すると共に、接続されている制御機器からのモニタ信号を受信し、モジュールコントローラへ送信する。
次に、図5を用い、この実施形態におけるモジュールコントローラ113と入出力基板201による処理及び本発明の詳細について説明する。
ここで、本発明においては、モジュールコントローラと入出力基板の間のインターフェースを第1のインターフェースとし、入出力基板と制御機器の間のインターフェースを第2のインターフェースとしたものであるが、このとき、この実施形態では、入出力基板201と制御機器とのインターフェース、つまり第2のインターフェースとしてAIO/DIO、RS−232C、TCP/IPを用いている。
図5において、モジュールコントローラ113は、プログラムとして、制御機器の制御を行うアプリケーション501と、制御機器とのインターフェースに対応したドライバ502〜504と、信号の集約・分配を行う集約・分配プログラム505と、入出力基板201とpROFINET通信を行うための通信プログラム506とを備えている。
アプリケーション501は、ユーザインターフェース装置113から受信したエッチング条件及びドライバ502〜504から受け取ったモニタ信号から、制御機器の制御のための指令信号及び信号の受信先機器等のデータをヘッダとして作成し、制御機器のインターフェースに対応したドライバ502〜504へ指令信号及びヘッダを渡す。
一方、異常信号などのアプリケーションデータの送受信を行いたい場合には、直接、集約・分配プログラム505にアクセスすることによりアプリケーションデータの送受信が可能な構成となっている。
ドライバ502〜504は、対象となる制御機器への指令信号をアプリケーション501から受け取り、対象となる制御機器のインターフェースに対応した信号へと変換すると共に、集約・分配プログラム505から分配されたモニタ信号を再生し、アプリケーション501へと伝達する。
集約・分配プログラム505は、アプリケーション501及びドライバ502〜504で作成されたアプリケーションデータ及び指令信号を、前述のヘッダに応じて集約し、PROFINETパケットに変換して通信プログラム506へと渡すと共に、通信プログラム506から受け取ったPROFINETパケットをアプリケーションデータ及びモニタ信号に分解し、アプリケーション501及びドライバ502〜504へと分配する。
通信プログラム506は、集約・分配プログラム505で生成されたPROFINETパケットを受け取り、PROFINET回線を介して入出力基板201へパケットを送信すると共に、入出力基板201から送信されたPROFINETパケットを受信し、集約・分配プログラムヘ渡す。
従って、ここでのPROFINET回線を介して行なわれるインターフェースが前述の第1のインターフェースに相当する。
次に、図5において、入出力基板201のプログラムは、PROFINETの通信プログラム601と、モジュールコントローラ113のものと同様の働きをする集約・分配プログラム602と、制御機器に対応したインターフェース用のドライバ03〜605と、入出力基板201でのアプリケーション606と、実際に制御機器と接続されるポート607〜609とを備えている。
通信プログラム601は、モジュールコントローラ113から送信されたPROFINETパケットを受信し、集約・分配プログラム602へ渡すと共に、集約・分配プログラム602からモニタ信号等を集約したPROFINETパケットを受け取り、モジュールコントローラ113へ送信する。
集約・分配プログラム602は、通信プログラム601から受け取ったPROFINETパケット内のヘッダを解析し、対応するドライバには指令信号を、入出力基板のアプリケーション606にはアブリケーションデータを分配すると共に、それらからモジュールコントローラ113へ送信するモニタ信号及びアプリケーションデータを受け取り、集約してPROFINETパケットを生成し、通信プログラム601へ渡す。
各種ドライバ603〜605は、集約・分配プログラム602から指令信号を受け取り、制御機器が接続されている各々のポート607〜609を介して制御機器に指令信号を通知すると共に、各々のポート607〜609を介して制御機器から通知されるモニタ信号を集約・分配プログラム602ヘ渡す。
まず、入出力基板でのアプリケーション606は、モジュールコントローラからアプリケーションデータの通知があった場合には、異常処理や動作ログの採取等を行い、処理結果やログデータを集約・分配プログラム602へと通知する。
ここで、前述の指令信号はモジュールコントローラ113のアプリケーション501で作成された後は制御機器に通知されるまで何れの変換及び操作も行われない。
以上により、この実施形態においては、モジュールコントローラ113のアプリケーション501からは自身のドライバ502〜504を操作するだけで制御対象となる制御機器の操作が可能となり、この結果、入出力基板201の位置や構成を変えることなく接続される機器の追加や変更に対応することができる。
101 搬送モジュール
102 真空搬送部
103 大気搬送部
104 真空搬送容器
105 ロック室
106 大気搬送容器
107 カセット台
108 真空搬送ロボット
109 大気搬送ロボット
110 プロセスモジュール
111 ユーザインターフェース装置
112 ホスト
113 モジュールコントローラ
115 信号線1
201 入出力基板
202 信号線2
300 信号線3
301 真空容器ユニット
302 ガス供給ユニット
303 プラズマ形成ユニット
304 排気ユニット
305 ガス供給源
306 流量制御器
307 ガス遮断バルブ
308 ガス導入ライン
309 分流器
310−1 ガス導入バルブ1
310−2 ガス導入バルブ2
311 マイクロ波発生源
312 アンテナ
313 ソレノイドコイル
314 処理室
315 試料台
316 試料台駆動機構
317−1 ガスライン排気バルブ1
317−2 ガスライン排気バルブ2
318 処理室排気バルブ
319 排気ポンプ
320−1 ガス導入ライン1
320−2 ガス導入ライン2
321−1 ガス排気ライン
321−2 ガス排気ライン2
322 処理室排気ライン
501 アプリケーション(モジュールコントローラ)
502 AIO/DIOドライバ(モジュールコントローラ)
503 シリアルドライバ(モジュールコントローラ)
504 TCP/IPドライバ(モジュールコントローラ)
505 集約・分配プログラム(モジュールコントローラ)
506 通信プログラム(モジュールコントローラ)
601 通信プログラム(入出力基板)
602 集約・分配プログラム(入出力基板)
603 AIO/DIOドライバ(入出力基板)
604 シリアルドライバ(入出力基板)
605 TCP/IPドライバ(入出力基板)
606 アプリケーション(入出力基板)
607 AIO/DIO端子
608 シリアルポート
609 TCP/IPポート

Claims (4)

  1. 真空容器内の処理室に配置されたウエハを前記処理室内で処理する真空処理装置であって、
    前記真空処理装置の一部を構成する複数の制御対象の機器、及びこれらの複数の制御対象の機器の少なくとも1種と通信可能に接続された入出力基板を備えた制御ユニットと、この制御ユニットと通信可能に接続され当該制御ユニットと信号を送受信するコントローラと、前記入出力基板とコントローラとの問の信号の送受信を専有する第1のインターフェースと、前記入出力基板と前記制御対象の機器との間で信号が送受信される第2のインターフェースとを備えた真空処理装置であり
    前記入出力基板は前記第2のインターフェースを介し通信するための接続を複数の種類の前記制御対象の機器の間で変更可能に構成され、
    前記コントローラにおいて前記制御対象の機器に対する動作指令及びこの動作指令の受信先の制御対象の機器の情報を含む信号が生成され前記第1のインターフェースを介して前記入出力基板に発信され、
    前記入出力基板において前記第1のインターフェースからの前記信号に含まれる前記動作指令に係る信号が前記第2のインターフェースを介して前記制御対象の機器に送信される
    ことを特徴とする真空処理装置。
  2. 請求項1に記載の真空処理装置であって、
    前記第1のインターフェースから受信された前記動作指令に係る信号は前記第2のインターフェースを介し前記制御対象の機器で受信されるまでの間では信号の変換を行われないように構成されていることを特徴とする真空処理装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の真空処理装置であって、
    前記コントローラは前記制御対象の機器の動作を検出するセンサの出力信号を前記入出力基板から受信した結果に基づいて前記信号を生成することを特徴とする真空処理装置。
  4. 請求項3に記載の真空処理装置であって、
    前記コントローラは、前記入出力基板に属する前記制御対象の機器の動作を排他的に制御するものであることを特徴とする真空処理装置。
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