JPH07169679A - プロセス装置 - Google Patents

プロセス装置

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JPH07169679A
JPH07169679A JP6204943A JP20494394A JPH07169679A JP H07169679 A JPH07169679 A JP H07169679A JP 6204943 A JP6204943 A JP 6204943A JP 20494394 A JP20494394 A JP 20494394A JP H07169679 A JPH07169679 A JP H07169679A
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JP
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chamber
sensor
substrate
electron
gas
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Application number
JP6204943A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Akama
善昭 赤間
Masakazu Hayashi
正和 林
Junzo Uchida
順三 内田
Fumihiko Ishida
文彦 石田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • G11B17/02Details
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B17/00Guiding record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor
    • G11B17/02Details
    • G11B17/04Feeding or guiding single record carrier to or from transducer unit
    • G11B17/05Feeding or guiding single record carrier to or from transducer unit specially adapted for discs not contained within cartridges
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B17/00Guiding record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor
    • G11B17/22Guiding record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor from random access magazine of disc records
    • G11B17/226Guiding record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor from random access magazine of disc records the magazine consisting of a single rotatable tray carrying the disks

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種プロセスや管理を単一の装置で処理する
ことにより、高効率および高精度で半導体素子やLCD
などのフラットパネルディスプレイ装置の製造を可能と
する。 【構成】 基板40の表面に対する成膜、エッチング、パ
ターニング、アッシング、あるいは形状観察などの動作
の種類を指示する入力部82からの入力データに基づい
て、制御装置80がセンサ10への電圧印加とガス供給装置
71,7m によるチャンバ50へのガスの供給を制御すること
により、各種プロセス間で基板40を搬送することなく各
種プロセスを実行することができるので、半導体素子な
どの製造における設備費用のコストダウンを図ることが
できるとともに半導体素子などの高い効率での生産を行
なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子製造やLC
D(Liquid Crystal Display)製造などのプロセス装置
に係り、特に、成膜、エッチング、およびパターニン
グ、ならびに形状観察などの多種類の機能を有するプロ
セス装置に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜微細加工技術を用いた半導体素子製
造のプロセスには、成膜、エッチング、およびパターニ
ングやアッシングなどの工程がある。例えば、成膜装置
としては、蒸着、スパッタ、あるいはCVD(Chemical
Vapor Deposition )などを利用した装置があり、エッ
チング装置としては、RIE(Reactive Ion Etchin
g)、CDE(Chemical Dry Etching)、またはウェッ
トエッチング(Wet Etching)利用した装置がある。ま
た、パターニング装置としては縮小投影露光装置(ステ
ッパ)があり、エキシマ・レーザ光を用いたものは現状
でおよそ0.03μm程度の解像力を有している。
【0003】半導体素子の製造工程においては、さら
に、試料表面のゴミや形状の管理を行なう必要があり、
ゴミ検査装置としては、光散乱方式を利用したものがあ
り、現状では0.1μmのパーティクル(ゴミなどの微
小粒子)の観察が可能となっている。また、被破壊でパ
ターンなどの形状観察を実行できる装置としては、走査
型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscop
e)がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体素子
の製造工程においては、成膜、エッチング、およびパタ
ーニングやアッシングなどのプロセスは個別の装置を用
いて行なわれ、しかも、試料表面のゴミの問題が重要で
あるため、各プロセスはクリーンルーム内部で行なわれ
る。
【0005】しかしながら、クリーンルームといえども
ゴミは充満しており、また、一般に各プロセス装置の間
は連結されていないため、試料の運搬の際にゴミが試料
表面に付着する確率が高いという問題がある。
【0006】これを解決する装置として、マルチ型のチ
ャンバを製作し、各チャンバ内で個別のプロセスを行な
う装置が開発されている。この装置において実行可能な
プロセスは、現状では成膜やエッチングのプロセスに限
定されており、高価な割りにはパターニング装置との間
の試料の運搬の際に試料にゴミが付着したり、試料のパ
ターンなどの形状測定の管理が不可能になったりする。
このため、パターニング用のステッパや形状観察装置と
も連結することが提案されているが、連結させることに
より高価なものとなってしまい、その上、各チャンバへ
試料を自動搬送する際に搬送システムから発生するゴミ
の問題を解決しなければならない。
【0007】一方、真空マイクロエレクトロニクスの分
野では、例えば、特開平5−299049号公報に開示
されているように、半導体素子製造プロセスを駆使して
極微細な電子源、電子走査系、および二次電子検出系の
組を製作し、これらを多数個配列したセンサを用いて試
料の表面の観察を行なう検査装置が提案されている。こ
の方式を用いた装置には、例えば、特開平4−1557
39号公報に開示されているように、レジストのパター
ニングを目的とした装置もあり、将来的には有望な分野
ではあるが、しかしながら、一つのプロセスを対象に提
案されているため、一プロセスの高精度化にしか寄与し
ないという問題がある。
【0008】本発明は、前記事情に鑑みなされたもの
で、各種プロセスや管理を単一の装置で処理することに
より、高効率および高精度で半導体素子やLCDなどの
フラットパネルディスプレイ装置の製造を可能とするプ
ロセス装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、微細な電子源、電子走査系、および電子
検出系から構成され、所定の電圧が印加されたときに動
作を行なう電子放出部および反射電子と二次電子との検
出を行なう電子検出部を複数組配列したセンサと、この
センサに対向して被搬送体を載置するステージと、この
ステージに前記被搬送体を搬送する搬送システムと、前
記センサ、前記ステージ、および前記搬送システムの一
部を真空内に封止するチャンバと、このチャンバの側壁
に取付けられた複数の配管と、これら複数の配管に対応
して設置され前記被搬送体の表面に任意の成分の薄膜を
成膜するため任意のガスを前記複数の配管を介して前記
チャンバに供給するガス供給手段と、前記被搬送体の表
面に対する加工処理、観察処理、あるいは分析処理の動
作の種類を指示するデータを入力する入力手段と、この
入力手段から入力された入力データに基づいて前記セン
サへの電圧印加と前記ガス供給手段による前記チャンバ
へのガスの供給を制御する制御手段とを具備したことを
特徴とする。
【0010】また、本発明のプロセス装置は、排気用の
配管と、この配管を介してチャンバ内を排気する排気手
段を具備したことを特徴とする。
【0011】また、本発明のプロセス装置は、電子源の
作製には薄膜微細加工技術を用いることを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明のプロセス装置は、前記構成としたの
で、成膜、エッチング、パターニング、アッシングある
いは形状観察などの各種プロセスが一台の装置で行なわ
れることにより、各種プロセス間で基板を搬送すること
なく各種プロセスが実行され、半導体素子などの製造に
おける設備費用のコストダウンを図ることができるとと
もに半導体素子などの高効率で生産を行なうことができ
る。
【0013】また、本発明のプロセス装置は、チャンバ
内を排気する排気手段を備えたことにより、成膜プロセ
スあるいはエッチングプロセス後のチャンバ内の雰囲気
をクリーンな状態に維持することができる。
【0014】また、本発明のプロセス装置は、電子源の
作製には薄膜微細加工技術を用いることことにより、電
子源を容易に作製することができる。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。
【0016】図1は本発明のプロセス装置の一実施例の
概略構成を示す図である。
【0017】同図において、10は、図2に示すように、
半導体素子製造プロセスで作製された極微細な電子源1
1、電子走査系12、および電子検出電極13からなるマイ
クロSEM14をマトリックス状に多数配列した電子の放
出および反射電子と二次電子との検出が可能なセンサ
で、このセンサ10に対向したステージ20上にはチェーン
コンベアなどからなる搬送システム30によって搬送され
た被搬送体である半導体ウェハあるいはガラスウェハな
どの基板40がセンサ10に対向して載置される。この基板
40はステージ20上に三次元方向、回転方向、および傾き
方向に精度良く移動自在に載置される。また、前記した
センサ10、ステージ20、搬送システム30の一部、および
基板40はチャンバ50内に収納され、真空封止される。
【0018】チャンバ50の側壁には複数の配管60が取付
けられ、成膜あるいはエッチングやアッシングなどの加
工プロセス実行時には複数の配管60のうちの一部の配管
60、例えば配管61,62 を介して必要とする任意のガス、
例えば、エッチング用としてCF4 、SF6 、また、成
膜用としてSiH4 、O2 、H2 などのガスがガス供給
装置71,7m からチャンバ50内に供給され、また、プロセ
ス終了時には複数の配管60のうちの一個の配管60、例え
ば配管63を介してチャンバ50内に残留しているガスが排
気装置7nによって排気される。
【0019】また、80はセンサ10、ステージ20、搬送シ
ステム30、ガス供給装置71,7m 、および排気装置7nを制
御する制御装置で、この制御装置80にはセンサ10に駆動
電力を印加する駆動部81が内蔵されており、また、キー
ボードなどからなる入力部82とCRT(Cathode Ray Tu
be)ディスプレイなどからなる表示部83が接続されてい
る。制御装置80は、センサ10のマトリックス状のマイク
ロSEM14から所望のマイクロSEM14を選択するデー
タや基板40の表面に対する成膜、エッチング、パターニ
ング、アッシング、あるいは形状観察などの動作の種類
を示すデータなどの入力部82からの入力データに基づい
て、駆動部81を制御してマトリックス状のマイクロSE
M14から所望のマイクロSEM14を一個あるいは複数個
選択するとともに、基板40の表面に対する加工の種類に
対応してガス供給装置71,72 を選択的に制御し、プロセ
スの実行に必要とするガスを配管61.62 を介してチャン
バ50内に供給して、選択されたマイクロSEM14による
基板40の表面に対するプロセスを実行させ、さらに、プ
ロセス終了時に、チャンバ50内に残留しているガスが排
気されるように排気装置73を制御して配管63を介して残
留ガスを排気させる。また、形状観察プロセス時には、
二次電子あるいは基板40の表面で反射された反射電子は
センサ10を構成するマイクロSEM14の電子検出電極13
によって検出され、基板40の表面状態や基板40の材料を
反映した検出信号として制御装置80に出力され、制御装
置80は入力された検出信号を処理して、その処理結果を
表示部83に表示し、基板40のパターン測長などの表面状
態の測定、表面状態の観察、あるいは基板40の材料の分
析などを可能としている。
【0020】また、センサ10は、図2(a)に示すよう
に、マイクロSEM14をマトリックス状に多数配列され
て構成されるが、図2(b)にマイクロSEM14単体の
拡大断面図を示す。
【0021】同図に示すように、マイクロSEM14はシ
リコンウェハ表面に半導体素子製造プロセスによって作
製され、そして、電子を放出する極微細な電子源11と、
この電子源11から放出された電子を電子ビームにして基
板40に放射する積層型の薄膜電極からなる電子走査系12
と、および基板40の表面からの反射電子または二次電子
を検出する検出電極膜からなる電子検出電極13とを1組
として構成され、シリコンウェハの表面にマトリックス
状にマイクロSEM14を多数配列してセンサ10が構成さ
れる。
【0022】また、電子走査系12は、コーン状の電子源
11から電子を引出し電子ビームを形成する引出電極15
と、この引出電極15によって引出された電子ビームを加
速する加速電極17と、この加速電極17により加速された
電子ビームを基板40上に収束させる収束電極17と、電子
ビームを任意の方向に偏向させる偏向電極18とを備えて
いる。
【0023】また、電子源11同士を接続する電極と引出
電極15同士を接続する電極はそれぞれライン状に形成さ
れ、例えば図2(a)に示すように、電子源11の電極ラ
イン11a は行方向に、引出電極15の電極ライン15a は列
方向にそれぞれ形成され、これらを互いに直交させたマ
トリックスラインに形成されている。例えば、ここでそ
れぞれ1本の電極ライン11a,15a を選択し、その間に所
定電圧を印加すると、選択された2本の電極ライン11a,
15a の交わる位置にある電子源11(図2(a)にハッチ
ングで示している電子源11)からのみ電子を放出させる
ことができる。同様にして、それぞれの電極ライン11a,
15a から複数本の電極ライン11a,15a を選択することに
より、複数の電子源11から電子を放出させることも可能
である。従って、任意の電子源11に対して電子を放出さ
せることが可能となる。
【0024】次に、上記構成のセンサ10の作用について
説明する。
【0025】電子走査系12の加速電極16、収束電極17、
偏向電極18、および電子検出電極13にそれぞれ所定の電
圧が駆動部81によって印加され、一方、電極ライン11a,
15aが入力データに基づいて制御装置80によって選択さ
れ、選択された電子源11と引出電極15との間に所定の電
位差をもたらす電圧が駆動部81によって印加され、選択
された任意の電子源11から電子が放出される。電子源11
から放出された電子は電子ビーム化され、加速電極16、
収束電極17、および偏向電極18によってそれぞれ加速、
収束、および偏向されて、基板40の表面に照射される。
電子ビームが基板40に照射されると、基板40の表面の物
質から二次電子が放出されるとともに基板40の表面で電
子が反射され、放出された二次電子と反射電子が電子検
出電極13を通じて検出される。この検出信号が制御装置
80に出力され、そして制御装置80で信号処理されて、そ
の処理結果が表示部83に表示されることにより、基板40
の表面の形状観察が可能となる。
【0026】なお、加速電極15に印加する電圧を変える
ことにより、基板40の表面の物質に応じて放出される二
次電子のエネルギーを可変にすることができ、また、収
束電極17に印加する電圧を変えることにより、電子ビー
ムのビーム径を可変にして測定分解能を可変にすること
ができ、さらに、偏向電極18に印加する電圧を変えるこ
とにより、電子ビームの走査による測定範囲を可変にす
ることができる。
【0027】次に、各プロセスに応じた本発明のプロセ
ス装置の作用について説明する。
【0028】制御装置80は、センサ10のマトリックス状
のマイクロSEM14から所望のマイクロSEM14を選択
するデータや基板40の表面に対する成膜、エッチング、
パターニング、アッシング、あるいは形状観察などの動
作の種類を示すデータなどの入力部82からの入力データ
に基づいて、マイクロSEM14を一個あるいは複数個選
択し、基板40の表面に対して指定されているプロセスを
実行する。
【0029】まず、パターニングプロセスにおいては、
電子ビーム直描装置と同様の原理により、例えばレジス
トを塗布した基板40に対し、入力データに基づいて選択
されたセンサ10のマイクロSEM14から任意の範囲・位
置に電子ビームを照射して、任意の部分のレジストを感
光させ、任意のパターンを基板40上に形成する。
【0030】このマイクロSEM14によるパターニング
によって得られるパターンの解像度は、従来の光利用の
ステッパによるパターンに比べて電子ビームが光ビーム
よりビーム径が小さいので、高い解像が得られるという
効果を有する。また、従来の電子ビーム直描装置による
パターニングに比べて、前記パターニングにおいては基
板40を移動させる必要がなく、また、照射される電子ビ
ームは低加速電子ビームであることにより高エネルギー
電子による影響がなく、例えば基板40の移動や散乱電子
などによる解像度の低下などが発生しないという効果を
奏する。
【0031】次に、成膜プロセスにおいては、入力デー
タに基づいて制御装置80によって選択されたガス供給装
置71,7m から配管61,6m を介してチャンバ50内の基板40
の表面上に任意のガス分子を注入し、入力データに基づ
いて選択されたセンサ10のマイクロSEM14から基板40
の表面上に電子ビームを照射すると、ガス分子は励起分
解して基板40の表面上に堆積する。従って、ガス分子の
種類を選択することにより、任意の物質の薄膜が基板40
の表面上に形成される。
【0032】上記成膜プロセスに基づいて、同時に数種
類のガス供給装置71,7m を選択して数種類のガス分子を
チャンバ50内に注入してガス分子に電子ビームを照射
し、ガス分子を励起・反応させることにより、任意の化
合物の薄膜を形成することが可能となる。ここで、セン
サ10から照射する電子ビームの領域を任意に制御するこ
とにより、任意の膜パターンを形成することも可能であ
る。
【0033】一方、センサ10の電子検出電極13を利用
し、この電極13と基板40との間に高電界を形成して、ガ
スをプラズマ化し、プラズマCVDと同様の原理で堆積
膜を形成することも可能である。
【0034】成膜プロセスが完了すると、チャンバ50内
に残留しているガスを除去するために、制御装置80に制
御されて排気装置7nが作動して、配管6nを介してチャン
バ50内に残留しているガスがチャンバ50外に排気され
る。この排気装置7nによる残留ガスの排気により、チャ
ンバ50内はクリーン状態に維持される。
【0035】次に、エッチングプロセスにおいては、入
力データに基づいて制御装置80により基板40の表面の物
質に対して反応性の高いイオンやラジカルになりやすい
ガスを貯蔵しているガス供給装置71,7m を選択し、その
ガス供給装置71,7m から配管61,6m を介して基板40の表
面上にガスを注入する。この注入されたガスに対して入
力データに基づいて選択されたセンサ10のマイクロSE
M14から電子ビームを照射すると、ガス分子の励起によ
るイオンやラジカルの生成が行なわれ、反応性エッチン
グが行なわれる。また、電子によるイオン化傾向の高い
ガスを注入し、電子ビームを照射してイオンを生成した
後、センサ10の電子検出電極13と基板40との間に高電界
を与えることにより、イオンの向きを決定させる異方性
のイオンエッチングが可能となる。また、前記したエッ
チングにおいて、センサ10から放出される電子ビームの
照射領域を任意に制御することにより、任意のエッチン
グパターンを形成することが可能となる。
【0036】エッチングプロセスが完了すると、チャン
バ50内に残留しているガスを除去するために、制御装置
80に制御されて排気装置7nが作動して、配管6nを介して
チャンバ50内に残留しているガスがチャンバ50外に排気
される。この排気装置7nによる残留ガスの排気により、
チャンバ50内はクリーン状態に維持される。
【0037】また、上記した成膜プロセスやエッチング
プロセスにおける任意パターンの形成時に、制御装置80
の制御によりセンサ10による基板40の表面の形状観察を
随時並行して行なうことが可能で、センサ10による形状
観察を随時並行して行なうことにより、形成されるパタ
ーンの形成状況の管理を行なうことができる。
【0038】また、本発明のプロセス装置によれば、ア
ッシングプロセスをも行なうことができる。具体的に
は、電子検出電極13に電圧を印加して、電子検出電極13
と基板40との間に高電界を生じさせる。その電界中に、
例えば、O2 やArなどのガスを注入し、プラズマ化す
る。プラズマ化されイオンとなった原子は電界によって
基板40の表面に衝突させられる。この衝突によって基板
40に塗布されているレジストを除去したり、あるいはそ
の表面を改質し、アッシングを行なうことが可能とな
る。なお、電子検出電極13に余りにも高い電圧を印加す
ると、絶縁破壊が発生してしまうので、電圧を印加しな
がら電子源11から電子を放出することにより、プラズマ
化を促進して、絶縁破壊を防止することができる。
【0039】上記した実施例によれば、成膜プロセスや
エッチングプロセスにおいて、任意の成膜パターンやエ
ッチングパターンを描けることにより、レジストレスプ
ロセスを実現することができる。
【0040】また、センサ10は基板40の表面の形状観察
を高分解能で行なえることにより、基板40の表面に付着
したゴミやパターンの欠陥部分を検査することができ
る。
【0041】また、センサ10が、随時、基板40の表面の
形状観察を高分解能で行なえることにより、パターニン
グ、成膜、エッチング、あるいはアッシングなどの各種
プロセスにおいて基板40の表面の形状変化を管理するこ
とができ、歩留まりの向上を図れる。
【0042】また、基板40の表面の任意の領域の観察お
よびエッチングが可能であることにより、基板40の表面
に付着したゴミを除去したり、パターンの余剰部分の修
正を行なうことができ、歩留まりの向上を図ることがで
きる。
【0043】また、基板40の表面の任意の領域の観察お
よび成膜が可能であることにより、パターンの欠落部分
の修正を行なうことができ、歩留まりの向上を図れる。
【0044】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、種々変形可能であることは勿論である。
【0045】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のプロセス
装置によれば、基板の表面に対する成膜、エッチング、
パターニング、アッシング、あるいは形状観察などのプ
ロセスの種類を指示する入力データに基づいて、制御手
段がセンサへの電圧印加とガス供給手段によるチャンバ
へのガスの供給を制御することにより、各種プロセス間
で基板を搬送することなく各種プロセスを実行すること
ができるので、半導体素子などの製造における設備費用
のコストダウンを図ることができるとともに半導体素子
などの高い効率での生産を行なうことができる。
【0046】また、本発明のプロセス装置は、チャンバ
内を排気する排気手段を備えたことにより、成膜プロセ
スあるいはエッチングプロセス後のチャンバ内の雰囲気
をクリーンな状態に維持することができる。
【0047】また、本発明のプロセス装置は、電子源の
作製には薄膜微細加工技術を用いることことにより、電
子源を容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプロセス装置の一実施例の概略構成を
示す図である。
【図2】センサの概略構成を示す図で、図2(a)はセ
ンサがマトリックス状に多数配列されたマイクロSEM
で構成されることを示す図、および図2(b)はマイク
ロSEM単体の拡大断面を示す図である。
【符号の説明】
10…センサ 11…電子源 12…電子走査系 13…電子検出電極 20…ステージ 30…搬送システム 40…基板 50…チャンバ 60,61,6m,6n …配管 70,71,71m …ガス供給装置(ガス供給手段) 7n…排気装置(排気手段) 80…制御装置(制御手段) 82…入力部(入力手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/02 Z 21/205 21/3065 (72)発明者 石田 文彦 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微細な電子源、電子走査系、および電子
    検出系から構成され、所定の電圧が印加されたときに動
    作を行なう電子放出部および反射電子と二次電子との検
    出を行なう電子検出部を複数組配列したセンサと、この
    センサに対向して被搬送体を載置するステージと、この
    ステージに前記被搬送体を搬送する搬送システムと、前
    記センサ、前記ステージ、および前記搬送システムの一
    部を真空内に封止するチャンバと、このチャンバの側壁
    に取付けられた複数の配管と、これら複数の配管に対応
    して設置され前記被搬送体の表面に任意の成分の薄膜を
    成膜するため任意のガスを前記複数の配管を介して前記
    チャンバに供給するガス供給手段と、前記被搬送体の表
    面に対する加工処理、観察処理、あるいは分析処理の動
    作の種類を指示するデータを入力する入力手段と、この
    入力手段から入力された入力データに基づいて前記セン
    サへの電圧印加と前記ガス供給手段による前記チャンバ
    へのガスの供給を制御する制御手段とを具備したことを
    特徴とするプロセス装置。
  2. 【請求項2】 排気用の配管と、この配管を介してチャ
    ンバ内を排気する排気手段を具備したことを特徴とする
    請求項1記載のプロセス装置。
  3. 【請求項3】 電子源の作製には薄膜微細加工技術を用
    いることを特徴とする請求項1記載のプロセス装置。
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