WO2019238821A1 - Plasmaboot zur aufnahme von wafern mit regulierter plasmaabscheidung - Google Patents

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    • H01L21/67313Horizontal boat type carrier whereby the substrates are vertically supported, e.g. comprising rod-shaped elements

Definitions

  • the invention relates to a plasma boat for receiving
  • Wafers with regulated plasma deposition consisting of several spaced parallel boot plates, with the
  • Wafer receptacles for standing uptake of wafers are provided in order to hold the wafers securely in a coating chamber during transport and during the deposition process, and wherein the boot plates are electrically
  • Such plasma boats are used, for example, as PECVD boats for plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • Low-mass PECVD boat emerges from WO 2016/166125 Al.
  • the PECVD boats consist of individual boat plates with a lower frame element, the wafer holder
  • Grasp points usually, several such boot plates are arranged in parallel next to one another and connected to one another via insulating spacers, so that a large number of wafers are arranged in parallel next to one another
  • the boot plates are made of an electrically conductive material, such as graphite, titanium, so that there is between the Wafers located in the plasma boat can form a plasma during the plasma deposition when an electrical potential is applied.
  • the PECVD — boats fulfill the task of keeping the rectangular wafers safe during transport into or out of a coating chamber and during the deposition process, and on the other hand they have to use the PECVD boat or the boot plates for the deposition process
  • the boot plates are provided with cut-outs or openings which are smaller than the outline of the wafers to be accommodated, or in which the peripheral edges of the wafers are enclosed in a U-shape.
  • Temperature required time is particularly dependent on the number of wafers to be warmed up, the mass of the PECVD boat, the homogenization time until an even temperature distribution is reached and the way in which
  • Warm-up time, as well as the subsequent homogenization time, should be as short as possible in the interest of an effective and fast deposition process.
  • a plasma is formed in particular between the wafers during the plasma deposition, so that too much material is deposited in some areas, in particular in the vicinity of the wafer holder and the boot plate in the edge area, with the result that partially too thick at these points
  • Deposits are formed, which prevents a homogeneous distribution of the coating on the wafer.
  • the invention is therefore based on the object
  • Wafer recordings each have damping elements between
  • boot plates are arranged, which are electrically insulated from them.
  • Attenuation of the plasma deposition in the edge area is achieved without significantly influencing the warm-up and homogenization time.
  • the damping elements are arranged on or between insulating spacer elements between two adjacent boat plates in an electrically insulated manner from them.
  • the damping elements preferably each consist of a lower frame element and two vertical webs, which are spaced apart from one another from the lower frame element
  • the damping elements each cover an area that is approximately the lower area of the wafer receptacles
  • located wafer corresponds.
  • the webs and the lower frame element of the damping element enclose an area which is greater than or equal to the outline of the lower half of the wafers used in the wafer receptacles.
  • enclosed area can also be smaller than the outline of approximately the lower half of the wafer receptacles
  • the damping element is designed as a large-area plate which covers the lower region of the wafers, that is to say approximately a third or half of the outline of those in the wafer receptacles
  • the plate-shaped damping element can be recessed in an arcuate manner such that only the lower and the lateral edge regions of that in the wafer receptacles
  • the damping elements can be made of ceramic, porcelain,
  • Fig. 2 a perspective view of a
  • Fig. 4 a partially shown in section
  • Wafer boat according to the invention with frame-shaped damping element and insulating spacers.
  • the wafer boat 14 consists of a plurality of parallel and vertically aligned boat plates 15, with a lower one
  • the receiving elements 11 respectively enclosing the peripheral edges of the wafers 1 and opposing them in the wafer receptacles 16
  • Each of the boot plates 15 contains several such arranged one behind the other
  • the length of the holding arms 10 is such that they are approximately up to reach half the height of the wafers 1 inserted into the wafer receptacles 16. In principle, it is also possible to accommodate two wafers 1 back to back in the wafer receptacles 16.
  • three receptacle elements 11 are sufficient, namely at the upper end of the left arm 10 according to the drawing, approximately in the middle of the right arm 10, and in the lower frame element 3, 5.
  • the parallel aligned boat plates 15, which consist of graphite, CFC or titanium, are by
  • boot plates 15 are connected to one another via the insulating spacers 2, so that four wafers 1 can be inserted in parallel into the wafer receptacles 16. Furthermore, the first and the third as well as the second and the fourth boot plate 15 are each electrically conductive with one another via connecting elements 6
  • first and third boat plates 15 and the second and fourth boat plates 15 are each at the same electrical potential.
  • boot plates 15 can also be arranged next to one another, all of them then odd-numbered and all even-numbered boot plates 15 each electrically by the connecting elements 6
  • Coating chamber must also burn a plasma in the space between the wafers 1, the wafers 1 being coated with the materials to be deposited by supplying gases. It has been found that the wafers 1 are coated non-uniformly and that
  • Damping element 12 made of ceramic, porcelain, graphite, metal, inserted. It is important that the
  • Boot plates are arranged on or between the spacer elements 2 between two adjacent boot plates 15.
  • the damping elements 12 are basically similar
  • Frame element 4 and two vertical webs 13 which in Distance from each other from the lower frame element 4 each extend into the space between two adjacent wafers in such a way that the position of the webs 13 corresponds approximately to the position of the holding arms 10 for receiving the wafer 1 and the lower frame element 4 of the
  • Damping element 12 corresponds to the lower frame element 3, 5 of the wafer holder 16.
  • the webs 13 and the lower frame element 4 of the damping element 12 enclose a surface corresponding to the outline of the one in the wafer boat 14
  • the damping element 12 can also be designed as a large-area plate, which covers the lower region of the wafers 1, that is to say approximately one third or half of the intermediate space between adjacent wafers 1.
  • the damping element 12 can also be recessed in an arc shape, so that only the lower and the lateral edge regions of the wafers 1 are covered.
  • the damping elements 12 ensure that
  • Plasma can no longer burn over the entire area between the adjacent wafers 1 and is partially damped by the damping elements 12, in particular in the
  • damping elements 12 according to the invention between the wafer receptacles 16 is that the warming-up and homogenization time of the one equipped with wafers 1
  • Plasma boats are not significantly affected. Plasma boat for holding wafers with regulated

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit partieller Dämpfung der Plasmaabscheidung, bestehend aus mehreren abstandsweise parallelen Bootplatten, die mit Waferaufnahmen zur stehenden Aufnahme von Wafern versehen sind, um die Wafer während des Transports und während des Abscheideprozesses in einer Beschichtungskammer sicher zu halten, und wobei die Bootplatten durch elektrisch isolierende Abstandshalter mechanisch miteinander verbunden sind. Durch die Erfindung soll ein Plasmaboot mit regulierter Plasmaabscheidung geschaffen werden, das auf Wafern eine über deren Fläche gleichmäßige Abscheidung mit konstanter Schichtdicke gewährleistet. Erreicht wird das dadurch, dass zwischen den parallel nebeneinander befindlichen Waferaufnahmen (16) jeweils ein Dämpfungselement (12) zwischen benachbarten Bootplatten (15) gegenüber diesen auf Abstandselementen (2) elektrisch isoliert angeordnet ist.

Description

Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit regulierter
Plasmaabscheidung
Die Erfindung betrifft ein Plasmaboot zur Aufnahme von
Wafern mit regulierter Plasmaabscheidung, bestehend aus mehreren abstandsweise parallelen Bootplatten, die mit
Waferaufnahmen zur stehenden Aufnahme von Wafern versehen sind, um die Wafer während des Transports und während des Abscheideprozesses in einer Beschichtungskammer sicher zu halten, und wobei die Bootplatten durch elektrisch
isolierende Abstandshalter mechanisch miteinander verbunden sind .
Derartige Plasmaboote werden beispielsweise als PECVD-Boote für die Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) eingesetzt. Ein Beispiel für ein solches besonders
massearmes PECVD-Boot geht aus der WO 2016/166125 Al hervor. Die PECVD-Boote bestehen hier aus einzelnen Bootplatten mit einem unteren Rahmenelement, aus dem Waferhalter
hervorstehen, welche die Umfangskanten der in einer Reihe aufzunehmenden rechteckigen Wafer jeweils u-förmig
umschließen und die mehrere Aufnahmeelemente enthalten, welche die Umfangskanten der Wafer gabelförmig an drei
Punkten umgreifen. Üblicherweise sind mehrere derartige Bootplatten parallel nebeneinander angeordnet und über isolierende Abstandshalter miteinander verbunden, so dass eine Vielzahl von Wafern parallel nebeneinander und
hintereinander aufgenommen werden können.
Die Bootplatten bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie Graphit, Titan, so dass sich zwischen den im Plasmaboot befindlichen Wafern während der Plasmaabscheidung bei Anlegen eines elektrischen Potentials ein Plasma ausbilden kann.
Ein weiteres Beispiel für Plasmaboote mit paralleler abstandsweiser Anordnung der Wafer geht aus der WO 2017/085 178 Al betreffend ein Waferboot und eine Plasma- Behandlungsvorrichtung für Wafer hervor.
Die PECVD—Boote erfüllen einerseits die Aufgabe, die rechteckigen Wafer während des Transports in oder aus einer Beschichtungskammer und während des Abscheideprozesses sicher zu halten und andererseits muss über das PECVD-Boot bzw. die Bootplatten ein für den Abscheideprozess
erforderliches elektrisches Potential an die Wafer angelegt werden, um ein für den Beschichtungsprozess erforderliches Plasma zu zünden.
Um die thermische Masse zu reduzieren, sind die Bootplatten mit Freifräsungen oder Durchbrüchen versehen, die kleiner als der Umriss der aufzunehmenden Wafer sind, oder bei denen die Umfangskanten der Wafer u-förmig umschlossen werden.
Die für das Aufwärmen auf die erforderliche Prozess
temperatur benötigte Zeit wird insbesondere von der Anzahl der aufzuwärmenden Wafer, der Masse des PECVD-Bootes , der Homogenisierungszeit bis eine gleichmäßige Temperatur verteilung erreicht ist und der Art und Weise, wie die
Heizung erfolgt, bestimmt. Es versteht sich, dass die
Aufwärmzeit, sowie die nachfolgende Homogenisierungszeit, im Interesse eines effektiven und schnellen Abscheideprozesses möglichst kurz sein sollte. Bei diesen Waferbooten, die mit Wafern bestückt sind, bildet sich während der Plasmaabscheidung ein Plasma insbesondere auch zwischen den Wafern aus, so dass in einigen Bereichen, insbesondere in der Nähe der Waferhalter und der Bootplatte im Randbereich zu viel Material abgelagert wird, mit der Folge, dass an diesen Stellen partiell zu dicke
Abscheidungen entstehen, wodurch eine homogene Verteilung der Beschichtung auf dem Wafer verhindert wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Plasmaboot mit regulierter Plasmaabscheidung zu schaffen, um auf Wafern eine über deren Fläche gleichmäßige Abscheidung mit konstanter Schichtdicke zu erreichen, wobei die Aufwärm- und Homogenisierungszeit nicht nennenswert beeinflusst werden soll.
Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einem Plasmaboot der eingangsgenannten Art dadurch, dass zwischen den parallel nebeneinander befindlichen
Waferaufnahmen jeweils Dämpfungselemente zwischen
benachbarten Bootplatten angeordnet sind, die gegenüber diesen elektrisch isoliert sind.
Auf diese besonders einfache Weise wird eine partielle
Dämpfung der Plasmaabscheidung im Randbereich erreicht, ohne dass die Aufwärm- und Homogenisierungszeit nennenswert beeinflusst wird.
Die Dämpfungselemente sind auf oder zwischen isolierenden Abstandselementen zwischen zwei benachbarten Bootplatten elektrisch isoliert gegenüber diesen angeordnet. Bevorzugt bestehen die Dämpfungselemente jeweils aus einem unteren Rahmenelement und zwei senkrechten Stegen, die im Abstand zueinander aus dem unteren Rahmenelement
hervorstehen und die sich jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei parallel nebeneinander befindlichen
Waferaufnahmen erstrecken.
Die Dämpfungselemente decken jeweils eine Fläche ab, die etwa dem unteren Bereich der in den Waferaufnahmen
befindlichen Wafer entspricht.
In einer alternativen Ausführungsform umschließen die Stege und das untere Rahmenelement des Dämpfungselements eine Fläche die größer oder gleich dem Umriss der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen eingesetzten Wafer ist.
Die durch die Stege und das untere Rahmenelement
umschlossene Fläche kann auch kleiner als der Umriss von etwa der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen
eingesetzten Wafer sein.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Dämpfungselement als großflächige Platte ausgebildet, welche den unteren Bereich der Wafer, also etwa ein Drittel oder die Hälfte des Umrisses der in den Waferaufnahmen
befindlichen Wafer abdeckt.
Schließlich kann das plattenförmige Dämpfungselement derart bogenförmig ausgespart sein, dass nur der untere und die seitliche Randbereiche der der in den Waferaufnahmen
befindlichen Wafer abgedeckt werden.
Die Dämpfungselemente können aus Keramik, Porzellan,
Graphit, Metall bestehen. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungsfiguren zeigen in
Fig. 1: einen Ausschnitt aus einem Waferboot mit mehreren neben und hintereinander angeordneten Wafern, bei denen im Randbereich unten sowie seitlich Bereiche mit zu starker Beschichtung ersichtlich sind;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Waferbootes mit rahmenförmigen Dämpfungselementen, jeweils bestehend aus einem unteren Rahmenelement und zwei senkrechten Stegen;
Fig. 3: eine Ausschnittdarstellung eines Waferbootes nach
Fig. 2; und
Fig. 4: ein teilweise im Schnitt dargestelltes
erfindungsgemäßes Waferboot mit rahmenförmigen Dämpfungselement und isolierenden Abstandshaltern.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht das Waferboot 14 aus mehreren parallel nebeneinander befindlichen und hochkant ausgerichteten Bootplatten 15, mit einem unteren
Rahmenelement 3, 5 und aus diesem hervorstehenden Haltearmen 10 mit gabel-, u- oder v-förmigen und einwärts
ausgerichteten Aufnahmeelementen 11, die die Waferaufnahmen 16 zur Aufnahme von Wafern 1 bilden (Fig. 4), wobei die Aufnahmeelemente 11 jeweils die Umfangskanten der Wafer 1 umschließen und diese in den Waferaufnahmen 16 gegen
herausfallen sichern (Fig. 2) . Jede der Bootplatten 15 enthält mehrere derartige hintereinander angeordnete
Waferaufnahmen 16.
Die Länge der Haltearme 10 ist so bemessen, das sie etwa bis zur halben Höhe der in die Waferaufnahmen 16 eingesetzten Wafer 1 reichen. Grundsätzlich ist es auch möglich, jeweils zwei Wafer 1 Rücken an Rücken in den Waferaufnahmen 16 unterzubringen .
Für die sichere Aufnahme der Wafer 1 in den Waferaufnahmen 16 genügen jeweils drei Aufnahmeelemente 11 und zwar am oberen Ende des zeichnungsgemäß jeweils linken Haltearms 10, etwa in der Mitte des rechten Haltearms 10, sowie im unteren Rahmenelement 3, 5.
Die parallel zueinander ausgerichteten Bootplatten 15, die aus Graphit, CFC oder Titan bestehen, werden durch
elektrisch isolierende Abstandshalter 2 mechanisch
miteinander verbunden und auf Abstand zueinander gehalten (Fig. 4) .
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind beispielsweise vier Bootplatten 15 über die isolierenden Abstandshalter 2 miteinander verbunden, so dass jeweils vier Wafer 1 parallel nebeneinander in die Waferaufnahmen 16 eingesetzt werden können. Weiterhin sind jeweils die erste und die dritte sowie die zweite und die vierte Bootplatte 15 jeweils über Verbindungselemente 6 elektrisch leitend miteinander
verbunden, die über Kontaktelemente 7, 8 beim Einsetzen in eine nicht dargestellte Beschichtungskammer rastend an unterschiedliche Spannungspotentiale angeschlossen werden. D.h., die erste und die dritte Bootplatte 15 und die zweite und die vierte Bootplatte 15 liegen jeweils auf dem gleichen elektrischen Potential.
Selbstverständlich können auch mehr als vier Bootplatten 15 nebeneinander angeordnet werden, wobei dann sämtliche ungeradzahligen und sämtliche geradzahligen Bootplatten 15 durch die Verbindungselemente 6 jeweils elektrisch
miteinander zu verbinden sind.
Während des PECVD-Beschichtungsprozesses in einer
Beschichtungskammer muss auch im Zwischenraum zwischen den Wafern 1 ein Plasma brennen, wobei durch Zufuhr von Gasen mit den abzuscheidenden Materialien die Wafer 1 beschichtet werden. Dabei hat es sich herausgestellt, dass die Wafer 1 ungleichmäßig beschichtet werden und zwar dass sich
insbesondere im Randbereich unten und seitlich, d.h. im Bereich der Haltearme 10 und des unteren Rahmenelementes 3,
5 der Bootplatte 15 übermäßig beschichtete Bereiche 9 ausbilden (s. Fig. 1) . Die Ursache für diesen Effekt ist anscheinend ist eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung des zwischen den Wafern 1 brennenden Plasmas.
Es hat sich nun gezeigt, dass eine besonders gleichmäßige Beschichtung der Wafer 1 mit einfachen Mitteln erreicht werden kann.
Dazu wird jeweils zwischen zwei benachbarten Bootplatten 15 im Bereich zwischen den Waferaufnahmen 16 jeweils ein
Dämpfungselement 12 aus Keramik, Porzellan, Graphit, Metall, eingefügt. Funktionswichtig hierbei ist, dass die
Dämpfungselemente 12 zwingend isoliert gegenüber den
Bootplatten auf oder zwischen den Abstandselementen 2 zwischen zwei benachbarten Bootplatten 15 angeordnet werden.
Die Dämpfungselemente 12 sind grundsätzlich ähnlich
aufgebaut wie die Bootplatten 15, jedoch ohne
Aufnahmeelemente 11 und bestehen aus einem unteren
Rahmenelement 4 und zwei senkrechten Stegen 13, die im Abstand zueinander aus dem unteren Rahmenelement 4 jeweils sich in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Wafern erstrecken und zwar derart, dass Position der Stege 13 etwa der Position der Haltearme 10 zur Aufnahme die Wafer 1 entspricht und wobei das untere Rahmenelement 4 des
Dämpfungselements 12 dem unteren Rahmenelement 3, 5 der Waferaufnahme 16 entspricht. Die Stege 13 und das untere Rahmenelement 4 des Dämpfungselements 12 umschließen eine Fläche entsprechend dem Umriss der im Waferboot 14
eingesetzten Wafer 1, wobei die umschlossene Fläche auch kleiner als der Umriss der Wafer 1 sein kann (Fig. 4) .
Das Dämpfungselement 12 kann auch als großflächige Platte ausgebildet sein, welche den unteren Bereich der Wafer 1, also etwa ein Drittel oder die Hälfte des Zwischenraumes zwischen benachbarten Wafern 1 abdeckt.
Alternativ kann das Dämpfungselement 12 auch bogenförmig ausgespart sein, so dass nur der untere und die seitlichen Randbereiche der Wafer 1 abgedeckt werden.
Durch die Dämpfungselemente 12 wird erreicht, dass das
Plasma nicht mehr ganzflächig zwischen den benachbarten Wafern 1 brennen kann und durch die Dämpfungselemente 12 partiell gedämpft wird und zwar insbesondere in den
Bereichen 9, die sonst einer übermäßigen Beschichtung ausgesetzt sind. Das Ergebnis ist eine ganzflächige
Vergleichmäßigung der Beschichtung der Oberfläche der Wafer.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente 12 zwischen den Waferaufnahmen 16 ist, dass die Aufwärm- und Homogenisierungszeit des mit Wafern 1 bestückten
Plasmabootes nicht nennenswert beeinflusst wird. Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit regulierter
Plasmaabscheidung
Bezugszeichenliste
1 Wafer
2 Abstandshalter
3 unteres Rahmenelement
4 unteres Rahmenelement des Dämpfungselements
5 unteres Rahmenelement
6 Verbindungselement
7 Kontaktelement
8 Kontaktelement
9 übermäßig beschichteter Bereich
10 Haltearm
11 Aufnahmeelement
12 Dämpfungselement
13 senkrechter Steg
14 Waferboot
15 Bootplatte
16 Waferaufnahme

Claims

Patentansprüche
1. Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit partieller
Dämpfung der Plasmaabscheidung, bestehend aus mehreren abstandsweise parallelen Bootplatten, die mit Waferaufnahmen zur stehenden Aufnahme von Wafern versehen sind, um die Wafer während des Transports und während des
Abscheideprozesses in einer Beschichtungskammer sicher zu halten, und wobei die Bootplatten durch elektrisch
isolierende Abstandshalter mechanisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den parallel nebeneinander befindlichen Waferaufnahmen (16) jeweils ein Dämpfungselement (12) zwischen benachbarten Bootplatten (15) gegenüber diesen elektrisch isoliert angeordnet ist .
2. Plasmaboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) auf oder zwischen
isolierenden Abstandselementen (2) zwischen zwei
benachbarten Bootplatten (15) angeordnet sind.
3. Plasmaboot nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) jeweils aus einem unteren Rahmenelement (4) und zwei senkrechten Stegen (13) bestehen, die im Abstand zueinander aus dem unteren Rahmenelement (4) hervorstehen und sich jeweils in den
Zwischenraum zwischen zwei parallel nebeneinander
befindlichen Waferaufnahmen (16) erstrecken.
4. Plasmaboot nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) jeweils eine Fläche
abdecken, die etwa der unteren Hälfte der in den
Waferaufnahmen (16) befindlichen Wafer (1) entspricht.
5. Plasmaboot nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (13) und das untere Rahmenelement (4) des Dämpfungselements (12) eine Fläche umschließen, die größer oder gleich dem Umriss der unteren Hälfte der in den
Waferaufnahmen (16) eingesetzten Wafer (1) entspricht.
6. Plasmaboot nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Stege (13) und das untere Rahmenelement (4) umschlossene Fläche kleiner als der Umriss der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen (16) eingesetzten Wafer (1) ist .
7. Plasmaboot nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) als großflächige Platte ausgebildet ist, welche den unteren Bereich der Wafer (1) , also etwa ein Drittel oder die Hälfte des Umrisses der in den Waferaufnahmen (16) befindlichen Wafer (1) abdeckt.
8. Plasmaboot nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Dämpfungselement (12) bogenförmig ausgespart ist, so dass nur der untere und die seitliche Randbereiche der der in den Waferaufnahmen (16) befindlichen Wafer (1) abgedeckt wird.
9. Plasmaboot nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (12) aus Keramik, Porzellan, Graphit, Metall bestehen.
PCT/EP2019/065492 2018-06-13 2019-06-13 Plasmaboot zur aufnahme von wafern mit regulierter plasmaabscheidung WO2019238821A1 (de)

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