JP2003158081A - 基板処理装置 - Google Patents

基板処理装置

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JP2003158081A
JP2003158081A JP2001357382A JP2001357382A JP2003158081A JP 2003158081 A JP2003158081 A JP 2003158081A JP 2001357382 A JP2001357382 A JP 2001357382A JP 2001357382 A JP2001357382 A JP 2001357382A JP 2003158081 A JP2003158081 A JP 2003158081A
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JP
Japan
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seal cap
furnace port
gas
processing chamber
boat
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JP2001357382A
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Makoto Tsuri
誠 津里
Shuji Yonemitsu
修司 米満
Satoshi Kakizaki
智 柿崎
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Hitachi Kokusai Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 炉口付近に副生成物が付着するのをヒータを
敷設せずに防止する。 【解決手段】 プロセスチューブ11のマニホールド1
5の炉口16を開閉する炉口開閉装置21のシールキャ
ップ23の上面には、窒素ガス52をシャワー状に吹き
出すシャワーヘッド30が設置されている。成膜ガス5
1の供給時に窒素ガス52がシャワーヘッド30からシ
ャワー状に吹き出されると、シールキャップ23の上方
領域には副生成物防止ガス雰囲気としての窒素ガス雰囲
気53が形成され、成膜ガス51がシールキャップ23
の処理室側端面領域の表面に接触するのを阻止できるた
め、この領域に副生成物が付着するのを防止できる。 【効果】 炉口付近の副生成物の堆積を防止できるた
め、堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を防止で
き、製造歩留り等を向上できる。ヒータを敷設せずに済
むため、ボート搬入搬出室をロードロックチャンバの構
築を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置、特
に、処理室に処理ガスを供給して基板に処理を施す基板
処理装置に関し、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
集積回路が作り込まれるシリコンウエハ(以下、ウエハ
という。)に窒化シリコン(Si34 )や酸化シリコ
ン(SiOx)およびポリシリコン等を堆積(デポジシ
ョン)させるCVD装置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、ウエハに窒化
シリコンや酸化シリコンおよびポリシリコン等のCVD
膜を形成するのにバッチ式縦形ホットウオール形減圧C
VD装置が広く使用されている。バッチ式縦形ホットウ
オール形減圧CVD装置(以下、CVD装置という。)
は、ウエハが搬入されるインナチューブおよびインナチ
ューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦形に
設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブによ
って形成された処理室に成膜ガスを供給する成膜ガス供
給管と、処理室を真空排気する排気管と、プロセスチュ
ーブ外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと
を備えており、複数枚のウエハがボートによって垂直方
向に整列されて保持された状態で処理室に下端の炉口か
ら搬入され、処理室に成膜ガスが成膜ガス供給管から供
給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加
熱されることにより、ウエハの上にCVD膜が堆積する
ように構成されている。 【0003】従来のこの種のCVD装置においては、あ
る特定の条件(温度、圧力、ガス種等)の下ではプロセ
スチューブの内部に副生成物(中間的生成物)が発生す
ることがある。例えば、ウエハに窒化シリコン(Si3
4 )が成膜される場合には、反応ガスが150℃以下
になる場所に塩化アンモニア(NH4 Cl)といった副
生成物が付着することが知られている。そこで、副生成
物が付着する場所すなわち150℃以下となる場所にヒ
ータを敷設して加熱することにより、その場所に副生成
物が付着するのを防止することが実施されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プロセ
スチューブに連設されたボート搬入搬出室がロードロッ
ク方式の気密室(以下、ロードロックチャンバとい
う。)に形成されているCVD装置においては、プロセ
スチューブのシールキャップの部分にはヒータを敷設す
ることができないため、シールキャップの処理室側端面
やプロセスチューブの炉口付近に副生成物が付着し堆積
してしまう。堆積した副生成物は異物の発生源になるた
め、堆積した副生成物を除去するメンテナンス作業が定
期的に実施されることになる。なお、ロードロック方式
とは、ゲートバルブ等の隔離バルブを用いて処理室と搬
入搬出室とを隔離し、処理室への空気の流入を防止した
り、温度や圧力等の外乱を小さくして品質の安定化を目
的とした方式、である。 【0005】ロードロックチャンバに設置されたシール
キャップにヒータを敷設することができない理由は、次
の通りである。プロセスチューブの炉口を開閉するシー
ルキャップはロードロックチャンバ内を昇降するため、
シールキャップにヒータが敷設された場合にはこのヒー
タに電力を供給するための電気配線を可動に構成するこ
とが必要になる。一般に、可動の電気配線はガイドの役
割を果たすキャタピラ状のケーブルベア(登録商標)に
保持される。ところが、ロードロックチャンバに電気配
線をケーブルベアに保持させて配線すると、ロードロッ
クチャンバの真空排気時の煽りによってケーブルベアが
暴れて衝突することにより、ボートに保持されたウエハ
が損傷されてしまう危険性がある。つまり、ロードロッ
クチャンバには電気配線を配線することができないた
め、シールキャップにはヒータを敷設することができな
い。 【0006】また、ロードロックチャンバへ高温になっ
たボートが処理室から搬出されて来ると、ロードロック
チャンバには熱が籠もってしまうため、雰囲気の温度が
上昇する。この温度上昇に対処する必要上、高い耐熱性
能を有する電気配線やケーブルベアを使用する必要があ
るため、太い電気配線や曲率の大きいケーブルベアが使
用されることになり、その結果、ケーブルベア自体がボ
ートのウエハ保持領域まで突出した状態になってしま
う。したがって、ケーブルベアがボートに保持されたウ
エハを損傷させる危険性がより一層高まるため、ロード
ロックチャンバに設置されたシールキャップにヒータを
敷設することができないことになる。 【0007】本発明の目的は、炉口付近に副生成物が付
着するのをシールキャップにヒータを敷設せずに防止す
ることが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】本発明に係る基板処理装
置は、ガスが供給されて基板を処理する処理室と、この
処理室の炉口を開閉するシールキャップとを備えてお
り、前記シールキャップの処理室側端面の領域に副生成
物防止ガスの吹出部が設けられていることを特徴とす
る。 【0009】前記した手段によれば、副生成物防止ガス
雰囲気がシールキャップの処理室側端面の領域に形成さ
れることにより、処理室に供給された処理ガスがシール
キャップの処理室側端面領域の表面に接触するのを阻止
することができるため、この領域に副生成物が付着する
のを未然に防止することができる。 【0010】 【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。 【0011】図1に示されているように、本実施の形態
に係るCVD装置10は、中心線が垂直になるように縦
に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ
11を備えている。プロセスチューブ11は互いに同心
円に配置されたアウタチューブ12とインナチューブ1
3とを備えており、アウタチューブ12は石英ガラスが
使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体
成形されており、インナチューブ13は石英ガラスまた
は炭化シリコンが使用されて上下両端が開口された円筒
形状に形成されている。インナチューブ13の筒中空部
はボートによって同心的に整列した状態に保持された複
数枚のウエハが搬入される処理室14を形成しており、
インナチューブ13の内径は被処理基板としてのウエハ
の最大外径よりも大きく設定されている。 【0012】図1および図2に示されているように、プ
ロセスチューブ11の下端には上下両端が開口した短尺
の円筒形状に形成されたマニホールド15が、インナチ
ューブ13の下端部と同心円に配設されており、処理室
14の炉口16がマニホールド15の下端開口によって
形成されている。マニホールド15が筐体2に支持され
ることにより、プロセスチューブ11は垂直に支持され
た状態になっている。マニホールド15の内周の中間部
には隔壁17が水平に突設されており、隔壁17はマニ
ホールド15の内側空間を上下に仕切っている。 【0013】マニホールド15の側壁には他端が真空排
気装置(図示せず)に接続された排気管18が、隔壁1
7が仕切ったマニホールド15の内側空間のうち上側空
間に連通するように接続されており、排気管18はアウ
タチューブ12とインナチューブ13との隙間によって
形成された排気路19を排気するようになっている。マ
ニホールド15の側壁の下端部には成膜ガス導入管20
が、隔壁17が仕切ったマニホールド15の内側空間の
うち炉口16側である下側空間に連通するように接続さ
れており、成膜ガス導入管20の他端は原料ガスや窒素
ガス等のガスを供給するガス供給装置(図示せず)に接
続されている。 【0014】図1および図2に示されているように、C
VD装置10はマニホールド15の炉口16を開閉する
隔離バルブとしての炉口開閉装置21を備えており、こ
の炉口開閉装置21はマニホールド15の中心線の延長
線と同心円に配置されてボートエレベータ(図示せず)
によって昇降されるように構成されている。炉口開閉装
置21はボートエレベータによって垂直に昇降されるベ
ース22と、マニホールド15の外径と略等しい円盤形
状に形成されてマニホールド15の下端面に密着して炉
口16をシールするシールキャップ23とを備えてお
り、シールキャップ23はベース22の真上に若干の隙
間をとって平行に配置されて、ベース22にベローズ2
4を介して水平に支持されている。ベース22の中心線
上には回転軸25が垂直方向に挿通されて軸受装置26
によって回転自在に支承されているとともに、回転軸2
5はベース22の下面に据え付けられたロータリーアク
チュエータ27によって回転駆動されるように構成され
ている。回転軸25の上端には支持板28が水平に固定
されており、支持板28には後記するボートが垂直に立
脚されてボート押さえ29によって固定されるようにな
っている。 【0015】図2に示されているように、シールキャッ
プ23の上面には副生成物防止ガスとしての窒素ガスを
シャワー状に吹き出す吹出部としてのシャワーヘッド3
0が設置されている。シャワーヘッド30は図3に示さ
れたベースプレート31と図4に示された吹出口プレー
ト35とを備えており、ベースプレート31と吹出口プ
レート35とは最中合わせに重ね合わされて複数本のボ
ルト(図示せず)によって固定されている。図3に示さ
れているように、ベースプレート31はシールキャップ
23の外径よりも若干小径の外径とシールキャップ23
の内径と等しい内径とを有する円形リング形の平板形状
に形成されており、ベースプレート31の内側縁辺部お
よび外側縁辺部には複数個のボルト挿通孔32が、それ
ぞれ周方向に等間隔に配置されて厚さ方向に開設されて
いる。ベースプレート31の上面にはガス溜め溝33が
ベースプレート31よりも若干小さめの円形リング形の
環状溝に没設されており、ガス溜め溝33の底壁には窒
素ガスを供給するための窒素ガス供給管34がガス溜め
溝33に連通するように接続されている。 【0016】図4に示されているように、吹出口プレー
ト35はベースプレート31と等しい円形リング形の平
板形状に形成されており、吹出口プレート35には多数
個の吹出口36が多数列の同心円上においてそれぞれ周
方向に等間隔に配置されて厚さ方向に開設されている。
吹出口36の内径は0.1mm以下に設定されており、
僅かな流量の窒素ガスを吹き出すように設定されてい
る。すなわち、ベースプレート31と吹出口プレート3
5とが最中合わせに組み立てられたシャワーヘッド30
において、窒素ガス供給管34からガス溜め溝33に供
給された窒素ガスはガス溜め溝33で拡散して、多数個
の吹出口36からそれぞれ吹き出して窒素ガスのカーテ
ンを形成することになる。 【0017】図1に示されているように、ボート40は
上下で一対の端板41および42と、両端板41、42
間に垂直に配設された複数本の保持部材43とを備えて
おり、各保持部材43には複数条の保持溝44が長手方
向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口す
るようにそれぞれ刻設されている。そして、ウエハ1は
複数条の保持溝44間に外周辺部が挿入されることによ
り、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されてボ
ート40に保持されるようになっている。 【0018】他方、プロセスチューブ11の外部にはヒ
ータユニット45がプロセスチューブ11を包囲するよ
うに同心円に設備されており、ヒータユニット45は筐
体2に支持されることにより垂直に据え付けられた状態
になっている。ヒータユニット45はプロセスチューブ
11の内部を全体にわたって均一または所定の温度分布
に加熱するように構成されている。 【0019】本実施の形態においては、筐体2はロード
ロックチャンバ方式のボート搬入搬出室3を構築してお
り、ボート搬入搬出室3は処理室14に対して搬入搬出
されるボート40が待機し得るように設定されている。 【0020】次に、前記構成に係るCVD装置を使用し
てウエハに窒化シリコン(Si34)を成膜する場合
について説明する。 【0021】プロセスチューブ11の真下のボート搬入
搬出室3において、複数枚のウエハ1はボート40に互
いに平行で中心線が揃った状態にウエハ移載装置によっ
て装填される。図1に示されているように、複数枚のウ
エハ1が装填されたボート40はシールキャップ23の
上にウエハ1群が並んだ方向が垂直になる状態で載置さ
れてボート押さえ29によって固定され、エレベータに
よって上昇されてマニホールド15の炉口16から処理
室14に搬入(ローディング)されて行き、シールキャ
ップ23に支持されたままの状態で処理室14に存置さ
れる。この状態で、シールキャップ23は炉口16を気
密シールした状態になる。 【0022】プロセスチューブ11の内部が所定の真空
度(数十〜数万Pa)に排気管18によって排気され
る。また、プロセスチューブ11の内部がヒータユニッ
ト45によって所定の温度(約600℃)に全体にわた
って均一に加熱される。 【0023】次いで、プロセスチューブ11の内部の温
度や圧力が安定すると、成膜ガス51がインナチューブ
13の処理室14に成膜ガス導入管20によって供給さ
れる。本実施の形態においては、成膜ガスとしては、S
iH2 Cl2 ガスとアンモニア(NH3 )ガスとが使用
される。ちなみに、NH3 ガスはSiH2 Cl2 ガスが
供給される以前から供給される。また、処理中に、ボー
ト40がロータリーアクチュエータ27によって回転さ
れる。 【0024】本実施の形態においては、成膜ガス51が
供給される際には、副生成物防止ガスとしての窒素ガス
52がシャワーヘッド30からシャワー状に緩やかに吹
き出され続ける。このシャワーヘッド30からの窒素ガ
ス52のシャワー状の吹き出しによって、シールキャッ
プ23の上方領域には副生成物防止ガス雰囲気としての
窒素ガス雰囲気53が図2に示されているように形成さ
れる。このようにシールキャップ23の上方領域に窒素
ガス雰囲気53が形成されると、炉口16に供給された
成膜ガス51がシールキャップ23の処理室側端面領域
の表面に接触するのを阻止することができるため、この
領域に副生成物が付着するのを未然に防止することがで
きる。 【0025】供給された成膜ガス51はインナチューブ
13の処理室14を上昇し、上端開口からインナチュー
ブ13とアウタチューブ12との隙間によって形成され
た排気路19に流出して排気管18から排気される。成
膜ガス51は処理室14を通過する際にウエハ1の表面
に接触する。このウエハ1との接触に伴う成膜ガス51
による次式(1)の熱CVD反応により、ウエハ1の表
面にはSi34 膜が堆積(デポジション)する。 【0026】 3SiH2 Cl2 +4NH3 →3Si34 +6HCl+6H2 ・・・(1) なお、実際の工程では前式(1)のアンモニア(NH
3 )はシリコン(Si)に対して十倍〜百倍過剰に加え
られる。また、CVD法の成膜は高温では気相中での拡
散に大きく依存し、処理室の圧力に大きな影響を受け
る。さらに、低温ではウエハの表面での反応に依存す
る、例えば、SiH4 の熱分解によるSiの成長では吸
着したSiH2 分子からのH2 の遊離が律速過程である
と考えられる。 【0027】Si34 膜が所望の膜厚だけ堆積する予
め設定された処理時間が経過すると、シールキャップ2
3が下降されて炉口16が開口されるとともに、ボート
40に保持された状態でウエハ1群が炉口16からプロ
セスチューブ11の真下のボート搬入搬出室3に搬出
(アンローディング)される。 【0028】ところで、以上の成膜処理において、シャ
ワーヘッド30が設置されていない場合には、成膜ガス
導入管20から炉口16に供給された成膜ガス51はシ
ールキャップ23や炉口16の表面に接触することにな
る。このシールキャップ23や炉口16は処理室14の
温度に比べて低温になっているため、NH4 Clといっ
た副生成物(中間的生成物)がシールキャップ23や炉
口16の表面に付着する。これらの表面に付着した副生
成物は成膜工程が繰り返される毎に累積して行くため、
その累積した堆積膜の厚さは成膜のバッチ処理の回数が
増えるに従って増加して行くことになる。この累積した
堆積膜は厚さがある値に達すると、剥離し易くなるた
め、パーティクルの発生が急激に増加する。 【0029】しかし、本実施の形態に係るCVD装置1
0においては、前記した成膜処理中にシャワーヘッド3
0から窒素ガス52がシャワー状に吹き出されることに
よって、シールキャップ23の炉口16の領域には窒素
ガス雰囲気53が形成されているため、成膜ガス51が
シールキャップ23や炉口16の表面に接触することは
ない。すなわち、シールキャップ23やシャワーヘッド
30および炉口16の表面は窒素ガス雰囲気53によっ
て覆われていることにより、成膜ガス51がこれらの表
面に接触することは阻止されるため、処理室14に比べ
て低温のシールキャップ23やシャワーヘッド30およ
び炉口16の表面であっても副生成物が付着することは
ない。したがって、これらの表面に副生成物が堆積して
行くのを未然に防止することができ、パーティクルの発
生を防止することができ、また、この堆積膜を除去する
ためのメンテナンス作業を廃止ないしは減少することが
できる。 【0030】前記した実施の形態によれば、次の効果が
得られる。 【0031】1) 成膜処理中にシャワーヘッドから窒素
ガスをシャワー状に吹き出させてシールキャップの炉口
の領域に窒素ガス雰囲気を形成することにより、成膜ガ
スがシールキャップやシャワーヘッドおよび炉口の表面
に接触するのを防止することができるため、処理室に比
べて低温のシールキャップやシャワーヘッドおよび炉口
の表面であっても副生成物が付着するのを防止すること
ができる。 【0032】2) シールキャップやシャワーヘッドおよ
び炉口の表面に処理ガスの副生成物が付着するのを防止
することにより、これらの表面に副生成物が堆積して行
くのを防止することができるため、この堆積膜の剥離に
よるパーティクルの発生を未然に防止することができ、
その結果、CVD装置ひいてはICの製造方法の製造歩
留りやスループットを高めることができる。 【0033】3) 副生成物の堆積を防止することによ
り、この堆積膜を除去するためのメンテナンス作業を廃
止ないしは減少することができるため、CVD装置の稼
働効率ひいてはICの製造方法の生産性を高めることが
できる。 【0034】4) シールキャップや炉口を加熱せずにこ
れらの表面に副生成物が付着するのを防止することによ
り、シールキャップや炉口にヒータを敷設せずに済むた
め、ヒータに電力を供給するための電気配線が不要にな
り、その電気配線の配線による二次的障害を回避するこ
とができ、その結果、CVD装置においてボート搬入搬
出室をロードロックチャンバに構築することを実現させ
ることができる。 【0035】5) シャワーヘッド全体が処理室からの熱
を受けることにより、シャワーヘッドから吹き出される
窒素ガスの温度は高温になるため、副生成物防止ガスと
しての窒素ガスの供給による処理室の温度分布(特に、
炉口側)に悪影響を及ぼすのを回避することができる。 【0036】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。 【0037】例えば、副生成物防止ガスとしては窒素ガ
ス等の不活性ガスを使用するに限らず、NH3 ガス等の
成膜ガスや三弗化塩素(ClF3 )ガス等のクリーニン
グガスを使用してよい。 【0038】また、シールキャップの処理室側端面の領
域に副生成物防止ガス雰囲気を形成させる吹出部として
は、シャワーヘッドを使用するに限らず、複数本のガス
供給管を炉口の法線に沿って放射状に配管する構成や、
単数または複数本のガス供給管をガスを炉口の円周方向
(接線方向)に均等に吹き出すように配管する構成等を
使用してもよい。ガス供給管を炉口の円周方向(接線方
向)に配管する場合には、ガスが螺旋状に流れるため、
ボートを回転させなくてもウエハ面内における膜厚分布
の均一性を高めることができる。 【0039】成膜する膜種はシリコン窒化膜に限らず、
ポリシリコン膜やシリコン酸化膜等であってもよい。 【0040】CVD装置はアウタチューブとインナチュ
ーブとからなるプロセスチューブを備えたバッチ式縦形
ホットウオール形減圧CVD装置に限らず、アウタチュ
ーブだけのプロセスチューブを備えたものや、横形ホッ
トウオール形減圧CVD装置、さらには、枚葉式CVD
装置等の他のCVD装置であってもよい。 【0041】さらに、基板処理装置はCVD装置に限ら
ず、酸化処理や拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャ
リア活性化や平坦化のためのリフロー等にも使用される
拡散装置等の基板処理装置全般に適用することができ
る。 【0042】前記実施の形態ではウエハに処理が施され
る場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプ
リント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよ
び磁気ディスク等であってもよい。 【0043】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
炉口付近に副生成物が付着するのをシールキャップにヒ
ータを敷設せずに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CVD装置を示す
正面断面図である。 【図2】その主要部の正面断面図である。 【図3】シャワーヘッドのベースプレートを示してお
り、(a)は平面図、(b)は(a)のb−b線に沿う
断面図である。 【図4】シャワーヘッドの吹出口プレートを示してお
り、(a)は平面図、(b)は(a)のb−b線に沿う
断面図、(c)は吹出口の拡大部分断面図である。 【符号の説明】 1…ウエハ(被処理基板)、2…筐体、3…ボート搬入
搬出室、10…CVD装置(基板処理装置)、11…プ
ロセスチューブ、12…アウタチューブ、13…インナ
チューブ、14…処理室、15…マニホールド、16…
炉口、17…隔壁、18…排気管、19…排気路、20
…成膜ガス導入管、21…炉口開閉装置、22…ベー
ス、23…シールキャップ、24…ベローズ、25…回
転軸、26…軸受装置、27…ロータリーアクチュエー
タ、28…支持板、29…ボート押さえ、30…シャワ
ーヘッド(吹出部)、31…ベースプレート、32…ボ
ルト挿通孔、33…ガス溜め溝、34…窒素ガス供給
管、35…吹出口プレート、36…吹出口、40…ボー
ト、41、42…端板、43…保持部材、44…保持
溝、45…ヒータユニット、51…成膜ガス、52…窒
素ガス(副生成物付着防止ガス)、53…窒素ガス雰囲
気(副生成物付着防止ガス雰囲気)。
フロントページの続き (72)発明者 柿崎 智 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 Fターム(参考) 4K030 BA29 BA40 BA44 CA04 CA12 EA06 KA10 KA11 LA15 5F045 AB03 AB32 AB33 DP19 DQ05 EB10

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 ガスが供給されて基板を処理する処理室
    と、この処理室の炉口を開閉するシールキャップとを備
    えており、前記シールキャップの処理室側端面の領域に
    副生成物防止ガスの吹出部が設けられていることを特徴
    とする基板処理装置。
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