JP7048690B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板保持具 - Google Patents
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Description
複数の基板を配列させて保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口を有し、前記複数の流入口から対応する基板の表面に対してガスを供給するガス供給機構と、
前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
前記基板保持具は、
中央部に前記基板よりも小さな開口を有し、所定の軸と直交するように、所定のピッチで配置される複数のセパレータと、
前記複数のセパレータを保持する複数の柱と、
前記複数のセパレータのそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部と、を有し、
前記複数の流入口は、それぞれ、配列された複数の基板の内の対応する基板と前記対応する基板の上方で隣接する基板の間に配置され、前記対応する基板の上方で隣接するセパレータの上面と同じかより高い位置の上端を有する開口として形成された技術が提供される。
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の一例について図1~図11に従って説明する。なお、図中に示す矢印Hは装置上下方向(鉛直方向)を示し、矢印Wは装置幅方向(水平方向)を示し、矢印Dは装置奥行方向(水平方向)を示す。
基板処理装置10は、図1に示されるように、各部を制御する制御部280及び処理炉202を備え、処理炉202は、ウエハ200を加熱するヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、反応管203を取り囲むよう構成され、図示しないヒータベースに支持されることにより装置上下方向に据え付けられている。ヒータ207は、処理ガスを熱で活性化させる活性化機構としても機能する。なお、制御部280については、詳細を後述する。
次に、内管12、ノズル室222、ガス供給管310a,310b,310c、ガスノズル340a,340b,340c、ボート217及び制御部280について説明する。
内管12の周壁には、図2~図5に示されるように、ガスを処理室201内へ流入させる流入口としての供給スリット235a,235b,235cと、供給スリット235a,235b,235cと対向するように、処理室201内のガスを間隙Sへ流出させる流出口としての第一排気口236が形成されている。また、内管12の周壁において第一排気口236の下方には、第一排気口236より開口面積が小さい排出部の一例である第二排気口237が形成されている。このように、供給スリット235a,235b,235cと、第一排気口236、第二排気口237とは、内管12の周方向において異なる位置に形成され、対向する位置に形成されている。
ノズル室222は、図2、図4に示されるように、内管12の外周面12cと外管14の内周面14aとの間の間隙Sに形成されている。ノズル室222は、上下方向に延びている第一ノズル室222a、第二ノズル室222b、及び第三ノズル室222cを備えている。また、第一ノズル室222aと、第二ノズル室222bと、第三ノズル室222cとは、この順番で処理室201の周方向に並んで形成されている。第一ノズル室222a、第二ノズル室222b、及び第三ノズル室222cは、供給室(供給バッファ)の一例である。
ガスノズル340a,340b,340cは、上下方向に延びており、図2に示したように、各ノズル室222a,222b,222cに夫々設置されている。具体的には、ガス供給管310aに連通するガスノズル340aは、第一ノズル室222aに配置されている。さらに、ガス供給管310bに連通するガスノズル340bは、第二ノズル室222bに配置されている。また、ガス供給管310cに連通するガスノズル340cは、第三ノズル室222cに配置されている。
ガス供給管310aは、図1に示されるように、ノズル支持部350aを介してガスノズル340aと連通しており、ガス供給管310bは、ノズル支持部350bを介してガスノズル340bと連通している。また、ガス供給管310cは、ノズル支持部350cを介してガスノズル340cと連通している。
次に、ボート217について図6~図9を用いて詳述する。
ボート217は、円板形状の底板217bと、円板形状の天板217cと、底板217bと天板217cとを垂直方向に架設する複数の柱217a(本実施形態では5つ)を有する。複数の柱217aの、底板217bと天板217cの間には、円環状部材としてのセパレートリング400が、略水平に、垂直方向に複数設けられている。また、セパレートリング400のそれぞれの間には、ウエハ200を略水平に保持するための支持部材としての支持ピン221が設けられている。
図10は、基板処理装置10を示すブロック図であり、基板処理装置10の制御部280(所謂コントローラ)は、コンピュータとして構成されている。このコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、及びI/Oポート121dを備えている。
次に、本開示に関わる基板処理装置の動作概要を、図11に示す窒化シリコン膜の成膜を例に用いて説明する。これらの動作は、制御部280によって制御される。なお、反応管203には、予め所定枚数のウエハ200が載置されたボート217が搬入されており、蓋219によって反応管203が気密に閉塞されている。なお、ウエハ200は、パターンが形成されたプロダクト基板と、パターンが形成されていない少なくとも1つのモニタ基板等を含む。モニタ基板は、基板処理の結果を評価するために、ボート217の代表的な位置(例えば、中央、上端付近、下端付近)に、プロダクト基板と混ざって配列される。
制御部280による各部の制御によって、排気ポート230から反応管203の内部の雰囲気が排気されると、制御部280は、バルブ330b,330c,330dを開作動して、ガスノズル340bの噴射孔234bから第2原料ガスとしてシリコン(Si)ソースガスを噴射させる。さらに、ガスノズル340aの噴射孔234a、及びガスノズル340cの噴射孔234cから不活性ガス(窒素ガス)を噴射させる。つまり、制御部280は、第二ノズル室222bに配置されているガスノズル340bの噴射孔234bから処理ガスを噴出させる。
所定時間経過して第1の処理工程が完了すると、制御部280は、バルブ330bを閉作動して、ガスノズル340bからの第2原料ガスの供給を停止する。さらに、制御部280は、バルブ330eを開作動して、ガスノズル340bから不活性ガス(窒素ガス)の供給を開始する。バルブ330c,330dは開のまま、MFC320c,320dの流量を低下させて、ガスノズル340aの噴射孔234aとガスノズル340cの噴射孔234cから逆流防止ガスとしての不活性ガス(窒素ガス)を噴射させる。逆流防止ガスは、処理室201からノズル室222内へのガス拡散を防止することを目的としたガスであり、ノズルを介さずにノズル室222に直接供給してよい。
所定時間経過して第1の排出工程が完了すると、制御部280は、バルブ330aを開作動して、ガスノズル340aの噴射孔234aから第1原料ガスとしてアンモニア(NH3)ガスを噴射させる。この間、制御部280は、バルブ330dを閉作動して、ガスノズル340aからの逆流防止ガスとしての不活性ガス(窒素ガス)の供給を停止する。
所定時間経過して第2の処理工程が完了すると、制御部280は、バルブ330aを閉作動して、ガスノズル340aからの第1原料ガスの供給を停止する。また、制御部280は、バルブ330dを開作動して、ガスノズル340aの噴射孔234aから逆流防止ガスとしての不活性ガス(窒素ガス)を噴射させる。
図12(A)は、比較例に係るボート317にベアウエハの200倍の大表面積のウエハ200が保持された状態を示す図であり、図12(B)は、本実施形態に係るボート217にベアウエハの200倍の大表面積のウエハ200が保持された状態を示す図である。
以上説明したように、基板処理装置10では、セパレートリング400が複数設けられたボート217を用いる。セパレートリング400が設けられたボート217を用いることにより、反応管203の内周面とセパレートリング400との間の隙間Gを小さくすることができる。これにより、ウエハ200上に平行な流れを形成し、上下方向の流れ及び拡散を抑制することができる。
以下に、本開示の好ましい態様について付記する。
(付記1)
パターンが形成された複数のプロダクト基板と少なくとも1つのモニタ基板とを回転軸上に配列させて保持する基板保持具と、
少なくとも一部が、前記回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井とを有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間に前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管を取り囲む炉体と、
前記反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口を有し、前記流入口から対応する基板の表面に対して平行にガスを供給するガス供給機構と、
前記基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、真空ポンプと流体的に連通し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
前記基板保持具は、
前記基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、
前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、
前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材と、を有し、
前記基板保持具が前記反応管内に収容されたときに、前記複数の円環状部材の外周と前記円筒面との間に、前記基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成された基板処理装置。
(付記2)
付記1に記載の基板処理装置であって、
前記複数のプロダクト基板は200mm以上の直径を有し、前記狭い隙間は、プロダクト基板の直径の1%~3%であり、前記ピッチは、プロダクト基板の直径の4%~17%であり、前記複数の支持部材は、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の略中央の位置で基板を載置する。
(付記3)
付記1に記載の基板処理装置であって、
前記反応管の側面は、全周が前記円筒面によって構成され、前記流入口と前記流出口は前記円筒面に対向して設けられ、
前記複数の柱は、多角柱であり、
前記複数の円環状部材は、平坦な平板であり、前記複数の柱との当接部分を除き一定の幅および厚みを有し、前記一定の幅は、5mm~12mmであり、
前記ガス供給機構は、前記流入口からのガスの90%以上を、前記基板の表面に対して平行に供給する。
(付記4)
付記1に記載の基板処理装置であって、
前記炉体の筒部の内側を加熱するヒータと、
前記反応管の開口を塞ぐ蓋と、
前記蓋に設けられ、前記基板保持具を回動可能に保持する回転機構と、
前記蓋を、回転軸方向に移動させ、前記基板保持具の前記反応管への搬入及び搬出を行うエレベータと、
前記エレベータによって前記反応管外に取り出された前記基板保持具との間で、前記基板の移載を行う移載機と、
を有し、
前記移載機は、前記基板保持具へ挿入される部分であって、前記複数の支持部材に載置される基板の裏面と前記基板の下側の円環状部材の上面との間の距離よりも小さな厚みを有するエンドエフェクタを備え、前記エンドエフェクタは前記複数の支持部材に載置された基板を直接すくい上げることが可能に構成されている。
(付記5)
炉体に取り囲まれ、少なくとも一部が、回転軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井とを有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間を有する反応管内に、
基板の外径以下の内径を有し、回転軸上と直交する面に、前記回転軸と同心に、所定のピッチで配置される複数の円環状部材と、前記複数の円環状部材の幅よりも狭い幅を有し、前記複数の円環状部材の外周と略一致する外接円に沿って配置され、前記複数の円環状部材を保持する複数の柱と、前記複数の柱から、内周に向かって伸び、前記複数の円環状部材のそれぞれの間の位置で基板を載置する複数の支持部材と、を有する基板保持具によって、パターンが形成された複数のプロダクト基板と少なくとも1つのモニタ基板とを回転軸上に配列させて、前記複数の円環状部材の外周と前記円筒面との間に、前記基板保持具の回転を可能な程度の狭い隙間が形成された状態で収容する工程と、
前記反応管内で保持された基板のそれぞれに対応する流入口から、対応する基板の表面に対して平行にガスを供給する工程と、
真空ポンプと流体的に連通し、前記基板のそれぞれの側方に面する流出口から、前記基板の表面を流れたガスを排気する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
(付記6)
付記1に記載の基板処理装置であって、
前記流入口は、対応する基板の上面と略同じ高さに位置する下端と、対応する基板の直上の円環状部材の上面と同じかより高い高さに位置する上端と、を有する横長のスリット開口である。
(付記7)
付記3に記載の基板処理装置であって、
前記反応管は、前記円筒面を構成し、前記基板に直接面する内管と、前記内管の外側に広い隙間を隔てて設けられる、耐圧性を有する外管と、前記外管上に前記広い隙間と流体的に連通して設けられる排気ポートと、を備える。
(付記8)
付記3に記載の基板処理装置であって、
前記ガス供給機構は、処理ガスを前記回転軸に向けて吐出する処理ガス供給部と、処理ガス供給部の両側に設けられ、不活性ガスを基板の縁に沿って前記ガス排気機構へ向けて供給する1対の不活性ガス供給部と、を備える。
12 内管(管部材の一例)
18a 第一仕切(区画部材の一例)
18b 第二仕切(区画部材の一例)
18c 第三仕切(区画部材の一例)
18d 第四仕切(区画部材の一例)
20 外壁
200 ウエハ(基板の一例)
201 処理室
217 ボート(基板保持具の一例)
217a 柱
221 支持ピン(支持部材の一例)
222a 第一ノズル室(供給室の一例)
222b 第二ノズル室(供給室の一例)
222c 第三ノズル室(供給室の一例)
234a~234c 噴射孔
235a~ 235c 供給スリット(供給孔の一例)
236 第一排気口(排出部の一例)
237 第二排気口(排出部の一例)
400 セパレートリング(円環状部材の一例)
400a 切欠き
Claims (16)
- 複数の基板を配列させて保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口を有し、前記複数の流入口から対応する基板の表面に対してガスを供給するガス供給機構と、
前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
前記基板保持具は、
中央部に前記基板よりも小さな開口を有し、所定の軸と直交するように、所定のピッチで配置される複数のセパレータと、
前記複数のセパレータを保持する複数の柱と、
前記複数のセパレータのそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部と、を有し、
前記複数の流入口は、それぞれ、配列された複数の基板の内の対応する基板と前記対応する基板の上方で隣接する基板の間に配置され、前記対応する基板の上方で隣接するセパレータの上面と同じかより高い位置の上端を有する開口として形成された基板処理装置。 - 前記ガス供給機構は、処理ガスを前記軸に向けて吐出する処理ガス供給部と、前記処理ガス供給部の両側に設けられ、不活性ガスを基板の縁に沿って前記ガス排気機構へ向けて供給する1対の不活性ガス供給部を備える請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記複数の流入口は、前記反応管の側面と同じ円筒面上に設けられ、
前記ガス供給機構は、前記複数の流入口の縦幅の中央部分に噴射孔がそれぞれ形成されたノズルを有する請求項1又は2に記載の基板処理装置。 - 前記複数の柱の内、前記基板を前記基板保持具内に搬送する際の搬送方向における手前側に設けられた柱に設けられた前記支持部は、前記セパレータの中心へ向かう方向よりも前記手前側に斜めに延出する請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記手前側に設けられた柱は、多角柱であり、前記基板の搬送方向における手前側の側面は、前記支持部の延出する方向を向いて斜めに形成され、前記支持部が設けられ、
前記支持部は、前記軸と直交する面と略平行に伸びるピンである請求項4に記載の基板処理装置。 - 前記セパレータは、当該セパレータを前記軸上に中心が位置するように略水平に差し込み可能にする複数の切欠きを有し、前記切欠きは、差し込み方向手前側では、対応する前記柱と対応する形状であって、前記差し込み方向奥側では、対応する前記柱を差し込み方向に投影した形状に形成され、
前記セパレータは、前記複数の切欠きにおいて、前記複数の柱のいずれかと少なくとも3点で溶接される請求項1又は4に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持具は、前記複数の基板を互いに中心に揃えて配列させ、
前記複数のセパレータは、前記基板よりも大きな外径を有するセパレータであり、互いに中心を揃えて配置され、
前記複数の柱は、前記複数のセパレータの幅よりも狭い幅を有し、前記複数のセパレータの外周と対応する外接円に沿って配置され、
前記基板保持具が前記反応管内に収容されたときに、前記複数のセパレータの外周と前記反応管の側面との間に、前記基板保持具の回転を可能な隙間が形成される請求項1乃至5のいずれかに記載の基板処理装置。 - 前記反応管は、少なくとも一部が、前記軸と同軸の円筒面によって構成された側面と、天井と、を有し、前記側面と前記天井に囲まれた空間に前記基板保持具を収容し、
前記基板は200mm以上の直径を有し、前記複数のセパレータの外周と前記反応管の側面との間の隙間は、前記基板の直径の1%~3%であり、前記ピッチは、前記基板の直径の4%~17%であり、前記複数の支持部は、前記複数のセパレータのそれぞれの間の略中央の位置で前記基板を載置する請求項1又は4に記載の基板処理装置。 - 前記反応管は、前記円筒面を構成し、前記基板に直接面する内管と、前記内管の外側に広い隙間を隔てて設けられる、耐圧性を有する外管と、前記外管上に前記広い隙間と流体的に連通して設けられる排気ポートと、を備え、
前記複数の流入口と前記流出口は、前記円筒面に対向して設けられ、
前記複数の柱は、多角柱であり、
前記複数のセパレータは、平坦な平板であり、前記複数の柱との当接部分を除き一定の幅および厚みを有し、前記一定の幅は、5mm~12mmであり、
前記ガス供給機構は、前記流入口からのガスの90%以上を、前記基板の表面に対して平行に供給する請求項8に記載の基板処理装置。 - 複数の基板を配列させて保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容する反応管と、
前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口を有し、前記複数の流入口から対応する基板の表面に対してガスを供給するガス供給機構と、
前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備え、
前記基板保持具は、
中央部に前記基板よりも小さな開口を有し、所定の軸と直交するように、所定のピッチで配置される複数のセパレータと、
前記複数のセパレータを保持する複数の柱と、
前記複数のセパレータのそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部と、を有し、
前記複数の流入口は、それぞれ、配列された複数の基板の内の対応する基板の側方に配置され、前記対応する基板の下方で隣接するセパレータの上面より高い位置の下端と、前記対応する基板の上面より高く且つ前記対応する基板の上方で隣接するセパレータの下面と同じかより低い位置の上端を有する開口として形成された基板処理装置。 - 前記複数のセパレータは、所定の外径および内径を有する円環状に形成され、
前記複数の柱は、前記外径の円と前記内径の円の間の空間に収まるように配置され、
前記複数の柱の外面は、前記複数のセパレータの外面と連続するように形成される請求項1又は10記載の基板処理装置。 - 前記複数の流入口のそれぞれの中心は、前記対応する基板の上面と、前記対応する基板の上方で隣接するセパレータの下面との間の高さに位置する請求項1又は10記載の基板処理装置。
- 中央部に基板よりも小さな開口を有し、所定の軸と直交するように、所定のピッチで配置される複数のセパレータと、前記複数のセパレータを保持する複数の柱と、前記複数のセパレータのそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部と、を有する基板保持具によって、複数の基板を配列させて保持する工程と、
反応管内に前記基板保持具を収容する工程と、
前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口から、対応する基板の表面に対してガスを供給する工程と、
真空ポンプと流体的に連通し、前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口から、前記基板の表面を流れたガスを排気する工程と、
を有し、
前記供給する工程では、それぞれ、配列された複数の内の対応する基板と前記対応する基板の上方で隣接する基板の間に配置され、前記対応する基板の上方で隣接するセパレータの上面と同じかより高い位置の上端を有する開口として形成された前記複数の流入口が用いられる半導体装置の製造方法。 - 中央部に基板よりも小さな開口を有し、所定の軸と直交するように、所定のピッチで配置される複数のセパレータと、前記複数のセパレータを保持する複数の柱と、前記複数のセパレータのそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部と、を有する基板保持具によって、複数の基板を配列させて保持する工程と、
反応管内に前記基板保持具を収容する工程と、
前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口から、対応する基板の表面に対してガスを供給する工程と、
真空ポンプと流体的に連通し、前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口から、前記基板の表面を流れたガスを排気する工程と、
を有し、
前記供給する工程では、それぞれ、配列された複数の内の対応する基板の側方に配置され、前記対応する基板の下方で隣接するセパレータの上面より高い位置の下端と、前記対応する基板の上面より高く且つ前記対応する基板の上方で隣接するセパレータの下面と同じかより低い位置の上端を有する開口として形成された前記複数の流入口が用いられる半導体装置の製造方法。 - 複数の基板を配列させて保持する基板保持具を収容する反応管と、前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口を有し前記複数の流入口から対応する基板の表面に対してガスを供給するガス供給機構と、前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備える基板処理装置に用いられる前記基板保持具であって、
中央部に前記基板よりも小さな開口を有し、所定の軸と直交するように、所定のピッチで配置される複数のセパレータと、
前記複数のセパレータを保持する複数の柱と、
前記複数のセパレータのそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部と、を有し、
前記配列された複数の基板の内の1つの基板は、前記複数の流入口の内の対応する流入口の下方に配置され、前記1つの基板の上方で隣接する基板は、前記対応する流入口の上方に配置され、前記1つの基板の上方で隣接するセパレータの上面は、前記対応する流入口の開口の上端と同じ若しくは前記上端より低く配置される基板保持具。 - 複数の基板を配列させて保持する基板保持具を収容する反応管と、前記反応管内で保持された複数の基板のそれぞれに対応する複数の流入口を有し前記複数の流入口から対応する基板の表面に対してガスを供給するガス供給機構と、前記複数の基板のそれぞれの側方に面する流出口を有し、前記基板の表面を流れたガスを排気するガス排気機構と、を備える基板処理装置に用いられる前記基板保持具であって、
中央部に前記基板よりも小さな開口を有し、所定の軸と直交するように、所定のピッチで配置される複数のセパレータと、
前記複数のセパレータを保持する複数の柱と、
前記複数のセパレータのそれぞれの間の位置で複数の基板をそれぞれ載置する複数の支持部と、を有し、
前記配列された複数の基板の内の1つの基板は、前記1つの基板の上面が前記対応する流入口の開口の上端よりも低くなるように、前記複数の流入口の内の対応する流入口の側方に配置され、前記1つの基板の下方で隣接するセパレータの上面は、前記対応する流入口の開口の下端の位置より低く配置され、前記1つの基板の上方で隣接するセパレータの下面は、前記対応する流入口の開口の上端と同じか前記上端より高く配置される基板保持具。
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