KR101128740B1 - 화학기상증착장치 및 이의 공정가스 제어방법 - Google Patents

화학기상증착장치 및 이의 공정가스 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기상증착장치 및 이의 공정 가스 제어방법에 관한 것으로, 기 설정된 초기 유압으로 제1, 제2 공정가스를 상기 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부로 공급하고, 상기 제1, 제2 가스 공급부에 설치되는 제1, 제2 센서에서 공정 챔버로 진입하는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 측정하고, 상기 제1, 제2 센서에서 측정된 압력을 비교하여, 상기 샤워헤드로부터 상기 제1, 제2 공정가스가 상기 공정 챔버로 분사되는 압력이 동일할 수 있도록, 상기 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하고, 상기 산출된 보정 압력값에 따라 외부로부터 상기 제1, 제2 가스 공급부로 공급되는 제1, 제2 공정가스의 공급을 제어하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어방법에 의해 달성될 수 있다.

Description

화학기상증착장치 및 이의 공정가스 제어방법 {CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING PROCESS GAS USED IN THE APPARATUS }
본 발명은 화학기상증착장치 및 이의 공정 가스 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 공정가스를 이용하는 화학기상증착장치의 공정 가스를 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화학기상증착장치는 반응성이 좋은 공정가스를 챔버 안에 주입하고, 이를 빛, 열, 플라즈마, 마이크로 웨이브, X-ray, 전기장 등을 이용하여 공정가스를 활성화시켜 웨이퍼 위에 양질의 박막을 형성하도록 구성되는 장치이다.
최근에는 공정가스로서 유기 금속 화합물을 포함하는 가스를 이용하는 유기 금속 화학 기상 증착장치가 사용되고 있다. 이에 의할 경우, 단차 도포성(step coverage)이 우수하고, 기판이나 결정 표면에 손상이 감소하는 장점을 갖는다. 또한, 증착이 이루어지는 속도가 상대적으로 빨라져 공정시간을 단축시킬 수 가 있다. 따라서, 전광판 및 그래픽 등의 영상 표시소자 및 강유전 물질을 이용하는 메모리 소자의 제작에 이용되고 있다.
이러한 화학기상증착장치는 공정 챔버의 내측 상면에 형성되는 복수개의 분 사구를 통해 웨이퍼로 복수개의 공정가스를 공급하는 것이 일반적이다. 그리고, 복수개의 공정가스 사이에 반응이 일어나면서 웨이퍼 상에 증착이 진행된다. 이때, 두 개의 공정가스가 웨이퍼 상에 도달하기 전에 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있도록 각 공정가스는 별도의 유로를 따라 공급되며, 이때 가스 공급부는 각각의 공정 가스가 소정 압력으로 공정 챔버 내측으로 균일하게 분사될 수 있도록, 기 설정된 공급 압력을 유지하도록 공급이 이루어질 수 있다.
다만, 종래의 경우 공정 가스의 공급 압력은 설계시 설정된 초기 유압을 유지한다. 따라서, 공정 가스가 각각의 유로를 따라 진행하면서, 압력의 차이가 발생하는 것을 반영할 수가 없었다. 따라서, 분사구를 통해 공정 챔버로 분사되는 공정 가스의 압력에 차이가 발생하면서, 균일하게 분사되지 못하거나 웨이퍼에 도달하기 전에 반응이 일어나 파티클을 형성하는 등의 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정 챔버 내측으로 각 공정가스가 동일한 압력으로 분사될 수 있도록 제어하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어방법을 제공하기 위함이다.
전술한 본 발명의 목적은, 기 설정된 초기 유압으로 제1, 제2 공정가스를 상기 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부로 공급하고, 상기 제1, 제2 가스 공급부에 설치되는 제1, 제2 센서에서 공정 챔버로 진입하는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 측정하고, 상기 제1, 제2 센서에서 측정된 압력을 비교하여, 상기 샤워헤드로부터 상기 제1, 제2 공정가스가 상기 공정 챔버로 분사되는 압력이 동일할 수 있도록, 상기 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하고, 상기 산출된 보정 압력값에 따라 외부로부터 상기 제1, 제2 가스 공급부로 공급되는 제1, 제2 공정가스의 공급을 제어하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 샤워헤드는 상기 제1, 제2 가스 공급부 및 상기 각 가스 공급부와 복수개의 미세 튜브로 연결되어 상기 공정 챔버로 상기 공정 가스를 공급하는 복수개의 분사구를 포함하고, 상기 보정된 공급 압력값은 상기 샤워헤드의 분사구로 분사되는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력이 동일할 수 있도록 산출하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1, 제2 센서는 상기 제1, 제2 가스 공급부에서 상기 미세튜브와 연결되는 위치에 각각 인접하도록 설치되어, 상기 미세 튜브로 진입하는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 각각 측정할 수 있다.
이 때, 상기 제1, 제2 센서에서 측정되는 압력이 동일한 값을 갖을 수 있도록, 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하는 것이 가능하다.
또는, 상기 제1, 제2 센서에서 측정되는 압력이 기 설정된 기준 압력차를 유지할 수 있도록, 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하는 것도 가능하다. 이때, 상기 제1 가스 공급부와 연결되는 미세튜브는 상기 제2 가스 공급부와 연결되는 미세튜브와 서로 다른 길이를 갖고, 상기 기준 압력차는 상기 제1, 제2 공정가스가 각각 서로 다른 길이의 미세튜브를 통과하면서 발생하게 되는 압력 변화의 차이에 해당할 수 있다.
이때, 상기 제1 공정가스는 5족 원소를 이용한 수소화합물 가스이고, 제2 공정가스는 3족 유기금속 화합물 가스로 이루어지도록 구성되는 경우, 상기 제1, 제2 센서에서 측정된 압력을 비교하여 상기 제1 공정가스의 공급압을 보정한 후, 제1 공정가스의 공급을 제어하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 제1, 제2 센서에서 측정되는 압력이 기 설정된 각각의 기준 압력과 동일하게 유지될 수 있도록, 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하는 것도 가능하다. 이때, 상기 제1 가스 공급부와 연결되는 미세튜브는 상기 제2 가스 공급부와 연결되는 미세튜브와 서로 다른 길이를 갖고, 상기 각 각의 기준 압력은 상기 제1, 제2 공정가스가 각각 서로 다른 길이의 미세튜브를 통과한 후 동일한 압력으로 상기 샤워헤드의 분사구로 토출될 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다.
이후, 상기 보정된 압력값으로 상기 제1, 제2 공정가스를 공급하도록 제어한 후, 상기 제1, 제2 센서에서 다시 압력을 측정하여 상기 공정 챔버로 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력을 재감지하는 단계를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 목적은 증착 공정이 수행되는 공정 챔버, 상기 공정 챔버의 내측으로 상기 제1, 제2 공정가스를 공급하기 위한 샤워헤드, 상기 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부에 각각 설치되어, 상기 공정챔버로 진입하는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 측정하는 제1, 제2 센서, 상기 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부로 상기 제1, 제2 공정가스를 각각 공급하는 가스 이송부 및 상기 제1, 제2 센서에서 측정된 압력을 비교하여, 상기 가스 공급부에서 공급되는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 제어하는 제어부를 포함하는 화학기상증착장치에 의해 달성될 수도 있다.
이때, 상기 샤워헤드는 상기 제1, 제2 가스 공급부 및 상기 제1, 제2 가스 공급부로부터 복수개의 미세튜브로 연결되어 상기 공정 챔버로 상기 제1, 제2 공정가스를 분사하는 복수개의 분사구를 포함하여 구성되고, 상기 제어부는 상기 샤워헤드의 분사구에서 분사되는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력이 동일할 수 있도록, 상기 제1, 제2 공정가스의 공급 압력을 제어하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1, 제2 센서는, 상기 제1, 제2 가스 공급부에서 상기 미세튜브 와 연결되는 위치에 각각 인접하도록 설치될 수 있다.
그리고, 상기 가스 이송부는 상기 제1, 제2 공정가스가 공급되는 복수개의 가스 공급라인 및 상기 복수개의 가스 공급라인에 각각 구비되는 복수개의 가스압력조절부를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 상기 각 가스압력조절부를 제어하여 상기 제1, 제2 공정가스의 공급 압력을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의할 경우, 공정 가스가 유로를 진행함에 따라 발생할 수 있는 압력 변화를 고려하여 공정가스를 공급하는 바, 샤워헤드에 의해 공정 가스가 동일한 압력으로 분사될 수 있어, 증착이 이루어지는 기판의 품질이 개선됨과 동시에 파티클 발생에 의해 샤워헤드의 분사구가 막히는 현상을 방지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착장치에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
본 실시예에서는 유기 금속 화합물을 포함한 공정가스를 이용하는 화학기상증착장치(Metal Organic Chemical Vapor Deposition Apparatus, 이하 MOCVD)를 예를 들어 설명하도록 한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 이외에도 복수개의 공정가스를 화학 반응시켜 증착을 수행하는 각종 화학기상증착장치에 적용될 수 있음을 앞서 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 공정챔버(10), 웨이퍼가 안착되는 서셉터(20), 그리고 상기 서셉터(20) 방향으로 제1, 제2 공정가스를 공급하는 샤워헤드(100) 및 공정챔버(10) 내측의 공정가스를 배출하기 위한 배출구(70)를 포함하여 구성될 수 있다.
공정챔버(10)는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 몸체를 형성하며, 내측에는 웨이퍼의 증착 공정이 수행되는 공간을 형성한다. 이때, 공정챔버(10)는 증착 공정시 능동적으로 제어되는 가스 유로를 제외하고는 외부와의 기밀을 유지하여 증착 효율을 높일 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 내부에 고온의 환경을 조성할 수 있도록 단열이 좋은 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 공정챔버(10)의 내측에는 웨이퍼가 안착되는 서셉터(20)가 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 웨이퍼 상에 동시 증착이 이루어질 수 있도록 서셉터(20)의 상면에는 복수개의 웨이퍼 안착부(미도시)가 형성될 수 있다.
그리고, 서셉터(20)는 공정챔버(10) 하측에 구비되는 구동축(60)과 연결되는 서셉터 지지부(40)에 의해 지지될 수 있다. 이때, 구동축(60)을 구동하여, 증착 공정의 내용에 따라 서셉터(20)를 승강 또는 회전하도록 구성할 수 있다.
나아가, 서셉터(20)의 하측에는 서셉터(20)를 가열하기 위한 히터(50)를 구비하는 것이 가능하다. 따라서, 공정챔버(10)로 유입되는 공정 가스들이 웨이퍼 표면 상에서 용이하게 반응이 일어날 수 있도록 고온의 환경을 제공하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는, 공정 가스의 종류에 따라 1000℃ 이상까지 서셉터(20)를 가열할 수있는 히터(50)를 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 샤워헤드(100)는 서셉터(20)의 상측에 위치하여 공정챔버(10) 내측으로 공정가스를 공급할 수 있다. 샤워헤드(100)는 외부의 가스 공급원으로부터 공정 가스를 공급하는 가스 이송부(300)와 연결되며, 가스 이송부(300)로부터 유입되는 공정가스를 증착 공정이 수행되는 서셉터(20) 상측으로 분사하도록 구성된다.
본 실시예에서는 제1, 제2 공정가스를 이용하여 웨이퍼 상에 증착 공정을 수행한다. 이때, 제1, 제2 공정가스가 웨이퍼의 상면에 도달하기 이전에 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있도록, 제1 공정가스 및 제2 공정가스는 서로 다른 유로를 통하여 공정챔버(10) 내측으로 공급되는 것이 바람직하다. 따라서, 샤워헤드(100)는 제1 공정가스가 공정챔버(10)로 공급되는 제1 가스 공급부(110) 및, 외부로부터 제2 공정가스가 공정챔버(10)로 공급되는 제2 가스 공급부(120)를 별도로 구비할 수 있다. 그리고, 가스 이송부(300)는 별도의 공급 라인을 이용하여 제1 공정가스는 제1 가스 공급부(110)에, 제2 공정가스는 제2 가스 공급부(120)에 공급하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 가스 공급부(110) 및 제2 가스 공급부(120)는 샤워헤드(100) 내측에 구비되며, 샤워헤드(100)의 하면과 평행하게 형성되는 층형 구조로 구성될 수 있다. 그리고, 제1, 제2 가스 공급부(110, 120)의 하면은 각각 복수개의 미세 튜브 구조를 이용하여 상기 샤워헤드(100)의 하면과 연통하도록 구성된다. 따라서, 상기 각각의 미세 튜브(111, 121)의 하단은 상기 샤워헤드(100)의 하면의 분사구(112, 122)를 형성하며, 제1, 제2 가스 공급부(110, 120)로부터 각각 제1, 제2 공정가스를 공정챔버(10)로 공급할 수 있다.
이때, 제1 가스 공급부(110)와 연결되는 미세 튜브(111)와 제2 가스 공급부(120)와 연결되는 미세 튜브(121)는 각각 별도의 유로를 구성하여, 하나의 분사구로 한 종류의 공정가스만을 분사하도록 구성될 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 가스 공급부(110)와 연결되는 미세 튜브(111)와 제2 가스 공급부(120)와 연결되는 미세 튜브(112)는 각각 인접하게 형성되며 각각 샤워헤드(100)의 하면에 균일하게 노출되도록 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 제1, 제2 공정가스가 각각의 분사구(112, 122)를 통하여 서셉터(20)의 상측으로 균일하게 분사되는 것이 가능하다.
다만, 상기 샤워헤드(100)는 분사구(112, 122)가 형성되는 샤워헤드(100)의 하면을 냉각시키기 위한 냉각 유로(130)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1, 제2 공정가스를 반응을 위하여 서셉터(20)를 고온으로 가열하는 바, 공정챔버(10) 내측은 고온의 환경이 조성된다. 이때, 샤워헤드(100) 하면의 분사구(112, 122)는 지속적으로 고온의 환경에 노출되면서 가열되는 바, 제1, 제2 공정가스가 가열된 상태로 각각의 분사구(112, 122)를 통해 분사되어 샤워헤드(100)의 하면에 인접한 위치에서 미리 반응이 일어나는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 샤워헤드(100)는 제2 가스 공급부(120)와 샤워헤드 하면 사이에 냉각수를 이용하여 공정가스가 공급되는 미세튜브(111, 121)를 냉각 유로(130)를 구비하는 것이 바람직하다.
따라서, 제1 가스 공급부(110)에 형성된 미세튜브(111)는 제1 가스 공급부(110)의 하면으로부터 연장되어 제2 가스 공급부(120) 및 냉각 유로(130)를 관통 하여 샤워헤드(100) 하면에서 분사구를(112) 형성하고, 제2 가스공급부(120)에 형성된 미세튜브(121)는 제2 가스 공급부(120)의 하면으로부터 연장되어 냉각 유로(130)를 관통하여 샤워헤드(100) 하면에서 분사구(122)를 형성한다. 따라서, 각각의 제1, 제2 공정가스는 각각의 가스 공급부(110, 120)로부터 미세튜브(111, 121)를 통하여 샤워헤드 하면으로 분사된다.
다만, 샤워헤드(100)의 분사구(112, 122)는 각각이 미세한 크기로 이루어지면 인접한 분사구와 밀집하여 분포되는 바, 각각의 분사구를 통해 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력이 동일하게 유지될 필요가 있다. 만약, 제1 공정가스의 분사 압력이 제2 공정가스의 분사 압력에 비해 낮게 형성되면, 제2 공정가스의 분사압에 의해 제1 공정가스가 서셉터(20) 방향으로 진행하는 것이 곤란할 수 있고, 나아가 제2 공정가스가 제1 공정가스의 분사구(112) 방향으로 분사되어 상기 제1 공정가스의 분사구(112)와 인접한 부분에서 파티클을 형성하는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서, 종래의 경우 가스 이송부는 제1, 제2 공정가스가 공정 챔버로 동일한 압력으로 분사될 수 있도록 외부 가스라인을 통하여 동일한 압력으로 가스를 공급하였다. 다만, 이 경우 서로 다른 공정 가스의 진행경로에서 발생하는 압력 변화의 차이를 반영할 수 없고, 또한 공정이 진행됨에 따라 진행 경로 내부의 변경되는 사정(예를 들어, 이물질 증착 등)을 감지할 수 없는 바, 공정이 진행될 수록 샤워헤드(100)를 통하여 분사되는 공정가스의 압력이 점점 차이가 발생할 우려가 존재하였다.
상기한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 샤워헤드(100) 내측에서 각각의 공 정가스의 압력을 측정하는 센서(140)를 구비하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 센서(140)에 의해 제1, 제2 공정가스의 압력을 지속적으로 또는 주기적으로 측정하여, 가스 이송부(300)에서 공급되는 공정가스의 압력(또는 유량)을 조절하여 공정챔버(10)로 분사되는 공정 가스의 압력을 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 샤워헤드(100)에는 제1 공정가스의 압력을 측정하는 제1 센서(141)와 제2 공정가스의 압력을 측정하는 제2 센서(142)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 센서(141, 142)는 제1, 제2 공정가스가 분사되는 분사구(112, 122)와 인접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 다만, 분사구가 형성되는 샤워헤드(100)의 하면은 전술한 바와 같이 고온의 환경을 유지하는 바, 도 1에 도시된 바와 같이 각각 제1 가스 공급부(110) 및 제2 가스 공급부(120) 내측에 설치하되, 각각의 미세 튜브(111, 121)와 연결되는 위치에 인접하도록 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 센서(141) 및 제2 센서(142)는 각각의 가스 공급부(110, 120)로부터 미세 튜브(111, 121)를 통하여 분사구(112, 122)로 분사되는 공정 가스의 압력을 측정하는 것이 가능하다.
도 2는 도 1에서 샤워헤드 및 가스 이송부를 개략적으로 도시한 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 제1, 제2 센서(141, 142)와 유선 또는 무선으로 연결되는 제어부(200)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제1, 제2 센서(141, 142)에서 미세 튜브(111, 121)로 진입하는 제1, 제2 공정가스의 압력을 측정하면 제어부(200)는 상기 측정된 값을 감지하고, 이를 비교하여 가스 이송부(300)에서 공급하는 공정가스의 양을 제어할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 각각의 가스 이송부(300)는 외부의 제1, 제2 가스 공급원으로부터 가스가 이송되는 제1, 제2 가스 공급라인(311, 321)으로 구비되며, 각각의 가스 공급라인에는 해당 공급라인으로 공급되는 공정가스의 압력을 조절할 수 있는 가스압력조절부(312, 322)가 설치될 수 있다. 이때, 가스압력조절부(312, 322)는 해당 가스 공급라인(311, 321)을 따라 진행하는 가스 유량을 제어하는 가스유량제어기(Mass Flow Control)로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제어부(200)는 상기 제1, 제2 센서(141, 142)에서 측정된 압력을 비교하여, 가스 이송부(300)의 가스압력조절부(312, 322)를 통해 공급되는 공정가스의 압력을 제어하는 것이 가능하다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 공정가스를 제어하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다. 이하에서는, 실시 가능한 3 가지 제어 방법에 대하여 설명하나, 이는 실시 가능한 제어 방법의 예로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 이외에도 다른 제어 방법으로 실시할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 3은 도 1의 화학기상증착장치의 공정가스를 제어하는 제1 제어방법을 나타낸 순서도이다.
본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 증착공정이 시작되면, 가스 이송부(300)는 제1 가스 공급라인(311) 및 제2 가스 공급라인(321)을 통해 각각 제1 공정가스 및 제2 공정가스를 공급할 수 있다(S10). 이때, 제1 공정가스는 기 설정된 초기 공급압 Pa1으로, 제2 공정가스는 기 설정된 초기 공급압 Pa2로 공급될 수 있다.
여기서, 제1, 제2 공정가스의 초기 공급압(Pa1, Pa2)은 동일한 압력으로 설정되는 것도 가능하며, 각 공정가스의 진행 경로의 특성을 반영하여 상이하게 설정하는 것도 가능하다.
이와 같이, 가스 이송부에서 공급되는 제1, 제2 공정가스는 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부로 유입된 후, 각 가스 공급부에 형성되는 미세 튜브를 통하여 공정 챔버로 공급될 수 있다.
이때, 각각의 가스 공급부에 형성되는 제1, 제2 센서에서는 미세 튜브로 진입하는 제1, 제2 공정 가스의 압력(Pb1, Pb2)을 각각 측정할 수 있다(S20). 그리고, 제어부는 제1, 제2 센서에서 측정된 제1, 제2 공정 가스의 압력 Pb1, Pb2를 감지하고, 이를 근거로 분사구를 통해 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력(Pc1, Pc2)의 크기를 판단하는 것이 가능하다(S30).
본 제어 방법에서는, 제1, 제2 센서에서 측정되는 제1, 제2 공정가스의 압력 Pb1, Pb2가 동일하면, 분사구로 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력이 동일한 것으로 간주하고 제어하는 것이 가능하다. 이는 각각의 공정가스가 미세 튜브를 통과하면서 발생하는 압력의 변화가 없거나, 변화가 있다고 하더라도 각각의 공정가스가 동일한 크기의 압력 변화를 겪는 경우 적용하는 것이 가능하다.
따라서, 제1, 제2 센서부에서 측정되는 제1, 제2 공정가스의 압력 Pb1, Pb2가 동일한 경우, 분사구로 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력이 동일한 것으로 판단(Pc1=Pc2)하여, 현재 가스 이송부에서 공급되고 있는 가스 공급압 Pa1, Pa2를 유지하며 지속적으로 공정을 진행할 수 있다.
다만, 제1, 제2 센서부에서 측정되는 제1, 제2 공정가스의 압력 Pb1, Pb2가 상이한 경우, 가스 이송부에서 공급되는 가스 공급압을 조절할 필요가 있다. 이 경우, 제1 공정가스의 압력 및 제2 공정가스의 압력을 동시에 조절하는 것도 가능하나, 둘 중 하나를 택일적으로 선별하여 조절하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 실시예는 유기 금속 화합물을 포함한 공정가스를 이용한 화학기상증착장치로서, 일반적으로 암모니아(NH3) 등의 5족 원소를 이용한 수소화합물 가스와, 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 이용한 유기금속 화합물을 포함하는 가스를 제1, 제2 공정가스로 사용된다. 여기서, 유기 금속 화합물을 포함하는 공정가스의 가스 공급라인은 유기 금속 화합물 및 캐리어 가스가 혼합된 형태로 혼합 비율 등을 적정하게 유지하기 위해 복수개의 가스 라인 및 밸브를 이용하여 복잡하게 구성된다. 따라서, 제어부에서 하나의 공정 가스의 압력을 택일적으로 조절하고자 하는 경우, 상대적으로 단조로운 가스 라인을 구비하는 5족 원소를 이용한 수소화합물 공정 가스의 압력을 조절하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 제1 공정가스를 5족 원소를 이용한 수소화합물 가스로 제2 공정가스를 3족 유기금속 화합물을 포함하는 가스로 구성하였는 바, 본 제어방법에서는 상기 제어부는 제1 공정가스의 공급압을 조절하는 것이 바람직하다. 따라서, 제어부는 제1, 제2 센서에서 측정된 제1, 제2 공정가스의 압력 Pb1, Pb2를 비교하여, 제1 공정가스의 보정 공급압 Pa1'를 산출한 후(S40), 이를 근거로 가스 이송부의 제1 가스압력조절부를 제어하는 것이 바람직하다(S50).
이와 같이, 제어부에 의해 공정가스의 공급압을 보정한 후, 소정 시간이 경과한 상태에서 다시 제1, 제2 센서에서 제1, 제2 공정가스의 압력을 측정하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 앞선 단계를 수행한 결과 제1, 제2 공정가스가 상기 분사구를 통하여 동일한 압력(Pc1=Pc2)으로 분사되는지 여부를 체크하는 것이 가능하다.
여기서, 제1, 제2 공정가스가 상기 분사구를 통하여 상이한 압력으로 분사되는 것으로 판단되는 경우 공정가스의 공급압을 보정하여 제어하는 과정을 다시 한번 수행할 수 있다. 반면, 제1, 제2 공정가스가 상기 분사구를 통하여 동일한 압력으로 분사되는 것으로 판단되는 경우 보정된 공급압을 유지한 상태로 공정을 진행하는 것이 가능하다. 다만, 이 경우에도 상기와 같은 절차를 주기적으로 수행하여 제1, 제2 공정가스가 분사구로 분사되는 압력을 지속적으로 체크하는 것이 바람직하다.
도 4은 도 1의 화학기상증착장치의 공정가스를 제어하는 제2 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
전술한 제1 제어방법에서는 제1, 제2 센서부에서 측정되는 제1, 제2 공정가스의 압력 Pb1, Pb2가 동일하면, 분사구로 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력이 동 일한 것으로 간주하였다. 다만, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 공정가스는 제1, 제2 가스 공급부로부터 서로 다른 길이의 미세 튜브를 통과하면서 분사구로 분사되는 바, 해당 미세 튜브를 통과하면서 서로 다른 크기의 압력 변화를 겪을 수 있다.
따라서, 본 제어방법에서는 제1, 제2 센서부에서 측정되는 제1, 제2 공정가스의 압력 Pb1, Pb2가 기 설정된 기준 압력차(R)를 유지하는 경우, 분사구로 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력 Pc1, Pc2가 동일한 것으로 간주하는 것이 바람직하다(S30).
이때, 상기 기준 압력차는 제1, 제2 공정가스가 각각 서로 다른 길이의 미세튜브를 통과하면서 발생하게 되는 압력 변화의 차이에 해당하는 것으로, 시뮬레시션을 통해 값을 설정할 수 있다. 이 경우, 미세 튜브를 통과하기 직전의 압력 Pb1, Pb2가 기준 압력차(R)를 유지하는 경우, 각각의 미세 튜브를 통과한 후 분사구에서 분사되는 압력 Pc1, Pc2가 동일한 것으로 간주할 수 있다.
따라서, 제어부는 제1, 제2 센서에서 측정된 제1, 제2 공정가스의 압력 Pb1, Pb2가 기준압력차(R)에 해당하는 압력차를 갖는 경우, 초기 공급압 Pa1, Pa2를 유지한 상태로 공정을 진행할 수 있다. 다만, 측정된 압력 Pb1, Pb2가 기준압력차(R) 이상 또는 이하의 압력차를 갖는 경우, 공정가스의 공급압을 조절할 수 있다. 이 경우, 제1, 제2 공정가스를 각각 조절하는 것도 가능하며, 하나의 공정가스를 택일적으로 조절하는 것이 가능하다. 본 실시예의 경우, 전술한 제어방법과 같이 제1 공정가스에 대하여 공급압을 보정하도록 제어하도록 구성할 수 있다(S40, S50).
도 5는 도 1의 화학기상증착장치의 공정가스를 제어하는 제3 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
전술한 제1, 제2 제어방법에서는 제1, 제2 센서부에서 측정되는 제1, 제2 공정가스의 압력(Pb1, Pb2) 사이의 관계를 이용하여, 분사구로 분사되는 제1, 제2 공정가스 압력의 동일 여부를 판단하였다. 이에 비해, 제1, 제2 센서부에서 측정되는 제1, 제2 공정가스의 압력을 각각의 기 설정된 각 공정가스의 기준압력 R1, R2와 각각 비교하는 방식으로 공정가스의 제어의 필요 여부를 판단할 수 있다(S30).
여기서, 각각의 기준 압력(R1, R2)는 각 가스 공급부에서 미세 튜브로 공급되는 제1, 제2 공정가스의 적정 압력값을 의미한다. 즉, 제1 센서에서 측정된 제1 공정가스의 압력값 Pb1이 R1과 동일하고, 제2 센서에서 측정된 제2 공정가스의 압력값 Pb2가 R2와 동일한 경우, 분사구로 토출되는 제1, 제2 공정가스가 동일한 압력으로 분사구를 통해 분사될 수 있도록 각각의 기준 압력 R1, R2를 설정할 수 있다. 이때, 상기 기준 압력값은 실험 또는 시뮬레이션 결과를 이용하여 설정할 수 있다.
따라서, 본 제어방법에서는 제1 센서부에서 측정되는 제1 공정가스의 압력 Pb1이 제1 공정가스의 기준압력 R1과 동일하고, 제2 센서부에서 측정되는 제2 공정 가스의 압력 Pb2가 제2 공정가스의 기준압력 R2와 동일한 경우, 초기 공급압 Pa1, Pa2를 유지한 상태로 공정을 진행할 수 있다. 다만, 제1, 제2 센서에서 측정된 압력 Pb1, Pb2가 해당 기준 압력과 동일하지 않은 경우, 해당 공정가스의 공급압을 조절할 수 있다. 이 경우, 제어부는 센서에서 측정된 압력이 해당 기준압력과 동일하지 않은 공정가스의 공급압을 보정하도록 제어하는 바, 가스 이송부의 두 개의 공정가스 라인이 동시에 제어되는 것도 가능하며, 문제가 일측에 있는 경우 하나의 공정가스 라인만이 제어될 수 있다(S40, S50).
전술한 공정가스의 제어 방법에 의할 경우, 각각의 공정가스가 공정챔버로 분사되는 위치와 인접한 위치에서 측정된 압력 값을 이용하여 초기 공급압을 제어하는 바, 공정 챔버로 동일한 압력으로 공정 가스를 공급하는 것이 가능하다. 나아가, 공정 진행 중에도 센서 감지를 통하여 지속적인 제어가 가능하다.
다만, 여기서 동일한 압력으로 공정가스를 공급한다는 것은 절대적인 동일을 의미하는 것이 아니라, 각각의 공정 가스가 원활하게 공급될 수 있을 정도의 실질적인 동일함을 의미하는 것이다. 따라서, 공정가스의 제어방법을 설계함에 있어서 허용가능한 압력 차이의 범위를 설정하여, 해당 범위를 초과하는지 여부로 동일 여부를 판단하는 것도 물론 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면을 도시한 단면도,
도 2는 도 1에서 샤워헤드 및 가스 이송부를 개략적으로 도시한 개략도,
도 3은 도 1의 화학기상증착장치의 공정가스를 제어하는 제1 제어방법을 나타낸 순서도,
도 4는 도 1의 화학기상증착장치의 공정가스를 제어하는 제2 제어방법을 나타낸 순서도, 그리고,
도 5은 도 1의 화학기상증착장치의 공정가스를 제어하는 제3 제어방법을 나타낸 순서도이다.

Claims (13)

  1. 기 설정된 초기 유압으로 제1, 제2 공정가스를 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부로 공급하고,
    상기 제1, 제2 가스 공급부에 설치되는 제1, 제2 센서에서 공정 챔버로 진입하는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 측정하고;
    상기 제1, 제2 센서에서 측정된 압력을 비교하여, 상기 제1, 제2 공정가스가 상기 공정 챔버로 분사되는 압력이 동일할 수 있도록, 상기 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하고;
    상기 산출된 보정된 공급 압력값에 따라 상기 제1, 제2 가스 공급부로 공급되는 제1, 제2 공정가스의 공급을 제어하되,
    상기 샤워헤드는 상기 제1, 제2 가스 공급부 및 상기 각 가스 공급부와 복수개의 미세 튜브로 연결되어 상기 공정 챔버로 상기 공정 가스를 공급하는 복수개의 분사구를 포함하고, 상기 제1 가스 공급부와 연결되는 미세튜브는 상기 제2 가스 공급부와 연결되는 미세튜브와 서로 다른 길이를 갖고,
    상기 제1, 제2 센서에서 측정되는 압력이 상기 제1, 제2 공정가스가 각각 서로 다른 길이의 미세튜브를 통과하면서 발생하게 되는 압력 변화의 차이에 해당하는 기 설정된 기준 압력차를 유지할 수 있도록, 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 센서는 상기 제1, 제2 가스 공급부에서 상기 미세튜브와 연결되는 위치에 각각 인접하도록 설치되어, 상기 미세 튜브로 진입하는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 각각 측정하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 센서에서 측정되는 압력이 동일한 값을 갖을 수 있도록, 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 공정가스는 5족 원소를 이용한 수소화합물 가스이고, 제2 공정가스는 3족 유기금속 화합물 가스로 이루어지며,
    상기 제1, 제2 센서에서 측정된 압력을 비교하여 상기 제1 공정가스의 공급압을 보정한 후, 제1 공정가스의 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 센서에서 측정되는 압력이 기 설정된 각각의 기준 압력과 동일하게 유지될 수 있도록, 제1 공정가스 또는 제2 공정가스의 보정된 공급 압력값을 산출하는 것을 특징으로 하는 화학증착장치의 공정가스 제어방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보정된 압력값으로 상기 제1, 제2 공정가스를 공급하도록 제어한 후, 상기 제1, 제2 센서에서 다시 압력을 측정하여 상기 공정 챔버로 분사되는 제1, 제2 공정가스의 압력을 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 공정가스 제어방법.
  10. 증착 공정이 수행되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 내측으로 제1, 제2 공정가스를 공급하기 위한 샤워헤드;
    상기 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부에 각각 설치되어, 상기 공정챔버로 진입하는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 측정하는 제1, 제2 센서;
    상기 샤워헤드의 제1, 제2 가스 공급부로 상기 제1, 제2 공정가스를 각각 공급하는 가스 공급부; 그리고,
    상기 제1, 제2 센서에서 측정된 압력을 비교하여, 상기 가스 공급부에서 공급되는 상기 제1, 제2 공정가스의 압력을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 샤워헤드는 상기 제1, 제2 가스 공급부 및 상기 각 가스 공급부와 복수개의 미세 튜브로 연결되어 상기 공정 챔버로 상기 공정 가스를 공급하는 복수개의 분사구를 포함하고, 상기 제1 가스 공급부와 연결되는 미세튜브는 상기 제2 가스 공급부와 연결되는 미세튜브와 서로 다른 길이를 갖고,
    상기 제어부는 상기 제1, 제2 센서에서 측정되는 압력이 상기 제1, 제2 공정가스가 각각 서로 다른 길이의 미세튜브를 통과하면서 발생하게 되는 압력 변화의 차이에 해당하는 압력차를 유지할 수 있도록 상기 제1, 상기 제2 공정가스의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1, 제2 센서는, 상기 제1, 제2 가스 공급부에서 상기 미세튜브와 연결되는 위치에 각각 인접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 가스 이송부는 상기 제1, 제2 공정가스가 공급되는 복수개의 가스 공급라인 및 상기 복수개의 가스 공급라인에 각각 구비되는 복수개의 가스압력조절부를 포함하여 구성되며,
    상기 제어부는 상 기 각 가스압력조절부를 제어하여 상기 제1, 제2 공정가스의 공급 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
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