KR20040079125A - Chemical vapor deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조용 장비에 관한 것으로, 특히, 화학기상 증착장비에 관한 것이다.The present invention relates to equipment for manufacturing semiconductors, and more particularly, to chemical vapor deposition equipment.
반도체 소자 제조용 장비들 중 화학기상 증착장비는 웨이퍼 상에 소정의 물질막을 증착하는 장비이다. 상기 소정의 물질막이 형성되는 과정을 간략히 설명하면, 상기 웨이퍼가 인입된 공정 챔버내로 소스가스들을 인입하고, 상기 소스가스들에 플라즈마 또는 열에너지를 공급하여, 상기 소스가스들을 반응시킴으로써, 상기웨이퍼 상에 물질막이 증착된다. 이때, 상기 소스가스들은 혼합된 상태로 상기 공정챔버내로 인입될 수 있다.Chemical vapor deposition equipment of the semiconductor device manufacturing equipment is a device for depositing a predetermined material film on the wafer. The process of forming the predetermined material layer will be briefly described by introducing source gases into a process chamber into which the wafer is introduced, supplying plasma or thermal energy to the source gases, and reacting the source gases on the wafer. The material film is deposited. In this case, the source gases may be introduced into the process chamber in a mixed state.
도 1은 종래의 화학기상 증착장비를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a conventional chemical vapor deposition equipment.
도 1을 참조하면, 화학기상 증착장비는 두종류의 소스가스들이 인입되는 혼합 가스 박스(5)를 포함한다. 웨이퍼(1) 상에 혼합된 소스가스를 분사하는 수단으로 샤워 헤드(10)가 배치된다. 상기 혼합 가스 박스(5) 및 상기 샤워 헤드(10)는 혼합 가스 주입관(7)에 의하여 연통된다. 상기 샤워 헤드(10)의 하부면은 혼합가스들을 분사할 수 있는 복수개의 분사구들(11)이 배치된다.Referring to FIG. 1, the chemical vapor deposition apparatus includes a mixed gas box 5 into which two kinds of source gases are introduced. The shower head 10 is arranged by means of spraying the mixed source gas on the wafer 1. The mixed gas box 5 and the shower head 10 are communicated by the mixed gas injection pipe 7. The lower surface of the shower head 10 is provided with a plurality of injection holes 11 for injecting the mixed gas.
상기한 구조의 화학기상 증착장비의 동작원리를 간략히 설명하면, 2종류의 소스 가스들을 상기 혼합 가스 박스(5) 내로 인입시킨다. 상기 인입된 소스 가스들은 상기 혼합 가스 주입관(7)을 통하여 상기 샤워 헤드(10)로 인입된다. 이때, 상기 소스 가스들은 상기 혼합 가스 박스(5) 및 상기 혼합 가스 주입관(7)에서 서로 혼합되어 상기 샤워 헤드(10)내로 인입된다. 이어서, 상기 샤워 헤드(10)내로 인입된 혼합 가스들은 상기 분사구(11)를 통하여 상기 웨이퍼(1) 상에 균일하게 분사된다. 이때, 상기 분사되는 혼합 가스들에게 플라즈마 또는 열에너지가 공급된다. 이에 따라, 상기 분사된 혼합 가스들은 서로 반응하여 상기 웨이퍼(1) 상에 물질막이 증착된다.Briefly explaining the operation principle of the chemical vapor deposition apparatus of the above structure, two kinds of source gases are introduced into the mixed gas box (5). The introduced source gases are introduced into the shower head 10 through the mixed gas inlet tube 7. At this time, the source gases are mixed with each other in the mixed gas box 5 and the mixed gas injection pipe 7 and are introduced into the shower head 10. Subsequently, the mixed gases introduced into the shower head 10 are uniformly injected onto the wafer 1 through the injection holes 11. At this time, plasma or thermal energy is supplied to the injected mixed gases. Accordingly, the injected mixed gases react with each other to deposit a material film on the wafer 1.
한편, 상기 웨이퍼(1)의 중심부에 도달하는 혼합 가스들은 상기 웨이퍼(1)의 가장자리에 도달하는 혼합 가스들에 비하여 이동경로가 짧다. 이에 따라, 상기 웨이퍼(1)의 중심부에 도달하는 혼합 가스들은 상기 웨이퍼(1)의 가장자리에 도달하는 혼합 가스들에 비하여 낮은 혼합율을 갖는다. 즉, 상기 웨이퍼(1)의 중심부의 혼합 가스들은 상기 웨이퍼(1)의 가장자리의 혼합 가스들에 비하여 반응율이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 웨이퍼(1)의 중심부는 상기 가장자리에 비하여 얇은 두께의 물질막이 형성될 수 있다. 이에 더하여, 미반응된 가스들에 의한 부산물들이 증가할 수 있다. 결과적으로, 상기 물질막의 균일성(uniformity)이 감소될 수 있다.Meanwhile, the mixed gases reaching the center of the wafer 1 have a shorter moving path than the mixed gases reaching the edge of the wafer 1. Accordingly, the mixed gases reaching the center of the wafer 1 have a lower mixing rate than the mixed gases reaching the edge of the wafer 1. That is, the reaction rates of the mixed gases at the center of the wafer 1 may be lower than those of the mixed gases at the edge of the wafer 1. Accordingly, a thin film material layer may be formed at the central portion of the wafer 1 as compared to the edge. In addition, by-products by unreacted gases may increase. As a result, the uniformity of the material film can be reduced.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 증착막의 균일성을 향상시킬 수 있는 화학기상 증착장비를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition apparatus that can improve the uniformity of the deposited film.
도 1은 종래의 화학기상 증착장비를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a conventional chemical vapor deposition equipment.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상 증착장비를 보여주는 도면이다.2 is a view showing a chemical vapor deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3A는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취해진 단면도이다.3A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2.
도 3B는 본 실시예의 화학기상 증착장비 중 난기류 발생 바들의 다른 배치구조를 설명하기 위한 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취해진 단면도이다.3B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2 for explaining another arrangement structure of the turbulence generating bars in the chemical vapor deposition apparatus of this embodiment.
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취해진 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along II-II 'of FIG.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 화학기상 증착장비를 제공한다. 이 장비는 적어도 2개의 소스 가스들이 인입되는 혼합 가스 박스를 포함한다. 내부 공간을 갖고, 하부면에 복수개의 분사구들이 균일한 간격으로 배치된 샤워 헤드가 배치된다. 상기 혼합 가스 박스 및 상기 샤워 헤드는 혼합 가스 주입관에 의하여 연통된다. 상기 혼합 가스 주입관을 가로지르는 적어도 하나의 난기류 발생 바(bar)가 배치된다.To provide a chemical vapor deposition apparatus for solving the above technical problem. The equipment includes a mixed gas box into which at least two source gases are drawn. A shower head having an inner space and having a plurality of injection holes arranged at uniform intervals is disposed on the lower surface. The mixed gas box and the shower head are communicated by a mixed gas inlet tube. At least one turbulence generating bar is disposed across the mixed gas inlet tube.
구체적으로, 상기 난기류 발생 바는 단면이 삼각형을 이루되, 상기 난기류 발생 바의 일모서리는 상기 혼합 가스 박스를 향하고, 상기 난기류 발생 바의 일면은 상기 샤워 헤드를 향하는 것이 바람직하다. 상기 난기류 발생 바는 상기 샤워 헤드와 접촉하는 상기 혼합 가스 주입관의 일측에 배치되는 것이 바람직하다. 상기난기류 발생 바는 적어도 2개 이상 배치될 수 있다. 이때, 상기 난기류 발생 바들은 서로 교차하여 메쉬형태(mesh-shaped)를 이루는 것이 바람직하다.Specifically, the turbulence generation bar is a cross-section is a triangle, one edge of the turbulence generation bar is toward the mixed gas box, one side of the turbulence generation bar is preferably toward the shower head. The turbulence generation bar is preferably disposed on one side of the mixed gas injection tube in contact with the shower head. At least two warm air generating bars may be disposed. In this case, it is preferable that the turbulence generation bars cross each other to form a mesh shape.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상 증착장비를 보여주는 도면이고, 도 3A는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취해진 단면도이며, 도 3B는 본 실시예의 화학기상 증착장비 중 난기류 발생 바들의 다른 배치구조를 설명하기 위한 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취해진 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취해진 단면도이다.2 is a view showing a chemical vapor deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3A is a cross-sectional view taken along the line II 'of Figure 2, Figure 3B is a turbulence generation bar of the chemical vapor deposition equipment of the present embodiment 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2 for explaining another arrangement structure, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 2.
도 2, 도 3A, 도 3B 및 도 4를 참조하면, 물질막의 증착 공정이 이루어지는 내부 공간을 갖는 공정 챔버(140)가 배치된다. 상기 공정 챔버(140) 내부의 상부에 내부 공간을 갖는 샤워헤드(110)가 배치되고, 상기 공정 챔버(140) 내부의 하부에 웨이퍼 척(145)이 배치된다. 상기 웨이퍼 척(145)을 향하는 상기 샤워 헤드(110)의 하부면에는 복수개의 분사구들(111)이 균일한 간격으로 배치된다. 상기 샤워 헤드(110)의 내부를 가로지르는 블럭커 플레이트(115)가 배치되는 것이 바람직하다. 상기 블럭커 플레이트(115)는 상기 샤워 헤드(110)의 하부면과 평행하다. 상기블럭커 플레이트(115)의 전면에는 복수개의 가스홀들(116)이 균일하게 배치되어 있다. 이때, 상기 분사구들(111)은 상기 가스홀들(116)에 비하여 조밀하게 배치되는 것이 바람직하다.2, 3A, 3B, and 4, a process chamber 140 having an internal space in which a material film deposition process is performed is disposed. A shower head 110 having an internal space is disposed above the process chamber 140, and a wafer chuck 145 is disposed below the process chamber 140. A plurality of injection holes 111 are disposed at uniform intervals on the lower surface of the shower head 110 facing the wafer chuck 145. Preferably, the blocker plate 115 that crosses the inside of the shower head 110 is disposed. The blocker plate 115 is parallel to the bottom surface of the shower head 110. A plurality of gas holes 116 are uniformly disposed on the front surface of the blocker plate 115. In this case, the injection holes 111 may be denser than the gas holes 116.
상기 공정 챔버(140)의 외부에 혼합 가스 박스(100)가 배치된다. 상기 혼합 가스 박스(100)는 적어도 2개의 소스가스 인입관들(102a,102b)과 연통된다. 도 2에는, 제1 및 제2 소스가스 인입관들(102a,102b)을 도시하였다. 상기 혼합 가스 박스(100) 및 상기 샤워 헤드(110)는 혼합 가스 주입관(120)에 의하여 연통된다. 상기 혼합 가스 주입관(120)을 감싸는 챔버 크리닝 가스 주입관(125)이 배치되는 것이 바람직하다. 상기 챔버 크리닝 가스 주입관(125)은 상기 샤워 헤드(110)와 연통한다. 챔버 크리닝 가스는 상기 챔버 크리닝 가스 주입관(125)의 내벽 및 상기 혼합 가스 주입관(120)의 외벽 사이의 공간을 통하여 상기 샤워 헤드(110)로 인입되는 것이 바람직하다. 상기 챔버 크리닝가스는 이온화된 불소가스들일 수 있다.The mixed gas box 100 is disposed outside the process chamber 140. The mixed gas box 100 is in communication with at least two source gas inlet tubes 102a and 102b. 2, the first and second source gas inlet tubes 102a and 102b are shown. The mixed gas box 100 and the shower head 110 are communicated by the mixed gas injection pipe 120. The chamber cleaning gas injection pipe 125 surrounding the mixed gas injection pipe 120 is preferably disposed. The chamber cleaning gas injection tube 125 communicates with the shower head 110. The chamber cleaning gas is preferably introduced into the shower head 110 through a space between the inner wall of the chamber cleaning gas injection pipe 125 and the outer wall of the mixed gas injection pipe 120. The chamber cleaning gas may be ionized fluorine gases.
상기 혼합 가스 주입관(120) 내부에 상기 혼합 가스 주입관(120)을 가로지르는 적어도 하나의 난기류 발생 바(130)가 배치된다. 상기 난기류 발생 바(130)는 단면이 삼각형을 이루는 것이 바람직하다. 즉, 상기 난기류 발생 바(130)의 삼각형 형태의 양 측면들은 상기 혼합가스 주입관(120)의 내벽과 접촉한다. 상기 난기류 발생 바(130)는 상기 혼합 가스 주입관(120)을 가로지르는 3개의 면들과 3개의 모서리을 가진다. 상기 면들 중 일면은 상기 샤워헤드와 평행한 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 일면에 대향된 상기 일 모서리는 상기 혼합 가스 박스(100)를 향한다. 상기한 형태로 인항여, 상기 난기류 발생 바(130)는 소스 가스들과 접촉할지라도, 부산물들이 적층되는 것을 방지할 수 있다. 상기 난기류 발생 바(130)는 상기 샤워 헤드(110)와 인접한 상기 혼합 가스 주입관(120)의 일측에 배치되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 샤워 헤드(110) 크리닝시, 상기 난기류 발생 바(130)를 용이하게 크리닝하기 위함이다.At least one turbulence generating bar 130 across the mixed gas injection pipe 120 is disposed inside the mixed gas injection pipe 120. It is preferable that the turbulence generation bar 130 has a triangular cross section. That is, both sides of the triangular shape of the turbulence generating bar 130 are in contact with the inner wall of the mixed gas injection pipe 120. The turbulence generation bar 130 has three sides and three corners that cross the mixed gas injection pipe 120. One of the surfaces is preferably parallel to the showerhead. Accordingly, the one edge opposite to the one surface faces the mixed gas box 100. In the above-described form, the turbulence generating bar 130 may prevent stacking of by-products, even if in contact with the source gases. The turbulence generation bar 130 may be disposed at one side of the mixed gas injection pipe 120 adjacent to the shower head 110. This is to easily clean the turbulence generation bar 130 when the shower head 110 is cleaned.
상기 난기류 발생 바(130)가 복수개일 경우, 상기 난기류 발생 바들(130)은 서로 교차하도록 배치되어 메쉬 형태(mesh-shaped)를 이루는 것이 바람직하다. 도 3A에서는, 상기 난기류 발생 바들(130)이 상기 혼합가스 주입관(120)의 중심에서 서로 교차하는 형태의 메쉬 형태를 도시하였다. 이와는 달리, 도 3B에서는, 상기 난기류 발생 바들(130)의 각각이 적어도 2개의 다른 난기류 발생 바들(130)과 교차하는 형태의 메쉬 형태를 도시하였다.When there are a plurality of turbulence generating bars 130, it is preferable that the turbulence generating bars 130 are arranged to cross each other to form a mesh shape. In FIG. 3A, the turbulence generating bars 130 cross each other at the center of the mixed gas injection pipe 120. In contrast, in FIG. 3B, each of the turbulence generating bars 130 illustrates a mesh shape that intersects with at least two other turbulence generating bars 130.
상술한 구조의 화학기상 증착장비의 동작원리를 설명한다.The operation principle of the chemical vapor deposition apparatus having the above-described structure will be described.
상기 제1 및 제2 소스가스 인입관들(102a,102b)을 통하여 각각 제1 및 제2 소스 가스들이 상기 혼합 가스 박스(100) 내로 인입된다. 상기 인입된 제1 및 제2 소스 가스들은 상기 혼합 가스 주입관(120) 및 상기 난기류 발생 바들(130)을 경유하여 상기 샤워 헤드(110)내로 인입된다. 이때, 상기 난기류 발생 바들(130)에 의하여 상기 혼합 가스 주입관(120) 내에 상기 제1 및 제2 소스 가스들의 난기류가 발생한다. 즉, 상기 제1 및 제2 소스가스들은 상기 혼합 가스 박스(100) 및 상기 혼합 가스 주입관(120)을 경유하는 동안은 혼합됨과 동시에 상기 난기류에 의하여 더욱 혼합된다. 이에 따라, 상기 샤워 헤드(110) 내로 인입되는 혼합 가스들의 혼합율은 종래에 비하여 높아진다. 상기 혼합 가스들의 혼합율은 상기 블럭커 플레이트(115)의 가스 홀들(116)을 경유하면서 더욱 증가된다. 상기 가스 홀들(116)을 경유한 혼합 가스는 상기 분사구들(111)을 통하여 상기 웨이퍼 척(145) 상에 로딩된 웨이퍼(150) 상에 균일하게 분사된다. 상기 분사된 혼합가스들은 플라즈마 또는 열 에너지에 의하여 서로 반응한다. 이에 따라, 상기 웨이퍼(150)의 상면에 물질막이 증착된다.First and second source gases are introduced into the mixed gas box 100 through the first and second source gas inlet tubes 102a and 102b, respectively. The drawn first and second source gases are introduced into the shower head 110 via the mixed gas injection pipe 120 and the turbulence generating bars 130. In this case, turbulence of the first and second source gases is generated in the mixed gas injection pipe 120 by the turbulence generation bars 130. That is, the first and second source gases are mixed while passing through the mixed gas box 100 and the mixed gas injection pipe 120, and are further mixed by the turbulence. Accordingly, the mixing rate of the mixed gases introduced into the shower head 110 is higher than in the related art. The mixing rate of the mixed gases is further increased via the gas holes 116 of the blocker plate 115. The mixed gas via the gas holes 116 is uniformly injected onto the wafer 150 loaded on the wafer chuck 145 through the injection holes 111. The injected mixed gases react with each other by plasma or thermal energy. Accordingly, a material film is deposited on the upper surface of the wafer 150.
결과적으로, 상기 난기류 발생 바들(130)에 의하여 상기 혼합 가스 주입관(120) 내에 난기류가 발생됨으로써, 상기 혼합 가스들의 혼합율이 증가된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼(150) 상에 형성되는 물질막의 균일성을 향상시킬 수 있다.As a result, turbulence is generated in the mixed gas injection pipe 120 by the turbulence generating bars 130, thereby increasing the mixing ratio of the mixed gases. Accordingly, the uniformity of the material film formed on the wafer 150 may be improved.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상 증착장비는 혼합 가스 주입관에 적어도 하나의 난기류 발생 바를 구비한다. 이에 따라, 소스 가스들은 혼합 가스 박스 및 상기 혼합 가스 주입관을 통하여 샤워 헤드로 인입될때, 상기 난기류 발생 바에 의하여 상기 혼합 가스 주입관 내에 난기류가 발생된다. 결과적으로, 상기 소스 가스들의 혼합율이 증가한다. 이로 인해, 웨이퍼 상에 증착되는 물질막의 균일성을 향상시킬 수 있다.As described above, the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention includes at least one turbulence generation bar in the mixed gas injection tube. Accordingly, when source gases are introduced into the shower head through the mixed gas box and the mixed gas inlet tube, turbulence is generated in the mixed gas inlet tube by the turbulence generating bar. As a result, the mixing ratio of the source gases is increased. For this reason, the uniformity of the material film deposited on a wafer can be improved.
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Cited By (1)
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KR100663369B1 (en) * | 2005-07-22 | 2007-01-02 | 삼성전자주식회사 | Mixing gas supply line and diffusion equipment for semiconductor manufacturing having the same |
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KR100663369B1 (en) * | 2005-07-22 | 2007-01-02 | 삼성전자주식회사 | Mixing gas supply line and diffusion equipment for semiconductor manufacturing having the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |