KR20110103630A - 배치식 에피택셜층 형성장치 및 그 형성방법 - Google Patents

배치식 에피택셜층 형성장치 및 그 형성방법 Download PDF

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Abstract

배치식 에피택셜층 형성장치가 개시된다. 본 발명에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)는 복수개의 기판(10) 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 배치식 에피택셜층 형성장치(100)로서, 복수개의 기판(10)은 보트(130)의 기판 지지부(131)에 안착되고, 보트(130)의 기판 지지부(131)의 중앙을 관통하도록 배치되는 가스 공급부(140)로부터 복수개의 기판(10)에 대하여 공정 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

배치식 에피택셜층 형성장치 및 그 형성방법{BATCH TYPE APPARATUS FOR FORMING EPITAXIAL LAYER And METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 배치식 에피택셜층 형성장치 및 그 형성방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복수개의 기판 상에 균일하게 에피택셜층을 형성시킬 수 있는 배치식 에피택셜층 형성장치 및 그 형성방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자로서, 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 널리 이용되어 왔다. 특히, 백열등, 형광등 등의 재래식 조명과 달리 전기 에너지를 빛 에너지로 전환하는 효율이 높아 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있다는 사실이 알려지면서, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 소자로서 널리 각광받고 있다.
이러한 LED 소자의 제조공정은 크게 에피 공정, 칩 공정, 패키지 공정으로 분류될 수 있다. 에피 공정은 기판 상에 화합물 반도체를 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는 공정을 말하고, 칩 공정은 에피택셜 성장된 기판의 각 부분에 전극을 형성하여 에피 칩을 제조하는 공정을 말하며, 패키지 공정은 이렇게 제조된 에피 칩에 리드(Lead)를 연결하고 빛이 최대한 외부로 방출되도록 패키징하는 공정을 말한다.
이러한 공정 중에서도 에피 공정은 LED 소자의 발광 효율을 결정하는 가장 핵심적인 공정이라 할 수 있다. 이는 기판 상에 화합물 반도체가 에피택셜 성장되지 않는 경우, 결정 내부에 결함이 발생하고 이러한 결함은 비발광 센터(nonradiative center)로 작용하여, LED 소자의 발광 효율을 저하시키기 때문이다.
이러한 에피 공정, 즉 기판 상에 에피택셜층을 형성시키는 공정에는 LPE(Liquid Phase Epitaxy), VPE(Vapor Phase Epitaxy), MBE(Molecular Beam Epitaxy), CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법 등이 사용되고 있는데, 이 중에서도 특히 유기금속 화학기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 또는 하이드라이드 기상 에피택시법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)이 주로 사용되고 있다.
종래의 MOCVD 방법 및 HVPE 방법을 이용하여 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성시키는 경우 통상 반응 챔버의 하부 또는 일측면에서 공정 가스가 공급되고 있다. 그러나, 이와 같은 경우 복수개의 기판 상에 일정하게 공정 가스가 공급될 수 없으므로 복수개의 기판 상에 균일한 에피택셜층이 형성되지 못하는 문제점이 있었다. 이에 따라, 동일한 품질을 가지는 고효율 LED 소자를 대량으로 생산할 수 없어 공정의 생산성과 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 동안, 챔버 내부의 벽 또는 공급관 등에 증착 물질이 고착되어, 챔버 내부 구성요소의 유지 관리가 용이하지 못한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 기판 상에 균일하게 에피택셜층을 형성시킬 수 있는 배치식 에피택셜층 형성장치 및 그 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치는 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 배치식 에피택셜층 형성장치로서, 상기 복수개의 기판은 보트의 기판 지지부에 안착되고, 상기 보트의 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하도록 배치되는 가스 공급부로부터 상기 복수개의 기판에 대하여 공정 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치는 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 배치식 에피택셜층 형성장치로서, 상기 에피택셜층이 형성되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 외측에 배치되고 복수개의 기판에 열을 인가하는 히터; 상기 챔버 내측에 배치되고 상기 복수개의 기판이 안착되는 기판 지지부를 포함하는 보트; 상기 챔버 내측에 상기 보트의 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하도록 배치되며 상기 복수개의 기판에 대하여 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 공정 가스를 배기하는 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 챔버는 내부 챔버와 외부 챔버로 이루어지는 이중 챔버 구조를 가지며, 상기 내부 챔버와 상기 외부 챔버 사이로는 냉각 가스가 공급될 수 있다.
상기 히터는 상기 챔버의 내부를 유도 가열할 수 있는 코일형 히터일 수 있다.
상기 보트의 상기 기판 지지부에는 상기 기판이 안착되는 기판 홀더가 설치될 수 있다.
상기 기판 홀더는 그래파이트(Graphite)를 포함할 수 있다.
상기 그래파이트의 표면은 탄화규소(SiC)로 코팅되어 있을 수 있다.
상기 기판 지지부는 복수개일 수 있다.
상기 보트는 회전 가능할 수 있다.
상기 복수개의 기판은 각각 독립적으로 회전 가능할 수 있다.
상기 가스 공급부는 회전 가능할 수 있다.
상기 가스 공급부는 외부로부터 공정 가스가 공급되는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관과 연결되어 상기 가스 공급관으로 공급된 공정 가스를 분사하는 복수개의 가스 분사부를 포함하고, 상기 가스 배기부는 복수개의 단위 가스 배기부를 포함하며, 상기 단위 가스 배기부는 상기 공정 가스를 흡입하는 복수개의 가스 흡입부 및 상기 복수개의 가스 흡입부와 연결되어 상기 공정 가스를 외부로 배기하는 단위 가스 배기관을 포함할 수 있다.
상기 기판 지지부는 복수개이며, 상기 복수개의 기판 지지부 각각에 대하여 상기 가스 분사부 및 상기 가스 흡입부가 동일한 개수로 대응될 수 있다.
상기 단위 가스 배기관은 상기 챔버 내측에 상기 기판 지지부의 주위에 배치될 수 있다.
상기 가스 공급관 및 상기 단위 가스 배기관은 내관과 외관으로 이루어지는 이중 관 구조를 가지며, 상기 내관과 상기 외관 사이로는 냉각 가스가 공급될 수 있다.
상기 가스 공급관의 상기 내관과 상기 외관에는 복수개의 가스 분사부가 설치되며, 상기 단위 가스 배기관의 상기 내관과 상기 외관에는 복수개의 가스 흡입부가 설치될 수 있다.
상기 가스 공급관의 상기 외관의 상기 가스 분사부는 상기 가스 공급관의 상기 내관의 상기 가스 분사부로부터 분사된 상기 공정 가스를 분사하고, 상기 단위 가스 배기관의 상기 내관의 상기 가스 흡입부는 상기 단위 가스 배기관의 상기 외관의 상기 가스 흡입부로부터 흡입된 상기 공정 가스를 흡입할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성방법은 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 배치식 에피택셜층 형성방법으로서, 상기 복수개의 기판은 보트의 기판 지지부에 안착되고, 상기 보트의 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하도록 배치되는 가스 공급부로부터 상기 복수개의 기판에 대하여 공정 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 복수개의 기판 상에 균일하게 에피택셜층을 형성시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부의 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 가스 배기부의 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치의 구성을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현 될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)의 구성을 나타내는 평면도이다.
먼저, 배치식 에피택셜층 형성장치(100)에 로딩되는 기판(10)의 재질은 특별히 제한되지 않으며 글래스, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸, 사파이어 등 다양한 재질의 기판(10)이 로딩될 수 있다. 이하에서는 발광 다이오드 분야에서 사용되는 원형의 사파이어 기판(10)을 상정하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)는 챔버(110)를 포함하여 구성된다. 챔버(110)는 공정이 수행되는 동안 실질적으로 내부 공간이 밀폐되도록 구성되어 복수개의 기판(10) 상에 에피택셜층이 형성되기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 챔버(110)는 최적의 공정 조건을 유지하도록 구성되며, 형태는 사각형 또는 원형의 형태로 제조될 수 있다. 또한, 챔버(110)의 재질은 석영(quartz) 유리로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 기판(10) 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 공정은 증착 물질을 챔버(110) 내부로 공급하고 챔버(110) 내부를 약 800℃에서 1200℃의 온도까지 가열함으로써 이루어진다. 이렇게 공급된 증착 물질은 본래의 목적과 부합하게 기판(10)으로 공급되어 에피택셜층을 형성에 관여하기도 하지만 챔버(110) 내벽에 피착되어 소정의 응집체를 형성하기도 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(110)는 외부 챔버(111)와 내부 챔버(112)로 이루어지는 이중 챔버(110) 구조로 구성될 수 있다. 이러한 이중 챔버(110) 구조를 채용함으로써, 외부 챔버(111)와 내부 챔버(112) 사이의 공간에 소정의 통로가 형성될 수 있는데 이러한 소정의 통로로 냉각 가스가 흐를 수 있다. 이에 따라 챔버(110) 내벽에 증착 물질이 피착되는 것이 최소화될 수 있게 된다.
도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)는 히터(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 히터(120)는 챔버(110)의 외부에 설치되어 복수개의 기판(10)에 에피택셜 공정에서 필요한 열을 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 기판(10) 상에서 원활한 에피택셜 성장이 이루어지기 위하여 히터(120)는 기판(10)을 약 1200℃ 이상의 온도까지 가열할 수 있다.
본 발명에서는 기판(10)을 가열하기 위하여 할로겐 램프 또는 저항식 발열체를 이용한 가열 방식을 이용할 수도 있으나 바람직하게는 유도 가열 방식을 이용할 수 있다. 유도 가열(induction heating) 방식이란 전자기 유도를 이용하여 금속과 같은 전도성 물체를 가열시키는 방식을 일컫는다. 유도 가열 방식을 이용하기 위하여 히터(120)는 챔버(110) 내부를 유도 가열할 수 있는 코일형 히터(120)로 구성되고 기판 지지부(131)에 설치되는 기판 홀더(133)는 도전성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 코일형 히터(120)를 이용한 기판(10)의 가열은 코일형 히터(120)에서 챔버(110) 내부로 고주파 교류 전류가 인가됨에 따라 도전성 물질을 포함하는 기판 홀더(133)가 가열되는 원리에 의해 구현될 수 있다.
이처럼 유도 가열 방식을 이용하여 기판(10)을 가열하는 경우 기판 홀더(133)를 제외한 배치식 에피택셜층 형성장치(100)의 구성 요소들은 부도체(예를 들면, 석영 유리)로 구성될 수 있다. 이에 따라 코일형 히터(120)에 의하여 기판 홀더(133)만 가열되게 되므로 챔버(110) 내부의 나머지 구성 요소들에 증착 물질이 피착되는 것을 최소화할 수 있게 된다.
도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)는 보트(130)를 포함하여 구성된다. 보트(130)는 챔버(110) 내부에 설치되어 에피택셜 공정이 이루어지는 동안 복수개의 기판(10)을 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 보트(130)는 챔버(110) 내에서 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 보트(130)의 회전을 가능하게 하기 위하여 공지의 여러 가지 회전 구동 수단이 보트(130)에 채용될 수 있다. 보트(130)가 챔버(110) 내에서 회전됨에 따라 보트(130)의 구성요소인 기판 지지부(131)도 회전하게 되는데 이에 따라 공정 가스가 기판(10)의 임의의 위치에 편중되게 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다. 결과적으로 복수개의 기판(10) 상에 보다 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 보트(130)는 기판(10)이 안착되는 기판 지지부(131)를 포함하여 구성된다. 도시한 바와 같이, 기판 지지부(131)는 보트(130)의 원활한 회전을 위하여 원판의 형태로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 더 참조하면, 기판 지지부(131)는 복수개로 구성되어 층으로 배열 설치되는 것이 바람직하다. 이처럼 기판 지지부(131)가 복수개로 구성되는 경우 복수개의 기판 지지부(131)는 연결 부재(132)에 의하여 서로 연결되어 고정될 수 있다. 도 1에서는 기판 지지부(131)가 네 개이며 연결 부재(132)가 두 개인 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 지지부(131) 및 연결 부재(132)의 개수는 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 기판 지지부(131) 및 연결 부재(132)는 석영 유리로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 가스 공급부(140)가 보트(130)의 기판 지지부(131) 중앙을 관통한 상태에서 공정 가스를 공급한다. 이러한 경우 공정 가스가 기판 지지부(131)의 중심부에서 공급됨에 따라 기판 지지부(131)의 중심부와 가까운 기판(10) 상의 위치에 공정 가스가 더 많이 공급되게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(131)에 안착된 복수개의 기판(10)은 독립적으로 회전될 수 있다. 다시 말하면, 에피택셜 공정이 이루어지는 동안 각 기판(10)은 기판 지지부(131)에 대하여 수평 방향으로 회전되되 서로 다른 회전 속도 또는 서로 다른 회전 방향으로 회전될 수 있다. 이러한 기판(10)의 독립적인 회전은 기판(10)이 안착되는 기판 홀더(133)의 회전에 의하여 이루어질 수 있다. 기판(10)이 독립적으로 회전함에 따라 공정 가스가 복수개의 기판(10) 상에 균일하게 공급될 수 있게 된다.
도 2를 더 참조하면, 가스 공급부(140)가 보트(130)의 기판 지지부(131) 중앙을 관통할 수 있도록 기판 지지부(131)의 중앙에는 관통홀(134)이 형성될 수 있다. 관통홀(134)의 직경은 가스 공급부(140)의 직경 보다 다소 크게 형성되는 것이 바람직하다.
도 1을 더 참조하면, 각 기판 지지부(131)에는 복수개의 기판 홀더(133)가 설치될 수 있다. 기판 홀더(133)는 에피택셜 공정이 진행되는 동안 기판(10)을 지지하여 기판(10)의 변형을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 각 기판 지지부(131)에 설치되는 기판 홀더(133)의 개수는 각 기판 지지부(131)에 배치되는 기판(10)의 개수와 동일할 수 있다.
기판 홀더(133)는 기판(10)의 변형을 방지하는 기능 외에도 앞서 언급한 바와 같이 코일형 히터(120)와 함께 기판(10)을 가열하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 기판 홀더(133)는 도전성 물질, 예를 들면 비정질 카본(amorphous carbon), 다이아몬드성 카본(diamondlike carbon), 유리성 카본(glasslike carbon) 등을 포함하여 구성될 수 있으나, 바람직하게는 그래파이트(Graphite)를 포함하여 구성될 수 있다. 그래파이트는 강도가 뛰어날 뿐만 아니라 도전성이 우수하여 유도 가열 방식으로 가열되기에 적합할 수 있다. 이처럼 기판 홀더(133)가 그래파이트를 포함하여 구성되는 경우 그래파이트의 표면은 탄화규소(SiC)로 코팅될 수 있다. 탄화규소는 고온 강도 및 경도가 우수하며 열전도율이 높기 때문에 가열 중에 그래파이트 분자가 분산되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 기판(10)으로의 열 전달이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
기판 홀더(133)는 기판(10)의 변형 방지 및 기판(10)의 가열 기능 외에도 앞서 언급한 바와 같이 기판(10)의 회전이 이루어지도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여 공지의 여러 가지 회전 구동 수단이 기판 홀더(133)에 채용될 수 있다. 또한, 기판 홀더(133)는 원활한 회전을 위하여 원판의 형상을 가지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다
도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)는 가스 공급부(140)를 포함하여 구성된다. 가스 공급부(140)는 챔버(110) 내부로 에피택셜층 형성을 위해 필요한 공정 가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
종래의 가스 공급 장치는 챔버의 하부 또는 일측면에서 공정 가스를 공급하기 때문에 가스 공급 장치와 가까이 위치된 기판과 멀리 떨어진 기판 사이에 공급되는 공정 가스의 양의 차이가 발생할 수 밖에 없었다. 이러한 차이는 결과적으로 에피택셜층 두께 등의 차이를 야기하게 되므로 복수개의 기판 상에 동일한 품질 및 규격을 가지는 에피택셜층을 형성하지 못하게 되는 원인이 되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 가스 공급부(140)가 기판 지지부(131)의 중앙을 관통하도록 배치되는 것을 구성상의 특징으로 한다. 다시 말하면, 가스 공급부(140)가 기판 지지부(131)의 중앙에 형성된 관통홀(134)을 관통하여 기판 지지부(131)의 중심부에서 기판 지지부(131)에 의하여 지지되고 있는 복수개의 기판(10)을 향하여 공정 가스를 공급하는 것을 구성상의 특징으로 한다. 이러한 구성을 채용함으로써 본 발명에서는 복수개의 기판(10) 상에 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 되기 때문에 복수개의 기판(10) 상에 동일한 품질 및 규격을 가지는 에피택셜층을 형성할 수 있게 된다.
도 2를 더 참조하면, 에피택셜 공정이 진행되는 동안 가스 공급부(140)는 회전될 수 있다. 가스 공급부(140)의 회전을 위하여 공지의 여러 가지 회전 구동 수단이 가스 공급부(140)에 채용될 수 있다. 이에 따라 보트(130)의 회전과 유사하게 공정 가스가 각 기판(10)의 임의의 위치에 편중되게 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다. 결과적으로 복수개의 기판(10) 상에 보다 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 된다.
도 1을 더 참조하면, 가스 공급부(140)는 가스 공급관(141)을 포함하여 구성될 수 있다. 가스 공급관(141)은 외부로부터 공정 가스를 공급받는 기능을 수행할 수 있다. 가스 공급관(141)은 챔버(110)의 하단에 고정 플랜지(미도시)와 같은 수단을 통하여 연결되는 매니폴드(미도시)를 매개로 하여 챔버(110)와 연결될 수 있다. 가스 공급관(141)의 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 ∩자 형태일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부(140)의 모습을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 가스 공급관(141)은 이중 챔버(110) 구조와 유사하게 외관(142)과 내관(143)으로 이루어지는 이중 관 구조로 구성될 수 있다. 이러한 이중 관 구조를 채용함으로써 외관(142)과 내관(143) 사이의 공간에 소정의 통로(146)가 형성될 수 있는데 이러한 소정의 통로(146)로 냉각 가스가 흐를 수 있다. 이에 따라 가스 공급관(141) 외벽에 증착 물질이 피착되는 것이 최소화될 수 있게 된다.
도 1 및 도 3을 더 참조하면, 가스 공급부(140)는 복수개의 가스 분사부(144, 145)를 포함하여 구성될 수 있다. 복수개의 가스 분사부(144, 145)는 공정 가스를 분사하는 기능을 수행할 수 있다. 가스 분사부(144, 145)는 높은 고온 강도를 가지는 물질로 구성될 수 있으며 단부에 형성된 홀에서 공정 가스를 분사할 수 있는 노즐 형태로 구성될 수 있다. 가스 분사부(144, 145)의 개수는 특별하게 한정되지 아니하며 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
여기서 복수개의 가스 분사부(144, 145)는 가스 공급관(141)의 외관(142)과 연결되는 복수개의 가스 분사부(144) 및 가스 공급부(141)의 내관(143)과 연결되는 복수개의 가스 분사부(145)를 포함하는 의미로 볼 수 있다. 이하에서는 가스 공급관(141)의 외관(142)과 연결되는 복수개의 가스 분사부(144)의 기능 및 구성에 대해서 먼저 설명하고 가스 공급관(141)의 내관(143)과 연결되는 복수개의 가스 분사부(145)의 기능 및 구성에 대해서는 후술하도록 하겠다.
가스 공급관(141)의 외관(142)과 연결되는 복수개의 가스 분사부(144)에서는 서로 동일한 양의 공정 가스가 분사되도록 제어될 수 있다. 이를 위하여 공지의 여러 가지 가스 공급 제어 시스템이 가스 분사부(144)에 채용될 수 있다. 복수개의 가스 분사부(144)에서 동일한 양의 공정 가스가 분사됨에 따라 공정 가스가 임의의 기판(10)에 편중되게 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다. 결과적으로 복수개의 기판(10) 상에 보다 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 된다.
하나의 기판 지지부(131)에 대하여 가스 분사부(144) 및 후술하는 가스 흡입부(155)는 동일한 개수로 대응될 수 있다. 이를 테면, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 기판 지지부(131)에 공정 가스를 분사하는 가스 분사부(144)가 네 개인 경우 하나의 기판 지지부(131) 주변에 배치된 가스 흡입부(155) 역시 네 개일 수 있다. 그러나, 하나의 기판 지지부(131)에 대하여 가스 분사부(144) 및 가스 흡입부(155)가 반드시 동일한 개수로 대응될 필요는 없으며, 다양한 개수, 이를 테면 하나의 기판 지지부(131)에 대하여 가스 흡입부(155)가 가스 분사부(144)의 두 배수로 대응되는 구성 등도 본 발명에 채용될 수 있다.
도 3을 더 참조하면, 가스 공급관(141)의 내관(143)에도 복수개의 가스 분사부(145)가 설치될 수 있다. 내관(143)의 가스 분사부(145)는 외관(142)으로 공정 가스를 분사할 수 있다. 다시 말하여 가스 공급관(141)의 외부로부터 내관(143)으로 공정 가스가 공급되면 내관(143)의 가스 분사부(145)는 외관(142)으로 공정 가스를 분사하고 이렇게 외관(142)에 분사된 공정 가스는 외관(142)의 가스 분사부(144)를 통하여 기판(10)으로 분사될 수 있다. 결과적으로 공정 가스는 외부 → 내관(143) → 외관(142)의 순서대로 유동하여 기판(10)에 분사될 수 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써 공정 가스가 챔버(100) 내에서 소정의 위치에 국부적으로 밀집되게 공급되는 것을 방지할 수 있으므로 공정 가스를 보다 균일하게 공급할 수 있게 된다. 이러한 공정 가스의 균일한 공급을 위하여 가스 분사부(144)와 가스 분사부(145)는 서로 어긋난 상태로 외관(142)과 내관(143)에 연결되게 하는 것이 바람직하다.
한편, 복수개의 기판(10) 상에 공급되는 공정 가스는 기판(10) 상에 형성하려는 에피택셜층의 종류 또는 그 형성 방법에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, MOCVD법을 이용하여 복수개의 기판(10) 상에 에피택셜 질화갈륨(GaN)층을 형성시키기 위해서는, TMG(trimethylgallium), TEG(triethylgallium:), NH3 가스 등이 공정 가스로 이용될 수 있다. 또한, HVPE법을 이용하여 복수개의 기판(10) 상에 에피택셜 질화갈륨(GaN)층을 형성시키기 위해서는 Ga 금속과 HCl 가스가 반응하여 생성된 GaCl 가스, NH3 가스, H2 등이 공정 가스로 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100)는 가스 배기부(150)를 포함하여 구성된다. 가스 배기부(150)는 챔버(110) 외부로 공정 가스를 배기하는 기능을 수행할 수 있다.
도 1 및 도 2를 더 참조하면, 가스 배기부(150)는 복수개의 단위 가스 배기부(151)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 단위 가스 배기부(151)의 개수는 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 각 단위 가스 배기부(151)는 단위 가스 배기관(152)을 포함하여 구성될 수 있다. 단위 가스 배기관(152)은 복수개의 가스 흡입부(155)와 연결되어 공정 가스를 외부로 배기하는 기능을 수행할 수 있다. 단위 가스 배기관(152)은 챔버(110)의 하단에 고정 플랜지(미도시)와 같은 수단을 통하여 연결되는 매니폴드(미도시)를 매개로 하여 챔버(110)와 연결될 수 있다. 가스 배기관(152)의 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 ∩자 형태일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 가스 배기부(151)의 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 단위 가스 배기관(152)은 이중 챔버(110) 구조와 유사하게 외관(153)과 내관(154)으로 이루어지는 이중 관 구조로 구성될 수 있다. 이러한 이중 관 구조를 채용함으로써 외관(153)과 내관(154)과 사이의 공간에 소정의 통로(157)가 형성될 수 있는데 이러한 소정의 통로(157)로 냉각 가스가 흐를 수 있다. 이에 따라 단위 가스 배기관(152) 외벽에 증착 물질이 피착되는 것이 최소화될 수 있게 된다.
도 1 및 도 4를 더 참조하면 각 단위 가스 배기부(151)는 복수개의 가스 흡입부(155, 156)를 포함하여 구성될 수 있다. 복수개의 가스 흡입부(155, 156)는 가스 분사부(144)에서 분사된 공정 가스를 흡입하는 기능을 수행할 수 있다. 가스 흡입부(155, 156)의 개수는 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
여기서 복수개의 가스 흡입부(155, 156)는 단위 가스 배기관(152)의 외관(153)과 연결되는 복수개의 가스 흡입부(155) 및 단위 가스 배기관(152)의 내관(154)과 연결되는 복수개의 가스 흡입부(156)를 포함하는 의미로 볼 수 있다. 이하에서는 단위 가스 배기관(152)의 외관(153)과 연결되는 복수개의 가스 흡입부(155)의 기능 및 구성에 대해서 먼저 설명하고 단위 가스 배기관(152)의 내관(154)과 연결되는 복수개의 가스 흡입부(156)의 기능 및 구성에 대해서는 후술하도록 하겠다.
단위 가스 배기관(152)의 외관(153)과 연결되는 복수개의 가스 흡입부(155)는 보트(130)의 회전을 방해하지 아니하는 범위 내에서 보트(130)의 기판 지지부(131) 근처에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 채용함으로써 공정 가스의 흐름, 즉 가스 분사부(144)에서 분사된 공정 가스가 챔버(110) 내부를 순환하지 아니하고 바로 가스 흡입부(155)로 유입되도록 하는 흐름을 형성할 수 있으므로 불필요한 공정 가스가 기판(10)에 공급되는 것을 최소화할 수 있게 된다. 결과적으로 복수개의 기판(10) 상에 보다 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 된다.
단위 가스 배기관(152)의 외관(153)과 연결되는 복수개의 가스 흡입부(155)는 공정 가스의 균일한 흐름을 위하여 서로 일정한 간격을 가지면서 배치되는 것이 바람직하다. 이를 테면, 도 2에 도시된 바와 같이 네 개의 단위 가스 흡입부(155)가 하나의 기판 지지부(131)에 대응되어 배치되는 경우 네 개의 단위 가스 배기부(151)는 각각 일정한 간격을 가지며 동서남북의 위치에 배치될 수 있다.
하나의 기판 지지부(131)에 대하여 가스 흡입부(155)가 가스 분사부(144)와 동일한 개수로 대응될 수 있음은 앞서 언급한 바와 같다.
도 4를 더 참조하면, 단위 가스 공급관(152)의 내관(154)에도 복수개의 가스 흡입부(156)가 설치될 수 있다. 내관(154)의 가스 흡입부(156)는 외관(153)으로부터 공정 가스를 흡입할 수 있다. 다시 말하여 챔버(100)의 내부로부터 외관(153)의 가스 흡입부(155)로 흡입되어 외관(153)의 내부를 유동하는 공정 가스는 내관(154)의 가스 흡입부(156)를 통하여 외부로 배기될 수 있다. 결과적으로 공정 가스는 내부 → 외관(153) → 내관(154)의 순서대로 유동하여 외부로 배기될 수 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써 공정 가스가 챔버(100) 내의 소정의 위치에 국부적으로 밀집된 상태에서 배기되는 것을 방지할 수 있으므로 공정 가스를 보다 균일하게 배기할 수 있게 된다. 이러한 공정 가스의 균일한 배기를 위하여 가스 흡입부(155)와 가스 흡입부(156)는 서로 어긋난 상태로 외관(153)과 내관(154)에 연결되게 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100a)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100a)는 단위 가스 배기관(152a)이 챔버(110a)의 외부에 배치되고, 단위 가스 배기관(152a)과 연결되는 복수개의 가스 흡입부(155a)는 챔버(110a)를 관통하여 보트(130a)의 기판 지지부(131a) 주위에 배치된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 배치식 에피택셜층 형성장치(100a)는 단위 가스 배기관(152a)이 챔버(110a)의 외부에 배치된다는 점을 제외하고는 도 1에 배치식 도시된 에피택셜층 형성장치(100a)와 동일하게 구성되므로 구성요소 및 그 구성요소의 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 본 실시예에 따르면 가스 배기부(150a)를 챔버(110a) 외부에 배치함에 따라 챔버(110a)의 구조를 보다 단순화하여 설계할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 기판
100: 에피택셜층 형성장치
110: 챔버
111: 외부 챔버
112: 내부 챔버
120: 히터
130: 보트
131: 기판 지지부
132: 연결 부재
133: 기판 홀더
134: 관통홀
140: 가스 공급부
141: 가스 공급관
142: 외관
143: 내관
144, 145: 가스 분사부
146: 통로
150: 가스 배기부
151: 단위 가스 배기부
152: 단위 가스 배기관
153: 외관
154: 내관
155, 156: 가스 흡입부
157: 통로

Claims (18)

  1. 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 배치식 에피택셜층 형성장치로서, 상기 복수개의 기판은 보트의 기판 지지부에 안착되고, 상기 보트의 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하도록 배치되는 가스 공급부로부터 상기 복수개의 기판에 대하여 공정 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  2. 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 배치식 에피택셜층 형성장치로서,
    상기 에피택셜층이 형성되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 외측에 배치되고 복수개의 기판에 열을 인가하는 히터;
    상기 챔버 내측에 배치되고 상기 복수개의 기판이 안착되는 기판 지지부를 포함하는 보트;
    상기 챔버 내측에 상기 보트의 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하도록 배치되며 상기 복수개의 기판에 대하여 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    상기 공정 가스를 배기하는 가스 배기부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버는 내부 챔버와 외부 챔버로 이루어지는 이중 챔버 구조를 가지며, 상기 내부 챔버와 상기 외부 챔버 사이로는 냉각 가스가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 히터는 상기 챔버의 내부를 유도 가열할 수 있는 코일형 히터인 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 보트의 상기 기판 지지부에는 상기 기판이 안착되는 기판 홀더가 설치되는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 그래파이트(Graphite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그래파이트의 표면은 탄화규소(SiC)로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 복수개인 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 보트는 회전 가능한 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 기판은 각각 독립적으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 회전 가능한 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 외부로부터 공정 가스가 공급되는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관과 연결되어 상기 가스 공급관으로 공급된 공정 가스를 분사하는 복수개의 가스 분사부를 포함하고,
    상기 가스 배기부는 복수개의 단위 가스 배기부를 포함하며, 상기 단위 가스 배기부는 상기 공정 가스를 흡입하는 복수개의 가스 흡입부 및 상기 복수개의 가스 흡입부와 연결되어 상기 공정 가스를 외부로 배기하는 단위 가스 배기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 복수개이며, 상기 복수개의 기판 지지부 각각에 대하여 상기 가스 분사부 및 상기 가스 흡입부가 동일한 개수로 대응되는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 단위 가스 배기관은 상기 챔버 내측에 상기 기판 지지부의 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 가스 공급관 및 상기 단위 가스 배기관은 내관과 외관으로 이루어지는 이중 관 구조를 가지며, 상기 내관과 상기 외관 사이로는 냉각 가스가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가스 공급관의 상기 내관과 상기 외관에는 복수개의 가스 분사부가 설치되며, 상기 단위 가스 배기관의 상기 내관과 상기 외관에는 복수개의 가스 흡입부가 설치되는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스 공급관의 상기 외관의 상기 가스 분사부는 상기 가스 공급관의 상기 내관의 상기 가스 분사부로부터 분사된 상기 공정 가스를 분사하고, 상기 단위 가스 배기관의 상기 내관의 상기 가스 흡입부는 상기 단위 가스 배기관의 상기 외관의 상기 가스 흡입부로부터 흡입된 상기 공정 가스를 흡입하는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성장치.
  18. 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 배치식 에피택셜층 형성방법으로서, 상기 복수개의 기판은 보트의 기판 지지부에 안착되고, 상기 보트의 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하도록 배치되는 가스 공급부로부터 상기 복수개의 기판에 대하여 공정 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 배치식 에피택셜층 형성방법.
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