KR20150012492A - 에피텍셜 반응기 - Google Patents

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주영건
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    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
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    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases

Abstract

본 발명은 에피텍셜 반응기를 개시한다. 개시된 본 발명의 에피텍셜 반응기는, 내부공간이 마련된 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버의 내부공간에 설치되며, 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터; 상기 프로세스 챔버의 측부에 결합되어 상기 프로세스 챔버의 내부공간에 성막 가스를 도입하기 위한 복수의 도입 구멍이 형성된 배플(baffle); 상기 배플의 복수의 도입 구멍에 삽입되고, 가스 도입부, 가스 통로부 및 채널로 구성된 복수의 제 1 체결부재; 및 상기 제 1 체결부재를 고정하는 복수의 제 2 체결부재를 포함하고, 상기 복수의 제 1 체결부재 각각은 상기 성막 가스의 흐름에 따라 필요한 직경을 갖는 채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 에피텍셜 반응기는 다양한 직경의 가스도입구가 형성된 제 1 체결 부재와 제 2 체결부재를 포함하여 배플(baffle)의 형상 변경 없이 성막 가스 흐름의 미세 조정이 가능하고, 에피텍셜 박막 성장을 효율적으로 할 수 있으며, 박막 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

에피텍셜 반응기{Epitaxial reactor}
본 발명은 에피텍셜 반응기에 관한 것으로, 상세하게는 에피텍셜 반응기의 배플의 형상 변경 없이 미세 가스 흐름 조정이 가능한 에피텍셜 반응기에 관한 것이다.
본 발명은 에피텍셜 반응기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에피텍셜 반응기의 배플의 형상 변경 없이, 배플에 다양한 직경의 가스도입구가 형성된 제 1 체결 부재와 제 2 체결부재를 포함하여 미세 가스 흐름 조정이 가능한 에피텍셜 반응기에 관한 것이다.
경면 가공된 반도체 웨이퍼에 단결정의 얇은 에피택셜 막을 성장시킨 것을 에피텍셜 웨이퍼라고 한다. 단결정의 에피텍셜 막을 성장시키는 장치로서 에피텍셜 반응기가 알려져 있다.
상기 에피텍셜 반응기는 프로세스 챔버와, 상기 프로세스 챔버 내부에 배치되어 반도체 웨이퍼를 지지하는 서셉터와, 상기 서셉터를 회전 구동 시키기 위한 회전장치와, 프로세스 챔버의 상부 및 하부에 배치되어 서셉터에 지지된 웨이퍼를 가열하는 복수의 가열램프를 포함하여 형성된다. 상기 에피텍셜 반응기의 내부로 반도체 웨이퍼가 반송용 블레이드를 이용하여 웨이퍼는 서셉터 상에 배치된다. 이후에 서셉터 상에 놓인 웨이퍼를 고온으로 가열한 뒤 성막 가스를 흘려서 웨이퍼에 성막시키면 단결정 막이 성장된다.
상기 성막 가스는 프로세스 챔버의 측부에 배치되는 배플(baffle)을 통해 가스 도입구로부터 프로세스 챔버 안에 성막 가스를 공급하면, 그 성막 가스가 웨이퍼의 표면을 따라서 층유 상태로 흘러 웨이퍼의 표면에 박막소자가 형성된다. 이때, 에피텍셜 박막 성장을 효율적으로 하여 웨이퍼 내의 에피텍셜 박막 균일도를 향상시키기 위해 성막 가스의 흐름을 미세 조정할 필요가 있다. 또한, 이러한 미세한 가스 흐름을 조정하기 위해 배플(baffle)을 여러가지 디자인으로 형성하여 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 서셉터의 높이, 가스 배출구의 디자인, 챔버 내부의 상태 등 에피텍셜 반응기의 상태에 의해 동일한 배플을 사용하더라도 서로 다른 가스 흐름이 발생한다. 따라서, 외부 조건에 영향을 많이 받는바, 배플 디자인의 변경으로는 미세한 가스 흐름 조정이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 성막 가스 흐름의 미세 조정이 가능하고, 에피텍셜 박막 성장을 효율적으로 할 수 있으며, 박막 균일도를 향상시킨 에피텍셜 반응기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 직경의 가스도입구가 형성된 제 1 체결 부재와 제 2 체결부재를 포함하여 배플(baffle)의 형상 변경 없이 가스 흐름을 조정할 수 있는 에피텍셜 반응기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 에피텍셜 반응기는, 내부공간이 마련된 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버의 내부공간에 설치되며, 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터; 상기 프로세스 챔버의 측부에 결합되어 상기 프로세스 챔버의 내부공간에 성막 가스를 도입하기 위한 복수의 도입 구멍이 형성된 배플(baffle); 상기 배플의 복수의 도입 구멍에 삽입되고, 가스 도입부, 가스 통로부 및 채널로 구성된 복수의 제 1 체결부재; 및 상기 제 1 체결부재를 고정하는 복수의 제 2 체결부재를 포함하고, 상기 복수의 제 1 체결부재 각각은 상기 성막 가스의 흐름에 따라 필요한 직경을 갖는 채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에피텍셜 반응기는 성막 가스 흐름의 미세 조정이 가능하고, 에피텍셜 박막 성장을 효율적으로 할 수 있으며, 박막 균일도를 향상시킨 제 1 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 에피텍셜 반응기는 다양한 직경의 가스도입구가 형성된 제 1 체결 부재와 제 2 체결부재를 포함하여 배플(baffle)의 형상 변경 없이 가스 흐름을 조정할 수 있는 제 2 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 에피텍셜 반응기의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 에피텍셜 반응기의 평면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배플의 정면도를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배플의 단면도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배플의 단면도를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 실시 예의 설명에 있어서, "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 에피텍셜 반응기의 단면도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 에피텍셜 반응기는 내부 공간이 마련된 프로세스 챔버(1)를 포함한다. 상기 프로세스 챔버(1) 내부에는 웨이퍼(2)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(3)가 배치되어 있다. 상기 웨이퍼(2)는 블레이드(7)를 통해 반응기 내로 인입출시킬 수 있으며, 상기 블레이드(7)의 인출시 서로 이격되는 위치에 복수 개 마련되는 리프트 핀(5)이 상기 웨이퍼(2)를 하측에서 지지한다. 상기 리트프 핀(5)을 밀어올리는 역할을 수행하는 리프트 핀 지지축(6)이 상기 리프트 핀(5)과 연결되어 배치된다.
또한, 상기 에피텍셜 반응기의 동작 시 상기 서셉터(3)를 승하강시키는 서셉터 지지부(4)가 상기 서셉터(3) 하측에서 상기 서셉터(3)를 지지하도록 형성된다. 또한, 상기 서셉터(3)는 도면에는 도시되어 있지 않은 구동 모터에 의해 회전 구동되며, 서셉터 지지축(8)을 중심으로 일정한 회전속도로 회전이 가능하다.
즉, 상기 에피텍셜 반응기는 반송용의 블레이드(7)가 웨이퍼(2)를 반응기 내에 반입하면, 리프트 핀(5)이 올라와 웨이퍼(2)를 받혀서 지지하고 블레이드(7)는 빠져나간다. 리프트 핀(5)이 내려오고, 서셉터 지지부(4)에 의해서 지지되는 서셉터(3)가 올라오면, 상기 웨이퍼(2)는 서셉터(3) 상에 배치된다. 이후, 단결정 막을 성장시키는 일련의 과정이 진행된다.
도 2는 본 발명의 에피텍셜 반응기의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 프로세스 챔버(1)의 측부에는 배플(baffle,10)이 배치된다. 상기 배플(10)은 다수의 도입 구멍이 형성되어 상기 프로세스 챔버(1) 내부 공간에 배치된 웨이퍼(2)에 성막 가스를 공급할 수 있게 한다. 상기 배플(10)로부터 프로세스 챔버(1) 측으로 연장되어 형성되는 격벽(11)은 상기 배플(10)의 복수의 도입 구멍으로 도입된 성막 가스를 가이드 할 수 있다. 즉, 배플(10)의 복수의 도입 구멍을 통해 도입된 성막 가스는 격벽(11)에 의해 가이드된 상태로 서셉터(3) 및 웨이퍼(2)로 향할 수 있다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 프로세스 챔버(1)의 상부 및 하부에는 서셉터(3) 상에 놓여진 웨이퍼(2)를 가열하기 위한 가열램프가 배치될 수 있다. 또한, 서셉터(3) 둘레에는 상기 배플(10)을 통해 주입된 성막 가스를 가열하기 위한 예비 가열링이 배치될 수 있다.
상기 웨이퍼(2)를 프로세스 챔버(1) 내부로 블레이드를 통해 반입하고, 상기 서셉터(3) 상에 배치한다. 이후, 가열램프를 이용해 웨이퍼(2)를 가열하고, 서셉터(3)를 회전시키며 성막 가스를 공급한다. 상기 성막 가스는 디클로로실란(Dichlorosilane;SiH2Cl2) 또는 삼염화실란(trichlorosilane;SiHCl3) 등일 수 있다. 상기 공급된 성막 가스는 웨이퍼(2) 표면을 층유 상태로 흐르며 상기 웨이퍼(2) 표면에 박막 소자가 형성된다.
상기 배플(10)의 다수의 도입 구멍의 수, 위치 및 직경 등은 성막 가스의 흐름을 고려하여 임의로 변경되어 형성될 수 있다. 박막 균일도를 향상시키기 위해서는 이러한 성막 가스의 흐름을 미세하게 조정하여야 한다. 하지만, 상기 다수의 도입 구멍을 미세한 가스 흐름의 조정을 위해 직경 등의 디자인을 매번 변경하는 경우 비용 및 효율성 측면에서 문제가 있다. 따라서, 본 발명의 배플은 가스 도입을 위한 채널을 포함하는 제 1 체결부재와 상기 제 1 체결부재를 고정하는 제 2 체결부재를 포함한다. 상기 배플(10) A영역의 정면도를 참조하여 이를 자세히 검토하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배플의 정면도를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 다른 배플(10)의 복수의 도입 구멍(13)에는 가스도입부(12), 가스통로부(도 4a 내지 도 4c 참고,14) 및 채널(11)로 이루어진 제 1 체결 부재가 형성된다. 상기 제 1 체결부재의 채널(11)을 통해서만 성막 가스가 도입될 수 있으며, 가스 도입부(12)는 채널(11) 외의 영역에서 배플(10)의 도입 구멍(13)으로 성막 가스가 유입 또는 유출되는 것을 막을 수 있다.
상기 제 1 체결 부재의 가스도입부(12)의 외부 직경은 상기 배플(10)의 복수의 도입 구멍(13)의 직경보다 크게 형성된다. 즉, 성막 가스는 채널(11)을 통해서만 도입되며, 가스 도입부(12)는 채널(11) 외의 영역에서 배플(10)의 도입 구멍(13)으로 성막 가스의 유입 또는 유출을 방지한다. 바람직하게는, 상기 제 1 체결 부재의 가스도입부(12)의 외부 직경은 표준 배플의 도입 구멍의 크기 및 인접한 도입 구멍과의 거리를 고려할 때, 5.2mm 이상 5.5mm 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 체결 부재의 채널(11)의 직경은 상기 배플(10)의 복수의 도입 구멍(13)의 직경보다 작게 형성된다. 상기 채널(11)의 직경은 미세한 가스의 흐름을 조절하기 위해 다양하게 형성될 수 있다. 즉, 하나의 제 1 체결 부재의 채널(11a)의 직경은 인접한 다른 제 1 체결 부재의 채널(11b) 및 또 다른 제 1 체결 부재의 채널(11c)의 직경과 상이한 크기일 수 있다.
또한, 필요에 따라 상기 채널(11)이 폐쇄형으로 형성되어야 하는 경우, 상기 제 1 체결 부재는 채널(11)이 생략되고, 폐색 부재로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 체결 부재의 채널(11)의 직경은 가스 도입부(12)의 외부 직경을 고려하여 형성되어야 하는 바, 바람직하게는, 5.1mm 이하로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 체결 부재는 채널(11)이 없거나, 상기 채널(11)의 직경이 0mm초과 5.1mm이하로 형성될 수 있다. 상기 제 1 체결부재 및 상기 제 1 체결부재와 조립되는 제 2 체결부재를 Ⅰ-Ⅰ', Ⅱ-Ⅱ' 및 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배플의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 제 1 체결부재(20)은 제 2 체결부재(21)와 조립되어 형성된다. 상기 제 1 체결부재(20)는 볼트의 형상일 수 있으며, 상기 제 2 체결부재(21)는 너트의 형상일 수 있다. 즉, 상기 제 1 체결부재(20)는 배플(10)의 복수의 도입 구멍(13)에 삽입되어 형성되며, 상기 제 2 체결부재(21)는 상기 제 1 체결부재(20)를 고정하는 역할을 한다.
상기 제 1 체결부재(20)는 가스 도입부(12), 가스 통로부(14) 및 채널(11)로 이루어진다. 상기 가스 도입부(12)의 외부 직경은 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경보다 크게 형성되고, 상기 가스 통로부(14)의 외부 직경은 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경과 같게 형성되고, 상기 채널(11)의 직경은 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경보다 작게 형성된다.
또한, 상기 제 2 체결부재(21)의 외부 직경은 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경보다 크게 형성되고, 상기 제 2 체결부재(21)의 내부 직경은 상기 제 1 체결부재(20)의 가스 통로부(14)의 외부 직경과 동일하게 형성된다. 상기 제 1 체결부재(20)의 가스 도입부(12) 및 가스 통로부(14)와 제 2 체결부재(21)의 외부 직경의 크기는 채널(11) 외의 영역에서 성막 가스가 이동하는 것을 방지할 수 있도록 형성된다.
도 4a에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'단면도의 채널(11a)과, 도 4b에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'단면도의 채널(11b)과, 도 4c에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'단면도의 채널(11c)은 각각 상이한 크기의 직경을 갖는다. 조정하고자 하는 성막 가스 흐름에 따라 적절한 직경을 갖는 채널(11)을 포함하는 제 1 체결부재(20)을 상기 배플(10)의 도입 구멍에 삽입하여 사용할 수 있다. 즉, 성막 가스 흐름에 차이가 있음에 따라 에피텍셜 층의 두께 분포에 차이가 있게 되므로 여러 가지 직경을 가진 채널을 포함하는 제 1 체결부재를 교체해가며 최적의 가스 흐름을 통해 두께 분포를 균일하게 할 수 있다.
상기 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경과 수직 방향의 길이는 11mm로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 체결부재(20)의 직경과 수직 방향의 길이는 제 2 체결부재(21)의 길이 및 배플(10)의 길이를 고려하여, 20mm 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 체결부재(21)의 직경과 수직 방향의 길이는 5mm 이하로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배플의 단면도를 도시한 도면이다. 제 1 실시예와 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 체결부재(30)의 가스 통로부(14)의 외부 직경은 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경보다 작게 형성된다. 상기 제 1 체결부재(30)의 가스 도입부(12)의 외부 직경은 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경보다 크게 형성되고, 상기 제 2 체결부재(31)의 외부 직경은 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경보다 크게 형성된다.
상기 제 1 체결부재(30) 및 제 2 체결부재(31)가 배플(10)의 도입 구멍(13)을 내부 및 외부에서 막을 수 있도록 형성되며, 성막 가스는 제 1 체결부재(30)의 채널(11)을 통해서만 흐를 수 있다. 제 1 체결부재(30)의 가스 통로부(14)와 배플(10)의 도입 구멍(13)이 이격되어 형성되더라도, 제 1 체결부재(30)의 채널(11)의 직경을 조절함으로써 성막 가스의 흐름을 조정할 수 있다. 즉, 배플(10)의 도입 구멍(13)의 크기와 큰 영향을 받지 않으며, 상기 도입 구멍(13)이 다양한 직경을 갖더라도 동일한 제 1 체결부재(30)와 제 2 체결부재(31)의 사용이 가능하다.
즉, 성막 가스의 흐름을 미세하게 조정할 때, 상기 배플(10)의 도입 구멍(13)의 직경과 관계없이, 상기 제 1 체결부재(30)의 채널(11)의 직경 만을 고려하여 사용할 수 있다. 이로써, 본 발명의 에피텍셜 반응기는 배플의 도입 구멍의 수, 위치 및 직경의 영향을 받지 않는다. 다양한 크기의 직경으로 형성된 채널을 포함하는 제 1 체결부재를 포함함으로써, 다양한 조건의 가스 흐름을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 에피텍셜 반응기는 다양한 직경의 가스도입구가 형성된 제 1 체결 부재와 제 2 체결부재를 포함하여 배플(baffle)의 형상 변경 없이 성막 가스 흐름의 미세 조정이 가능하고, 에피텍셜 박막 성장을 효율적으로 할 수 있으며, 박막 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1: 프로세스 챔버 9: 격벽
2: 웨이퍼 10: 배플
3: 서셉터 11: 채널
4: 서셉터 지지부 12: 가스 도입부
5: 리프트 핀 13: 도입 구멍
6: 리프트 핀 지지축 14: 가스 통로부
7: 블레이드 20,30: 제 1 체결부재
8: 서셉터 지지축 21,31: 제 2 체결부재

Claims (1)

  1. 내부공간이 마련된 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버의 내부공간에 설치되며, 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터;
    상기 프로세스 챔버의 측부에 결합되어 상기 프로세스 챔버의 내부공간에 성막 가스를 도입하기 위한 복수의 도입 구멍이 형성된 배플(baffle);
    상기 배플의 복수의 도입 구멍에 삽입되고, 가스 도입부, 가스 통로부 및 채널로 구성된 복수의 제 1 체결부재; 및
    상기 제 1 체결부재를 고정하는 복수의 제 2 체결부재를 포함하고,
    상기 복수의 제 1 체결부재 각각은 상기 성막 가스의 흐름에 따라 필요한 직경을 갖는 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 반응기.
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