KR20120012336A - 서셉터 및 이를 포함하는 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 서셉터는, 오목부를 구비한 탄화 규소 소결체; 및 상기 오목부 내에 위치하면서 스핀들이 장착되는 스핀들 장착부를 포함한다. 상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체보다 낮은 경도를 가진다.

Description

서셉터 및 이를 포함하는 증착 장치{SUSCEPTOR AND DEPOSITION APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 기재는 서셉터 및 이를 포함하는 증착 장치에 관한 것이다.
증착 장치에서는 증착물이 형성되거나 에피택셜 성장이 일어날 기판 또는 웨이퍼 등이 서셉터(susceptor) 위에 놓여진다. 이러한 서셉터는 고온 등의 조건에서 견딜 수 있도록 내열성이 높은 탄화 규소를 사용하여 이루어질 수 있다.
이러한 증착 장치에서는 서셉터가 하부에 위치한 스핀들이 의해 회전하게 된다. 그런데, 우수한 경도의 서셉터를 사용하게 되면 서셉터의 높은 경도에 의하여 스핀들이 마모될 수 있다. 이러한 스핀들은 증착 장치에 장착되어 있으므로, 스핀들이 마모되어 교체하기 위해서는 많은 비용이 들 수 된다.
실시예는 스핀들의 마모를 방지할 수 있는 서셉터 및 이를 포함하는 증착 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 서셉터는, 오목부를 구비한 탄화 규소 소결체; 및 상기 오목부 내에 위치하면서 스핀들이 장착되는 스핀들 장착부를 포함한다. 상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체보다 낮은 경도를 가진다.
상기 탄화 규소 소결체는 탄화 규소 및 불가피한 불순물만으로 이루어질 수 있다. 상기 스핀들 장착부가 흑연을 포함할 수 있다.
상기 스핀들 장착부가 볼트 형태로 형성되고, 상기 오목부가 형성된 부분의 상기 탄화 규소 소결체가 너트 형상으로 형성되어, 상기 스핀들 장착부와 상기 탄화 규소 소결체가 나사 결합될 수 있다. 상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체에 끼움 결합될 수 있다.
실시예에 따른 증착 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며 웨이퍼 또는 기판을 지지하는 서셉터; 및 상기 서셉터 하부에서 상기 서셉터를 회전하는 스핀들을 포함한다. 상기 서셉터는, 오목부를 구비한 탄화 규소 소결체; 및 상기 오목부 내에 위치하면서 상기 스핀들이 장착되는 스핀들 장착부를 포함한다. 상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체보다 낮은 경도를 가진다.
상기 스핀들이 몰리브덴을 포함하고, 상기 스핀들 장착부가 흑연을 포함할 수 있다. 상기 탄화 규소 소결체는 탄화 규소 및 불가피한 불순물만으로 이루어질 수 있다.
상기 스핀들 장착부가 볼트 형태로 형성되고, 상기 오목부가 형성된 부분의 상기 탄화 규소 소결체가 너트 형상으로 형성되어, 상기 스핀들 장착부와 상기 탄화 규소 소결체가 나사 결합될 수 있다. 상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체에 끼움 결합될 수 있다.
실시예에 따르면, 서셉터가 탄화 규소 소결체와 이 내부에 장착되는 스핀들 장착부를 포함한다. 탄화 규소 소결체에 의하여 서셉터의 경도는 우수한 상태로 유지하면서 이보다 낮은 스핀들 장착부에 의하여 스핀들의 마모는 방지할 수 있다. 이에 의하여 증착 장치의 수명을 늘릴 수 있고, 부품 교체 비용을 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 증착 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 서셉터에 스핀들이 장착된 상태를 도시한 배면 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 서셉터에 스핀들이 장착된 상태를 도시한 단면도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시예에 따른 증착 장치의 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 증착 장치는, 챔버(18), 이 챔버(18) 내에 위치하며 웨이퍼(10) 또는 기판 등을 지지하는 서셉터(30), 이 서셉터(30) 하부에 장착되어 서셉터(30)를 회전시키는 스핀들(16)을 포함한다. 스핀들(16)은 일례로 몰리브덴을 포함하는 금속 재질일 수 있다.
도면에서는 서셉터(30) 위에 웨이퍼 캐리어(12)가 위치하고, 이 웨이퍼 캐리어(12) 위에 웨이퍼(10)가 위치한 것을 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 가열 필라멘트(22) 등의 발열체를 구비한 가열 조립체(20)가 서셉터(14) 아래에 배치된다. 전극(25)을 통하여 전류가 되면 가열 필라멘트(22)가 가열되어, 챔버(18) 내부가 증착에 적정한 온도로 유지되도록 한다.
상술한 설명 및 도 1은 증착 장치의 일례로서 제시한 것에 불과하며, 실시예는 기상 증착 장치(CVD), 유기 금속 기상 증착 장치(MOCVD) 등의 다양한 증착 장치가 본 실시예에 속한다.
이러한 증착 장치에 사용되는 서셉터(30)를 도 2 및 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. 도 2는 제1 실시예에 따른 서셉터에 스핀들이 장착된 상태를 도시한 배면 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 서셉터(30)는, 하부면에 오목부(32a)를 구비한 탄화 규소 소결체(32)와, 오목부(32a) 내에 위치하면서 스핀들(16)이 장착되는 스핀들 장착부(34)를 포함한다. 스핀들(16)은 스핀들 장착부(34)에 형성된 홈(36) 부분에 고정될 수 있다.
이때, 스핀들 장착부(34)가 탄화 규소 소결체(32)보다 낮은 경도를 가진다. 본 실시예의 서셉터(30)는 벌크(bulk) 형태의 탄화 규소 소결체(32)를 포함하므로 서셉터(30)의 수명을 연장하면서도, 스핀들(16)이 마모되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 종래의 서셉터에서는 흑연 구조체 위에 기상 증착법 등에 의하여 탄화 규소층을 형성하였는데, 탄화 규소층이 박리되는 등의 문제가 발생할 수 있었다. 실시예에서는 탄화 규소 소결체(32)를 사용하므로 이러한 문제를 방지할 수 있고, 결과적으로 서셉터(30)의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 종래에는 탄화 규소 소결체(32)의 높은 경도에 의해 회전 시에 스핀들(16)이 마모될 수 있다. 실시예에서는 스핀들(16)이 장착되는 스핀들 장착부(34)를 탄화 규소 소결체(32)보다 낮은 경도로 형성하므로 스핀들(16)의 마모를 방지할 수 있다.
스핀들 장착부(34)가 마모되었을 때에는 스핀들 장착부(34)만을 교체하면 되므로, 부품 교체 비용 및 시간을 최소화할 수 있다.
일례로, 탄화 규소 소결체(32)는 탄화 규소 및 불가피한 불순물만으로 이루어진 소결체일 수 있고, 스핀들 장착부(34)는 흑연을 포함할 수 있다. 이에 따라 탄화 규소 소결체(32)는 밀도가 3.15 g/cm3이고, 비커스 경도가 3500 이상. 일례로 3750, 굽힙 강도가 456 Mpa, 열팽창 계수가 4.4 X 10-6, 열 전도도가 207 W/m.k일 수 있다. 스핀들 장착부(34)는 밀도가 1.55 g/cm3이고, 비커스 경도가 680 일 수 있다.
본 실시예에서 스핀들 장착부(34)는 끼움 결합에 의하여 탄화 규소 소결체(32)에 고정될 수 있다.
이러한 서셉터(30)를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 오목부(32a)를 구비한 탄화 규소 소결체(32)를 형성한다. 탄화 규소 소결체(32)는 열간 가압 소결 방법 또는 반응 결합(RBSC, reaction bonded silicon carbide) 방법에 의하여 형성될 수 있다.
열간 가압 방법은, 원료 혼합 단계, 과립화 단계, 그리고 가열 및 성형 단계를 포함할 수 있다.
원료 혼합 단계에서는 탄화 규소 분체, 수지, 용매 등을 혼합한다. 수지로는 페놀계 수지를 1~5%로 포함할 수 있다. 용매로는 알코올계 또는 수계 물질을 포함할 수 있다. 알코올계 물질로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA) 등을 들 수 있고, 수계 물질로는 물을 사용할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
과립화 단계에서는 혼합된 원료를 과립화한다. 일례로, 스프레이 건조기(spray dryer)를 이용하여 혼합된 원료를 과립화할 수 있다.
가열 및 성형 단계에서는 과립화된 혼합 원료를 열간 가압 소결 장치에 넣고 열간 가압하여 원하는 형상의 탄화 규소 소결체를 형성할 수 있다. 이때, 혼합 원료를 예비 가압한 후 2000~2300℃ 이상의 온도에서 30~40MPa의 압력으로 과립화된 가열할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 RBSC 방법은, 원료 혼합 단계, 과립화 단계, 성형 단계, 그리고 가열 단계를 포함할 수 있다. 원료 혼합 단계 및 과립화 단계는 열간 가압 소결 방법에서와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
성형 단계에서는 과립화된 혼합 원료를 냉간 등방압 성형 장치(cold isostatic press, CIP)에서 슬립 주입(slip casting)에 의하여 원하는 형상으로 성형할 수 있다. 이때, 냉간 등방압 성형 장치의 압력은 1000~3000MPa일 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
가열 단계에서 진공 열처리 장치 등에 성형된 혼합 원료와 함께 규소를 넣은 후 열처리하여 탄화 규소 소결체(32)를 형성한다. 이때, 열처리 온도는 1400~1600℃일 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 탄화 규소 소결체(32)를 용도 등을 고려하여 가공한다.
이어서, 탄화 규소 소결체(32)를 염산 또는/및 초음파를 이용하여 세정한다.
이어서, 탄화 규소 소결체(32)의 오목부(32a) 내에 스핀들 장착부(34)를 끼움 결합으로 결합한다.
이러한 제조 방법에 의하면 탄화 규소 소결체(32)와 스핀들 장착부(34)를 포함하는 서셉터(30)를 간단한 방법으로 형성할 수 있다.
이하, 제2 실시에에 따른 서셉터 및 이의 제조 방법을 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. 제1 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 도 4는 제2 실시예에 따른 서셉터에 스핀들이 장착된 상태를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 서셉터(302)에서는 스핀들 장착부(340)가 볼트 형태로 형성되고, 오목부(302a)를 포함한 탄화 규소 소결체(320)가 너트 형상으로 형성된다. 이에 따라 스핀들 장착부(340)와 탄화 규소 소결체(320)가 나사 결합에 의하여 결합될 수 있다.
이때, 스핀들(16)이 회전하는 방향으로 돌리는 것에 의해 스핀들 장착부(340)가 오목부(302a) 내에 장착되도록 할 수 있다. 그러면, 스핀들(16)이 회전되어도 스핀들 장착부(340)가 탄화 규소 소결체(320) 내에 견고하게 정착된 상태를 유지할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 오목부를 구비한 탄화 규소 소결체; 및
    상기 오목부 내에 위치하면서 스핀들이 장착되는 스핀들 장착부
    를 포함하고,
    상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체보다 낮은 경도를 가지는 서셉터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄화 규소 소결체는 탄화 규소 및 불가피한 불순물만으로 이루어지는 서셉터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들 장착부가 흑연을 포함하는 서셉터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들 장착부가 볼트 형태로 형성되고, 상기 오목부가 형성된 부분의 상기 탄화 규소 소결체가 너트 형상으로 형성되어,
    상기 스핀들 장착부와 상기 탄화 규소 소결체가 나사 결합되는 서셉터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체에 끼움 결합되는 서셉터.
  6. 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하며 웨이퍼 또는 기판을 지지하는 서셉터; 및
    상기 서셉터 하부에서 상기 서셉터를 회전하는 스핀들을 포함하고,
    상기 서셉터는, 오목부를 구비한 탄화 규소 소결체; 및 상기 오목부 내에 위치하면서 상기 스핀들이 장착되는 스핀들 장착부를 포함하고,
    상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체보다 낮은 경도를 가지는 증착 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스핀들이 몰리브덴을 포함하고, 상기 스핀들 장착부가 흑연을 포함하는 증착 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 탄화 규소 소결체는 탄화 규소 및 불가피한 불순물만으로 이루어지는 증착 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 스핀들 장착부가 볼트 형태로 형성되고, 상기 오목부가 형성된 부분의 상기 탄화 규소 소결체가 너트 형상으로 형성되어,
    상기 스핀들 장착부와 상기 탄화 규소 소결체가 나사 결합되는 증착 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 스핀들 장착부가 상기 탄화 규소 소결체에 끼움 결합되는 증착 장치.
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