KR100454122B1 - ＣＶＤ 반응 장치용 다공 ＳｉＣ 가이드 링의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링에 관한 것이다. 이를 위해, 웨이퍼(7)를 향해 반응 가스를 분출시키는 분산 헤드(11); 상기 분산 헤드(11)의 상부에 위치한 다공 가이드(9); 상기 다공 가이드(9)의 하단에 부착되어 상기 웨이퍼(7)를 안착시킬 수 있도록 구멍(5)이 천공되어 있고, 상기 웨이퍼(7)의 두께보다 얇은 두께를 가지는 가이드 링(1)을 포함하는 CVD 반응 장치에 있어서, 상기 가이드 링(1)은 상기 반응 가스와 상기 가이드 링(1)이 반응하여 생성된 부산물을 흡수하기 위한 다공성 SiC 가이드 링(1)인 것을 특징으로 하는 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링을 포함한다.

Description

ＣＶＤ 반응 장치용 다공 ＳｉＣ 가이드 링의 제조방법{Producting Method of a Porous SiC Guide Ring For CVD Apparatus}

본 발명은 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공 SIC 가이드 링을 구비함으로써, CVD 공정 중 생성되는 부산물을 용이하게 흡착하여 웨이퍼 상에 박막 형성 효율을 증가시킬 수 있는 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반응 가스를 공급해서 기상 또는 기판표면에서 화학반응을 통해 박막을 형성하는 방법인 CVD는 반응실의 압력에 따라 APCVD(상압 화학 기상 증착), LPCVD(저압 화학 기상 증착), HPCVD(고압 화학 기상 증착)으로 나뉜다.

CVD 공정에서 웨이퍼 상에 증착시킬 반응 가스를 웨이퍼로 분출시키면 상기 웨이퍼와 반응 가스가 화학 반응을 일으켜 소정의 박막이 형성된다.

그리고, 반응 가스는 웨이퍼를 안착시키는 가이드 링과도 반응하여 부산물이 생성되는데 상기 부산물은 상기 가이드 링에 증착되어 반응 가스가 흘러내리는 것에 대해 일종의 쉴드(shield)역할을 하여 웨이퍼상에 박막이 잘 형성되도록 하는 역할을 한다.

종래의 가이드 링은 석영이나 일반 SiC를 사용하고 있으나, 상기 종래의 가이드 링은 기공율이 극히 낮아 상기 부산물의 흡착율이 떨어지고, 식각이 잘 되어 가이드 링의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 비효율성을 해결하기 위하여 상기 부산물을 보다 효과적으로 흡착하고 긴 수명을 가진 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링에 관한 요구가 높아지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써,본 발명의 제 1 목적은 높은 기공율을 가짐으로써, 부산물을 효과적으로 흡착가능한 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 높은 흡착율을 통해 종래의 가이드 링의 수명에 비해 훨씬 긴 수명을 가진 CVD 반응 장치치용 다공 SiC 가이드 링 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 높은 흡착율을 가짐으로써, CVD 공정에서 소정의 박막의 형성이 잘 되도록 할 수 있는 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 웨이퍼(7)를 향해 반응 가스를 분출시키는 분산 헤드(11); 상기 분산 헤드(11)의 상부에 위치한 다공 가이드(9); 상기 다공 가이드(9)의 하단에 부착되어 상기 웨이퍼(7)를 안착시킬 수 있도록 구멍(5)이 천공되어 있고, 상기 웨이퍼(7)의 두께보다 얇은 두께를 가지는 가이드 링(1)을 포함하는 CVD 반응 장치에 있어서, 상기 가이드 링(1)은 상기 반응 가스와 상기 가이드 링(1)이 반응하여 생성된 부산물을 흡수하기 위한 다공성 SiC 가이드 링(1)인 것을 특징으로 하는 CVD 반응 장치용 다공성 SiC 가이드 링에 의해 달성된다.

그리고, 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 기공율은 15 ~ 20%인 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 다공 SiC 가이드 링(1) 두께를 가공할 웨이퍼(7)의 두께보다 얇고 상면이 평탄하도록 평면 연삭을 하는 단계(S10); 상기 다공 SiC 가이드 링(1) 외곽 치수를 지정된 치수로 가공 하는 단계(S20); 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 내경을 경사지게 테이퍼 가공을 하는 단계(S30); 상기 다공 SiC 가이드 링(1)을 600 ~ 800 ℃에서 0.5 ~ 2 시간 동안 열처리하여 불순물을 제거하는 단계(S40); 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 표면을 산으로 세정하여, 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 표면의 금속 성분을 제거하는 1 차 세정 단계(S60);상기 다공 SiC 가이드 링(1)을 초음파를 통해 5 ~ 15 분 동안 세정을 하는 2 차 세정 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공 SiC 가이드 링의 제조 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 상기 테이퍼 가공의 구배는 웨이퍼를 안착, 고정시킬 수 있도록 40 ~ 45°인 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다공 SiC 가이드 링의 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 A - A'의 단면도,

도 3은 본 발명에 사용되는 CVD 반응 장치의 주요부를 나타낸 정면도,

도 4는 다공 SiC 가이드 링의 제조 과정을 나타낸 흐름도,

도 5는 통상의 SiC와 본 발명의 다공 SiC의 물성 비교표,

도 6은 본 발명에 따른 다공 SiC 가이드 링의 규격표.

< 주요 도면 부호에 관한 간단한 설명>

1 : 다공 SiC 가이드 링, 3 : 내경 측면,

7 : 웨이퍼, 9 : 가이드,

11 : 분산 헤드, 13 : 근접 히터,

15 : 배기부.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다공 SiC 가이드 링의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다공 SiC 가이드 링(1)은 실리콘 웨이퍼(7)를 안착시키기 위하여 구멍(5)이 천공되어 있다. 상기 천공된 SiC 가이드 링(1)의 내측면(3)은 상기 웨이퍼(7)를 고정시키기 위하여 상측에서 하측으로 갈수록 내경이 작아지도록 테이퍼 가공이 되어 있고, 각 모서리(4)는 모따기가 되어 있다.

상기 SiC 가이드 링(1)의 재질은 기공율이 18%인 다공 SiC로 되어 있어 흡착율이 뛰어나다. 상기 다공 SiC의 기공율이 15% 이하이면 흡착율이 떨어져 수명이 짧아지고 상기 웨이퍼(7)상의 박막형성의 효율이 저하되며, 기공율이 20% 이상이면 영률과 굴절강도가 작아져서 쉽게 부서지게 되므로 기공율이 15 ~20% 인 것이 적당하나, 일반적으로 기공율이 약 18%인 다공 SiC가 많이 사용된다.

도 2는 도 1에 도시된 A - A'의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 SiC 가이드 링(1)의 각 네 변의 측면하단은 소정의 폭만큼 내측으로 절삭가공 되어 있고, 도 1에서 설명한 바와 같이 내측면이 일정한 구배 기울기를 가지도록 테이퍼 가공이 되어있음을 알 수 있다. 상기 내측면은 40 ~ 45°범위의 구배를 가지도록 하는 것이 일반적이다.

도 3은 본 발명에 따른 CVD 반응 장치의 주요부를 나타낸 정면도이다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 여러 종류의 CVD 공정 중 APCVD(상압 화학 기상 증착)방식을 채택하였다.

상기 APCVD 방식은 대기압에서의 공정이므로 반응 장비 제작이 용이하고 박막 형성이 빠른 장점이 있으며, 주로 저온 산화막(LTO)이나 에피텍셜층의 제조에 사용된다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 APCVD 방식에 사용되는 CVD 반응 장치는 크게 히터(13), 다공 가이드(9), 다공 SiC 가이드 링(1), 분산 헤드(11), 배출부(15)로 구성되어 있으며 상기 구성들은 쳄버(미도시)내에 설치되어 있다.

상기 히터(13)는 상기 웨이퍼(7)에 고온의 열을 전달하여 반응 가스(17)가상기 웨이퍼(7)와 화학 반응을 일으켜 상기 웨이퍼(7) 표면에 박막을 형성하기 위한 것이다.

상기 다공 가이드(9)는 상기 히터(13)의 하부에 위치하고, 상기 히터(13)로부터 전달된 고온의 열을 상기 웨이퍼(7)에 전달하며 상기 SiC 가이드 링(1)을 지지하는 역할을 한다.

상기 SiC 가이드 링(1)은 상기 다공 가이드(9)의 하단에 부착되어 있고, 상기 웨이퍼(7)를 안착, 고정시키는 서셉터로서의 역할을 함과 아울러, 반응 가스가 상기 SiC 가이드 링(1)과 반응하여 생성된 부산물이 상기 SiC 가이드 링(1)에 증착되어 반응 가스가 흘러내리는 것을 방지하여 상기 웨이퍼(1)상에 박막이 잘 형성되도록 하는 역할을 한다.

상기 분산 헤드(11)는 반응 가스를 주입받아 복수개의 분리대(19)를 통해 상기 웨이퍼(7)상으로 상방으로 고르게 분출시키기기 위한 것이다.

상기 배출부(15)는 소진된 반응 가스를 쳄버(미도시) 외부로 배출시키는 곳이다.

도 3을 이용하여 CVD 공정과 상기 SiC 가이드 링(1)의 역할을 다시 설명하기로 한다.

상기 분산 헤드(11)로 주입된 반응 가스(17)는 복수개의 분리대(19)를 통해 상기 웨이퍼(7) 표면으로 분출된다. 상기 반응 가스(17)의 일부는 웨이퍼(7)와 화학 반응을 일으켜 원하는 박막층이 증착되고, 반응하지 않은 일부는 내측에서 외측으로 흘러간다.

또한, 일부 반응 가스(17)는 상기 다공 SiC 가이드 링(1)과 반응하여 부산물이 생성되는데, 상기 부산물이 상기 다공 SiC 가이드 링(1)상에 증착되어 일정 두께의 층을 형성함으로써, 상기 반응하지 않은 일부 반응 가스(17)가 상기 웨이퍼(7)와 반응하여 박막을 형성하도록 하여 박막의 형성 효율을 증가시키게 된다.

도 4는 다공 SiC 가이드 링(1)의 제조 과정을 나타낸 흐름도이다. 이하에서는 도 4를 참조하여 다공 SiC 가이드 링(1)의 제조 과정을 설명하기로 한다.

우선, 다공 SiC의 두께를 가공할 웨이퍼(7)의 두께보다 얇고 상면이 평탄하도록 평면 연삭을 한다(S10). 본 실시예에서는 두께는 4.56 mm가 되도록 하고, 평면의 고르기를 나타내는 조도는 약 1.4 ㎛로 가공하였다.

그 다음, 상기 다공 SiC의 외곽 치수를 지정된 치수로 가공한다(S20). 본 실시예에서는 상측의 외곽 치수는 310.31mm ×303.77mm로, 하측의 외곽 치수는 290.17mm ×283.49mm로 가공하였다.

그 다음, 상기 웨이퍼(7)를 안착, 고정시킬 수 있도록 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 구멍(5)의 내경을 경사지게 테이퍼 가공을 한다(S30). 본 실시예에서는 상측의 내경치수는 230.25mm로 하측의 내경 치수는 221.68mm로 가공하였다.

그 다음, 상기 다공 SiC를 600 ~ 800 ℃에서 0.5 ~ 2 시간 동안 열처리하여 가공 중 생성되는 먼지등의 불순물을 제거한다(S40).

그 다음, 불순물을 제거한 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 외관을 검사하고 현미경을 통해 표면 검사를 행한다(S50).

그 다음, 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 표면을 염산, 질산등의 산으로 세정하여, 상기 다공 SiC 가이드 링(1) 표면의 은, 수은, 구리, 니켈, 카드뮴, 아연, 코발트등의 금속 성분을 제거한다(S60).

그 다음, 상기 다공 SiC를 초음파를 통해 5 ~ 15 분 동안 상기 금속 성분 외의 불순물을 제거하는 세정을 행한다(S70). 상기 초음파 세정에는 사용 주파수대에 따라 일반 주파수 초음파 세정방식과 메가 소닉 세정방식이 채택된다.

그 다음, 완성된 다공 SiC 가이드 링(1)의 조도, 평면도등을 검사한다(S80). 이 때, 조도는 1.4 ㎛가 되는가를 검사하며, 평면도는 0.007 이하가 되는가를 검사한다.

도 5는 통상의 SiC와 본 발명의 다공 SiC의 물성 비교표이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용되는 다공 SiC는 다공질이므로 통상의 SiC에 비해 밀도가 낮고(2.56 g/㎠) 기공율이 높다(18%). 통상의 SiC는 기공율이 거의 0에 가깝다. 이는 SiC 내부에 기공이 거의 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 따라서, 흡착율이 매우 낮고 이로 인해 수명이 매우 짧다. 그러나 다공 SiC는 통상의 SiC에 비해 약 5배의 수명을 가진다. 그리고, 다공 SiC는 내열 온도가 높아서 고온의 열처리에 적합하다.

그러나, 상기 다공 SiC는 다공질이므로 영률(Young's modulus)과 굴절 강도는 통상의 SiC보다 낮다. 따라서, 너무 높은 기공율의 다공 SiC를 사용하면 부서지기 쉬우므로 20% 미만의 기공율을 가진 SiC가 바람직하다.

도 6은 본 발명에 따른 다공 SiC 가이드 링(1)의 규격표이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 상측의 외곽 치수는 310.31mm ×303.77mm로, 하측의 외곽 치수는 290.17mm ×283.49mm이며, 상측의 내경치수는 230.25mm로 하측의 내경 치수는 221.68mm이고, 두께는 4.56 mm가 되도록 한다. 그리고, 조도는 1.4 ㎛, 평면도는 0.007로 한다.

본 발명에서는 비록, 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 각변의 측면 하단을 절삭하였으나, 절삭하지 않는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에서는 상기 다공 SiC 가이드 링(1)을 천공하였으나, 천공하지 않고 일정한 깊이로 개구부를 형성하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에서는 APCVD방식을 채택하였으나, 이는 단지 CVD공법의 차이일 뿐이므로 LPCVD방식도 가능하다.

또한, 본 발명에서는 상기 분산 헤드(11)에서 상방으로 반응 가스를 분출시키는 방식이나, 하방 또는 측방에서 반응 가스를 분출시키도록 하는 것도 가능하다.

또한, 상기 제 2 차 세정에서는 초음파를 이용한 세정방식을 채택하였으나, 그 외에 브러싱 세정방식, 스프레이 세정방식, 자외선 조사 세정방식, 플라즈마 세정방식, 건조방식 등도 가능하다.

또한, 본 발명에서는 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 규격을 구체적으로 명시하였으나, 필요에 따라 규격을 변경하는 것도 가능함은 물론이다.

상기와 같은 CVD 반응 장치용 다공 SiC 가이드 링(1)에 의하면, 높은 기공율을 가진 다공 SiC 가이드 링(1)에 의해서 부산물을 효과적으로 흡착가능하게 하는 효과가 있다.

그리고, 다공 SiC 가이드 링(1)은 높은 흡착율을 가짐으로써, 종래의 가이드 링의 수명에 비해 약 5배의 긴 수명을 가지는 효과도 있다.

또한, 높은 흡착율을 가진 가이드 링에 의해 부산물이 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 표면에 증착됨으써, CVD 공정에서 소정의 박막의 형성이 잘 되도록 할 수 있는 효과도 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 다공 SiC 가이드 링(1) 두께를 가공할 웨이퍼(7)의 두께보다 얇고 상면이 평탄하도록 평면 연삭을 하는 단계(S10);

   상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 외곽 치수를 지정된 치수로 가공 하는 단계(S20);

   상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 내경을 경사지게 테이퍼 가공을 하는 단계(S30);

   상기 다공 SiC 가이드 링(1)을 600 ~ 800 ℃에서 0.5 ~ 2 시간 동안 열처리하여 불순물을 제거하는 단계(S40);

   상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 표면을 산으로 세정하여, 상기 다공 SiC 가이드 링(1)의 표면의 금속 성분을 제거하는 1 차 세정 단계(S60);

   상기 다공 SiC 가이드 링(1)을 초음파를 통해 5 ~ 15 분 동안 세정을 하는 2 차 세정 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공 SiC 가이드 링의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 테이퍼 가공의 구배는 40 ~ 45°인 것을 특징으로 하는 다공 SiC 가이드 링의 제조 방법.