KR100976547B1

KR100976547B1 - 유도가열 서셉터 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100976547B1
Application number: KR1020080051409A
Authority: KR
Inventors: 김정일; 윤종성; 김배석
Original assignee: 주식회사 티씨케이
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2010-08-17
Also published as: KR20090125347A

Abstract

본 발명은 유도가열 서셉터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 포켓을 구비하는 흑연 서셉터와, 상기 흑연 전극의 일면 또는 전면에 코팅되며, 상기 흑연 서셉터의 저항을 100%로 할 때 1 내지 50%의 저항을 가지며, 유도가열시 상기 흑연 서셉터의 열팽창률을 100%로 할 때 70 내지 130%의 열팽창률을 가지도록 질소가 도핑된 세라믹 코팅층을 포함한다. 또한 본 발명 유도가열 서셉터 제조방법은, a) 포켓을 가지는 흑연 서셉터를 준비하는 단계와, b) 증착로에 상기 흑연 서셉터와 원료 가스, 불활성 가스인 캐리어 가스, 저항 및 유도가열시 열팽창률을 조절하기 위한 질소 가스를 혼입시켜 상기 흑연 서셉터의 일면 또는 전면에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 흑연 서셉터의 표면에 세라믹을 코팅하되, 그 세라믹과 흑연 서셉터의 저항과 열팽창계수의 차를 최소화함으로써, 유도가열시 세라믹의 균열 또는 박리를 방지하여 유도가열 서셉터의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

서셉터, 유도가열, 세라믹, 흑연

Description

유도가열 서셉터 및 그 제조방법{Inductive heating susceptor and manufacturing method thereof}

본 발명은 유도가열 서셉터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디 제조용 웨이퍼를 실장하고, 유도가열에 의한 열을 그 엘이디 제조용 웨이퍼에 전달하기 위한 유도가열 서셉터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, LED 제조를 위하여 사용하는 웨이퍼는 사파이어 웨이퍼이며, 이 사파이어 웨이퍼를 사용하여 LED를 제조하는 과정에서 증착로 내에서 그 사파이어 웨이퍼를 다수로 실장할 수 있는 서셉터가 필요하다.

상기 서셉터의 구조는 웨이퍼를 실장하기 위한 적어도 하나 이상의 포켓을 구비하고 있으며, 열의 균일한 전달을 위해 포켓의 내부 구조도 다양하게 적용하고 있다.

종래의 서셉터는 그 구조와는 상관 없이 고온안정성과 내화학성이 우수한 흑연 재질의 서셉터가 사용되었다. 그러나 흑연은 약한 충격이나 마찰에도 파티클을 발생시킬 우려가 있으며, 이러한 단점을 해소하기 위하여 그 흑연 서셉터의 표면에 세라믹을 코팅하는 방법들이 제안되고 있다.

그러나 서셉터의 표면에 세라믹을 증착하는 경우, 세라믹과 흑연의 열팽창계수의 차이에 의해 균열이 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 특히 서셉터의 저항성분을 이용하는 유도가열 방식에서는 그 세라믹과 흑연의 열팽창계수뿐만 아니라 세라믹과 흑연의 저항 차이에 의해 고른 가열이 용이하지 않거나, 박리 균열이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이물의 발생이 없으며, 균열 또는 박리 현상을 방지할 수 있는 유도가열 서셉터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 유도가열 서셉터는, 적어도 하나의 포켓을 구비하는 흑연 서셉터와, 상기 흑연 서셉터의 일면 또는 전면에 코팅되며, 상기 흑연 서셉터의 저항을 100%로 할 때 1 내지 50%의 저항을 가지며, 유도가열시 상기 흑연 서셉터의 열팽창률을 100%로 할 때 70 내지 130%의 열팽창률을 가지도록 질소가 도핑된 세라믹 코팅층을 포함한다.

또한 본 발명 유도가열 서셉터 제조방법은, a) 포켓을 가지는 흑연 서셉터를 준비하는 단계와, b) 증착로에 상기 흑연 서셉터와 원료 가스, 불활성 가스인 캐리어 가스, 저항 및 열팽창계수를 조절하기 위한 질소 가스를 혼입시켜 상기 흑연 서셉터의 일면 또는 전면에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 흑연 서셉터의 표면에 세라믹을 코팅하되, 그 세라믹과 흑연 서셉터의 저항차이에 의한 발열량의 차이를 최소화 시키고 이로부터 열에 의한 팽창의 차이를 최소화함으로써, 유도가열시 세라믹의 균열 또는 박리를 방지하여 유도 가열 서셉터의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명 유도가열 서셉터 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 유도가열 서셉터의 바람직한 실시예 일실시예의 평면 구성도이고, 도 2는 도 1에서 A-A'방향의 단면도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명 유도가열 서셉터의 바람직한 실시예는, 중앙부에 통공이 마련된 원판형의 흑연 서셉터(10)와, 상기 흑연 서셉터(10) 상에 다수로 마련되어 웨이퍼가 실장되는 포켓(11)과, 상기 포켓(11)의 저면부에 마련되어 상기 포켓(11)에 실장된 웨이퍼를 그 포켓(11) 내에서 회전시키는 호형의 가스순환홈(12)과, 상기 흑연 서셉터(10), 포켓(11) 및 가스순환홈(12)의 전면에 형성된 20 내지 200μm 두께의 세라믹 코팅층(20)을 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 유도가열 서셉터의 바람직한 실시예의 구성과 작용을 그 제조방법과 함께 상세히 설명한다.

먼저, 포켓(11)과 가스순환홈(12)을 포함하는 흑연 서셉터(10)를 형성한다. 이때 포켓(11)과 가스순환홈(12)은 흑연 서셉터(10)의 제조 후 가공을 하거나, 흑연 서셉터(10)의 성형시 동시에 성형할 수 있다.

상기 포켓(11)은 웨이퍼의 크기에 비해 약간 더 큰 원형의 홈이며, 그 포켓(11) 내의 가스순환홈(12)은 흑연 서셉터(10)의 저면측과 소통되는 가스 공급홈(13)으로부터 공급된 가스가 특정한 방향으로 회전하도록 하여, 포켓(11)에 실장된 웨이퍼들이 회전하여 균일한 공정처리가 되도록 할 수 있다.

상기와 같이 포켓(11), 가스순환홈(12) 등을 포함하는 포켓(11)의 상부에 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 SiC 또는 TaC 등의 세라믹 물질을 증착하여 세라믹 코팅층(20)을 형성한다.

이때 세라믹 코팅층(20)의 증착시 분위기는 질소 가스가 공급되는 분위기이며, 그 세라믹 코팅층(20)에는 질소가 포함되어 저항이 순수 세라믹의 저항보다 낮아지며, 상기 흑연 서셉터(10)의 저항에 비하여 최소 1% 내지 최대 50%의 범위를 가지게 한다.

또한 이와 같은 저항 범위가 되도록 질소를 포함시키면 유도가열시 그 세라믹 코팅층(20)의 열팽창률은 흑연 서셉터(10)의 열팽창률에 비하여 최소 -30%에서 최대 +30%의 범위를 가지게 된다.

즉, 흑연 서셉터(10)의 저항을 1로 할 때 상기 질소가 포함된 세라믹 코팅층(20)의 저항은 0.01 내지 0.5이며, 그 흑연 서셉터(10)의 열팽창률을 1로할 때 상기 질소가 포함된 세라믹 코팅층(20)의 열팽창률은 0.7 내지 1.3가 된다.

이하, 상기 흑연 서셉터(10)에 세라믹 코팅층(20)을 형성하는 방법을 보다 상세히 설명한다.

반응온도가 1000 내지 1500℃로 유지되는 증착로에 상기 준비된 흑연 서셉터(10)를 투입한 후, 원료 가스(유기금속 원료), 불활성 가스인 캐리어 가스, 저항을 낮추기 위한 질소 가스를 혼입하여 세라믹 코팅층(20)을 형성한다. 이때의 압력은 1~700torr 즉, 진공에서 상압까지 가능하지만 내화학성이 우수한 패식(facet)구조로 증착하기 위해서는 200~500torr의 감압조건이 적당하다.

상기 가스들의 구체적인 혼합유량은 캐리어 가스 100%의 부피에 대하여 원료가스를 2 내지 15부피%가 되도록 하며, 질소 가스는 그 원료가스 100% 부피에 대하여 1 내지 120부피%가 되도록 한다. 이와 같은 부피의 비는 일정한 온도에서 이루어지기 때문에 부피비를 이용하여 중량비를 산출할 수 있음은 당연하다.

상기 질소 가스의 농도가 1부피% 미만에서는 저항을 낮추는 효과가 미미하며, 120부피%를 초과하면 세라믹 전극(20)의 치밀도가 저하되며, 막 두께도 균일성이 저하될 수 있다.

상기 원료가스의 체류시간은 7 내지 110초로 하며, 성막 속도를 20 내지 400μm/hour로 한다. 이와 같은 조건에서 상기 세라믹 코팅층(20)의 형상은 내열성과 내화학성이 우수한 패싯(facet)구조가 된다.

상기 세라믹 코팅층(20)의 두께는 20 내지 200μm가 되도록 하며, 20μm 미만에서는 공정시 흑연 서셉터(10)의 흑연성분 등의 불순물이 그 세라믹 코팅층으로 확산될 수 있으며, 200μm를 초과하는 경우 세라믹 코팅층(20)과 흑연 서셉터(10) 사이의 응력이 커져 균열 또는 박리 현상이 발생할 수 있다.

아래의 표 1은 다양한 조건에서 세라믹 코팅층(20)을 흑연 서셉터(10) 상에 증착한 실험예들과 결과를 나타낸 것이다.

실시예	반응 온도℃	반응 시간(h)	원료 가스			질소 가스		세라믹 코팅층
실시예	반응 온도℃	반응 시간(h)	유량 (ㅣ/분)	농도 부피%	체류 시간(초)	유량 (ㅣ/분)	농도 부피%	막두께 (mm)	성막 속도 (μm/h)
1	1400	75	200	7.5	36.8	20	10	4.2	58
2	1400	75	200	7.5	36.8	60	30	3.7	40
3	1400	75	200	7.5	36.8	180	90	3.3	44
4	1400	75	200	7.5	36.8	240	120	3.0	40
5	1400	12	1000	7.5	7.4	700	70	4.7	392
6	1400	75	67	7.5	100.0	47	70	1.6	21
7	1400	75	200	5.0	36.8	140	70	2.5	33
8	1400	40	200	15.0	36.8	140	70	3.6	90
9	1500	75	200	7.5	34.7	140	70	4.8	64
10	1150	75	200	7.5	43.3	140	70	1.8	24

이와 같이 다양한 조건에서 세라믹 코팅층(20)을 형성한 결과 위의 가스 유량 및 온도 조건과 증착 속도를 만족하는 범위 내에서 상기 흑연 서셉터(10)와 유사한 저항과 열팽창계수를 가지는 세라믹 코팅층(20)을 획득할 수 있다.

이와 같이 흑연 서셉터(10)의 표면에 그 흑연 서셉터(10)와 유사한 저항 및 열팽창계수를 가지는 세라믹 코팅층(20)을 코팅함으로써, 유도가열을 할 때 세라믹 코팅층(20)이 박리되거나, 균열이 발생하는 것을 방지하여 서셉터의 수명단축을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명 유도가열 서셉터 일실시예의 단면 구성도이다.

도 2는 도 1에서 A-A'방향의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:흑연 서셉터 11:포켓

12:가스순환홈 13:가스공급홈

20:세라믹 코팅층

Claims

적어도 하나의 포켓을 구비하는 흑연 서셉터; 및

상기 흑연 전극의 일면 또는 전면에 코팅되며, 상기 흑연 서셉터의 저항을 100%로 할 때 1 내지 50%의 저항을 가지며, 유도가열시 상기 흑연 서셉터의 열팽창률을 100%로 할 때 70 내지 130%의 열팽창률을 가지도록 질소가 도핑된 세라믹 코팅층을 포함하는 유도가열 서셉터.
제1항에 있어서,

상기 세라믹 코팅층은,

재질이 SiC이며 그 두께가 20 내지 200μm인 것을 특징으로 하는 유도가열 서셉터.
a) 포켓을 가지는 흑연 서셉터를 준비하는 단계;

b) 증착로에 상기 흑연 서셉터와 원료 가스, 불활성 가스인 캐리어 가스, 저항 및 유도가열시 열팽창률을 조절하기 위한 질소 가스를 혼입시켜 상기 흑연 서셉터의 일면 또는 전면에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 유도가열 서셉터 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 b) 단계는,

상기 캐리어 가스 100%의 부피에 대하여 상기 원료 가스를 2 내지 15부피%가 되도록 하며, 상기 질소 가스는 상기 원료 가스 100% 부피에 대하여 1 내지 120부피%가 되도록 상기 증착로에 혼입하는 것을 특징으로 하는 유도가열 서셉터 제조방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 원료가스의 체류시간은 7 내지 110초로 하며, 상기 세라믹 전극의 성막 속도를 20 내지 400μm/hour로 하는 것을 특징으로 하는 유도가열 서셉터 제조방법.