KR101197259B1 - 박막증착장치의 내측판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막증착장치의 내측판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 내부에 코일히터가 마련되어 챔버 내부 온도를 제어하며, 광을 이용한 온도의 검출이 가능하며, 상기 광이 투과될 수 있는 내측판을 구비하는 박막증착장치에 있어서, 상기 내측판은 석영베이스과, 상기 석영베이스의 표면에 코팅된 SiC 또는 SiOC 재질의 코팅층을 포함한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 석영 재질의 내측판을 SiC 또는 SiOC로 코팅하여, 박막증착공정으로 증착되는 박막성분이 그 내측판에 증착되는 것을 방지함과 동시에 증착되어도 내부판의 색깔변화에 의해 내부 온도변화가 발생되지 않도록 하여, 박막증착장치의 지속적인 사용에도 공정온도의 변경을 방지할 수 있어, 수율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

박막증착장치의 내측판{Inner plate for MOCVD device}

본 발명은 박막증착장치의 내측판에 관한 것으로, 특히 엘이디를 제조하기 위한 MOCVD 장치의 내측판에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 또는 엘이디 제조공정에서 사용하는 박막증착장치는 증착되는 박막의 두께를 검출하기 위한 수단과 공정온도를 검출하는 수단 등 센서들이 다수 마련되어 있다.

상기 센서의 설치와 아울러 박막증착장치의 내부 공간의 기밀유지를 위하여 상부 덮개 또는 챔버의 측면부의 내측판은 석영(quartz) 재질로 마련되어 있다.

상기 석영 내측판은 박막증착장치의 제조사 마다 그 위치와 형태에 차이가 있을 수 있으나, 박막증착장치의 챔버 내측에 적어도 1면에 위치하고 있다.

상기 석영은 실리카 또는 실리콘옥사이드를 주성분으로 하는 것으로, 광의 투과성이 우수하며 제조공정 중에 상대적으로 이물의 발생이 적고, 가격이 상대적으로 저렴하다는 특징 때문에 사용되고 있다.

그러나 엘이디 등의 화합물 반도체를 제조하는 공정이 반복되면서, 증착되는 박막의 물질이 석영 내측판의 표면에도 증착되어 그 색상이 변화되며, 이에 의해 방사온도계 등에 오차가 발생하게 되고 박막증착장치의 챔버 내부 온도가 초기의 온도에 비해 사용 회수가 증가할수록 차이가 발생하게 되며, 이는 수율을 저하시키는 원인이 된다.

따라서 석영 내측판의 주기적인 교체 및 세정시 마다 상기와 같은 온도차이가 반복되기 때문에, 그 내측판의 교체 주기마다 공정상에 있어서 생산성을 저하시키는 원인이 된다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 박막증착장치의 내측판에 공정부산물이 증착되는 것을 방지함과 동시에 증착되어도 내부판의 색깔변화에 의해 내부 온도변화가 발생되지 않는 박막증착장치의 내측판을 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내화학성과 내마모성을 향상시켜 공정중 이물 발생을 방지하며, 광투과율을 일정하게 유지시켜 기판의 온도를 측정하는 장치의 오차를 감소시킬 수 있는 박막증착장치의 내측판을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 박막증착장치의 내측판은, 내부에 코일히터가 마련되어 챔버 내부 온도를 제어하며, 광을 이용한 온도의 검출이 가능하며, 상기 광이 투과될 수 있는 내측판을 구비하는 박막증착장치에 있어서, 상기 내측판은 석영베이스와, 상기 석영베이스의 표면에 흑색을 띠는 코팅된 SiC 또는 SiOC 재질의 코팅층을 포함한다.

삭제

상기와 같이 구성되는 본 발명 박막증착장치의 내측판은, 석영 재질의 내측판을 SiC 또는 SiOC로 코팅하여, 석영재질의 표면을 흑체화 시켜줌으로써 박막증착공정으로 증착되는 박막성분이 그 내측판에 증착되는 것을 감소시킬 수 있으며, 증착 되어도 흑체화에 의한 온도측정 오차를 방지할 수 있어 박막증착장치의 지속적인 사용에도 수율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명 박막증착장치의 내측판은, 표면이 SiC 또는 SiOC로 코팅되어, 내화학성 및 내식성을 향상시켜 그 내측판의 수명을 연장시킴으로써, 내측판의 교체주기를 연장하여 유지 및 관리비용을 절감하고, 내측판의 교체에 따른 공정중단을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 박막증착장치의 일실시 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막증착장치 내측판의 일실시 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막증착장치 내측판의 제조공정 순서도이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 박막증착장치의 내측판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용되는 박막증착장치의 일실시 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막증착장치의 내측판의 단면 구성도이다.

도 1 및 도 2를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막증착장치의 내측판은, 덮개(11)를 포함하여 증착공간을 제공하는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 내측에 회동가능하게 마련되어 기판(21)을 지지하는 서셉터(20)와, 상기 기판(21)을 가열하는 코일히터(30)와, 상기 덮개(11)의 내측면에 접하여 위치하며, 석영베이스(41)의 표면에 코팅층(42)이 코팅되어진 내측판(40)과, 상기 덮개(11)와 내측판(40)의 중앙부를 관통하여 마련된 노즐(50)과, 상기 덮개(11)에 삽입되어 위치하는 온도센서(60) 및 박막두께측정센서(70)와, 상기 챔버(10)의 내부를 배기하는 배기부(80)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1에 도시한 박막증착장치의 일실시예는 하나의 실시예일 뿐이며, 상기 온도센서(60) 및 박막두께측정센서(70)의 위치에 따라 상기 내측판(40)의 위치는 상기 챔버(10)의 측면측 등으로 변경설계 될 수 있음은 당업자 수준에서 쉽게 변경할 수 있다.

상기 서셉터(20) 또한 메인디스크와, 그 메인디스크의 포켓 내에서 기판(21)을 지지하면서, 회전하는 회전디스크를 포함할 수 있는 구조이며, 그 서셉터의 구조에 의해 본 발명은 한정되지 않는다.

상기 내측판(40)은 앞서 설명한 바와 같이 석영베이스(41)의 표면에 코팅층(42)이 코팅된 것이다. 상기 석영베이스(41)는 광투과 특성이 상대적으로 우수하지만, 증착공정이 진행될수록 박막 공정성분의 파티클(particle)이 다량 증착되어 복사열의 변화를 발생시킴과 아울러 온도센서(60)의 온도 검출파장의 검출오류가 발생할 수 있게 된다.

이와 같은 온도의 변화 또는 온도 검출 오류를 방지하기 위하여 상기 석영베이스(41)의 표면에 SiC 또는 SiOC를 코팅하여 흑색의 코팅층(42)을 형성한다. 이 코팅층(42)은 상기 석영베이스(41)에 비하여 공정이 진행 되어도 광투과율이나 색의 변화가 발생하지 않게 된다.

즉, SiC 또는 SiOC는 표면의 조도 등의 특성상 타 박막의 증착이 쉽지 않으며, 강도가 우수하며 내화학성 및 내식성을 가지는 것으로 알려져 있으며, 이러한 SiC 또는 SiOC를 석영베이스(41) 상에 코팅하여 내측판(40)의 특성을 개선할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막증착장치 내측판의 제조공정 순서도이다.

도 3을 참조하면, SiC 전구체 코팅용액을 제조하는 단계(S31)와, 상기 SiC 전구체 코팅용액을 석영베이스(41) 상부에 도포하는 단계(S32)와, 상기 도포된 SiC 전구체 코팅용액을 건조시키는 단계(S33)와, 열처리를 통해 상기 도포된 SiC 전구체를 SiC로 전환하는 단계(S34)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 박막증착장치의 내측판 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, S31단계에서는 SiC 전구체 물질을 용매에 녹여 코팅용액을 획득한다.

이때, SiC 전구체 물질은 구조식이 (-R₂SiCH₂-)n, (-R₂Si-)n 또는 (-R₂SiO-)n (R은 폴리머, n은 양의 정수)인 무기 고분자들 중 적어도 하나 이상에서 선택된 무기 고분자를 사용할 수 있으며, 특히 PCS(Polycarbosilane)를 사용할 수 있으며, 그 PCS를 용해시키는 용매는 헥산(Hexane), 크실란(Xylane), 톨루엔(Toluene), 테트라-하이드로퓨론(Tetra-hydrofuron)을 사용할 수 있다.

상기 열거한 용매에 용해되는 PCS의 양을 조절하여 코팅용액의 점도를 조절할 수 있으며, 이때 코팅용액의 점도는 석영베이스(41) 상에 코팅되는 SiC 또는 SiOC 코팅층(42)의 두께와 관계가 있다. 즉, 용액의 점도가 높을수록 코팅층(42)의 두께를 더 두껍게 코팅할 수 있다.

그 다음, S32단계에서는 상기 석영베이스(41) 상에 상기 PCS가 용매에 용해된 코팅용액을 코팅한다.

이때, 코팅용액의 코팅방법은 열을 사용하지 않는 것으로, 코팅용액에 상기 석영베이스(41)를 디핑법(dipping), 스핀코팅법(spin coating), 분사코팅법(spray coating)을 사용하거나, 상기 코팅용액을 석영베이스(41) 위에 흘려서 코팅(flow coating)하는 방법을 사용할 수 있다.

그 다음, S33단계에서는 상기 석영베이스(41) 상에 코팅된 코팅용액을 건조시킨다.

이때의 건조방법은 불활성가스 분위기 또는 진공분위기에서 건조할 수 있다. 또한 산소가 포함된 SiC의 코팅을 위해서는 공기 분위기에서 건조할 수 있다.

상기 산소의 포함여부에 따라 코팅층(42)은 SiC 또는 SiOC가 된다.

상기 건조과정에 의해 용매가 건조되어 상기 석영베이스(41)의 표면에는 PCS 코팅층이 형성된다.

그 다음, S34단계에서는 상기 형성된 PCS 코팅층을 열처리하여, PCS의 폴리머 성분을 제거하여 PCS 코팅층을 SiC 또는 SiOC 코팅층(42)으로 전환시킨다.

이때, 전환되는 코팅층(42)의 표면에 포말이 생기지 않도록 하기 위해서는 승온속도를 조절하여야 한다.

가장 적당한 승온속도는 5~30℃/hr의 낮은 승온속도를 가지게 하며, 최종 온도는 약 700~1500℃가 되도록 함이 적당하다.

이때 최종 열처리 온도를 조절하여 원하는 결정구조의 SiC 코팅층을 획득할 수 있다. 즉, 1000~1500℃의 열처리에 의해 상기 SiC 코팅층의 결정구조는 결정질이 되며, 700~1000℃의 열처리에 의해서는 비정질의 SiC 코팅층을 획득할 수 있게 된다.

또한, 상기 S34단계를 수행하기 전에 PCS 코팅층을 전처리하여 PCS 코팅층을 경화시키는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 상기 PCS 코팅층에 포함된 PCS 간의 결합이 크로스 링크가 되도록 하여 더욱 견고한 SiC 또는 SiOC 코팅층(42)을 획득하고 수율과 밀도를 높일 수 있도록 하는 것이다.

상기 전처리는 5 내지 20MGy의 전자빔 또는 자외선을 사용할 수 있다.

이 외에 200 내지 400℃의 온도에서 옥시데이션(oxidation)을 통해 경화할 수 있다.

이와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 박막증착장치의 내측판은 상기 코일히터(30)에 의해 챔버(10)의 내부 온도가 공정온도로 승온되고, 노즐(50)을 통해 공급되는 공정가스가 반응하여 기판(21)에 박막을 증착하는 과정에서, 그 챔버(10) 내에 위치하며 최초의 공정에서부터 광을 일부만 투과시키는 흑체여서 최초 공정에서부터 광을 일부만 투과시키며 이물의 흡착이 방지된다. 따라서 초기의 내측판(40)의 광투과율과 지속적인 사용 후의 내측판(40) 광투과율에는 변함이 없게 된다.

따라서 챔버(10)의 내부 온도는 상기 코일히터(30)에 의해 가열된 설정온도에서 변화되지 않고 유지됨이 가능하게 되며, 공정의 균일성이 확보된다.

또한 광을 이용하여 온도를 검출하는 온도센서(60) 또한 광투과율에 변화가 없기 때문에 정확한 온도를 검출할 수 있어, 챔버(10) 내부 온도의 정확한 제어가 가능하게 된다.

이와 같이 코팅된 박막증착장치의 내측판의 광투과 특성과 내화학성 특성을 코팅되지 않은 내측판과 비교실험한 결과를 아래의 표1에 도시하였다.

위의 표 1은 SiC 또는 SiOC가 표면에 코팅된 본 발명 박막증착장치의 내측판과 종래의 석영 내측판의 광투과율을 비교하고, 본 발명의 내측판과 종래 인코넬(Inconel) 내측판의 내화학성을 비교하기 위하여 산에서 유실된 중량비의 결과이다.

상기 투과율의 시험은 각각 두께가 6mm인 석영 내측판을 준비하고, 앞서 상세히 설명한 본 발명의 제조방법에 따라 SiC를 코팅한 시료와 코팅하지 않은 시료를 사용하여, 광을 투과시키고 그 투과율을 측정한 결과이다.

이 결과에서 알 수 있듯이 종래 석영 재질의 내측판은 약 93%의 광투과율을 보이며, 본 발명에 따른 내측판은 0.05%의 광투과율을 나타낸다.

그리고 상기 내화학성 실험은 인코넬 내측판과 본 발명에 따라 SiC로 코팅된 인코넬 시료를 동시에 80℃의 60% 질산용액에 투입하고, 48시간 후 중량을 측정하여 유실된 중량을 검출한 결과이며, 종래 인코넬 내측판은 1.64wt%의 중량이 유실되었으나, 본 발명에 따라 코팅된 내측판은 0.08wt%의 중량이 유실된 것을 알 수 있다.

이는 본 발명에 따라 코팅된 박막증착장치의 내측판은 종래에 비하여 20배 정도의 중량유실 방지의 효과가 있어, 그 수명을 보다 연장할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막증착장치의 내측판에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

40:내측판 41:석영베이스
42:코팅층

Claims (5)

1. 내부에 코일히터가 마련되어 챔버 내부 온도를 제어하며, 광을 이용한 온도의 검출이 가능하며, 상기 광이 투과될 수 있는 내측판을 구비하는 박막증착장치에 있어서,
   상기 내측판은 석영베이스와, 상기 석영베이스의 표면에 코팅된 흑색의 SiC 또는 SiOC 재질의 코팅층을 포함하는 박막증착장치의 내측판.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층은 하기의 구조식을 가지는 무기 고분자들 중 적어도 하나 이상에서 선택된 무기 고분자에서 유도된 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 내측판.
   
   구조식 : (-R₂SiCH₂-)n, (-R₂Si-)n 또는 (-R₂SiO-)n (R은 폴리머, n은 양의 정수)
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images