KR101268910B1 - 코팅모재에 대한 ＣＶＤ ＳｉＣ 코팅방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법에 관한 것으로, 특히 더미 웨이퍼, 리액터, 쿼츠(Quartz) 등의 반도체, MOCVD용 메인디스크 및 SCL 디스크 등의 LED, 각종 트레이와 쿼츠 등의 LCD 및 솔라에 구성되는 모재의 표면에 저온저압의 CVD SiC 코팅기법을 통해 박막을 증착시켜 코팅막질의 견고성 및 내산화성 등의 우수성을 가질 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법은, 쿼츠재질 또는 세라믹재질의 코팅모재의 표면에 600~1200℃의 저온, 500mTorr 이하의 저압 대역에서 코팅막을 증착한다. 본 발명은 600~1200℃의 저온에서 용해되는 SiH4 또는 SiH2Cl2 및 CH4 가스가 투입된다. 본 발명은 코팅막이 도전성 코팅막이다.

Description

코팅모재에 대한 ＣＶＤ ＳｉＣ 코팅방법{CVD SiC coating method for element to be coated}
본 발명은 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법에 관한 것으로, 특히 더미 웨이퍼, 리액터, 쿼츠(Quartz) 등의 반도체, MOCVD용 메인디스크 및 SCL 디스크 등의 LED, 각종 트레이와 쿼츠 등의 LCD 및 솔라에 구성되는 모재의 표면에 저온저압의 CVD SiC 코팅기법을 통해 박막을 증착시켜 코팅막질의 견고성 및 내산화성 등의 우수성을 가질 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 코팅기법이 적용되는 분야인 반도체공정장치란 진공상태에서 플라즈마 현상 등 물리적 또는 화학적 반응을 이용하여 기판을 식각하거나, 증착하는 등 반도체공정을 수행하는 장치를 말한다. 반도체공정장치는 일반적으로 반도체공정을 수행하기 위하여 챔버 내에 설치된 샤워헤드를 통하여 반응가스가 주입되며, 주입된 반응가스는 전원 인가에 의하여 챔버 내에 플라즈마를 형성하게 되고, 챔버 내에 형성된 라디칼 등의 플라즈마 상태 물질에 의하여 기판의 표면은 반도체공정의 목적에 따라서 식각되거나, 증착되는 등 반도체공정이 수행된다.
그리고 반도체공정을 수행하기 위하여 챔버 내에 주입되는 가스는 반응가스와 증착처리 등을 수행하기 위한 원료가스로 구성된다. 그런데 종래의 반도체공정장치는 반도체공정을 수행하기 위하여 플라즈마가 형성될 때 챔버 내의 아크(Arc) 발생, 이온의 충돌, 이온주입 등에 의하여 기판 및 기판에 형성된 회로소자에 손상을 초래하여 공정불량을 야기할 수 있는 문제점이 있다.
또한 일반적으로 반도체 웨이퍼의 제조 공정은 실리콘 기판에 산화막을 성장시키고 불순물을 침적시키며 침적된 불순물을 실리콘 웨이퍼 내로 원하는 깊이까지 침투시키는 확산 공정과, 식각이나 이온주입이 될 부위의 보호 부위를 선택적으로 한정하기 위해 마스크나 레티클(reticle)의 패턴을 웨이퍼 위에 만드는 사진 공정, 감광액 현상이 끝난 후 감광액 밑에 성장되거나 침적 또는 증착된 박막들을 가스나 화학약품을 이용하여 선택적으로 제거하는 식각 공정, 및 화학기상증착(CVD;Chemical Vapor Deposition)이나 이온 주입 또는 금속 증착 방법을 이용하여 특정한 막을 형성시키는 박막 공정 등의 단위 공정을 포함한다.
이러한 단위 공정중에서 막질 증착 설비는 처리량 및 유지보수 등을 고려하여 배치(batch)방식을 사용한다. 배치방식을 사용하게 되면 막질이 웨이퍼 뒷면(backside)까지 증착되게 된다. 이때, 웨이퍼의 이송은 이송로봇에 의해 이루어지는데, 이송시 이송로봇의 블레이드와 웨이퍼 뒷면간의 접촉이 일어나게 된다. 이때, 블레이드 대비 경도가 약한 막질의 경우 블레이드에 의한 스크래치(scratch)에 의해 막질 뜯김이 발생하여 파티클이 발생할 수 있다. 일반적으로, 반도체 제조 공정에서 사용되는 블레이드는 모스경도가 9.0-9.4정도인 세라믹 소재가 사용되기 때문에 웨이퍼 로딩/언로딩시 웨이퍼 뒷면(모스경도:7.0) 스크래치가 발생할 수 있으며, 웨이퍼 뒷면에 스크래치가 발생할 경우 후속 크리닝 스탭(cleaning step)에서 흐름성 파티클(몰림성 파티클)이 발생할 수 있다. 또한, 웨이퍼 뒷면의 파티클이 정전척 및 챔버를 오염시켜 크리닝(cleaning) 주기를 떨어뜨리고 파티클 소스로 작용하게 된다. 이러한 블레이드에 의해 웨이퍼 뒷면 스크래치는 배치 타입의 세라믹 블레이드뿐만 아니라 싱글타입의 세라믹 블레이드에 의한 웨이퍼 이송시에도 동일 현상이 발생하여 파티클 불량을 유발하게 된다.
이러한 문제들을 해소하기 위하여 종래에는 SiC 코팅, CVD SiC 코팅방법들을 적용하는 시도들이 있어왔다.
SiC 코팅으로는 CVI(Chemical Vapor Infiltration) 코팅, CVR(Chemical Vapor Reaction) 코팅, CVD(Chemical Vapor Deposition) 코팅 등이 있다.
CVI는 그라파이트 소재를 원하는 형상으로 선가공한 후 소스를 침투시켜 표면에 SiC를 형성하는 기술로 가공공차의 변형이 있을 수 있고, CVR은 그라파이트 소재를 원하는 형상으로 선가공한 후 소스를 흘려주어 그라파이트 전체를 SiC로 재성형하는 기술로 가공치수가 변하지는 않지만 표면강도 및 진행단가가 높아 비효율적이며, CVD는 널리 알려진 반도체 CVD 공정과 동일한 방법으로 박막을 증착하는 기술로 막질의 견고성 및 내산화성 등 매우 우수한 막질을 얻을 수 있는 기술이나 두께의 한계성이라는 단점을 내포하고 있다.
이와 같이 SiC 코팅은 전체적으로 고순도 분말이 필요하고, 소결소제, 바인더 등의 첨가물로 고순도를 얻기 어려우며, 제조단가가 높고 복잡한 형상 제조물에는 부접합하다는 여러 가지 단점이 있어 여러 가지 조건을 만족하기 위한 시도가 끊임없이 이어져왔다 해도 과언이 아니다.
상기 코팅중에서 특히 CVD SiC 코팅기술이 상대적으로 나은 코팅특성을 얻을 수는 있으나, 이 코팅기법 역시 치밀하고 순도가 높은 코팅막을 제공할 수 있다는 장점이 있으나, 반면에 도 1에 도시된 바와 같이 기판과의 경계에서 매우 급격한 조성 변화가 이루어지고, 부착력 또는 장력 스트레스로 인한 크랙의 위험성이 높으며, 복잡한 형상의 재료에 부적합할 뿐만 아니라 두께의 한계로 상기 SiC 코팅과 마찬가지로 만족스러운 코팅결과를 얻기에는 한계가 있었다.
구체적인 예를 들어보면 종래 CVD SiC 코팅은 막질 증착을 위한 온도대역을 1300℃~1400℃로 설정하고, 압력대역은 100~500Torr 정도로 설정하여 증착을 하여왔다. 즉 고온 진공로에서 100~500Torr 정도의 중압대역에서 고온으로 가스를 주입하여 막을 증착한 것이다.
그러나 이러한 종래 막 증착기술은 고온에서 행해지므로 장시간의 온도 다운시간을 필요로 하고, 이로 인해 제품 생산능력이 저하되므로 많은 설비투자가 필요하다는 단점이 있다.
또한 중압에서 막 증착이 행해지므로 막질의 밀도가 저압공정보다 엉성하여 만족스럽지 못한 반도체 제조를 야기하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 코팅기법에 관련된 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저온 저압대역에서 분해가 쉬운 가스를 투입하여 막질의 밀도를 높임으로써 코팅모재의 표면 개선이 이루어지도록 한 CVD SiC 코팅방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제품 생산 온도를 낮추므로 전체 공정시간의 단축 및 제품 생산능력의 증가로 설비투자비용을 절감할 수 있도록 한 CVD SiC 코팅방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법은, 코팅모재의 표면에 600~1200℃의 저온 대역 및, 500mTorr 이하의 저압 대역에서 코팅막을 증착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 쿼츠재질 또는 세라믹재질의 모재에 코팅하는 방법을 특징으로 한다.
본 발명은 코팅막이 도전성 코팅막인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법은, 진공펌프를 이용하여 코팅장소의 압력을 다운시키고; 저온대역인 600~1200℃의 온도와 500mTorr 이하의 압력을 코팅장소에 공급하여 투입되는 SiH4 또는 SiH2Cl2 가스와 CH4 가스가 모재의 표면에 용해되도록 하며; 모재의 표면에 SiC 막이 형성되면 상온까지 온도를 다운시키고; 상온에 도달시 상압으로 압력을 상승시켜 코팅된 모재를 출하하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법에 따르면, 저온저압 대역에서 CVD SiC 코팅을 모재에 적용하여 코팅막질의 견고성 및 내산화성 등의 우수성을 갖도록 함으로써 반도체 제조효율 향상과 생산성 및 내구성 증대라는 뛰어난 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 CVD SiC 코팅의 예.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 코팅방법에 따른 CVD SiC 코팅시 균일한 두께 분포를 확인할 수 있는 예.
도 3은 본 발명의 CVD SiC 코팅시 표면 분석예.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 코팅이 적용되는 서포트 링의 본래 링 사진.
도 4c는 본 발명의 코팅이 적용된 서포트 링의 사진.
도 5a는 본 발명의 코팅이 적용되기 전의 쿼츠 보트의 사진.
도 5b는 본 발명의 코팅이 적용된 쿼츠 보트의 사진.
본 발명은 코팅모재의 표면에 600~1200℃의 저온대역 및, 500mTorr 이하의 저압대역에서 SiH4 또는 SiH2Cl2 가스와 CH4 가스를 투입하여 코팅막을 증착한다.
본 발명이 적용되는 코팅모재는 세라믹계열 및 석영재질이다.
본 발명의 코팅을 위해서는 코팅되어야 할 모재를 코팅장소에 적재한 후 진공펌프를 이용하여 압력을 다운시키고, 저온대역인 600~1200℃의 온도와 500mTorr 이하의 압력을 코팅장소에 공급하여 투입되는 SiH4 또는 SiH2Cl2 가스와 CH4 가스가 모재의 표면에 쉽게 용해되도록 하며, 이러한 과정을 통해 모재의 표면에 SiC 막이 형성되면 상온까지 온도를 다운시키고 상온에 도달시 상압으로 압력을 상승시켜 코팅된 모재를 출하하는 과정을 거친다.
상기 가스의 화학식은
SiH4 + CH4 = Si + H4(증발) + C + H4(증발) = Si + C = SiC
SiH2Cl2+ CH4 = Si + H2(증발) + Cl2(증발) + C + H4 = Si + C = SiC
가 된다.
(실시예)
코팅모재에 대해 본 발명의 CVD SiC 코팅을 행한 후 코팅막질을 분석해보면, 표 1(단위 ppm)에 나타낸 바와 같이 칼슘, 칼륨, 티타늄, 구리, 아연, 알루미늄, 망간, 나트륨 및 철이 각각 일정량 포함된 것으로 밝혀졌으며, 반도체등 오염원이 없는 특수 산업의 공정에 사용하기 적합한 수치를 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 코팅막질의 성분들로 인해 반도체 제조효율을 향상시킬 수 있다.
Element Ca K Ti Cu Zn Al Mg Na Fe
CVD SiC 0.09 0.009 0.002 0.001 0.018 0.013 0.014 0.013 0.004
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 CVD SiC 코팅기법을 적용하면 코팅막이 균일한 두께 분포를 보인다는 것을 알 수 있다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이 코팅막이 형성된 표면이 균일한 막을 형성하므로 본 발명의 목적 달성에 적합함을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 적용부품을 추가 설명하면 다음과 같다.
먼저, 서셉터를 들 수 있으며, 그라파이트에 본 발명의 코팅을 적용하면 유도가열에 적합해지고, 내부식성이 강해지며, CVD 막질로 불순물의 함유가 적어진다.
쿼츠보트(Quartz boat)를 들 수 있으며, 정기적인 화학적 PM으로 인한 슬롯의 공자 변화로 인하여 웨이퍼가 달라붙는 현상이 발생하여 소모성이 심하고 사용주기 연장을 위해 본 발명의 CVD SiC 코팅이 적용될 수 있다. 본 발명의 코팅이 적용되면 내산성 및 내열성이 강하고 열전도가 양호해 진다. 특히 쿼츠재질의 경우 1200℃ 이상의 온도를 가하면 변형이 발생하여 기존의 SiC 코팅 공정조건으로 코팅시 제품의 변형으로 불량이 발생하는 문제를 해소하였다.
또한 카본 위에 SiC 코팅을 할 경우 기존의 공정조건과 동일하게 하면 되나, 5mm 이하의 얇은 두께의 코팅시 카본이 고온에 의해 휨이 발생하여 불량이 발생하는 문제를 해결하였다. 5mm 이하의 카본제품에 SiC 코팅을 하려면 상기 쿼츠의 조건보다는 높지만 기존 조건보다 낮은 온도가 필요한바, 이에 적합한 온도가 본 발명의 온도조건인 1000~1200℃의 온도대역이다.
리프트핀을 들 수 있으며, LCD 설비의 리프트핀으로 그라파이트 위에 본 발명의 CVD SiC 코팅을 적용하면 원가절감이 가능하고 고온 및 내산성과 내열성이 좋아진다.
로봇 블레이드를 들 수 있으며, 정전척 등 잔류된 플라즈마에 의한 웨이퍼의 떨림 및 튐 등을 방지하기 위하여 기존의 Ti-ALN 코팅 대신에 본 발명의 코팅을 적용하면 산성에 취약한 점을 해소할 수 있다.
브레이징용 지그를 들 수 있으며, 본 발명의 코팅을 적용하면 가공 공차에 변화가 없이 고온 브레이징에 견딜 수 있고, 기존의 Al2O3 계열 사용시 고단가와 열충격을 해소할 수 있다.

Claims (4)

  1. 코팅모재가 놓여진 코팅장소의 압력을 진공펌프를 이용하여 다운시키는 제1과정;
    상기 코팅장소에 대해 600~1,200도의 저온대역 및, 500mTorr 이하의 저압대역을 적용하고, SiH2Cl2 및 CH4 가스를 투입하여 코팅모재의 표면에 용해되도록 하여 SiC 코팅막을 증착시키는 제2단계;
    상기 코팅모재의 표면에 SiC 코팅막이 증착되면 코팅장소에 대해 상온까지 온도를 변화시키는 제3과정; 및
    상기 코팅장소에 대한 온도가 상온에 도달하면 상압으로 압력을 상승시켜 코팅된 모재를 출하하는 제4과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 코팅막은 도전성 코팅막인 것을 특징으로 하는 코팅모재에 대한 CVD SiC 코팅방법.
  4. 삭제
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