KR101393459B1 - 표면에 오목면이 형성된 서셉터의 제조방법 및 그로부터 제조되는 서셉터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 서셉터의 제조방법은 표면반응지배 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S1); 및 물질전달지배반응 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S2);를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 표면반응지배 경로와 물질전달지배반응 경로를 순차적으로 사용하여 증착물질을 코팅함으로써, 오목한 코팅면을 가지면서도 기재와 증착층 사이의 접착불량이 발생하지 않는 서셉터를 제조할 수 있다.

Description

표면에 오목면이 형성된 서셉터의 제조방법 및 그로부터 제조되는 서셉터{MANUFACTURING METHOD OF SUSCEPTOR HAVING CONCAVE TYPE SURFACE AND SUSCEPTOR THEREBY}
본 발명은 표면에 오목면이 형성된 서셉터의 제조방법 및 그로부터 제조되는 서셉터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면반응지배 경로의 증착반응과 물질전달지배 경로의 증착반응을 순차적으로 적용하여 기재에 증착물질을 코팅함으로써 오목한 코팅면을 가지면서도 기재와 증착층 사이의 접착불량이 발생하지 않는 서셉터의 제조방법 및 그로부터 제조되는 서셉터에 관한 것이다.
탄소 소재는 강도 및 모듈러스가 높고 열 쇼크 내성이 높으며 경량이므로 고온의 응용분야에서 관심을 끌고 있다. 탄소 소재는 엔지니어링 소재로서 널리 사용되는바, 그 응용분야로는 히터, 전기 콘택트, 고온 열교환기, 로켓 노즐, 비행기날개의 리딩에지(leading edge) 뿐 아니라 반도체나 엘이디 소자를 제조하기 위해 필요한 서셉터 등을 들 수 있다. 다양한 탄소 소재들 중에서, 엔지니어링 소재로서 가장 일반적으로 쓰이는 소재는 그라파이트이다.
그러나, 그라파이트 소재의 경우 고온에서 내화학성이 떨어져 산소나 암모니아가스 분위기에서는 사용할 수 없다. 따라서, 그라파이트 소재를 고온의 소재로서 광범위하게 사용되기 위하여 그 내화학성을 증가시키는 것이 매우 중요하다.
따라서 그라파이트 소재에 SiC 및 Si3N4 코팅층을 형성하는 기술이 개시되고 있다. 이와 같이 코팅층이 형성된 그라파이트의 물리화학적 특성은 다양한 응용분야에서 요구되는 조건을 충족시켜 주며, 그라파이트 소재의 단점을 극복할 수 있는 가장 효과적인 방법으로 여겨지고 있다.
도 1은 그라파이트 재질의 기재(110)에 SiC박막(120)이 증착된 LED 제조용 서셉터(100)이다. 구체적으로 설명하면, LED 제조공정에는 사파이어 웨이퍼가 이용되는데, 사파이어 웨이퍼는 서셉터(100)에 의해 지지되어 여러 공정을 거쳐 제조되는 것이다. 도시된 바와 같이, LED 제조용 서셉터(100)는 상술한 이유로 그라파이트 재질의 기재(110)상에 SiC 박막(120)이 코팅되어 있다.
한편, LED 제조용 서셉터(100)는 사파이어 웨이퍼를 지지하는 표면(바닥면)이 오목하게 형성된 것을 알 수 있다. 이것은 사파이어 웨이퍼 상에 GaN박막을 증착할 때 고온분위기에서 공정을 진행하는데, 이때, 사파이어 웨이퍼가 하방으로 오목하게 변형되기 때문이다. 만약, 사파이어 웨이퍼를 지지하는 서셉터(100)가 오목하지 않고 평탄하게 형성되면 오목하게 변형되는 사파이어 웨이퍼와 전체적으로 접하지 못하게 되고, 그로 인해 사파이어 웨이퍼의 열균일도가 떨어진다.
따라서 사파이어 웨이퍼를 지지하는 서셉터(100)의 표면을 오목하게 형성하여 사파이어 웨이퍼와 전면적에 걸쳐 접하도록 함으로써 사파이어 웨이퍼의 열균일도를 유지할 수 있게 하는 것이다.
도 2는 종래 표면이 오목하게 형성된 서셉터(100)의 제조공정을 설명하는 모깃도이다. 도시된 바와 같이, 그라파이트 등의 기재(110)의 표면(111)을 오목하게 형성한 다음, 기재(110)상에 SiC 박막(120)을 화학기상증착방법으로 코팅하여 제조된다.
한편, 상술한 바와 같이, LED 제조용 서셉터(100)의 기재(110)로 그라파이트가 많이 사용되는데, 그라파이트를 15um이하의 오목한 형상(concave 형상)으로 한 쪽으로 기울어지지 않고 굴곡없는 정 오목형상으로 가공하는 것은 용이하지 않다.
상기 문제점을 해결하기 위한 새로운 공정으로서, 바닥면이 평탄한 포켓을 갖는 서셉터의 표면에 화학기상증착법으로 SiC 박막을 형성함에 있어, 증착반응을 물질전달지배반응이 되도록 유도함으로써 오목면이 형성된 세셉터의 제조방법이 본 출원인들에 의하여 제안된바 있다(대한민국특허출원 제2013-46417호). 그러나, 이 방법의 경우 증착면의 형성이 빠른 속도로 일어나기 때문에, 증착면이 그라파이트 표면의 미세한 홈이나 굴곡을 충분하게 따라가지 못하는 경우가 발생한다. 그에 따라, 그라파이트 기재와 SiC 박막층과의 접착이 튼튼하지 못하여 접착불량이 잦다는 문제점이 있다.
따라서 간단하게 오목한 표면을 형성하면서도 기재와 증착층과의 접착불량이 없는 새로운 서셉터(100) 제조방법이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 기재와 상기 기재상에 코팅된 박막층을 포함하는 세셉터의 제조방법에 있어서, 상기 박막층이 오목한 형태의 평면을 가지면서도 기재와 박막층 사이에 접착불량이 발생하지 않는 세셉터의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의하여 제조되는 서셉터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르는 서셉터의 제조방법은 표면반응지배 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S1); 및 물질전달지배 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S2);를 포함한다.
상기 S1 단계는 세부단계로서, 진공챔버의 내부에서 증착반응이 표면반응지배 경로를 따라 진행되도록 진공챔버 내의 분위기를 조성하는 단계(S1-1); 및 상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 표면반응지배 경로를 따라 반응하여 증착물질이 기재의 포켓 표면에 균일한 두께로 증착되는 단계(S1-2);를 포함한다.
상기 S1-1 단계에서의 진공챔버 내의 분위기는 1,000~1,200℃의 온도 및 1~300Torr의 압력으로 조성되는 것이 바람직하다.
상기 S1-2 단계에서의 반응가스의 주입량은 150~200ℓ/min.(at chamber volume 2,000ℓ)으로 제어되는 것이 바람직하다.
상기 S2 단계는 세부단계로서, 진공챔버의 내부에서 증착반응이 물질전달지배반응 경로를 따라 진행되도록 상기 진공챔버 내의 분위기를 조성하는 단계(S2-1); 상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 물질전달지배 경로를 따라 반응하여 증착물질이 기재의 표면에 경사지게 증착되는 단계(S2-2); 상기 기재를 소정각도 회전하는 단계(S2-3); 및 상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 물질전달지배 경로를 따라 반응하여 상기 증착물질이 상기 기재의 표면에 경사지게 증착되는 단계(S2-4);를 포함한다.
상기 S2-1 단계의 진공챔버 내의 분위기는 1,300~1,800℃의 온도 및 1~300Torr의 압력으로 조성되는 것이 바람직하다.
상기 S2-2 및 S2-4 단계들에서는 고갈효과(reactant depletion effect)가 발생되도록 상기 반응가스의 주입량이 제어되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 서셉터는 기재와 접착하는 접착면은 표면반응지배 경로의 증착반응으로 증착면이 형성되고, 표면은 물질전달지배 경로의 증착반응으로 형성된 것이다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 기재에 증착물질을 증착함에 있어 반응물질이 물질전달지배 반응경로를 통하여 반응함으로써 표면이 오목한 서셉터를 제조할 수 있는 효과가 있다. 다시 말하면, 반응물질이 증착되는 기재의 표면 형태와 무관하게 반응물질 자체를 오목하게 증착할 수 있는 것이다. 따라서 가공성이 낮은 기재를 평판하게 형성한 다음, 반응물질 자체를 오목하게 증착함으로써 전체적으로 오목한 서셉터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 따르면, 표면반응지배 경로와 물질전달지배반응 경로를 순차적으로 사용하여 증착물질을 코팅함으로써, 오목한 코팅면을 가지면서도 기재와 증착층 사이의 접착이 튼튼하고 또한 접착불량이 발생하지 않는 서셉터를 제조할 수 있다.
도 1은 그라파이트 재질의 기재(110)에 SiC 박막(120)이 증착된 LED 제조용 서셉터(100)의 모식적 단면도이다.
도 2는 표면이 오목하게 형성된 서셉터(100)의 종래의 제조공정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제조방법을 수행하는 서셉터 제조장치(1)의 모식적 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 제조방법의 각 단계를 설명하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 따라 기재상에 증착층이 형성되는 과정을 단계별로 설명하는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 제조방법의 일 효과를 설명하는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 서셉터를 제조하기 위하여 사용된 기재의 형상을 모식적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제조방법에 따르는 실시예로부터 제조된 세셉터의 포켓 면에 대하여 증착두께를 측정하여 도표화한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 제조방밥에 따르는 실시예로부터 제조된 서셉터의 단면에 대한 확대사진이다(SEM, 500배).
도 9b는 상기 서셉터에서 제1 증착층(220)과 기재(210)와의 접촉면을 기준으로 아래쪽으로 기재의 깊이에 따른 원소분석 결과를 정리한 표이다.
도 10a는 비교예에서 제조된 서셉터의 단면에 대한 확대사진(SEM, 500배)이고, 도 10b는 상기 서셉터에서 기재면으로부터 16~30㎛ 깊이에 해당하는 부분에 대한 원소분석 결과이다.
도 3을 참조하여 본 발명에 의한 서셉터 제조장치(1)를 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 서셉터 제조장치(1)는 반응이 진행되는 진공챔버(10)가 구비된다. 상기 진공챔버(10)는 반응가스가 공급되는 공급구(11)와, 상기 반응가스가 배출되는 배출구(12)가 형성된 통상의 챔버이다.
또한 상기 진공챔버(10)의 내부에는 턴테이블(20)이 구비된다. 상기 턴테이블(20)은 구동모터(미도시)에 의해 회전되는 구성요소이다.
상기 턴테이블(20)의 상면에는 지그(30)가 적재되며, 상기 지그(30)의 상면에는 기재(210)가 올려진다. 통상 상기 지그(30)는 메카니컬 척 또는 정전척으로 구성될 수 있고, 또한 생략될 수도 있다. 즉, 상기 턴테이블(20)은 기재(210)를 회전시키기 위한 회전수단인 것이다.
본 발명에 의한 서셉터 제조장치(1)에는 상기 진공챔버(10)의 공정조건을 제어하는 제어부(미도시)가 구비된다.
진공챔버(10) 내에 반응가스를 공급하고 기재(210)상에 증착하는 반응 메카니즘은 크게 표면반응지배 경로와 물질전달지배 경로로 나뉠 수 있다. 표면반응지배 경로의 증착은 상대적으로 저온분위기에서 저속으로 증착되는 반응경로이고, 물질전달지배 경로의 증착은 상대적으로 고온 분위기에서 고속으로 증착되는 반응경로이다.
표면반응지배 경로의 증착은 증착반응이 기재의 표면에서 수행되기 때문에, 예를 들어, 층착 챔버 내에 위치한 증착 대상, 즉, 기재의 표면 전체에 걸쳐 균일한 두께로 증착이 된다. 한편, 표면반응지배 경로의 증착은 상대적으로 늦은 속도로 증착이 수행된다. 따라서, 기재의 표면이 불규칙한 면이나 홈이 존재하더라도 증착층이 그 불규칙한 면을 따라 또는 홈을 채우면서 증착층이 형성된다.
물질전달지배 경로의 증착반응은 고온에서 수행된다. 물질전달지배 경로의 증착은 증착속도가 빠르기 때문에 증착두께를 결정하는 인자는 공급되는 반응가스의 양이다. 즉, 물질전달지배 경로의 반응에서는 공급되는 반응가스의 양에 의해 증착률이 결정되므로 반응가스를 공급하는 양에 따라 고갈효과(reactant depletion effect)가 발생된다. 그에 따라 가스가 공급되는 공급구에 가까운 쪽은 상대적으로 두께운 증착층이 형성되며, 공급구로부터 먼 위치에서는 상대적으로 얇은 두께의 증착층이 형성되거나 또는 증착층이 형성되지 않을 수도 있다.
본 발명은 화학적기상증착법에 의하여 기재상에 증착물질을 코팅함에 있어, 상술한 표면반응지배 경로와 물질전달지배 경로의 증착반응을 순차적으로 적용함으로써 오목한 코팅면을 가지면서도 기재와 증착층 사이의 접착불량이 발생하지 않는 서셉터의 제조방법이다.
이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 제조방법을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따르는 제조방법의 각 단계를 설명하는 블록도이고, 도 5는 본 발명의 제조방법에 따라 기재상에 증착층이 형성되는 과정을 단계별로 설명하는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 서셉터의 제조방법은 표면반응지배 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S1); 및 물질전달지배반응 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S2);를 순차적으로 행하여, 표면(바닥면)이 평탄한 기재 표면에 오목면(concaved surface)을 갖는 증착층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
도4의 S1 단계에서는 도 5의 (a)에 예시된 기재(210) 상에 화학기상증착법으로 증착물질을 코팅함에 있어 표면반응지배 경로로 증착반응이 수행되도록 반응조건을 제어한다. 상기 표면반응지배 경로를 통하여 증착반응이 수행됨으로써, 도 5의 (b)에 예시된 바와 같이 기재(210) 상에 제1 증착층(220)이 형성된다.
상기 기재(210)와 그에 증착되는 물질은 서셉터의 용도에 따라 다양한 재질일 수 있고, 예를 들어, LED 제조용 사파이어 웨이퍼의 서셉터인 경우에는 상기 기재의 재질은 그라파이트이고, 그에 증착되는 증착물질은 SiC 또는 Si3N4 코팅층일 수 있다.
이들은 적절한 전구체 화합물 상태로 기재(210)가 증착용 반응챔버 내로 유입되고 표면지배반응에 의하여 분해되거나 또는 반응하여 기재(210) 상에 증착된다. 증착물질인 SiC 또는 Si3N4의 전구체는 당업계 공지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, SiC 의 전구체로서는 알킬클로로실란이 사용될 수도 있고, 또는 SiH4와 같은 실란계 화합물과 메탄, 아세틸렌, 프로판과 같은 탄소원의 두 종류의 화합물을 임의의 당량비로 혼합된 가스를 사용할 수도 있다.
본 발명의 제조방법에서 상기 S1은 세부단계로서 진공챔버의 내부에서 증착반응이 표면반응지배 경로를 통하여 진행되도록 진공챔버 내의 분위기를 조성하는 단계(S1-1); 및 상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 표면지배반응에 의해 반응하여 증착물질이 기재의 포켓 표면에 균일한 두께로 증착되는 단계(S1-2);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
S1-1은 증착반응이 표면반응지배 경로로 진행되도록 진공챔버 내의 분위를 조절하는 단계이다. 구체적으로, 증착챔버 내의 분위기는 온도조건이 1,000~1,200℃의 범위, 압력조건은 1~300Torr인 것이 바람직하다.
증착챔버 내의 분위기가 조절된 이후, S1-2에서는 표면반응지배 경로의 증착반응에 적합하도록 반응가스의 주입량이 제어된 상태에서 증착챔버로 주입된다. 상기 반응가스는, SiC를 형성하는 규소원자와 탄소원자를 포함하는 주반응 가스가 캐리어 가스(cairrier gas)에 희석된 혼합가스이다. 주반응가스가 메틸클로로실란(methylchlorosilane, TMS)인 경우, 주반응 가스의 1.0~3.0g/min.의 양이 수소(H2) 가스와 같은 캐리어 가스(cairrier gas) 150~200ℓ/min.(at chamber volume 2,000ℓ)에 희석된 상태로 주입될 수 있다. 반응가스가 주입되면 화학기상증착방법에 의해 기재(210)상에 증착물질(SiC)이 증착된다.
상술한 세부단계를 거쳐 수행되는 S1 단계의 표면반응지배 경로의 증착반응은 저온/저압에서 수행되는 반응이다. 이 분위기에서의 증착반응은 기재의 표면에서 상대적으로 느린 속도로 진행된다. 따라서, 기재(210)상에 형성되는 제1 증착층(220)은 전제적으로 균일한 두께로 형성되고, 특히 증착층(220)의 하면, 즉 기재(210) 쪽 면은 기재(210)의 굴곡을 따라 기재의 표면에 밀착되어 형성된다.
본 발명의 세셉터의 제조방법에서, 오목면을 갖는 증착층을 형성하는 첫 번째 단계로 표면반응지배 경로의 증착반응을 수행함에 따는 첫 번째 이점은 그라파이트 재질의 기재와 같이 기재 자체가 다공성의 재질인 경우, 증착의 초기단계에서 증착되는 물질이 기재 표면의 기공에 일정 깊이로 침투하고, 그 결과로서 형성되는 제1 증착층(220)과 기재(210) 사이의 튼튼한 결합을 얻을 수 있다는 점이다.
두 번째 이점은, 기재의 표면에 미세한 홈과 같은 원치않은 불량이 있는 경우라도 상기 홈이 증착물질에 의하여 채워진 제1 증착층을 얻을 수 있다는 것이다. 도 6은 본 발명에 따르는 제조방법의 상기 두 번째 효과를 설명하는 모식도이다. 도 6에서, 종래방법에 따라, 기재의 표면에 물질전달지배반응 경로의 증착반응을 직접 수행하는 경우에는 증착반응이 매우 빠르게 일어나기 때문에, 기재의 표면에 원치않는 홈이나 굴곡이 있는 경우 중착층의 경계면이 홈이나 굴곡에 밀착되지 않아, 도 6의 (a)에서 부호 A로 표시된 것과 같은 공간이 생겨 접착불량이 발생한다. 그러나, 본 발명의 제조방법에서 S1 단계의 표면반응지배 경로의 증착반응에서는 증착이 상대적으로 느리고 조밀하게 진행된다. 따라서, 기재(210)상에 형성되는 제1 증착층(220)의 경계면은 기재의 표면에 홈이나 굴곡이 있는 경우에도 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 그 홈이나 굴곡의 면을 따라 형성되며, 균일한 두께로 형성된다. 따라서, 증착층(220)과 기재(210) 사이에 접착불량이 발생하지 않는다.
S2 단계에서는 S1 단계에서 형성된 제1 증착층(220) 상에 화학기상증착법으로 증착물질을 코팅함에 있어 상기 증착이 물질전달지배반응 경로로 수행되도록 증착조건을 제어함으로서, 제1 증착층(220) 상에 추가로 형성되는 제2 증착층(230)이 오목면(concave) 형태의 표면을 갖도록 증착한다.
도 4를 참조하여, 상기 S2는 세부단계로서 진공챔버의 내부에서 물질전달지배 반응이 일어나도록 상기 진공챔버 내의 분위기를 조성하는 단계(S2-1); 상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 물질전달지배반응에 의해 반응하여 증착물질이 기재의 표면에 경사지게 증착되는 단계(S2-2); 상기 기재를 소정각도 회전하는 단계(S2-3); 및 상기 반응가스가 물질전달지배반응에 의해 반응하여 상기 증착물질이 상기 기재의 표면에 경사지게 증착되는 단계(S2-4);를 포함한다.
S2 단계의 세부단계를 도 5를 참조하여 추가로 설명한다.
S2-1 단계에서는 진공챔버(10) 내의 반응이 물질전달지배 경로를 통하여 반응하도록 진공챔버 내의 분위기를 조성한다. 보다 구체적으로 설명하면, 반응가스의 반응이 물질전달지배 경로의 반응이 되도록 진공챔버(10)의 내부를 1,300~1,800℃의 온도조건 및 1~300Torr의 압력조건이 되도록 분위기를 조성한다.
S2-2 단계에서는 진공챔버의 내부로 반응가스를 주입하여 화학기상증착방법에 의해 기재(210)상에 증착물질(SiC)을 증착한다. 이때, 고갈효과가 발생하도록 반응가스의 주입량을 설정함으로써, 증착물질(230)이 기재의 표면 일측부터 타측으로 갈수록 얇아지는 형태, 즉, 경사지게 증착되게 한다(도 5의 (c) 참조). 만약, 반응가스를 충분하게 주입하면 진공챔버 내부에서는 고갈효과가 발생되지 않고 그에 따라 증착물질이 기재의 표면 전체에 걸쳐 평탄하게 증착된다.
본 발명에 따르는 제조방법의 바람직한 실시태양에서 제어부는 진공챔버(10)내의 반응이 물질전달지배 경로를 따라 증착이 행해지도록 진공챔버 내의 분위기를 조성한다. 보다 구체적으로 설명하면, 반응가스의 반응이 물질전달지배 반응이 되도록 진공챔버(10)의 내부를 1,300~1,800℃ 및 1~300Torr로 조성한다. 특히, 반응과정에서 고갈효과가 발생되도록 진공챔버 내에 공급되는 반응가스의 양을 제어한다.
본 발명자들의 반복실험에 의할 때, 주 반응가스가 메틸클로로실란(methylchlorosilane, TMS)인 경우, S2-1에서 조성된 수준의 온도 및 압력조건이면, S1-2 단계에서와 동일한 정도의 반응가스(주반응 가스+케리어 가스) 주입량으로 상기 고갈효과가 발생하는 것으로 확인되었다. 그러나 증착물질의 종류나 서셉터의 구조 및 형태에 따라 온도 및 압력이 변하는 것은 당연하다.
S2-3 단계에서는 상기 턴테이블(20)을 이용하여 기재(210)를 일정각도로 회전시킨다(도 5의 (d) 참조).
S2-4 단계에서는 상기 진공챔버의 내부로 반응가스를 주입하여 화학기상증착방법에 의해 기재(210)상에 다시 증착물질(SiC,230)을 증착한다. 이 때도 마찬가지로 고갈효과가 발생하도록 반응가스의 주입량을 조절하여 증착물질이 기재(210)의 표면 타측부터 일측으로 얇아지도록 경사지게 증착하는 것이다(도 5의 (e) 참조).
한편, 상기 S2-3 및 S2-4의 단계는 필요에 따라 반복될 수 있으며, S2-3 단계에서 기재(210)을 회전시키는 각도 역시 임의로 조정될 수 있어, 예를 들어 180° 또는 90°씩 회전을 반복할 수 있다.
이와 같이 제조된 서셉터(200)는 기재(210)의 표면은 평탄하지만, 기재상에 증착된 코팅층(220+230)이 오목하게 증착됨으로써, 서셉터(200)의 표면은 전체적으로 오목하게 형성될 수 있는 것이다. 다시 말하면, 기재(210)의 표면을 오목하게 형성하지 않고서도 오목면을 갖는 서셉터(200)를 제조할 수 있는 것이다.
상기 오목면의 깊이는 임의로 조정될 수 있다. 예를 들어, 사파이어 웨이퍼를 지지하는 서셉터인 경우 상기 오목면, 직경 100mm의 원반형 서셉터를 기준으로 5~15㎛의 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 오목면의 깊이는 원반 직경의 증감에 비례하여 함께 증감될 수 있다.
한편, S2 단계에서 증착되는 제2 증착층(230)은 S1 단계에서 증착된 제1 증착층(220)과 증착의 속도만이 다를 뿐 재질은 동일한 물질이다. 따라서, 이들은 실질적으로 경계면 없이 형성되는 연속적인 하나의 증착층이다. 따라서, S1 및 S2 단계를 조합하여 순차적으로 수행함으로써, 결과적으로, 도 6의 (b)에서 모식적으로 도시한 바와 같이, 기재(210)의 표면에 미세한 홈과 같은 표면결점이 있어도 홈의 내부 표면을 따라 경계면이 형성되면서도, 표면에 오목면(concaved surface)을 갖는 증착층 형성된 서셉터를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
도 7은 본 발명의 실시예에서 서셉터를 제조하기 위하여 사용된 기재의 형상을 모식적으로 도시한 것으로서, (a) 는 사시도, (b)는 측면도이다. 도 7에서, 기재는 높이(h) 10mm, 폭(w) 110mm, 포켓의 폭(w`) 103mm, 깊이(h`)는 0.7mm인 규격을 갖는 것으로서, 그라파이트 재질의 기재를 사용하였다.
서셉터 제조장치(챔버 용적 2000ℓ)의 내부에 구비된 턴테이블 위에 상기 기재를 올린 후, 챔버 내의 분위기를 온도 1,100℃, 압력 10Torrdml 조건으로 조절한 다음, SiC 전구체를 포함하는 주반응가스(Methyltrichlorosilane, 1.7cc/min 99.9%, 캐리어 가스로서 H2 170ℓ/min)를 170ℓ/min.의 속도로 공급하면서 3시간 동안 증착을 수행하여 평균두께 10㎛의 제1 증착층을 형성하였다.
다음으로, 챔버 내의 온도를 1300-1,500℃로 상승시킨 후(압력 동일) 다시 동일한 전구체 가스를 동일한 일한 공급량으로 챔버 내에 공급하면서 추가로 3시간 동안 증착을 수행하여 제 2증착층을 형성하였다. 증착 중에, 턴테이블은 15min. 간격으로 90°각도로 회전시키면서 증착을 수행하였다. 형성된 제2 증착층은 포켓의 중앙부분 약 35㎛, 포켓의 가장자리 약 45㎛의 두께였다.
도 8은 본 발명의 제조방법에 따라 실시예에서 제조된 세셉터의 포켓면에 대하여 증착두께를 측정하여 도표화한 그래프이다. 포켓 면의 중심을 통과하는 임의의 선을 X축으로 삼고, 상기 X축과 직교하는 수직선을 Y축으로 삼아, 각각의 축 방향으로 균등하게 11등분한 다음, 등분된 각 지점에서 서셉터 면의 깊이를 측정하여 도표화 하였다. 그래프에서 가로축은 균등하게 분할된 측정지점을 표시하고, 세로축의 숫자는 포켓의 깊이이며, 붉은색과 푸른색의 그래프는 각각 X축 및 Y축을 따라 측정된 깊이를 연결한 그래프이다(단위 mm). 도 8로부터, 본 발명에 따라 제조된 서셉터는 약 10㎛의 깊이로 형성된 오목면 형상을 갖는 증착층이 형성된 것임을 알 수 있다.
도 9a는 상기 실시예로부터 제조된 서셉터의 단면에 대한 확대사진이다(SEM, 500배). 도 9a로부터, 본 발명의 방법에 따라 제조된 서셉터는 SiC 증착층(220)과 기재(210)인 그래파이트가 접착불량 없이 튼튼하게 접착되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 9b는 상기 서셉터에서 제1 증착층(220)과 기재(210)와의 접촉면을 기준으로 아래 쪽으로 기재의 깊이에 따른 원소분석 결과를 정리한 표이다. 표로부터, 증착면, 즉, 기재의 표면으로부터 46~60㎛의 깊이에서도 증착물질인 SiC로부터 유래하는 원소인 Si의 함량이 몰비로 4% 이상이 존재하고, 심지어 106~120㎛의 깊이에서도 1%이상이 존재하는 것이 확인되었다. 이로부터, 표면반응지배 경로를 따라 그라파이트 표면에 SiC 코팅을 수행하는 경우, 상기 코팅이 그라파이트 내에 존재하는 미세한 기공을 침투하여 형성되는 것임을 할 수 있다.
비교예
실시예에서와 동일한 규격의 기재를 대상으로 증착을 수행하되 챔버 내의 온도를 처음부터 1,500℃로 유지시킨 상태에서 3시간 동안 증착을 수행하였다. 증착 중에, 턴테이블은 15min. 간격으로 90°각도로 돌려주면서 증착을 수행하였다.
도 10a는 비교예에서 제조된 서셉터의 단면에 대한 확대사진(SEM, 500배)이고, 도 10b는 SiC로 형성되는 증착층을 형성한 후 기재면으로부터 16~30㎛ 깊이에 해당하는 부분(사진에서, 보라색 박스로 표시한 부분)에 대한 원소분석 결과이다. 분석 결과 SiC 함량은 0%로 확인되어, 이하의 지점에 대한 원소분석은 생략하였다. 도 10a 및 10b로부터, 물질전달지배 경로를 따르는 증착반응은 증착이 그라파이트 기재의 표면에서만 수행되고, 기재의 내부로 SiC 층이 침투하여 형성되는 현상이 일어나지 않음을 확인할 수 있다.
1.. 제조장치 10.. 진공챔버
11.. 공급구 12.. 배출구
20.. 턴테이블 30.. 지그
200.. 서셉터 210.. 기재
220.. 제1 증착층 230.. 제2 증착층

Claims (10)

  1. 화학기상법에 의하여 그래파이트 재질의 기재상에 SiC 또는 Si3N4 코팅층이 형성된 웨이퍼 가공용 서셉터를 제조하는 방법에 있어서,
    표면반응지배 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S1); 및
    물질전달지배반응 경로의 증착반응을 수행하는 단계(S2);를 순차적으로 행하는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 평탄한 기재 표면에 오목면(concaved surface)을 갖는 증착층으로 형성된 것임을 특징으로 하는 서셉터의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 S1 단계는 세부단계로서
    진공챔버의 내부에서 증착반응이 표면반응지배 경로를 따라 진행되도록 진공챔버 내의 분위기를 조성하는 단계(S1-1); 및
    상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 표면지배반응에 의해 반응하여 증착물질이 기재의 포켓 표면에 균일한 두께로 증착되는 단계(S1-2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 S1-1 단계에서의 진공챔버 내의 분위기는 온도 1,000~1,200℃ 및 압력 1~300Torr의 조건인 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 S1-2 단계에서의 반응가스의 주입량은 150~200ℓ/min.(at chamber volume 2,000ℓ)으로 제어되는 것을 특징으로 하는 서셉터 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 S2 단계는 세부단계로서
    진공챔버의 내부에서 증착반응이 물질전달지배반응 경로를 따라 진행되도록 상기 진공챔버 내의 분위기를 조성하는 단계(S2-1);
    상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 물질전달지배반응 경로를 따라 반응하여 증착물질이 기재의 표면에 경사지게 증착되는 단계(S2-2);
    상기 기재를 소정각도 회전하는 단계(S2-3); 및
    상기 진공챔버 내로 주입되는 반응가스가 물질전달지배반응 경로를 따라 반응하여 상기 증착물질이 상기 기재의 표면에 경사지게 증착되는 단계(S2-4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 S2-1 단계의 진공챔버 내의 분위기는 1,300~1,800℃ 및 1~300Torr로 조성되는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 S2-2 및 S2-4 단계들은 고갈효과(reactant depletion effect)가 발생되도록 상기 반응가스의 주입량이 제어되는 것을 특징으로 하는 서셉터 제조방법.
  9. 제1항의 방법으로 제조된 그라파이트 기재상에 SiC 코팅층이 형성된 서셉터로서, 기재와 접착하는 접착면은 표면반응지배 경로의 증착반응으로 증착면이 형성되어 증착층의 일부가 기재에 침투되고, 표면은 물질전달지배반응 경로의 증착반응으로 형성되어 오목면을 갖는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오목면의 깊이는 직경 100mm의 원반형 서셉터를 기준으로5~10㎛인 것을 특징으로 하는 서셉터.
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