KR101477142B1 - 기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치. - Google Patents

기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치. Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시형태는 기판을 지지하는 기판 지지 장치로서, 일면에 복수의 오목홈을 구비하는 베이스 플레이트; 및 상기 오목홈에 위치하고, 상기 기판이 안착되며, 알루미늄 질화물 재질을 함유하는 지지 플레이트;를 포함하는 기판 지지 장치. 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 기판 지지 장치는 내부식성과 내열성을 보유하면서 기계적 강도 및 열전도도를 용이하게 조절할 수 있다.

Description

기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치.{Substrate supporting unit and Substrate supporting apparatus having the same}
본 발명은 피처리물을 지지하는 기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전도도를 조절할 수 있고 내구성이 우수한 기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(LED) 등 반도체 소자는 기판을 지지하는 장치가 구비된 진공 챔버 내에서 여러 가지 공정을 거쳐 제조되게 된다. 즉, 진공 챔버 내에 설치되는 기판 지지 장치의 상부에 웨이퍼 등의 각종 기판을 안착시키고, 증착, 식각 등 다양한 공정을 진행하게 된다.
한편, LED 제조 공정에서는 복수의 웨이퍼를 동시에 처리하기 위하여, 각 웨이퍼가 안착되는 복수의 지지 플레이트를 베이스 플레이트에 로딩하고, 각종 공정을 수행한다. 베이스 플레이트의 내부 혹은 하측에는 웨이퍼를 가열하기 위한 발열체가 설치될 수 있다. 지지 플레이트는 일반적으로 평탄면을 가지고 웨이퍼와 유사한 형상으로 제작된다. 지지 플레이트는 고온에서 사용하기 위하여 고온에서 열팽창이 작은 재질을 이용하며, 캐리어 가스를 활용하여 베이스 플레이트로부터 부상시키기 위하여 비중이 가벼운 재질을 이용한다. 이에 지지 플레이트로 그라파이트(Graphite) 소재를 주로 이용하여 왔다.
그런데, 그라파이트는 약한 충격이나 마찰에도 파티클을 발생시키거나, 수소(Hydrogen)를 포함하는 캐리어 가스와 파티클 간의 화학반응을 일으켜 불필요한 화합물을 생성하여 LED 등 반도체 소자에 영향을 미치므로, 표면을 탄화 실리콘(SiC) 등으로 코팅하여 사용한다.
그러나, 탄화 실리콘이 코팅된 그라파이트으로 제조된 기판 지지 플레이트를 사용하더라도, 지지 플레이트의 상부에 기판이 수용된 상태에서 회전하며 공정이 수행될 때, 기판의 상부모서리가 지지 플레이트의 가장자리 돌출부와 충돌하여 파티클이나 이물질을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 지지 플레이트는 고온에서 장시간 사용되는 데, 높은 온도에 의하여 탄화 실리콘 코팅막이 박리되거나 화학적 반응에 의해 식각되는 문제가 야기된다. 또한, 지지 플레이트 코팅층의 치핑(Chipping)에 의한 이물질이 발생된다. 이에, 지지 플레이트에 안착되는 기판상에 제조되는 반도체 소자의 특성에 악영향을 미치게 되고, 공정의 신뢰성과 수율이 저하되는 문제를 야기시킬 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2010-0060553호
본 발명은 열전도도의 조절이 용이한 기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치를 제공한다.
본 발명은 내구성을 향상시키고 수명을 연장할 수 있는 기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 지지 장치는 기판을 지지하는 장치로서, 일면에 복수의 오목홈을 구비하는 베이스 플레이트, 및 상기 오목홈에 위치하고, 상기 기판이 안착되며, 알루미늄 질화물 재질을 함유하는 지지 플레이트,를 포함한다.
여기서, 상기 지지 플레이트는 상면, 상기 상면과 대향하며 상기 오목홈에 위치하는 후면, 상기 상면과 상기 후면을 연결하는 측면을 구비하는 몸체, 및 상기 몸체의 가장자리에서 상측으로 돌출 형성된 단턱부를 포함한다. 상기 단턱부의 내측면과 상기 몸체의 상면이 이루는 각은 직각보다 작을 수 있다.
또한, 상기 몸체는 상면에 상부 방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 구비할 수 있고, 상기 돌기의 높이는 상기 단턱부의 높이 보다 낮을 수 있고, 상기 돌기들은 상기 몸체의 중심에 대하여 방사상으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 단턱부는 내측면에 측방향으로 돌출되는 복수의 제1 돌출부를 구비할 수 있고, 상기 단턱부는 내측면에 상기 제1 돌출부 보다 측방향으로 더 돌출되는 제2 돌출부를 구비할 수 있다.
상기 지지 플레이트는 상기 알루미늄 질화물에 희토류 산화물 및 알카리토류 산화물 중 적어도 하나가 혼합되어 형성될 수 있으며, 상기 희토류 산화물은 Y2O3, La2O3, CeO2, Nd2O3을 포함하고, 상기 알카리토류 산화물은 CaCO3, S2CO3, BaCO3을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 지지대는 기판이 직접 접촉되는 플레이트로서, 상면, 상기 상면과 대향하는 후면, 상기 상면과 상기 후면을 연결하는 측면을 구비하는 몸체, 및 상기 몸체의 가장자리를 따라서 상측으로 돌출 형성된 단턱부를 포함하고, 상기 몸체 및 상기 단턱부는 알루미늄 질화물을 함유한다.
상기 단턱부의 내측면과 상기 몸체의 상면과 이루는 각도는 60도 이상 90도 미만의 범위일 수 있고, 상기 몸체는 상면에 상부 방향으로 돌출되고, 상기 단턱부의 높이 보다 낮은 복수의 돌기를 구비할 수 있다. 상기 단턱부의 높이는 상기 기판 두께와 동일하거나 이 보다 클 수 있으며, 상기 돌기의 높이는 상기 단턱부 높이를 100이라 할 때 6 내지 26 범위일 일 수 있다. 또한, 상기 복수의 돌기는 상기 몸체의 중심으로부터 동일 거리에 배치될 수 있다.
상기 단턱부는 내측면에 측방향으로 돌출되는 복수의 제1 돌출부를 구비할 수 있고, 상기 단턱부는 내측면에 상기 제1 돌출부 보다 측방향으로 더 돌출되는 제2 돌출부를 구비할 수 있으며, 상기 제1 돌출부는 상기 기판의 가장자리 측면에 접촉하는 길이로 돌출되며, 상기 제2 돌출부는 상기 기판의 플랫존 측면에 접촉하는 길이로 돌출될 수 있다.
상기 몸체 및 단턱부는 상기 알루미늄 질화물에 희토류 산화물 및 알카리토류 산화물 중 적어도 하나가 0.1 내지 10 중량%로 혼합될 수 있고, 상기 희토류 산화물은 Y2O3, La2O3, CeO2, Nd2O3을 포함할 수 있고, 상기 알카리토류 산화물은 CaCO3, S2CO3, BaCO3을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시형태들에 따르면, 기판 지지대 즉 기판이 직접 안착되는 기판 지지 플레이트를 알루미늄 질화물 재질로 제조하므로, 내부식성과 내열성을 보유하면서 기계적 강도 및 열전도도를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 알루미늄 질화물 단일 재질로 기판 지지대를 제조하므로, 코팅층의 박리나 치핑 등을 방지하고 파티클 발생을 억제할 수 있고, 기판 지지대의 내구성을 향상시킬 수 있고, 기판 지지대의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 지판 지지대의 상부 방향으로 돌출되는 돌기나 측방향으로 돌출되는 돌출부를 형성하여, 기판이 지지대에 접촉되는 면적을 정밀하게 제어함에 의하여, 기판의 온도 분포를 균일하게 조절할 수 있다.
이로부터, 파티클 발생을 억제하면서 기판 지지대에 안착되는 기판을 균일하게 가열할 수 있고, 기판상에 수행되는 공정의 신뢰성 및 수율을 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지대를 구비하는 기판 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 장치의 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 장치의 평면도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지대의 단면도
도 5는 본 발명의 변형예1에 따른 기판 지지대의 단면도
도 6은 본 발명의 변형예1에 따른 기판 지지대의 평면도
도 7은 본 발명의 변형예2에 따른 기판 지지대의 평면도
도 8은 본 발명의 변형예3에 따른 기판 지지대의 평면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지대를 구비하는 기판 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 장치의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지대의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 지지대(100)는 각종 공정이 진행되는 챔버(10) 내부에서 기판(S)을 지지하는 지지대로서, 상면, 상기 상면과 대향하는 후면, 상기 상면과 상기 후면을 연결하는 측면을 구비하는 몸체(101) 및 몸체(101)의 가장자리에서 상측으로 돌출 형성된 단턱부(102)를 포함하고, 몸체(101) 및 단턱부(102)는 알루미늄 질화물을 함유한다.
기판 지지대(100) 및 기판 지지 장치를 설명하기 전에, 이들이 사용되는 기판 처리 장치를 먼저 설명한다.
기판 처리 장치는 LED 등 각종 반도체 소자를 제조하는 데 사용되는 장치로써, 예를 들면 기판상에 박막을 증착시키는 공정에 사용되는 장치이다. 기판 처리 장치는 챔버(10), 원료 분사부(20) 및 기판 지지 장치를 포함한다.
챔버(10)는 상부가 개방된 본체(11)와 본체의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 탑리드(12)를 구비한다. 탑리드(12)가 본체의 상부에 결합되어 본체(11) 내부를 폐쇄하면, 챔버(10)의 내부에는, 예컨대 증착 공정 등 기판(S)에 대한 처리가 행해지는 공간이 형성된다. 공간은 일반적으로 진공 분위기로 형성되므로, 챔버(10)의 소정 위치, 예컨대 챔버(10)의 바닥면이나 측면에는 공간이 존재하는 가스의 배출을 위한 배기관(60)이 연결되어 있고, 배기관은 진공 펌프(50)에 연결된다. 또한, 본체의 바닥면에는 후술할 기판 지지 장치와 연결되는 지지축(40)이 삽입되는 관통공이 형성되어 있다. 본체(11)의 측벽에는 기판(B)을 챔버(10) 내부로 반입하거나 외부로 반출하기 위한 게이트 밸브(미도시)가 형성되어 있다. 물론 챔버(10)는 본체와 탑리드가 분리되지 않고 일체형으로 제조될 수 있고, 기판 지지 장치 및 그 하부의 프레임을 벨자가 덮는 벨자형으로 제조될 수도 있다. 또한, 도면에서는 챔버(10)를 원통형 형상으로 표시하였으나, 이에 한정되지 않고, 기판(S) 형상에 대응하거나 공정 작업상의 편의에 의해 다양한 형상으로 제조될 수 있다.
원료 분사부(20)는 챔버(10) 내에서 기판 지지 장치를 마주보도록 설치된다. 즉, 원료 분사부(20)는 챔버(10) 내의 상측 영역에 설치되며, 가스 공급원(미도시)과 연결되어 있는 가스 유입관이 연통된다. 이에 챔버(10) 외부로부터 각종 가스를 공급받을 수 있다. 또한, 원료 분사부(20)는 기판(S)을 향하는 면에 기판(S)을 향하여 가스를 분사할 수 있는 가스 분사공을 구비한다. 이러한 원료 분사부(20)를 통하여 분사되는 가스는 기판(S) 상에 수행되는 공정에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판(S) 상에 질화갈륨(GaN)막을 성장시키는 경우, 갈륨 원료 및 질소 함유 가스가 공급될 수 있다.
기판 지지 장치는 챔버(10) 내부에서 기판(S)을 지지하고 가열하기 위한 것으로, 원료 분사부(20)와 대향하도록 배치된다. 예컨대, 챔버(10) 내부의 하측에 설치된다. 기판 지지 장치는 일면에 기판(S)이 안착되는 지지 플레이트(100), 지지 플레이트(100)가 설치되는 베이스 플레이트(30)를 포함한다. 베이스 플레이트(30)의 내부 또는 하측에는 발열체(미도시)가 설치될 수 있다. 발열체는 챔버(10) 외부로부터 전원을 공급받아 발열하며, 이에 기판 지지 장치의 상부에 안착되는 기판을 가열할 수 있다. 또한, 기판 지지 장치, 정확하게는 베이스 플레이트(30)의 하면에는 지지축(40)이 연결되며, 지지축(40)은 이를 회전시킬 수 있는 구동기(미도시)와 연결된다. 이로부터, 구동기가 지지축(40)을 회전시키면 이에 의해 베이스 플레이트(30)가 회전하게 된다. 물론 베이스 플레이트(30)은 이외에도 다양한 구조와 방식으로 회전될 수 있다.
하기에서는 기판 지지대 및 이를 구비하는 기판 지지 장치에 대하여 상세히 설명한다. 기판 지지대는 기판을 직접 지지하는 것으로 일종의 지지 플레이트이며, 기판 지지 장치는 이를 구비하고 기판이 로딩되는 장치이다. 즉, 기판 지지 장치는 지지 플레이트(즉, 기판 지지대) 및 지지 플레이트가 설치되는 베이스 플레이트를 포함한다.
베이스 플레이트(30)는 소정 두께 및 면적을 가지는 판형의 구조물로, 그 일면에 지지 플레이트(100)가 설치될 수 있다. 베이스 플레이트(30)는 일면 예컨대 상부면에 복수의 지지 플레이트(100)가 위치하더라도 견딜 수 있는 면적 및 두께로 제조된다. 예를 들면 베이스 플레이트(30)는 일면에 복수의 오목홈(31)을 구비하는 원판형으로 제조될 수 있다. 물론, 베이스 플레이트(30)의 형상 및 구조는 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(30)는 발열체에서 발생된 열이 지지 플레이트(100)에 잘 전달될 수 있도록 열전도도가 높은 재질을 사용하여 제조될 수 있고, 공정 진행 중에 파티클 발생이 작은 재질을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 베이스 플레이트(30)는 그라파이트 혹은 탄화규소(SiC)가 코팅된 그라파이트를 사용하여 제조될 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(30)에 형성되는 오목홈(31)은 복수개 형성될 수 있고, 그 배치는 도 3에 도시된 외에도 다양하게 변경될 수 있다. 오목홈(31)은 바닥면이 평평한 평면으로 제조될 수도 있고 바닥면에 돌기가 형성될 수 있다. 또한, 오목홈(31)에는 캐리어 가스가 주입되는 통로가 형성될 수 있고, 지지 플레이트(100)를 부상시키는 리프트 핀(32)이 설치될 수도 있다. 이러한 리프트 핀(32) 및 주입되는 캐리어 가스를 이용하여 오목홈(31)에 위치되는 지지 플레이트(100)를 베이스 플레이트(30)와 별도로 회전시킬 수 있다. 즉, 지지 플레이트(100)는 베이스 플레이트(30)의 회전에 의하여 베이스 플레이트(30)의 중심에 대하여 공전하고, 공전과 별도로 지지 플레이트(100)가 자체가 회전하여 자전할 수 있다. 물론, 지지 플레이트(100)를 회전시키는 수단은 이외에도 다양하게 변경될 수 있다.
지지 플레이트(100)는 베이스 플레이트(30)의 오목홈에 위치할 수 있고, 기판(S)이 직접 안착되며, 알루미늄 질화물 재질을 함유한다. 즉, 지지 플레이트(100)는 알루미늄 질화물(AlN)을 이용하여 제조된다. 지지 플레이트(100)는 소정 두께 및 면적을 가지는 판형상으로 그 위에 안착되는 기판(S)의 형상과 동일한 형상으로 제조될 수 있다. 예를 들면 기판(S)이 원형의 웨이퍼이면, 지지 플레이트(100)는 원판형으로 제조된다. 지지 플레이트(100)는 상면, 상기 상면과 대향하며 오목홈(31)에 위치하는 후면, 상면과 및 후면을 연결하는 측면을 구비하는 몸체(101) 및 몸체(101)의 가장자리를 따라서 상측으로 돌출 형성된 단턱부(102)를 포함한다. 또한, 지지 플레이트(100)는 후면에 상술된 리프트 핀(32)이 삽입되는 하부 홈(109)을 구비할 수 있다. 이에 지지 플레이트(100)는 평평한 판에서 가장자리가 상측으로 돌출된 구조로, 단턱부(102) 내측으로 기판이 위치할 수 있는 거치홈이 형성된다. 이때, 거치홈은 기판의 형상과 동일 혹은 유사한 형상으로 제조된다. 예를 들면, 기판이 웨이퍼인 경우, 원형 거치홈이 형성된다. 단턱부(102) 내측의 몸체 상면, 즉, 거치홈의 바닥면은 평평하게 가공되어 기판(S)이 균일한 높이로 안정적으로 위치할 수 있도록 한다. 또한, 단턱부(102)의 내측 즉, 거치홈의 바닥면은 평평한 평면 외에 중심이 하부로 더 함몰된 오목한 형상(concave 형상)으로 형성될 수도 있다.
이때, 지지 플레이트(100)에서 단턱부(102)의 높이(H)는 기판(S)의 두께(T)와 동일하거나, 기판(S)의 두께(T)보다 다소 크게 형성할 수 있다. 단턱부(102) 내측 직경, 즉 거치홈의 직경은 기판(S)의 크기와 거의 동일하거나 다소 크게 형성할 수 있다. 단턱부(102)의 폭(W)은 내측에 위치하는 기판(S)를 지지할 수 있을 정도로 단턱부(102) 내측 직경에 대해 대략 2 내지 3 % 정도일 수 있다. 즉, 단턱부(102) 내측 직경이 100인 경우 단턱부(102)의 상면 폭(W)은 2 내지 3일 수 있다. 예를 들면 기판(S)이 두께가 0.625 내지 0.650 mm 이고 직경이 4인치(101.6mm)인 웨이퍼인 경우, 단턱부(102)의 높이(H)를 0.650mm로 할 수 있고, 단턱부(102) 내측 직경을 대략 101.6 내지 103mm 로 할 수 있으며, 단턱부(102)의 상면 폭(W)을 2.8 mm로 할 수 있다. 이로부터 기판(S)이 지지 플레이트(100)의 단턱부(102) 내측에 안정적으로 지지될 수 있다.
또한, 지지 플레이트(100)에서 단턱부(102)의 내측면은 하측으로 갈수록 단턱부(102)의 폭이 좁아 지도록 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 단턱부(102)의 내측면이 경사면으로 형성될 수 있다. 물론, 내측면은 평면 외에 곡면으로 형성될 수도 있다. 단턱부(102)의 내측면과 몸체(101)의 상면이 이루는 각(Θ)은 직각보다 작을 수 있다. 예를 들면, 단턱부(102)의 내측면과 몸체(101)의 상면이 이루는 각(Θ)은 60도 이상 90도 미만의 범위일 수 있고, 70도 이상 80도 이하 일 수 있다. 이는 단턱부(102)의 내측에 기판(S)이 거치되는 경우 기판(S)이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위함이다. 특히, 지지 플레이트(100)가 회전하는 경우 그 위의 기판(S)이 이탈될 수 있기 때문에 단턱부(102)의 내측면이 예각으로 경사지도록 하여 기판(S)을 효과적으로 홀딩할 수 있다.
또한, 지지 플레이트(100)는 내화학성, 내열성 등이 우수한 알루미늄 질화물(AlN) 재질을 함유한다. 즉, 지지 플레이트(100)는 알루미늄 질화물(AlN)를 이용하여 제조될 수 있다. 이때, 몸체(101) 및 단턱부(102)를 포함하여 지지 플레이트(100) 전체를 알루미늄 질화물(AlN)로 제조할 수도 있고, 일부를 알루미늄 질화물(AlN)로 제조할 수도 있다. 지지 플레이트(100)는 알루미늄 질화물(AlN)의 단일 재질로 제조될 수도 있고, 이에 각종 성분이 혼합된 혼합 재질로 제조될 수도 있다. 예컨대, 지지 플레이트(100)의 기계적 강도와 열전도율을 조절하기 위하여 소결조제로 희토류 산화물(Y2O3, La2O3, CeO2, Nd2O3 등) 및 알칼리토류 산화물(CaCO3, S2CO3, BaCO3 등) 중 적어도 하나를 알루미늄 질화물에 혼합하여 제조할 수 있다. 즉, 상기에 예시된 여러 소결조제 중 적어도 하나의 물질을 알루미늄 질화물에 혼합하여 지지 플레이트(100)의 기계적 강도와 열전도율를 원하는 범위로 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 이러한 소결조제는 알루미늄 질화물의 소결 중 액상을 형성하여 알루미늄 질화물의 격자 내부에 존재하게 되고, 알루미늄 질화물 내에서 산소 원자를 제거함으로써 열전전도도를 향상시키고 치밀화를 촉진한다. 이때, 소결조제가 너무 적게 첨가되면 상기의 액상을 형성하여 치밀화시키는 효과가 미미하고, 소결조제가 많이 첨가되는 경우 알루미늄 질화물 결정립 사이에 불순물 및 이차상 등을 형성하고 열전도율을 감소시키기 시작하며, 소결조제가 지나치게 많이 첨가되는 경우 열전도율이 너무 감소하게 되고 이의 제어가 어렵게 된다. 예컨대, 소결조제는 전체 원료에 대하여 대략 0.1 내지 10 중량% 범위로 혼합할 수 있다. 이는 이러한 범위에서 지지 플레이트(100)의 열전도율을 80W/mk 내지 170W/mk 범위로 용이하게 제어할 수 있고, 이러한 열전도율을 가지는 경우 기판(S)을 균일하게 가열할 수 있기 때문이다. 그러나, 소결조제의 함유량은 첨가되는 성분에 따라 다양한 범위로 변경될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 질화물 분말과 Y2O3 분말을 사용하여 지지 플레이트를 제조하는 경우, Y2O3 분말을 0.5 내지 3 중량% 혼합할 수 있다. 이 경우, 열전도율을 80W/mk 내지 120W/mk 범위로 제어할 수 있다.
이러한 지지 플레이트(100)은 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 알루미늄 질화물 분말과 적당량의 소결 조제 분말을 혼합하고, 이를 플레이트로 성형하고, 성형체를 고온에서 소결하여 소결된 플레이트로 제조한다. 이후, 플레이트 일면의 내측을 연마 가공하여, 플레이트의 가장자리를 따라 단턱부를 제조하여, 지지 플레이트로 완성한다. 이때, 플레이트는 다양한 성형 및 소결 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 성형 방법으로 일축가압성형, 등방가압성형 등을 수행할 수 있고, 소결과 성형을 동시에 진행하는 방식으로 열간일축가압성형, 열간등방가압성형 등의 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들면, 원료 분말을 CIP(Cold Isosstic Press)를 이용하여 800 내지 2000 bar의 압력으로 1 내지 30min 동안 가압하여 성형체로 제조하고, 성형체를 진공 또는 질소 분위기 하에서 1600 내지 1900℃의 온도에서 7 내지 48 시간 소결하여, 소결된 플레이트를 얻을 수 있다. 또한, 고온 가압기(Hot Press)에 원료 분말을 장입한 후 1600 내지 1900℃의 온도에서 10 내지 90MPa의 압력으로 7 내지 48 시간 동안 가압 소결할 수 있다.
이처럼, 지지 플레이트(100)를 알루미늄 질화물(AlN) 재질로 제조하면, 높은 강도(예: 300Mpa 이상)와 경도(예: 8 내지 11 GPa) 및 내화학성을 얻을 수 있고, 원하는 범위로 제어된 열전도율을 얻을 수 있다. 이에, 코팅층를 형성하지 않아도 충격이나 마찰에 대하여 파티클을 발생시키지 않게 되며, 수소(Hydrogen) 등을 포함하는 캐리어 가스 등에도 안정한 상태로 유지된다.
하기에서는 지지 플레이트(100)의 다양한 변형예에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 변형예1에 따른 기판 지지대의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 변형예1에 따른 기판 지지대의 평면도이다. 변형예1의 기판 지지대는 몸체의 상면에 복수의 돌기를 형성하는 것이며, 기본 구조는 실시예와 동일하다. 이에, 상술된 실시예와 동일한 부분은 그 설명을 생략한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 기판 지지대(100)에서 몸체(101)는 상면에 상부 방향으로 돌출되는 복수의 돌기(103)를 구비한다. 이때 돌기(103)의 높이(h)는 단턱부(102)의 높이(H)보다 낮다. 돌기(103)의 높이(h)는 단턱부(102) 높이를 100이라 할 때 6 내지 25 범위일 수 있다. 또한, 단턱부(102)의 높이(H)는 그 내측에서 기판(S)이 돌기(103)의 상부에 지지되는 것을 반영하여 조절될 수 있다. 즉, 돌기(103)가 형성되지 않는 경우에 비하여, 돌기(103)가 형성되어 그 상부에 기판(S)이 지지되면, 기판(S)의 높이가 돌기(103)의 높이(h) 만큼 증가하므로(기판의 높이=기판 두께+돌기 높이), 단턱부(102)의 높이(H)를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 돌기가 없는 경우의 단턱부(102)의 높이(H)에 돌기(103)의 높이(h)를 더하여, 단턱부(102)의 높이(H)로 할 수 있다. 물론, 돌기(103)의 높이(h) 보다 약간 크게 더하여 단턱부(102)의 높이(H)로 할 수도 있다. 또한, 돌기(103)의 직경은 기판(S)과 접촉되는 면적을 감소시키기 위하여 작게 할 수 있다. 예를 들면 대략 1mm 내외로 할 수 있다.
예를 들면, 기판(S)이 두께가 0.625 내지 0.650 mm 이고 직경이 4인치(100 내지 101.6mm)인 웨이퍼인 경우, 단턱부(102)의 높이(H)를 0.750mm로 할 수 있고, 단턱부(102) 내측 직경을 대략 101.6 내지 103mm 로 할 수 있으며, 돌기(103)의 높이(h)를 0.04 내지 0.2 mm로 할 수 있고, 돌기(103)의 직경을 0.5 내지 2 mm로 할 수 있다. 이로부터 기판(S)이 지지 플레이트(100)의 단턱부(102) 내측에서 상기 돌기(103) 상에 안정적으로 지지될 수 있다.
또한, 복수의 돌기(103)는 몸체(101)의 상면에 다양하게 배치될 수 있다. 이때, 복수의 돌기(103)를 통하여 기판(S)이 지지되므로, 복수의 돌기(103)는 기판(S)이 어느 한쪽으로 치우치지 않고 균일한 높이에서 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 복수의 돌기(103)는 몸체(101)의 중심(C)으로부터 동일 거리에 배치될 수 있고, 돌기들(103)은 몸체(101)의 중심(C)에 대하여 방사상으로 배치될 수 있다.
이처럼, 돌기(103)가 형성되어 기판(S)이 그 상부에 지지되게 되면, 기판(S)은 돌기(103)의 상부와만 접촉하게 되므로, 단턱부(102) 내측에서 몸체(101) 상면의 평탄도가 균일하지 않아도, 기판(S)이 접촉하는 면은 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 복수 매 기판(S)에 공정이 진행되는 경우에도, 각 기판이 접촉하는 면은 일정하게 유지될 수 있다. 이로부터, 베이스 플레이트(30) 및 지지 플레이트(100)를 통해 기판(S)에 전달되는 열이 기판(S) 내에서 균일하게 분포할 수 있고, 각 기판(S) 끼리도 온도 분포를 일정하게 조절할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 변형예2에 따른 기판 지지대의 평면도이다. 변형예2의 기판 지지대는 단턱부의 내측으로 복수의 돌출부를 형성하는 것이며, 기본 구조는 실시예 혹은 변형예1과 동일하다. 이에, 상술된 실시예 혹은 변형예1와 동일한 부분은 그 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 기판 지지대(100)에서 단턱부(102)는 내측면에 측방향으로 돌출되는 복수의 제1 돌출부(104)를 구비한다. 즉 단턱부(102)는 내측면에서 내측방향 정확하게는 몸체(101)의 중심(C) 방향으로 돌출 연장되는 제1 돌출부(104)를 복수개 구비한다. 이러한 제1 돌출부(104)는 단부에서 기판(S)의 측면과 접촉하도록 돌출 길이(L1)가 조절된다. 또한, 복수개의 제1 돌출부(104)가 기판(S)의 둘레를 따라 배치되어, 기판(S)의 둘레를 따라 복수 위치에서 기판(S) 측면과 접촉하므로, 기판(S)의 중심이 몸체의 중심(C)과 정렬되면서 위치하도록 한다.
또한, 제1 돌출부(104)는 기판(S) 측면과 접촉하는 면적이 작으면서 기판(S)에 손상을 주지 않는 구조 및 형상으로 제조된다. 예컨대, 제1 돌출부(104)는 원호 형상으로 제조될 수 있다. 이때, 이러한 원호를 포함하는 가상원(점선 표시)의 직경 크기를 제어하여 제1 돌출부(104)의 돌출 길이(L1)를 제어할 수 있다. 물론, 제1 돌출부(104)는 그 형상이나 구조가 특별히 한정되지는 않는다. 제1 돌출부(104)는 단턱부(102)의 내경과 기판(S)의 외경 사이의 틈을 보완할 수 있는 크기로 형성될수 있고, 예컨대, 단턱부(102)의 내경에서 기판(S)의 외경을 뺀 크기 만큼 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 돌출부(104)들은 기판(S)이 정위치에 지지될 수 있도록 배치될 수 있으며, 몸체의 중심(C)에 대하여 방사상으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 기판(S)이 두께가 0.625 내지 0.650 mm 이고 직경이 100mm인 웨이퍼인 경우, 단턱부(102)의 높이(H)를 0.750mm로 할 수 있고, 단턱부(102) 내측 직경을 대략 102.8mm로 할 수 있다. 또한, 이때 복수의 제1 돌출부들이 외접하는 원의 직경을 100.8mm로 할 수 있다. 몸체(101) 상면에 형성되는 돌기(103)의 높이(h)를 0.1 mm로 하고, 돌기(103)의 직경을 1 mm로 할 수 있다. 또한, 단턱부(102)에서 내측으로 돌출되는 제1 돌출부의 가상원의 직경(D)을 1 내지 5mm로 할 수 있고, 가상원의 직경과 상관없이 제1 돌출부들과 외접하는 원의 직경을 100.5 ~ 101 mm로 할 수 있다. 이로부터 기판(S)이 지지 플레이트(100)의 단턱부(102) 내측에서 제1 돌출부(104)과 측면이 접촉되면서 정위치에 지지될 수 있다.
이처럼, 제1 돌출부(104)가 형성되어, 기판(S)이 제1 돌출부(104)들의 내측에 지지되게 되면, 기판(S)의 측면은 제1 돌출부(104)와만 접촉하게 되므로, 단턱부(102) 내측에서 기판(S)이 다소 움직이더라도, 기판(S)의 측면이 접촉하는 면은 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 복수 매 기판(S)에 공정이 진행되는 경우에도, 각 기판의 측면이 지지 플레이트(100)와 접촉하는 면은 일정하게 유지될 수 있다. 이로부터, 지지 플레이트(100)를 통해 기판(S)에 전달되는 열이 기판(S) 내에서 균일하게 분포할 수 있고, 각 기판(S) 끼리도 온도 분포를 일정하게 조절할 수 있게 된다. 특히, 기판(S)의 외측면과 지지 플레이트의 단턱부(102) 내측면이 접촉하는 면적을 최소화하여 기판(S)의 중심 영역과 기판(S)의 가장자리 영역의 온도 편차를 현저하게 감소시킬 수 있고, 이로부터 공정 불량을 개선할 수 있다.
도 8은 본 발명의 변형예3에 따른 기판 지지대의 평면도이다. 변형예3의 기판 지지대는 단턱부의 내측으로 돌출되는 이종의 돌출부를 형성하는 것이며, 기본 구조는 실시예 내지 변형예2와 동일하다. 이에, 상술된 실시예 내지 변형예2와 동일한 부분은 그 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 기판 지지대(100)에서 단턱부(102)는 내측면에 제1 돌출부(104) 보다 측방향으로 더 돌출되는 제2 돌출부(105)를 구비한다. 즉, 기판(S)을 향하여, 돌출 길이가 더 연장된 제2 돌출부(105)를 단턱부의 내측면에 형성한다. 제1 돌출부(104)는 기판(S)의 가장자리 측면에 접촉하는 길이(L1)로 돌출되며, 제2 돌출부(L2)는 기판(S)의 플랫존(FZ) 측면에 접촉하는 길이(L2)로 돌출된다. 이로부터 기판(S)은 지지 플레이트(100) 상의 정위치에 지지될 수 있다. 즉, 지지 플레이트(100) 상에 기판(S)이 지지될 때, 제2 돌출부(L2)는 기판(S)의 플랫존(FZ)를 고정하게 되어, 기판(S)과 지지 플레이트(100)의 위치가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
또한, 제2 돌출부(104)는 기판(S) 플랫존(FZ)의 측면과 접촉하는 면적이 작으면서 기판(S)에 손상을 주지 않는 구조 및 형상으로 제조된다. 예컨대, 제2 돌출부(104)는 곡면의 볼록 구조 형상으로 제조될 수 있다. 물론, 제2 돌출부(104)는 그 형상이나 구조가 특별히 한정되지는 않는다. 제2 돌출부(105)는 단턱부(102)의 내경과 기판(S) 플랫존(FZ) 사이의 틈을 보완할 수 있는 크기로 형성되며, 예컨대, 단턱부(102)의 내경에서 기판(S) 플랫존(FZ) 사이의 거리 만큼 돌출되도록 형성될 수 있다.
상기에서 설명한 돌기, 제1 돌출부 및 제2 돌출부는 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 지지 플레이트용으로 소결된 플레이트를 가공할 때, 각부위가 동시에 가공될 수 있다.
상기에서 설명된 실시예 및 변형예들은 다양하게 조합 및 결합되어 활용될 수 있다. 예컨대, 몸체의 상면에 돌기를 형성하지 않고, 단턱부에 제1 돌출부 혹은 제2 돌출부를 형성한 지지 플레이트를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
100: 지지 플레이트 12: 베이스 플레이트
103: 돌기 S: 기판

Claims (20)

  1. 기판을 지지하는 기판 지지 장치로서,
    일면에 복수의 오목홈을 구비하는 베이스 플레이트; 및
    상기 오목홈에 위치하고, 상기 기판이 안착되며, 알루미늄 질화물 재질을 함유하는 지지 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 지지 플레이트는 상면, 상기 상면과 대향하며 상기 오목홈에 위치하는 후면, 상기 상면과 상기 후면을 연결하는 측면을 구비하는 몸체; 및
    상기 몸체의 가장자리에서 상측으로 돌출 형성된 단턱부를 포함하며,
    상기 단턱부는 내측면에 측방향으로 돌출되는 복수의 제1 돌출부 및 상기 제1 돌출부 보다 측방향으로 더 돌출되는 제2 돌출부를 구비하는 기판 지지 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단턱부의 내측면과 상기 몸체의 상면이 이루는 각은 직각 보다 작은 기판 지지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는 상면에 상부 방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 구비하는 기판 지지 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌기의 높이는 상기 단턱부의 높이 보다 낮은 기판 지지 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌기들은 상기 몸체의 중심에 대하여 방사상으로 배치되는 기판 지지 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는 상기 알루미늄 질화물에 희토류 산화물 및 알카리토류 산화물 중 적어도 하나가 혼합되어 형성된 기판 지지 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 희토류 산화물은 Y2O3, La2O3, CeO2, Nd2O3을 포함하고,
    상기 알카리토류 산화물은 CaCO3, S2CO3, BaCO3을 포함하는 기판 지지 장치.
  11. 기판을 지지하는 기판 지지대로서,
    상면, 상기 상면과 대향하는 후면, 상기 상면과 상기 후면을 연결하는 측면을 구비하는 몸체; 및
    상기 몸체의 가장자리를 따라서 상측으로 돌출 형성된 단턱부를 포함하고,
    상기 몸체 및 상기 단턱부는 알루미늄 질화물을 함유하며,
    상기 단턱부는 내측면에 측방향으로 돌출되는 복수의 제1 돌출부 및 상기 제1 돌출부 보다 측방향으로 더 돌출되는 제2 돌출부를 구비하는 기판 지지대.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 단턱부의 내측면과 상기 몸체의 상면과 이루는 각도는 60도 이상 90도 미만의 범위인 기판 지지대.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 몸체는 상면에 상부 방향으로 돌출되고, 상기 단턱부의 높이 보다 낮은 복수의 돌기를 구비하는 기판 지지대.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 단턱부의 높이는 상기 기판 두께와 동일하거나 이 보다 크며,
    상기 돌기의 높이는 상기 단턱부 높이를 100이라 할 때 6 내지 26 범위인 기판 지지대.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 돌기는 상기 몸체의 중심으로부터 동일 거리에 배치되는 기판 지지대.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 돌출부는 상기 기판의 가장자리 측면에 접촉하는 길이로 돌출되며, 상기 제2 돌출부는 상기 기판의 플랫존 측면에 접촉하는 길이로 돌출되는 기판 지지대.
  19. 청구항 11 내지 청구항 15 및 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체 및 단턱부는 상기 알루미늄 질화물에 희토류 산화물 및 알카리토류 산화물 중 적어도 하나가 0.1 내지 10 중량% 혼합되는 기판 지지대.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 희토류 산화물은 Y2O3, La2O3, CeO2, Nd2O3을 포함하고,
    상기 알카리토류 산화물은 CaCO3, S2CO3, BaCO3을 포함하는 기판 지지대.
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