KR101795707B1 - 서셉터, 이를 포함하는 반응로 및 서셉터의 제조 방법 - Google Patents
서셉터, 이를 포함하는 반응로 및 서셉터의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 서셉터, 이를 포함하는 증착 장치 및 서셉터의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터는 가열될 피처리체를 지지하는 제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 상기 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록; 상기 열 확산 블록를 가열시키기 위해, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 적층되는 제 1 박막 발열층; 상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면과 상기 제 1 박막 발열층 사이에 배치되어 상기 열 확산 블록와 상기 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 제 1 후막 절연층을 포함하며, 상기 제 1 후막 절연층은 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 코팅되고 상기 제 1 박막 발열층은 상기 제 1 후막 절연층 상에 증착되어 상기 열 확산 블록, 상기 제 1 후막 절연층 및 상기 제 1 박막 발열층이 일체화된다.
Description
본 발명은 디스플레이 또는 반도체 공정 장치에 사용되는 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피처리체의 가열을 위한 서셉터, 이를 포함하는 반응로 및 상기 서셉터의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 평판 디스플레이 패널, 태양전지(Solar Cell) 등을 제조하기 위해서는 피처리체의 표면에 소정의 회로 패턴 또는 전기적, 광학적 패턴을 형성하거나 패턴을 인쇄하기 위한 필름을 도포하고 이를 안정화하는 공정이 수행된다. 이러한 디바이스 제조 공정에서, 박막 및 패턴의 형성, 필름의 라미네이션 형성은 피처리체가 가공되는 열역학적인 평형 환경을 조성하기 위하여 분위기와 온도가 적절히 제어된 반응 챔버 내에서 수행된다.
상기 디스플레이 및 반도체 제조 공정 장치는 일반적으로 피처리체를 지지하는 서셉터 및 상기 피처리체 상에 박막이 증착되도록 하기 위한 전구체 또는 공정 가스를 공급 및 배출하기 위한 가스 인렛 및 아울렛, 및 상기 전구체 또는 공정 가스에 의한 반응 공간을 한정하는 반응 챔버 등을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 및 반도체 제조 공정 장치는 서셉터의 내부에 삽입된 독립된 하나 이상의 히터 부재들을 구비하는 것이 일반적이다. 피처리체가 놓여지는 서셉터의 온도 균일도는 피처리체에 증착되는 박막의 두께에 대한 균일도를 좌우하는데, 이러한 종래의 서셉터 구조에서는 서셉터의 내부에 삽입되는 히터 부재들의 배치 형태 및 배열 방식에 따라 상기 서셉터에 의해 가열되는 피처리체에 대한 열적 불균등을 유발하여 상기 박막 두께의 불균형을 초래할 수 있다. 즉, 서셉터의 내부에 하나 이상의 히터 부재들이 이격되어 배치됨으로 인해, 히터 부재가 배치된 영역의 온도는 상대적으로 높고, 히터 부재에서 먼 영역의 온도는 상대적으로 낮아, 피처리체에 대한 박막 두께의 불량을 초래할 수 있다. 이러한 단점을 해소하기 위해, 종래에는 히터 부재들이 삽입된 각 영역으로부터 상기 피처리체가 배치되는 서셉터의 표면까지의 거리인 열 전달 경로를 증가시켜 충분히 열 혼합이 일어나도록 함으로써, 서로 이격된 히터 부재들에 의해 발생할 수 있는 상시 서셉터 상의 온도 불균일을 억제하였다.
그러나, 상기 서셉터의 두께를 증가시키면 상기 서셉터의 상부 표면의 온도 불균일은 억제할 수 있지만, 박막 증착을 위한 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 두꺼워진 서셉터로 인해, 서셉터가 반응 챔버 내에서 차지하는 공간이 상대적으로 증가되어 반응 챔버의 부피가 증가되고, 서셉터의 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 디스플레이 또는 반도체 제조 공정 장치에서 고분자를 큐어링(curing)하거나 고분자와 유리를 접합하는 공정에서도 서셉터의 표면의 온도의 균일성과 열팽창 수축으로 인한 균일성은 아주 정밀하게 제어되어야 한다. 그렇기 때문에 해당 장치의 서셉터는 상판의 표면처리부에서부터 적절한 정도의 열확산을 위한 거리가 필요하므로 서셉터의 두께 및 부피가 상당히 커지고 무게도 무거워 지게 된다. 특히, 라미네이션 공정장비의 경우에서는 히터를 포함한 서셉터가 하부측의 구동장치에 의하여 상부측의 몰드와 완벽하게 평형을 유지하면서 서로 좁혀져서 라미네이션이 수행되어야 하므로 아래측 하부측에 상하부 이송기능이 결합된다. 이러한 경우에서도 서셉터의 무게가 무겁기 때문에 큰 동력이 요구되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 에너지 효율이 우수하면서도 피처리체에 대해 균일한 가열 기능을 수행할 수 있는 서셉터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 반응로를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 가지며, 이를 용이하게 제조할 수 있는 서셉터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터는 가열될 피처리체를 지지하는 제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 상기 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록; 상기 열 확산 블록을 가열시키기 위해, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 배치되는 제 1 박막 발열층; 및 상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면과 상기 제 1 박막 발열층 사이에 배치되어 상기 열 확산 블록과 상기 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 제 1 후막 절연층을 포함하며,
상기 제 1 후막 절연층은 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 코팅되고 상기 제 1 박막 발열층은 상기 제 1 후막 절연층 상에 증착되어 상기 열 확산 블록, 상기 제 1 후막 절연층 및 상기 제 1 박막 발열층이 일체화된다.
상기 열 확산 블록은 알루미늄, 스테인리스, 철, 티타늄 및 이들의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 후막 절연층은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 마그네슘 산화물(MgO), 티타늄 산화물(TiO2) 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 박막 발열층은 상기 제 1 후막 절연층에 적층되는 도전성의 발열 박막 및 상기 발열 박막 상에 형성되어 전원을 인가하기 위한 전극들을 포함할 수 있다. 상기 전극들은 상기 발열 박막의 차등 가열을 위하여 서로 이격되어 전기적으로 분리된 복수개의 패턴 전극들을 포함할 수 있다. 상기 발열 박막은 적어도 2 이상으로 구분된 부분 발열 박막들을 포함하고, 상기 전극들은 상기 부분 발열 박막들 각각에 형성된 복수 쌍의 부분 전극들을 포함할 수 있다.
상기 제 1 박막 발열층은 인듐 산화물(InO2), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 불소 주석 산화물(Fluorine doped Tin Oxide), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 및 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 및 상기 제 2 주면 중 적어도 하나는 아노다이징(anodazing) 처리에 의해 형성된 산화 피막을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 박막 발열층의 상기 제 1 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 1 박막 발열층의 열적 안정성을 위한 안정층을 더 포함할 수 있다. 상기 안정층은 상기 제 1 박막 발열층 상에 에어로졸 증착(aerosol deposition)에 의해 코팅될 수 있다. 또한, 상기 안정층은 상기 제 1 박막 발열층을 구성하는 금속 산화물과 동일한 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 박막 발열층의 상기 제 1 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 1 박막 발열층에 대한 절연성, 단열성, 또는 방열성을 위한 제 1 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 보호층은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 마그네슘 산화물(MgO), 티타늄 산화물(TiO2) 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에서 수직 방향으로 돌출된 지지 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 지지 부재는 복수개의 돌출 모듈들로 구성된 돌출 어레이 구조를 포함하고, 상기 돌출 모듈들 사이에 상기 제 1 후막 절연층 및 상기 제 1 박막 발열층이 배치될 수 있다.
상기 열 확산 블록, 상기 제 1 후막 절연층 및 상기 제 1 박막 발열층을 관통하는 적어도 하나 이상의 진공홀을 더 포함할 수 있다. 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에서 수직 방향으로 돌출된 지지 부재; 및 상기 지지 부재를 관통하는 적어도 하나 이상의 진공홀을 더 포함할 수 있다.
상기 열 확산 블록을 가열시키기 위해, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 배치되는 제 2 박막 발열층; 상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 2 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면과 상기 제 2 박막 발열층 사이에 배치되어 상기 열 확산 블록과 상기 제 2 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 제 2 후막 절연층을 더 포함하며, 상기 제 2 후막 절연층은 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 코팅되고 상기 제 2 박막 발열층은 상기 제 2 후막 절연층 상에 증착되어, 상기 열 확산 블록, 상기 제 1 후막 절연층, 상기 제 1 박막 발열층, 상기 제 2 후막 절연층 및 상기 제 2 박막 발열층이 일체화될 수 있다.
상기 제 1 박막 발열층의 상기 제 1 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 1 박막 발열층에 대한 절연성, 단열성 또는 방열성을 위한 제 1 보호층; 및 상기 제 2 박막 발열층의 상기 제 2 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 2 박막 발열층에 대한 절연성, 단열성 또는 방열성을 위한 제 2 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터의 구동 방법은, 상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층에 각각 연결된 전원들을 구동하여 상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층을 각각 발열시키는 단계; 상기 서셉터가 임계 온도 이상인가를 감지하는 단계; 및 상기 서셉터가 임계 온도 이상이라면, 상기 제 1 박막 발열층 및 상기 제 2 박막 발열층 중 적어도 하나에 대한 전원 공급을 제한하는 단계를 포함한다.
상기 서셉터는 상기 열 확산 블록의 휘어짐을 측정하기 위한 변형 측정 수단을 더 포함하며, 상기 변형 측정 수단에 의해 수신된 결과를 기초로 상기 제 1 박막 발열층 및 상기 제 2 박막 발열층 중 적어도 하나에 대한 전원 공급을 제한하는 단계를 더 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 포함하는 반응로는, 피처리체의 표면 상에 유한한 두께의 막을 형성하거나 패턴을 형성하는 공정이 가능한 공간을 한정하는 반응 챔버; 및 상기 반응 챔버 내에 배치되어 상기 피처리체를 가열시키는 서셉터를 포함하고, 상기 서셉터는, 상기 피처리체를 지지하는 제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 상기 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록; 상기 열 확산 블록을 가열시키기 위해, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 배치되는 제 1 박막 발열층; 및 상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면과 상기 제 1 박막 발열층 사이에 배치되어 상기 열 확산 블록과 상기 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 제 1 후막 절연층을 포함하며, 상기 제 1 후막 절연층은 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 코팅되고 상기 제 1 박막 발열층은 상기 제 1 후막 절연층 상에 증착되어 상기 열 확산 블록, 상기 제 1 후막 절연층 및 상기 제 1 박막 발열층이 일체화된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터의 제조 방법은, 가열될 피처리체를 지지하는 제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 상기 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록를 제공하는 단계; 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 제 1 후막 절연층을 코팅하는 단계; 및 상기 열 확산 블록를 가열시키기 위해, 상기 제 1 후막 절연층 상에 제 1 박막 발열층을 적층하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 후막 절연층은 상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록와 상기 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시킨다.
상기 열 확산 블록를 제공한 후에, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에서 수직 방향으로 돌출된 지지 부재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 지지 부재는 복수개의 돌출 모듈들로 구성된 돌출 어레이 구조를 포함하고, 상기 돌출 모듈들 사이에 상기 제 1 후막 절연층 및 상기 제 1 박막 발열층이 배치될 수 있다. 상기 지지 부재를 형성하는 단계는, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면에 대한 기계적 식각 또는 화학적 부식에 의해 상기 지지 부재를 형성할 수 있다.
상기 열 확산 블록을 제공한 후에, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 및 상기 제 2 주면 중 적어도 하나에 아노다이징(anodazing) 처리에 의해 산화 피막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 후막 절연층 상에 상기 제 1 박막 발열층을 적층한 후에, 상기 제 1 박막 발열층의 상기 제 1 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면에 상기 제 1 박막 발열층의 열적 안정성을 위한 안정층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 후막 절연층 상에 상기 제 1 박막 발열층을 적층한 후에, 상기 제 1 박막 발열층의 상기 제 1 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면에 상기 제 1 박막 발열층에 대한 절연성, 방열성 또는 단열성을 위한 제 1 보호층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 후막 절연층 상에 상기 제 1 박막 발열층을 적층한 후에, 상기 열 확산 블록, 상기 제 1 후막 절연층 및 상기 제 1 박막 발열층을 관통하는 적어도 하나 이상의 진공홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록, 전달 부재를 가열시키기 위한 박막 발열층 및 열 확산 블록와 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 후막 절연층이 일체화됨으로써, 서셉터의 두께를 감소시킬 수 있다.
또한, 서셉터의 두께가 감소됨에 따라, 박막 증착을 위한 가열 시간이 단축될 수 있으며, 이에 따라 에너지 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 박막 발열층이 열 확산 블록의 주면 상에 형성되고, 상기 박막 발열층이 PTC(Positive Temperature Coefficient) 특성을 갖는 경우, 박막 발열층이 전면적에 걸쳐 균일하게 발열할 수 있으므로, 피처리체의 상부 표면으로 균일하게 열 전달이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 피처리체 상에서 형성되는 박막 두께를 포함하는 박막의 특성들이 전면적으로 일정할 수 있다.
또한, 본 발명의 열 확산 블록을 구성하는 제1주면과 제 2 주면에 동일하게 대칭형의 박막 발열층을 설치함으로써, 열 확산 블록이 얇을 경우에도 가열시의 팽창에 따른 서셉터의 휨을 방지할 수 있으며, 이에 따라 넓은 면에 걸쳐서 피처리체와 서셉터 사이의 이격을 항상 동일한 수준으로 유지할 수 있는 이점이 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 1c는 제 1 박막 발열층을 설명하기 위한 일 실시예의 단면도이다.
도 1d는 제 1 박막 발열층을 구성하는 발열 박막을 설명하기 위한 일 실시예의 평면도이다.
도 1e는 제 1 박막 발열층을 구성하는 전극들을 설명하기 위한 일 실시예의 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터의 구동 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응로를 설명하기 위한 참조도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 1c는 제 1 박막 발열층을 설명하기 위한 일 실시예의 단면도이다.
도 1d는 제 1 박막 발열층을 구성하는 발열 박막을 설명하기 위한 일 실시예의 평면도이다.
도 1e는 제 1 박막 발열층을 구성하는 전극들을 설명하기 위한 일 실시예의 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터의 구동 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응로를 설명하기 위한 참조도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 아니 된다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술한 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터(100A)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 서셉터(100A)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)을 포함할 수 있다.
열 확산 블록(102)은 제 1 주면(SF1) 및 제 1 주면(SF1)에 반대되는 제 2 주면(SF2)을 포함하며, 제 1 주면(SF1) 상에 놓이는 피처리체로 열을 전달할 수 있다. 여기서, 피처리체는 반도체 소자 또는 디스플레이 소자 형성을 위한 공정이 수행되는 기판일 수 있으며, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
열 확산 블록(102)은 알루미늄, 스테인리스, 철, 티타늄 및 이들의 화합물을 포함하는 금속일 수 있다. 그러나, 열 확산 블록(102)은 전술한 재료 이외에 열 전달이 우수하고, 내열성, 내마모성 및/또는 내화학성이 우수한 다른 금속 및 비금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 확산 블록(102)은 규소 탄화물, 흑연, 규소 질화물 또는 알루미늄 질화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 후막 절연층(104)은 제 1 박막 발열층(106)의 두께보다는 더 큰 두께를 가질 수 있다. 제 1 후박 절연층(104)은 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2)과 제 1 박막 발열층(106) 사이에 배치되어, 열 확산 블록(102)과 제 1 박막 발열층(106)을 전기적으로 절연시킨다. 또한, 제 1 후막 절연층(104)은 열 확산 블록(102)의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층(106)의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 열 확산 블록(102)이 금속에 해당하는 경우에, 해당 금속에 대응하는 열 팽창 계수보다는 작은 열 팽창 계수를 가지며, 제 1 박막 발열층(106)의 열 팽창 계수보다 큰 값을 갖는 물질을 제 1 후막 절연층(104)의 재료로 사용할 수 있다.
제 1 후막 절연층(104)은 절연성 금속 산화물을 포함할 수 있다. 여기서, 금속은 이트륨(Y), 실리콘(Si)), 세륨(Ce), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 철(Fe) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 후막 절연층(104)은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 망간 산화물(MnO2), 철 산화물(Fe2O3), 마그네슘 산화물(MgO) 또는 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다.
제 1 후막 절연층(104)은 상기 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함할 수 있다. 상기 이트륨 산화물(Y2O3)은 통상적으로 금속 재질의 열 확산 블록(102)의 열 팽창률과 후술하는 제 1 박막 발열층(106)의 열 팽창률의 사이 값, 예를 들면, 8 × 10-6℃-1 이상을 가짐으로써 가열되는 열 확산 블록(102)의 더 큰 열 팽창률에 따른 제 1 박막 발열층(106)에 인가되는 인장 응력에 의한 균열을 억제할 수 있어, 서셉터의 수명을 향상시킬 수 있다.
제 1 후막 절연층(104)은 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에 코팅될 수 있다. 제 1 후막 절연층(104)이 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에 코팅되는 방식은 기화 증착 또는 스퍼터링 증착을 포함하는 물리 기상 증착(PVD) 방식일 수도 있고, 플라즈마 CVD, 다결정 실리콘 CVD 또는 써멀 CVD를 포함하는 화학 기상 증착(CVD) 방식일 수도 있다. 또한, 제 1 후막 절연층(104)은 플라즈마 스프레이 증착 방식으로 코팅될 수도 있고, 에어로졸 증착(Aerosol Deposition) 방식으로 코팅될 수도 있다. 상기 에어로졸 증착은 제 1 후막 절연층(104)을 구성하는 물질의 전구체로서 상기 물질의 미세 입자를 제 2 주면(SF2) 상으로 분사하여 제 2 주면(SF2)의 표면 또는 표면의 내부에 임베디드(embeded)되어 열 확산 블록(102)의 표면과 일체화된 제 1 후막 절연층(104)을 형성할 수 있다.
제 1 후막 절연층(104)은 열 확산 블록(102)과 제 1 박막 발열층(106)을 전기적으로 절연시키는 기능 이외에, 고온 사용 중 열 확산 블록(102)으로부터 제 1 박막 발열층(106)으로 확산되는 불순물에 의한 제 1 박막 발열층(106)의 기계적 및/또는 전기적 열화를 방지할 수 있다. 또한, 제 1 후막 절연층(104)은 열 확산 블록(102)의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층(106)의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가짐으로 인해, 열 확산 블록(102)의 열 팽창에 따른 충격이 제 1 박막 발열층(106)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 박막 발열층(106)은 열 확산 블록(102)을 가열시키기 위해, 제 1 후막 절연층(104) 상에 적층된다. 도 1c는 제 1 박막 발열층(106)을 설명하기 위한 일 실시예의 단면도이다. 도 1c를 참조하면, 제 1 박막 발열층(106)은 제 1 후막 절연층(104)에 적층되는 도전성의 발열 박막(106a) 및 발열 박막(106a) 상에 형성되어 전원을 인가하기 위한 한 쌍의 전극들(106b)을 포함할 수 있다.
발열 박막(106a)은 전원 인가에 따라 발열하는 것으로, 도전성 박막을 포함할 수 있다. 발열 박막(106a)은 전류의 흐름(I)에 의해 20 ℃ 내지 1,000 ℃의 범위 내의 발열이 가능한 저항막이다. 일 실시예에서, 발열 박막(106a)의 구동은 PTC (positive temperature coefficient, 정특성 저항) 거동을 보이는 영역에서 수행될 수 있다. 발열 박막(106a)은 각 위치마다 저항의 크기가 다른 산포를 가질 수 있다. 통상적으로, 주울 히팅 원리에 따르면, 낮은 저항값을 갖는 영역의 발열량이 높은 저항값을 갖는 영역의 발열량보다 더 클을 수 있다. 그러나, PTC 영역에서의 구동에 의하면, 저항 값이 낮은 곳에서 발열이 더 크더라도 스스로 저항 값의 상승에 의해 발열이 제한될 수 있으므로, 발열 박막(106a)의 전체 영역에 걸쳐 균일하게 열 확산 블록(102)을 가열할 수 있다.
발열 박막(106a)은 인듐 산화물(InO2), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 불소 주석 산화물(Fluorine doped Tin Oxide), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 또는 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발열 박막(106a)은 전술한 산화물 이외에 붕소(B) 또는 염소(Cl)와 같은 비금속과 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)과 같은 금속 또는 실리콘(Si)과 같은 준금속이 도핑될 수도 있다. 발열 박막(106a)은 저저항 고투과율을 갖는 재질로서, 내스크래치, 내마모성 및 내습성의 특성을 갖는다.
발열 박막(106a)은 적합한 전구체를 이용해 제 1 후막 절연층(104) 상에 분무 열분해 증착 (spray pyrolysis deposition; 이하 SPD라 함), 화학적 기상 증착(CVD), 원자층 기상 증착(ALD)되거나, 스퍼터링 및 열증착과 같은 물리적 기상 증착에 의해 형성될 수 있다. 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene), 또는 풀러렌(fullerene)과 같은 도전성 입자 기반의 발열 박막(106a)은 도전성 입자가 분산된 분산 용액에 제 1 후막 절연층(104)이 적층된 열 확산 블록(102)를 침지시키거나 슬러리 코팅하는 습식법에 의해 형성될 수도 있다.
발열 박막(106a)은 대면적 증착 공정이 가능한 상기 SPD에 의해 수행될 수 있다. 상기 SPD의 공급은 초음파 분무, 스프레이 분무 또는 기화 방식을 통해 이루어질 수 있다. 상기 SPD는 원료 화합물을 포함하는 액적을 형성하고, 상기 액적이 액적 전달 유로를 통하여 전달되는 동안 상기 액적에 함유된 용매의 증발, 고온 반응, 열 분해, 운반 기체와 전구체 사이의 반응(예를 들면, 산화 또는 환원 반응), 클러스터의 형성 및 기체 분자의 형성 중 적어도 어느 하나 또는 2 이상의 단계들을 수반하면서, 상기 기상 전구체가 미리 성막 온도까지 가열된 제 1 후막 절연층(104) 상에 전달되어 박막이 형성되는 증착 방식이다.
발열 박막(106a)이 불소 주석 산화물(FTO)을 포함하는 경우, FTO 발열 박막(106a)의 SPD를 위한 전구체 용액은 주석 전구체로서 SnCl4·5H2O, (C4H9)2Sn(CH3COO)2, (CH3)2SnCl2, 또는 (C4H9)3SnH와 같은 화합물이 사용될 수 있다. 도펀트인 불소 전구체로서, NH4F, CF3Br, CF2Cl2, CH3CClF2, CF3COOH, 또는 CH3CHF2와 같은 화합물이 사용될 수 있다. 이들 전구체를 소정 중량비 F/Sn 를 갖도록 증류수 또는 알코올에 혼합하여 액상 원료를 제조한 후, 액적을 발생시킬 수 있다. 피처리체인 제 1 후막 절연층(104)의 온도는 400 ℃ 내지 600 ℃로 유지한 후 기상 전구체를 제 1 후막 절연층(104) 상에 분사함으로써 그 상부에 상기 FTO 발열 박막(106a)을 형성할 수 있다. 그러나, 전술한 SPD에 의한 FTO 발열 박막(106a)의 형성은 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 FTO 발열 박막(106a)은 상압 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수도 있다.
발열 박막(106a)의 저항은 박막의 두께, 폭 및 패턴에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들면, 전술한 SPD 방식을 사용하여 발열 박막(106a)을 제조할 경우, 노즐에서 방출되는 전구체의 농도 및 유량, 운반 가스의 유속 및 유압, 챔버의 온도 및 압력, 발열 박막(106a)이 증착되는 윈도우 기판의 온도 또는 증착 횟수의 조절을 통해 발열 박막(106a)의 두께가 조절될 수 있다. 또한, 발열 박막(106a)의 폭은 증착 시 사용되는 마스크를 변경함으로써, 원하는 폭 및/또는 패턴으로 제공될 수 있다. 상기 패턴은 연속, 비연속, 반복 및 비반복적인 패턴 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴은 라인 패턴일 수 있고, 복수의 라인 패턴이 집합된 형태일 수 있다. 상기 마스크는 상기 마스크 공정 후에 발열 박막(106a)을 증착하여, 마스크를 제외한 부분에만 발열 박막(106a)이 증착되도록 사용될 수 있으며, 발열 박막(106a)을 증착한 후에 마스크를 사용하여 마스크를 제외한 부분을 식각시킴으로써 발열 박막(106a)의 패턴 또는 폭이 제공될 수 있다.
전극들(106b)은 발열 박막(106a)에 전원을 공급하기 위해 발열 박막(106a) 상에 전기적으로 연결되어 있다. 도 1c를 참조하면, 발열 박막(106a)에 적어도 일부가 접촉되어 형성된 전극들(106b)은 발열 박막(106a)에 전원을 공급함으로써 열을 발생시킨다. 전극들(106b)은 예를 들어 서로 다른 극성의 전력 신호, 예를 들면, 양의 전압이 인가되는 제 1 전극 패턴과 음의 전압이 인가되거나 접지되는 제 2 전극 패턴을 포함할 수 있다. 제 1 전극 패턴과 제 2 전극 패턴 사이에 적합한 전압 신호가 인가되면, 전류 I가 발열 박막(106a)을 통해 흐르면서 열을 발생시킬 수 있다.
전극들(106b)은 도 1c에 도시된 바와 같이 발열 박막(106a) 상에 형성된다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 전극들(106b)은 발열 박막(106a)과 제 1 후막 절연층(104) 사이에 형성되어 발열 박막(106a)에 전력을 공급할 수도 있다. 또한, 전극들(106b)과 발열 박막(106a)의 접촉효율을 높이기 위해서는 실버 페이스트나, 금속-탄소나노튜브 분말입자 페이스트가 더 사용될 수 있다.
전극들(106b)에 사용되는 재료로서, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 전도성 유기물질, 흑연, 또는 탄소나노튜브(carbon nano tube)가 제공될 수 있다. 금속 산화물과 금속 질화물은 상기 금속들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 산화물 또는 금속 질화물일 수 있다. 이러한 금속은 예를 들면, 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 납(Pb), 코발트(Co), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 질코늄(Zr), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 및 티탄(Ti)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
도 1d는 제 1 박막 발열층(106)을 구성하는 발열 박막(106a)을 설명하기 위한 일 실시예의 평면도이다. 도 1d를 참조하면, 제 1 후막 절연층(104)에 적층된 제 1 박막 발열층(106)의 발열 박막(106a)은 4 개로 구분된 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)을 포함하고 있다. 다만, 부분 발열 박막들의 개수는 예시적인 것이며, 발열 박막(106a)은 적어도 2 이상의 부분 발열 박막들을 포함할 수 있다. 또한, 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)은 각각 한 쌍의 전극들을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 부분 발열 박막(106a-1)은 제 1 전극 쌍(106b-1)을 포함하고, 제 2 부분 발열 박막(106a-2)은 제 2 전극 쌍(106b-2)을 포함하고, 제 3 부분 발열 박막(106a-3)은 제 3 전극 쌍(106b-3)을 포함하고, 제 4 부분 발열 박막(106a-4)은 제 4 전극 쌍(106b-4)을 포함할 수 있다. 다만, 도 1e에서는 제 1 전극 쌍 내지 제 4 전극 쌍(106b-1, 106b-2, 106b-3, 106b-4)이 각각 나뉘어 있는 것을 도시하고 있지만, 각 전극 쌍들이 동일 극성을 갖는 하나의 공통 전극으로 연결되어, 양극과 음극을 갖는 한 쌍의 공통 전극들에 의해 부분 발열 박막들 각각에 전원을 공급될 수도 있다. 이때, 부분 발열 박막들에 전원을 공급하는 한 쌍의 공통 전극들에 대한 전극 리드들은 일측에 함께 배치되어 있을 수 있다.
부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)은 각각 서로 동일한 저항을 갖도록 분할된 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 후막 절연층(104) 상에 전체적으로 발열 박막을 적층하고, 발열 박막의 전 위치에서 선택된 각 측정 위치에서 저항, 예를 들면, 표면 저항을 측정하고 상기 저항의 산포를 해소하기 위해 전체적으로 형성된 발열 박막을 패터닝 공정을 통해 분할하여 평균적으로 서로 동일 또는 근사한 저항 값을 갖는 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)을 형성할 수 있다.
발열 박막(106a)을 구성하는 물질이 제 1 후막 절연층(104) 상에 균일하게 적층되고, 기타의 요인이 없는 경우에는 발열 박막(106a)에 대한 모든 단면에서의 전기 저항은 일정하다. 그러나, 실제 제 1 후막 절연층(104) 상에 형성되는 발열 박막(106a)의 전단면에 대한 저항은 적층 두께의 차이 또는 물질의 불균일 등으로 인해 동일하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 발열 박막(106a)에 대한 각 영역의 저항, 예를 들면 표면 저항을 확인한 후에, 각 영역의 단면 저항을 고려하여 단자 저항이 서로 동일하도록 발열 박막(106a)의 면적을 복수의 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)로 분할함으로써, 분할된 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)의 면적은 각각 다르지만, 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4) 각각의 저항은 서로 동일할 수 있다.
부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)의 전극들(106b-1, 106b-2, 106b-3, 106b-4)에 각각 독립적으로 전원이 제공되더라도, 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)의 단자 저항이 서로 동일하므로, 각 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)에서 동일한 발열을 얻을 수 있다. 또한, 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)은 전극들(106b-1, 106b-2, 106b-3, 106b-4)에 각각 연결된 전원들을 통해 개별적으로 전원을 인가함으로써, 독립적인 발열 제어가 가능하다. 또한, 발열 박막(106a)이 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4)로 구분됨으로써, 부분 발열 박막들(106a-1, 106a-2, 106a-3 및 106a-4) 사이의 이격 공간으로 인해 발열 박막(106a)의 열 팽창에 따른 막 변형을 방지할 수 있다.
도 1e는 제 1 박막 발열층(106)을 구성하는 전극들을 설명하기 위한 일 실시예의 평면도이다. 도 1e를 참조하면, 발열 박막(106a) 상에 상이한 형태로 패터닝된 전극들 즉, 전극 패턴들(106b)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 박막(106a)은 넓은 면적에 균일하게 열을 제공할 수 있으므로, 3 차원 객체가 형성되는 작업 공간의 대면적화를 가능하게 한다. 작업 공간의 대면적화 되는 경우, 서셉터(100A)의 전체 면적에 발열이 제공될 필요가 없는 경우도 있다. 복수개의 패턴 전극들(106b)은 발열 박막(106a)의 발열 면적을 조절함으로써, 서셉터(100A)의 필요한 면적에 열을 제공할 수 있다.
발열 박막(106a)은 패턴 전극들(106b) 중 일부에 인가되는 전압을 조절함으로써 발열 면적 및 발열 온도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 1e에 도시된 패턴 전극들(106b)에 제공하는 전압(Va, Vb,..., Vj) 중 Va 와 Vd 사이에 인가되는 전압의 차이가 있는 경우, 그 주변 영역에 전류가 흘러 발열이 일어나게 된다. 이와 같이, 패턴 전극들(106b)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 발열 박막(106a)의 발열 영역을 필요한 작업 면적에 대응하도록 조절할 수 있다. 또한, 전류를 제어하여 발열 온도를 제어할 수도 있다.
일 실시예에서, 제 1 보호층(108)은 제 1 박막 발열층(106)의 제 1 후막 절연층(104)에 접하는 면에 반대되는 면에 적층되어 제 1 박막 발열층(106)에 대한 절연성, 방열성 또는 단열성을 위한 층으로 기능할 수 있다. 이러한, 제 1 보호층(108)은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 망간 산화물(MnO2), 철 산화물(Fe2O3), 마그네슘 산화물(MgO) 또는 티타늄 산화물(TiO2)를 포함할 수 있다.
제 1 보호층(108)이 제 1 박막 발열층(106) 상에 코팅되는 방식은 기화 증착 또는 스터터링 증착을 포함하는 물리 기상 증착(PVD) 방식일 수도 있고, 플라즈마 CVD, 다결정 실리콘 CVD 또는 써멀 CVD를 포함하는 화학 기상 증착(CVD) 방식일 수도 있다. 또한, 제 1 보호층(108)은 에어로졸 증착 방식으로 제 1 박막 발열층(106) 상에 코팅될 수도 있다. 에어로졸 형태의 제 1 보호층(108)의 소스 물질은 증착되기에 충분한 에너지를 가지고 제 1 박막 발열층(106) 상에 충돌하고, 충돌에 따라 제 1 박막 발열층(106)의 표면이 활성화됨으로써, 제 1 박막 발열층(106) 상에 제 1 보호층(108)이 증착될 수 있다.
제 1 보호층(108)은 반응 챔버 내에서의 부식 저항성 코팅을 제공한다. 반응 챔버 내에서 플라즈마 공정에 따른 가스 또는 활성화된 가스는 반응 챔버의 구성요소에 해당하는 서셉터(100A)를 식각하고 침식시키는 높은 부식종에 해당한다. 이러한, 부식종으로 인해 서셉터(100A)의 수명이 감소되며, 부식된 조각 피처리체에 대한 미립자 오염의 소스가 될 수 있다. 따라서, 제 1 보호층(108)이 제 1 박막 발열층(106) 상에 적층됨으로써, 플라즈마 공정에 따른 가스 또는 활성화된 가스로부터 서셉터를 보호할 뿐만 아니라, 피처리체에 대한 공정 수행 과정에서 발생할 수 있는 미립자 오염을 방지할 수 있다.
제 1 보호층(108)은 이트륨 산화물층(Y2O3)에 존재하는 불순물에 의한 서셉터(100A)의 오염을 최소화하도록 고순도를 가질 수 있으며, 이를 통해 플라즈마 공정 동안 미립자 오염원의 생성을 방지할 수 있다. 제 1 보호층(108)으로서 이트륨 산화물층(Y2O3)은 플라즈마 공정 동안 부식에 견딜 수 있는 높은 경도를 가질 수 있다.
전술한 서셉터(100A)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)이 일체화된 형태를 가질 수 있다. 즉, 제 1 후막 절연층(104)이 열 확산 블록(102) 상에 적층되고, 제 1 박막 발열층(106)이 제 1 후막 절연층(104)에 적층되며, 제 1 보호층(108)이 제 1 박막 발열층(106) 상에 적층됨으로써, 일체화된 서셉터(100A)를 형성할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터(100B)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 서셉터(100B)는 열 확산 블록(102), 산화 피막(102a, 102b), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)을 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된, 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)의 내용은 전술한 도 1a 내지 도 1f에서 설명한 구성요소와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 산화 피막(102a, 102b)에 대해 설명한다.
산화 피막(102a, 102b)은 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 및/또는 제 2 주면(SF2) 상에 아노다이징(anodazing) 처리에 의해 형성될 수 있다. 아노다이징은 알루미늄합금, 티타늄합금, 마그네슘합금 등과 같은 금속의 표면에 산화막이 형성되도록 하는 고정으로, 수산법 또는 황산법 등의 방식을 사용해 아노다이징 처리를 할 수 있다. 예를 들어, 황산 또는 수산화나트륨이 주로 함유된 전해액에 표면처리 대상물인 금속을 양극이 되도록 배치하고, 직류전기를 흐르게 하면 금속의 표면에 산화막이 형성된다. 열 확산 블록(102)이 금속에 해당하는 경우에, 열 확산 블록(102)을 황산 또는 수산화나트륨이 함유된 전해액에 넣은 후에, 양극으로 배치된 열 확산 블록(102)에 직류 전원을 인가함으로써, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 및/또는 제 2 주면(SF2) 상에 산화 피막을 형성할 수 있다. 아노다이징 처리에 의해 형성된 산화 피막(102a, 102b)은 내식성, 내마모성 또는 내화학성이 우수하다. 따라서, 열 확산 블록(102)에 대한 아노다이징 처리에 의해 서셉터(100B)의 부식 또는 마모 등을 방지할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터(100C)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 서셉터(100C)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 안정층(107) 및 제 1 보호층(108)를 포함할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된, 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)의 내용은 전술한 도 1a 및 도 1b에서 설명한 구성요소와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 안정층(107)에 대해 설명한다.
안정층(107)은 제 1 박막 발열층(106)의 제 1 후막 절연층(104)에 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 있으며, 제 1 박막 발열층(106)의 열적 안정성을 위한 박막으로 기능할 수 있다. 서셉터(100C)가 고온에서 동작할 경우에, 발열 기능을 수행하는 제 1 박막 발열층(106)이 고온에서 손상될 수 있다. 따라서, 이러한, 제 1 박막 발열층(106)의 고온에서의 손상을 방지하여 열적 안정성을 확보하기 위해 제 1 박막 발열층(106) 상에 내스크래치, 내마모성 및 내습성의 특성을 갖는 안정층(107)을 배치할 수 있다.
안정층(107)은 제 1 박막 발열층(106)을 구성하는 금속 산화물과 동일한 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 안정층(107)은 인듐 산화물(InO2), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 불소 주석 산화물(Fluorine doped Tin Oxide), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 또는 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발열 박막(106a)은 전술한 산화물 이외에 붕소(B) 또는 염소(Cl)와 같은 비금속과 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)과 같은 금속 또는 실리콘(Si)과 같은 준금속이 도핑될 수도 있다. 또한, 안정층(107)은 제 1 박막 발열층(106)에 비해서 전도성이 낮은 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 박막 발열층(106)과 동일한 금속 산화물을 포함하는 안정층(107) 사이에 화학적 동일성과 미세 조직의 연속성이 확보될 수 있으므로, 제 1 박막 발열층(106)의 안정성이 강화될 수 있다.
안정층(107)의 두께는 제 1 박막 발열층(106)의 두께보다 더 클 수 있다. 일 실시예에서, 안정층(107)의 두께는 약 10 ㎚ 내지 20μm의 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 안정층(107)을 형성할 경우, 제 1 박막 발열층(106) 내의 적어도 2 개 이상의 결정립들 사이의 계면과, 결정립들 각각의 표면을 커버하는 안정층(107)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나 이상의 결정립들 사이의 계면(grain boundary)은 대기 중에 노출될 수 있다. 상기 결정립들의 노출을 방지하기 위하여, 제 1 박막 발열층(106) 상에 안정층(107)이 형성되어, 상기 결정립들 사이의 주석 및/또는 불소와 같은 휘발성 원소들의 원소 이동과 상기 결정립들의 표면으로부터 대기 중으로 상기 휘발성 원소들의 휘발에 의한 박막 구조체의 조성 변화와 그에 따른 박막 구조체 내의 미세 구조의 변화를 억제시킬 수 있다. 또한, 서셉터의 사용에 따른 가열에 의해 제 1 박막 발열층(106)의 휘발에 의한 결핍 원소가 동일 금속 산화물을 포함하는 안정층(107)으로부터 보충되거나 농도 구배에 의한 휘발이 저지될 수 있으므로, 상기 박막 구조체의 안정성, 내구성 및 그에 따른 수명이 향상될 수 있다.
안정층(107)은 적합한 전구체를 이용해 제 1 박막 발열층(106) 상에 분무 열분해 증착 (SPD), 화학적 기상 증착(CVD), 원자층 기상 증착(ALD), 스퍼터링 및 열증착과 같은 물리적 기상 증착에 의해 형성될 수 있다. 안정층(107)은 금속 산화물입자가 분산된 분산 용액에 제 1 박막 발열층(106)이 적층된 열 확산 블록(102)을 침지시키거나 슬러리 코팅하는 습식법에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 안정층(107)은 에어로졸 증착(AD) 방식으로 제 1 박막 발열층(106) 상에 증착될 수도 있다. 상기 에어로졸 증착은 안정층(107)을 구성하는 물질의 미세 입자를 제 1 박막 발열층(106) 상으로 분사하여 제 1 박막 발열층(106)의 표면 또는 표면의 내부에 임베디드된 안정층(107)을 형성할 수 있다. 즉, 안정층(107)의 에어로졸 형태의 물질은 증착되기에 충분한 에너지를 가지고 제 1 박막 발열층(106) 상에 충돌하며, 이에 따라 안정층(107)을 구성하는 물질의 입자가 제 1 박막 발열층(106)과 강하게 결합되어 안정층(107)이 증착된다. 상기 에어로졸 증착 방식에 의해, 안정층(107)을 형성하는 경우, 제 1 박막 발열층(106)의 표면 열화를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 안정층(107)이 형성되는 동안 제 1 박막 발열층(106)의 과도한 온도 변동에 따른 열적 쇼크 또는 팽창을 방지할 수 있다.
일반적으로, 코팅 기술은 대부분 높은 온도에서 충분한 열 에너지를 제공하여 구성요소 표면 상에 원하는 양의 물질을 스퍼터링하거나 증착시킨다. 그러나, 고온 처리는 표면 성질을 악화시키거나 또는 코팅된 표면의 미세구조를 변성시킬 수 있다. 또한, 코팅된 층 또는 하부층이 미세한 균열을 초래하거나 코팅이 균일하게 이루어지지 않음으로 인해, 구성요소 표면이 시간에 따라 열화될 수 있다. 상기 에어로졸 증착 방식에 의해, 안정층(107)을 형성하는 경우, 제 1 박막 발열층(106)의 표면 열화를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 상온을 포함하는 저온, 예를 들어, 약 0℃ 이상 약 60℃ 이하의 상온에서 코팅이 수행될 수 있다. 따라서, 안정층(107)이 형성되는 동안 제 1 박막 발열층(106)의 과도한 온도 변동에 따른 열적 쇼크를 방지할 수 있다.
에어로졸 증착을 위해, 안정층(107)을 구성하는 물질의 에어로졸 생성을 위한 운반 가스가 제공될 수 있다. 운반 가스는 질소 가스(N2), 수소 가스(H2), 산소 가스(O2), 플루오르 가스(F2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne)과 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 운반 가스는 안정층(107)을 구성하는 물질이 에어로졸 형태로 제공될 수 있도록 하기 위해 고압력으로 제공될 수 있다. 고압력으로 제공된 운반 가스에 의해, 안정층(107)을 구성하는 물질이 에어로졸 형태로 제 1 박막 발열층(106) 상에 퇴적될 수 있다. 안정층(107)을 구성하는 물질이 제 1 박막 발열층(106)의 표면에 증착될 수 있도록 하기 위한 운반 가스의 압력은 약 1Pa 내지 약 100Pa에서 유지될 수 있고, 운반 가스의 방출 속도는 약 10m/s 내지 약 3000m/s에서 제어될 수 있다. 에어로졸 형태의 물질은 증착되기에 충분한 에너지를 가지고 제 1 박막 발열층(106) 상에 충돌하며, 이에 따라 안정층(107)을 구성하는 물질의 입자가 제 1 박막 발열층(106)과 강하게 결합되어 제 1 박막 발열층(106) 상에 안정층(107)이 증착된다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터(100D)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 서셉터(100D)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108) 및 진공홀(110)을 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된, 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)의 내용은 전술한 도 1a 및 도 1b에서 설명한 구성요소와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 진공홀(110)에 대해 설명한다.
진공홀(110)은 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)을 각각 관통하는 홀이다. 즉, 진공홀(110)은 서셉터(100D)를 구성하는 열 확산 블록(102)의 상면으로부터 제 1 보호층(108)의 하면까지 관통된다. 진공홀(110)은 열 확산 블록(102)에 대한 기계적 식각 방식(예를 들어, 드릴링 작업) 또는 화학적인 부식 방식에 의해 형성될 수 있다. 그 후, 형성된 진공홀(110)에 마스킹을 한 후에, 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)을 적층하고, 최종적으로 마스킹을 해지함으로써, 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)이 관통된 진공홀(110)을 획득할 수 있다.
진공홀(110)은 열 확산 블록(102) 상에 놓이게 되는 피처리체에 대해 열 확산 블록(102) 상에서 안정적으로 고정될 수 있도록 하기 위한 공기 흡입 통로의 역할을 담당한다. 진공 펌프와 같은 진공 흡입력 발생수단(미도시)에 의해 발생된 진공 흡입력이 진공홀(110)에 제공되면, 진공홀(110)에 인가된 진공 흡입력은 피처리체의 표면에 전달된다. 이에 따라, 진공 흡입력이 피처리체를 끌어당김으로써, 피처리체가 열 확산 블록(102) 상에 견고하게 고정될 수 있다. 이때, 피처리체가 열 확산 블록(102) 상에 안정적으로 고정되기 위해서 피처리체와 열 확산 블록(102) 사이에 작용하는 진공 흡입력이 적절히 제어될 수 있다.
진공홀(110)의 개수는 하나일 수도 있고, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 복수개일 수도 있다. 진공홀(110)의 홀 직경 또는 개수는 서셉터(100D)의 구조 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 또한, 진공홀(110)의 측단면 형상은 원형, 타원형 또는 다각형을 포함할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터(100E)로서 지지 부재(102c)를 포함하는 열 확산 블록(102)을 설명하기 위한 사시도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 서셉터(100E)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108) 및 지지 부재(102c)를 포함할 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된, 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)의 내용은 전술한 도 1a 및 도 1b에서 설명한 구성요소와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 지지 부재(102c)를 중심으로 설명한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 지지 부재(102c)는 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에서 수직 방향으로 돌출되어 있다. 일 실시예에서, 지지 부재(102c)는 열 확산 블록(102)의 최초의 제 2 주면(SF2)에 대한 기계적 식각 또는 화학적 부식에 의해 형성될 수 있다. 기계적 식각 방식은 열 확산 블록(102)의 최초의 제 2 주면(SF2) 상에서 지지 부재(102c)의 형성을 위한 영역이 아닌 그 밖의 영역을 식각 장치를 사용하여 기계적으로 식각하는 방식이다. 화학적 부식 방식은 열 확산 블록(102)의 최초의 제 2 주면(SF2) 상에서 지지 부재(102c)의 형성을 위한 영역을 마스킹하고, 지지 부재(102c)의 형성을 위한 영역이 아닌 그 밖의 영역을 열 확산 블록(102)의 부식을 위한 물질을 사용하여 부식시키는 방식이다. 다만, 전술한 열 확산 블록(102)에 대한 기계적 식각 또는 화학적 부식 방식을 이용한 지지 부재(102c)의 형성은 예시적인 것일 뿐이며, 열 확산 블록(102)와 다른 재질의 부재를 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에 결합함으로써 지지 부재(102c)를 형성할 수도 있다.
지지 부재(102c)는 열 확산 블록(102)의 가장자리 둘레에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 부재(102c)는 복수개의 돌출 모듈들로 구성된 돌출 어레이 구조를 포함할 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 돌출 모듈들은 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에서 수직으로 형성된 리브 구조일 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 돌출 모듈들은 4 개에 해당하지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 돌출 모듈들의 크기 또는 개수는 서셉터(100E)의 구조 및 크기에 따라 달라질 수 있으며, 돌출 모듈들의 측단면 형상은 원기둥형, 원뿔형, 다각형을 포함할 수 있다.
복수개의 돌출 모듈들로 구성된 지지 부재(102c) 사이에 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)이 배치되어 있으며, 지지 부재(102c)는 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108) 보다 돌출될 수 있다. 지지 부재(102c)를 갖는 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에 지지 부재(102c)의 단부에 대한 마스킹 후에, 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)을 순차적으로 적층함으로써, 지지 부재(102c)가 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)으로부터 돌출된 서셉터(100E)가 얻어질 수 있다.
제 1 박막 발열층(106)은 지지 부재(102c)의 측면에 배치되므로, 제 1 박막 발열층(106)과 지지 부재(102c)가 절연되어야 한다. 이를 위해서, 제 1 후막 절연층(104)은 지지 부재(102c)와 제 1 박막 발열층(106)의 절연을 위한 절연 연장 부재(104a)를 더 포함하고 있다. 절연 연장 부재(104a)는 제 1 후막 절연층(104)의 적층 후에 절연 연장 부재(104a)에 대한 추가적인 적층을 통해 형성될 수 있다. 또한, 절연 연장 부재(104a)는 제 1 후막 절연층(104)의 적층 후에 기계적 식각 또는 화학적 식각에 의해 형성될 수도 있다. 그러나, 전술한 절연 연장 부재(104a)에 대한 형성 방법은 예시적인 것이며, 당업자 수준에서 설계 변경 가능한 다양한 방식을 포함할 수 있다. 예를 들면, 지지 부재(102c)를 갖는 열 확산 블록(102)의 제 2 주면 상에 후막 절연층 및 박막 발열층을 콘포멀하게 순차 형성한 후, 지지 부재(102c)의 표면이 노출될 때까지 상기 후막 절연층 및 박막 발열층을 연속적으로 식각 또는 연마함으로써 제 1 박막 발열층(106)과 제 1 후막 절연층(104)이 형성될 수 있다. 제 1 박절연 연장 부재(104a)의 형성 후에, 제 1 박막 발열층(106)이 제 1 후막 절연층(104)에 적층되고, 그 후에, 제 1 보호층(108)이 적층된다. 다른 실시예에서는, 지지 부재(102c)를 갖는 열 확산 블록(102)의 제 2 주면 상에 후막 절연층, 박막 발열층 및 보호층을 콘포멀하게 순차 형성한 후, 지지 부재(102c)의 표면이 노출될 때까지 상기 보호층, 후막 절연층, 및 박막 발열층을 연속적으로 식각 또는 연마함으로써 제 1 박막 발열층(106),제 1 후막 절연층(104) 및 제 1 보호층(108)이 형성될 수 있다. 전극의 형성은, 상기 박막 발열층 상에 보호층을 적층하기 이전에 상기 박막 발열층 상에 형성될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터(100F)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 서셉터(100F)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108), 진공홀(110) 및 지지 부재(102c)를 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된, 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108) 및 진공홀(110)의 내용은 전술한 도 1a, 도 1b, 도 4a, 도 4b에서 설명한 구성요소와 동일하고, 지지 부재(102c)의 내용은 도 5a 및 도 5b에서 설명한 구성요소와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 진공홀(110)은 지지 부재(102c) 내에서 길이 방향으로 형성된 중공 형상일 수 있다. 도 6a 및 도 6b에서는 진공홀(110)이 모든 지지 부재(102c)의 중심 부분에 각각 3개씩 형성된 것을 예시하고 있으나, 지지 부재(102c) 중에서 일부의 돌출 모듈들에 대해서만 진공홀(110)이 형성될 수도 있다. 지지 부재(102c)의 중심 부분이 기계적 식각 또는 화학적 부식 방식에 의해 중공됨으로써 진공홀(110)이 형성될 수 있다. 또한, 도 6a 및 도 6b에 도시되지 않았지만, 진공홀(110)이 지지 부재(102c)의 중심에 형성된 것이 아니라, 진공홀(110)과 지지 부재(102c)가 서로 교번하여 형성될 수 있다. 진공홀(110)과 지지 부재(102c)의 돌출 모듈들의 개수는 서셉터의 구조 및 크기에 따라 달라질 수 있다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터(100G)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 서셉터의 측면 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 서셉터(100G)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108), 제 2 후막 절연층(114), 제 2 박막 발열층(116) 및 제 2 보호층(118)을 포함할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된, 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)의 내용은 전술한 도 1a 및 도 1b에서 설명한 구성요소와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 제 2 후막 절연층(114), 제 2 박막 발열층(116) 및 제 2 보호층(118)에 대해 설명한다.
제 2 후막 절연층(114)은 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1)과 제 2 박막 발열층(116) 사이에 배치되어, 열 확산 블록(112)와 제 2 박막 발열층(116)을 전기적으로 절연시킨다. 제 2 후막 절연층(114)을 구성하는 물질은 미세한 세라믹 입자, 미세한 금속 입자, 또는 미세한 합성물 입자일 수 있다. 또한, 제 2 후막 절연층(114)은 열 확산 블록(102)의 열 팽창 계수와 상기 제 2 박막 발열층(116)의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 갖는 물질일 수 있다.
제 2 후막 절연층(114)은 절연성 금속 산화물일 수 있으며, 여기서, 금속은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 철(Fe) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 제 2 후막 절연층(114)은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 망간 산화물(MnO2), 철 산화물(Fe2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다.
제 2 후막 절연층(114)은 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 상에 코팅될 수 있다. 제 2 후막 절연층(114)이 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 상에 코팅되는 방식은 기화 증착 또는 스터터링 증착을 포함하는 물리 기상 증착(PVD) 방식일 수도 있고, 플라즈마 CVD, 다결정 실리콘 CVD 또는 써멀 CVD를 포함하는 화학 기상 증착(CVD) 방식일 수도 있다. 또한, 제 2 후막 절연층(114)은 에어로졸 증착 방식으로 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 상에 코팅될 수도 있다. 에어로졸 증착에 의해 제 2 후막 절연층(114)의 미세 입자 중 적어도 일부가 제 1 주면(SF1)의 표면 또는 내부에 임베디드될 수 있다. 에어로졸 형태의 소스 물질은 증착되기에 충분한 에너지를 가지고 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 상에 충돌한다. 에어로졸 형태의 소스 물질이 제 1 주면(SF1)에 충돌함에 따라, 제 1 주면(SF1)의 표면이 활성화되며, 그 후, 소스 물질의 입자가 제 1 주면(SF1)과 강하게 결합되어 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 상에 제 2 후막 절연층(114)이 증착된다. 제 2 후막 절연층(114)이 상온에서 증착됨에 따라, 열 확산 블록(102)의 미세구조가 열적 손상되는 것을 방지하고, 이에 의해 균일하고 일정한 제 2 후막 절연층(114)의 표면 상태를 제공할 수 있다.
제 2 박막 발열층(116)은 열 확산 블록(102)를 가열시키기 위해, 제 2 후막 절연층(114) 상에 적층된다. 제 2 박막 발열층(116)은 도 1d에 도시된 제 1 박막 발열층(106)과 동일한 구성요소에 해당하는 것으로, 도전성의 발열 박막 및 발열 박막 상에 형성되어 전원을 인가하기 위한 전극들을 포함할 수 있다. 제 2 박막 발열층(116)에 대한 특징은 제 1 박막 발열층(106)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제 2 보호층(118)은 제 2 박막 발열층(116)의 제 2 후막 절연층(114)에 접하는 면에 반대되는 면에 적층되어 제 2 박막 발열층(116)에 대한 절연성, 단열성 또는 방열성 박막으로 기능할 수 있다. 이러한, 제 2 보호층(118)은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 망간 산화물(MnO2), 철 산화물(Fe2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다.
제 2 보호층(118)이 제 2 박막 발열층(116) 상에 코팅되는 방식은 기화 증착 또는 스터터링 증착을 포함하는 물리 기상 증착(PVD) 방식일 수도 있고, 플라즈마 CVD, 다결정 실리콘 CVD 또는 써멀 CVD를 포함하는 화학 기상 증착(CVD) 방식일 수도 있다. 또한, 제 2 보호층(118)은 에어로졸 증착 방식으로 제 2 박막 발열층(116) 상에 코팅될 수도 있다. 에어로졸 형태의 제 2 보호층(118)의 소스 물질은 증착되기에 충분한 에너지를 가지고 제 2 박막 발열층(116) 상에 충돌하고, 충돌에 따라 제 2 박막 발열층(116)의 표면이 활성화됨으로써, 제 2 박막 발열층(116) 상에 제 2 보호층(118)이 증착될 수 있다. 제 2 보호층(118)은 반응 챔버 내에서의 증착 공정에 따른 플라즈마 상태 또는 활성화 상태의 가스에 대한 부식 저항성 코팅을 제공한다. 즉, 제 2 보호층(118)이 제 2 박막 발열층(116) 상에 적층됨으로써, 플라즈마 공정에 따른 가스 또는 활성화된 가스로부터 서셉터를 보호할 뿐만 아니라, 피처리체에 대한 공정 수행 과정에서 발생할 수 있는 미립자 오염을 방지할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 서셉터(100G)는 진공홀(110)과 지지 부재(102c)를 구비하고 있지 않지만, 추가적으로 진공홀(110)과 지지 부재(102c)가 구비된 서셉터를 형성할 수도 있다. 지지 부재(102c)는 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 및 제 2 주면(SF2) 상에 형성될 수 있다. 지지 부재(102c)는 제 1 주면(SF1) 및 제 2 주면(SF2)에 대한 기계적 식각 또는 화학적 부식에 의해 형성될 수 있다. 진공홀(110)은 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108), 제 2 후막 절연층(114), 제 2 박막 발열층(116) 및 제 2 보호층(118)을 관통하여 형성될 수 있다. 또한, 진공홀(110)은 지지 부재(102c)의 중심 부분에 형성될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시되지 않았지만, 서셉터(100G)는 산화 피막(102a, 102b) 또는 안정층(107)이 추가적으로 적층될 수도 있다. 즉, 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 및/또는 제 2 주면(SF2) 상에 산화 피막(102a, 102b)이 형성될 수 있다. 또한, 제 1 박막 발열층(106)과 제 1 보호층(108) 사이 및/또는 제 2 박막 발열층(116)과 제 2 보호층(118) 사이에 안정층(107)이 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 및 제 2 주면(SF2) 상에 지지 부재(102c)가 형성된 후에, 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에 제 1 후막 절연층(104)이 적층되고, 제 1 주면(SF1) 상에 제 2 후막 절연층(114)이 적층될 수 있다. 그 후, 제 1 후막 절연층(104) 상에 제 1 박막 발열층(106)이 적층되고, 제 2 후막 절연층(114) 상에 제 2 박막 발열층(116)이 적층될 수 있다. 그 후, 제 1 박막 발열층(106) 상에 제 1 보호층(108)이 적층되고, 제 2 박막 발열층(116) 상에 제 2 보호층(118)이 적층될 수 있다.
다른 실시예에서, 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에 지지 부재(102c)가 형성된 후에, 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2) 상에 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)이 순차적으로 적층될 수 있다. 그 후, 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 상에 지지 부재(102c)가 형성된 후에, 열 확산 블록(102)의 제 1 주면(SF1) 상에 제 2 후막 절연층(114), 제 2 박막 발열층(116) 및 제 2 보호층(118)이 순차적으로 적층될 수 있다. 다만, 전술한 서셉터의 형성 과정은 예시적인 것에 불과하며, 이 이외에도 다양한 조합에 의해 서셉터를 형성할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 서셉터(100G)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108), 제 2 후막 절연층(114), 제 2 박막 발열층(116) 및 제 2 보호층(118)이 일체화된 형태를 가질 수 있다. 즉, 제 1 후막 절연층(104)이 열 확산 블록(102) 상에 적층되고, 제 1 박막 발열층(106)이 제 1 후막 절연층(104)에 적층되며, 제 1 보호층(108)이 제 1 박막 발열층(106) 상에 적층되며, 또한, 제 2 후막 절연층(114)이 열 확산 블록(102) 상에 적층되고, 제 2 박막 발열층(116)이 제 2 후막 절연층(114)에 적층되며, 제 2 보호층(118)이 제 2 박막 발열층(116) 상에 적층됨으로써, 일체화된 서셉터를 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터의 구동 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 8을 참조하면, 상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층에 각각 연결된 전원들을 구동하여 상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층을 각각 발열시킨다(S200). 상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층의 발열 온도는 동일할 수 있다. 이의 제어를 위해 상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층에는 온도 측정 센서가 각각 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 열 확산 블록(102)의 온도 변화에 따른 변형을 측정하기 위한 변형 측정 수단이 열 확산 블록(102)에 결합될 수 있다. 이 경우, 열 확산 블록(102)의 휘어짐과 같은 변형은 변형에 따른 저항 변화를 측정하는 전기적 저항 측정 센서가 서셉터에 결합될 수 있다. 상기 저항 측정 센서는, 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층에 각각 결합되어 각 저항 측정 센서에 의해 파악되는 저항 값이 서로 동일한지 여부를 판단하여 열 확산 블록의 휘어짐 정도를 계산할 수 있다.
다른 실시예에서, 광원부와 수광부를 포함하는 비접촉식 광학 측정 센서를 서셉터에 결합하여, 상기 광원부로부터 열 확산 블록의 특정 위치로 출사된 광이 열 확산 블록의 휘어짐에 따라 반사각이 변화되어, 상기 수광부에 입사되는지 여부를 판정하여 열 확산 블록의 휘어짐 여부를 판정할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 수광부가 어레이 형태의 포토 센서들을 포함하고 상기 입사광의 각도 변화에 따라 각 포토 센서들에서 감지되는 입사광의 강도 변화를 감지하여 열 확산 블록의 휘어짐 정도를 감지하는 광학적 변화를 감지하는 광학 측정 센서가 제공될 수도 있다. 전술한 저항 측정 센서 및 광학 측정 센서는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 변형 측정 수단이 이용될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 서셉터(100G)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106), 제 1 보호층(108), 제 2 후막 절연층(114), 제 2 박막 발열층(116) 및 제 2 보호층(118)을 포함할 수 있다. 서셉터(100G)의 제 1 박막 발열층(106) 및 제 2 박막 발열층(116)은 각각 독립적인 전원에 의해 연결되어 있다. 따라서, 서셉터(100G)를 가열하기 위해, 제 1 박막 발열층(106) 및 제 2 박막 발열층(116)에 각각 연결된 전원들을 함께 구동하여 제 1 박막 발열층(106)과 상기 제 2 박막 발열층(116)에 전류를 인가함으로써, 제 1 박막 발열층(106)과 상기 제 2 박막 발열층(116)을 소정 공정 온도까지 발열시킨다. 제 1 박막 발열층(106)과 상기 제 2 박막 발열층(116)의 발열에 따라, 서셉터(100G)가 가열된다.
본 발명의 2차원 가열 수단인 제 1 박막 발열층을 이용한 가열은, 열 확산 블록(102)의 두께를, 종래의 불연속적인 가열 수단인 열선을 적용하는 경우에 필요한 확산 블록의 열 혼합 거리가 제거될 수 있기 때문에, 종래의 서셉터 두께에 비해 감소시킬 수 있다. 그러나, 열 확산 블록(102)의 두께가 감소됨에 따라, 가열시 열 확산 블록(102)의 휘어짐이 문제될 수 있다. 그러나, 전술한 것과 같이 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층의 양면 발열을 통해, 이들 박막 발열층과 열 확산 블록(102) 사이의 각 계면에서 발생하는 응력차를 완화하여, 열 확산 블록(102)의 휘어짐을 차단할 수 있다.
S200 단계 후에, 상기 서셉터가 상기 공정 온도인 임계 온도 이상인가를 감지한다(S202 단계). 가열된 서셉터(G)가 피터리체의 공정을 위한 적정 온도 이상인가를 감지한다. 온도 감지를 위해 온도 감지 센서를 사용할 수 있으며, 피처리체의 공정을 위한 적정 온도에 해당하는 임계 온도에 대한 정보는 메모리에 저장되어 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 전술한 것과 같이, 변형 측정 수단이 서셉터에 결합될 수 있으며, 상기 변형 측정 수단에 의해 측정된 정보가 서셉터의 온도 제어기와 통신될 수 있다.
S202 단계에서, 서셉터가 임계 온도 이상이라면, 상기 제 1 박막 발열층 및 상기 제 2 박막 발열층 중 적어도 하나에 대한 전원 공급이 제한된다(S204 단계). 상기 전원 공급이 제한은, 예를 들면, 전원의 차단, 입력 전력의 감소, 또는 단속적 전원 공급과 같은 일련의 전력 제어이다. 서셉터의 온도가 임계 온도 이상이라면, 서셉터는 상부 및 하부 표면에 균일하게 열 전달이 이루어짐으로써, 서셉터가 열적 평형 상태를 유지할 수 있다. 예를 들면, 이 경우에 제 1 박막 발열층(106) 또는 제 2 박막 발열층(116) 중 어느 하나에 대한 전원 공급을 차단하고, 다른 하나의 박막 발열층만을 구동하더라도 피처리체의 공정을 위한 발열 조건을 충족시킬 수 있다. 그 후, 피처리체에 대한 공정이 완료되면, 전공 공급이 진행되었던 다른 하나의 박막 발열층에 대한 전원 공급도 차단함으로써, 피처리체에 대한 공정 과정을 종료할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 변형 측정 수단에 의해 서셉터의 변형이 판정되면, 동일한 방식으로 상기 제 1 박막 발열층 및 상기 제 2 박막 발열층 중 적어도 하나에 대한 전원 공급이 제한될 수 있다. 이러한 제한 동작은, 상기 임계 온도 이하에서 수행될 수 있으며, 서셉터가 임계 온도에 도달할 때까지 서셉터의 변형을 최소화하도록 한다. 일부 실시예에서는, 공정 완료 후 냉각시에도 양면 발열 상태를 유지하면서 서서히 제 1 박막 발열층 및 제 2 박막 발열층에 인가되는 전원을 감소시켜 열 확산 블록(102)의 휘어짐없이 이의 냉각을 유도할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응로(300)를 설명하기 위한 참조도이다.
도 9를 참조하면, 반응로(300)은 서셉터(100) 및 반응 챔버(150)를 포함할 수 있다. 서셉터(100)는 반응 챔버(150) 내에 배치되어 피처리체(T)를 가열시킨다. 전술한 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 서셉터(100)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108)를 포함할 수 있다.
열 확산 블록(102)는 피처리체(T)를 지지하는 제 1 주면 및 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 피처리체(T)로 열을 전달한다. 열 확산 블록(102)에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
제 1 후막 절연층(104)은 열 확산 블록(102)의 열 팽창 계수와 제 1 박막 발열층(106)의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 열 확산 블록(102)의 제 2 주면(SF2)과 제 1 박막 발열층(106) 사이에 배치되어 열 확산 블록(102)와 제 1 박막 발열층(106)을 전기적으로 절연시킨다. 제 1 후막 절연층(104)에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
제 1 박막 발열층(106)은 열 확산 블록(102)를 가열시키기 위해, 제 1 후막 절연층(104) 상에 적층된다. 제 1 박막 발열층(106)에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
제 1 보호층(108)은 제 1 박막 발열층(106) 상에 적층되어 제 1 박막 발열층(106)에 대한 절연성, 방열성, 단열성을 위한 박막으로 기능할 수 있다. 제 1 보호층(108)에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
서셉터(100)는 열 확산 블록(102), 제 1 후막 절연층(104), 제 1 박막 발열층(106) 및 제 1 보호층(108) 이외에, 산화 피막(102a, 102b), 지지 부재(102c), 안정층(107), 진공홀(110), 제 2 후막 절연층(114), 제 2 박막 발열층(116) 및 제 2 보호층(118)을 더 포함할 수 있다. 이에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
반응 챔버(150)는 피처리체(T)의 표면 상에 유한한 두께의 막을 형성하거나 패턴을 형성하는 공정이 가능한 공간을 한정한다. 반응 챔버(150)의 반응 공간은 챔버 벽에 의해 한정되고, 챔버 벽은 외부와의 단열, 밀폐 및/또는 격리를 위한 적합한 구조를 갖는다. 다른 실시예에서, 챔버 벽은 후드일 수도 있다. 후드는 성막시에 반응 공간 내부로부터 외부로 열이 유출되는 것과 전구체가 외부로 누출되어 낭비되는 것을 방지하면서 반응 공간에 상압 조건을 유지시킨다. 챔버 벽 또는 상기 후드는 알루미늄, 스테인리스, 구리 또는 내화 금속과 재료로 제작되거나 코팅된 금속 재료로 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 재료 표면에 양극 처리 또는 세라믹 코팅 처리된 재료가 사용될 수 있다. 또는, 상기 챔버 벽 또는 상기 후드는 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작될 수도 있다.
반응 챔버(150)는 서셉터(100)를 지지하는 리프팅 수단을 포함할 수 있으며, 리프팅 수단은 리프트 핀, 정전척 및 진공척 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 또한, 반응 챔버(150)는 피처리체(T)의 코팅 처리를 위하여 적합한 구조, 예를 들어, 원형 실린더 구조, 사각 실린더 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 또한, 반응 챔버(150)는 피처리체(T)의 증착 상황을 판단하기 위한 윈도우를 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 반응로는 반도체 소자, 평판 디스플레이 패널, 태양전지 소자에 적용될 수 있다. 또한, 반응로는 LCD, OLED, E-페이퍼를 포함하는 플렉서블 디스플레이의 제조를 위한 폴리이미드(PI) 큐어링(curing) 장치에 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
가열될 피처리체를 지지하는 제 1 주면 및 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록을 제공한다(S400 단계). 열 확산 블록은 알루미늄, 스테인리스, 철, 티타늄 및 이들의 화합물을 포함하는 금속 소재 또는 규소 질화물 또는 알루미늄 질화물을 포함할 수 있다.
S400 단계 후에, 열 확산 블록의 제 2 주면 상에서 수직 방향으로 지지 부재를 형성한다(S402 단계). 지지 부재는 열 확산 블록의 제 2 주면에 대한 기계적 식각 또는 화학적 부식에 의해 형성될 수 있다. 지지 부재는 복수개의 돌출 모듈들로 구성된 돌출 어레이 구조를 포함할 수 있다. 돌출 모듈들의 크기 또는 개수는 서셉터의 구조 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 한편, S402 단계는 필수 구성 요소에 해당하는 단계는 아니며, 서셉터의 제조 과정 중에서 필요에 따라 생략이 가능하다.
S402 단계 후에, 열 확산 블록을 관통하는 적어도 하나 이상의 진공홀을 형성한다(S404 단계). 진공홀은 제 1 보호층 상에 놓이게 되는 피처리체에 대해 제 1 보호층 상에 안정적으로 고정될 수 있도록 하기 위한 공기 흡입 통로의 역할을 담당한다. 진공홀은 기계적 식각 방식(예를 들어, 드릴링 작업)에 의해 형성될 수도 있고, 화학적인 부식 방식에 의해 형성될 수도 있다. 진공홀은 하나 또는 복수개가 형성될 수도 있다. 또한, 진공홀의 홀 직경 또는 개수는 서셉터의 구조 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 또한, 진공홀의 측단면 형상은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다. 진공홀의 형성 후에, 이후의 동작을 수행하기 위해 진공홀이 마스킹될 수 있다. 한편, S404 단계는 필수 구성 요소에 해당하는 단계는 아니며, 서셉터의 제조 과정 중에서 필요에 따라 생략이 가능하다.
S404 단계 후에, 열 확산 블록의 제 1 주면 및 제 2 주면 중 적어도 하나에 아노다이징 처리에 의해 산화 피막을 형성한다(S406 단계). 열 확산 블록이 금속에 해당하는 경우에, 열 확산 블록을 황산 또는 수산화나트륨이 함유된 전해액에 넣은 후에, 양극으로 배치된 열 확산 블록에 직류 전원을 인가함으로써, 열 확산 블록의 제 1 주면 및/또는 제 2 주면 상에 산화 피막을 형성할 수 있다. 아노다이징 처리에 의해 형성된 산화 피막은 내식성과 내마모성이 우수하여, 서셉터의 부식 또는 마모 등을 방지할 수 있다. 한편, S406 단계는 필수 구성 요소에 해당하는 단계는 아니며, 서셉터의 제조 과정 중에서 필요에 따라 생략이 가능하다.
S406 단계 후에, 열 확산 블록의 제 2 주면 상에 제 1 후막 절연층을 코팅한다(S408 단계). 제 1 후막 절연층은 열 확산 블록의 제 2 주면과 제 1 박막 발열층 사이에 배치되어, 열 확산 블록과 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시킨다. 제 1 후막 절연층이 열 확산 블록 상에 코팅되는 방식은 물리 기상 증착(PVD) 방식일 수도 있고, 화학 기상 증착(CVD) 방식일 수도 있다. 또한, 제 1 후막 절연층은 플라즈마 스프레이 증착 방식 또는 에어로졸 증착 방식으로 열 확산 블록 상에 코팅될 수도 있다. 에어로졸 증착에 의해 제 1 후막 절연층의 미세 입자 중 적어도 일부가 제 2 주면의 표면 또는 내부에 임베디드될 수 있다. 에어로졸 증착 동안, 제 1 후막 절연층을 구성하는 물질은 열 확산 블록의 제 2 주면 상에 박힐 수 있고, 열 확산 블록의 제 2 주면과 제 1 후막 절연층 사이의 계면 상에 변성층이 형성될 수도 있다. 제 1 후막 절연층은 열 확산 블록과 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 기능 이외에, 고온 사용 중 열 확산 블록으로부터 제 1 박막 발열층으로 확산되는 불순물에 의한 제 1 박막 발열층의 기계적 및/또는 전기적 열화를 방지할 수 있으며, 또한, 열 확산 블록의 열 팽창에 따른 충격이 제 1 박막 발열층으로 전달되는 것을 완충시킬 수 있다.
S408 단계 후에, 열 확산 블록을 가열시키기 위해, 제 1 후막 절연층 상에 제 1 박막 발열층을 적층한다(S410 단계). 제 1 박막 발열층은 제 1 후막 절연층에 적층되는 도전성의 발열 박막 및 발열 박막 상에 형성되어 전원을 인가하기 위한 전극들을 포함할 수 있다.
발열 박막은 전원 인가에 따라 발열하는 것으로, 도전성 박막을 포함할 수 있다. 발열 박막은 적합한 전구체를 이용해 제 1 후막 절연층 상에 분무 열분해 증착 (SPD), 화학적 기상 증착(CVD), 원자층 기상 증착(ALD)되거나, 스퍼터링 및 열증착과 같은 물리적 기상 증착에 의해 형성될 수 있다. 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene), 또는 풀러렌(fullerene)과 같은 도전성 입자 기반의 발열 박막은 도전성 입자가 분산된 분산 용액에 제 1 후막 절연층이 적층된 열 확산 블록을 침지시키거나 슬러리 코팅하는 습식법에 의해 형성될 수도 있다.
전극들은 발열 박막에 전원을 공급하기 위해 발열 박막 상에 전기적으로 접속되어 있다. 발열 박막에 적어도 일부가 접촉되어 형성된 전극들은 발열 박막에 전원을 공급함으로써 열을 발생시킨다. 전극들은 발열 박막과 제 1 후막 절연층 사이에 형성되어 발열 박막에 전력을 공급한다. 또한, 전극들과 발열 박막의 접촉 효율을 높이기 위해서는 실버 페이스트나, 금속-탄소나노튜브 분말입자 페이스트가 더 사용될 수 있다.
S410 단계 후에, 제 1 박막 발열층의 제 1 후막 절연층에 접하는 면의 반대되는 면에 제 1 박막 발열층의 열적 안정성을 위한 안정층을 적층한다(S412 단계). 내스크래치, 내마모성 및 내습성의 특성을 갖는 안정층은 제 1 박막 발열층의 고온에서의 손상을 방지하여 열적 안정성을 확보할 수 있다. 안정층은 인듐 산화물(InO2), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 불소 주석 산화물(FTO), 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 안티몬 주석 산화물(ATO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 안정층은 제 1 박막 발열층에 비해서 전도성이 낮은 물질로 구성될 수 있다.
안정층은 적합한 전구체를 이용해 제 1 박막 발열층 상에 분무 열분해 증착 (SPD), 화학적 기상 증착(CVD), 원자층 기상 증착(ALD), 스퍼터링 및 열증착과 같은 물리적 기상 증착에 의해 형성될 수 있다. 또한, 도전성 입자 기반의 안정층은 도전성 입자가 분산된 분산 용액에 제 1 박막 발열층이 적층된 열 확산 블록을 침지시키거나 슬러리 코팅하는 습식법에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 안정층은 에어로졸 증착(AD) 방식으로 제 1 박막 발열층 상에 증착될 수도 있다. 에어로졸 증착은 안정층을 구성하는 물질의 미세 입자를 제 1 박막 발열층 상으로 분사하여 제 1 박막 발열층의 표면 또는 표면의 내부에 임베디드된 안정층을 형성할 수 있다. 에어로졸 증착 방식에 의해, 안정층을 형성하는 경우, 제 1 박막 발열층의 표면 열화를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 안정층이 형성되는 동안 제 1 박막 발열층의 과도한 온도 변동에 따른 열적 쇼크 또는 팽창을 방지할 수 있다. 한편, S412 단계는 필수 구성 요소에 해당하는 단계는 아니며, 서셉터의 제조 과정 중에서 필요에 따라 생략이 가능하다.
S412 단계 후에, 안정층 상에 절연성, 방열성, 또는 단열성을 위한 박막으로 기능하는 제 1 보호층을 적층한다(S414 단계). 제 1 보호층이 코팅되는 방식은 기화 증착 또는 스터터링 증착을 포함하는 물리 기상 증착(PVD) 방식일 수도 있고, 플라즈마 CVD, 다결정 실리콘 CVD 또는 써멀 CVD를 포함하는 화학 기상 증착(CVD) 방식일 수도 있다. 또한, 제 1 보호층은 에어로졸 증착 방식으로 안정층 상에 코팅될 수도 있다. 에어로졸 형태의 제 1 보호층의 소스 물질은 증착되기에 충분한 에너지를 가지고 안정층 상에 충돌하고, 충돌에 따라 안정층의 표면이 활성화됨으로써, 안정층 상에 제 1 보호층이 증착될 수 있다. 제 1 보호층이 안정층 상에 적층됨으로써, 플라즈마 공정에 따른 가스 또는 활성화된 가스로부터 서셉터를 보호할 뿐만 아니라, 피처리체에 대한 공정 수행 과정에서 발생할 수 있는 미립자 오염을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
102: 열 확산 블록
102c: 지지 부재
104: 제 1 후막 절연층
106: 제 1 박막 발열층
107: 안정층
108: 제 1 보호층
110: 진공홀
114: 제 2 후막 절연층
116: 제 2 박막 발열층
118: 제 2 보호층
102c: 지지 부재
104: 제 1 후막 절연층
106: 제 1 박막 발열층
107: 안정층
108: 제 1 보호층
110: 진공홀
114: 제 2 후막 절연층
116: 제 2 박막 발열층
118: 제 2 보호층
Claims (30)
- 제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록;
상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 배치되는 제 1 박막 발열층;
상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 배치되는 제 2 박막 발열층; 및
상기 제 2 박막 발열층의 상기 열 확산 블록과 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 2 박막 발열층에 대한 절연성, 단열성 또는 방열성을 제공하는 제 2 보호층을 포함하며,
상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층은 상기 열 확산 블록의 휘어짐을 차단하기 위하여 독립적으로 전력 제어되는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 확산 블록은 알루미늄, 스테인리스, 철, 티타늄 및 이들의 화합물을 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면과 상기 제 1 박막 발열층 사이에 배치되어 상기 열 확산 블록과 상기 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 제 1 후막 절연층을 더 포함하며,
상기 제 1 후막 절연층은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 마그네슘 산화물(MgO), 티타늄 산화물(TiO2) 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 박막 발열층은 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 적층되는 도전성의 발열 박막 및 상기 발열 박막 상에 형성되어 전원을 인가하기 위한 전극들을 포함하는 서셉터. - 제 4 항에 있어서,
상기 전극들은 상기 발열 박막의 등온 가열을 위하여 서로 이격되어 전기적으로 분리된 복수개의 패턴 전극들을 포함하는 서셉터. - 제 4 항에 있어서,
상기 발열 박막은 적어도 2 이상으로 구분된 부분 발열 박막들을 포함하고, 상기 전극들은 상기 부분 발열 박막들 각각에 형성된 복수 쌍의 부분 전극들을 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 박막 발열층은 인듐 산화물(InO2), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 불소 주석 산화물(Fluorine doped Tin Oxide), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 및 안티몬 주석 산화물(Antimony Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 및 상기 제 2 주면 중 적어도 하나는 아노다이징(anodazing) 처리에 의해 형성된 산화 피막을 더 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 박막 발열층의 상기 열 확산 블록에 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 1 박막 발열층의 열적 안정성을 위한 안정층을 더 포함하는 서셉터. - 제 9 항에 있어서,
상기 안정층은 상기 제 1 박막 발열층 상에 에어로졸 증착(aerosol deposition)에 의해 코팅된 서셉터. - 제 9 항에 있어서,
상기 안정층은 상기 제 1 박막 발열층을 구성하는 금속 산화물과 동일한 금속 산화물을 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 박막 발열층의 상기 열 확산 블록에 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 1 박막 발열층에 대한 절연성, 단열성, 또는 방열성을 위한 제 1 보호층을 더 포함하는 서셉터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 보호층은 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 세륨 산화물(CeO2), 마그네슘 산화물(MgO), 티타늄 산화물(TiO2) 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에서 수직 방향으로 돌출된 지지 부재를 더 포함하는 서셉터. - 제 14항에 있어서,
상기 지지 부재는 복수개의 돌출 모듈들로 구성된 돌출 어레이 구조를 포함하고,
상기 돌출 모듈들 사이에 상기 제 1 박막 발열층이 배치되는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 확산 블록과 상기 제 1 박막 발열층을 관통하는 적어도 하나 이상의 진공홀을 더 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에서 수직 방향으로 돌출된 지지 부재; 및
상기 지지 부재를 관통하는 적어도 하나 이상의 진공홀을 더 포함하는 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 1 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면과 상기 제 1 박막 발열층 사이에 배치되어 상기 열 확산 블록과 상기 제 1 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 제 1 후막 절연층 및 상기 열 확산 블록의 열 팽창 계수와 상기 제 2 박막 발열층의 열 팽창 계수의 사이 값인 열 팽창 계수를 가지며, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면과 상기 제 2 박막 발열층 사이에 배치되어 상기 열 확산 블록과 상기 제 2 박막 발열층을 전기적으로 절연시키는 제 2 후막 절연층 중 적어도 하나를 더 포함하며,
상기 제 1 후막 절연층은 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 코팅되고 상기 제 1 박막 발열층은 상기 제 1 후막 절연층 상에 증착되고, 상기 제 2 후막 절연층은 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 코팅되고 상기 제 2 박막 발열층은 상기 제 2 후막 절연층 상에 증착되어, 상기 열 확산 블록, 상기 제 1 후막 절연층, 상기 제 1 박막 발열층, 상기 제 2 후막 절연층 및 상기 제 2 박막 발열층이 일체화된 서셉터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층의 양면 발열을 통해, 상기 제 1 및 상기 제 2 박막 발열층과 상기 열 확산 블록 사이의 각 계면에서 발생하는 응력차를 완화하여, 상기 열 확산 블록의 휘어짐이 차단되는 서셉터. - 제 18 항에 기재된 서셉터의 구동 방법으로서,
상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층에 각각 연결된 전원들을 구동하여 상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층을 각각 발열시키는 단계;
상기 서셉터가 임계 온도 이상인가를 감지하는 단계; 및
상기 서셉터가 임계 온도 이상이라면, 상기 제 1 박막 발열층 및 상기 제 2 박막 발열층 중 적어도 하나에 대한 전원 공급을 제한하는 단계를 포함하는 서셉터의 구동 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 서셉터는 상기 열 확산 블록의 휘어짐을 측정하기 위한 변형 측정 수단을 더 포함하며,
상기 변형 측정 수단에 의해 수신된 결과를 기초로 상기 제 1 박막 발열층 및 상기 제 2 박막 발열층 중 적어도 하나에 대한 전원 공급을 제한하는 단계를 더 포함하는 서셉터의 구동 방법. - 피처리체의 표면 상에 유한한 두께의 막을 형성하거나 패턴을 형성하는 공정이 가능한 공간을 한정하는 반응 챔버; 및
상기 반응 챔버 내에 배치되어 상기 피처리체를 가열시키는 서셉터를 포함하고,
상기 서셉터는,
제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하고, 상기 피처리체로 열을 전달하는 열 확산 블록;
상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 배치되는 제 1 박막 발열층; 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 배치되는 제 2 박막 발열층; 및
상기 제 2 박막 발열층의 상기 열 확산 블록과 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 2 박막 발열층에 대한 절연성, 단열성 또는 방열성을 제공하는 제 2 보호층을 포함하며,
상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층은 상기 열 확산 블록의 휘어짐을 차단하기 위하여 독립적으로 전력 제어되는 반응로. - 제 1 주면 및 상기 제 1 주면에 반대되는 제 2 주면을 포함하는 열 확산 블록를 제공하는 단계;
상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 제 1 박막 발열층을 적층하고, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 제 2 박막 발열층을 적층하는 단계; 및
상기 제 2 박막 발열층의 상기 열 확산 블록과 접하는 면에 반대되는 면에 배치되어 상기 제 2 박막 발열층에 대한 절연성, 단열성 또는 방열성을 제공하는 제 2 보호층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 박막 발열층과 상기 제 2 박막 발열층은 상기 열 확산 블록의 휘어짐을 차단하기 위하여 독립적으로 전력 제어되는 서셉터의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 열 확산 블록를 제공한 후에, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에서 수직 방향으로 돌출된 지지 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 서셉터의 제조 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 지지 부재는 복수개의 돌출 모듈들로 구성된 돌출 어레이 구조를 포함하고, 상기 돌출 모듈들 사이에 상기 제 1 박막 발열층이 배치되는 서셉터의 제조 방법. - 제 24 항에 있어서, 상기 지지 부재를 형성하는 단계는
상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면에 대한 기계적 식각 또는 화학적 부식에 의해 상기 지지 부재를 형성하는 서셉터의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 열 확산 블록을 제공한 후에, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 및 상기 제 2 주면 중 적어도 하나에 아노다이징(anodazing) 처리에 의해 산화 피막을 형성하는 단계를 더 포함하는 서셉터의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 박막 발열층을 적층하기 전에, 상기 열 확산 블록의 상기 제 1 주면 상에 제 1 후막 절연층을 코팅하고, 상기 제 2 박막 발열층을 적층하기 전에, 상기 열 확산 블록의 상기 제 2 주면 상에 제 2 후막 절연층을 코팅하는 단계; 및
상기 제 1 박막 발열층의 상기 제 1 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면 및 상기 제 2 박막 발열층의 상기 제 2 후막 절연층에 접하는 면에 반대되는 면 중 적어도 한 면에 상기 제 1 박막 발열층 또는 상기 제 2 박막 발열층의 열적 안정성을 위한 안정층을 적층하는 단계를 더 포함하는 서셉터의 제조 방법.. - 제 23 항에 있어서,
상기 열 확산 블록 상에 상기 제 1 박막 발열층을 적층한 후에, 상기 제 1 박막 발열층에 접하는 면에 반대되는 면에 상기 제 1 박막 발열층에 대한 절연성, 방열성 또는 단열성을 위한 제 1 보호층 및 상기 열 확산 블록 상에 상기 제 2 박막 발열층을 적층한 후에, 상기 제 2 박막 발열층에 접하는 면에 반대되는 면에 상기 제 2 박막 발열층에 대한 절연성, 방열성 또는 단열성을 위한 제 2 보호층 중 적어도 하나를 적층하는 단계를 더 포함하는 서셉터의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 열 확산 블록의 제공 후에, 상기 열 확산 블록을 관통하는 진공홀을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 진공홀을 마스킹한 후에, 상기 제 1 박막 발열층을 적층하는 서셉터의 제조 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021034412A (ja) * | 2019-08-16 | 2021-03-01 | 日本特殊陶業株式会社 | 保持装置 |
| WO2021216520A1 (en) * | 2020-04-20 | 2021-10-28 | Momentive Performance Materials Quartz, Inc. | Thermal interface for thermal leveler |
-
2016
- 2016-05-10 KR KR1020160057225A patent/KR101795707B1/ko active IP Right Grant
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021034412A (ja) * | 2019-08-16 | 2021-03-01 | 日本特殊陶業株式会社 | 保持装置 |
| JP7108585B2 (ja) | 2019-08-16 | 2022-07-28 | 日本特殊陶業株式会社 | 保持装置 |
| WO2021216520A1 (en) * | 2020-04-20 | 2021-10-28 | Momentive Performance Materials Quartz, Inc. | Thermal interface for thermal leveler |
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