KR102360676B1 - 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법에 관한 것으로 본 발명에 따른 제조 방법은 흑연 모재를 준비하는 단계 및 상기 흑연 모재의 표면에 탄화규소층을 적층하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 탄화규소층을 적층하는 단계에서, 상기 탄화규소층의 두께가 상기 흑연 모재 두께의 0.01배 내지 1배가 되도록 상기 탄화규소층을 적층하여 탄화규소층을 포함하는 부품의 내구성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF PART INCLUDING SILICON CARBIDE LAYER}
본 발명은 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 내구성이 향상된 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 또는 LED 제조 공정에 사용되는 웨이퍼 캐리어 등의 부품은 흑연 모재에 100㎛ 내외의 탄화규소(SiC) 층을 코팅하여 만들어진다.
탄화규소층을 포함하는 이와 같은 부품은 반도체 또는 LED 제조 공정이 종료된 후 공정 중 제품 표면에 도포된 막을 세정하고 베이킹하는 과정에서 탄화규소층이 식각되어 얇아지면서 흑연 모재가 노출될 수 있고, 노출된 흑연 모재가 공정 중에 식각될 경우 식각된 흑연이 제조 공정에서 불순물로 작용하게 된다.
따라서 반도체 또는 LED 제조 공정에 사용되는 탄화규소층을 포함하는 부품은 흑연 모재가 노출되기 전에 자주 교체해 주어야 하는 부담이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 흑연 모재 없이 SiC만으로 부품을 구성할 수 있으나 흑연 모재를 사용한 경우에 비해 제조시간이 현저히 증가하며, SiC만으로 부품을 구성할 경우 부품의 무게 또한 현저히 증가하여 실효성이 없는 문제가 있다.
일본공개특허 특개평10-251062
본 발명의 목적은 내구성이 향상된 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 두께가 증가된 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 탄화규소층의 두께를 증가시키면서도 공정 시간을 현저히 증가시키지 않는 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 탄화규소층의 두께를 증가시키면서도 모재와의 결합력을 약화시키지 않는 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은, 본 발명에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법에 의해 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법은 흑연 모재를 준비하는 단계 및 상기 흑연 모재의 표면에 탄화규소층을 적층하는 단계를 포함하여 이루어지고, 탄화규소층을 적층하는 단계에서, 탄화규소층의 두께가 흑연 모재 두께의 0.01배 내지 1배가 되도록 탄화규소층을 적층하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법은 흑연 모재를 준비하는 단계 및 상기 흑연 모재의 표면에 탄화규소층을 적층하는 단계를 포함하여 이루어지고, 탄화규소층을 적층하는 단계에서, 탄화규소층의 두께가 2mm 내지 3mm가 되도록 탄화규소층을 적층하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄화규소층을 적층하는 단계는 제1 증착 속도로 탄화규소층을 적층한 후 제1 증착 속도보다 빠른 제2 증착 속도로 탄화규소층을 적층하는 것이 바람직하다.
제1 증착 속도는 5㎛/h이상 10㎛/h이하이고, 제2 증착 속도는 약 30㎛/h이상 120㎛/h이하 또는 50㎛/h이상 100㎛/h이하 일 수 있다.
또한 탄화규소층을 적층하는 단계는 탄화규소층이 흑연 모재의 상부면을 모두 덮은 후에 상기 제2 공정 속도로 공정 속도를 조절하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법은 탄화규소층의 표면에 홈을 형성하는 표면 가공 단계를 더 포함할 수 있다.
흑연 모재는 표면에 제1 홈이 형성되어 있는 경우, 표면 가공 단계에서 상기 탄화규소층의 표면이 상기 제1 홈에 대응하는 위치 및 형상의 제2 홈을 갖도록 상기 탄화규소층의 표면을 가공할 수 있다.
또한 상기 표면 가공 단계는 상기 제1 홈의 상부에 적층된 탄화규소층의 오목부가 상기 제1 홈보다 작은 단면적을 갖도록 적층된 탄화규소층을 표면 전체를 일정 두께만큼 제거하는 전체 가공 단계 및 상기 전체 가공 단계 후에 남아 있는 상기 오목부가 상기 제1 홈에 대응하는 깊이와 단면을 갖도록 상기 탄화규소층의 일부 영역을 제거하여 상기 제2 홈을 형성하는 부분 가공 단계를 포함하도록 구성할 수 있다.
흑연 모재의 표면에 홈이 없는 경우, 표면 가공 단계에서 탄화규소층의 표면에 홈을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품은 흑연 모재 및 상기 흑연 모재의 표면에 적층된 탄화규소층을 포함하여 이루어지고, 흑연 모재의 두께와 상기 탄화규소층의 두께 비는 1:0.01 내지 1:1 또는 탄화규소층의 두께가 2mm 내지 3mm인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 흑연 모재의 표면에는 홈이 없으며, 상기 탄화규소층의 표면에는 홈이 있을 수 있다.
본 발명은 탄화규소층의 두께를 증가시켜 내구성을 향상하면서도 모재와의 결합력을 약화시키지 않고 공정 시간도 현저히 증가시키지 않는 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 효과를 제공한다.
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법의 순서도이다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품의 단면도이다.
제3도는 종래 탄화규소층을 포함하는 부품의 단면도이다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법의 순서도이다.
제5도 및 제6도는 모재에 홈이 있는 경우 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 탄화규소층을 포함하는 부품의 단면도를 순서대로 보여주는 도면이다.
제7도는 모재에 홈이 없는 경우 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 탄화규소층을 포함하는 부품의 단면도를 순서대로 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법의 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법은 흑연 모재를 준비하는 단계(S10) 및 흑연 모재의 표면에 탄화규소층을 적층하는 단계(S20)를 포함하여 이루어진다.
탄화규소층을 포함하는 부품을 제조하는 종래 방법 역시 흑연 모재를 준비하고 흑연 모재의 표면에 탄화규소를 코팅하는 단계로 이루어지나 종래 제조 방법과 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 탄화규소층을 적층하는 단계에서 탄화규소층(20)의 두께(T2)가 흑연 모재(10) 두께(T1)의 0.01배 내지 1배가 되도록 탄화규소층을 두껍게 적층하는 차이가 있다.
보다 구체적으로 종래 탄화규소층을 포함하는 부품은 도 3에 도시된 바와 같이 일반적으로 탄화규소층의 두께가 100㎛로 흑연 모재 두께의 0.005배 이하로 얇게 코팅된 것인데 반해 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품의 탄화규소층은 2㎜ 내지 3㎜까지 증가시켜 흑연 모재(10) 두께(T1)의 0.01배 내지 1배가 되도록 하며, 따라서 종래 탄화규소층을 포함하는 부품보다 사용 기간을 20배 이상 연장시킬 수 있다.
이때 탄화규소층의 두께를 두껍게 할수록 부품의 사용 기간을 연장시킬 수 있으나 실제 사용 환경에서는 2mm 이상만 되면 사용상에 문제가 없으므로, 탄화규소층의 두께를 그 이상 증가시키는 것은 비 효율적이며, 비용 상승의 원인이 되어 바람직하지 않다.
한편 부품을 탄화규소층만으로 구성하는 것을 생각해볼 수 있으나 흑연 모재를 사용하지 않고 부품 전체를 탄화규소층으로 만들 경우 제조 시간이 현저하게 증가되므로 흑연 모재를 사용하는 것이 바람직하다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법에서는 탄화규소층을 적층하는 단계에서의 공정조건(온도, 압력, 플로우, 농도 등)을 조정하여 30㎛/h이상 120㎛/h이하 바람직하게는 50㎛/h이상 100㎛/h이하 속도로 탄화규소층의 적층속도를 높임으로서 짧은 시간 내에 원하는 두께의 탄화규소층이 적층될 수 있도록 한다.
한편, 탄화규소층의 증착 속도를 증가시키면 탄화규소층을 이루는 탄화규소 소재의 결정 크기(grain size)가 증가하여 다공성 물질인 흑연 모재의 기공으로 탄화규소가 제대로 침투되지 않을 우려가 있으며, 이로 인해 흑연 모재와 탄화규소층의 결합력이 약해져 후술할 표면 가공 단계에서 크랙이 발생하거나 탄화규소층의 박리가 발생할 우려가 있다.
따라서 탄화규소층을 증착할 때 초기에는 빠르지 않는 제1 증착 속도로 탄화규소층을 증착하다 흑연 모재의 상부면이 탄화규소로 모두 코팅된 이후에는 제1 증착 속도보다 빠른 제2 증착 속도로 원하는 두께까지 탄화규소층을 증착하는 것이 바람직하다.
이때 제1 증착 속도는 약 5㎛/h이상 10㎛/h 이하, 제2 증착 속도는 약 30㎛/h이상 120㎛/h이하일 수 있으나 탄화규소층의 증착 공정이 너무 길어질 경우 증착 챔버의 노즐이 막히는 문제가 발생할 수 있으며, 공정 속도를 너무 높일 경우 증착 챔버에 부담이 될 수 있으므로 제2 증착 속도는 50㎛/h이상 100㎛/h이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 제1 증착 속도로 공정 속도를 조절하기 위해 증착 온도를 1200℃이하 바람직하게는 1100℃ 내지 1200℃로 유지하는 것이 바람직하고, 제2 증착 속도로 공정 속도를 조절하기 위해 증착 온도를 1300℃ 내지 1500℃ (보다 바람직하게는 1350℃ 내지 1450℃)로 유지하는 것이 바람직하다.
도 4에 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법의 순서도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법은 흑연 모재를 준비하는 단계(S10), 흑연 모재의 표면에 탄화규소층을 적층하는 단계(S20) 및 표면 가공 단계(S30)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 제조 방법에 표면 가공 단계(S30)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 5 내지 도 7에 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 탄화규소층을 포함하는 부품의 단면도가 순서대로 도시되어 있으므로 이를 참조로 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 흑연 모재(10)를 준비한다(S10). 이때 흑연 모재에는 탄화규소층을 포함하는 부품의 표면에 형성되어야 할 홈에 대응하는 홈(11)이 형성되어 있다. 이때 홈은 표면에 오목한 부분을 만들기 위해 표면의 일부를 제거한 영역이거나 표면에 볼록한 돌기를 만들기 위해 돌기가 형성될 부분을 제외한 표면의 일부를 제거한 영역일 수 있다.
다음으로 홈(11)이 형성된 흑연 모재의 표면에 탄화규소층(20)을 적층한다(S20). 이때 탄화규소층의 두께는 흑연 모재 두께의 0.01 내지 1배가 되도록 두껍게 적층하는 것이 바람직하다.
이때 앞서 설명한 바와 같이 탄화규소층을 증착할 때 초기에는 증착온도를 크게 높이지 않은 제1 증착 속도로 탄화규소층을 증착하다 탄화규소가 흑연 모재의 기공을 채우고 흑연 모재의 상부면을 모두 덮은 후(흑연 모재의 상부면이 노출된 영역이 없을 때)에 탄화규소층의 증착 속도를 제2 증착 속도로 높여 원하는 두께까지 탄화규소층을 증착하는 것이 바람직하다.
다만, 탄화규소층이 얇게 적층되었을 때는 흑연 모재의 표면에 형성된 홈(11)과 동일한 형상의 홈이 탄화규소층 표면에 형성되나 본 발명에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품은 탄화규소층을 적층하기 때문에 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 탄화규소층 표면의 홈이 흑연 모재 표면의 홈(11) 형상과 달라질 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법에서는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 탄화규소층(20)의 표면을 가공하여 흑연 모재의 홈(11)에 대응하는 홈(21)을 탄화규소층 표면에 형성한다(S30).
흑연 모재(10)에 미리 형성된 홈(11)으로 인해 탄화규소층(20)의 표면에 오목부(A)가 생겼으며, 이 오목부는 홈(11)의 위치에 대응하기 때문에 오목부를 홈(11)에 대응하는 폭과 깊이를 갖도록 다듬는 표면 가공으로 탄화규소층(20)의 표면에 흑연 모재 표면의 홈(11)에 대응하는 홈(21)을 형성할 수 있다.
한편, 흑연 모재에 형성된 홈(11)의 단면적이 좁거나 탄화규소층을 두껍게 적층할 경우 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 탄화규소층 표면에 형성된 오목부(A)의 폭이 홈(11)의 폭보다 더 넓어질 수 있다.
이 경우 탄화규소층의 표면을 단순히 가공하여 탄화규소층(20)의 표면에 흑연 모재 표면의 홈(11)에 대응하는 홈(21)을 형성할 수 없다.
이 경우는 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 탄화규소층의 오목부(A)가 흑연 모재 표면의 홈(11)보다 작은 단면적을 갖도록 적층된 탄화규소층(20)을 표면 전체를 일정 두께만큼 제거하는 전체 가공 단계 및 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 전체 가공 단계 후에 남아 있는 오목부가 흑연 모재 표면의 홈(11)에 대응하는 깊이와 단면을 갖도록 탄화규소층의 일부 영역을 제거하는 부분 가공 단계를 통해 탄화규소층(20)의 표면에 흑연 모재 표면의 홈(11)에 대응하는 홈(21)을 형성할 수 있다.
다만, 이와 같이 오목부(A)가 흑연 모재 표면의 홈(11)보다 넓은 단면적을 갖게되어 적층된 탄화규소층 표면의 전체를 일정 두께로 제거하는 것은 번거로운 공정이기 때문에 탄화규소층을 일정 두께이상 두껍게 적층해야 하거나 표면에 형성되어야 할 홈의 단면적이 작아 탄화규소층 표면의 오목부(A)가 흑연 모재 표면의 홈(11) 보다 넓은 단면적으로 형성될 것이 예상되는 경우 도 7에 도시된 바와 같이 표면에 홈이 없는 흑연 모재를 이용하여서도 표면에 홈이 형성된 부품을 제조할 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 표면에 홈이 없는 흑연 모재(10)를 준비하고, 흑연 모재의 표면에 탄화규소층을 적층한 다음 원하는 깊이와 단면을 갖는 홈을 탄화규소층 표면에 형성함으로써 표면에 홈이 형성된 부품을 제조할 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소층을 포함하는 부품 및 그 제조 방법을 구체적인 실시예를 참고로 한정되게 설명하였다. 그러나 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
10: 흑연 모재 11: 홈
20: 탄화규소층 21: 홈

Claims (11)

  1. 표면에 제1 홈이 형성된 흑연 모재를 준비하는 단계;
    상기 흑연 모재의 표면에 탄화규소층을 증착하는 단계; 및
    증착된 탄화규소층 표면의 적어도 일부를 제거하여 상기 탄화규소층의 표면에 제2 홈을 형성하는 표면 가공 단계;
    를 포함하고,
    상기 표면 가공 단계는 상기 제2 홈이 상기 제1 홈에 대응하는 위치 및 상기 제1 홈에 대응하는 형상을 갖도록 상기 탄화규소층의 표면을 가공하는 것을 특징으로 하는 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 가공 단계는 상기 제1 홈의 상부에 증착된 탄화규소층의 오목부가 상기 제1 홈보다 작은 단면적을 갖도록 증착된 탄화규소층을 표면 전체를 일정 두께만큼 제거하는 전체 가공 단계; 및
    상기 전체 가공 단계 후에 남아 있는 상기 오목부가 상기 제1 홈에 대응하는 깊이와 단면을 갖도록 상기 탄화규소층의 일부 영역을 제거하여 상기 제2 홈을 형성하는 부분 가공 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄화규소층을 증착하는 단계에서, 상기 탄화규소층의 두께가 상기 흑연 모재 두께의 0.01배 내지 1배가 되도록 또는 상기 탄화규소층의 두께가 2㎜ 내지 3㎜가 되도록 상기 탄화규소층을 증착하는 것을 특징으로 하는 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄화규소층을 증착하는 단계는 탄화규소층이 상기 흑연 모재의 상부면을 모두 덮을 때까지 제1 증착 속도로 탄화규소층을 증착한 후 상기 제1 증착 속도보다 빠른 제2 증착 속도로 탄화규소층을 적층하는 것을 특징으로 하는 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 증착 속도는 5㎛/h이상 10㎛/h 이하이고, 제2 증착 속도는 30㎛/h이상 120㎛/h이하 또는 50㎛/h이상 100㎛/h이하인 것을 특징으로 하는 탄화규소층을 포함하는 부품의 제조 방법.
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