KR102619089B1 - 세라믹 서셉터 - Google Patents

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KR102619089B1
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Abstract

본 발명은 세라믹 서셉터에 관한 것으로서, 본 발명의 고주파 전극이 배치된 세라믹 플레이트를 포함하는 세라믹 서셉터는, 상기 세라믹 플레이트는 상기 고주파 전극에 접속되는 커넥터를 포함하고, 일측 단부가 상기 커넥터와 연결되어 상기 고주파 전극에 전력을 공급하기 위한 전극 로드를 포함하고, 상기 전극 로드는 Mo, W 또는 이들의 합금을 모재로 하고, 상기 모재 표면에 Cr을 포함하는 금속 질화막을 포함한다.

Description

세라믹 서셉터 {Ceramic Susceptor}
본 발명은 세라믹 서셉터에 관한 것으로서, 특히, AlN 등 세라믹 기반의 세라믹 서셉터에 임피던스를 감소시키기 위한 고주파 전극 로드(RF Rod)의 소재를 적용한 세라믹 서셉터에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치 또는 디스플레이 장치는 유전체층 및 금속층을 포함하는 다수의 박막층들을 유리 기판, 플렉시블 기판 또는 반도체 웨이퍼 기판 상에 순차적으로 적층한 후 패터닝하는 방식으로 제조된다. 이들 박막층들은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정 또는 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 공정을 통해 기판 상에 순차적으로 증착된다. 상기 CVD 공정으로는 저 압력 화학기상증착(Low Pressure CVD, LPCVD) 공정, 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced CVD, PECVD) 공정, 유기 금속 화학기상증착(Metal Organic CVD, MOCVD) 공정 등이 있다. 이러한 CVD 장치 및 PVD 장치에는 유리 기판, 플렉시블 기판, 반도체 웨이퍼 기판 등을 지지하고 소정의 열을 발생하거나 플라즈마 발생을 위한 고주파 신호를 발생하기 위한 세라믹 서셉터가 배치된다. 상기 세라믹 서셉터는, 반도체 소자의 배선 미세화 등 정밀한 공정을 위해 플라즈마 증착 공정 등에서 정확한 온도 제어와 열처리 요구 등에 따라 널리 사용되고 있으며, 또한, 반도체 웨이퍼 기판 상에 형성된 박막층들의 식각 공정(etching process), 또는 포토리지스트(photoresist)의 소성 공정 등에서 플라즈마 형성이나 기판 가열을 위해 사용된다.
도 1은 종래의 세라믹 서셉터의 전극부를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 세라믹 서셉터는 세라믹 플레이트(10)의 중심부에 외부의 고주파 전극 로드(RF Rod)(31, 32)와 결합을 위한 전극부를 갖는다. 세라믹 플레이트(10)에는 RF Mesh(고주파 전극 메시)(11)가 원형 또는 반달 형상 등으로 매설되어 있으며, 또한, RF Mesh(11)에 전기적으로 연결된 전극 모재인 커넥터(12)가 매설되어 있다. 아이렛(eyelet) 형태의 지지체(20)는 개구부에 형성된 나사산을 통해 나사 결합되고, 상단부 전극 로드(31)와 하단부 전극 로드(32) 사이 및 하단부 전극 로드(32)와 커넥터(12) 사이는 브레이징(brazing) 접합되어, 전력 공급을 위한 전극 로드(31, 32)와 RF Mesh(11)를 전기적으로 연결시킨다. 이와 같은 종래의 세라믹 서셉터에서, 지지체(20)와 하단부 전극 로드(32) 사이의 틈이나 지지체(20)와 세라믹 플레이트(10) 사이의 틈이, 고온 분위기에서 산소가 침투될 수 있는 경로를 만들어, 전극 모재인 커넥터(12)와 하단부 전극 로드(32) 사이의 계면에 형성된 브레이징 필러를 산화시키게 된다. 상단부 전극 로드(31)와 하단부 전극 로드(32) 사이 계면에 형성된 브레이징 필러 역시 산소 침투에 의해 산화될 수 있다. 이와 같은 산화에 의해 전기전도도가 감소되고 전력 전달 효율이 떨어질 수 있으며, 전극부의 신뢰성 저하로 이어질 수 있고, 세라믹 서셉터의 수명을 저하시키는 문제점이 있다.
이와 같은 신뢰성 문제를 극복하기 위하여 종래 전극 로드에는 주로 Ni이나 Ni 합금 소재와 같은 내열성, 내산화성 소재가 사용되어 오고 있다. 종래의 전극 로드에 적용된 Ni 소재는 강자성 소재이기 때문에 높은 고주파 영역의 전력 전송 선로로 사용될 경우 전자가 이동하게 될 선로 내에 표피 효과(skin effect) 상의 표피의 깊이가 작아 전자의 이동을 어렵게 하여 임피던스를 증가시키고 열을 발생시키는 문제점이 있다. 나아가, 반도체 공정용 세라믹 서셉터의 동작조건이 높은 온도에서 높은 플라즈마특성이 요구됨에 따라 고전력 고주파의 인가가 필수가 되고 있으므로, 종래의 세라믹 서셉터의 전극 구조에서의 니켈(Ni)과 같은 소재는 물질 고유의 자성특성(강자성체)으로 인해 표피 효과는 더욱 크게 나타나고 이에 따라 위와 같은 산화에 의한 단락의 문제가 빈번하게 발생하고 있다.
이를 개선하기 위하여 종래에는, 공개특허번호 제10-2018-0121662호 (2018.11.07)에서와 같이 Ni이나 Ti의 로드 모재에, Au, Ag, Al 또는 Cu 등을 코팅하거나, 공개특허번호 제10-2021-0139368 (2021.11.22)에서와 같이 Mo, Ni, Ti의 로드 모재에 알루미나 박막을 코팅하여, 열 발생을 줄이거나, 열전도를 감소시키고자 하였다. 그러나 이와 같은 경우에도, 고주파 영역의 전력 전송에서 주파수 증가에 따라 전극 로드 소재가 가지는 임피던스 증가 문제를 원천적으로 해결하지 못하는 실정이다.
본 발명의 발명자들은 Ni 또는 Ni 합금 소재가 강자성체(Ferromagnetism) 로서 높은 상대 투자율(<600)을 가지고 있어, RF(Radio Frequency) 로드로 사용될 경우 전력 및 주파수가 증가함에 따라 표피 효과(skin effect)에 따른 고주파 전극 로드 내에 표피의 깊이(skin depth)가 극도로 작아져 전자의 이동을 어렵게 하고, 결과적으로 임피던스 증가의 요인이 됨을 확인하였다. 이러한 전극 로드의 임피던스 증가는 플라즈마 방전에 소비되어야 할 전기 에너지가 전극 로드 단에서 열에너지로 변환되어 소비됨에 따라 플라즈마 효율을 감소시키는 원인이 될 뿐만 아니라, 전극 로드에서 발생한 열은 기판을 지지하는 세라믹 플레이트 상단부 표면에 핫 스팟 영역(hot-spot zone)을 형성하여 기판 위에 증착되는 박막(thin film)의 두께 및 막질(thin film quality)의 불균일을 초래하여 수율을 감소시키는 요인이 될 수 있다. 또한 전극 로드가 체결되는 부분과 맞닿는 세라믹 부위의 온도가 국부적으로 급격히 상승함에 따라 열충격에 의한 세라믹 서셉터의 파괴 및 브레이징(Brazing) 접합부의 손상으로 아크(Arc)가 발생되는 결정적 요인이 됨에 따라, 전극 로드의 임피던스 문제는 반도체 소자의 수율 증대 및 세라믹 서셉터 내구성 향상을 위해 반드시 해결되어야 할 필요가 있다.
이에 따라 본 발명의 목적은 세라믹 서셉터의 전극 로드에 적용될 소재로서 세라믹 서셉터의 제조 및 처리 공정 환경에서 요구되는 열적, 전기적(자기적), 기계적 물성 특성을 모두 갖추도록하되, 내산화성, 내부식성 환경에서도 산화를 방지해 단락이 발생하지 않도록 할 수 있고, 비저항과 비투자율이 낮은 소재를 선정해 낮은 임피던스와 양호한 고주파 전송 특성을 갖는 전극 로드 구조를 적용한 세라믹 서셉터를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 고주파 전극이 배치된 세라믹 플레이트를 포함하는 세라믹 서셉터는, 상기 세라믹 플레이트는 상기 고주파 전극에 접속되는 커넥터를 포함하고, 일측 단부가 상기 커넥터와 연결되어 상기 고주파 전극에 전력을 공급하기 위한 전극 로드를 포함하고, 상기 전극 로드는 Mo, W 또는 이들의 합금을 모재로 하고, 상기
상기 금속 질화막은 AlCrN을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 서셉터는, 상기 모재와 상기 금속 질화막 사이에 CrN 하지층을 더 포함할 수 있다.
상기 CrN 하지층의 두께는 0.1~4.0 μm 일 수 있다.
상기 금속 질화막의 두께는 1.0~10.0 μm 일 수 있다.
상기 금속 질화막은 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식으로 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 서셉터에 따르면, 낮은 임피던스를 가지며 실용적인 최적의 소재로서 Mo, W 등의 소재를 고주파 전극 로드에 적용하고 산화(부식)에 대비해 AlCrN 또는 CrN/AlCrN 코팅막을 형성하여 적용함으로써, 내산화성, 내부식성 환경에서도 산화를 방지해 단락이 발생하지 않도록 할 수 있고, 비저항과 비투자율이 낮은 Mo, W 등의 소재에 따라 낮은 임피던스와 양호한 고주파 전송 특성을 갖는 전극 로드 구조가 가능한 세라믹 서셉터를 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 CAN 통신을 위한 데이터 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터의 전극 로드의 피막 형성 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 세라믹 서셉터의 전극 로드의 소재로서, 종래의 Ni 적용의 경우와 본 발명의 Mo/질화막-Mo, W/질화막-W을 적용한 경우에 대해, RF 전력손실률을 비교 설명하기 도면이다.
도 5는 본 발명의 표면에 CrN 하지층과 AlCrN층을 갖는 전극 로드의 산화 전(a)과 후(b)의 단면 사진이다.
도 6은 본 발명의 전극 로드가 CrN 하지층을 갖지 않는 경우(a)와 CrN 하지층을 갖는 경우(b)의 표면 SEM 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터(100)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터(100)는, 고주파 전극(111) 및 전극 로드부(150)를 포함하는 세라믹 플레이트(110), 및 전극 로드부(150)의 개구부(190)에 체결되는 전극 로드(130), 즉 제1로드(131) 및 제2로드(132)를 포함한다. 또한, 상기 세라믹 서셉터(100)는, 전극 로드(130)와 결합되는 지지 아이렛(eyelet)(120)을 포함할 수 있다. 세라믹 플레이트(110)는 세라믹 재질에 매설된 고주파 전극(111)를 포함한다. 전극 로드(130)는 고주파 전극(111)에 전력(예, RF(Radio Frequency) 전력)을 공급하기 위한 구성요소로서 세라믹 플레이트(110)의 나사산(191)을 통해 체결된 지지 아이렛(120)과 결합된다.
세라믹 플레이트(110)의 전극 로드부(150)는, 전극 로드(130)의 연결을 위한 개구부(190)에 커넥터(112)를 포함하고, 또한 개구부(190)의 내주면 일부에 형성된 나사산(191)을 포함한다. 전극 로드(130)와 결합된 지지 아이렛(120)은 나사산(191)(예, 암나사산)을 통해 체결을 위해 외주면에 대응되는 나사산(예, 수나사산)을 가질 수 있다.
한편, 위에서도 기술한 바와 같이, 도면에 도시되지 않았지만, 본 발명에서 세라믹 플레이트(110)는 고주파 전극(111) 이외에도 세라믹 재질 사이에, 히터 기능을 위한 발열체(미도시)와 해당 전극 로드를 더 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 고주파 전극(111)의 전극 로드부(150)의 구조에 대하여 설명하지만, 이와 같은 구조는 발열체(미도시)와 해당 전극 로드의 접속을 위한 전극 로드부에도 그대로 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
즉, 세라믹 플레이트(110)는 세라믹 재질 사이에 고주파 전극(111) 및(또는) 발열체(미도시)가 소정의 간격으로 이격되어 배치(매설)되도록 구성될 수 있다. 세라믹 플레이트(110)는 가공 대상 기판을 안정적으로 지지하면서 발열체(미도시)를 이용한 가열 및(또는) 고주파 전극(111)을 이용한 플라즈마 강화 화학기상증착 공정이 가능하도록 구성될 수 있다. 세라믹 플레이트(110)는 소정의 형상을 갖는 판상 구조물로 형성될 수 있다. 일 예로, 세라믹 플레이트(110)는 원형의 판상 구조물로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 세라믹 재질은, Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC(Autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 중 적어도 하나의 물질일 수 있으며, 바람직하게는 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다. 나아가, 세라믹 플레이트(110)를 성형할 때 세라믹 분말과 함께 선택적으로 0.1 내지 10% 정도, 바람직하게는 약 1 내지 5% 정도의 산화 이트륨 분말 또는 산화마그네슘을 포함하도록 할 수 있다.
고주파 전극(111)과 전기적으로 연결되며 개구부(190)의 바닥면에 부분적으로 노출되도록, 커넥터(112)가 세라믹 플레이트(110)에 매설되어 있다. 전극 로드(130)의 단부면과 커넥터(112) 간에는 브레이징 접합에 의하여 전기적으로 연결된다.
고주파 전극(111), 커넥터(112), 전극 로드(130), 지지 아이렛(120), 발열체(미도시) 등은 도전성 소재로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 동(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
특히, 본 발명에서 전극 로드(130)는 낮은 저항, 즉, 낮은 임피던스를 가지며 상자성체(paramagnetic)인 것이 바람직하다. 예시적으로, 상기 전극 로드(130) 모재가 [표 1]과 같이 니켈(Ni)과 같은 강자성체(Ferromagnetic)가 아닌, 상자성체(paramagnetic)인 Mo, W 또는 이들 중 하나 이상을 함유한 합금으로 이루어질 수 있으며, 전극 로드(130)의 표면에는 내산화성 피막이 제공된다. 본 발명에서 상기 내산화성 피막은 바람직하게는 Cr을 포함하는 금속 질화막을 포함할 수 있다. 예시적으로, 금속 질화막은 AlCrN을 포함을 포함하며, 더 바람직하게는 그 하지층에 CrN 하지층을 더 포함할 수 있다.
[표 1]
이에 따라 세라믹 서셉터(100)의 제조 및 처리 공정 환경에서 요구되는 열적, 전기적(자기적), 기계적 물성 특성을 모두 갖추고 가공성 및 소재 단가에도 유리한 세라믹 서셉터(100)를 제공할 수 있도록 하였다.
도 2에서, 전극 로드(130)는 지지 아이렛(120) 내측에서 결합되며, 브레이징(brazing) 접합으로 연결된 제1로드(131)와 제2로드(132)를 포함할 수 있다. 전극 로드(130)는 제1로드(131)와 제2로드(132)가 일체화된 하나의 로드로 이루어질 수도 있지만, 이와 같이 제1로드(131)와 제2로드(132)가 접합된 구조일 수도 있다. 제1로드(131)는 일측 단부면이 커넥터(112)와 제1 도전성 필러(151)에 의해 브레이징 접합되고, 제2로드(132)는 제1로드(131)의 타측 단부면과 제2 도전성 필러(152)에 의해 브레이징 접합된다. 예를 들어, 도전성 필러(151, 152)는 Au-Ni 금속 필러 또는 Ti을 포함한 금속 필러 등이 이용될 수 있다. 커넥터(112)는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금일 수 있다. 제1로드(131)는 고주파 전극(111)과 가까워 열 손실과 열 응력을 일으키므로, 열 손실을 방지하고 열 응력에 의한 크랙 발생 등을 감소시키기 위하여 제2로드(132) 보다 작은 열팽창 계수를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서 제1로드(131)와 제2로드(132)가 Mo, W 또는 이들 중 하나 이상을 함유한 합금으로 이루어질 수 있으며, 산화(부식)에 대비해 전극 로드(130)의 표면에 금속 질화막(예, AlCrN층)(140), 즉, 제1로드(131)의 표면에 금속 질화막(예, AlCrN층)(141) 및 제2로드(132)의 표면에 금속 질화막(예, AlCrN층)(142)을 포함할 수 있다.
위와 같은 각각의 브레이징 접합을 위하여, 먼저 제1 도전성 필러(151)를 개구부(190)의 바닥면, 즉, 커넥터(112)의 노출 부분 주위에 미리 주입하고, 지지 아이렛(120) 내측으로 제1로드(131)를 밀어 넣어 제1로드(131)의 일측 단부면과 커넥터(112)를 밀착시킨 후 고온 가열하고 냉각시킨다. 이어서, 제2 도전성 필러(152)를 제1로드(131)의 타측 단부면 상부에 충분히 주입하고, 주입된 제2 도전성 필러(152) 위에서 제2로드(132)의 일측 단부면을 밀착시킨 후 고온 가열하고 냉각시킨다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터(100)를 이용하여, 전극 로드(130)와 접합된 커넥터(112)를 통해 고주파 전극(111)에 전력을 공급함으로써, 발열체(미도시)에서 발생하는 열(또는 고주파)을 이용해 반도체 공정 등에서 가공 대상 기판(예, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플렉서블 기판 등)을 가열하고 소정의 가열 온도에서 열처리(또는 플라즈마 강화 화학기상증착 공정)할 수 있다.
특히, 전극 로드(130)가 Mo, W 또는 이들 중 하나 이상을 다른 금속 물질 보다 더 큰 중량비(wt%)로 함유한 합금(예, MoW, MoNi, WNi 등)으로 이루어질 수 있으며, 산화(부식)에 대비해 전극 로드(130)의 표면에 금속 질화막(예, AlCrN층)(140)을 포함함으로써, 전극 로드(130)의 산화를 효과적으로 방지할 수 있으며 사용함에 따른 임피던스 증가의 요인을 제거하였다. 이러한 전극 로드(130)의 임피던스 증가 등 변화를 저감하여 전극 로드(130)에서 열에너지로 변환되는 에너지 소실을 제거함으로써 전기 에너지가 플라즈마 방전에 효율적으로 소비되도록 할 수 있다. 또한, 전극 로드(130)에서 발생하는 열을 저감함으로써 기판을 지지하는 세라믹 플레이트(110) 상단부 표면에 핫 스팟 영역(hot-spot zone)이 형성되지 않으므로 기판 위에 증착되는 박막(thin film)의 두께 및 막질(thin film quality)의 균일성을 향상시키고 수율을 증가시킬 수 있다. 또한 전극 로드(130)가 체결되는 부분과 맞닿는 세라믹 부위의 온도 상승이 제거됨으로써, 열충격에 의한 세라믹 서셉터(100)의 파괴가 감소하고 브레이징(Brazing) 접합부에서의 아크(Arc) 발생을 저감할 수 있다. 따라서, 본 발명에서의 전극 로드(130)의 임피던스 변화 감소는 내구성이 향상된 세라믹 서셉터(100)를 제공할 수 있으며 반도체 소자의 수율 증대에 기여할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터의 전극 로드의 피막 형성 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, Mo, W 또는 이들 중 하나 이상을 함유한 합금으로 이루어진 전극 로드(130) 모재의 표면에 금속 질화막(예, AlCrN층)(140)을 형성하기 위하여, 아크이온플레이팅과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition) 기법이 적용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전극 로드의 피막은 CrN 하지층(145) 형성 공정(S110), 플라즈마 전처리 공정(S120), AlCrN 금속 질화막 증착 공정(S130)을 포함하여 형성될 수 있다.
S110 단계에서 CrN 하지층(145) 형성 공정은 금속 질화막(예, AlCrN층)(140)의 내부 응력을 감소시키고 양호한 부착을 위한 것이다. 전극 로드(130) 표면에 CrN 하지층(145)으로서 CrN 층이 0.1~4.0 μm 두께로 증착될 수 있다. 본 발명에서 상기 CrN 하지층(145)은 아크이온플레이팅에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 아크이온플레이팅 장비에서 전극 로드(130) 표면에 CrN 하지층(145)으로서 CrN 층이 증착될 수 있다. 이때, 아크이온플레이팅 장비에 미리 Cr 타겟을 장입하고, 반응기에 질소를 주입하면서, PVD 방식으로 소정의 진공도에서 CrN층이 전극 로드(130) 표면에 형성되도록 할 수 있다. 전극 로드(130)가 제1로드(131) 및 제2로드(132)로 이루어진 경우 각각의 로드 표면에 CrN 하지층(145)을 형성할 수 있다.
플라즈마 전처리 공정(S120)에서는, 아크이온플레이팅 장비에 CrN 하지층(145)이 형성된 전극 로드(130)를 장입하고 1x10-5 Torr이하 진공도에서 플라즈마 전처리를 통해 전극 로드(130) 표면을 클리닝하고 후속 금속 질화막(예, AlCrN층)(140)이 최적으로 코팅되도록 한다.
AlCrN 금속 질화막 증착 공정(S130)에서는, 아크이온플레이팅 장비에 미리 AlCr 합금 타겟을 장입하고, 상기 플라즈마 전처리 공정(S120)이 종료된 후, 반응기에 질소를 주입하면서, PVD 방식으로 1x10-2 Torr 정도의 진공도에서 금속 질화막(예, AlCrN층)(140)이 1.0~10.0 μm 두께로 형성되도록 진행한다. AlCr 합금 타겟은 알루미늄(Al)과 알루미늄(Cr)이 각각 소정의 비율(예, 7:3 wt%)로 합금된 AlCr 합금 타겟일 수 있다.
도 4는 세라믹 서셉터의 전극 로드의 소재로서, 종래의 Ni 적용의 경우와 본 발명의 Mo/질화막-Mo, W/질화막-W을 적용한 경우에 대해, RF 전력손실률을 비교 설명하기 도면이다.
도 4와 같이, 임피던스 실측값을 기반으로 계산된 RF(Radio Frequency) 전력손실률에 있어서, Ni의 손실률을 기준으로 그에 비교하여 Mo 또는 그 표면에 AlCrN층을 갖는 질화막-Mo, W 또는 그 표면에 AlCrN층을 갖는 질화막-W은 Ni 대비 손실률이 약 40% 감소하는 결과를 확인할 수 있다. 이와 같은 결과를 통해 알 수 있듯이 Mo와 W, 및 질화막-Mo, 질화막-W은 전극 로드의 Ni 대체 소재로서 우수한 후보임을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 표면에 CrN 하지층(145)과 AlCrN층을 갖는 전극 로드의 산화 전(a)과 후(b)의 단면 사진이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 전극 로드(130)에 대한 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 사진에서 볼 수 있듯이, Mo 모재의 표면에 피막된 CrN 하지층(145)과 AlCrN층(140)에 의해, 고온에서의 산화 전(a)과 후(b)에, AlCrN층(140) 위에는 산화층이 거의 형성되지 않음을 알 수 있으며, CrN 하지층(145)과 AlCrN층(140)과 같은 코팅막의 크랙 등이 발생하지 않음을 확인하였다. 본 발명에서는 이와 같이 산화(부식)을 억제하고자 전극 로드(130) 표면에 산화방지를 위한 금속 질화막(예, AlCrN층)(140)을 형성하였다. Mo, W 또는 이들 중 하나 이상을 함유한 합금으로 이루어진 전극 로드(130) 모재 위에 코팅되는 코팅 소재 역시 전극 로드 소재 선정과 마찬가지로 열적, 전기적(자기적), 기계적인 고려뿐만 아니라 가격 및 코팅 작업성 등을 고려하여 선정하여야 하는데, 예를 들어, 상기 금속 질화막(140)으로서 CrN 하지층(145)과 AlCrN층(140)을 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식으로 코팅하였을 때 가장 효과적으로 산화가 방지되는 것을 확인하였다. 반면, TiAlN 코팅 재질은 고온에서 사용 시에 크랙 발생이 나타나며 따라서 Mo 또는 W의 모재를 보호하기 어렵다.
도 6은 본 발명의 전극 로드가 CrN 하지층(145)을 갖지 않는 경우(a)와 CrN 하지층(145)을 갖는 경우(b)의 표면 SEM 사진이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 전극 로드(130)에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진에서 볼 수 있듯이, 전극 로드(130)에 CrN 하지층(145)을 갖는 경우(b)에 그렇지 않은 경우보다 표면 금속 질화막(예, AlCrN층)(140) 입자의 직경이 평균적으로 크고 균일한 상태가 되면서, 위와 같이 산화 방지 효과를 높이고 크랙 발생의 방지를 도모할 수 있는 것을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 서셉터(100)에 따르면, 낮은 임피던스를 가지며 실용적인 최적의 소재로서 Mo, W 등의 소재를 고주파 전극 로드(130)에 적용하고 산화(부식)에 대비해 AlCrN 코팅막(140) 또는 CrN/AlCrN 코팅막(145/140)을 형성하여 적용함으로써, 내산화성, 내부식성 환경에서도 산화를 방지해 단락이 발생하지 않도록 할 수 있고, 비저항과 비투자율이 낮은 Mo, W 등의 소재에 따라 낮은 임피던스와 양호한 고주파 전송 특성을 갖는 전극 로드 구조가 가능한 세라믹 서셉터를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
세라믹 서셉터(100)
세라믹 플레이트(110)
고주파 전극(111)
지지 아이렛(120)
전극 로드(130)
금속 질화막(140)

Claims (6)

  1. 고주파 전극이 배치된 세라믹 플레이트를 포함하는 세라믹 서셉터에 있어서,
    상기 세라믹 플레이트는 상기 고주파 전극에 접속되는 커넥터를 포함하고,
    일측 단부가 상기 커넥터와 연결되어 상기 고주파 전극에 전력을 공급하기 위한 전극 로드를 포함하고,
    상기 전극 로드는 Mo, W 또는 이들의 합금을 모재로 하고,
    상기 모재 표면의 AlCrN막을 포함하는, 세라믹 서셉터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모재와 상기 AlCrN막 사이에 CrN 하지층을 더 포함하는 세라믹 서셉터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 CrN 하지층의 두께는 0.1~4.0 μm 인 세라믹 서셉터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 AlCrN막의 두께는 1.0~10.0 μm 인 세라믹 서셉터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 AlCrN막은 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식으로 코팅된 세라믹 서셉터.
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