KR102650161B1 - 세라믹 서셉터 - Google Patents

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KR102650161B1
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이주성
이유빈
배한음
이성호
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주식회사 미코세라믹스
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Abstract

본 발명은 세라믹 서셉터에 관한 것으로서, 본 발명의 세라믹 서셉터는, 전극이 배치된 절연 플레이트, 상기 절연 플레이트에 접속된 샤프트, 및 상기 전극에 연결되며, 상기 샤프트의 내부 공간을 통과하도록 연장되는 전력 공급 로드를 포함하고, 상기 절연 플레이트는 상부 표면과 하부 표면 사이를 관통하여 상기 샤프트의 내부 공간과 연통시키는 제1 관통 유로를 포함한다.

Description

세라믹 서셉터 {CERAMIC SUSCEPTOR}
본 발명은 세라믹 서셉터에 관한 것으로서, 특히, 샤프트 내부 공간을 통해 에어 펌핑이 이루어지는 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 열처리 등을 위한 세라믹 서셉터가 배치된다. 상기 세라믹 서셉터는 CVD 장치 및 PVD 장치에 설치되어 열처리 공정 등에서 기판 가열을 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 세라믹 서셉터는 고주파(RF) 전극을 구비하여 반도체 웨이퍼 기판 상에 형성된 박막층들의 식각 공정(etching process) 등에서 플라즈마 형성을 위해서도 사용될 수도 있다.
도 1a는 종래의 세라믹 서셉터에 대한 개략적인 단면도이다.
먼저, 도 1a과 같이, 종래의 세라믹 서셉터는, 샤프트(20)에 결합된 절연 플레이트(10)를 포함하며, 절연 플레이트(10)는 세라믹 재질 내에 배치된 메시 형태 등의 발열체(12)을 포함하고, 발열체(12)는 연결 로드(22)와 연결되어 마운트(30) 외부의 전원을 통해 전력을 공급받는다. 또한, 종래의 세라믹 서셉터는, 반도체 공정 중에 진공척 기능으로 반도체 웨이퍼 등 기판(11)을 고정하기 위하여, 절연 플레이트(10)와 샤프트(20) 및 마운트(30)를 모두 관통하는 유로(31)를 통해 에어를 펌핑한다. 특히 샤프트(20)의 길이방향 측벽 내부에 유로(31)가 형성되어 있다. 그러나, 종래의 세라믹 서셉터는 절연 플레이트(10), 샤프트(20) 및 마운트(30)를 분리 제작한 후 접합하는 과정에서 유로(31)를 정렬하기가 어렵다. 이에 따라 종래의 세라믹 서셉터를 제조하기 위하여는 수율이 저하될 수 있고 이로인해 가공 비용이 증가될 수 있는 문제점이 있다.
나아가, 이와 같은 종래의 세라믹 서셉터는 샤프트(20) 측벽의 관통 유로(31)를 가공하기 위해 샤프트(20) 단면적을 크게 제작하여야 함으로써 열손실이 증가되는 문제가 있다. 더 나아가, 도 1b 및 도 1c와 같이, 샤프트(20) 측벽의 유로(31)가 홈(15)이 있는 절연 플레이트(10) 상면에 이르게 되는 구멍(33)을 회피하도록 발열체(12)는 물론이고 발열체(12) 이외에 배치되는 고주파 전극(미도시) 등을 굴곡지게 형성해야 하므로 이 또한 열손실 및 그 주위 존(AA)에서 온도 균일도를 저하시키는 문제점이 있다.
관련 선행 문헌으로서 특허출원번호 제10-2009-0020821호 (2009년03월11일), 특허출원번호 제10-2017-0168278호 (2017년12월08일), 국제특허공개번호 WO 1999/56307 (1999년11월4일) 등이 참조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 부품들의 정렬과 접합을 용이하게 하여 수율을 향상시키고 가공 비용을 절감할 수 있도록 샤프트 내부 공간을 통해 에어 펌핑이 이루어지도록 함으로써, 이를 통해 진공척 기능, 퍼지 기능이 가능하도록 하며, 이러한 진공척/퍼지 기능은 정전척과 함께 동시 사용도 구현 가능한 세라믹 서셉터를 제공하는 데 있다.
또한, 샤프트 내부 공간의 전력 공급용 연결 로드가 산화 방지용 중간층(KOVAR) 없이 하나의 재질로 가능하게 하여 전기적 저항을 줄이고 전단 응력에 의한 영향을 줄일 수 있는 세라믹 서셉터를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 세라믹 서셉터는, 전극이 배치된 절연 플레이트; 상기 절연 플레이트에 일단부가 접속된 샤프트; 및 상기 전극에 연결되며, 상기 샤프트의 내부 공간을 통과하도록 연장되는 전력 공급 로드; 및 상기 샤프트의 타단부에 결합되고, 상기 샤프트의 내부 공간을 밀봉하는 격리판을 포함하고, 상기 절연 플레이트는 상부 표면과 하부 표면 사이를 관통하여 상기 샤프트의 내부 공간과 연통시키는 제1 관통 유로를 포함하고, 상기 제1 관통 유로를 이용하여 진공척 기능 및/또는 퍼지 기능을 수행 가능하다.
상기 세라믹 서셉터는, 상기 샤프트의 하부에 접속되며, 상기 샤프트의 내부 공간과 외측을 연통시키는 제2 관통 유로를 포함하는 마운트를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 관통 유로를 음압으로 대기압 보다 낮게 유지시킴으로써 상기 절연 플레이트 상부에 배치된 기판을 흡착할 수 있다.
상기 제1 관통 유로를 통해 양압으로 대기압 보다 높게 유지시킴으로써 퍼지 기능을 수행할 수 있다.
상기 전극은, 발열체이고, 상기 세라믹 서셉터는, 상기 절연 플레이트 내에 상기 전극과 이격되어 배치된 플라즈마 발생용 전극을 더 포함할 수도 있다.
상기 절연 플레이트는 상기 전극과 이격되어 배치되고 상기 절연 플레이트 상부에 배치된 기판을 척킹 및 디척킹하기 위한 전극을 포함하며, 상기 전극을 이용하여 상기 기판의 척킹을 유지하면서, 상기 제1 관통 유로를 통해 양압으로 대기압 보다 높게 유지시킴으로써 퍼지 기능을 동시에 수행할 수 있다.
상기 세라믹 서셉터는, 상기 절연 플레이트에 매설되고 상기 전극에 전기적으로 연결된 커넥터를 더 포함하고, 상기 전력 공급 로드가 상기 커넥터와 도전성 필러에 의해 브레이징 접합될 수 있다.
상기 전력 공급 로드가 단일 로드로서 상기 커넥터와 접촉되어 상기 샤프트의 내부 공간을 통과하고 상기 샤프트 하부의 마운트를 통과하도록 연장될 수 있다.
상기 커넥터와 상기 전력 공급 로드의 재질은 동일한 재질일 수 있다.
상기 전극은, 발열체, 플라즈마 발생용 전극, 또는 정전척 기능을 위한 척전극일 수 있다.
상기 전극은, 발열체이고, 상기 세라믹 서셉터는, 상기 절연 플레이트 내에 상기 전극과 이격되어 배치되며 정전척 기능을 위한 척전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 관통 유로를 이용하여 진공척 기능을 수행할 때, 상기 전극을 이용하여 정전척 기능을 추가적으로 수행 가능하다.
본 발명에 따른 세라믹 서셉터에 따르면, 샤프트 내부 공간을 통해 기판 척킹을 위한 에어 펌핑이 이루어지도록함으로써, 부품들의 정렬과 접합을 용이하게 하고 이에 따라 수율을 향상시키고 가공 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 샤프트 측벽에 관통홀을 가공할 필요가 없고, 이에 따라 샤프트 단면적이 작게 형성되는 것이 가능하므로 종래 기술 보다 열손실이 저하될 수 있고, 중심부 측의 관통 유로를 이용하여 척킹이나 퍼지 기능을 실현할 수 있어 내재된 발열체나 전극을 중심부 측의 관통 유로를 회피하도록 굴곡지게 형성할 필요도 없으므로, 종래 기술 보다 관통 유로 주위의 존(도 2c의 BB)에서 온도 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
나아가, 샤프트 내부 공간의 전력 공급용 연결 로드가 응력 완충을 위한 중간층(KOVAR) 없이 하나의 재질로 가능하므로 연결 로드의 전기적 저항을 줄이고 전단 응력에 의한 크랙 발생이나 아킹(arching) 발생을 줄일 수 있다.
또한, 샤프트의 중심부 측의 내부 공간을 이용하여 진공척 기능을 실현하고 척전극을 통해 정전척 기능이 동시에 사용됨으로써, 반도체 공정 챔버 내의 저압 분위기에서 진공척 기능의 척킹 힘이 약할 때 정전척 전극을 통한 척킹 힘을 보완하며, 반도체 공정 챔버 내의 고온 분위기에서 정전척 전극을 통한 척킹 힘이 약할 때 진공척 기능을 통해 척킹 힘을 보완할 뿐만 아니라, 고온에서의 상기 샤프트의 내부 공간의 진공에 의해 샤프트의 열전도도를 줄일 수 있으며(진공은 열전도도를 줄임) 샤프트 내측의 전력 공급 로드의 산화 문제를 저감(진공은 산화 문제도 줄임)할 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 1a는 종래의 세라믹 서셉터에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 세라믹 서셉터를 위에서 볼 때의 발열체 패턴의 예이다.
도 1c는 도 1a의 세라믹 서셉터를 위에서 볼 때 절연 플레이트 상면과 그 하부의 발열체를 중첩해 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 세라믹 서셉터를 위에서 볼 때의 발열체 패턴의 예이다.
도 2c는 도 2a의 세라믹 서셉터를 위에서 볼 때 절연 플레이트 상면과 그 하부의 발열체를 중첩해 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 세라믹 서셉터의 제1 실시예에 따른 연결 로드 결합 부분에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 세라믹 서셉터의 제2 실시예에 따른 연결 로드 결합 부분에 대한 단면도이다.
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 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터에 대한 개략적인 단면도이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터(100)는, 절연 플레이트(110), 샤프트(shaft)(120) 및 마운트(mount)(140)를 포함한다. 절연 플레이트(110), 샤프트(120) 및 마운트(140)는 순차적으로 접속되어 있으며, 샤프트(120)와 마운트(140) 사이는 서로의 내부 공간을 격리시키기 위해 샤프트(120) 길이 방향 단부에 형성된 격리판(130)이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 서셉터(100)는, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플렉시블 기판 등과 같은 다양한 목적의 가공 대상 기판(11)을 에어 펌프(500)를 이용해 지지하는 진공척 구조를 갖는다.
이를 위하여, 절연 플레이트(110)는 세라믹 재질 사이에 발열체(전극)(114)가 배치(매설)되도록 구성되며, 경우에 따라 다른 전극(112)이 발열체(114)와 소정의 간격으로 이격되어 배치(매설)되도록 더 구성될 수 있다. 절연 플레이트(110)는 가공 대상 기판을 안정적으로 지지하면서 발열체(114)를 이용한 가열 및(또는) 전극(112)을 이용한 기판의 지지, 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 공정이나 플라즈마를 이용한 드라이 에칭 공정 등 다양한 반도체 공정이 가능하도록 구성된다. 절연 플레이트(110)는 소정의 형상을 갖는 판상 구조물로 형성될 수 있다. 일 예로, 절연 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, 상기 세라믹 재질의 분말이 성형, 소결되어 절연 플레이트(110)을 구성할 수 있으며, 이를 위한 각각의 세라믹 분말은 선택적으로 0.1 내지 10% 정도, 바람직하게는 약 1 내지 5% 정도의 산화 이트륨 분말을 포함할 수 있다.
발열체(전극)(114)는 발열선(또는 저항선)에 의한 판상 코일 형태 또는 평평한 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 또한, 발열체(114)는 정밀한 온도 제어를 위해 다층 구조로 형성될 수도 있다. 이러한 발열체(114)는 연결로드(121, 122)를 통해 별도의 발열체(114)에 제공될 전원에 연결되어 전력 공급이 이루어지며, 반도체 공정에서 기판의 가열이나 증착 공정 및 식각 공정 등을 수행하기 위해 절연 플레이트(110) 상의 가공 대상 기판(11)을 소정의 온도로 가열하는 기능을 수행할 수 있다. 연결로드(121, 122)는 샤프트(120) 내부 공간를 통과하고 격리판(130)을 관통해 마운트(140)를 관통하여 통과해 외부로 나오도록 연장된다.
전극(112)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 질화 알루미늄(AlN) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 몰리브덴(Mo)으로 이루어질 수 있다. 전극(112)은 다른 연결로드(미도시)를 통해 전원 단자(예, 접지(ground))에 연결될 수 있다. 전극(112)용 연결로드(미도시) 역시 샤프트(120) 내부 공간를 통과하고 격리판(130)을 관통해 마운트(140)를 관통하여 통과해 외부로 나오도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 전극(112)은 절연 플레이트(110) 상에 놓이는 기판(11)을 지지하기 위한 정전척 기능을 위한 척전극으로 이용하거나, 플라즈마 강화 화학기상증착이나 RIE (Reactive Ion Etch) 장비에서의 드라이 에칭 등의 공정을 위한 플라즈마 발생 기능을 위한 플라즈마 발생용 전극으로 이용할 수도 있다.
샤프트(120)는 관통홀을 갖는 관(pipe)형으로서 절연 플레이트(110)의 하면에 결합된다. 샤프트(120)는 절연 플레이트(100)와 동일한 세라믹 재질로 형성되어 결합될 수 있다. 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, 상기 세라믹 재질의 분말이 성형, 소결되어 샤프트(120)을 구성할 수 있으며, 이를 위한 각각의 세라믹 분말은 선택적으로 0.1 내지 10% 정도, 바람직하게는 약 1 내지 5% 정도의 산화 이트륨 분말을 포함할 수 있다.
샤프트(120)는 절연 플레이트(110)와 세라믹 페이스트 등 접합 물질(125)로 결합될 수 있다. 경우에 따라, 샤프트(120)는 절연 플레이트(110)와 볼트, 너트 등을 이용해 기구적으로 결합될 수도 있다. 샤프트(120)의 관통되는 내부 공간을 통해 전극(112) 및(또는) 발열체(114)에 전력을 공급하는 각각의 로드(121, 122 등)가 수용되고, 이들은 외측이 밀폐되어 있는 형태(예, 리지드 바디 또는 속이 빈 공간을 갖는 부재)의 마운트(140)를 통과해 밖으로 나오도록 연장된다.
도 2a와 같이, 샤프트(120)의 길이 방향 단부에 마운트(140)가 접속된다. 마운트(140)는 샤프트(120)의 길이 방향 단부에 형성된 격리판(130)을 사이에 두고 샤프트(120)와 기구적으로 결합될 수 있다. 샤프트(120)와 격리판(130)의 접속은, 볼트, 너트 등을 이용해 기구적인 결합으로 이루어질 수도 있다. 또한, 샤프트(120)와 격리판(130) 및 마운트(140) 상부 간의 접속은, 볼트, 너트 등을 이용해 기구적인 결합으로 이루어질 수도 있으며, 완전한 밀폐가 이루어지도록 밀봉될 수 있다. 격리판(130)을 관통하는 연결로드들(121, 122 등)을 위한 격리판(130)의 관통 홀들(holes) 주위는 위와 같은 세라믹 재질의 페이스트 등에 의해 빈틈이 없도록 밀봉될 수 있다. 마운트(140) 상부는 격리판(130) 주위를 감싸도록 체결될 수 있다. 마운트(140) 상부와 격리판(130) 사이 또는 마운트(140) 상부와 샤프트(120) 사이, 즉, 격리판(130)을 갖는 샤프트(120)와 마운트(140)의 결합 부분은 빈틈이 없도록 위와 같은 세라믹 재질의 페이스트 등에 의해 밀봉될 수 있다.
위에서 기술한 연결 마운트(140), 격리판(130)은, 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질일 수도 있고, 위에서 기술한 바와 같은 세라믹 재질로 이루어질 수도 있다. 즉, 상기 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, 상기 세라믹 재질의 분말이 성형, 소결되어 샤프트(120)을 구성할 수 있으며, 이를 위한 각각의 세라믹 분말은 선택적으로 0.1 내지 10% 정도, 바람직하게는 약 1 내지 5% 정도의 산화 이트륨 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이러한 세라믹 서셉터(100)는, 샤프트(120) 내부 공간을 통해 에어 펌핑이 이루어져 진공척으로 기능하도록 함으로써, 절연 플레이트(110), 샤프트(120) 및 마운트(140)와 같은 부품들의 에어 유로를 맞추기 위한 정렬과 접합을 용이하게 할 수 있으며, 이에 따라 수율을 향상시키고 가공 비용을 절감할 수 있게 하였다. 또한, 본 발명에서는 샤프트(120) 내부 공간이 대기압 보다 낮게(음압) 진공이 유지됨으로써 샤프트(120) 내부 공간에서의 연결로드(121, 122)의 산화가 방지되므로, 연결로드(121, 122)를 이중 연결 구조(51, 52)(도 3 참조)가 아닌 단일 로드로 구현할 수 있고 연결로드(121, 122)의 재질을 절연 플레이트(110)의 발열체(114)(또는 다른 전극(112))와 전기적으로 연결된 커넥터(41)(도 3, 4 참조)의 재질과 같이 Mo로 형성할 수 있다. 즉, 연결로드(121, 122)를 응력 완충을 위한 중간층(51)(KOVAR)(도 3 참조) 없이 Mo와 같은 하나의 재질로 가능하게 함으로써 연결 로드(121, 122)의 전기적 저항을 줄이고 전단 응력에 의한 크랙 발생이나 아킹(arching) 발생을 줄일 수 있도록 한 것이다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 이러한 세라믹 서셉터(100)는, 샤프트(120)의 내부 공간을 이용하여 진공척 기능을 실현하고 척전극의 전극(112)을 통해 정전척 기능이 동시에 사용될 수 있도록 하였다.
이를 위하여, 샤프트(120) 내부 공간을 통해 에어 펌핑이 이루어져 진공척으로 기능하도록 하기 위하여, 절연 플레이트(110)는 기판(11)이 놓이는 상부 표면으로부터 샤프트(120) 내부 공간과 연통을 위한 제1 관통 유로(91)를 포함한다. 제1 관통 유로(91)는 절연 플레이트(110)의 중심 부근에서 상부 표면과 하부 표면 사이를 관통하도록 형성되고, 기판(11)이 놓이는 상부 표면과 샤프트(120) 내부 공간 사이가 제1 관통 유로(91)에 의해 유체 소통되도록 연통이 이루어진다. 또한, 샤프트(120) 내부 공간을 통해 에어 펌핑(진공 펌핑)이 이루어져 진공척으로 기능하도록 하기 위하여, 마운트(140)는 샤프트(120)의 내부 공간과 외측을 연통시키는 제2 관통 유로(92)를 포함한다. 에어 펌프(500)가 제2 관통 유로(92)에 연결되어 에어 펌핑 작동이 이루어지면, 제1 관통 유로(91), 샤프트(120)의 내부 공간 및 제2 관통 유로(92)를 통한 에어 펌핑이 이루어져, 샤프트(120)의 내부 공간 및 제1 관통 유로(91)를 음압으로 대기압 보다 낮게 유지시킴으로써 절연 플레이트(110) 상부에 배치된 기판(11)을 흡착할 수 있다. 이와 같이, 제1 관통 유로(11)를 이용하여 진공척 기능을 수행할 때, 전극(112)을 정전척 전극으로 이용하여 정전척 기능을 추가적으로 수행 가능하다. 이와 같은 상기 제1 관통 유로(91)를 이용한 진공척 기능과 함께, 정전척 전극(112)을 이용해 척킹과 디척킹을 위한 전원을 인가받아 정전척 기능이 동시에 사용될 때, 반도체 공정 챔버 내의 저압 분위기에서 진공척 기능의 척킹 힘이 약할 때 정전척 전극(112)을 통한 척킹 힘을 보완할 수 있으며, 반도체 공정 챔버 내의 고온 분위기에서 정전척 전극(112)을 통한 척킹 힘이 약할 때 진공척 기능을 통해 척킹 힘을 보완할 뿐만 아니라, 고온에서의 상기 샤프트(120)의 내부 공간의 진공에 의해 샤프트(120)의 열전도도를 줄일 수 있으며(진공은 열전도도를 줄임) 샤프트(120) 내측의 전력 공급 로드의 산화 문제를 저감(진공은 산화 문제도 줄임)할 수도 있다.
마운트(140)의 내부는 딱딱한 리지드 바디 형태일 수 있으며, 또는 속이 빈 공간을 갖는 부재 형태일 수도 있다. 마운트(140)가 리지드 바디인 경우에는 마운트(140)에 연결로드(121, 122)를 통과시키기 위한 관통홀과 제2 관통 유로(92)를 형성하는 관통홀이 마련될 수 있다. 또한, 마운트(140)가 속이 빈 공간을 갖는 부재 형태라면, 연결로드(121, 122)를 통과시키기 위한 관통홀이 마운트(140)의 상단과 하단 사이에 관통하도록 마련될 수 있으며, 제2 관통 유로(92)를 위한 관(pipe) 형태의 부재(예, 금속이나 세라믹 재질)가 마운트(140)의 상단과 하단 사이에 구비될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 세라믹 서셉터(100)를 위에서 볼 때의 발열체(114) 패턴의 예이다.
도 2c는 도 2a의 세라믹 서셉터(100)를 위에서 볼 때 절연 플레이트(110) 상면과 그 하부의 발열체(114)를 중첩해 나타낸 도면이다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 본 발명의 세라믹 서셉터(100)는 샤프트(120) 측벽에 관통홀을 가공할 필요가 없고, 이에 따라 샤프트(120) 단면적이 작게 형성되는 것이 가능하다. 이에 따라, 본 발명의 세라믹 서셉터(100)에서는 종래 기술(도 1a, 1b, 1c 참조) 보다 열손실이 저하될 수 있고, 중심부 측의 관통 유로(91)를 이용하여 척킹이나 퍼지 기능을 실현할 수 있어 내재된 발열체(114)나 전극(112)을 중심부 측의 관통 유로를 회피하도록 굴곡지게 형성할 필요도 없으므로, 종래 기술 보다 관통 유로(91) 주위의 존(도 2c의 BB)에서 온도 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 세라믹 서셉터(100)는 CVD 장치 및 PVD 장치의 챔버 내에 설치되어 발열체(114)를 이용한 가열 및(또는) 전극(112)을 이용한 기판의 지지, 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 공정이나 플라즈마를 이용한 드라이 에칭 공정 등에 이용될 수 있다. 위와 같이 본 발명의 세라믹 서셉터(100)가 제1 관통 유로(91), 샤프트(120)의 내부 공간 및 제2 관통 유로(92)를 통한 음압 에어 펌핑으로 기판(11)의 척킹과 디척킹이 가능하고, 이때 절연 플레이트(110)는 가공 대상 기판을 안정적으로 지지하면서 발열체(114)를 이용한 가열 및(또는) 전극(112)을 이용한 기판의 지지, 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 공정이나 플라즈마를 이용한 드라이 에칭 공정 등 다양한 반도체 공정이 가능하도록 구성된다.
한편, 본 발명의 세라믹 서셉터(100)는 제1 관통 유로(91) 등을 이용한 기판(11)의 척킹과 디척킹 뿐만 아니라, 제1 관통 유로(91), 샤프트(120)의 내부 공간 및 제2 관통 유로(92)를 통한 양압 에어 펌핑으로 제1 관통 유로(91)를 대기압 보다 높게 유지시킴으로써 퍼지(purge) 기능을 수행할 수도 있다. 이때, 에어 펌프(500)는 제2 관통 유로(92)를 통해 대기압 보다 높은 소정의 압력으로 에어를 주입하는 펌핑을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기한 CVD 장치 및 PVD 장치의 챔버 내에 제1 관통 유로(91)를 통해 양압 에어 펌핑으로 소정의 가스(예, 질소 가스나 He, Ar 등 불활성 가스 등)가 포함된 에어를 불어넣는 퍼지를 수행할 수 있다.
이는 챔버 내의 절연 플레이트(110) 상면의 포켓, 특히 홈(groove)(15) 등에 쌓인 파티클들을 블로윙(blowing)하여 제거되도록 할 수 있다. 이와 같은 퍼지 기능은 절연 플레이트(110) 상면에 기판(11)을 척킹한 후에 이루어지는 것이 바람직하지만, 다만, 필요에 따라 절연 플레이트(110) 상면에 기판(11)이 없는 경우에도 수행될 수도 있다. 다만, 이와 같은 퍼지 기능을 수행하는 동안 플레이트(110) 상면에 놓인 기판(11)의 척킹과 디척킹은 발열체(114) 이외에 절연 플레이트(110) 내에 배치된 전극, 즉, 도 2a와 같은 전극(112)이 활용될 수 있다. 즉, 전극(112)은 위와 같은 플라즈마 발생을 위한 전원을 공급받도록 배치된 고주파 전극일 수도 있지만, 기판(11)의 척킹과 디척킹을 위한 전원을 공급받도록 배치된 정전척 전극(또는 척전극)일 수도 있다. 나아가 전극(112)을 그대로 두어 정전척 전극으로 기능하게 하고, 추가적으로 기판(11)의 척킹과 디척킹을 위한 전원을 공급받도록 전극(112)과 소정의 거리 이격되어 배치된 추가적인 척전극이 형성되어 있을 수도 있다. 즉, 발열체(114), 전극(112), 및 기판(11)의 척킹과 디척킹을 위한 추가적인 전극이 절연 플레이트(110) 내에 소정의 거리 이격되어 서로 다른 레이어에 형성되어 있을 수도 있다.
도 3은 본 발명의 세라믹 서셉터(100)의 제1 실시예에 따른 연결 로드(121, 122) 결합 부분에 대한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 연결 로드(121, 122)는 절연 플레이트(110)의 발열체(114)(또는 전극(112))와 전기적으로 연결되도록 매설된 커넥터(41)와 전기적으로 연결되도록 접촉될 수 있다. 여기서는 절연 플레이트(110)의 소정의 개구의 내주면 일부에 형성된 나사산에 결합된 지지 아이렛(70)을 통해 연결 로드(121, 122)가 이중 연결 구조, 즉, 제1로드(51) 및 제2로드(52)로 이루어진 경우이다.
여기서, 커넥터(41), 연결 로드(121, 122), 지지 아이렛(70)은 도전성 소재로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 니켈(Ni), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다. 특히, 연결 로드(121, 122)의 이중 연결 구조에서, 커넥터(41)가 Mo로 이루어지고 제1로드(51)가 응력 완충을 위한 중간층으로서 KOVAR(Fe-Ni-Co 합금) 물질로 이루어지며, 제2로드(52)는 Ni 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 연결로드(121, 122)는 커넥터(41)와 브레이징 접합으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도전성 필러(50)를 커넥터(41)의 노출 부분 주위에 미리 주입하고, 지지 아이렛(70) 내측으로 제1로드(51)를 밀어 넣어 제1로드(51)의 일측 단부면과 커넥터(41)를 밀착시킨 후 고온 가열하고 냉각시켜 접합함으로써, 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이어서, 제2 도전성 필러(60)를 제1로드(51)의 타측 단부면 상부에 충분히 주입하고, 주입된 제2 도전성 필러(60) 위에서 제2로드(52)의 일측 단부면을 밀착시킨 후 고온 가열하고 냉각시켜 접합함으로써, 전기적으로 연결시킬 수 있다.
다만, 이와 같은 방식으로 연결 로드(121, 122) 결합 부분이 구현될 수도 있지만, 본 발명에서는 샤프트(120) 내부 공간이 대기압 보다 낮게 진공이 유지됨으로써 샤프트(120) 내부 공간에서의 연결로드(121, 122)의 산화가 방지되므로, 커넥터(41)와 단일 로드의 연결 로드(121, 122)를 모두 Mo로 형성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 세라믹 서셉터의 제2 실시예에 따른 연결 로드(121, 122) 결합 부분에 대한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 연결 로드(121, 122)는 절연 플레이트(110)의 발열체(114)(또는 전극(112))와 전기적으로 연결되도록 매설된 커넥터(41)와 전기적으로 연결되도록 접촉될 수 있다. 여기서는 절연 플레이트(110)의 소정의 개구의 내주면 일부에 형성된 나사산에 결합된 지지 아이렛(70)을 통해 연결 로드(121, 122)가 단일 로드 연결 구조로 이루어진 경우를 설명한다.
여기서, 커넥터(41), 연결 로드(121, 122), 지지 아이렛(70)은 도전성 소재로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 니켈(Ni), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
특히, 본 발명에서는 샤프트(120) 내부 공간이 대기압 보다 낮게 진공이 유지됨으로써 샤프트(120) 내부 공간에서의 연결로드(121, 122)의 산화가 방지되므로, 연결로드(121, 122)를 도 3과 같이 이중 연결 구조(51, 52)가 아닌 단일 로드로 구현할 수 있고 연결로드(121, 122)의 재질을 절연 플레이트(110)의 발열체(114)(또는 전극(112))와 전기적으로 연결된 커넥터(41)의 재질과 같이 Mo로 형성할 수 있다. 즉, 연결로드(121, 122)를 도 3과 같이 응력 완충을 위한 중간층(51)(KOVAR) 없이 Mo와 같은 하나의 재질로 가능하게 함으로써 연결 로드(121, 122)의 전기적 저항을 줄이고 전단 응력에 의한 크랙 발생이나 아킹(arching) 발생을 줄일 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 연결로드(121, 122)는 커넥터(41)와 브레이징 접합으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도전성 필러(50)를 커넥터(41)의 노출 부분 주위에 미리 주입하고, 지지 아이렛(70) 내측으로 연결로드(121, 122)를 밀어 넣어 연결로드(121, 122)의 일측 단부면과 커넥터(41)를 밀착시킨 후 고온 가열하고 냉각시켜 접합함으로써, 전기적으로 연결시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 서셉터(100)에 따르면, 샤프트(120) 내부 공간을 통해 기판 척킹을 위한 에어 펌핑이 이루어지도록함으로써, 부품들의 정렬과 접합을 용이하게 하고 이에 따라 수율을 향상시키고 가공 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 샤프트 측벽에 관통홀을 가공할 필요가 없고, 이에 따라 샤프트 단면적이 작게 형성되는 것이 가능하므로 종래 기술 보다 열손실이 저하될 수 있고, 중심부 측의 관통 유로(91)를 이용하여 척킹이나 퍼지 기능을 실현할 수 있어 내재된 발열체나 전극을 중심부 측의 관통 유로를 회피하도록 굴곡지게 형성할 필요도 없으므로, 종래 기술 보다 관통 유로(91) 주위의 존(BB)에서 온도 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 샤프트 내부 공간의 전력 공급용 연결 로드(121, 122)가 응력 완충을 위한 중간층(51)(KOVAR) 없이 하나의 재질로 가능하므로 연결 로드(121, 122)의 전기적 저항을 줄이고 전단 응력에 의한 크랙 발생이나 아킹(arching) 발생을 줄일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 이러한 세라믹 서셉터(100)는, 샤프트(120)의 내부 공간을 이용하여 진공척 기능을 실현하고 척전극의 전극(112)을 통해 정전척 기능이 동시에 사용될 수도 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.
히터 플레이트(110)
고주파 전극(112)
발열체(114)
샤프트(120)
연결 로드(121, 122)
제1 관통 유로(91)
제2 관통 유로(92)

Claims (12)

  1. 전극이 배치된 절연 플레이트;
    상기 절연 플레이트에 일단부가 접속된 샤프트; 및
    상기 전극에 연결되며, 상기 샤프트의 내부 공간을 통과하도록 연장되는 전력 공급 로드; 및
    상기 샤프트의 타단부에 결합되고, 상기 샤프트의 내부 공간을 밀봉하는 격리판을 포함하고,
    상기 절연 플레이트는 상부 표면과 하부 표면 사이를 관통하여 상기 샤프트의 내부 공간과 연통시키는 제1 관통 유로를 포함하고,
    상기 제1 관통 유로를 이용하여 진공척 기능 및/또는 퍼지 기능을 수행 가능한, 세라믹 서셉터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트의 하부에 접속되며, 상기 샤프트의 내부 공간과 외측을 연통시키는 제2 관통 유로를 포함하는 마운트를 더 포함하는 세라믹 서셉터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통 유로를 음압으로 대기압 보다 낮게 유지시킴으로써 상기 절연 플레이트 상부에 배치된 기판을 흡착하기 위한 세라믹 서셉터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통 유로를 통해 양압으로 대기압 보다 높게 유지시킴으로써 퍼지 기능을 수행하기 위한 세라믹 서셉터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 발열체이고, 상기 절연 플레이트 내에 상기 전극과 이격되어 배치된 플라즈마 발생용 전극을 더 포함하는 세라믹 서셉터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는 상기 전극과 이격되어 배치되고 상기 절연 플레이트 상부에 배치된 기판을 척킹 및 디척킹하기 위한 전극을 포함하며,
    상기 전극을 이용하여 상기 기판의 척킹을 유지하면서, 상기 제1 관통 유로를 통해 양압으로 대기압 보다 높게 유지시킴으로써 퍼지 기능을 동시에 수행하기 위한 세라믹 서셉터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트에 매설되고 상기 전극에 전기적으로 연결된 커넥터를 더 포함하고,
    상기 전력 공급 로드가 상기 커넥터와 도전성 필러에 의해 브레이징 접합되는 세라믹 서셉터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 공급 로드가 단일 로드로서 상기 커넥터와 접촉되어 상기 샤프트의 내부 공간을 통과하고 상기 샤프트 하부의 마운트를 통과하도록 연장되는 세라믹 서셉터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 커넥터와 상기 전력 공급 로드의 재질은 동일한 재질인 세라믹 서셉터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 발열체, 플라즈마 발생용 전극, 또는 정전척 기능을 위한 척전극인 세라믹 서셉터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극은, 발열체이고, 상기 절연 플레이트 내에 상기 전극과 이격되어 배치되며 정전척 기능을 위한 척전극을 더 포함하는 세라믹 서셉터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통 유로를 이용하여 진공척 기능을 수행할 때, 상기 전극을 이용하여 정전척 기능을 추가적으로 수행 가능한 세라믹 서셉터.
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