KR200480806Y1

KR200480806Y1 - 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터

Info

Publication number: KR200480806Y1
Application number: KR2020150004671U
Authority: KR
Inventors: 김길중
Original assignee: 김길중
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-07-08
Also published as: KR20150003189U

Abstract

본 고안은 화학기상증착(CVD:Chemical Vapor Deposition)을 위한 공정챔버용 서셉터에 관한 것으로,
공정챔버 내부에 배치되어 상부에 증착대상체가 놓이게 되는 디스크;
상기 디스크를 위한 승강수단; 및
상기 공정챔버 내부바닥면에 지지되며 상기 디스크를 관통하여 상기 증착대상체와 접하게 되는 로드, 상기 로드가 내장되고 상기 로드를 따라 상하 슬라이딩 되며 상기 디스크 하부에 고정 결합되는 바디, 그리고 상기 바디의 승강 동작을 안내하는 가이드로 이루어진 서포터;를 포함하여 이루어지되,
상기 로드의 상단부에는 탈착형 팁헤드가 구비되어 있고,
상기 팁헤드는 SIC코팅된 그라파이트(Graphite)로 이루어진 것을 특징으로 하는 서셉터를 개시한다.
본 고안에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터는,
상기 승강수단에 의해 상기 디스크 하강 시 이와 함께 하강하는 상기 서포터의 바디 내부에서 상기 로드가 수직상태를 유지함으로써 상기 증착대상체의 수평 상태 유지가 가능하여 증착대상체의 파손을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 로드의 팁헤드가 SIC코팅된 그라파이트로 이루어짐에 따라, 상기 증착대상체와의 온도 차를 최소화하여 증착대상체의 표면에 자국이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터{SUSCEPTOR FOR CHEMICAL OF VAPOR DEPOSITION APPARATUS}

본 고안은 화학기상증착(CVD:Chemical Vapor Deposition)을 위한 공정챔버용 서셉터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증착대상체에 대한 파손을 방지하고, 증착대상체의 표면에 자국이 발생하는 것을 최소화하는 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터에 관한 것이다.

신소재 개발을 위해 반도체 또는 글래스(Glass) 등의 기판 표면에 박막을 증착하기 위한 기상증착법(VD:Vapor Deposition) 중 화학기상증착법이 많이 사용되고 있다.

이러한 화학기상증착을 실시할 때에 사용되는 공정챔버용 서셉터에 관한 기술로는 대한민국실용신안등록 제10-2006-0023021호(2006.3.13.공개, 이하 '선행기술'이라고 함) 『리프팅 장치』가 제시되어 있다.

상기 선행기술은,

증착공정이 이루어지는 공정챔버, 상기 공정챔버 내부에 배치되고 가스공급부로부터 공급받은 공정가스를 기판에 분사하는 샤워헤드, 상기 샤워헤드의 하부에 일정간격 이격배치되는 서셉터, 상기 서셉터 내부에 수직방향으로 형성된 다수의 홀에 배치되는 리프트핀, 상기 리프트핀의 하단부에 배치되며 리프트핀의 하단부와 결합 되어있는 플레이트, 상부는 상기 플레이트를 지지하고 하부는 상기 공정챔버를 관통하여 외부로 노출되는 구동축, 상기 구동축의 하부에 연결된 구동부로 구성된다.

이때 상기 서셉터는 상기 공정챔버 내부에 고정배치되며, 상부에 기판이 놓이게 된다.

그리고 일반적으로 서셉터 내부에는 증착 공정이 진행되는 동안 균일한 두께의 박막을 형성하도록 기판을 적정한 온도로 유지하기 위한 히터가 설치되어 외부 전원과 연결된다.

증착공정을 살펴보면,

공정챔버의 내부공간부를 진공상태로 형성한 후, 외부전원을 통해 서셉터 내부의 히터를 가열시켜 증착을 위한 적정한 온도로 기판을 가열시킨다.

그리고 샤워헤드를 통해 공정가스를 분사하면, 공정챔버의 내부공간부에서 화학반응을 일으켜 기판에 박막을 형성하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 증착공정이 완료되면 공정챔버의 외부에 배치된 구동부에서 동력을 전달받은 구동축이 상승을 시작한다.

그리고 구동축이 상승함에 따라 구동축과 연결된 플레이트가 동시에 상승하고, 플레이트의 상부에 결합된 리프트핀이 상승하게 된다.

이때 공정챔버의 내부에 고정배치되어 있는 서셉터는 유동하지 않는다.

따라서 서셉터의 상부에 놓여있던 기판은 리프트핀에 의해 상승한다.

이에 의하면, 기판과 서셉터 사이에 공간부가 형성된다.

이때 공정챔버가 개방되고, 외부로부터 로봇암이 기판과 서셉터 사이의 공간부로 진입하여 기판을 외부로 인출하게 된다.

기판이 인출되면 구동부에 의해 플레이트와 리프트핀이 다시 하강하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 일반적인 증착공정이 진행되는데, 반복적인 승강동작으로 인한 리프팅핀의 마모 및 변형을 방지하기 위해서, 일반적으로 서셉터와 리프트핀 사이에 부싱을 배치한다.

도 1 및 도2에 도시된 바와 같이, 부싱(2)은 공정챔버(C) 내부에 배치된 디스크(1)의 하부에 결합되는데, 그 내부에 리프트핀(4)이 배치되는 관통공(5)이 형성되며, 상기 관통공(5)을 기준으로하여 방사상으로 둘 이상의 롤러(3)가 배치된다.

따라서 디스크(1)가 승강시 부싱(2) 내부에 배치된 롤러(3)가 리프트핀(4)을 따라 슬라이딩하는 회전동작에 의해 디스크(1)의 원할한 승강을 가이드 하게 된다.

즉 리프트핀(4)에 발생하는 마찰을 최소화한다.

그런데 일반적인 부싱(1) 내부에는 롤러(3)가 일측에만 배치되어 있다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 부싱(1)의 승강을 가이드하는 롤러(3)가 부싱(1) 내부의 상부에만 배치되어 있는 경우, 부싱(1)의 승강동작이 반복됨에 따라 리프트핀(4)의 하부가 좌우로 유동하게 된다.

즉, 리프트핀(4)의 중심축이 수직상태를 유지하기가 어려워지고, 리프트핀(4)의 기울기를 나타내는 틸트(Tilt)각이 증가하게 된다.

리프트핀(4)의 틸트각이 증가하면 롤러(3)와 리프트핀(4) 사이의 마찰이 증가하고 리프트핀(4)이 부싱(1) 내부에서 승강 동작을 멈추는 잼(Jam)현상이 발생하게 된다.

결국 리프트핀(4)이 수직상태를 유지하지 못하고 기울면서 리프트핀(4)에 의해 수평으로 지지되는 기판(G)이 유동되어 변형되거나 파손되는 경우가 발생하게 된다.

또한 공정챔버(C) 내부에서의 증착 방법에 따라 기판(G)을 다양한 온도로 가열하는데, 기판(G)과 접하고 있는 리프트핀(4)과 기판(G)의 온도차로 인하여, 리프트핀(4)과 기판(G)이 접하는 면에 자국이 발생하게 된다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

화학기상증착 공정 시 증착대상체에 대한 파손을 방지하고, 증착대상체의 표면에 자국이 발생하는 것을 최소화하는 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 고안에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터는,

상기 공정챔버 내부에 배치되어 상부에 증착대상체가 놓이게 되는 디스크;

상기 디스크를 위한 승강수단; 및

상기 공정챔버 내부바닥면에 지지되며 상기 디스크를 관통하여 상기 증착대상체와 접하게 되는 로드, 상기 로드가 내장되고 상기 로드를 따라 상하 슬라이딩 되며 상기 디스크 하부에 고정 결합되는 바디, 그리고 상기 바디의 승강 동작을 안내하는 가이드로 이루어진 서포터;를 포함하여 이루어지되,

상기 로드의 상단부에는 탈착형 팁헤드가 구비되어 있고,

상기 팁헤드는 SIC코팅된 그라파이트(Graphite)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터는,

상기 승강수단에 의해 상기 디스크 하강 시 이와 함께 하강하는 상기 서포터의 바디 내부에서 상기 로드가 수직상태를 유지함으로써 상기 증착대상체의 수평 상태 유지가 가능하여 증착대상체의 파손을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 로드의 팁헤드가 SIC코팅된 그라파이트(Graphite)로 이루어짐에 따라, 상기 증착대상체와의 온도 차를 최소화하여 증착대상체의 표면에 자국이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터의 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 서셉터용 부싱의 단면도.
도 3은 본 고안의 실시예에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터의 단면도.
도 4는 본 고안의 실시예에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터에서 디스크와 서포터의 결합관계를 도시한 분해단면도.
도 5는 본 고안의 실시예에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터의 작동상태를 도시한 단면도.
도 6은 본 고안의 실시예에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터에서 디스크와 서포터의 결합관계를 도시한 결합단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

'도 3' 내지 '도 6'에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 의한 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터는 크게 디스크(10), 승강수단(20) 및 서포터(30)로 이루어진다.

각 구성에 대해 살펴보면,

디스크(10)는

'도 3' 및 '도 4'에 도시된 바와 같이,

상기 화학기상증착용 공정챔버(C)의 내부에 배치되는데, 상부면의 양측단부에 지지부(14)가 각각 형성되고 상기 지지부(14)에 증착대상체(O)가 놓이게 된다.

그리고 상기 디스크(10)의 하부에는 상방으로 요입된 다수의 결합공간부(S)가 형성되는데 이때 상기 결합공간부(S)는 상기 디스크(10)의 중심을 기준으로 상하 또는 좌우 대칭으로 배열되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 결합공간부(S)는 결합공간부(S) 내부에 형성된 스토퍼(11)에 의해 제1공간부(S1)와 제2공간부(S2)로 나누어진다.

한편, 상기 디스크(10)의 하부에는 상기 결합공간부(S)의 주변 영역에 볼트(12)가 결합되는 둘 이상의 체결부(13)가 방사상(放射狀)으로 형성된다.

승강수단(20)은

'도 3' 및 '도 4'에 도시된 바와 같이,

샤프트(21)와 구동부(22)로 이루어진다.

상기 샤프트(21)는 상기 디스크(10)의 저면에 수직방향으로 일체로 형성되되, 그 하단부는 상기 공정챔버(C) 하부를 관통하여 공정챔버(C)의 외부로 연장형성된다.

그리고 상기 구동부(22)는 상기 공정챔버(C)의 외부에 배치되어 공정챔버(C)의 외부로 노출된 상기 샤프트(21)의 하단부와 연결되어 샤프트(21)에 동력을 전달하게 된다.

서포터(30)는

'도 4' 내지 '도 6'에 도시된 바와 같이,

로드(31), 바디(32) 및 가이드(33)로 이루어진다.

상기 로드(31)는 바(Bar)형상으로 이루어지는데 상단부에 탈착 가능하도록 형성된 팁헤드(311)가 구비되어 있다.

그리고 상기 로드(31)는 디스크(10)의 상부로부터 디스크(10)에 형성된 상기 결합공간부(S)로 삽입되어, 상기 팁헤드(311)가 상기 스토퍼(11)에 걸리도록 배치되며, 로드(31)의 하단부는 디스크(10)를 관통하여 공정챔버(C)의 내부바닥면과 접하게 배치된다.

이때 상기 로드(31)는 상기 결합공간부(S)에 각각 배치되도록 다수 개가 구비된다.

상기 바디(32)는 '도 4'에 도시된 바와 같이, 그 상단부가 상기 디스크(10)에 형성된 제1공간부(S1)에 수직결합된다.

그리고 상기 바디(32)의 상단부에는 그 둘레를 따라 환형걸림부(321)가 형성된다.

상기 환형걸림부(321)는 상기 바디(32)가 상기 결합공간부(S)에 삽입된 상태에서, 상기 각 체결부(13)에 체결되는 볼트(12)의 헤드에 의해 지지되어 상기 바디(32)가 상기 디스크(10)에 고정결합될 수 있게 한다.

다시 말해, 상기 각 체결부(13)에는 볼트(12)의 헤드가 상기 결합공간부(S)에 삽입된 상기 바디(32)의 환형걸림부(321)를 지지함으로써 상기 바디(32)를 상기 디스크(10)에 고정하게 된다.

그리고 상기 바디(32)는 그 내부에 관통공(322)이 형성되는데 상기 관통공(322)에 상기 로드(31)가 내장되며, 로드(31)를 따라 상하 슬라이딩 된다.

또한 상기 바디(32)의 상단부 및 하단부에는 각각 그 둘레를 따라 제1수용홀(323a)과 제2수용홀(323b)이 형성된다.

이때 상기 제1수용홀(323a) 및 상기 제2수용홀(323b)은 상기 로드(31)를 기준으로하여, 각각 둘 이상이 방사상으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 각 수용홀(323)은 상기 관통공(322)과 연결된다.

상기 가이드(33)는

'도 4' 및 '도 6'에 도시된 바와 같이, 상기 바디(32)의 상하 단부에 각각 배치되는데, 상기 제1수용홀(323a)에 배치되는 제1가이드(331)와 상기 제2수용홀(323b)에 배치되는 제2가이드(332)로 이루어진다.

그리고 상기 제1가이드(331) 및 상기 제2가이드(332)는 각각 롤러(331a, 332a)와 지지축(331b, 332b)으로 이루어지는데, 상기 지지축(331b, 332b)이 상기 롤러(331a, 332a)의 내부를 관통하여 배치되고, 지지축(331b, 332b)의 양측단부가 상기 수용홀(323a, 323b)의 양측내벽에 각각 고정결합된다.

이때 상기 가이드(33)는 아이들롤러(A)이며, 둘 이상이 구비되고 상기 로드(31)를 기준으로 상기 바디(32) 내부에 방사상으로 배열된다.

따라서 상기 가이드(33)는 상기 로드(31)와 접하게 되어 상기 바디(32)의 상하 직선 운동에 의해 회전운동을 하게 된다.

상기 구성에 의한 본 고안의 작용을 살펴보면,

'도 5' 및 '도 6'에 도시된 바와 같이, 일반적으로 상기 공정챔버(C) 내부에서 증착공정이 완료되면 증착대상체(O)를 공정챔버(C)의 외부로 인출하기 위한 작업이 시작된다.

상기 구동부(22)에 의해 상기 샤프트(21)로 동력이 전달되면 상기 샤프트(21)가 하강을 시작한다.

그리고 상기 샤프트(21)와 결합된 상기 디스크(10)가 하강하게 되고 상기 디스크(10)의 결합공간부(S)에 수직결합된 상기 서포터(30)가 하강하게 된다.

상기 서포터(30)가 하강하면, 바디(32)의 상부에 배치되어 있는 제1가이드(331)와 바디(32)의 하부에 배치되어 있는 제2가이드(332)가 상기 로드(31)을 따라 각각 슬라이딩 되면서 하강하기 시작한다.

한편, 하부가 상기 공정챔버(C)의 내부 바닥면과 접하고 팁헤드(311)의 하부가 상기 결합공간부(S)에 형성된 스토퍼(11)의 상부면에 접하고 있는 로드(31)는 하강하지 않는다.

따라서 상기 디스크(10)의 지지부(14)에 놓여져 있던 증착대상체(O)는 디스크(10)를 따라 하강하다가 상기 로드(31)의 팁헤드(311)에 접하게 되고, 더 이상 하강하지 않는다.

그리고 상기 로드(31)는 상기 증착대상체(O)를 수직상태로 지지하게 된다.

이때 상기 제1가이드(331)와 상기 제2가이드(332)가 상기 바디(32)내부에서 상기 로드(31)의 임의의 두 지점을 지지하며 수직방향으로 슬라이딩 하기 때문에 로드(31)의 중심축이 좌우방향으로 흔들리지 않게 된다.

여기서 임의의 두 지점이란, 상기 제1가이드(331)와 상기 제2가이드(332)가 하강하면서 상기 로드(31)와 접하게 되는 부분이며, 항상 일정한 간격을 유지하게 된다.

따라서 상기 승강수단(20)에 의해 상기 디스크(10)의 하강 시 이와 함께 하강하는 상기 서포터(30)의 바디(32) 내부에서 상기 로드(31)가 항상 수직상태를 유지하게 된다.

즉 상기 로드(31) 중심축의 틸트(Tilt)각을 최소화 하기때문에 로드(31)가 항상 수직상태를 유지하면서 받치고 있는 증착대상체(O)의 수평상태유지를 가능하게 한다.

결국 상기 증착대상체(O)가 상기 로드(31)의 상부에서 유동하거나 낙하하지 않도록 하여 증착대상체(O)가 변형되거나 파손되는 것을 방지하는 효과가 있다.

따라서 증착대상체(O)의 변형 및 파손 저하에 따른 생산성 향상 및 원가 절감에도 기여할 수 있다.

그리고 상기와 같은 경우, 로봇암이 인출작업을 원할 하게 할 수 있는 범위내에서, 상기 제1가이드(331)와 제2가이드(332)의 간격을 증가시킴에 따라 상기 로드(31) 중심축의 틸트각을 더욱 최소화 할 수 있다.

'도 5'에 도시된 바와 같이, 상기 디스크(10)가 하강하면 상기 증착대상체(O)와 상기 디스크(10) 사이에 공간부가 형성된다.

상기 공간부가 형성되면 상기 공정챔버(C)의 측면에 형성된 인출구(D)가 개방되고 외부로부터 로봇암이 공정챔버(C)의 내부로 진입한다.

그리고 로봇암은 상기 증착대상체(O)와 상기 디스크(10) 사이의 공간부로 진입하여 증착대상체(O)를 공정챔버(C)의 외부로 인출한다.

증착대상체(O)가 외부로 인출되면 승강수단(20)에 의해 상기 디스크(10)는 다시 상승하게 된다.

한편, 증착공정 시 증착대상체(O)의 표면에 일정한 두께로 박막을 형성하기 위해 증착대상체(O)에 따라 적정한 온도로 상기 증착대상물(O)을 가열시키게 된다.

그리고 증착대상물(O)을 직접적으로 받치고 있는 상기 로드(31)의 상단부는 일반적으로 그 표면이 알루미늄 아노다이징(Anodizing)으로 이루어진다.

상기와 같이 알루미늄 아노다이징으로 이루어진 상기 로드(31)의 상단부는 내마모성이 향상되는 등 장점이 있지만, 상기 증착대상체(O)와의 온도 차로 인하여, 상기 로드(31)의 상단부와 상기 증착대상체(O)의 접면(接面)에 자국이 생기는 경우가 발생한다.

본 고안에서는 상기 로드(31)의 상단부에 탈착가능한 형태로 팁헤드(311)가 구비되는데, 상기 팁헤드(311)는 SIC(탄화규소 : Silicon Carbide) 코팅된 그라파이트(Graphite)로 이루어진다.

여기서 SIC코팅이란, 화학기상반응법(CVR : Chemical Vapor Reaction)을 이용하여, 그라파이트 표면의 탄소를 반응원으로 하고 규소 성분과 반응시킴으로써 그라파이트 표면에 SIC를 형성하는 공법을 가리킨다.

상기의 과정으로 형성된 팁헤드(311)는 일반적인 알루미늄 아노다이징 이나 단순한 그라파이트 보다 열전도율이 향상된다.

따라서 상기 증착대상체(O)와의 온도 차를 신속하게 감소시킴으로써 증착대상체(O)에 자국이 발생하는 것을 최소화하는 효과가 있다.

또한 우수한 내열성, 내산화성 및 교체의 용이함으로 인하여 생산성 향상에도 기여할 수 있다.

이상에서 본 고안을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터"를 위주로 설명하였으나 본 고안은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 고안의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

C : 공정챔버
10 : 디스크
11 : 스토퍼 12 : 볼트
13 : 체결부 14 : 지지부
S : 결합공간부
S1 : 제1공간부 S2 : 제2공간부
20 : 승강수단
21 : 샤프트 22 : 구동부
30 : 서포터
31 : 로드
311 : 팁헤드
32 : 바디
321 : 환형걸림부 322 : 관통공
323 : 수용홀
323a : 제1수용홀 323b : 제2수용홀
33 : 가이드
331 : 제1가이드
331a : 롤러 331b : 지지축
332 : 제2가이드
332a : 롤러 332b : 지지축

Claims

화학기상증착용 공정챔버 내부에 배치되어 구동장치에 의해 승하강되는 서셉터에 있어서,
상기 공정챔버(C) 내부에 배치되어 상부에 증착대상체(O)가 놓이게 되는 디스크(10);
상기 디스크(10)를 위한 승강수단(20); 및
상기 공정챔버(C) 내부바닥면에 지지되며 상기 디스크(10)를 관통하여 상기 증착대상체(O)와 접하게 되는 로드(31), 상기 로드(31)가 내장되고 상기 로드(31)를 따라 상하 슬라이딩 되며 상기 디스크(10) 하부에 고정 결합되는 바디(32), 그리고 상기 바디(32)의 상하 단부에 각각 구비되어 바디(32)의 승강 동작을 안내하는 가이드(33)로 이루어진 서포터(30);를 포함하되,
상기 가이드(33)는 상기 로드(31)와 접하도록 로드(31)를 기준으로 방사상으로 배열된 둘 이상의 아이들롤러로 이루어지고,
상기 로드(31)의 상단부에는 팁헤드(311)가 탈착 가능하게 구비되되, 상기 팁헤드(311)는 화학기상반응법을 이용하여 그라파이트 표면의 탄소를 반응원으로 하고 규소 성분과 반응시키는 공법에 의하여 SIC코팅된 그라파이트로 이루어지며,
상기 디스크(10)의 하부에는 상기 바디(32)의 상단부가 삽입되도록 상방 요입된 결합공간부(S), 그리고 상기 결합공간부(S)의 주변 영역에 방사상으로 배열된 둘 이상의 체결부(13)가 형성되고,
상기 바디(32)의 상단부에는 둘레를 따라 돌출된 환형걸림부(321)가 형성되며,
상기 각 체결부(13)에는 볼트(12)가 체결되되, 상기 볼트(12)의 헤드가 상기 결합공간부(S)에 삽입된 상기 바디(32)의 환형걸림부(321)를 지지하게 되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착을 위한 공정챔버용 서셉터.