KR20120000806A - 화학기상증착장치의 서셉터 및 내부코팅 형성방법 - Google Patents

화학기상증착장치의 서셉터 및 내부코팅 형성방법 Download PDF

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Abstract

화학기상증착장치의 서셉터 및 내부코팅 형성방법이 개시된다. 개시된 서셉터는 상면에 복수의 포켓이 형성되며, 그 내부에 상기 포켓 상으로 개스를 공급하는 개스유로가 형성된 환상의 서셉터이며, 상기 개스유로의 내부 외주에 내마모 코팅이 형성된다. 상기 내마모 코팅은 실리콘 카바이드로 형성된다.

Description

화학기상증착장치의 서셉터 및 내부코팅 형성방법{Susceptor and method of fabricating coating inside susceptor of chemical vapor deposition device}
본 개시는 내부의 개스 유로에 실리콘 카바이드 코팅이 형성된 화학기상 증착장치의 서셉터 및 코팅 형성방법에 관한 것이다.
화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 장치는 화학 반응을 이용하여 피증착체(일반적으로 반도체 웨이퍼)에 박막을 형성하는 장치로서, 진공으로 이루어　챔버 내의 가열된 기판에 증기압이 높은 반응가스를 공급하여 박막을 기판 상에 성장시키는 장치이다.
질화갈륨 반도체 제조용 화학기상증착장치는 생산성 향상을 위해 챔버 및 서셉터가 대형화되고 있다. 서셉터는 복수의 웨이퍼가 장착되어 증착되면서, 박막을 균일하게 성장시키는 것이 중요해진다. 기판 상에 박막의 균일한 성장을 위해서 서셉터를 회전하며, 아울러 기판을 지지하는 포켓 상의 새털라이트 디스크도 회전하도록 설계되고 있다.
새털라이트 디스크가 배치되는 포켓에는 회전을 유발하는 새터라이트 디스크의 저면과 함께 이루는 개스 가이드가 형성되며, 서셉터의 내부에는 상기 개스 가이드로 개스를 공급하는 개스유로가 형성된다.
개스 유로로 공급되는 제1개스는 대략 상온의 개스가 공급되나, 서셉터는 화학기상증착 중 고온으로 유지되므로, 제1개스로부터의 열충격으로 서셉터가 대미지를 입으며, 특히, 개스유로에서 개스가 거의 직각으로 충돌하는 영역은 대미지가 커서 쉽게 파손될 수 있다.
서셉터에서 내마모성 코팅 형성이 어려운 내부 개스유로에 실리콘 카바이드 코팅을 형성하는 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 서셉터는, 상면에 복수의 포켓이 형성되며, 그 내부에 상기 포켓 상으로 개스를 공급하는 개스유로가 형성된 환상의 서셉터이며, 상기 개스유로의 내부 외주에 내마모 코팅이 형성된다.
상기 내마모 코팅은 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 개스유로는 0.5-2 mm 직경을 가지며, 상기 내마모 코팅은 60-100 ㎛ 두께를 가질 수 있다.
상기 개스유로는 상기 서셉터의 표면과 나란한 수평홀과, 상기 수평홀의 일단과 연결되며 상기 포켓으로 연결된 배출홀과, 상기 수평홀의 타단으로 상기 개스를 공급하는 인입구를 구비한다.
상기 인입구는 상기 수평홀에 수직인 수직홀일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상증착장치의 서셉터 내부코팅 형성장치는 내부에 복수의 포켓에 유동 개스를 공급하는 복수의 개스유로가 형성된 환상의 서셉터가 안착되는 하부 블록; 및
상기 하부 블록 상에서 상기 서셉터를 커버하며, 상기 포켓으로부터의 배출가스를 외부로 배출하는 배출홀이 형성된 상부 블록을 구비한다.
상기 하부 블록에는 상기 인입구로 코팅용 개스를 공급하는 개스공급라인이 형성될 수 있다.
상기 개스공급라인은 분기되어서 상기 인입구로 개스를 공급한다.
상기 하부 블록 및 상기 상부 블록은 각각 그라파이트로 이루어질 수 있다.
상기 하부 블록 및 상기 상부 블록을 가열하는 유도가열수단을 더 구비할 수 있으며, 상기 유도가열수단은 유도가열 코일을 구비한다.
본 발명의 또 다른 화학기상증착장치의 서셉터 내부코팅 형성방법은:
화학기상증착 장치의 반응 챔버 내에서 하부 블록 상에 내부에 복수의 포켓에 유동 개스를 공급하는 복수의 개스유로가 형성된 환상의 서셉터를 안착하는 단계;
상기 하부 블록 상에서 상기 서셉터를 커버하며, 상기 포켓으로부터의 배출가스를 외부로 배출하는 복수의 배출홀이 형성된 상부 블록을 겹치게 배치하되, 상기 하부 블록에 형성된 개스공급라인으로부터 분기된 가스라인이 상기 개스유로의 일단과 연결되게 설치하는 단계; 및
상기 개스공급라인으로부터 상기 개스유로 실리콘 전구체와, 탄소 함유 전구체와 캐리어 개스를 공급하여, 상기 개스유로 내부의 외주에 실리콘 카바이드 코팅을 형성하는 단계;를 구비한다.
상기 하부 블록과 상기 상부 블록을 유도가열하는 단계를 더 구비할 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 화학기상증착장치의 서셉터는 내부 개스 유로에 내마모 코팅이 형성되어서 새털라이트 디스크를 회전하는 데 사용되는 개스로부터의 열충격을 감소시켜서 서셉터의 수명을 연장시킬 수 있다.
개시된 서셉터의 내부코팅 형성 방법은 서셉터 내부에 내마모 코팅을 효율적으로 형성하는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 서셉터의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 서셉터의 내부 코팅 형성장치의 개략적 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100: 서셉터 110: 포켓
114: 배출홀 120: 개스유로
122: 인입구 128: 내마모 코팅
150: 새털라이트 디스크 200: 서셉터 내부 코팅형성 장치
210: 반응챔버 220: 하부 블록
230: 상부 블록 240: 유도가열 코일
250: 개스공급라인 260: 소스 공급부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장치의 서셉터 및 내부 코팅 형성방법을 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 서셉터(100)의 개략적인 평면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선단면도이다. 도 2에는 편의상 서셉터 상에 배치되는 새털라이트 디스크를 더 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 서셉터(100)에는 중앙홀(102)을 중심으로 균등하게 6개의 포켓(110)이 배치된다. 각 포켓(110)에는 중앙 핀홀(112)을 중심으로 3개의 배출홀(114)이 형성되며, 각 배출홀(114)에는 개스의 흐름을 가이드하는 가이드 홈(116)이 연결되어서 형성된다. 서셉터(100)에는 중앙홀(102) 근처로부터 개스가 유입되어서 각 배출홀(114)로 연결된 개스유로(120)가 형성되어 있다. 도 1에는 편의상 6개의 포켓(110)과 3개의 가이드 홈(116) 및 3개의 배출홀(114)을 도시하였으나, 이는 실시예의 예시로 도시된 것으로 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 개스유로(120)는 개스 인입구(122)로부터 수평으로 형성된 수평홀(124)을 구비하며, 수평홀(124)에는 대응되는 배출홀(114)과 연결된다.
서셉터(100)의 포켓(110)에는 중앙 핀홀(112)이 형성되며, 새털라이트 디스크(150)에는 이에 대응하는 중앙홀(152)이 형성된다. 중앙 핀홀(112)과 중앙홀(152)에는 핀(160)이 배치된다. 핀(160)은 새털라이트 디스크(150)가 포켓(110) 내에서 회전하도록 지지한다. 새털라이트 디스크(150) 상에는 그 위에 막을 증착하는 기판(미도시)이 배치된다.
개스 유로(120)는 대략 0.1-2 mm 직경을 가지며, 내부에는 내마모 코팅(128)이 대략 60-100 ㎛ 두께로 형성된다. 내마모 코팅(128)은 실리콘 카바이드 코팅, 알루미늄 나이트라이드(AlN) 코팅, 실리콘 나이트라이드(SiN) 코팅일 수 있다.
인입구(122)로 인입된 개스는 가이드 홈(110)에 형성된 배출홀(114)로 분출되면서 가이드 홈(110)과 새털라이트 디스크(150) 사이에 형성된 공간으로 분출되며, 이에 따라 가이드 홈(110)을 따라서 배출된다. 이때의 개스의 흐름으로 새털라이트 디스크(150)는 핀홀(112)을 중심으로 부유되면서 가이드 홈(110)을 따라서 분출되는 개스의 흐름으로 회전된다. 이러한 새털라이트 디스크(150)의 회전은 서셉터(100)의 회전과 더불어 그 위에 장착되는 웨이퍼 상의 박막의 균일도 향상에 기여한다.
한편, 인입구(122)로 인입된 개스는 아르곤 개스 또는 질소 개스일 수 있으며 상온으로 공급된다. 반면에, 서셉터(100)는 미도시된 유도가열 히터에 의해서 증착 물질에 따라서 대략 500-1400 ℃로 가열된 상태이며, 따라서 인입구(122)로 인입된 개스가 서셉터(100)와 직접 충돌하는 영역, 예컨대 인입구(122) 바로 위의 영역이 열손상을 받기 쉬워서 파손되기 쉽다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 서셉터(100)의 개스유로(120) 내부에는 내마모성 코팅(128)이 형성되어서 개스 충격을 완화시키므로, 서셉터(100)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 2에서는 인입구가 개스유로에 수직으로 형성된 서셉터를 도시하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 서셉터는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 인입구(122)가 개스유로(120)에 나란하게 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 서셉터의 내부 코팅 형성장치(200)의 개략적 단면도이다. 도 1 및 도 2의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
반응챔버(210) 내부에 서셉터(100)의 하부를 지지하는 하부 블록(220)과 하부 블록(220) 상에서 서셉터(100)를 지지하는 상부 블록(230)이 배치된다. 하부 블록(220)과 상부 블록(230)은 그라파이트로 형성된다. 하부 블록(220)과 상부 블록(230)의 측면에는 이들을 둘러싸는 유도가열 코일(240)이 배치된다. 유도가열 코일(240)에 소정의 RF 전압이 인가되어서 하부 블록(220)과 상부 블록(230)의 탄소 성분을 유도가열하여 소정 온도, 예컨대 500-1400 ℃로 가열할 수 있다.
서셉터(100)의 구조는 도 1 및 도 2로부터 잘 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
상부 블록(230)에는 포켓(110)으로부터 배출된 개스를 외부로 배출하기 위한 배출구(232)가 형성된다. 배출구(232)는 각 포켓(110)에 대응되게 복수로 형성될 수 있다.
하부 블록(220)에는 인입구(122)로 실리콘 카바이드를 형성하기 위한 전구체를 공급하는 개스공급라인(250)이 형성된다. 개스 공급라인(250)은 하부블록(220)에 수직으로 형성된 제1라인(251)과, 제1라인(251)으로부터 각 인입구(122)에 대응되게 형성된 복수의 제2라인(252)을 구비한다.
제1라인(251)으로는 소스 공급부(260)와 연결된다. 소스 공급부(260)에는 내마모 코팅(도 1의 128)의 물질을 공급하는 소스, 예컨대 실리콘 카바이드 코팅을 형성하는 경우, 실리콘 전구체, 예컨대 트리 클로로 실란(SiHCl3)와 탄소함유 전구체, 예컨대 메탄 가스(CH4)가 공급될 수 있으며, 캐리어 개스로서 수소가 공급될 수 있다. 소스 공급부(260)에는 실리콘 전구체 공급부(261)와, 탄소 함유 전구체 공급부(262)와 캐리어 개스 공급부(262)가 연결되어서 제1라인(251)로 소정 개스를 공급한다.
한편, 인입구(122)가 개스유로(120)와 나란하게 연장되어서 형성된 경우에는 제2라인(252)도 인입구(122)와 연장된 형태로 연결될 수 있다.
도 2의 서셉터 내부 코팅형성장치를 사용하면 작은 직경의 내부에도 효율적으로 내마모 코팅을 형성할 수 있다.
도 3의 화학기상 증착장치의 서셉터(100)의 내부 코팅 형성장치(200)를 이용한 서셉터 내부 코팅 형성방법을 설명한다.
먼저, 반응챔버(210) 내에 하부 블록(220)을 배치하되, 하부 블록(220)의 제1가스 공급라인(251)이 외부로부터의 소스 공급부(260) 연결되게 한다.
이어서, 하부 블록(220) 상에 환상의 서셉터(100)를 안착시킨다. 서셉터(100)의 인입구(122)에 제2가스라인(252)이 연결되게 배치한다.
하부 블록(220) 상에 서셉터(100)를 덮는 형태로 상부 블록(230)을 배치한다.
유도가열 코일(240)에 전압을 인가하여 하부 블록(220)과 상부 블록(230)을 대략 1400 ℃로 가열한다. 이어서 제1라인(251)으로 실리콘 전구체 공급부(261)와, 탄소 함유 전구체 공급부(262)와 캐리어 개스 공급부(262)로부터 실리콘 전구체, 탄소함유 전구체 및 캐리어 개스를 공급하여 개스 유로(120) 내부에 60-100 ㎛ 두께의 실리콘 카바이드 코팅층(도 2의 128 참조)을 형성한다. 이러한 소스 공급으로 실리콘 카바이드 코팅층을 CVD 증착하는 방법은 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
제1 라인(251)으로 공급된 개스는 제2라인(24)를 통과한 후 인입구(122)를 통해서 개스유로(120)를 통과하여 배출홀(114) 로부터 배출되어서 상부 블록(230)에 형성된 배출구(232)을 통해서 외부로 배출된다.
이어서, 상부 블록(230) 및 하부 블록(220)을 해체한 후, 서셉터의 외부에 실리콘 카바이드 코팅층을 더 형성하는 것은 일반적인 CVD 증착 방법을 수행하여 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
위에서는 실리콘 카바이드 내부코팅의 형성방법을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 알루미늄 나이트라이드 코팅을 내부유로 내에 형성하는 경우, 알루미늄 전구체와 질소 전구체를 각각 전구체 공급부(261, 262)로부터 공급할 수 있다. 실리콘 나이트라이드 코팅을 내부유로 내에 형성하는 경우, 실리콘 전구체와 질소 전구체를 각각 전구체 공급부(261, 262)로부터 공급할 수 있다. 이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 상면에 복수의 포켓이 형성되며, 그 내부에 상기 포켓 상으로 개스를 공급하는 개스유로가 형성된 환상의 서셉터에 있어서,
    상기 개스유로의 내부 외주에 내마모 코팅이 형성된 화학기상증착장치의 서셉터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내마모 코팅은 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 중 선택된 물질로 형성된 코팅인 화학기상증착장치의 서셉터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개스유로는 0.5-2 mm 직경을 가지며, 상기 내마모 코팅은 60-100 ㎛ 두께를 가지는 화학기상증착장치의 서셉터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개스유로는 상기 서셉터의 표면과 나란한 수평홀과, 상기 수평홀의 일단과 연결되며 상기 포켓으로 연결된 배출홀과, 상기 수평홀의 타단으로 상기 개스를 공급하는 인입구를 구비하는 화학기상증착장치의 서셉터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 인입구는 상기 수평홀에 수직인 수직홀인 화학기상증착장치의 서셉터.
  6. 화학기상증착 장치의 반응 챔버 내에서 하부 블록 상에 내부에 복수의 포켓에 유동 개스를 공급하는 복수의 개스유로가 형성된 환상의 서셉터를 안착하는 단계;
    상기 하부 블록 상에서 상기 서셉터를 커버하며, 상기 포켓으로부터의 배출가스를 외부로 배출하는 복수의 배출홀이 형성된 상부 블록을 겹치게 배치하되, 상기 하부 블록에 형성된 개스공급라인으로부터 분기된 가스라인이 상기 개스유로의 일단과 연결되게 설치하는 단계; 및
    상기 개스공급라인으로부터 상기 개스유로로 소스를 공급하여, 상기 개스유로 내부의 외주에 내마모 코팅을 형성하는 단계;를 구비하는 화학기상증착장치의 서셉터 내부코팅 형성방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 블록과 상기 상부 블록을 유도가열하는 단계를 더 구비하는 화학기상증착장치의 서셉터 내부코팅 형성방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 내마모 코팅단계는, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 중 선택된 물질로 형성된 코팅을 형성하는 단계인 화학기상증착장치의 서셉터 내부코팅 형성방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 개스유로는 0.5-2 mm 직경을 가지며, 상기 내마모 코팅은 60-100 ㎛ 두께로 형성되는 화학기상증착장치의 서셉터 내부코팅 형성방법.
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