KR20130034176A - 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디 성장 설비의 천정판 및 그 제조방법에 관한 것으로, a) 그라파이트 재질의 원판형 베이스판을 제조하는 단계와, b) PCS(Polycarbosilane) 무기고분자를 용매에 용해시켜 PCS 코팅용액을 제조하는 단계와, c) 상기 PCS 코팅용액을 상기 베이스판에 도포하고 건조시켜, 상기 베이스판의 표면 결함에 상기 PCS 코팅용액을 침투시키는 단계와, d) 상기 건조된 PCS를 열처리하여 SiC로 전환시켜, 상기 베이스판 상에 상기 그라파이트와 상기 SiC가 혼재하는 버퍼층을 형성함과 아울러 상기 버퍼층의 전체면에 SiC 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명은 엘이디 제조공정에서 GaN을 증착하는 엘이디 성장 설비에 적용되는 천정판을 GaN과 열팽창계수가 유사한 그라파이트(Graphite) 소재를 베이스로 하여 휨이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

엘이디 성장 설비의 천정판 및 그 제조방법{Ceiling plate for MOCVD device and manufacturing method thereof}
본 발명은 엘이디 성장 설비의 천정판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휨이 발생되지 않는 엘이디 성장 설비의 천정판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 또는 엘이디 제조공정에서 사용하는 엘이디 성장 설비는 증착되는 박막의 두께를 검출하기 위한 수단과 공정온도를 검출하는 수단 등 센서들이 다수 마련되어 있다.
상기 센서의 설치와 아울러 엘이디 성장 설비의 내부 공간의 기밀유지를 위하여 상부 덮개 또는 챔버의 측면부의 천정판은 석영(quartz) 재질로 마련되어 있다.
상기 석영 천정판은 엘이디 성장 설비의 제조사 마다 그 위치와 형태에 차이가 있을 수 있으나, 엘이디 성장 설비의 챔버 내측에 적어도 1면에 위치하고 있다.
상기 석영은 실리카 또는 실리콘옥사이드를 주성분으로 하는 것으로, 광의 투과성이 우수하며 제조공정 중에 상대적으로 이물의 발생이 적고, 가격이 상대적으로 저렴하다는 특징 때문에 사용되고 있다.
그러나 엘이디 등의 화합물 반도체를 제조하는 공정이 반복되면서, 증착되는 박막의 물질이 석영 천정판의 표면에도 증착되어 그 색상이 변화되며, 이에 의해 방사온도계 등에 오차가 발생하게 되고 엘이디 성장 설비의 챔버 내부 온도가 초기의 온도에 비해 사용 회수가 증가할수록 차이가 발생하게 되며, 이는 수율을 저하시키는 원인이 된다.
등록특허 10-0398042호와 같이 석영 튜브를 인시튜 방식으로 세정하는 장치들이 개발되었으나, 이는 공정을 자주 중단해야 하기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 석영 천정판의 주기적인 교체 및 세정시마다 상기와 같은 온도차이가 반복되기 때문에, 그 천정판의 교체 주기마다 공정상에 있어서 생산성을 저하시키는 원인이 된다.
또한 석영 천정판의 경우 증착장치에서 엘이디 제조를 위한 GaN 증착 온도에서 그 GaN과의 열팽창계수의 차이에 의하여 휨 및 GaN의 박리가 발생할 수 있으며, 이와 같이 휨이 발생하는 경우 온도측정의 이상이나 파티클 오염 등 공정 이상을 유발할 수 있는 문제점이 있으며, 잦은 교체가 필요하여 장치의 유지 관리비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
특히 석영 천정판의 경우 두께가 얇고, 대면적이어서 다른 천정판들에 비해 휨발생에 취약한 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 휨 발생이 방지되는 엘이디 성장 설비의 천정판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또한 이물의 발생을 줄여 천정판의 수명을 연장시키며, 수율저하를 방지할 수 있는 엘이디 성장 설비의 천정판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 엘이디 성장 설비의 천정판은, 공정 증착 물질인 GaN과 유사한 열팽창계수를 가지는 원판형의 그라파이트 베이스판과, 상기 베이스판의 전체면에 위치하는 버퍼층과, 상기 버퍼층의 전체면에 코팅된 SiC 코팅층을 포함한다.
또한 본 발명 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법은, a) 그라파이트 재질의 원판형 베이스판을 제조하는 단계와, b) PCS(Polycarbosilane) 무기고분자를 용매에 용해시켜 PCS 코팅용액을 제조하는 단계와, c) 상기 PCS 코팅용액을 상기 베이스판에 도포하고 건조시켜, 상기 베이스판의 표면 결함에 상기 PCS 코팅용액을 침투시키는 단계와, d) 상기 건조된 PCS를 열처리하여 SiC로 전환시켜, 상기 베이스판 상에 상기 그라파이트와 상기 SiC가 혼재하는 버퍼층을 형성함과 아울러 상기 버퍼층의 전체면에 SiC 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 엘이디 제조공정에서 GaN을 증착하는 엘이디 성장 설비에 적용되는 천정판을 기존의 석영을 대신하여 GaN과 열팽창계수가 유사한 그라파이트(Graphite) 소재를 베이스로 하여 휨이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러 상기 그라파이트 소재 베이스는 공정 증착 물질인 GaN과 유사한 열팽창계수를 가지고 있기 때문에, 공정 중 GaN이 박리되는 것을 방지할 수 있어, 설비의 점검 주기를 늘릴 수 있는 효과가 있다.
또한 상기 그라파이트 소재의 천정판 본체를 SiC로 코팅하여 그라파이트로부터 발생할 수 있는 분진 및 오염물의 발생을 방지함과 동시에 엘이디 성장 설비의 천정판에 공정부산물이 증착되더라도 천정판의 색상변화에 의해 내부 온도변화가 발생되지 않는 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법을 제공함에 있다.
아울러 본 발명은 내화학성과 내마모성을 향상시켜 공정중 이물 발생을 방지하며, 광투과율을 일정하게 유지시켜 기판의 온도를 측정하는 장치의 오차를 감소시킬 수 있는 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 성장 설비의 천정판의 일실시 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 성장 설비의 천정판 제조공정 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용된 엘이디 성장 설비의 천정판의 단면 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 성장 설비의 천정판은, 그라파이트 소재의 원판형상의 베이스판(10)과, 상기 베이스판(10)의 외면 전체에 마련된 버퍼층(20) 및 상기 버퍼층(20)의 전면에 코팅된 SiC 코팅층(30)을 포함하여 구성된다.
상기 버퍼층(20)은 그라파이트 소재의 특징상 표면에 미세한 결함이 위치하는 베이스판(10)의 결함에 SiC 코팅층(20)의 SiC가 침투하여 층을 형성한 것으로, 열에 의하여 그라파이트 베이스판(10)에 휨이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기 SiC 코팅층(20)의 두께를 1㎛이하로 하여, 응력발생을 최소화함으로써 그라파이트 베이스판(10)의 휨을 방지할 수 있다.
즉, 그라파이트 재질인 베이스판(10)의 열팽창계수는 엘이디 제조를 위한 GaN의 열팽창계수와 유사하여 공정의 진행중에 휨이 발생되지 않으나, SiC 코팅층(30)과의 열팽창계수에 의해 휨이 발생할 수 있다. 이를 감안하여 버퍼층(20)을 사이에 두어 휨을 발생시키는 응력을 해소함과 아울러 SiC 코팅층(30)의 두께를 최소화하여 응력의 발생을 최소화함으로써 휨 발생을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법의 순서도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법은, 그라파이트 소재의 원판형 베이스판(10)을 준비하는 단계(S21)와, SiC 전구체 코팅용액을 제조하는 단계(S22)와, 상기 SiC 전구체 코팅용액을 베이스판(10) 상부에 도포하는 단계(S23)와, 상기 도포된 SiC 전구체 코팅용액을 건조시키는 단계(S24)와, 열처리를 통해 상기 도포된 SiC 전구체를 SiC로 전환하여, 상기 베이스판(10)의 표면결함으로 SiC를 침투시켜 상기 베이스판(10) 전면을 덮는 버퍼층(20)을 형성함과 아울러 상기 버퍼층(20)의 전면에 SiC 코팅층(30)을 형성하는 단계(S25)를 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법을 보다 상세히 설명한다.
먼저, S21단계에서는 그라파이트 소재를 소결하여 원판형의 베이스판(10)을 제조한다. 이때 베이스판(10)은 표면이 균일하게 연마가공된 것이나, 그라파이트 소재의 특성상 미세한 결함들이 표면에 위치하게 된다.
그 다음, S22단계에서는 SiC 전구체 물질을 용매에 녹여 코팅용액을 획득한다.
이때, SiC 전구체 물질은 구조식이 (-R2SiCH2-)n, (-R2Si-)n 또는 (-R2SiO-)n (R은 폴리머, n은 양의 정수)인 무기 고분자들 중 적어도 하나 이상에서 선택된 무기 고분자를 사용할 수 있으며, 특히 PCS(Polycarbosilane)를 사용할 수 있다.
상기 PCS를 용해시키는 용매는 헥산(Hexane), 크실란(Xylane), 톨루엔(Toluene), 테트라-하이드로퓨론(Tetra-hydrofuron)을 사용할 수 있다.
상기 열거한 용매에 용해되는 PCS의 양을 조절하여 코팅용액의 점도를 조절할 수 있으며, 이때 코팅용액의 점도는 베이스판(10) 상에 코팅되는 SiC 코팅층(30)의 두께와 관계가 있다. 즉, 용액의 점도가 높을수록 SiC 코팅층(30)의 두께를 더 두껍게 코팅할 수 있다.
상기 용매에 용해된 PCS는 5 내지 40vol% 농도이며, 5vol% 미만에서는 코팅층의 형성이 어려우며, 40vol%를 초과하는 경우 표면에 크랙이 발생하여 파티클이 발생될 수 있다.
그 다음, S23단계에서는 상기 베이스판(10) 상에 상기 PCS가 용매에 용해된 코팅용액을 코팅한다.
이때, 코팅용액의 코팅방법은 열을 사용하지 않는 것으로, 코팅용액에 상기 베이스판(10)을 디핑법(dipping), 스핀코팅법(spin coating), 분사코팅법(spray coating)을 사용하거나, 상기 코팅용액을 베이스판(10) 위에 흘려서 코팅(flow coating)하는 방법을 사용할 수 있다.
그 다음, S24단계에서는 상기 베이스판(10) 상에 코팅된 코팅용액을 건조시킨다.
이때의 건조방법은 불활성가스 분위기 또는 진공분위기에서 건조할 수 있다.
상기 건조과정에 의해 용매가 건조되어 상기 베이스판(10)의 표면에는 PCS 코팅층이 형성된다. 또한 상기 베이스판(10)의 표면 결함 부분에는 상기 PCS 코팅층의 일부가 침투하여 그라파이트와 PCS가 혼재하는 층이 형성된다.
그 다음, S25단계에서는 상기 S24단계의 결과물을 1000 내지 1600℃의 온도에서 2시간 내지 5시간 동안 열처리한다. 이 열처리에 의하여 PCS의 폴리머 성분은 제거되어 SiC로 전환된다. 이때 공정조건에 따라 SiOC로 전환될 수 있다. 아래에서는 SiC 코팅층에 대해 설명하지만 SiOC 코팅층도 사용될 수 있다.
따라서 상기 그라파이트와 PCS가 혼재하는 층은 그라파이트의 결함에 침투한 SiC를 포함하는 버퍼층(20)으로 전환시키며, 그 상부의 PCS층을 SiC 코팅층(30)으로 전환시킨다.
이와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 엘이디 성장 설비의 천정판은 증착되는 GaN과 유사한 열팽창계수로서 휨이 발생하지 않으며, 특히 박리를 방지하고, 내화학성 및 강도를 증가시키는 1㎛이하의 SiC 코팅층(30)과 그라파이트 재질의 베이스판(10) 사이에 열팽창에 대한 버퍼층(20)을 두어 휨이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 앞서 언급한 바와 같이 SiC 코팅층(30)은 강도가 높고, 내화학성을 가지는 것으로 증착공정에서 GaN이 천정판에 증착되는 것을 방지하여, 천정판의 교체 또는 세정 주기를 종래에 비하여 연장할 수 있어, 엘이디의 수율을 향상시킴과 아울러 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
10:베이스판 20:버퍼층
30:SiC 코팅층

Claims (6)

  1. 원판형의 그라파이트 베이스판;
    상기 베이스판의 전체면에 위치하는 버퍼층; 및
    상기 버퍼층의 전체면에 코팅된 SiC 또는 SiOC 코팅층을 포함하는 엘이디 성장 설비의 천정판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층은,
    그라파이트와 SiC가 혼재하는 것을 특징으로 하는 엘이디 성장 설비의 천정판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 SiC 또는 SiOC 코팅층은 1㎛ 이하의 두께인 것을 특징으로 하는 엘이디 성장 설비의 천정판.
  4. a) 그라파이트 재질의 원판형 베이스판을 제조하는 단계;
    b) PCS(Polycarbosilane) 무기고분자를 용매에 용해시켜 PCS 코팅용액을 제조하는 단계;
    c) 상기 PCS 코팅용액을 상기 베이스판에 도포하고 건조시켜, 상기 베이스판의 표면 결함에 상기 PCS 코팅용액을 침투시키는 단계; 및
    d) 상기 건조된 PCS를 열처리하여 SiC 또는 SiOC로 전환시켜, 상기 베이스판 상에 상기 그라파이트와 상기 SiC가 혼재하는 버퍼층을 형성함과 아울러 상기 버퍼층의 전체면에 SiC 또는 SiOC 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 d) 단계는 1000 내지 1600℃의 온도로 2 내지 5시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 b) 단계의 PCS 용액은 PCS의 농도가 5 내지 40vol%인 것을 특징으로 하는 엘이디 성장 설비의 천정판 제조방법.
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