KR20160000700A - Cvd 공정을 위한 서셉터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버(chamber)의 내부에 실장되어, 그 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)를 지지 및 가열하는 서셉터(susceptor)에 관한 것으로, 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터는 히터 매설홈을 갖는 판상의 동체; 상기 히터 매설홈에 매설되어 밀봉 고정되는 히터; 및 상기 동체의 중앙으로 접속된 히터의 인출부분이 연장되도록 상기 동체의 중앙에 결합되는 샤프트를 포함하고, 상기 히터는 내부에 인코넬(inconnel) 열선을 포함하는 세라믹 선과, 상기 세라믹선을 피복하여 형성되는 알루미늄 관으로 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면 히터 내부에 인코넬 열선을 세라믹 선을 통해 1차적으로 보호하고 이를 피복하여 형성되는 알루미늄관을 더욱 구성하여, 서셉터의 동체를 구성하는 물질과의 열팽창의 차이를 줄일 수 있다. 따라서 서셉터의 내구성을 높일 수 있으며, 나아가 반도체 제조 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 챔버(chamber)의 내부에 실장되어, 그 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)를 지지 및 가열하는 서셉터(susceptor)에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)의 내부에 실장되어, 그 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)를 지지 및 가열하는 서셉터(susceptor)에 관한 것이다.
웨이퍼의 상면에 웨이퍼를 증착하거나 또는 기(旣) 증착된 웨이퍼를 패터닝하는 등 직접적인 웨이퍼 처리공정이 진행되는 챔버의 내부에는 웨이퍼를 지지 및 가열하는 서셉터가 실장되어 있다.
따라서 외부로부터 웨이퍼가 로딩(loading)되어 서셉터의 상면에 안착된 후 챔버가 밀폐되면, 챔버 내로 공급되는 소스 및 반응물질의 화학반응을 통해 웨이퍼를 처리하게 된다.
서셉터는 챔버의 내부에서 진행되는 반도체 제조공정 중 웨이퍼를 안정적으로 지지하는 웨이퍼 테이블(wafer table)의 역할을 함과 동시에, 보다 균일하고 신뢰성 있는 공정진행을 위해 그 내부에는 고온으로 발열하는 히터(heater)를 포함하고 있다.
이에 서셉터의 히터를 이루는 재질로는 내열성이 큰 물질이 사용될 필요가 있는데, 통상 타(他) 금속에 비해 비교적 저렴한 가격을 가지고 있어 구성비용을 절감할 수 있는 니켈, 크롬, 티타늄, 철(nickel, iron, chromium, iron) 등의 합금 물질인 인코넬(inconnel) 금속이 흔히 사용되어 왔다.
그러나 이러한 인코넬 금속으로 이루어지는 보통의 히터는, 공정온도가 350℃ 이상이 될 경우 인코넬 금속의 구성성분인 니켈, 크롬(Ni, Cr) 등의 중금속이 표면으로 확산되는 현상이 발생하게 되고, 이에 의하여 웨이퍼가 오염되는 단점을 가지고 있다.
또한, 인코넬 금속을 포함하는 서셉터의 경우 공정온도에 따라 서셉터 동체를 구성하는 물질과 인코넬 금속이 열팽창하게 되고, 구성하는 물질의 열팽창 계수의 차이에 의하여 히터가 스트레스를 받게 되어 단선이 발생하는 문제가 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 고안된 본 발명은 열팽창에 의한 서셉터의 히터 내부의 단선을 방지할 수 있는 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 CVD 공정을 위한 서셉터는 히터 매설홈을 갖는 판상의 동체; 상기 히터 매설홈에 매설되어 밀봉 고정되는 히터; 및 상기 동체의 중앙으로 접속된 히터의 인출부분이 연장되도록 상기 동체의 중앙에 결합되는 샤프트를 포함하고, 상기 히터는 내부에 인코넬(inconnel) 열선을 포함하는 세라믹 선과, 상기 세라믹선을 피복하여 형성되는 알루미늄 관으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 서셉터는 상기 히터 매설홈 내에서 상기 히터와 결합되어 상기 히터를 밀봉하는 히터 커버를 더 포함한다.
상기 히터 커버 또는 상기 샤프트는 알루미늄으로 구성되거나, 알루미늄의 구조물을 매개로 상기 히터 또는 상기 동체와 접합되는 것이 바람직하다.
상기 서셉터는 상기 동체의 온도를 검출하여 상기 히터의 동작을 제어하기 위한 써모커플을 더 포함한다.
본 발명에 따르면 히터 내부에 인코넬 열선을 세라믹 선을 통해 1차적으로 보호하고 이를 피복하여 형성되는 알루미늄관을 더욱 구성하여, 서셉터의 동체를 구성하는 물질과의 열팽창의 차이를 줄일 수 있다. 따라서 서셉터의 내구성을 높일 수 있으며, 나아가 반도체 제조 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터의 동체를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터의 히터를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터의 히터 단면을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터의 히터매설후의 단면을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터의 히터를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터의 히터 단면을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 CVD 공정을 위한 서셉터의 히터매설후의 단면을 나타내는 도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터(100)의 동체(110)를 나타내는 도이다. 도 1을 참조하면 본 실시예에 따른 서셉터(100)의 동체(110)는 히터 매설홈(115)을 포함한다.
본 실시예에서, 동체(110)는 히터 매설홈(115)을 갖는 판상의 형상으로 형성된다. 본 실시예에서 서셉터(100)는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정에서 증착될 웨이퍼가 위치하는 부분으로 동체(110)의 히터 매설홈(115)을 통해 히터(120)가 내부에 형성된다.
따라서 동체(110)에는 히터(120)를 내장하기 위해 매설홈(115)을 가지며, 형성된 매설홈(115)에 히터(120)를 삽입하게 된다.
본 실시예에서 매설홈(115)은 도 2에 따른 히터(120)의 구조와 대응되도록 복수의 절곡부를 가지는 라인으로 형성된다. 즉, 이때의 절곡부는 히터(120)가 가지는 표면적을 넓히기 위한 것으로 신뢰성 공정을 위하여 동체(110)의 전체에 균일한 열 전달을 위한 것이다.
다만, 종래에는 절곡부를 히터(120)가 가지게 되고, 열이 발생하게 되면 히터(120)와 동체(110)는 열팽창하게 된다. 열팽창에 의해 부피가 증가하게 되면 상대적으로 절곡부에 더욱 강한 스트레스가 발생하게 되고, 열 전달 효율을 위하여 동체(110)와 히터(120)간의 밀착도를 높임에 따라 지속적인 온도의 상승과 하강에 의해 균열이 발생하거나, 인코넬 열선(122)이 단선되는 문제가 발생하였다.
따라서 본 발명에서는 히터(120)라인과 동일한 재질의 세라믹(124)선을 피복하여 형성되는 알루미늄 관(126)을 사용하여 접합도를 향상시킨다.
즉, 도 3을 참조하면 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터(120)의 단면을 나타내는 도로서, 본 실시예에 따른 서섭터의 히터(120)는 세라믹(124) 선과, 알루미늄 관(126)으로 구성된다.
외곽부터 설명하면 본 실시예에 따른 히터(120)의 최외곽에는 알루미늄 관(126)이 형성되고, 알루미늄 관(126) 내부는 인코넬 열선(122)을 포함하는 세라믹(124) 선으로 채워진다.
이후, 도 4를 참조하면, 도 2에 따른 구성의 히터(120)를 동체(110)의 매설홈(115)에 삽입하고, 히터커버(130)를 히터(120)와 용접하여 밀봉한다.
도 4에 따라 히터(120)를 동체(110)의 히터 매설홈(115)에 삽입하고 히터커버(130)를 통해 용접 밀봉하면 도 5와 같이 구성된다.
즉 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터(100)의 히터(120)매설후의 단면을 나타내는 도로서, 히터 매설홈(115)에 히터(120)가 삽입되고, 삽입되고 남은 매설홈(115)의 공간에서 히터(120) 커버(130)를 통해 히터(120)를 봉지하게 된다.
본 실시예에 따르면, 동체(110)와 히터(120)의 최외곽(알루미늄 관(126))과 히터(120) 커버(130)가 알루미늄계 물질로 동일한 성질의 물질로 구성되므로 용접용이성을 이용한 밀봉 용접이 가능하게되며, 나아가 히터(120)로부터 공급되는 열을 동체(110)로 쉽게 전달할 수 있다.
즉, 상대적으로 이질적인 물질을 이용하는 경우에는 열전달 효율이 상대적으로 떨어져 동체(110)의 온도를 올리기 위한 히터(120) 자체의 온도가 보다 높아져야 하나, 동질의 물질을 사용하여 히터(120)로부터 동체(110)로의 열전달이 용이하게 되어 히터(120)의 필요 상승온도를 낮출 수 있다.
결과적으로 열발생에 이용되는 연료 절감 및 히터(120)자체의 수명 역시 높일 수 있다.
또한, 히터(120) 내부에 인코넬 열선(122)을 세라믹(124) 선을 통해 1차적으로 보호하고 이를 피복하여 형성되는 알루미늄관을 더욱 구성함에 따라, 서셉터(100)의 동체(110)를 구성하는 물질과의 열팽창에 따른 부피 증가량의 차이를 줄일 수 있다.
따라서 히터(120)의 온도 증가에 따라 히터(120) 및 히터(120) 내부의 인코넬 열선(122)에, 매설홈(115)의 열팽창에 따른 형태 변경으로부터 가해지는 압력을 줄일 수 있어, 서셉터(100)의 내구성을 높일 수 있으며, 나아가 반도체 제조 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 동체(110)는 써모커플(미도시)을 더 포함할 수 있다. 동체(110)의 내부 영역을 하나의 히터(120)로 연결·관리하여 내부 써모커플에 의한 온도콘트롤을 용이하게 하고 온도 균일성을 확보하며, 히터(120) 내의 열선(122)을 더블타입으로 설정하여 동체(110) 표면에서 균일한 온도를 얻을 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 서셉터(100)는 샤프트를 포함한다.
본 실시예에서 샤프트는 서셉터(100)(susceptor)의 동체(110) 저면중앙으로부터 외부로 연장된 파이프형태로 구성 된다. 매설홈(115)에서 동체(110)의 중앙으로 연장되는 히터(120)의 연장부는 샤프트를 통하여 외부로 인출된다. 본 실시예에서 샤프트 역시 동체(110)와 히터(120)의 최외곽 구성물질과 동일한 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
또는 샤프트와 서셉터(100)를 고정 결합하는데 있어, 별도의 구조물을 동체(110)와 동일한 물질로 형성하여 결합하는 것도 가능하다.
즉, 동일 물질의 용접용이성을 이용하여 밀봉 용접이 이루어지도록 하며, 상술한 목적에 따른 서셉터(100) 자체의 내구성 향상을 기할 수 있다.
이상의 본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면 히터(120) 내부에 인코넬 열선(122)을 세라믹(124) 선을 통해 1차적으로 보호하고 이를 피복하여 형성되는 알루미늄관을 더욱 구성하여, 서셉터(100)의 동체(110)를 구성하는 물질과의 열팽창의 차이를 줄일 수 있다. 따라서 서셉터(100)의 내구성을 높일 수 있으며, 나아가 반도체 제조 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (4)
- CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 위한 서셉터에 있어서,
히터 매설홈을 갖는 판상의 동체;
상기 히터 매설홈에 매설되어 밀봉 고정되는 히터;
상기 동체의 중앙으로 접속된 히터의 인출부분이 연장되도록 상기 동체의 중앙에 결합되는 샤프트를 포함하고,
상기 히터는 내부에 인코넬(inconnel) 열선을 포함하는 세라믹 선과,
상기 세라믹선을 피복하여 형성되는 알루미늄 관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 CVD 공정을 위한 서셉터 - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터는 상기 히터 매설홈 내에서 상기 히터와 결합되어 상기 히터를 밀봉하는 히터 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CVD 공정을 위한 서셉터 - 제 2 항에 있어서,
상기 히터 커버 또는 상기 샤프트는 알루미늄으로 구성되거나, 알루미늄의 구조물을 매개로 상기 히터 또는 상기 동체와 접합되는 것을 특징으로 하는 CVD 공정을 위한 서셉터 - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터는 상기 동체의 온도를 검출하여 상기 히터의 동작을 제어하기 위한 써모커플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CVD 공정을 위한 서셉터
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