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KR20190005818A - Susceptor assembly and mocvd apparatus using the same - Google Patents

Susceptor assembly and mocvd apparatus using the same Download PDF

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KR20190005818A
KR20190005818A KR1020180172340A KR20180172340A KR20190005818A KR 20190005818 A KR20190005818 A KR 20190005818A KR 1020180172340 A KR1020180172340 A KR 1020180172340A KR 20180172340 A KR20180172340 A KR 20180172340A KR 20190005818 A KR20190005818 A KR 20190005818A
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KR
South Korea
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susceptor
induction coil
substrate
supporting
temperature
Prior art date
Application number
KR1020180172340A
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Korean (ko)
Inventor
최성철
조광일
박병익
김남서
장종진
서동식
Original Assignee
주식회사 테스
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a susceptor assembly which reduces a temperature deviation on a support surface by a two-layer structure of an upper susceptor and a lower susceptor, and to an MOCVD apparatus including the same. According to an embodiment of the present invention, the susceptor assembly comprises: an upper susceptor having a support surface which supports a substrate while coming in contact with the substrate; and a lower susceptor supporting the upper susceptor. The upper susceptor and the lower susceptor are coated with different kinds of materials. According to the susceptor and the MOCVD apparatus including the same of the present invention, it is possible to grow a thin film having more uniform characteristics on a substrate by reducing temperature non-uniformity on a supporting surface supporting the substrate, and a high yield can be obtained when manufacturing a device by using the substrate grown by an MOCVD process.

Description

서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 MOCVD 장치{SUSCEPTOR ASSEMBLY AND MOCVD APPARATUS USING THE SAME}[0001] Susceptor assembly and MOCVD apparatus including the susceptor assembly [0002]

본 발명은 서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 MOCVD 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 상측 서셉터와 하측 서셉터의 2층 구조에 의해 지지면 상에서의 온도 편차를 감소시킨 서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 MOCVD 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a susceptor assembly and an MOCVD apparatus including the susceptor assembly. More particularly, the present invention relates to a susceptor assembly in which a temperature difference on a support surface is reduced by a two-layer structure of an upper susceptor and a lower susceptor, ≪ / RTI >

화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)이란 피복하는 기판 상에 원료가스를 흘리고, 외부 에너지를 부여함으로써 원료가스를 분해하여 기상 화학 반응으로 박막을 형성하는 기술을 말한다.Chemical Vapor Deposition (CVD) refers to a technique in which a raw material gas is flowed on a substrate to be coated, and a raw material gas is decomposed by applying external energy to form a thin film by a vapor phase chemical reaction.

화학 반응이 제대로 일어나기 위해서는 여러가지 공정 조건 및 환경이 정밀하게 제어되어야 하며, 원료 기체가 자발적으로 화학 반응을 일으키도록 활성화시키기 위한 에너지를 공급해 주어야 한다.In order for the chemical reaction to take place properly, various process conditions and environment must be precisely controlled and energy must be supplied to activate the raw gas to cause a chemical reaction spontaneously.

화학 기상 증착은 수~수백 mTorr의 낮은 압력을 이용하는 LPCVD(Low Pressure CVD), 플라즈마를 이용하여 원료 기체를 활성화하는 PECVD(Plasma-Enhanced CVD), 금속 원소에 유기물 반응기가 결합된 형태의 기체 분자를 원료로 사용하는 MOCVD(Metal-Organic CVD)등으로 구분될 수 있다.Chemical vapor deposition is performed by LPCVD (Low Pressure CVD) using low pressure of several to several hundreds of mTorr, Plasma-Enhanced CVD (PECVD) using plasma to activate the raw material gas, And MOCVD (metal-organic CVD) used as a raw material.

여기서, MOCVD 장치는 III족 알킬(유기금속 원료가스)및 V족 원료가스를 고순도의 캐리어 가스와 혼합하여 반응실 내로 공급하여 가열된 기판 위에서 열분해하여 화합물 반도체 결정을 성장시키는 장치를 말한다.Here, the MOCVD apparatus refers to a device for mixing a Group III alkyl (organometallic source gas) and a Group V source gas with a carrier gas of high purity, supplying the mixture into a reaction chamber, and pyrolyzing the heated substrate to grow compound semiconductor crystals.

도 1은 일반적인 MOCVD 장치의 반응기의 구성을 도시한 개략적인 단면도를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a reactor of a general MOCVD apparatus.

도 1을 참조하면, 일반적인 MOCVD 장치의 반응기(10)는 반응가스가 유입되어 반응하고 유출되는 반응챔버(1)와, 기판(W)이 반응챔버(1)에 노출되도록 기판(W)을 지지하는 서셉터(2, susceptor)와, 이 서셉터(2)에 열을 가하는 가열수단(3)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a reactor 10 of a general MOCVD apparatus includes a reaction chamber 1 in which a reaction gas flows in and reacts and flows out, a substrate W supported so that the substrate W is exposed to the reaction chamber 1, And a heating means (3) for applying heat to the susceptor (2).

반응가스가 기판(W)상에서 반응하기 위해서는 기판(W)이 고온으로 가열되는 것이 필요하기 때문에, 서셉터(2)는 열저항 방식 또는 유도가열 방식의 가열수단(3)에 의해 가열되고, 이에 따라 기판(W)이 가열될 수 있다.In order for the reaction gas to react on the substrate W, it is necessary for the substrate W to be heated to a high temperature. Therefore, the susceptor 2 is heated by the heating means 3 of the heat resistance type or induction heating type, So that the substrate W can be heated.

여기서, 텅스텐, 레늄 등의 금속 재질의 열선을 사용하는 저항가열식 히터가 가열수단(3)으로 채용될 수 있으나, 1200℃ 가 넘는 초고온 영역의 공정 조건에서는 수명이 짧은 문제가 있으며, 열선의 배치에 따라 온도 불균일성 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 초고온이 필요한 대용량 대면적의 제조 공정에서는 적합하지 못하다.Here, a resistance heating heater using a heating wire made of a metal such as tungsten or rhenium can be employed as the heating means 3, but there is a problem in that the lifetime is short in a process condition of an ultra-high temperature region exceeding 1200 deg. Thus causing problems of temperature non-uniformity. Therefore, it is not suitable for a large-capacity large-area manufacturing process requiring an ultra-high temperature.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 유도가열 방식의 가열수단이 채용되고 있으며, 1200 ℃ 가 넘는 초고온 장비에서 주된 가열 수단으로 채용되고 있다. 유도가열 방식의 가열수단을 사용함으로써 기판을 지지하는 지지면 상에서의 온도 편차를 기존의 저항가열식 히터에 비해 감소시킬 수는 있었지만, 기판의 지지면 상에서의 온도 불균일성은 여전히 존재한다.In order to solve such a problem, an induction heating type heating means has been employed, and it has been employed as a main heating means in ultra-high temperature equipment exceeding 1200 ° C. By using the heating means of the induction heating system, the temperature variation on the supporting surface for supporting the substrate could be reduced as compared with the conventional resistance heating type heater, but the temperature non-uniformity on the supporting surface of the substrate still exists.

기판에 증착되는 박막의 증착율 및 결정성은 기판(W)의 온도에 의해 크게 영향을 받으며, 특히 기판(W)이 안착되는 서셉터(2)의 지지면의 온도 균일성은 기판 상의 박막 균일도를 좌우하는 가장 큰 요인이다.The deposition rate and the crystallinity of the thin film deposited on the substrate are greatly affected by the temperature of the substrate W. Particularly, the temperature uniformity of the supporting surface of the susceptor 2 on which the substrate W is placed depends on the uniformity of the thin film on the substrate It is the biggest factor.

또한, 이는 곧 소자의 수율을 좌우하게 되고, 최근 소자 공정의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 온도 균일도에 대한 소자 업체의 요구는 점차 상승하고 있는 추세이므로, 우수한 온도 균일도를 가지는 유도 가열식 서셉터의 개발은 업계의 당면 과제라 할 수 있다.In addition, since the design rule of a device process is reduced recently, the demand of a device manufacturer for a temperature uniformity is gradually increasing. Therefore, an induction heating device having excellent temperature uniformity The development of the susceptor is an industry challenge.

한편, 자외선을 방출하는 발광다이오드 및 레이저 다이오드를 제조하기 위해서는 질화알루미늄(AlN) 기반 물질이 일반적으로 사용된다. 알루미늄의 전구체(precursor)로 사용되는 TMA(Trimethyl Aluminum)과 질소(N)의 전구체로 사용되는 암모니아(NH3)의 기생반응을 억제하기 위해서는 암모니아의 유량을 최소화하는 것이 필요하며 고품질의 질화알루미늄을 성장시키기 위해서는 암모니아의 낮은 크래킹(Cracking) 효율로 인해 1400℃ 이상의 고온에서 성장시키는 것이 필요하다. 이러한 온도를 구현하기 위하여는 일반적으로 열저항방식 히터를 서셉터 주변에 배치하거나 유도가열방식을 통해 그래파이트 소재 자체를 발열시키는 방법이 사용된다.On the other hand, aluminum nitride (AlN) -based materials are generally used for manufacturing light emitting diodes and laser diodes emitting ultraviolet rays. In order to suppress the parasitic reaction of TMA (trimethyl aluminum) used as a precursor of aluminum and ammonia (NH 3 ) used as a precursor of nitrogen (N), it is necessary to minimize the flow rate of ammonia, In order to grow, it is necessary to grow at a high temperature of 1400 DEG C or higher due to the low cracking efficiency of ammonia. In order to realize such a temperature, generally, a method of placing a heat-resistant heater around the susceptor or heating the graphite material itself through an induction heating method is used.

그러나 1400℃ 이상의 고온영역에서는 앞서 언급한 열저항 방식 히터의 내구성 문제로 인해 RF 유도가열 방식이 주로 사용된다.However, due to the durability problem of the heat resistance type heater mentioned above, the RF induction heating method is mainly used in the high temperature region of 1400 ° C or more.

이러한 RF 유도가열 방식으로는 서셉터 하부에 유도 코일을 배치하는 팬케이크(pancake) 방식과 서셉터 측면을 감싸도록 유도 코일을 배치하는 캐스케이드(cascade) 방식이 있다. 팬케이크 방식에서는 주로 원판형의 서셉터를 사용하는 것이 일반적이며 캐스케이드 방식에서는 주로 원통형의 서셉터를 사용하는 것이 일반적이다.The RF induction heating method includes a pancake method in which an induction coil is disposed under the susceptor and a cascade method in which an induction coil is disposed to surround the side surface of the susceptor. In the pancake method, a disk-shaped susceptor is generally used, and in the cascade method, a cylindrical susceptor is generally used.

열 효율 측면에서는 캐스케이드 방식의 유도 코일에 원통형의 서셉터를 사용하는 것이 유리하다. In terms of heat efficiency, it is advantageous to use a cylindrical susceptor in the cascade induction coil.

그러나 캐스케이드 방식의 유도 코일 사용 시 서셉터 내부의 유도 전류의 불균형으로 인해 100mm 이상의 직경을 갖는 원통형 서셉터를 사용할 경우 서셉터 상면의 중심부가 외곽부 대비 온도가 현저히 낮은 문제점이 있다.However, when a cylindrical susceptor having a diameter of 100 mm or more is used due to unbalanced induction current in the susceptor when using a cascade-type induction coil, there is a problem that the center portion of the susceptor has a significantly lower temperature than the outer portion.

즉, 유도전류의 불균형은 서셉터 상면의 온도 불균일성을 야기하며 이는 서셉터 지지면에 놓이는 기판의 온도 불균일성으로 확대되어 특성 균일도 저하 및 수율 저하가 발생하며 이로 인해 제조원가가 높아지는 문제가 있다.In other words, the unbalance of the induced current causes temperature non-uniformity on the upper surface of the susceptor, which is enlarged due to temperature non-uniformity of the substrate placed on the susceptor supporting surface, resulting in lowering of characteristic uniformity and lowering of yield, thereby increasing manufacturing cost.

(특허문헌 1)(Patent Document 1)

한국 등록특허 제10-0676404호(반도체 기판의 온도 승강 제어 방법과 그 장치)Korean Patent No. 10-0676404 (Temperature elevation control method and apparatus for semiconductor substrate)

본 발명은 상기와 같은 당면 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상측 서셉터와 하측 서셉터의 2층 구조에 의해 지지면 상에서의 온도 편차를 감소시킨 서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 MOCVD 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a susceptor assembly in which a temperature deviation on a support surface is reduced by a two-layer structure of an upper susceptor and a lower susceptor, And an MOCVD apparatus including the same.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 어셈블리는, 기판과 접촉되면서 상기 기판을 지지하는 지지면을 가지는 상측 서셉터; 및 상기 상측 서셉터를 지지하는 하측 서셉터; 를 포함하며, 상기 상측 서셉터와 상기 하측 서셉터는 서로 다른 종류의 물질로 코팅된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a susceptor assembly including: an upper susceptor having a supporting surface for supporting the substrate while being in contact with the substrate; And a lower susceptor for supporting the upper susceptor; The upper susceptor and the lower susceptor are coated with different kinds of materials.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상측 서셉터의 표면의 적어도 일부는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide)로 코팅되고, 상기 하측 서셉터의 표면의 적어도 일부는 탄탈럼 카바이드(Tantalum Carbide)로 코팅된다.According to another aspect of the present invention, at least a part of the surface of the upper susceptor is coated with silicon carbide, and at least a part of the surface of the lower susceptor is coated with tantalum carbide.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 상측 서셉터는 상기 하측 서셉터와의 접촉면을 따르는 방향에 대해서는 구속적이지만, 상기 접촉면과 수직한 방향에 대해서는 비구속적으로 상기 하측 서셉터에 의해 지지된다.According to another aspect of the present invention, the upper susceptor is constrained to the direction along the contact surface with the lower susceptor, but is not constrained to the direction perpendicular to the contact surface by the lower susceptor .

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 상측 서셉터 및 상기 하측 서셉터 중 어느 하나에 적어도 하나의 돌출부가 형성되고, 다른 하나에는 상기 돌출부에 맞춰질 수 있도록 적어도 하나의 리세스부(recessed portion)가 형성된다.According to another aspect of the present invention, at least one protrusion is formed on one of the upper susceptor and the lower susceptor, and at least one recessed portion is provided on the other to fit the protrusion .

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 하측 서셉터에 상기 돌출부가 중심에 형성되고, 상기 상측 서셉터에 상기 리세스부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 하측 서셉터로부터 단부로 갈수록 그 단면의 면적이 점진적으로 줄어들도록 형성된다.According to another aspect of the present invention, the protrusions are formed at the center of the lower susceptor, the recesses are formed in the upper susceptor, and the protrusions are formed so that the area of the cross- And is formed to gradually decrease.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 단면의 형상은 상기 하측 서셉터와 인접한 부분에서는 다각형이고, 상기 단부와 인접한 부분에서는 원형으로 형성된다.According to another aspect of the present invention, the shape of the cross section is polygonal in a portion adjacent to the lower susceptor, and is formed in a circular shape in a portion adjacent to the end portion.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 단면의 형상은 상기 하측 서셉터와 인접한 부분에서는 원형이고, 상기 단부와 인접한 부분에서는 다각형으로 형성된다.According to still another aspect of the present invention, the shape of the cross section is circular in a portion adjacent to the lower susceptor, and is formed in a polygonal shape in a portion adjacent to the end portion.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리세스부는 상기 하측 서셉터의 외곽 부분을 따라 긴 형상을 가지고 복수개 형성되며, 상기 돌출부는 상기 리세스부에 대응하는 위치에 복수개 배치된다.According to still another aspect of the present invention, the recess portion is formed in a plurality of elongated shapes along an outer portion of the lower susceptor, and the projections are disposed in a plurality of positions corresponding to the recess portions.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 하측 서셉터의 상부에는 둘레를 따라 트랜치가 형성된다.According to another aspect of the present invention, a trench is formed along the periphery of the upper portion of the lower susceptor.

본 발명의 일 실시예에 따른 MOCVD 장치에 따르면, 기판과 접촉되면서 상기 기판을 지지하는 지지면을 가지는 상측 서셉터; 상기 상측 서셉터를 지지하는 하측 서셉터; 및 상기 상측 서셉터의 측면 및 상기 하측 서셉터의 측면을 감싸도록 배치되는 유도 코일; 을 포함한다.According to an MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention, an upper susceptor having a supporting surface for supporting the substrate while being in contact with the substrate; A lower susceptor for supporting the upper susceptor; And an induction coil disposed to surround a side surface of the upper susceptor and a side surface of the lower susceptor; .

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 유도 코일은, 상기 상측 서셉터의 측면과의 이격 거리가 상기 하측 서셉터의 측면과의 이격 거리보다 크도록 구성된다.According to another aspect of the present invention, the induction coil is configured such that the distance between the induction coil and the side surface of the upper susceptor is greater than the distance from the side surface of the lower susceptor.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 상측 서셉터와 상기 하측 서셉터는 서로 다른 종류의 물질로 코팅된다.According to another aspect of the present invention, the upper susceptor and the lower susceptor are coated with different kinds of materials.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유도 코일은 측부 유도 코일이고, 상기 하측 서셉터의 하면과 인접하여 배치되는 하부 유도 코일을 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, the induction coil is a side induction coil, and further includes a lower induction coil disposed adjacent to a lower surface of the lower susceptor.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 측부 유도 코일과 상기 하부 유도 코일은 개별적으로 제어되거나, 통합적으로 제어된다.According to another aspect of the present invention, the side induction coil and the lower induction coil are individually controlled or integrally controlled.

본 발명의 서셉터 어셈블리 및 이를 포함하는 MOCVD 장치에 따르면, 기판을 지지하는 지지면 상에서의 온도 불균일성을 감소시킴으로써, 기판 상에서의 보다 균일한 특성을 갖는 박막 성장이 가능하며, MOCVD 공정에 의해 성장된 기판을 사용하여 소자 제작 시 높은 수율을 얻을 수 있다.According to the susceptor assembly of the present invention and the MOCVD apparatus including the same, it is possible to grow thin films with more uniform characteristics on the substrate by reducing the temperature non-uniformity on the supporting surface for supporting the substrate, A high yield can be obtained by using a substrate when fabricating a device.

도 1은 일반적인 MOCVD 장치의 반응기의 구성을 도시한 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터가 MOCVD 장치의 반응기에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 서셉터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 서셉터 어셈블리의 다양한 돌출부 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4와는 돌출부 및 리세스부의 배치를 달리한 서셉터 어셈블리의 사시도이다.
도 6은 도 4와는 다른 형상을 가진 돌출부 및 리세스부를 포함하는 서셉터 어셈블리의 사시도이다.
도 7은 단일 서셉터 및 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터 어셈블리의 실제 온도에 따른 포켓 내의 온도 편차를 도시한 그래프이다.
도 8은 단일 서셉터 및 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터 어셈블리의 위치에 따른 온도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 서셉터 어셈블리에 적용 가능한 측부 유도 코일의 구조를 도시한 단면도이다.
도 10은 하부 유도 코일을 포함한 유도 코일의 구조를 도시한 사시도, 평면도 및 측면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a reactor of a general MOCVD apparatus.
2 is a cross-sectional view schematically showing a state where a susceptor according to an embodiment of the present invention is mounted on a reactor of an MOCVD apparatus.
Figure 3 is an exploded perspective view of the susceptor assembly of Figure 2;
FIG. 4 is a view showing various projecting shapes of the susceptor assembly of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a perspective view of the susceptor assembly with the different arrangement of the protrusions and recesses in FIG. 4;
6 is a perspective view of a susceptor assembly including protrusions and recesses having a shape different from that of Fig.
7 is a graph showing the temperature deviation within a pocket with respect to the actual temperature of a single susceptor and a susceptor assembly according to one embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the temperature distribution according to the positions of a single susceptor and a susceptor assembly according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing the structure of a side induction coil applicable to the susceptor assembly of the present invention.
10 is a perspective view, a plan view, and a side view showing the structure of an induction coil including a lower induction coil.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 아울러, 제1 코팅 후 제2 코팅을 행한다 기재하였더라도, 그 반대의 순서로 코팅을 행하는 것도 본 발명의 기술적 사상 내에 포함되는 것은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical scope of the present invention. It is needless to say that even if the second coating is performed after the first coating, coating in the reverse order is also included in the technical idea of the present invention.

본 명세서에서 도면부호를 사용함에 있어, 도면이 상이한 경우라도 동일한 구성을 도시하고 있는 경우에는 가급적 동일한 도면부호를 사용한다.In the present specification, when the same reference numerals are used to denote the same elements even when different reference numerals are used, the same reference numerals are used as much as possible.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The sizes and thicknesses of the individual components shown in the figures are shown for convenience of explanation and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the components shown.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 서셉터 어셈블리의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the susceptor assembly of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터가 MOCVD 장치의 반응기에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 서셉터 어셈블리의 분해 사시도이다. 또한, 도 4는 도 2의 서셉터 어셈블리의 다양한 돌출부 형상을 도시한 도면이다.2 is a cross-sectional view schematically showing a state where a susceptor according to an embodiment of the present invention is mounted on a reactor of an MOCVD apparatus. 3 is an exploded perspective view of the susceptor assembly of FIG. 2. FIG. 4 is a view showing various projecting shapes of the susceptor assembly of FIG. 2. FIG.

먼저 도 2 및 도 3을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 어셈블리(120)가 MOCVD 장치의 반응기(100)에 배치되는 방식 및 가열되는 방식에 대해서 설명하기로 한다.2 and 3, the manner in which the susceptor assembly 120 according to an embodiment of the present invention is disposed in the reactor 100 of the MOCVD apparatus and how it is heated will be described.

도 2를 참조하면, MOCVD 장치의 반응기(100)는, 반응 챔버(110)와, 서셉터 어셈블리(120)와, 유도 코일(130)을 포함한다. Referring to FIG. 2, a reactor 100 of an MOCVD apparatus includes a reaction chamber 110, a susceptor assembly 120, and an induction coil 130.

반응 챔버(110)는 기판의 표면에 반응될 가스가 유입되는 유입부(111)와, 반응(결정 성장)이 완료되어 남은 잔류 가스가 유출되는 유출부(112)를 포함하고, 유입부(111)와 유출부(112)사이에 반응 공간(S)이 형성된다.The reaction chamber 110 includes an inlet 111 through which a gas to be reacted to the surface of the substrate flows and an outlet 112 through which residual gas after completion of reaction (crystal growth) flows out. And the outflow portion 112 are formed.

본 실시예에서 반응 챔버(110)의 유입부(111)와 유출부(112)의 방향과 배치는 예시적인 것이며, 반응 가스의 흐름이 상하 또는 그 이외의 방향으로 이루어지도록 반응 챔버(110)가 구성되어도 무방하다.The direction and arrangement of the inlet 111 and the outlet 112 of the reaction chamber 110 in the present embodiment are exemplary and the reaction chamber 110 is arranged such that the flow of the reaction gas is vertically or otherwise It may be configured.

서셉터 어셈블리(120)는 상측 서셉터(121) 및 하측 서셉터(125)를 포함한다. 상측 서셉터(121)는 기판(W)과 접촉되면서 기판(W)을 지지하는 지지면(122)을 그 상부에 가지며, 하측 서셉터(125)는 상측 서셉터(121)를 하측에서 지지한다. 서셉터 어셈블리(120)는 대략적으로 원통형의 형상을 가진다.The susceptor assembly 120 includes an upper susceptor 121 and a lower susceptor 125. The upper susceptor 121 has a support surface 122 for supporting the substrate W while the lower susceptor 121 contacts the substrate W and the lower susceptor 125 supports the upper susceptor 121 from the lower side . The susceptor assembly 120 has a generally cylindrical shape.

한편, 하측 서셉터(125)의 내부에는 온도 측정을 위한 열전대가 삽입되기 위한 구멍(126)이 형성될 수도 있다. 또한, 상측 서셉터(121)와 하측 서셉터(125) 사이에는 상측 서셉터(121)의 로딩과 언로딩에 활용가능한 트랜치(T)가 형성될 수 있다.On the other hand, a hole 126 for inserting a thermocouple for temperature measurement may be formed in the lower susceptor 125. A trench T can be formed between the upper and lower susceptors 121 and 125 for loading and unloading the upper susceptor 121.

상측 서셉터(121) 및 하측 서셉터(125)는 유도 가열이 가능한 재질로 이루어진다. 상측 서셉터(121) 및 하측 서셉터(125)는 모재와 이 모재의 표면의 적어도 일부를 덮는 코팅층을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 are made of a material capable of induction heating. The upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 may include a base material and a coating layer covering at least a part of the surface of the base material.

유도 코일(130)은 서셉터 어셈블리(120)를 유도 가열하기 위해 서셉터 어셈블리(120)의 측면을 둘러싸도록 배치된다. 유도 코일(130)에는 수 ~ 수십 kHz의 주파수를 가지는 전류가 인가될 수 있도록 구성되며, 이로 인해 유도 코일(130) 내부에 위치하는 서셉터 어셈블리(120)가 유도 가열될 수 있다. 후술하겠으나, 유도 코일(130)은 서셉터 어셈블리(120)의 하면에도 추가적으로 배치될 수 있다.The induction coil 130 is disposed to surround the side of the susceptor assembly 120 for induction heating the susceptor assembly 120. The induction coil 130 is configured to be capable of applying a current having a frequency of several to several tens of kHz so that the susceptor assembly 120 located in the induction coil 130 can be induction-heated. The induction coil 130 may further be disposed on the lower surface of the susceptor assembly 120, as will be described later.

유도 코일(130)과 서셉터 어셈블리(120) 사이에는 가열된 서셉터 어셈블리(120)의 열을 차단하는 열차단막(141)이 설치될 수 있다. 또한, 가열된 기판(W)에 의한 복사열을 차단하는 열차폐막(142)이 반응 챔버(110) 내에 설치될 수 있다.A heat shield film 141 may be provided between the induction coil 130 and the susceptor assembly 120 to block the heat of the heated susceptor assembly 120. In addition, a heat shielding film 142 for blocking radiated heat by the heated substrate W may be installed in the reaction chamber 110.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 상측 서셉터(121)는 하측 서셉터(125)에 비해 두께가 얇게 형성된다. 상측 서셉터(121)는 하측 서셉터(125)와의 접촉면을 따르는 방향에 대해서는 구속적이지만, 접촉면과 수직한 방향에 대해서는 비구속적으로 하측 서셉터(125)에 의해 지지된다. 즉, 상측 서셉터(121)는 하측 서셉터(125)의 상면으로부터 얹혀지는 방식으로 로딩되며, 들어올려지는 방식으로 언로딩될 수 있다. 한번 로딩이 되면, 상측 서셉터(121)는 하측 서셉터(125)의 회전에 구속되어 하측 서셉터(125)와 고정되어 함께 회전된다.Referring again to FIGS. 2 and 3, the upper susceptor 121 is formed to be thinner than the lower susceptor 125. The upper susceptor 121 is constrained to the direction along the contact surface with the lower susceptor 125, but is not constrained to the direction perpendicular to the contact surface, and is supported by the lower susceptor 125. That is, the upper susceptor 121 is loaded in a manner of being mounted on the upper surface of the lower susceptor 125, and can be unloaded in a lifting manner. Once loaded, the upper susceptor 121 is restrained by the rotation of the lower susceptor 125 and fixed with the lower susceptor 125 and rotated together.

이러한 상측 서셉터(121)와 하측 서셉터(125)의 결합 방식은 다양한 실시예로 이루어질 수 있다.The manner in which the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 are coupled may be various embodiments.

먼저, 도 3을 참조하면, 상측 서셉터(121) 및 하측 서셉터(125) 중 어느 하나에 돌출부(P)가 형성되고, 다른 하나에 돌출부(P)가 끼어맞춰질 수 있도록 리세스부(recessed portion, R)가 형성되어, 돌출부(P)와 리세스부(R)의 결합을 통해 상측 서셉터(121)와 하측 서셉터(125) 간의 결합을 행할 수 있다. 본 실시예에서는 상측 서셉터(121)의 중심에 리세스부(R)가 형성되고, 하측 서셉터(125)의 대응되는 위치에 돌출부(P)가 형성된 것을 예시한다.3, the protrusions P are formed on one of the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125, and the recessed portions P are recessed so that the protrusions P can be engaged with each other. the coupling between the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 can be performed through the engagement of the projecting portion P and the recessed portion R. [ In this embodiment, it is illustrated that the recess portion R is formed at the center of the upper susceptor 121 and the protruding portion P is formed at the corresponding position of the lower susceptor 125.

이렇듯 중심에 형성되는 돌출부(P) 및 리세스부(R)의 조합은 가공비가 적게 소요되며, 상측 서셉터(121)와 하측 서셉터(125) 간의 얼라인(align)을 쉽게 할 수 있다는 장점을 지닌다.The combination of the protrusions P and the recesses R formed at the center requires a small processing cost and facilitates alignment between the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 .

도 4를 참조하면, 돌출부(P', P'')는 다양한 형태를 가질 수 있다. 물론, 리세스부(R)는 돌출부(P, P', P'')의 형상을 추종하기 때문에, 리세스부(R)도 다양한 형태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 4, the projections P ', P "may have various shapes. Of course, since the recessed portion R follows the shape of the projected portions P, P ', P ", the recessed portion R can have various shapes.

돌출부(P, P', P'')는 하측 서셉터(125)로부터 그 단부(E)로 갈수록 그 단면의 면적이 점진적으로 줄어들도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 형상적 특징으로 인해 상측 서셉터(121)가 상측으로부터 로딩되거나 상측으로 언로딩되는 공정이 편해지며, 특히 상측 서셉터(121)와 하측 서셉터(125) 간의 중심을 정확히 맞추지 않으면서 로딩하더라도 돌출부(P, P', P'')의 단부(E)가 리세스부(R)에 들어가기만 한다면 로딩이 완료된 후에는 양 서셉터(121, 125) 간의 중심이 정확히 맞춰진 상태로 결합될 수 있다.It is preferable that the protrusions P, P 'and P' 'are formed so that the area of the cross section progressively decreases from the lower susceptor 125 toward the end E thereof. Due to such a shape feature, the process of loading the upper susceptor 121 from the upper side or unloading the upper side can be facilitated. In particular, even if the center of the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 is loaded, The center between the two susceptors 121 and 125 can be accurately aligned after the loading is completed if the end E of the projections P, P 'and P' 'enters the recess R .

접촉면(C1, C2)과 평행한 단면의 형상은 하측 서셉터(125)의 접촉면(C2)과 인접한 부분에서는 다각형이고, 돌출부(P, P')의 단부(E)와 인접한 부분에서는 원형으로 형성되도록 돌출부(P, P')가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 하측 서셉터(125)의 접촉면(C2)과 인접한 부분에서는 단면이 대략적으로 6각형의 형상을 가지고 돌출부(P)의 단부(E)와 인접한 부분에서는 단면이 원형의 형상을 가지도록 돌출부(P)가 형성될 수 있다. 또한, 도 4의 (a)와 같이 하측 서셉터(125)의 접촉면(C)과 인접한 부분에서는 단면이 대략적으로 8각형의 형상을 가지고, 돌출부(P')의 단부(E)와 인접한 부분에서는 단면이 원형의 형상을 가지도록 돌출부(P')가 형성될 수 있다.The shape of the cross section parallel to the contact surfaces C1 and C2 is polygonal at the portion adjacent to the contact surface C2 of the lower susceptor 125 and is formed into a circular shape at the portion adjacent to the end portion E of the projections P and P ' The protrusions P and P 'may be formed. For example, as shown in Fig. 3, a portion of the lower susceptor 125 adjacent to the contact surface C2 has a substantially hexagonal section in cross section and a portion of the protrusion P adjacent to the end E of the protrusion P A protrusion P may be formed so as to have a shape. 4A, the lower susceptor 125 has a substantially octagonal cross-section at a portion adjacent to the contact surface C and a portion adjacent to the end E of the projecting portion P ' The protrusion P 'may be formed so that the cross section has a circular shape.

이와는 달리, 접촉면(C1, C2)과 평행한 단면의 형상은 하측 서셉터(125)의 접촉면(C2)과 인접한 부분에서는 원형이고, 돌출부(P'')의 단부(E)와 인접한 부분에서는 다각형으로 형성되도록 돌출부(P'')가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 (b)와 같이, 하측 서셉터(125)의 접촉면(C2)과 인접한 부분에서는 단면이 원형의 형상을 가지고, 돌출부(P'')의 단부(E)와 인접한 부분에서는 단면이 8각형의 형상을 가지도록 돌출부(P'')가 형성될 수 있다.The shape of the cross section parallel to the contact surfaces C1 and C2 is circular in a portion adjacent to the contact surface C2 of the lower susceptor 125 and is a circular shape in the portion adjacent to the end portion E of the projecting portion P ' The protrusion P " may be formed. For example, as shown in Fig. 4 (b), a portion of the lower susceptor 125 adjacent to the contact surface C2 has a circular section in cross section, and a portion adjacent to the end E of the protrusion P " The projecting portion P " may be formed so that the cross section has an octagonal shape.

이러한 단면의 형상은 예시에 불과하고, 다양한 변형예가 존재할 수 있음은 물론이다.The shape of such a cross section is merely an example, and it is needless to say that various modifications may be made.

도 5는 도 4와는 돌출부 및 리세스부의 배치를 달리한 서셉터 어셈블리의 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view of the susceptor assembly with the different arrangement of the protrusions and recesses in FIG. 4;

서셉터 어셈블리(120')에서 돌출부(P)와 리세스부(R)는 도 5와 같이 상측 서셉터(121') 및 하측 서셉터(125')의 중심에 위치하지 않고 외곽 부분에 다수개 위치하여도 무방하다. 각 돌출부(P)와 리세스부(R)의 형상은 도 3 및 도 4와 같이 다양하게 형성할 수 있다.The projecting portion P and the recessed portion R in the susceptor assembly 120 'are not positioned at the centers of the upper and lower susceptors 121' and 125 'as shown in FIG. 5, It can be located. The shapes of the protrusions P and the recesses R can be variously formed as shown in FIGS. 3 and 4. FIG.

이와 같이 외곽 부분에 돌출부(P)와 리세스부(R)를 형성할 경우, 상측 서셉터(121)와 하측 서셉터(125) 간의 보다 강고한 결합을 얻을 수 있다. 또한, 다수의 돌출부(P) 및 리세스부(R)에 의해 상측 서셉터(121)와 하측 서셉터(125) 간이 고정되므로, 하측 서셉터(125)로부터의 회전력이 상측 서셉터(121)로 안정적으로 전달될 수 있고, 고정력이 분산됨으로써 돌출부(P) 및 리세스부(R)의 파손 우려가 적은 장점을 지닌다.A stronger coupling between the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 can be obtained when the protrusions P and the recesses R are formed in the outer portion. Since the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 are fixed by the plurality of protrusions P and the recesses R so that the rotational force from the lower susceptor 125 is transmitted to the upper susceptor 121, And the fixing force is dispersed so that there is little fear of breakage of the projecting portion P and the recessed portion R. [

도 6은 도 4와는 다른 형상을 가진 돌출부 및 리세스부를 포함하는 서셉터 어셈블리의 사시도이다.6 is a perspective view of a susceptor assembly including protrusions and recesses having a shape different from that of Fig.

도 6을 참조하면, 서셉터 어셈블리(120'')에서, 리세스부(R')가 하측 서셉터(125'')의 외곽 부분을 따라 긴 형상을 가지고 복수개 형성되며, 돌출부(P''')는 리세스부(R')에 대응하는 위치에 긴 형상으로 상측 서셉터(121'')에 복수개 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 각 3개의 돌출부(P''')와 리세스부(R')가 구비된 것을 예시하나 개수는 다양하게 설정되어도 무방하다.Referring to FIG. 6, in the susceptor assembly 120 '', a plurality of recesses R 'are formed with long shapes along the outer portion of the lower susceptor 125' ', and the protrusions P' '' 'May be arranged in a plurality of positions on the upper susceptor 121' 'in a long shape at positions corresponding to the recess portions R'. In the present embodiment, three protrusions P '' 'and recesses R' are provided, but the number may be variously set.

이러한 긴 형상의 돌출부(P''') 및 리세스부(R') 외에 도 3과 같이 중심부에 돌출부(P)와 리세스부(R)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 도 3과는 다르게, 하측 서셉터(125'')에 리세스부(R)가 형성되고, 상측 서셉터(121'')에 돌출부(P)가 형성된 것을 예시하고 있다.In addition to the protruding portion P '' 'and the recessed portion R' as shown in FIG. 3, it is preferable to further include the protruding portion P and the recessed portion R at the central portion. In this embodiment, unlike FIG. 3, a recess R is formed in the lower susceptor 125 '' and a protrusion P is formed in the upper susceptor 121 ''.

도 3 내지 도 6을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 다양한 형태의 돌출부(P, P', P'', P''')와 리세스부(R, R')가 구비될 수 있으며, 그 위치도 다양하게 설정할 수 있다.As described above with reference to FIGS. 3 to 6, various forms of protrusions P, P ', P' ', P' '' and recesses R and R ' Can be variously set.

도 7은 단일 서셉터 및 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터 어셈블리의 실제 온도에 따른 포켓 내의 온도 편차를 도시한 그래프이며, 도 8은 단일 서셉터 및 본 발명의 서셉터 어셈블리의 위치에 따른 온도 분포를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the temperature deviation in a pocket with respect to the actual temperature of a single susceptor and a susceptor assembly according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a graph showing the temperature dependency of the susceptor according to the position of the single susceptor and the susceptor assembly of the present invention Fig.

본 발명의 서셉터 어셈블리(120, 120', 120'')는 상술한 바와 같이, 상측 서셉터(121, 121', 121'')와 하측 서셉터(125, 125', 125'')로 이루어지는 2층 구조로 이루어지며, 서로 다른 종류의 물질로 코팅된 것을 특징으로 한다.As described above, the susceptor assemblies 120, 120 ', 120' 'of the present invention are formed by the upper susceptors 121, 121', 121 "and the lower susceptors 125, 125 ', 125" And is coated with a different kind of material.

상측 서셉터(121, 121', 121'')와 하측 서셉터(125, 125', 125'')의 모재는 유도 코일(130)에 의하여 유도 가열이 가능한 재질로 이루어진다. 한편 일반적으로 MOCVD 장치용 서셉터 어셈블리(120, 120', 120'')에는 높은 가열 온도를 고려하여 녹는점이 높은 그래파이트(graphite)를 모재의 재질로 선정하는 것이 바람직하다.The base material of the upper susceptors 121, 121 'and 121' 'and the lower susceptors 125, 125' and 125 '' is made of a material which can be induction-heated by the induction coil 130. In general, it is preferable to select graphite, which has a high melting point in consideration of a high heating temperature, as a material of the base material, in the susceptor assemblies 120, 120 ', 120' 'for MOCVD apparatuses.

코팅층은 모재의 적어도 일부를 덮으며, 모재가 반응 가스와 반응하는 것을 방지한다. 상측 서셉터(121, 121', 121'')와 하측 서셉터(125, 125', 125'')는 각각 다른 재질의 코팅층을 가지는데, 예를 들어 상측 서셉터(121, 121', 121'')는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide, SiC)로 코팅되고, 하측 서셉터(125, 125', 125'')는 탄탈럼 카바이드(Tantalum Carbide, TaC)로 코팅되는 것이 바람직하다.The coating layer covers at least a portion of the base material and prevents the base material from reacting with the reaction gas. The upper susceptors 121, 121 'and 121' 'and the lower susceptors 125, 125' and 125 '' have coating layers of different materials. For example, the upper susceptors 121, 121 ' '' Are preferably coated with silicon carbide (SiC) and the lower susceptors 125, 125 'and 125' 'are coated with tantalum carbide (TaC).

탄탈럼 카바이드 코팅층은 클리닝이 실리콘 카바이드 코팅층에 비해 어렵기 때문에, 주로 공정가스와 접하는 상측 서셉터(121, 121', 121'')은 실리콘 카바이드 코팅층을 가지는 것이 바람직하다. 부연하면, MOCVD 공정에서 염소(Cl)로 질화알루미늄(AlN)을 제거하는 공정이 수반되는데, 탄탈럼 카바이드는 염소와 반응을 하기 때문이다. 이러한 이종 코팅에 의한 실험 결과가 도 7 및 도 8에 의해 제시된다. 한편, 실험에 사용된 서셉터 어셈블리는 도 3에서 예시된 바와 같이 각 서셉터(121, 125)의 중심 부분에 돌출부(P) 및 리세스부(R)가 각각 형성된 서셉터 어셈블리(120)이다. 또한, 상측 서셉터(121) 및 하측 서셉터(125)의 두께는 10mm, 60mm 로 각각 설정하였다.Since the tantalum carbide coating layer is harder to clean than the silicon carbide coating layer, it is preferable that the upper susceptors 121, 121 'and 121' ', which mainly contact with the process gas, have a silicon carbide coating layer. In addition, the process of removing aluminum nitride (AlN) with chlorine (Cl) in the MOCVD process is accompanied by the reaction of tantalum carbide with chlorine. Experimental results with such heterogeneous coatings are presented in FIGS. 7 and 8. FIG. The susceptor assembly used in the experiment is a susceptor assembly 120 in which protrusions P and recesses R are formed at the central portions of the susceptors 121 and 125, respectively, as illustrated in FIG. 3 . The thicknesses of the upper susceptor 121 and the lower susceptor 125 were set to 10 mm and 60 mm, respectively.

구체적으로, 캐스케이스 방식에 따라 상측 서셉터(121, 121', 121'') 상면의 온도를 1400℃ 수준에 도달시키기 위해서는 하측 서셉터(125, 125', 125'')는 국부적으로 1500℃ 이상으로 가열될 필요가 있기 때문에 열적 안정성이 우수한 재질의 코팅층을 필요로 하며, 이에 따라 하측 서셉터(125, 125', 125'')는 열적 안정성이 우수한 탄탈럼 카바이드 코팅층을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 탄탈럼 카바이드로 코팅된 그라파이트 소재의 서셉터는 낮은 방사율을 가지며, 자기적 특성에 기인하여 캐스케이드 방식의 유도 가열 시 열분포를 균일하게 하므로 전체적인 발열 중 높은 비중을 담당하는 하측 서셉터(125, 125', 125'')에 적용하는 것이 유리하다. 또한, 탄탈럼 카바이드 코팅층은 코팅 특성에 의존하여 온도에 따라 상이한 방사율을 가지기 때문에 광학적 방법에 의한 표면 온도 측정이 어려워서, 지지면 상에서의 정밀한 온도 제어가 필요한 상측 서셉터(121, 121', 121'')는 방사율의 변화가 온도 변화에 따라 비교적 작고, 코팅 방식, 코팅 조건 및 코팅 두께 등에 방사율의 변화가 비교적 작은 실리콘 카바이드 코팅층을 채용하는 것이 바람직하다.Concretely, in order to reach the temperature of the upper surface of the upper susceptors 121, 121 'and 121' 'to the level of 1400 ° C according to the cascade method, the lower susceptors 125, 125' and 125 ' The lower susceptors 125, 125 ', and 125' 'preferably have a tantalum carbide coating layer having excellent thermal stability. Therefore, the lower susceptors 125, 125', and 125 '' preferably have a tantalum carbide coating layer having excellent thermal stability. In addition, the graphitic susceptor coated with tantalum carbide has low emissivity and uniform thermal distribution in the cascade induction heating owing to the magnetic properties, and therefore the lower susceptors 125, 125 ', 125 ' '). Also, since the tantalum carbide coating layer has different emissivities depending on the temperature depending on the coating characteristics, it is difficult to measure the surface temperature by the optical method, so that the upper susceptors 121, 121 ', 121' ') Preferably employs a silicon carbide coating layer in which the change in the emissivity is relatively small in accordance with the temperature change, and the change in the emissivity is relatively small, such as the coating method, coating condition, and coating thickness.

도 7의 (a)를 참조하면, 질소 가스만의 분위기에서 이러한 2층 구조의 이종 코팅 조합의 서셉터 어셈블리(일점쇄선으로 도시)로서, 서셉터 어셈블리(120, 120', 120'')의 온도를 높이더라도 기판 지지면에서의 최대온도와 최소온도의 편차는 10℃ 를 넘지 않았다. 이에 반해, 실리콘 카바이드로만 코팅된 단일 서셉터(실선으로 도시)는 열전대 온도가 1000℃ 인 경우 약 26℃의 편차를 보였으며, 서셉터의 온도를 증가시킬수록 편차는 점점 커지는 양상을 보인다. 또한, 탄탈럼 카바이드로만 코팅된 단일 서셉터(점선으로 도시)는 실리콘 카바이드로만 코팅된 단일 서셉터에 비하여 온도 편차를 상당히 줄였으나, 본 발명의 서셉터 어셈블리보다는 큰 온도 편차를 나타낸다.Referring to Figure 7 (a), the susceptor assemblies 120, 120 ', 120 "' of the two-layer structure heterogeneous coating combination of susceptor assemblies (shown in dashed lines) Even when the temperature was raised, the deviation between the maximum temperature and the minimum temperature on the substrate supporting surface did not exceed 10 占 폚. In contrast, a single susceptor coated with silicon carbide (shown in solid lines) showed a deviation of about 26 ° C when the temperature of the thermocouple was 1000 ° C, and the deviation gradually increased as the temperature of the susceptor was increased. In addition, a single susceptor (shown in phantom) coated only with tantalum carbide significantly reduces temperature deviation compared to a single susceptor coated only with silicon carbide, but exhibits a larger temperature deviation than the inventive susceptor assembly.

또한, 도 7의 (b)를 참조하더라도, 수소 가스/질소 가스 분위기에서 본 발명의 2층 구조의 이종 코팅 조합의 서셉터 어셈블리에 따르면, 서셉터 어셈블리의 온도를 높이더라도 지지면에서의 최대온도와 최소온도의 편차는 10℃ 를 넘지 않았고, 단일 코팅된 서셉터들도 질소 가스만의 분위기에서와 크게 다르지 않은 결과를 얻었다.Also, referring to Fig. 7 (b), according to the susceptor assembly of the two-layer structure heterogeneous coating combination of the present invention in the hydrogen gas / nitrogen gas atmosphere, even if the temperature of the susceptor assembly is increased, And the minimum temperature deviation did not exceed 10 ℃, and the results of single - coated susceptors were not significantly different from those of nitrogen gas alone.

결론적으로, 각각의 단일 서셉터를 사용하는 것보다, 이종 코팅된 2층 구조의 서셉터 어셈블리를 사용할 경우, 지지면 상에서의 온도 편차를 확연히 감소시킬 수 있다는 점을 알아내었다.Consequently, it has been found that the use of a heterogeneously coated two-layered susceptor assembly, rather than using a single single susceptor, can significantly reduce temperature variations on the support surface.

도 7에 따른 실험결과로 판단해보건대, 탄탈럼 카바이드 코팅층을 가지는 단일 서셉터는 실리콘 카바이드 코팅층을 가지는 단일 서셉터에 비해 지지면 상에서의 온도 편차가 작아 열이 잘 퍼진다는 점이 확인되고, 이에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 이종 코팅 조합의 서셉터 어셈블리(상측 : SiC 코팅, 하측 : TaC 코팅)는, 하측 서셉터에서 중심과 외곽의 온도 편차를 줄여서 상측 서셉터를 가열함으로써, 결과적으로 상측 서셉터의 지지면 상에서의 온도 편차를 획기적으로 줄이는 것이 가능했던 것으로 추론된다.Judging from the experimental results shown in FIG. 7, it is confirmed that the single susceptor having the tantalum carbide coating layer has a smaller temperature variation on the supporting surface than the single susceptor having the silicon carbide coating layer, and the heat spreads well. The susceptor assembly (upper side: SiC coating, lower side: TaC coating) according to an embodiment of the present invention reduces the temperature deviation between the center and the outer side of the lower susceptor to heat the upper susceptor, It is deduced that it was possible to drastically reduce the temperature deviation on the support surface of the susceptor.

도 8을 참조하면, 이종 코팅된 2중 구조의 서셉터 어셈블리의 효과는 더욱 두드러지게 확인된다. 도 8의 (a)와 같이, 이종 코팅된 2중 구조의 서셉터 어셈블리의 경우, 질소 분위기에서 중심부와 외곽부 간의 온도 편차가 거의 없다는 점이 확인된다. 특히 포켓 위치 내에서뿐만 아니라 포켓 외에서의 온도 편차도 거의 없다는 점이 확인된다. 또한, 질소 가스 분위기와 수소 가스/질소 가스 분위기에서도 모두 온도 편차가 거의 없다는 점이 확인된다. 여기서, 포켓이란, 도 3, 도 5 및 도 6에서 예시된 바와 같이, 기판(웨이퍼)이 안착되는 자리 파기된 공간을 의미한다.Referring to Fig. 8, the effect of the heterogeneously coated double-structured susceptor assembly is more pronounced. As shown in Fig. 8 (a), it is confirmed that, in the case of a heterogeneously coated double-layered susceptor assembly, there is almost no temperature deviation between the center portion and the outer portion in a nitrogen atmosphere. In particular, it is confirmed that there is little temperature deviation in the pocket position as well as outside the pocket. It is also confirmed that there is almost no temperature variation in both the nitrogen gas atmosphere and the hydrogen gas / nitrogen gas atmosphere. Here, the pocket means a destroyed space in which a substrate (wafer) is seated as exemplified in Figs. 3, 5 and 6.

그러나, 이에 반하여, 실리콘 카바이드 코팅층을 가지는 단일 서셉터의 경우, 포켓 내에서조차도 온도 편차가 확연히 확인된다. 탄탈럼 카바이드 코팅을 가지는 단일 서셉터의 경우에는 포켓 내에서는 실리콘 카바이드 코팅층을 가지는 단일 서셉터에 비해 작은 온도 편차를 보인다는 점이 확인되나, 포켓 내와 외에서 온도 편차가 존재한다는 점이 확인되었다.On the other hand, however, in the case of a single susceptor having a silicon carbide coating layer, a temperature variation is clearly observed even in a pocket. In the case of a single susceptor having a tantalum carbide coating, it is confirmed that the temperature shows a small temperature difference in a pocket as compared with a single susceptor having a silicon carbide coating layer. However, it has been confirmed that there is a temperature variation within and without the pocket.

즉, 본 발명에 따른 서셉터 어셈블리는, 단일 서셉터와 비교하였을 때, 포켓 내에서의 온도 편차는 물론, 지지면 전 영역에 있어서의 온도 편차도 유의미하게 감소하는 것이 실측에 의해 확인된다.In other words, it has been confirmed by actual measurement that the susceptor assembly according to the present invention significantly reduces the temperature deviation in the pocket as well as the temperature variation in the entire region of the support surface as compared with the single susceptor.

한편, 다양한 공정 조건에서 챔버 내의 가스 분위기는 다양하게 설정될 수 있는데, 도 7 및 도 8에서와 같이 질소 가스 분위기 혹은 수소 가스/질소 가스 혼합 분위기에서 지지면 상에서의 온도 편차를 획기적으로 감소시킬 수 있다는 효과를 각각 얻음으로써, 다양한 가스 분위기에서도 이러한 효과가 유지될 것으로 기대된다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터 어셈블리의 구성은 질소 가스 분위기 혹은 수소 가스/질소 가스 혼합 분위기 이외의 다양한 공정에서도 적용될 수 있는 가능성이 크다고 보이기 때문에, 확장성 면에서 유리한 강점을 지닌다.Meanwhile, the gas atmosphere in the chamber can be variously set in various process conditions. As shown in FIGS. 7 and 8, it is possible to drastically reduce the temperature deviation on the support surface in a nitrogen gas atmosphere or a hydrogen gas / , It is anticipated that these effects will be maintained in various gas atmospheres. Accordingly, the structure of the susceptor assembly according to an embodiment of the present invention has a strong advantage in terms of expandability because it is likely to be applicable to various processes other than a nitrogen gas atmosphere or a hydrogen gas / nitrogen gas mixed atmosphere .

도 9는 본 발명의 서셉터 어셈블리에 적용 가능한 측부 유도 코일의 구조를 도시한 단면도이며, 도 10은 하부 유도 코일을 포함한 유도 코일의 구조를 도시한 개략적인 장착도, 사시도, 평면도 및 측면도이다. 특히, 도 10의 (a)는 측부 유도 코일과 하부 유도 코일이 본 발명의 서셉터 어셈블리에 장착된 사시 단면도를 나타내며, 도 10의 (b)는 측부 유도 코일과 하부 유도 코일의 사시도, 도 10의 (c)는 측부 유도 코일과 하부 유도 코일의 상면도, 도 10의 (c)는 측부 유도 코일과 하부 유도 코일의 측면도를 도시한다.FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a side induction coil applicable to the susceptor assembly of the present invention, and FIG. 10 is a schematic mounting view, a perspective view, a plan view, and a side view showing a structure of an induction coil including a lower induction coil. 10 (b) is a perspective view of the side induction coil and the lower induction coil, and Fig. 10 (b) is a perspective view of the side induction coil and the lower induction coil. FIG. 10C is a top view of the side induction coil and the bottom induction coil, and FIG. 10C is a side view of the side induction coil and the bottom induction coil.

도 9를 참조하면, 도 2에서와 달리 측부 유도 코일(130)은 상측 서셉터(121)의 측면과의 이격 거리(D1)가 하측 서셉터(125)의 측면과의 이격 거리(D2)보다 크도록 구성될 수 있다. 즉, 상측 서셉터(121)보다 하측 서셉터(125)에 유도 가열이 더욱 강하게 되도록 하고, 하측 서셉터(125)로부터 열이 전달되어 상측 서셉터(121)를 가열하도록 함으로써, 기판 지지면(122)에서 보다 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다.2, the side induction coil 130 is spaced apart from the side surface of the upper susceptor 121 by a distance D2 between the side induction coil 130 and the side surface of the lower susceptor 125, Lt; / RTI > That is, induction heating is made stronger in the lower susceptor 125 than in the upper susceptor 121, and heat is transmitted from the lower susceptor 125 to heat the upper susceptor 121, A more uniform temperature distribution can be obtained.

부연하면, 상측 서셉터(121)는 측부 유도 코일(130)로부터 직접 유도 가열됨과 함께, 하측 서셉터(125)로부터의 열을 전달받아 가열된다. 기본적으로 도 2에서와 같이 측부 유도 코일(130)은 상측 서셉터(121)의 측면과의 이격 거리와 하측 서셉터(125)의 측면과의 이격 거리가 일정하게 설정되면, 측부 유도 코일(130)에 의해 유도 가열되는 비중도 크기 때문에, 외곽 부분에서의 가열량이 많아, 열이 퍼지는 특성이 상대적으로 떨어지는 실리콘 카바이드로 코팅된 상측 서셉터(121)의 지지면 상에서 온도의 불균일성을 야기할 가능성이 있다. 이러한 요인들을 줄이기 위해서는, 상측 서셉터(121)를 직접 유도 가열하는 비중을 줄이고, 상대적으로 하측 서셉터(125)로부터 퍼져서 올라오는 열을 통해 상측 서셉터(121)를 가열하는 것이 효과적이다. 이에 따라, 도 9와 같이 측부 유도 코일(130)은, 상측 서셉터(121)의 측면과의 이격 거리(D1)가 하측 서셉터(125)의 측면과의 이격 거리(D2)보다 크도록 구성되는 것이 바람직하다.Further, the upper susceptor 121 is directly heated by the side induction coil 130, and is heated by receiving the heat from the lower susceptor 125. 2, when the distance between the side induction coil 130 and the side surface of the upper susceptor 121 and the distance between the side surface of the lower susceptor 125 and the side induction coil 130 are set to be constant, , There is a possibility that temperature is unevenness on the supporting surface of the upper susceptor 121 coated with silicon carbide, which has a relatively large amount of heating at the outer portion and has a relatively low heat spreading characteristic have. In order to reduce these factors, it is effective to reduce the specific gravity of direct induction heating of the upper susceptor 121 and to heat the upper susceptor 121 through the heat spreading from the lower susceptor 125 relatively. 9, the side induction coil 130 is configured such that the distance D1 between the side induction coil 130 and the side surface of the upper susceptor 121 is larger than the distance D2 between the side induction coil 130 and the side surface of the lower susceptor 125 .

도 10을 참조하면, 측부 유도 코일(130)에 더하여, 하부 유도 코일(135)이 더 포함될 수 있다. 하부 유도 코일(135)은 하측 서셉터(125)의 하면과 인접하여 배치되어, 하측 서셉터(125)의 하면에 유도 가열을 행한다. 이에 따라, 하부 유도 코일(135)에 의해 측부 유도 코일(130)만으로 유도 가열하는 것에 비해 보다 높은 지지면(122) 상의 온도를 얻을 수 있다.10, in addition to the side induction coil 130, a lower induction coil 135 may further be included. The lower induction coil 135 is disposed adjacent to the lower surface of the lower susceptor 125 to perform induction heating on the lower surface of the lower susceptor 125. This allows the lower induction coil 135 to provide a higher temperature on the support surface 122 than induction heating only with the side induction coil 130.

한편, 하부 유도 코일(135)에 의해 유도 가열된 열은 탄탈럼 카바이드 코팅층에 의해 열이 잘 퍼져 상측 서셉터(121)로 전달됨으로써, 접촉면(C1, C2) 상에서 균일한 분포를 가지는 열의 형태로 상측 서셉터(121)를 추가로 가열할 수 있다.On the other hand, the heat induced by the lower induction coil 135 is well spread by the tantalum carbide coating layer and transferred to the upper susceptor 121, whereby the heat is uniformly distributed on the contact surfaces C1 and C2 The upper susceptor 121 can be further heated.

측부 유도 코일(130)과 하부 유도 코일(135)은 둘 다 동작하거나 동작하지 않게 제어될 수도 있고, 어느 하나만 동작하거나 둘 다 동작하도록 별개로 제어될 수도 있다.Both the side induction coil 130 and the lower induction coil 135 may be controlled to operate or not to operate, or to operate either one or both.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

110…반응챔버
120, 120', 120''…서셉터 어셈블리
121, 121', 121''…상측 서셉터
122…(기판) 지지면
125, 125', 125''…하측 서셉터
P, P', P'', P'''…돌출부
R, R'…리세스부
130…(측부)유도 코일
135…(하부)유도 코일110 ... The reaction chamber
120, 120 ', 120''... Susceptor assembly
121, 121 ', 121''... The upper susceptor
122 ... (Substrate) supporting surface
125, 125, 125, ... The lower susceptor
P, P ', P'',P''... projection part
R, R '... Recessed part
130 ... (Side) induction coil
135 ... (Lower) induction coil

Claims (14)

기판과 접촉되면서 상기 기판을 지지하는 지지면을 가지는 상측 서셉터; 및
상기 상측 서셉터를 지지하는 하측 서셉터; 를 포함하며,
상기 상측 서셉터와 상기 하측 서셉터는 서로 다른 종류의 물질로 코팅된, 서셉터 어셈블리.An upper susceptor having a supporting surface for supporting the substrate in contact with the substrate; And
A lower susceptor for supporting the upper susceptor; / RTI >
Wherein the upper susceptor and the lower susceptor are coated with different kinds of materials. 제1 항에 있어서,
상기 상측 서셉터의 표면의 적어도 일부는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide)로 코팅되고,
상기 하측 서셉터의 표면의 적어도 일부는 탄탈럼 카바이드(Tantalum Carbide)로 코팅되는, 서셉터 어셈블리.The method according to claim 1,
At least a part of the surface of the upper susceptor is coated with a silicon carbide,
Wherein at least a portion of a surface of the lower susceptor is coated with a tantalum carbide. 제1 항에 있어서,
상기 상측 서셉터는 상기 하측 서셉터와의 접촉면을 따르는 방향에 대해서는 구속적이지만, 상기 접촉면과 수직한 방향에 대해서는 비구속적으로 상기 하측 서셉터에 의해 지지되는, 서셉터 어셈블리.The method according to claim 1,
Wherein the upper susceptor is restrained in a direction along a contact surface with the lower susceptor but is not constrained in a direction perpendicular to the contact surface by the lower susceptor. 제3 항에 있어서,
상기 상측 서셉터 및 상기 하측 서셉터 중 어느 하나에 적어도 하나의 돌출부가 형성되고, 다른 하나에는 상기 돌출부에 맞춰질 수 있도록 적어도 하나의 리세스부(recessed portion)가 형성되는, 서셉터 어셈블리.The method of claim 3,
Wherein at least one protrusion is formed in one of the upper susceptor and the lower susceptor and at least one recessed portion is formed in the other to fit the protrusion. 제4 항에 있어서,
상기 하측 서셉터에 상기 돌출부가 중심에 형성되고, 상기 상측 서셉터에 상기 리세스부가 형성되며,
상기 돌출부는 상기 하측 서셉터로부터 단부로 갈수록 그 단면의 면적이 점진적으로 줄어들도록 형성되는, 서셉터 어셈블리.5. The method of claim 4,
The protrusion is formed at the center of the lower susceptor, the recess is formed in the upper susceptor,
Wherein the projecting portion is formed such that an area of a cross section gradually decreases from the lower susceptor to an end portion thereof. 제5 항에 있어서,
상기 단면의 형상은 상기 하측 서셉터와 인접한 부분에서는 다각형이고, 상기 단부와 인접한 부분에서는 원형으로 형성되는, 서셉터 어셈블리.6. The method of claim 5,
Wherein the shape of the cross section is polygonal in a portion adjacent to the lower susceptor and is formed in a circular shape in a portion adjacent to the end portion. 제5 항에 있어서,
상기 단면의 형상은 상기 하측 서셉터와 인접한 부분에서는 원형이고, 상기 단부와 인접한 부분에서는 다각형으로 형성되는, 서셉터 어셈블리.6. The method of claim 5,
Wherein the shape of the cross section is circular in a portion adjacent to the lower susceptor and is formed in a polygonal shape in a portion adjacent to the end portion. 제4 항에 있어서,
상기 리세스부는 상기 하측 서셉터의 외곽 부분을 따라 긴 형상을 가지고 복수개 형성되며, 상기 돌출부는 상기 리세스부에 대응하는 위치에 복수개 배치되는, 서셉터 어셈블리.5. The method of claim 4,
Wherein the recess portion is formed in a plurality of elongated shapes along an outer portion of the lower susceptor, and the protrusions are disposed in a plurality of positions corresponding to the recess portions. 제1 항에 있어서,
상기 하측 서셉터의 상부에는 둘레를 따라 트랜치가 형성되는, 서셉터 어셈블리.The method according to claim 1,
And a trench is formed along the periphery of the upper portion of the lower susceptor. 기판과 접촉되면서 상기 기판을 지지하는 지지면을 가지는 상측 서셉터;
상기 상측 서셉터를 지지하는 하측 서셉터; 및
상기 상측 서셉터의 측면 및 상기 하측 서셉터의 측면을 감싸도록 배치되는 유도 코일; 을 포함하는, MOCVD 장치.An upper susceptor having a supporting surface for supporting the substrate in contact with the substrate;
A lower susceptor for supporting the upper susceptor; And
An induction coil disposed so as to surround a side surface of the upper susceptor and a side surface of the lower susceptor; / RTI > 제10 항에 있어서,
상기 유도 코일은, 상기 상측 서셉터의 측면과의 이격 거리가 상기 하측 서셉터의 측면과의 이격 거리보다 크도록 구성되는, MOCVD 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the induction coil is configured such that the distance between the induction coil and the side surface of the upper susceptor is larger than the distance from the side surface of the lower susceptor. 제10 항에 있어서,
상기 상측 서셉터와 상기 하측 서셉터는 서로 다른 종류의 물질로 코팅된, MOCVD 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the upper susceptor and the lower susceptor are coated with different kinds of materials. 제10 항에 있어서,
상기 유도 코일은 측부 유도 코일이고,
상기 하측 서셉터의 하면과 인접하여 배치되는 하부 유도 코일을 더 포함하는, MOCVD 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the induction coil is a side induction coil,
And a lower induction coil disposed adjacent to a lower surface of the lower susceptor. 제13 항에 있어서,
상기 측부 유도 코일과 상기 하부 유도 코일은 개별적으로 제어되거나, 통합적으로 제어되는, MOCVD 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the side induction coil and the lower induction coil are individually controlled or integrally controlled.
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