KR100552568B1 - 반응기 하우징용 석영 글라스 부품, 이를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응기 챔버용, 특히 플라즈마 에칭장치의 반응기 챔버용 벨형상의 석영 글라스 부품에 관한 것이다. 알려진 석영 글라스 부품은 1㎛이상의 평균 거칠기 깊이 A_a를 갖는 내측면을 포함하고, 반응기의 내측면을 마주하는 제 1석영 글라스 질의 기질을 포함한다. 여기에서, 반응기 챔버내에 가능한한 아무런 입자들도 발생시키지 않고, 상기 반응기의 내면에 마주하는 내측면이 그 위에 침적되는 물질층에 대한 높은 부착력과 특별하게 긴 사용수명에 의해서 특징지워지는 반응기 용기용 석영 글라스 부품을 제공하기 위하여, 본 발명에 따라서 제 2석영 글라스 질의 개방형 기공기포층에 의한 거친 영역이 상기 기질상에 형성되어지는 것이 제안된다. 사전에 설정된 표면 거칠기의 재생가능한 조절을 허용하는 상기 석영 글라스 부품을 제조하기 위한 간단한 방식은 아래와 같은 방법 단계들을 포함하며: 즉 SiO₂를 함유하는 입자로부터 블랭크를 형성하는 단계, 1,000℃ 이상의 온도로 가열함으로서 부분적 혹은 완전한 유리화를 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 거친 영역내에서 상기 블랭크의 내측면 형성도중에, SiO₂를 함유하는 입자상에 가스의 방출하에서 유리화도중에 반응하는 부가적인 조성물이 첨가되고, 상기 거친 영역의 유리화 도중에 기포층의 형성을 초래하는 것이다.

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Description

반응기 하우징용 석영 글라스 부품, 이를 제조하기 위한 방법{QUARTZ GLAS COMPONENT FOR A REACTOR HOUSING AND METHOD FOR ITS PRODUCTION}

본 발명은 반응기 하우징용 석영 글라스 부품에 관한 것으로, 상기 반응기의내부에 마주하는 내측면을 갖는 제 1석영 글라스 질로 이루어진 기질 몸체를 갖추고, 상기 내측면은 적어도 하나의 거친 영역내에 1㎛이상의 중간 거칠기깊이 R_a를갖는다. 또한, 본 발명은 반응기 하우징용, 특히 플라즈마 에칭장치의 반응기 챔버용 석영 글라스 부품의 제조방법에 관한 것으로, 아래와 같은 a) SiO₂ 함유입자로 이루어진 블랭크(blank)의 형성 단계와, b) 1,O0O℃ 이상의 온도로 가열함으로서 상기 블랭크의 부분적 혹은 완전한 유리화 단계들을 포함한다.

상기 설명한 바와 같은 종류의 석영 글라스 부품들은, 예를들면 플라즈마 에칭장치네의 반응기 챔버용 석영 글라스 벨들로서 사용된다. 상기와 같은 에칭장치들은 반도체 웨이퍼의 에칭을 위해서 사용된다. 상기 반도체 웨이퍼의 표면은 화학적 예비처리후, 통상적으로 산화물 및 질화물 피복제와 같은 절연성 피복제 (dielectric coatings), 혹은 규소 화합물 혹은 폴리실리사이드(polysilicide)층과 같은 전기적 도전성 피복제등에 의해서 피복된다.

자유 실리콘 표면을 제조하기 위하여 이러한 피복제들이 플리즈마 공정에 의해서 제거된다. 이러한 공정도중에, 상기 제거된 물질들은 차례로 반응기 챔버의 내측면상에 층으로서 침적된다. 이러한 층들이 임의의 두께에 도달하면, 그들은 결렬되고 특별한 문제들을 일으킨다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 상기와 같이 영향을 받는 표면들은 때때로 소제된다. 이러한 표면의 소제작업은 시간과 비용측면에서 비싼 것이다. 그 비용을 줄이기 위하여, 소제단계사이의 주기들을 가능한 한 길게 유지시키는 것이 바람직하다.

거친 표면들이 보다 두께운 층들을 유지할수 있다는 것이 알려져 있다. 석영글라스 벨들의 거친면 형성작업을 위하여 샌드 블라스팅이 통상적으로 사용된다. 일반적으로, 적어도 1㎛이 평균 거칠기가 요구된다. 상기 평균 거칠기 R_a 는 독일 공산품 표준규격(DIN) 4768에 따라서 설정된다.

비록, 한편으로는 샌드 블라스팅이 피복제의 보다 강력한 부착에 기여하는 석영 글라스 표면상의 구조를 형성하지만, 다른 한편으로는, 상기 표면에서 시작하는 균열(fractures)을 형성시켜 차례로 상기 층들이 결렬되도록 한다. 이는 반응기 공간내에서 특별한 문제들을 야기한다. 또한, 샌드 블라스팅 동안 석영 글라스 벨들의 전체 내측면에 대한 균질의 처리와 정확한 규격의 유지등이 문제가 된다. 상기 내측면의 거칠기는 반복되는 샌드블라스팅의 결과에 따라서 변화한다. 이는 상기 벨들의 지속적인 유용성과 그 기대수명에 악영향을 줄수 있다.

주조 기술(pour-in technology)이 석영 글라스 벨을 제조하기 위하여, 석영 글라스 도가니의 제조에서 사용되는 바와 같이 사용될수 있다. CVD-피복장치의 반응기 챔버용 석영 글라스 벨의 제조공정이 EP-A 2,715,342 호에 기재되어 있다. 첫째, 금속제 주조 몰드에는 그 수직축을 중심으로 주조 폼의 회전을 이루면서 수정질 혹은 아몰퍼스 SiO₂ 분말이 충진되고, 대략 200mm의 두께를 갖는 입자상 외부층으로 형성된다. 그리고, 상기 외부층은 전기 아크에 의해서 내측으로부터 가열되고, 용융 혹은 소결(sintered)된다. 이러한 방식으로 제조된 석영 글라스 블랭크의 내측면은 콤팩트(compact)하고 완만하다. 상기 제안된 샌드 블라스팅 방식은 거칠기가공 작업(roughening)에 적합하다. 석영글라스 벨은 플랜지를 상기 블랭크에 융합시킴으로서 완성된다.

상기 알려진 공정은 상기 입자의 주입도중에 그리고 유리화도중에 온도 영역의 균일성에 관련하여 특히 민감하다. 샌드 블라스팅후의 내측면의 거칠기는 그에 의존한다. 상기 거칠기의 재생가능한 보수유지는 고비용을 요구한다.

본 발명의 목적은 반응기 챔버내에 가능한한 입자들을 생성시키지 않고, 피복제의 높은 부착성과, 특별히 긴 내구성측면에서 현저히 우수한 석영 글라스 부품을 제공하고자 하는 것이다. 그리고, 본 발명의 목적은 상기와 같은 석영 글라스 부품의 제조를 위한 간단한 방식을 제공하고자 하는 것이며, 상기 방식은 사전에 설정된 표면 거칠기의 재생가능한 조정을 가능하게 하는 것이다.

석영 글라스 부품에 관련하여, 상기 목적은 상기 설명된 석영 글라스 벨에 근거하여 이루어지며, 여기서 제 2 석영 글라스 질의 개방-기공 기포층이 상기 거 친 영역내의 기질(substrate)상에 형성되는 것이다.

상기 거친 영역은 반응기의 내부 공간을 마주하는 상기 석영 글라스 부품의 내측면의 일부분을 포함하며, 그 위에 예를들면 상기 석영 글라스 부품의 예정된 사용도중에 물질층의 침적(deposition)이 예상된다. 그리고, 그것은 상기 석영 글라스 부품의 전체 내측 표면을 포함할수 있는 것이다. 상기 물질층의 침적은 가열, 기화, 용해, 승화등과 같은 화학적 반응 혹은 물리적 공정에 기인하여 발생할 수 있다. 상기 물질층의 부착이 기포층에 의해서 향상될수 있을 뿐만이 아니라, 상기 거친 영역에서의 전도(transmission) 혹은 흡수(absorption)와 같은 상기 부품의 광학적 특성들도 특별하게 조정될수 있다.

상기 거친 영역내의 개방기공(open pores)들은 그 위에 침적되는 물질층들의 견고한 부착에 관련하여 특별히 적합한 타입의 표면 거칠기를 초래한다. 상기 개방기공들은 상기 거친 영역내에 표면 미세구조를 형성하여 상기 구조가 그 위에 침적되는 층들을 위한 다수의 부착지점 및 착수점(points of attack)을 제공하는 점에서 특징을 이루는 것이다. 또한, 상기 다공성 구조는 결과적으로 발생하는 장력의 3차원적인 배분을 보장함으로서 상기 석영 글라스와 피복물질사이에서의 장력의 유익한 배분에 기여한다.

상기 물질층들에 대한 특별히 높은 부착력은 상기 개방 기공들에 의해서 얻어지고, 결렬의 위험없이 상기 석영 글라스 부품의 내표면상에 특별히 두꺼운 물질층의 침적을 허용한다. 따라서, 소제작업사이의 시간주기가 연장되어질수 있고, 이는 석영 글라스 부품의 사용수명을 연장시킬수 있는 것이다.

그리고, 이는 다공성 기포층이 거친 영역내에 제공되어진 다는 사실에 의해서 더욱 촉진된다. 상기 표면에 근접한 일정 영역내의 개방기공들에 더하여, 상기 기포층은 내표면에 바로 근접하여 종료하지 않는 기공들도 포함한다. 이러한 기공들은 폐쇄될수 있다. 이러한 깊게 형성된 기공들은 상기 표면에 근접한 다공성 층의 제거 결과, 예를들면 에칭장치내의 석영 글라스 부품의 정해진 사용도중에, 혹은 에칭이나 샌드 블라스팅에 의한 침적층들의 제거도중에 상기 표면에 바로 인접한 개방기공들로 된다. 따라서, 상기 개방형 기공들로서 특징지워지는 표면 미세구조는 상기 기포층이 제거되지 않는 한 변화되지 않거나, 매우 적게 영향을 받는다.

이는 내측면의 항상 일정한 거칠기(time-constant roughness)를 유지시키도록 하고 석영 글라스 부품의 긴 사용수명에 기여한다.

상기 기포층은 기질(substrate)상에 형성된다. 따라서, 이는 거친 영역내에서 석영 글라스 부품의 벽두께의 단지 일부분만을 형성한다. 따라서, 상기 부품은 적어도 서로 다른 석영 글라스 질의 2개층을 포함하며, 상기 "질(quality)"이란 용어는 여기서 각각의 석영 글라스의 화학적, 물리적 혹은 광학적 특성들의 총합을 의미한다. 상기 부품의 일부분만을 포함하는 기포층이 예를들면, 물질층들의 부착에 관련하여 최적화되어질수 있으며, 한편으로 상기 기질은 전도(transmission), 기계적인 안정성 혹은 제조비용과 같은 그밖의 특성들에 관련하여 여러가지 유익한 점을 갖을수 있다.

이하에서, "반응기"란 용어는 가열, 기화, 용해, 승화등과 같은 화학적 반응혹은 물리적 공정이 부분적으로 혹은 완전하게 일어나는 반응 용기를 의미한다. 상 기 석영 글라스 부품은 예를들면, 반응기 하우징용 커버나 혹은 반응기 하우징 그자체로서 사용될수 있다. 이러한 하우징은 예를들면, 벨(bells), 튜브 혹은 보울(bowls)등과 같은 여러 가지 형태로 알려져 있다.

상기 다공성 기포층의 평균 두께는 바람직하게는 0.5mm 내지 5mm사이이며, 비다공성 혹은 저 다공성 석영 글라스내에 묻혀진다(imbedded). 상기 다공성 기포층은 큰 비표면적(specific surface)으로서 특징지워진다. 이는 상대적으로 가볍게 스퍼터링되어(sputtered) 상기 기포층의 측방향 팽창이 필요한 한계치를 초과하지 않는다. 기포층은 상기 부품의 사용도중에 가장 큰 침적이 예상되는 내표면의 영역내에만 제공된다. 상기 내표면 넘어서는 비다공성 혹은 저다공성으로 이루어질수 있다. 석영 글라스는 만일 기포 밀도가 0.003/cm³을 초과하지 않으면 저밀도라고 간주되고, 여기서 10㎛보다 적은 평균직경의 기포들은 고려하지 않는다. 상기 기포층의 두께는 부품내에서 변화될수 있다. 예를들면, 보다 큰 제거가 이루어지는 영역내에서 보다 두꺼울수 있고, 상기 영역의 가장자리로 향할수록 점차적으로 얇아진다. 그 기포함유에 기인하여, 상기 기포층은 저광학 전도로서도 특징지워질수 있음으로서, 보다 두꺼운 기포층들은 반응기내의 투사복사선(incident radiation)이 차단되어야만 하는 영역이나, 혹은 반응기로 부터의 광학복사선의 분산이 감소되어야 할 영역에 유용하게 사용될수 있다.

상기 기포층을 비다공성 혹은 저다공성 석영 글라스내에 묻어둠으로서 상기 자유단 층 모서리의 형성을 회피할수 있다. 상기 자유단 층 모서리들은 침적층들의 부착을 감소시키거나, 오염원으로 될 수 있다. 상기 기포층의 측방모서리들은 비다 공성 혹은 저다공성 석영 글라스의 영역내로 연속적인 천이(transition)를 이룰수 있다.

본 발명에 따른 석영 글라스 부품의 특별히 바람직한 실시예에서, 제거영역내의 내표면은 고순도 석영 글라스의 투명층(a transparent layer)으로서 형성된다. 이는 반응기 챔버내에서 플라즈마의 세기와 위치에 따라서 상기 석영 글라스 부품의 내표면의 제거가 어느 하나의 제거영역에서 발생할수 있기 때문이다. 석영 글라스내에 함유된 불순물에 기인하여 제거작동이 반응기 내측의 오염을 초래할수 있다. 본 발명에 따르면, 고순도의 석영 글라스의 투명층이 제거영역내에 제공된다. 상기 투명층은 비다공성이며 투명하고; 이는 완전하게 유리화된 석영글라스로 이루어진다. 이는 제거에 저항하는 작은 비표면적으로서 특징지워진다. 그리고, 고순도의 석영 글라스는 가능한한 적은 오염물이 반응기 챔버내로 방출되도록 하는 것이다. 고순도의 석영 글라스는 특별히 인조 석영 글라스로서 이루어질수 있다. 이는 상대적으로 고가이지만, 상기 투명층은 상기 내표면의 일부만을 형성하기 때문에, 그 제조비용은 저가로 유지될수 있다.

이는 특별히, 평균 두께 0.5mm 내지 5mm를 갖고, 저순도의 석영 글라스내에 묻혀진 투명층에 해당된다. 상기 투명층은 저순도의 석영 글라스를 덮으며, 동시에 가장자리에서 상기 저순도 석영 글라스의 영역으로 천이된다. 따라서, 자유단 모서리들과 그로부터 발생되는 상기 설명한 불리함이 회피되어질수 있다. 상기 투명층의 균일한 두께는 필요하지 않는다.

본 발명에 따른 석영 글라스 부품의 특별한 이익은 변화하는 응력을 받는 내 표면의 영역, 즉 한편은 상기 거친영역과, 다른 한편은 제거영역이 그들의 화학적, 광학적 혹은 형태적(morphological) 특성내의 각각의 응력에 대하여 조정된다는 점이다.

특별히 바람직한 기포층은 평균 기공체적이 적어도 3%, 바람직하게는 적어도 5%인 것으로 알려졌다. 이러한 3%의 체적미만에서는, 기포층의 영향이 미약한 것이고, 특히 부착이 문제가 된다.

기포층은 상기 기공의 평균직경이 50㎛ 내지 150㎛사이에서 물질 피복제의 부착에 관련하여 유용한 것으로 판명되었다. 매우 적은 직경을 갖는 기공들은 이와 관련하여 무시될수 있음으로서 상기 기공의 평균 직경을 설정하기 위하여 10㎛미만의 직경을 갖는 것들은 고려되지 않는다.

적어도 30 기공/mm²의 기포층의 평균 기공밀도를 갖는 석영 글라스 부품의 실시예는 상기 물질층들의 특별히 높은 부착작용에 의해서 특징지워진다.

방법과 관련되는 한, 상기 설명된 목적은 서두에서 설명된 방법 단계 a) 와 b)에 근거하여 달성될수 있고, 여기서, c) 블랭크의 내표면의 형성도중에, 가스를 방출하면서 유리화 도중에 반응하는 부가적인 조성물이 상기 거친 영역내의 입자상에 부가되며, 그리고 d) 상기 가스를 방출함으로서, 다공성 기포층이 거친 영역내에 형성된다.

본 발명에 따른 상기 공정에서, 상기 블랭크의 내표면의 거친 영역의 형성도중에, 상기 입자의 유리화 도중에 가스를 방출하는 부가적인 조성물이 상기 기포층 이 형성되는 때에, SiO₂ - 함유 입자에 부가된다. 상기 거친 영역내의 내표면은 상기 공정에 의해서 특별하게 변경된다. 상기 기포층의 두께와 팽창은 부가적인 조성물의 량과 국부적인 배분에 의해서 한정된다.

상기 내표면의 형성도중에, 블랭크는 유리와 되어야할 아직 다공성 물체이거나 석영 글라스 물체일수 있다. 상기 설명한 방법 단계들 a)와 b)들은 동시에 혹은 연속적으로 실행될수 있다. 상기 내표면의 형성도중에 부가적인 조성물의 특정한 국부적인 배분은 당업계의 숙련되 자에게는 아무런 문제도 아니다. 따라서, 다수의 방식이 예를들면, 주입, 전개(spreading), 피복등이 알려져 있다. 특히, 소위 주조기술에서는, 부가적인 조성물을 함유하는 SiO₂ 입자가 주형으로 주입도중에 전기 아크에 의해서 연한되고, 동시에 상기 전기 아크에 의해서 생성된 가스흐름에 의해서 상기 내측벽으로 추진되어 부착된다.

부가적인 조성물을 상기 SiO₂ 입자에 부가하는 방법은 본 발명에서 그렇게 중요하지는 않다. 예를들면, 이것은 혼합이나 도핑(doping)에 의해서 부가될수 있다. 그리고, 상기 부가적인 조성물로 포화된, 혹은 피복된 SiO₂를 사용할수 있다. 중요한 점은 상기 부가적인 조성물이 1,500℃ 내지 2,000℃사이의 통상적인 유리화 온도에서 가스를 방출한다는 것이다. 상기 가스는 예를들면, 부가적인 조성물의 분해 혹은 화학적반응에 기인하여 형성된다. 유리화 도중에, 상기 거친 영역내의 연한 내표면은 가스의 방출에 의해서 기포화된다.

상기 기포함유량은 방출된 가스의 체적에 따라서, 그리고 유리화 도중의 석 영 글라스의 점도(viscosity)에 의존한다. 이는 재생가능한 방식으로 상기 부가적인 조성물의 타입과 량에 의해서, 그리고 유리화 온도에 의해서 조정가능하다. 상기 기포량은 침적영역내의 후속적인 내표면 거칠기를 거의 결정하기 때문에, 그것 역시 재생가능한 방식으로 쉽게 조정되고 유지된다.

상기 내표면의 유리화 후, 기포층의 표면은 원만하게 될 수 있다. 이는 폐쇄된 기공들을 보이게 하고, 개방된 기공들이 거의 없도록 한 상태를 의미한다. 그러나, 거친 영역을 거칠게 하기 위한 내표면의 추가적인 조치가 반드시 요구되는 것은 아니다. 이는 상기 석영 글라스 부품의 후속적인 사용도중에 내표면이 상기 부품의 소제도중에 혹은 그 사용도중에 마모에 필연적으로 노출되어서 상기 기포층의 폐쇄된 기공들을 개방시키고, 필요한 표면거칠기를 얻기 때문이다. 상기 기포층의 폐쇄된 원만한 표면은, 예를들면 상기 부품 혹은 그 블랭크의 이동도중에 쉽게 오염되지 않고, 또한 더욱 쉽게 소제될수 있는등의 유익한 점을 갖는다.

통상적으로, 필요한 표면거칠기는 제조도중에 이미 형성된다. 어떤 경우에는, 상기 기포층 표면 근방의 기공들이 거친면을 형성하기 위하여 개구(open)된다. 상기 기공을 개방시키기 위하여, 기포층 표면이 제거된다. 이를 위하여 연마, 샌드블라스팅 혹은 에칭등의 알려진 단계들이 적합할수 있다. 그리고, 상기 표면의 거칠기는 근본적으로 상기 기공밀도 및 크기에 의존한다. 상기 설명한 바와 같이, 상기 기포층의 기포함유량은 필요에 따라서 재생적으로 조정되어질수 있다는 것이다. 제거되어야할 상기 층의 두께는 적은 것이어서 예를들면 에칭에 의한 상기 기공의 개방도중에, 상기 거친 영역내의 내표면의 결과적인 거칠기는 상기 내표면에 가해 진 손상과 서로 병행하지 않는다. 따라서, 거친 그러나 손상입지 않고 높은 부착잠재성을 갖는 내표면이 얻어지는 것이고, 이는 특정 문제들을 일으키지 않는다. 따라서, 상기 최초에 설명된 바와 같은 샌드 블라스팅된 내표면의 불리한 점들이 회피된다.

그러나, 특별하게 바람직한 것은 상기 기공들의 개구부가 에칭에 의해서 이루어지는 방식이다. 따라서 상기 내표면의 손상이 회피된다.

다르게는, 상기 기공들의 개방작동은 석영 글라스 입자들을 사용하는 샌드 블라스팅에 의해서 유익하게 이루어질수 있다. 석영 글라스 입자들은 샌드 블라스트 입자들에 비교하여, 예를들면 SiC에 비교하여 상대적으로 연질이다. 따라서, 상기 내표면은 단지 조금만 변화된다. 보다 연한 입자의 사용이 가능하며, 이는 상기 샌드 블라스팅이 상대적으로 큰 제거정도를 필요로 하는 표면의 거칠기를 형성하기 위하여 의도된 것이 아니라, 단지 상기 기포층의 기공들을 개방시키기 위해서 상대적으로 적은 제거정도이면 충분한 것이기 때문이다.

부가적인 조성물로서 Si₃N₄ 의 사용은 특별히 유익한 것으로 판명되었다. Si₃N₄ 는 산소 함유 분위기내에서 상기 SiO₂ 입자의 유리화 도중에 산화될수 있으며, 동시에 질소와 SiO₂를 함유한 가스를 생성한다. 상기 석영 글라스 부품의 유용성을 감소시키는 반도체 독(poisons)들은 생성되지 않는다. 이와 관련하여 석영 글라스내에 함유된 상기 Si₃N₄ 조차도 문제를 발생시키지 않는다.

특별히 유익한 공정내에서, 고순도의 SiO₂ 입자가 방법 단계 a)에 따라서 블 랭크의 내표면의 형성 도중에 제거영역내에 사용되고, 상기 입자들은 방법단계 b)에 따라서 유리화 도중에 투명층으로 유리화된다. 상기 제거 영역의 작용효과와 구성에 관련해서는, 본 발명에 따른 부품에 관련하여 상기에서 논의된 동일한 설명을 참조하면 된다.

고순도의 석영 글라스 입자는 단지 제거영역내에서만 사용되고, 보다 저가의 입자들은 그밖의 장소에 사용가능하다. 고순도의 SiO₂ 입자는 인조 SiO₂ 로부터 제조된 입자들인 것이다.

상기 석영 글라스 부품은 플랜지를 형성함으로서 그리고 가능하게는 거친영역을 거칠게 가공함으로서 완성된다. 따라서 본 발명에 따른 방법은 석영 글라스 부품의 내표면의 그 화학적 조성 및 형태에 관련하여 서로 다른 영역들을 형성하는 것이 가능하며, 그들의 다양한 응력 레벨과 기능에 관련하여 그들을 최적화하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 부품은 플라즈마 에칭장치의 반응기 챔버로서 사용되기에 특별히 적합한 것으로 판명되었다.

이하, 본 발명을 실시예와 참조도면들을 통하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 부품의 제 1실시예를 도시한 것으로 석영 글라스 벨형상의 개략적인 단면도;

도 2는 본 발명에 따른 벨의 다른 실시예를 도시한 개략 단면도;

도 3은 본 발명에 따른 부품의 다른 실시예를 도시한 것으로 가열 파이프 형 상의 개략 단면도; 그리고

도 4는 기포층의 주사전자현미경 영상을 도시한 것이다.

도 1은 돔(dome)형상의 베이스 몸체 1를 포함하는 석영 글라스 벨을 도시하고 있으며, 여기서 돔 커버는 참조부호 2로 측벽은 부호 3으로 도시되어 있다. 돔커버 2와 측벽 3사이의 천이(transition) 지점은 유동적(fluid) 이다. 베이스 몸체 1의 자유단 모서리에는 플랜지 4가 제공되어 있다. 베이스 몸체 1와 플랜지 4는 자연적으로 발생하는 석영 원료 물질로부터 용해된 불투명의 석영 글라스로 이루어진다.

상기 베이스 몸체 1의 내벽은 다공성 층으로, 이하 HMBL(high micro bubble layer) 층 5이라함, 그리고 투명 석영 글라스층 6으로 피복된다. 상기 HMBL 층 5은 전체 돔 커버 2 및 측벽 3의 대부분을 덮는다. 상기 측벽 3의 하부영역에서는 상기 HMBL 층 5이 석영 글라스층 6으로 천이된다. 상기 층 5,6들은 대략 4mm 두께이다.

상기 HMBL 층 5의 표면 구조는 도 4의 주사전자현미경의 영상내에서 보여질수 있다. 상기 HMBL 층 5은 100㎛보다 적은 기공직경을 갖는 다수의 개방형 미세기공 31들을 포함한다. 평균 기공 직경은 대략 50㎛이다. 대략 20㎛ 및 그 이상의 직경을 갖는 상대적으로 큰 개방형 미세기공 31들의 단위 표면당 밀도는 대략 mm² 당 500이다. 상기 미세 기공 31들은 그 위에 침적되어지는 물질의 부착점들을 형성하며, 그들은 내측면의 거칠기에도 기여한다. 그리고, 도 4에 도시된 표면은 석영 글라스 입자를 사용하는 샌드 블라스팅에 의해서 거친면 가공이 되었으며, 그리고 부착된 모든 입자들을 제거하기 위하여 후속적으로 간략하게 에칭처리되었다. 평균 표면 거칠기 R_a 는 독일 공산품 표준규격(DIN) 4768에 따라서 측정된 결과, 11㎛이다.

상기 표면은 그 위에 침적되는 층들의 견고한 부착을 보장한다. 상기 표면에 근접하여 손상된 층들로부터 발생하는 입자 문제들은 발견되지 않았다. 도시된 바와 같이 상기 표면구조는 침적가능한 층의 40%의 증가를 허용하였다. 특히, 180㎛의 두께를 갖는 물질층의 견고한 부착이 달성되었으며, 하지만 종전에는 최대 층두께가 대략 125㎛이었다.

따라서, 물질층들의 상기 HMBL 층 5에 매우 양호하게 부착한다. 도 1에 도시된 본 실시예에서 상기 HMBL 층 5이 상기 측벽의 하부를 제외하고는 상기 벨의 전체 내표면위로 연장하기 때문에, 도시된 상기 석영 글라스 벨은 물질의 침적이 상기 반응기 챔버의 전체 내부공간내에서 발생하는 응용예에 특히 적합한 것이다. 이는 예를들면, CVD 침적장치내의 경우이다.

제 2도에 도시된 개략적인 구조는 본 발명에 따른 부품의 부가적인 실시예를 도시한 것으로서 석영 글라스 벨형태의 측면도이다. 상기 석영 글라스벨은 회전되는 대칭형이며, 단지 그 회전축까지의 단면만 도 2에 도시되어 있다.

베이스 몸체 7는 돔 커버 9로 천이하는 측벽 8을 포함한다. 상기 베이스 몸체 7의 자유단 모서리는 대략 40cm의 내경을 갖는 플랜지 10가 제공된다. 베이스 몸체 7와 플랜지 10는 자연적으로 얻어지는 석영물질로부터 용해된 불투명 석영 글라스로 이루어진다.

돔 커버 9의 영역내에서, 상기 베이스 몸체 7의 내측에는 대략 2mm 두께를 갖고, 그리고 만일 플랜지 10의 평면 15으로 돌출된다면 대략 30cm의 내경을 갖는 HMBL 층 11이 제공된다. 상기 HMBL 층 11의 형태는 도 4에 도시된 바와 같은 표면구조의 것과 일치하며; 참조부호가 상기 제공된 데이터에 부여되어 있다.

상기 HMBL 층 11은 플랜지 10의 평면 15으로 향하여 돌출한 링 형상의 층으로 에워싸이며, 상기 층은 이하에서 투명층 13이라고 한다. 상기 투명층 13은 고순도의 투명 인조 석영 글라스로 이루어지고, 대략 2mm의 두께를 갖는다. 상기 투명층의 폭은 대략 10cm이다.

상기 투명층 13은 차례로 상기 투명층 13으로부터 석영 글라스 벨의 하단 모서리로 향하여 연장하는 또 하나의 석영 글라스층 14으로 천이한다.

도 2에 도시된 석영 글라스 벨의 실시예에서, 상기 HMBL 층 11은 상기 벨의 예정된 사용도중에 물질 침적이 예상되는 거친 영역을 덮는다. 다른 한편의 상기 투명층 13은 벨의 벽 물질이 제거될것으로 예상되는 상기 석영 글라스 벨의 제거 영역을 덮는다. 상기 투명층 13이 고순도의 인조 석영 글라스로 이루어지기 때문에, 이러한 제거는 반응기 공간의 오염에 관한 한 위해하지 않은 것이다.

따라서, 도 2에 따른 석영 글라스 벨은 거친 영역내의 물질층의 침적과 석영 글라스 벨의 물질 제거영역내의 물질 제거가 동시적으로 이루어지는, 그리고 후자의 영역이 상기 전자의 영역으로부터 공간적으로 분리된 응용예에 특별히 적합하다. 이는 예를들면, 반도체 웨이퍼의 소제를 위한 플라즈마 에칭장치인 경우이다.

이하, 도 2에 도시된 석영 글라스 벨의 제조방법의 일례에 관하여 상세히 설명한다.

상기 석영 글라스 벨용 프리폼(preform)이 공지된 주조기술에 의해서 제작된 다. 이를 위하여, 금속 용해용 몰드에 먼저 석영 모래가 채워지고, 상기 몰드의 수직축을 중심으로 한 회전하에서, 상기 모래는 대략 20mm의 층 두께를 갖는 입자상 외부층으로 성형된다. 따라서 상기와 같이 제조된 외부층은 전기아크에 의해서 내측으로부터 가열되고, 공정내에서 소결되어(sintered) 불투명의 석영 글라스를 형성한다.

중량으로 0.08%의 비율로 Si₃N₄ 가 첨가된 석영 모래가 상기 돔 커버 9의 영역내에서 상기 외부층의 소결도중에 몰드내에 주입된다. 상기 전기 아크에 의해서 생성된 가스흐름(stream)은 분말 혼합체를 돔 커버 9의 방향으로 추진시켜 상기 혼합체가 상기 HMBL 층 11을 형성하면서 용해하도록 한다. 동시에, 상기 HMBL 층 11내의 미세 기공들은 Si₃N₄와 산소의 반응에 기인하여 그리고 그에 일치한 가스의 방출에 기인하여 형성된다.

그리고, 고순도의 인조 석영 글라스 입자가 Si₃N₄ 석영 모래대신에 주입되며 동시에 전기 아크가 용해 몰드로부터 상부측으로 서서히 상승된다. 상기 투명층 13은 상기 설명된 공정에 따라서, 측벽 8의 제거영역내에서 이러한 단계도중에 형성된다.

전기 아크가 상기 외부층의 가장자리 영역에 도달하자마자, 석영 모래가 상기 고순도의 인조 석영글라스 입자대신에 다시 주입되고, 상기 석영모래가 석영 글라스층 14을 형성한다.

상기 프리폼이 냉가된후, 상기 HMBL 층 11주위의 침적영역은 샌드 블라스팅 에 의해서 다시 거친가공이 이루어지고, 간략한 에칭에 의해서 소제되며, 그에 의하여 도 4에 도시된 바와 같은 개방형 미세 기공들을 갖는 표면구조가 생성된다.

상대적으로 연질의 석영글라스 입자가 샌드 블라스팅에 사용되어 상기 표면이 최소한으로 손상받게 된다. 그리고, 플랜지 10가 상기 석영 글라스 벨을 완성시키기 위하여 용융 형성된다.

도 3에 도시된 부품은 수직으로 위치된 가열 파이프 16이며, 그를 통하여 상기 석영 글라스 입자가 이동되고 대략 1,500℃정도의 고온으로 가열된다. SiO₂는 상기 공정내에서 증기화되고, 상기 파이프의 내측벽의 냉각기 지점에서 승화물로서 응축한다.

상기 가열 파이프 16는 내측에 상기 HMBL 층 18이 전체적으로 제공된 석영 글라스 파이프 17를 포함한다. 대략 4mm의 두께를 가진 상기 HMBL 층 18은 상기 승화물에 대한 높은 부착 잠재성을 갖는 것으로 특징지워지며, 따라서 상기 가열 파이프 16의 내측벽으로부터 승화 입자의 탈락을 방지한다. 상기 HMBL 층 11의 형태는 도 4에 도시된 표면구조에 일치하며; 참조부호가 상기 제공된 데이터에 부여되어있다.

석영 글라스 파이프 17는 공지된 회전 용해 공정에 의해서 제작되며, 여기서 SiO₂ 입자는 그 세로축을 중심으로 회전하는 수평으로 위치된 몰드에 첨가되며, 상기 입자들은 몰드내에서 용해된다. 상기 석영 글라스 파이프 17는 회전에 의해서 상기 몰드의 내측벽상에 형성된다. 그리고, 아직 고온상태의 석영 글라스 파이프 17의 내측벽은 그 전체길이와 원주에 걸쳐서 석영 글라스 모래로서 피복되며, 상기 모래는 중량으로 Si₃N₄ 0.08% 그리고 중량으로 SiC 0.02% 혼합된 것이었다. 내측면이 피복된 상기 석영 글라스 파이프는 그 세로축을 중심으로 회전되면서 산화 분위기내에서 1,600℃의 온도로 가열된다. 상기 내측 피복제의 분말 혼합체는 상기 다공성 HMBL 층 18의 형성을 초래하는 가스상의 카본과 질소 화합물을 방출하면서 용해한다.

따라서 상기와 같이 제작된 블랭크의 냉각후, 상기 침적영역, 여기서는 전체 HMBL 층 18이 에칭에 의해서 더욱 거칠게 되고 소제된다.

본 발명에 따른 부품은 플라즈마 에칭장치의 반응기 챔버로서 사용되기에 특별히 적합한 것이다.

Claims (15)

1. 제 1석영 글라스 질로 이루어지고, 반응기 내부의 내측으로 마주하는 내표면을 갖추며, 상기 내표면은 적어도 하나의 거친 영역내에, 1㎛이상의 평균 거칠기 깊이 R_a를 갖는 기질 몸체를 포함하는 반응기 챔버용 석영 글라스 부품에 있어서,

   상기 거친 영역내에 개방형 기공(31)을 갖는 HMBL 층(5,11,18)이 제공되고, 상기 층은 베이스 몸체(1, 7) 와 석영 글라스 파이프(17)상에 형성되며, 제 2석영 글라스 질로서 이루어짐을 특징으로 하는 석영 글라스 부품.
2. 제 1항에 있어서, 상기 HMBL 층(5,11,18)의 두께는 0.5㎜ 내지 5㎜사이이고, 비 다공성 혹은 저 다공성 석영 글라스내에 묻혀진 것임을 특징으로 하는 석영 글라스 부품.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내표면은 고순도 석영 글라스로 이루어진 투명층(13)으로 어느 한 제거영역내에 형성됨을 특징으로 하는 석영 글라스 부품.
4. 제 3항에 있어서, 상기 투명층(13)은 저순도 석영 글라스내에 묻혀있음을 특징으로 하는 석영 글라스 부품.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 HMBL 층의 기공 체적은 적어도 3%, 바람직하게는 적어도 5%임을 특징으로 하는 석영 글라스 부품.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 HMBL 층 내의 기공의 평균 직경은 50㎛ 내지 150㎛ 이고, 10㎛미만의 직경을 갖는 기공들은 상기 평균 직경의 계산내에 산입되지 않음을 특징으로 하는 석영 글라스 부품.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 HMBL 층 내의 평균 기공 밀도는 적어도 30 기공/㎟ 임을 특징으로 하는 석영 글라스 부품.
8. 반응기 하우징용, 특히 플라즈마 에칭장치의 반응기 챔버용으로 사용되고,

   a) SiO₂를 포함하는 입자로부터 블랭크를 형성하는 단계,

   b) 1,000℃이상의 온도로 가열함으로서 상기 블랭크의 부분적 혹은 완전한 유리화를 이루는 단계를 포함하는 석영 글라스 부품의 제조방법에 있어서,

   c) 상기 블랭크의 형성도중에, 거친영역내의 상기 입자에 상기 유리화도중에 가스를 방출하는 동안 반응하는 부가적인 조성물을 첨가하는 단계,

   d) HMBL 층(5,11,18)이 상기 가스의 방출에 기인하여 거친 영역내에 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 석영 글라스 부품의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 블랭크는 상기 거친 영역내에서 상기 표면에 인접한 개방형 미세 기공(31)들의 HMBL 층(5,11,18)의 개방에 의해서 거칠게 되어짐을 특징으로 하는 석영 글라스 부품의 제조방법.
10. 제 8항 또는 제9항에 있어서, 상기 개방형 미세 기공(31)들의 개방은 에칭에 의해서 달성되어짐을 특징으로 하는 석영 글라스 부품의 제조방법.
11. 제 8항 또는 9항에 있어서, 상기 개방형 미세 기공(31)들의 개방은 석영 글라스 입자를 사용하는 샌드 블라스팅에 의해서 이루어짐을 특징으로 하는 석영 글라스 부품의 제조방법.
12. 제 8항 또는 제9항에 있어서, 상기 부가적인 조성물로서 Si₃N₄ 가 사용되어짐을 특징으로 하는 석영 글라스 부품의 제조방법.
13. 제 8항 또는 제9항에 있어서, 방법 단계 a)에 따른 상기 블랭크의 내표면 형성도중에 일정 제거영역내에서, 방법 단계 b)에 따른 유리화 도중에 투명층(13)으로 유리화하는 고순도의 SiO₂ 입자가 사용되어짐을 특징으로 하는 석영 글라스 부품의 제조방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 고순도의 입자는 인조 SiO₂ 로 이루어진 것이 사용 되어짐을 특징으로 하는 석영 글라스 부품의 제조방법.
15. 플라즈마 에칭장치의 반응기 챔버로서 사용되어지는 제 1항 또는 제 2항에 따른 석영 글라스 부품.

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