KR100909448B1 - 코팅성능 평가장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코팅성능장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 제조에 사용되는 정밀기계 부품의 코팅성능을 측정하는 장치로 하나의 장치를 이용하여 플라즈마와 화학기체에 대한 내식평가와 온도영향평가 및 플라즈마 공정시 파티클의 발생 평가를 각각 수행할 수 있도록 하였다. 특히, 트레이에 다수의 시편을 안치하여 각 평가를 수행함으로 동일한 조건에서 동시에 측정이 이루어져 측정오차를 줄일 수 있는 코팅성능장치에 관한 것이다.
본 발명의 코팅성능 평가장치는, 반도체 제조에 사용되는 정밀기계 부품의 코팅성능을 평가하는 장치에 있어서, 중공부를 갖는 챔버와; 상기 챔버의 하부면에 설치되고, 산성을 띠는 부식용액을 담지하는 화학용기와; 상기 챔버의 중단에 설치되고, 내면에 관통공이 형성되어 하부의 부식가스가 트레이 상부에 안치된 시편 코팅면인 저면에 접촉되도록 하는 트레이와; 상기 챔버의 상부에 설치되는 플라즈마발생장치와; 상기 챔버에 열을 가하는 가온수단;를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 트레이는 다수의 관통공이 형성되어 다수의 시편을 동시에 시험하도록 하며, 상기 트레이의 관통공은 상부측에 단턱이 형성되도록 하여 상기 단턱에 시편을 안시키며 평면상으로 이동되는 것을 방지하도록 한다.
코팅성능, 평가장치, 플라즈마, 화학기체, 부식, 온도
Description
본 발명은 코팅성능장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 제조에 사용되는 정밀기계 부품의 코팅성능을 측정하는 장치로 하나의 장치를 이용하여 플라즈마와 화학기체에 대한 내식평가와 온도영향평가 및 플라즈마 공정시 파티클의 발생 평가를 각각 수행할 수 있도록 하였다. 특히, 트레이에 다수의 시편을 안치하여 각 평가를 수행함으로 동일한 조건에서 동시에 측정이 이루어져 측정오차를 줄일 수 있는 코팅성능장치에 관한 것이다.
일반적으로 CVD/ALD, PVD, Etcher등 반도체제조 핵심장비에 장착되는 부품은 이온, 전자, 및 활성종으로 이루어진 고에너지의 반응성이 높은 플라즈마 환경, 부식성이 높은 화학기체 환경, 고온 환경 등의 극한 상황에서 사용되고 있어 부식문제와 파티클 발생문제가 심각하다. 한편 장비의 내부 부품의 많은 부분이 소모품이며, 주기적으로 교체되어 사용되고 있다. 건식식각 장비 또한 증착 장비 등과 같이 반도체 공정장비의 대부분은 수입에 의존하고 있는 형편이며 일부 장비업체에서 국산화에 성공한 장비가 사용되기도 하고 있다. 공정장비의 내부소모품의 가격 또한 무시 못할 정도이기 때문에 내부부품을 국산화하려는 노력이 있어 왔다. 내부 부품을 국산화할 경우 현장의 공정장비에서 특성평가를 할 수 있는 형편도 아니고 부품의 특성평가를 따로 지원해주는 기관이 없기 때문에 국산화를 하더라도 현장의 장비에 직접 투입하기에는 현실적으로 불가능하다고 볼 수 있다. 따라서 내부부품의 국산화를 촉진하고 효율적인 현장적용을 위해서는 실제 공정환경과 유사한 환경에서 부품의 특성평가를 지원할 수 있는 체제가 구축되어야 한다.
한편 반도체장비 금속소재의 부품에는 이러한 내플라즈마, 내화학특성 등을 위해 후막 코팅을 주로 하고 있다. 이러한 코팅은 현재 에노다이징(양극산화피막법:Anodizing) 및 플라즈마 용사(Plasma spray coating) 방식으로 많이 사용하고 있다. 상기 에노다이징법은 알루미늄 부품을 전해액에서 양극으로 하고 통전하면 양극에서 발생하는 산소에 의해서 알루미늄이 산화되어 산화 알루미늄 Al2O3 의 피막을 형성하는 방식이며, 플라즈마 용사 코팅 방식은 4000 ~ 5000℃ 이상의 초고온에서 세라믹 파우더를 녹여서 코팅을 함으로 인해 부착력이 약하고, 밀도가 낮고, 융점의 차이에서 비롯된 복합재 코팅이 어렵고, 비산화물 코팅이 안된다는 단점이 있어 최근에는 Cold spray 코팅법을 이용, 저온에서 코팅하는 방법도 개발되었다.
하지만 이 방법은 온도변화에 따른 부착력 저하 문제가 존재하지 않아 코팅제품의 수명이 길고, 공정 특성에 맞는 표면상태를 제공함으로써 반도체나 LCD생산 공정 중에서 발생할 수 있는 입자에 의한 오염을 감소시킬 뿐 아니라, 사용되는 부품 중에서 손상된 부분에 대한 재코팅이 가능함에 따라 고가의 반도체 제조용 장비 부품을 폐기하지 않고 다시 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
한편 코팅 관련 잠재 시장으로는 국내에서만 2000억원, 세계적으로는 국내시장의 약 10배 이상이라고 예상되고 근래에는 기존의 에노다이징을 대체하여 세라믹코팅 방식의 시장이 커지고 있다.
한편 코팅은 위에서 밝힌 바와 같이 각 제품에 적합한 여러종류의 공정 및 재료가 사용되고 있다. 같은 CVD나 건식식각 공정이라 하더라도 사용공정에 따라 화학가스, 온도 , 플라즈마 타입 등이 다르기 때문에 각기 다른 특성을 보이고 있다. 따라서, 반도체 코팅부품 소재부품의 공정영향에 따른 성능평가를 정확히 하기 위한 평가방법이 개발되어야 한다. 물론 현재에도 이러한 코팅재료를 평가하기 위한 부식방법 및 장치가 있으나, 반도체 공정영향을 종합적으로 평가할 수 있는 장 치는 아직 개발되지 않아 현장에서 이들 소재를 사용할 때 많은 애로점이 있다.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 코팅성능 평가장치는,
반도체 제조에 사용되는 정밀기계 부품의 코팅성능을 평가하는 장치에 있어서, 중공부를 갖는 챔버와; 상기 챔버의 하부면에 설치되고, 산성을 띠는 부식용액을 담지하는 화학용기와; 상기 챔버의 중단에 설치되고, 내면에 관통공이 형성되어 상부에 안치된 시편의 코팅면인 저면이 하부의 부식가스에 노출되도록 하는 트레이와; 상기 챔버의 상부에 설치되는 플라즈마발생장치와; 상기 챔버에 열을 가하는 가온수단;를 포함하여 구성된다.
상기 트레이는 다수의 관통공이 형성되어 다수의 시편을 동시에 시험하도록 하며, 상기 트레이의 관통공은 상부측에 단턱이 형성되도록 하여 상기 단턱에 시편을 안치시켜 평면상으로 이동되는 것을 방지하도록 한다.
또한, 상기 가온수단는 챔버의 외주면에 다수의 열선이 권취되어 이루어지거나, 챔버를 내포하는 항온조로 이루어질 수 있으며, 상기 장치에 펌프를 더 장착하여 챔버 내부의 부식가스를 흡입하여 외부로 배출하도록 할 수 있고, 상기 챔버 내에는 시편에 가해지는 온도를 측정하기 위한 온도계가 더 설치될 수 있다.
이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 코팅성능 평가장치는,
반도체 제조에 사용되는 정밀기계 부품의 코팅성능 중 플라즈마 영향에 따른 내식평가와, 화학기체인 부식가스에 의한 내식평가, 온도 따른 내식평가, 플라즈마공정시 파티클발생평가 등을 하나의 장치로 측정할 수 있도록 함으로써 각 평가방법에 따라 다수의 기기를 구입하는 시설비용을 절감시켰으며, 화학기체에 의한 내식평가시에는 평가시간이 지나면 즉시 챔버내부의 부식가스를 제거하도록 함과 동시에 가압판에 의해 부식가스 제거를 위한 펌핑작업으로 시편이 유동되는 것을 방지하도록 하는 등 시편에 대한 정확한 측정이 가능한 유용한 평가장치의 제공이 가능하게 뙨 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 반도체 제조에 사용되는 정밀기계 부품의 코팅성능 평가장치(10)는, 도 1을 참조한 바와같이 중공부를 갖는 챔버(20)와; 상기 챔버의 하부면에 설치되고, 산성을 띠는 부식용액을 담지하는 화학용기(30)와; 상기 챔버의 중단에 설치되고, 내면에 관통공(41)이 형성되어 상부에 안치된 시편(90)의 코팅면인 저면이 하부의 부식가스에 노출되도록 하는 트레이(40)와; 상기 챔버의 상부에 설치되는 플라즈마발생장치(50)와; 상기 챔버에 열을 가하는 가온수단(60);를 포함하여 구성된다.
상기 챔버(20)는 기체의 흐름을 방해하지 않는 원통체로 형성하여 하부의 화 학용기(30)로부터 증발되는 부식가스가 챔버내부에서 균일한 농도로 분포되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 화학용기(30)는 산성용액을 담지하도록 하여 증발에 의해 챔버(20)내부에 부식가스가 충전되도록 하는 것으로, 도시된 바와같이 화학용기(30)의 설치높이를 높게 하여 시편(90)과의 거리를 좁히도록 할 수 있다. 그러나 상기 화학용기가 시편과의 거리가 과도하게 짧을 경우 증발되는 부식가스가 일측방향에 위치하는 시편에 과도하게 공급되어 시편에 대한 정확한 평가가 힘듬으로 일정거리 이상 이격되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 산성용액의 증발이 용이하게 이루어지도록 화학용기(30)의 하부에 가열기를 더 설치하여 열을 가하도록 할 수 있다.
또한 상기 챔버(20)의 중단에 설치되는 트레이(40)는 챔버와 일체로 형성될 수 있으며, 내측에 관통공(41)이 형성되어 상기 관통공의 상부면에 시편(90)이 안치되도록 한다. 따라서, 상기 관통공(41)은 시편의 면적보다 작은 크기로 형성하여 시편 안치시 시편이 관통공으로 빠지는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하며, 이 때 안치되는 시편(90)은 코팅된 면이 하부를 향하도록 안치하여 코팅된 면이 관통공을 통해 부식가스에 노출되도록 한다.
상기 트레이(40)는 도 2a에 도시된 바와같이 내부면에 다수의 관통공(41)이 형성되어 다량의 시편을 동일한 조건에서 동시에 평가할 수 있다. 즉, 일반 코팅된 부품의 시편과 성능이 향상된 코팅이 이루어진 부품의 시편을 동시에 다수 안치시켜 측정함으로써 두 시편을 비교평가할 수 있게 한 것이다.
이 때 상기 트레이(40)에는 도 2b를 참조한 바와같이 시편(90)을 정위치에 안치시키도록 관통공(41)에 단턱(411)이 형성되도록 할 수 있다. 상기 관통공(41)은 상부를 시편이 안치될 수 있도록 넓게 형성하고, 하부는 상대적으로 작은 단면을 갖도록 하여 상부에 시편을 안치시켜 고정시킨 후 작은단면을 갖는 하부관통공을 통해 부식가스에 시편의 하부면을 노출시키게 한다. 좀더 상세히 설명하면, 관통공의 상부면에 시편을 안착시키기 위한 안착홈(단턱)을 형성하여 시편이 외부충격이나 후술되는 펌핑에 의한 기체흐름으로 수평방향으로 이동되는 것을 방지하도록 한다.
또한, 상기 트레이(40)에는 도 3a 내지 도 3c를 참조한 바와같이 외주연에 다수의 걸림편(42)을 형성하고, 상기 트레이에 형성된 걸림편과 대면하는 챔버(20)에는 걸림홈(21)을 형성하여 걸림편이 내설되도록 하여 평면상에서 트레이(40)가 회동되는 것을 방지하도록 할 수 있다. 여기서 상기 걸림편은 걸림편을 고정시키기 위한 걸림홈에 의해 챔버가 관통되는 것을 방지할 수 있는 범위로 돌출형성하는 것이 바람직하며, 상기 걸림편은 하나 또는 등각으로 배열된 다수개로 형성하여 고정이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 도 3d에 도시된 바와같이 상기 걸림편(42)의 상부에는 가압판(43)을 설치하여 트레이 상부에 안치된 시편을 가압하도록 함으로써 상술한 바와같이 외부충격이나 펌핑에 의해 발생되는 기체흐름에 의해 시편이 상부로 요동되는 것을 방지하도록 한다. 이 때 상기 가압판은 도시된 바와같이 트레이와 유사하게 걸림편이 형성되도록 하거나 원판 또는 메쉬의 형태를 갖도록 할 수 있다.
다음으로 상기 챔버(20)에는 도 4a에 도시된 바와같이 펌프(70)를 장착하여 챔버내부의 부식가스를 흡입하여 외부로 배출하도록 할 수 있다. 이와같이 부식가스를 흡입하여 외부로 배출하는 것은 시편(90)이 부식가스에 노출되는 시간을 정확하게 하기 위한 것으로, 정해놓은 시간이 종료되면 펌프를 구동하여 챔버 내부의 부식가스를 흡입해 외부로 배출함으로써 원하는 시간동안에만 시편에 노출되도록 한다. 아울러 도 4b에 도시된 바와같이 상기 펌프(70)와 연통된 관체의 관로상에는 파티클측정장치(71)를 장착하여 챔버(20)에서 플라즈마 영향 내식평가 때에 플라즈마 반응에 의해 코팅층에서 발생된 파티클을 회수하여 평가하도록 할 수 있다. 이 때 상기 시편(90)의 코팅면은 플라즈마발생장치(50)를 향하도록 상부를 향하게 안치시켜 플라즈마 반응을 시행하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 4c를 참조한 바와같이 파티클의 회수가 용이하도록 펌프(70)의 흡입관(721)을 트레이(40) 상부에 연통시켜 상부에서 발생된 파티클을 회수하도록 하는 것이 바람직하며, 더 나아가는 부식가스의 흡입관(721)과 파티클 회수관(711)을 별도로 구성하여 밸브(72)에 의해 흡입관 또는 회수관을 선택하여 펌핑이 이루어지도록 할 수 있다. 그리고, 상기 피티클 회수시 펌핑에 의한 시편이 이동되는 것을 방지하기 위해 상기 시편의 상부에는 가압판(43)을 설치하여 시편(90)을 고정시키며, 상기 가압판(43)에는 트레이와 동일하게 단턱(432)을 갖는 관통공(431)이 형성되어 시편을 고정시키되 코팅면인 상부면이 플라즈마발생장치(50)에 노출되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 챔버(20)에는 가온수단(60)이 더 설치되어 온도영향에 대한 평가를 할 수 있다. 상기 가온수단으로는 도 5를 참조한 바와같이 챔버(20)의 외주면에 다수의 열선(61)을 권취하여 고열이 발생되도록 하거나, 도 6에 도시된 바와같이 챔버(20)를 내포하는 항온조(62)로 이루어질 수 있다.
이 때 상기 챔버(20)의 내부에는 온도를 측정하기 위한 온도계(80)가 설치되며, 대표적으로는 열전쌍 라인의 일단을 챔버내부에 위치하도록 하고 타단을 온도계에 연결되도록 함으로써 챔버내부의 온도를 즉시 측정하도록 하고, 이와는 별도로 제어부를 설치하여 온도계(80)와 가온수단(60)을 연계시킴으로써 사용자가 필요한 온도를 설정하면 이에 따라 가온수단이 설정된 온도로 가열되도록 할 수 있다.
그리고 도 7에 도시된 바와같이 상기 항온조(62) 내부에 설치된 챔버(20)의 상단에는 트레이(40)가 설치되어 내부의 부식가스가 트레이에 안착된 시편(90)과 반응하도록 할 수 있다. 이 때 상기 트레이는 챔버(20)에 볼트결합하여 견고한 결합이 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 장치에는 펌프(70)를 더 장착하여 챔버내부에 충전되어 있는 부식가스를 외부의 포집실로 배출하도록 하여 항온조(62) 오픈시 부식가스가 외부로 직접 배출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 펌프의 흡입관(721)에는 밸브(72)를 장착하여 필요시 작동되도록 하고, 상기 밸브(72)는 솔레노이드밸브로 구성하여 제어부에서 자동으로 작동이 이루어지도록 할 수 있다. 또한 장치에 설치되는 온도계(80)는 열전쌍으로 형성하여 일단이 항온조에 위치하도록 하고 타단은 온도계에 연결되어 전달되는 온도를 측정하도록 한다.
이와같이 구성되는 코팅성능평가장치(10)는 다수의 시편에 동일한 조건으로 화학기체 영향에 의한 내식평가와, 플라즈마 영향에 의한 내식평가 및 온도에 의한 영향 평가를 각각 수행할 수 있도록 하는 다기능 평가장치를 제공한다.
한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시일예에 따른 코팅성능평가장치를 도시한 개략도.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 트레이를 도시한 평면도 및 부분단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 트레이의 다른 형태를 도시한 단면도.
도 3b와 도 3c는 도 3a의 트레이를 챔버에 장착한 상태를 도시한 단면도.
도 3d는 시편을 안치한 트레이의 상부에 설치되는 가압판을 도시한 평면도.
도 4a와 도 4b는 챔버에 펌프와 파티클측정장치가 더 장착된 상태를 도시한 개략단면도.
도 4c는 파티클측정장치와 연통된 회수관의 다른 배관상태를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 가온수단으로 열선이 적용된 상태를 도시한 개략단면도.
도 6은 본 발명의 가온수단으로 항온조가 적용된 상태를 도시한 개략단면도.
도 7은 항온조 내부의 챔버 상단에 트레이가 설치된 평가장치의 배관상태를 도시한 개략단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 코팅성능 평가장치 20 :챔버
21 : 걸림홈 30 : 화학용기
40 : 트레이 41,431 : 관통공
42 : 걸림편 43 : 가압판
50 : 플라즈마발생장치 60 : 가온수단
61 : 열선 62 : 항온조
70 : 펌프 71 : 파티클측정장치
72 : 밸브 80 : 온도계
90 : 시편 411,432 : 단턱
711 : 회수관 721 : 흡입관
*미도시부호 : 60
Claims (11)
- 반도체 제조에 사용되는 정밀기계 부품의 코팅성능을 평가하는 장치에 있어서,중공부를 갖는 챔버(20)와;상기 챔버의 하부면에 설치되고, 산성을 띠는 부식용액을 담지하는 화학용기(30)와;상기 챔버의 중단에 설치되고, 내면에 관통공(41)이 형성되어 상부에 안치된 시편(90)의 코팅면인 저면이 하부의 부식가스에 노출되도록 하는 트레이(40)와;상기 챔버의 상부에 설치되는 플라즈마발생장치(50)와;상기 챔버에 열을 가하는 가온수단(60);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제1항에 있어서,상기 트레이(40)는 다수의 관통공(41)이 형성되어 다수의 시편(90)을 동시에 시험하도록 한 것을 특징으로하는 코팅성능 평가장치.
- 제2항에 있어서,상기 트레이(40)의 관통공(41)에 단턱(411)이 형성되도록 하여 상기 단턱에 시편(90)을 안치시켜 평면상으로 이동되는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제2항에 있어서,상기 트레이(40)에는 외주연에 다수의 걸림편(42)을 형성하고, 상기 트레이에 형성된 걸림편과 대면하는 챔버(20)에는 걸림홈(21)을 형성하여 걸림편이 내설되도록 하여 평면상에서 트레이가 회동되는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 트레이(40)의 상부에는 가압판(43)을 설치하여 트레이 상부에 안치된 시편(90)을 가압하여 고정시키도록 한 것을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제1항에 있어서,상기 장치에는 펌프(70)를 더 장착하여 챔버(20) 내부의 부식가스를 흡입하여 외부로 배출하도록 한 것을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제6항에 있어서,상기 펌프(70)의 관로상에 파티클측정장치(71)를 장착하여 플라즈마 공정시 파티클의 발생을 평가하도록 한 것을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제1항에 있어서,상기 가온수단(60)은 챔버(20)의 외주면에 다수의 열선(61)이 권취되어 이루어짐을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제1항에 있어서,상기 가온수단(60)은 챔버(20)를 내포하는 항온조(62)로 이루어짐을 특징으로하는 코팅성능 평가장치.
- 제9항에 있어서,상기 챔버(20) 내에는 시편(90)에 가해지는 온도를 측정하기 위한 온도계(80)가 설치되는 것을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
- 제9항에 있어서,상기 챔버(20)의 상부에 트레이(40)가 설치되어 안치된 시편(90)의 하부면이 챔버내부의 부식가스에 노출되도록 하고, 챔버(20)에는 펌프(70)와 연통된 흡입관(721)을 삽설시켜 내부의 부식가스를 외부로 배출하도록 하고, 상기 항온조(62)에는 온도계(80)를 더 설치하여 온도를 측정하도록 한 것을 특징으로 하는 코팅성능 평가장치.
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| KR19980071010A (ko) * | 1997-01-24 | 1998-10-26 | 조셉 제이 스위니 | 높은 온도, 부식 및 플라즈마 환경에서의 세척 처리 방법 및장치 |
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