KR102084235B1 - 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막 - Google Patents

투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 내부에 기공이 없거나 극히 작고 또한 나노 구조를 가져 광 투과율이 높을 뿐만 아니라 경도 및 접합 강도가 높아 표시 장치의 투명 윈도우를 보호할 수 있는 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 이송 가스 공급부로부터 이송 가스를 공급받고, 분말 공급부로부터 YF3 분말을 공급받아, 상기 YF3 분말을 에어로졸 상태로 이송하는 단계; 및 상기 에어로졸 상태로 이송된 YF3 분말을 공정 챔버 내의 기재에 충돌 및 파쇄시켜, 상기 기재에 YF3 투명 불소계 박막을 형성하는 단계로 이루어진 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막을 개시한다.

Description

투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막{Forming method of fluorinated transparent film and fluorinated transparent film thereof}
본 발명의 일 실시예는 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막에 관한 것이다.
표시 장치는, 일반적으로, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display: OLED), 전계 효과 표시 장치(Field Effect Display: FED) 및 전기 영동 표시 장치(eletrophoretic display device) 등을 포함한다. 또한, 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 모듈과 표시 모듈을 보호하는 투명 윈도우(transparent window)를 포함한다.
한편, 반도체 및/또는 표시 장치의 제조 공정에서 매우 높은 에칭률과 정교한 선폭을 위해, 염소계 또는 불소계의 높은 부식성을 가진 가스가 사용되고 있다. 이러한 혹독한 환경 속에서 사용되는 제조 공정 장비는 가동의 이점과 사용 기간의 연장을 위해 공정 장비의 표면에 플라즈마 및 부식 가스에 대한 저항성이 높은 보호 박막을 포함한다.
대한민국 공개특허공보 10-2014-0126824(2014.11.03) 대한민국 등록특허공보 10-1322783(2013.10.29)
본 발명의 일 실시예는 기공률이 극히 작고(또는 충진율이 극히 높고) 또한 나노 구조를 가져 광 투과율이 높을 뿐만 아니라 경도 및 접합 강도가 높아 표시 장치의 투명 윈도우를 보호할 수 있는 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 높은 경도로 인해 부식성 가스 및 고속 충돌 이온 입자에 대하여 높은 에칭 저항성을 갖고, 이에 따라 에칭 공정 중 반도체/디스플레이 부품을 보호할 수 있는 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 보호 박막을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막의 형성 방법은 이송 가스 공급부로부터 이송 가스를 공급받고, 분말 공급부로부터 YF3 분말을 공급받아, 상기 YF3 분말을 에어로졸 상태로 이송하는 단계; 및 상기 에어로졸 상태로 이송된 상기 YF3 분말을 공정 챔버 내의 기재에 충돌 및 파쇄시켜, 상기 기재에 YF3 투명 불소계 박막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 분말 공급부로부터 공급되는 YF3 분말은 1000 ℃ 이하의 온도로 전처리될 수 있다.
상기 YF3 투명 불소계 박막의 두께가 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛일 경우, 가시광선에 대한 상기 YF3 투명 불소계 박막의 광 투과율은 75 % 이상 일 수 있다.
상기 YF3 투명 불소계 박막은 산소(O)를 포함하지 않을 수 있다.
상기 YF3 투명 불소계 박막은 기공률이 0.01 % ~ 0.1 %이고, 경도가 8 GPa 이하이며, 내전압 특성은 50 ~ 150 V/㎛일 수 있다.
상기 기재는 표시 장치의 투명 윈도우 또는 플라즈마 환경에 노출되는 부품일 수 있다. 상기 투명 윈도우는 글래스 기판, 플라스틱 기판, 사파이어 기판 또는 쿼츠 기판이고, 상기 부품은 반도체 또는 표시 장치 제조용 공정 챔버의 내부 부품일 수 있다. 상기 부품은 정전 척(electro static chuck), 히터(heater), 챔버 라이너(chamber liner), 샤워 헤드(shower head), CVD(Chemical Vapor Deposition)용 보트(boat), 포커스링(focus ring), 월 라이너(wall liner), 쉴드(shield), 콜드 패드(cold pad), 소스 헤드(source head), 아우터 라이너(outer liner), 디포지션 쉴드(deposition shiled), 어퍼 라이너(upper liner), 배출 플레이트(exhaust plate), 엣지링(edge ring) 및 마스크 프레임(mask frame) 중에서 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 또한 상술한 방법으로 형성된 투명 불소계 박막으로서, 상기 YF3 투명 불소계 박막의 두께가 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛일 경우, 가시광선에 대한 상기 YF3 투명 불소계 박막의 광 투과율은 75 %인 투명 불소계 박막을 개시한다.
본 발명은 기공률이 극히 작고(또는 충진율이 극히 높고) 또한 나노 구조를 가져 광 투과율이 높을 뿐만 아니라 경도 및 접합 강도가 높아 표시 장치의 투명 윈도우를 보호할 수 있는 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 박막은 기공률이 대략 0.01 % ~ 0.1 %이고, 광 투과율이 대략 75 % 이상이며(박막의 두께가 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛ 기준), 경도가 대략 8 GPa인 투명 윈도우의 투명 보호막으로 충분히 이용될 수 있다.
본 발명은 높은 경도로 인해 부식성 가스 및 고속 충돌 이온 입자에 대하여 높은 에칭 저항성을 갖고, 에칭 공정 중 반도체/디스플레이 부품을 보호할 수 있는 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 보호 박막을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 박막은 고밀도 플라즈마 에칭 환경에서 높은 경도를 갖기 때문에, 반도체/디스플레이 부품과 같은 플라즈마 에칭 공정 환경에 노출되는 부품의 보호막으로 충분히 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막은 내전압 특성이 대략 50 ~ 150 V/㎛로서, 이는 반도체/디스플레이 부품의 제조 공정 중 요구되는 내전압 범위를 충분히 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막 형성을 위한 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막 형성 방법을 도시한 순서도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막을 도시한 평면도, 단면도 및 평면 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 YF3 분말의 전처리 이후 상분석 결과를 도시한 X-선 회절 패턴을 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 전처리한 YF3 분말을 이용한 YF3 투명 불소계 박막의 파장별 광 투과율과, 두께별 광 투과율을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 YF3 투명 불소계 박막의 EDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 이용된 YF3 분말을 도시한 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막 형성을 위한 YF3 분말의 물성 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막의 경도 특성을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막 형성을 위한 장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막 형성 방법을 도시한 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 YF3 투명 불소계 박막 형성 장치(200)는 이송 가스 공급부(210), YF3 분말(YF3 powder)을 보관 및 공급하는 분말 공급부(220), 분말 공급부(220)로부터 YF3 분말을 이송 가스를 이용하여 에어로졸(aerosol) 상태로 고속으로 이송하는 이송관(222), 이송관(222)으로부터의 YF3 분말을 기재(231)에 코팅/적층 또는 스프레잉하는 노즐(232), 노즐(232)로부터의 YF3 분말이 기재(231)의 표면에 충돌 및 파쇄되도록 함으로써, 일정 두께의 YF3 투명 불소계 박막이 형성되도록 하는 공정 챔버(230)를 포함한다. 여기서, 에어로졸이란 이송 가스 내에 입경 범위가 대략 0.1 ㎛ ~ 10 ㎛인 YF3 분말이 분산된 것을 의미한다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하여, 본 발명에 따른 YF3 투명 불소계 박막 형성 방법을 설명한다.
이송 가스 공급부(210)에 저장된 이송 가스는 산소, 헬륨, 질소, 아르곤, 이산화탄소, 수소 및 그 등가물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물일 수 있지만, 본 발명에서 이송 가스의 종류가 한정되지 않는다. 이송 가스는 이송 가스 공급부(210)로부터 파이프(211)를 통해 분말 공급부(220)로 직접 공급되며, 유량 조절기(250)에 의해 그 유량 및 압력이 조절될 수 있다.
분말 공급부(220)는 다량의 YF3 분말을 보관 및 공급하는데, 이러한 YF3 분말은 상술한 이송 가스 공급부(210)의 이송 가스에 의해 에어로졸 상태로 되어 이송관(222) 및 노즐(232)을 통해 공정 챔버(230)에 구비된 기재(232)에 공급된다.
공정 챔버(230)는 YF3 투명 불소계 박막 형성 중에 진공 상태를 유지하며, 이를 위해 진공 유닛(240)이 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 공정 챔버(230)의 압력은 대략 1 파스칼 ~ 800 파스칼이고, 고속 이송관(222)에 의해 이송되는 YF3 분말의 압력은 대략 500 파스칼 ~ 2000 파스칼일 수 있다. 다만, 어떠한 경우에도, 공정 챔버(230)의 압력에 비해 고속 이송관(222)의 압력이 높아야 한다.
더불어, 공정 챔버(230)의 내부 온도 범위는 대략 0 ℃ ~ 30 ℃로 유지되며, 따라서 별도로 공정 챔버(230)의 내부 온도를 증가시키거나 감소시키기 위한 부재가 없어도 좋다. 즉, 이송 가스 또는/및 기재가 별도로 가열되지 않고, 0 ℃ ~ 30 ℃의 온도로 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 표시 장치의 윈도우에 대한 투명 보호막 형성 시, 기재가 열적으로 충격을 받지 않게 된다.
그러나, 경우에 따라 YF3 투명 불소계 박막의 증착 효율 및 치밀도 향상을 위해, 이송 가스 또는/및 기재가 대략 30 ℃ ~ 1000 ℃의 온도로 가열될 수도 있다. 즉, 별도의 도시되지 않은 히터에 의해 이송 가스 공급부(210) 내의 이송 가스가 가열되거나, 또는 별도의 도시되지 않은 히터에 의해 공정 챔버(230) 내의 기재(231)가 가열될 수 있다. 이러한 이송 가스 또는/및 기재의 가열에 의해 YF3 투명 불소계 박막 형성 시 YF3 분말에 가해지는 스트레스가 감소함으로써, 기공률이 작고 치밀한 YF3 투명 불소계 박막이 얻어진다. 여기서, 이송 가스 또는/및 기재가 대략 1000 ℃의 온도보다 높을 경우, YF3 분말이 용융되면서 급격한 상전이를 일으키고, 이에 따라 YF3 투명 불소계 박막의 기공률이 높아지고(충진률이 낮아지고) YF3 투명 불소계 박막의 내부 구조가 불안정해질 수 있다.
그러나, 본 발명에서 이러한 온도 범위를 한정하는 것은 아니며, 박막이 형성될 기재의 특성에 따라 이송 가스, 기재 및/또는 공정 챔버의 내부 온도 범위는 0 ℃ ~ 1000 ℃ 사이에서 조정될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 표시 장치의 윈도우를 코팅하기 위해서는 대략 0 ℃ ~ 30 ℃의 공정 온도가 제공될 수 있고, 반도체/디스플레이 공정 장비를 코팅하기 위해서는 대략 0 ℃ ~ 1000 ℃의 공정 온도가 제공될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 공정 챔버(230)와 고속 이송관(222)(또는 이송 가스 공급부(210) 또는 분말 공급부(220)) 사이의 압력 차이는 대략 1.5배 ~ 2000배 일 수 있다. 압력 차이가 대략 1.5배보다 작을 경우 YF3 분말의 고속 이송이 어려울 수 있고, 압력 차이가 대략 2000배보다 클 경우 YF3 분말에 의해 오히려 기재의 표면이 과도하게 에칭될 수 있다.
이러한 공정 챔버(230)와 이송관(222)의 압력 차이에 따라, 분말 공급부(220)로부터의 YF3 분말은 이송관(222)을 통해 분사하는 동시에, 고속으로 공정 챔버(230)에 전달된다.
또한, 공정 챔버(230) 내에는 이송관(222)에 연결된 노즐(232)이 구비되어,대략 100 ~ 500m/s의 속도로 YF3 분말을 기재(231)에 충돌시킨다. 즉, 노즐(232)을 통한 YF3 분말은 이송 중 얻은 운동 에너지와 고속 충돌 시 발생하는 충돌 에너지에 의해 파쇄 및/또는 분쇄되면서 기재(231)의 표면에 일정 두께의 YF3 투명 불소계 박막을 형성하게 된다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막을 도시한 평면도, 단면도 및 평면 사진이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 YF3 투명 불소계 박막은 표면 마이크로 크랙이 발견되지 않았으며, 또한 0.01 % ~ 0.1 %의 기공률을 보였다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이 YF3 투명 불소계 박막은 광 투과율이 높음으로써 표시 장치의 윈도우에 보호막으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
여기서, 기공률은 절단된 YF3 투명 불소계 박막을 주사전자현미경으로 촬영하고, 촬영된 영상을 영상 처리 소프트웨어로 처리함으로써, YF3 투명 불소계 박막의 기공률을 계산하였다. 또한, 상술한 바와 같이 YF3 투명 불소계 박막의 기공률이 0.01 % ~ 0.1 %의 값을 가짐으로써, 역으로 YF3 투명 불소계 박막의 충진율은 99.90 % ~ 99.99 %임을 알 수 있다. 한편, YF3 투명 불소계 박막의 광 투과율에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 YF3 분말의 전처리(열처리) 이후 상분석 결과를 도시한 X-선 회절 패턴을 도시한 그래프이다. 여기서, X축은 2θ(degree)이고, Y축은 강도(세기)(intensity(a.u.))이다.
도 4에 도시된 바와 같이, YF3 분말은 원재료일 때의 강도에 비교하여, 600℃, 700℃, 800℃, 600℃ + 800℃ 및 900℃로 전처리(열처리)한 이후의 강도(세기)가 상대적으로 커짐을 확인할 수 있다. 즉, 열처리 온도가 증가함에 따라 강도값이 약간씩 상승한다. 그러나, 2θ는 전처리(열처리) 전후에 있어서, 상호간 거의 동일하다.
이와 같이 하여, YF3 분말은 대략 900℃ 이하에서 전처리(열처리)한 이후에도 물성 변화가 거의 없고, 또한 이러한 YF3 분말을 이용하여 상술한 바와 같은 공정 조건으로 YF3 투명 불소계 박막을 형성하였을 때, 본 발명에서 원하는 광 투과율을 얻을 수 있었다.
한편, 열처리 공정 분위기는 산소 또는 공기 분위기에서 가능하며, 질소, 아르곤 등의 분위기 열처리도 무방하다. 본 발명에서는 공기 중에서 전처리를 진행하였으며, 열처리의 승온 조건은 5℃/min, 300℃ ~ 900℃의 온도까지, 대략 2시간 동안 진행하였고, 냉각조건은 열처리 장비에서 자연 냉각을 진행하였다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 전처리한 YF3 분말을 이용한 YF3 투명 불소계 박막의 파장별 광 투과율과, 두께별 광 투과율을 도시한 그래프이다.
도 5a에서 X축은 파장(nm) 범위이고, Y축은 광 투과율( %)이다. 또한 도 5b에서 X축은 불소계 투명 피막의 두께(㎛) 범위이고, Y축은 광 투과율( %)이다.
YF3 투명 불소계 박막은 두께가 대략 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛일 경우, 가시광선(380nm ~ 780nm)에 대한 YF3 투명 불소계 박막의 광 투과율이 대략 75 % 이상으로 관찰되었다.
일례로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상술한 방법으로 전처리가 수행된 YF3 분말을 이용하여 형성한 YF3 투명 불소계 박막은 두께가 대략 5 ㎛일 경우, 가시광선(380 nm ~ 780 nm)에 대한 YF3 투명 불소계 박막의 광 투과율이 대략 80 % ~ 90 %로, 두께가 대략 12 ㎛일 경우 광 투과율이 대략 75 % ~ 85 %로 관찰되었다. 따라서, 본 발명에 따른 YF3 투명 불소계 박막은 표시 장치의 투명 윈도우 보호막으로 충분히 이용 가능함을 알 수 있다.
한편, 전처리가 수행되지 않은 YF3 분말(원재료)을 이용하였을 경우, YF3 투명 불소계 박막 자체가 형성되지 않음으로써, 본 발명에 따른 박막과 광 투과율의 차이를 비교할 수 없었다. 즉, 열처리가 수행되지 않은 YF3 분말에 의해서는 기판 위에 일정 두께의 박박 자체가 형성되지 않았고, 따라서 광 투과율 자체를 비교할 수 없었다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 YF3 투명 불소계 박막의 EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 형성된 YF3 투명 불소계 박막은 불소(F)와 이트륨(Y)만이 검출됨으로써, 산소(O)가 전혀 검출되지 않음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 YF3 투명 불소계 박막이 산소(O)를 전혀 포함하지 않음으로써, 광 투과율이 개선될 뿐만 아니라 강도 및 접합 강도가 향상되고, 기공률은 낮아지는 것으로 판단된다.
여기서, YF3 분말을 이용하여 박막 제작 후 강도를 더욱 향상시키기 위해 산소 또는 공기 열처리를 통해 산소 불화(Oxy-Fluoride) 처리를 할 수 있으나, 이러한 경우 미량의 산소(EDS 분석 결과 중량비 4:39)가 확산되는 것으로 확인되었다. 즉, 이러한 산소 불화 처리를 수행할 경우 YF3 박막이 아닌 이트륨산화불소(Y6O5F8, Yttrium Oxide Fluoride) 박막이 형성되며, 이는 기계적 특성을 향상시키기는 하나, 고온 열처리 공정(500 ~ 1000 ℃)으로 인해 광 투과성 기판(글래스, 쿼츠, 플라스틱 기판)에 적용하기 어려우며, 특히 박막 내부의 산소로 인해 광 투과율이 현저히 낮아지는 결과를 갖게 된다.
아래의 표 1은 전처리한 YF3 분말을 이용한 YF3 투명 불소계 박막의 여러가지 물성을 비교한 표이다.
전처리(O) 전처리(X)
경도 5 GPa~ 8 GPa 박막이 형성되지 않음
기공률 0.01 ~ 1.0 %
내전압 50 ~ 150 V/㎛
표 1에 기재된 바와 같이, 전처리한 YF3 분말을 이용한 YF3 투명 불소계 박막의 경도는 5 ~ 8 Gpa이고, 전처리한 YF3 분말을 이용한 YF3 투명 불소계 박막의 기공률은 0.01 ~ 0.1 %이며, 전처리한 YF3 분말을 이용한 YF3 투명 불소계 박막의 내전압은 50 ~ 150 V/㎛였다. 반면, 전처리하지 않은 YF3 분말의 경우 박막 자체가 형성되지 않기 때문에, 경도, 기공률 및 내전압의 데이터를 얻을 수 없었다.
이와 같이 본 발명은 YF3 투명 불소계 박막의 경도, 기공률 및 내전압 특성이 모두 우수하고, 이에 따라 YF3 투명 불소계 박막이 표시 장치의 투명 윈도우 보호막, 그리고 플라즈마 환경에 노출되는 반도체/표시 장치의 부품 보호막으로 이용될 수 있음을 알 수 있다.
여기서, 경도는 다이아몬드 사각뿔로 YF3 투명 불소계 박막을 눌러서 생긴 자국으로 측정하고, 기공률은 YF3 투명 불소계 박막을 절단하여 전자 현미경으로 촬영하여 이미지를 얻고, 이러한 이미지를 영상 처리 소프트웨어가 설치된 컴퓨터로 분석하여 측정하며, 내전압은 YF3 투명 불소계 박막 위에 두개의 전극을 설치하여 측정한다. 이러한 여러가지 측정 방법은 당업자에게 이미 주지된 내용이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 YF3 투명 불소계 박막이 형성되는 기재는 상술한 바와 같이, 표시 장치의 투명 윈도우 또는 플라즈마 환경에 노출되는 부품일 수 있다. 특히, 투명 윈도우는 글래스 기판, 플라스틱 기판, 사파이어 기판 또는 쿼츠 기판일 수 있으며, 부품은 반도체 또는 표시 장치 제조용 공정 챔버의 내부 부품일 수 있다. 특히, 본 발명은 투명 윈도우가 글래스 기판이나 플라스틱 기판일 경우, YF3 투명 보호막을 저온(0℃ ~ 30℃)에서 형성할 수 있으므로, 상술한 글래스 기판이나 플라스틱 기판의 손상 현상을 방지할 수 있다.
여기서, 플라스틱 기판은 대략 140°C 정도의 Tg(연화점, glass transition temperature)와 대략 340°C 정도의 Tm(녹는점, melting temperature)을 갖는 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PEEK(Polyetheretherketon) 등의 열가소성 세미결정성 플라스틱(thermoplastic semicrystalline polymer)을 포함할 수 있다. 또한, 플라스틱 기판은 상술한 세미결정성 플라스틱보다 Tg가 높고, Tm을 보이지 않는 대략 150°C의 Tg를 갖는 PC, 220°C의 Tg를 갖는 PES 등의 열가소성 무정형(amorphous) 플라스틱을 포함할 수 있다. 또한, 플라스틱 기판은 상대적으로 높은 내열성을 가진 PI(Polyimide), polyarylate, PAR 등으로 제조된 것일 수 있다.
더불어, 플라즈마 환경에 노출되는 부품은 정전 척(electro static chuck), 히터(heater), 챔버 라이너(chamber liner), 샤워 헤드(shower head), CVD(Chemical Vapor Deposition)용 보트(boat), 포커스링(focus ring), 월 라이너(wall liner), 쉴드(shield), 콜드 패드(cold pad), 소스 헤드(source head), 아우터 라이너(outer liner), 디포지션 쉴드(deposition shiled), 어퍼 라이너(upper liner), 배출 플레이트(exhaust plate), 엣지링(edge ring), 마스크 프레임(mask frame) 및 그 등가물 중에서 어느 하나일 수 있다. 그러나, 본 발명에서 이러한 박막이 형성되는 기재 또는 부품을 한정하는 것은 아니다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 이용된 YF3 분말을 도시한 현미경 사진이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, YF3 분말은 대략 0.1 ㎛ ~ 10 ㎛, 바람직하기로 대략 0.1 ㎛ ~ 3 ㎛일 수 있다. 더불어, YF3 분말은 대략 침상, 구상 등의 형태일 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막 형성을 위한 YF3 분말의 물성 특성을 도시한 그래프이다.
도 8에서 X축은 YF3의 비율(즉, 0은 YF3 100 Mol % 및 Y2O3 0 Mol %라는 의미이고, 7은 YF3 93 Mol % 및 Y2O3 7 Mol %라는 의미이다)이고, Y축은 대기중의 온도(℃)이다. 여기서, 주의 깊게 볼 부분은 YF3 100 Mol %인 경우로서, 도시된 바와 같이 대기 온도 1050 ℃까지는 산소와의 혼합 반응없이 단일상으로 존재함을 볼 수 있다. 즉, 대기 온도 1050 ℃까지는 YF3 분말이 분해되거나, 상전이되거나 또는 산소와 혼합되지 않는다. 따라서, 본 발명에서는 YF3 분말이 대략 1050 ℃까지 전처리(열처리)될 수 있다. 참고로, YF3 분말이 대략 1050 ℃ 내지 1150 ℃에서 열처리될 경우, YF3 분말이 산소를 포함하며 상전이를 일으키게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 불소계 박막의 경도 특성을 도시한 그래프이다.
도 9에서, X축은 다이아몬드 사각뿔로 눌린 YF3 투명 박막의 깊이(nm)이고, Y축은 다이아몬드 사각뿔에 의해 눌려지는 힘(μN)이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 사각뿔이 대략 0 ~ 5000 μN의 힘으로 YF3 투명 박막을 누르면, YF3 투명 박막에는 대략 0 ~ 175 nm의 깊이를 갖는 요홈이 형성되고, 다시 다이아몬드 사각뿔이 대략 5000 ~ 0 μN의 힘으로 YF3 투명 박막으로부터 분리되면, YF3 투명 박막에는 대략 175 ~ 110nm의 깊이를 갖는 요홈이 형성되었다.
이러한 특성 그래프의 데이터를 이용하여 YF3 투명 불소계 박막의 경도를 계산하면 대략 7.5 GPa의 경도값이 얻어진다. 따라서, 본 발명에서는 YF3 투명 불소계 박막의 경도가 대략 8 GPa 이하로 얻어짐을 확인할 수 있다.
여기서, 다이아몬드 사각뿔이 YF3 투명 박막으로부터 분리된 이후에도, YF3 투명 박막에 대략 110nm의 깊이를 갖는 요홈이 남은 이유는, YF3 투명 박막이 소성 변형된 것임을 의미한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 투명 불소계 박막의 형성 방법 및 이에 따른 투명 불소계 박막을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
110; 기재 120; YF3 투명 불소계 박막

Claims (11)

  1. 이송 가스 공급부로부터 이송 가스를 공급받고, 분말 공급부로부터 YF3 분말을 공급받아, 상기 YF3 분말을 에어로졸 상태로 이송하는 단계; 및
    상기 에어로졸 상태로 이송된 상기 YF3 분말을 진공 챔버 내의 기재에 충돌 및 파쇄시켜, 상기 기재에 YF3 투명 불소계 박막을 형성하는 단계만을 포함함을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 공급부로부터 공급되는 YF3 분말은 1000 ℃ 이하의 온도로 전처리된 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 YF3 투명 불소계 박막의 두께가 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛일 경우,
    가시광선에 대한 상기 YF3 투명 불소계 박막의 광 투과율은 75 % 이상인 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 YF3 투명 불소계 박막은 산소(O)를 포함하지 않음을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 YF3 투명 불소계 박막은 기공률이 0.01 % ~ 0.1 %이고, 경도가 8 GPa 이하이며, 내전압 특성이 50 V/㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 표시 장치의 투명 윈도우 또는 플라즈마 환경에 노출되는 부품인 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투명 윈도우는 글래스 기판, 플라스틱 기판, 사파이어 기판 또는 쿼츠 기판이고,
    상기 부품은 반도체 또는 표시 장치 제조용 공정 챔버의 내부 부품인 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부품은 정전 척(electro static chuck), 히터(heater), 챔버 라이너(chamber liner), 샤워 헤드(shower head), CVD(Chemical Vapor Deposition)용 보트(boat), 포커스링(focus ring), 월 라이너(wall liner), 쉴드(shield), 콜드 패드(cold pad), 소스 헤드(source head), 아우터 라이너(outer liner), 디포지션 쉴드(deposition shiled), 어퍼 라이너(upper liner), 배출 플레이트(exhaust plate), 엣지링(edge ring) 및 마스크 프레임(mask frame) 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막의 형성 방법.
  9. 제 1 항에 기재된 방법으로 형성된 투명 불소계 박막으로서,
    상기 YF3 투명 불소계 박막의 두께가 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛일 경우, 가시광선에 대한 상기 YF3 투명 불소계 박막의 광 투과율은 75 % 이상인 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 YF3 투명 불소계 박막은 산소(O)를 포함하지 않음을 특징으로 하는 투명 불소계 박막.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 YF3 투명 불소계 박막은 기공률이 0.01 % ~ 0.1 %이고, 경도가 8 GPa 이하이며, 내전압 특성이 50 V/㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 투명 불소계 박막.
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