KR102161704B1 - 부품 불화 장치 및 방법 - Google Patents

부품 불화 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102161704B1
KR102161704B1 KR1020200008138A KR20200008138A KR102161704B1 KR 102161704 B1 KR102161704 B1 KR 102161704B1 KR 1020200008138 A KR1020200008138 A KR 1020200008138A KR 20200008138 A KR20200008138 A KR 20200008138A KR 102161704 B1 KR102161704 B1 KR 102161704B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
sample
metal electrode
plasma
plasma jet
Prior art date
Application number
KR1020200008138A
Other languages
English (en)
Inventor
한승희
한승주
서민
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020200008138A priority Critical patent/KR102161704B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102161704B1 publication Critical patent/KR102161704B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles

Abstract

본 발명은 절연체에 의해 표면이 절연된 금속 전극봉의 외주면과 상기 금속 전극봉과 동축으로 설치되고 외주면이 전기적으로 접지된 부도체 세리막관의 내주면 사이에 형성되고 길이방향으로 연장되며 하단에 플라즈마 제트 토출구가 형성된 환형의 플라즈마 반응 공간을 갖는 플라즈마 제트 헤드 모듈; 상기 금속 전극봉에 고주파 전원을 인가하며, 임피던스 정합을 수행하는 고주파 매칭 박스를 통해 상기 금속 전극봉에 연결된 고주파 전원 장치; 상기 플라즈마 반응 공간에 불소 함유 반응성 가스를 포함하는 사용 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 플라즈마 제트 토출구 하단으로 구비되며 시료가 배치되는 시료 지지대를 포함하는 부품 불화 장치 및 상기 장치에 의해 수행되는 부품 불화 방법에 대해 개시한다.

Description

부품 불화 장치 및 방법{apparatus and method for fluorination of components}
본 발명은 부품 불화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 프로세싱 챔버 부품 등과 같이 가혹한 환경에서 사용되는 세라믹 소재, 금속 소재 부품 등의 표면의 불화를 위한, 부품 불화 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 공정이 초미세선폭화로 진행됨에 따라 공정 중에 진공조(플라즈마 프로세싱 챔버)에서 발생하는 오염입자의 저감이 매우 중요한 문제가 되고 있다. 즉, 진공조 내부에 장착되는 다양한 부품의 표면이 공정 플라즈마에 노출될 때 플라즈마에 의한 식각이 일어나고 이로 인해 다양한 오염입자가 발생할 가능성이 있다. 이러한 부식 환경으로부터 진공조 내부에 장착된 부품을 보호하기 위하여 내부식 특성이 우수한 알루미나(Al2O3) 또는 이트리아(Y2O3) 등의 세라믹 보호막을 상기 부품의 표면에 코팅하는 방법이 사용되어 왔다.
최근에는 기존의 코팅 소재인 상기 알루미나(Al2O3)나 이트리아(Y2O3)보다 불화 알루미늄(AlF3, AlOF) 또는 불화 이트륨(YF3, YOF)의 플라즈마 내성 특성이 우수함이 알려지면서 이러한 코팅(AlF3, YF3, AlOF, YOF 등)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
상기의 불화 알루미늄(AlF3, AlOF) 또는 불화 이트륨(YF3, YOF) 코팅층을 형성하는 방법으로 진공 플라즈마를 이용하는 방법이 공지되어 있다. 구체적으로, 진공조 내에 불화하고자 하는 부품을 장입한 후, 불소를 포함하는 기체인 CF4, SF6, NF3 등의 저압 진공 플라즈마를 생성하여 불소를 포함한 라디칼에 의해서 표면을 불화시키는 방법이 공지되어 있다(“Fabrication, characterization, and fluorine- plasma exposure behavior of dense yttrium oxyfluoride ceramic“, T. Tsunoura et al., Japanese Journal of Applied Physics 56, 06HC02 (2017), ”Fluorination mechanisms of Al2O3 and Y2O3 surfaces irradiated by high-density CF4/O2 and SF6/O2 plasmas“, K. Miwa et al., J. Vac. Sci. Technol. A 27(4), Jul/Aug 2009). 그러나 이 방법은, 진공조와 그에 따른 진공 장치들의 구축이 필요하므로 양산화에 불리하고 경제성이 낮을 뿐만 아니라, 저압 플라즈마 공정을 이용하므로 불소를 포함하는 라디칼의 밀도가 낮아서 불화속도가 느린 단점이 있다.
또한 다른 예로, HF, SF4, CHF3 등의 용액에 불화할 부품을 담근 후 온도를 ~250 ℃ 로 승온시켜 표면을 불화시키는 방법이 알려져 있다(“Preparation of Fluorinated-Alumina”, E. Kemnitz et al., “Efficient Preparations of Fluorine Compounds”, Edited by H. W. Roesky, 2013, 442). 그러나 이 방법은, 취급 및 처리 과정에서 위험한 용액을 이용하므로 공정 안전성 면에서 불리한 단점이 있다.
또한 다른 예로서, 미국특허 US 8,206,829 및/또는 미국 공개특허 US 2017/0114440 문헌이 공지되어 있다. 상기 문헌은 부품의 표면에 AlF3, YF3, AlOF, YOF 등의 분말 소재를 플라즈마 스프레이 등의 방법으로 코팅하는 방법에 대해 개시하고 있다. 그런데, 알루미나(Al2O3)나 이트리아(Y2O3) 등의 세라믹 보호막 코팅을 위해 이용되는 코팅 원재료인 AlF3 나 YF3의 원재료 가격이 매우 높고, 원재료 공급 업체가 제한되어 있어 공급이 원활하지 않으므로, 경제성이 낮은 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 플라즈마 프로세싱 챔버 부품 등과 같이 가혹한 환경에서 사용되는 세라믹, 금속 소재 부품 등의 표면을 불화시키기 위한, 부품 불화 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 의한 부품 불화 장치는, 절연체에 의해 표면이 절연된 금속 전극봉의 외주면과 상기 금속 전극봉과 동축으로 설치되고 외주면이 전기적으로 접지된 부도체 세리막관의 내주면 사이에 형성되고 길이방향으로 연장되며 하단에 플라즈마 제트 토출구가 형성된 환형의 플라즈마 반응 공간을 갖는 플라즈마 제트 헤드 모듈; 상기 금속 전극봉에 고주파 전원을 인가하며, 임피던스 정합을 수행하는 고주파 매칭 박스를 통해 상기 금속 전극봉에 연결된 고주파 전원 장치; 상기 플라즈마 반응 공간에 불소 함유 반응성 가스를 포함하는 사용 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 플라즈마 제트 토출구 하단으로 구비되며 시료가 배치되는 시료 지지대를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 시료 지지대에는 시료를 가열하기 위한 시료 히터를 구비한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 시료지지대는 전후 또는 좌우 방향으로 이송 가능하게 형성되고, 상기 시료 지지대의 이송을 제어하는 시료 이송 제어기를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 플라즈마 제트 헤드 모듈의 상부가 고정되는 인입 가스 챔버를 구비하고, 상기 플라즈마 반응 공간은 상기 인입 가스 챔버 내에 연장되어 상기 인입 가스 챔버로부터 상기 플라즈마 반응 공간으로 사용가스가 인입될 수 있게 구성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 플라즈마 반응 공간을 형성하는 상기 금속 전극봉의 상기 절연체의 외주면과 상기 부도체 세라믹관의 내주면 사이의 간격은 0.2 ~ 5 mm 로 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 사용 가스는, He, Ne, Ar, Kr, Xe 중에서 선택된 방전 가스와, O2, N2, 에어(air) 중에서 선택된 비불소 반응성 가스를 포함하며, 상기 사용 가스 중 불소 함유 반응성 가스는 CF4, C2F6, C4F8 등의 불소를 포함하는 불화탄소 또는 삼불화질소(NF3) 가스 중에서 선택된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 사용가스는 Ar, O2 , CF4 로 구성된 혼합 가스이고, 유량비( Ar: O2 :CF4 )가 30: (0.05~0.5) : (0.2~2.0)로 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 고주파 전원 장치를 통해 상기 금속 전극봉에 인가되는 고주파 전력의 주파수가 1 ~ 100 MHz이며, 고주파 전력은 100 ~ 5,000 W 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 시료 히터는 시료를 100 ~ 600 ℃의 온도로 가열하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 플라즈마 제트 헤드 모듈에서, 상기 금속 전극봉은 상기 인입 가스 챔버를 관통하게 배치되어 길이방향으로 아래로 연장되고, 상단이 상기 고주파 매칭 박스에 연결되며, 상기 부도체 세리막관은 상단이 상기 인입 가스 챔버 내에 위치하여 길이방향으로 아래로 연장되며, 상기 플라즈마 제트 헤드 모듈은, 상기 부도체 세라믹관의 외주면을 둘러싸고 전기적 접지되는 접지관과; 상기 접지관의 외곽을 둘러싸는 금속 실드를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 플라즈마 제트 헤드 모듈 및 상기 시료 지지대를 내부에 수용하고 표면 불화 공정이 수행되는 작업 공간을 한정하는 작업 챔버와, 상기 작업 챔버 내부의 가스 배기를 위한 가스 배기 장치를 더 포함하며, 상기 가스 배기 장치는 표면 불화 공정 중에 상기 작업 챔버 내부에 음압을 형성한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 절연체에 의해 표면이 절연된 금속 전극봉과, 상기 금속 전극봉과 동축으로 설치되고 상기 금속 전극봉의 외주면과 이격된 내주면을 가지며 외주면이 전기적으로 접지된 부도체 세리막관과, 상기 금속 전극봉의 외주면과 상기 부도체 세라믹관의 내주면 사이의 이격 공간에 형성된 환형의 공간부로서 하단에 플라즈마 제트 토출구가 형성되는 환형의 플라즈마 반응 공간을 갖는 플라즈마 제트 헤드 모듈을 이용한 부품 불화 방법으로서, 상기 플라즈마 제트 토출구에 대향하여 시료를 배치하는 단계; 상기 플라즈마 반응 공간으로 불소 함유 가스를 포함하는 사용 가스를 인입시키는 단계; 상기 금속전극봉에 고주파 전력을 인가하여 상기 플라즈마 반응 공간에 플라즈마를 발생시키고, 발생된 불소를 포함하는 라디칼 기체 및 플라즈마를 상기 플라즈마 제트 토출구를 통해 상기 시료를 향해 분출하는 시료 표면을 불화하는 단계를 포함하는 부품 불화 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 사용 가스는, He, Ne, Ar, Kr, Xe 중에서 선택된 방전 가스와, O2, N2, 에어(air) 중에서 선택된 비불소 반응성 가스와, CF4, C2F6, C4F8 등의 불소를 포함하는 불화탄소 또는 삼불화질소(NF3) 가스 중에서 선택된 불소 함유 반응성 가스의 혼합 가스로 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 사용가스는 Ar, O2 , CF4 로 구성된 혼합 가스이고, 유량비(Ar:O2:CF4)는 30: (0.05~0.5) : (0.2~2.0) 로 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 고주파 전원 장치를 통해 상기 금속 전극봉에 인가되는 고주파 전원은, 주파수가 1 ~ 100 MHz이며, 고주파 전력이 100 ~ 5,000 W 인 고주파 전원이 사용된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 시료 표면을 불화하는 단계는 상기 시료가 100 ~ 600 ℃ 온도로 가열된 상태로 수행된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 플라즈마 제트 헤드 모듈 및 상기 플라즈마 제트 헤드 모듈에 의해 표면 불화가 수행되는 시료를 내부에 수용하는 작업 챔버와, 상기 작업 챔버 내부를 배기하는 가스 배기 장치를 이용하여, 상기 시료의 표면 불화 중에 상기 가스 배기 장치의 동작에 의해 상기 작업 챔버 내부에 음압을 형성한다.
본 발명에 따른 표면 불화 장치 및 방법에 의하면, 플라즈마 제트 헤드 모듈에서, 부도체 세라믹관과 금속 전극봉 사이의 플라즈마 반응 공간에 사용가스로서 예컨대, 아르곤(Ar) 가스와, 산소(O2)와 사불화탄소(CF4)의 혼합 가스를 인입시킴과 동시에 금속 전극봉에 고주파 전력을 인가하여 고주파 플라즈마 제트를 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 플라즈마 제트 토출구 하부에 위치한 시료의 표면에서는, 사불화탄소(CF4)가 플라즈마에 의해 분해되어 생성되는, 매우 높은 반응성을 지닌 불소를 포함하는 라디칼에 의해서 불화 반응이 일어나고, 그에 따라 표면 불화(fluorination)가 이루어지게 된다.
본 발명에 의하면, 대기압 하에서 플라즈마를 발생시켜 이용하므로 별도의 진공조가 필요하지 않아 양산화에 유리하며, 발생되는 플라즈마의 밀도가 높아 빠른 속도로 표면불화 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. 또한, 불산 등의 취급과 처리가 위험한 용액을 사용하지 않는 건식 공정이므로 상대적으로 안전하다. 또한, 플라즈마 스프레이 코팅 방법에서와 같이 AlF3, AlOF 나 YF3, YOF 등의 고가의 원재료를 이용하지 않고, 부품의 불화 공정이 이루어지므로 공지의 방법들에 비해 경제성 및 효율성이 높다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 부품 불화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 부품 불화 장치의 플라즈마 제트 헤드 모듈의 단면 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c 는 실험예 1에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 것으로, 도 3a 는 CF4 유량 변화에 따른 실리콘 웨이퍼의 에칭 깊이, 도 3b 는 에칭 시간에 따른 실리콘 웨이퍼의 에칭 깊이, 도 3c는 고주파 전력 변화에 따른 실리콘 웨이퍼의 에칭 깊이를 측정한 실험 결과를 도시하고 있다.
도 4a 및 도 4b 는 실험예 2에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 것으로 도4a 는 에칭 시간에 따른 실리콘 옥사이드 웨이퍼의 에칭 깊이, 도 4b 는 고주파 전력 변화에 따른 실리콘 옥사이드 웨이퍼의 에칭 깊이를 측정한 실험 결과를 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5c 는 실험예 3에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 것으로, 도 5a는 알루미나 기판의 불화 실험 후 깊이에 따른 조성 분포를 측정한 XPS 분석 결과, 도 5b는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ① 지점에서의 Al2p 스펙트럼, 도 5c는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이②에서의 Al2p 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 6a 내지도 6c 는 실험예 4에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 것으로, 도 6a는 알루미나 기판의 불화 실험 후 깊이에 따른 조성 분포를 측정한 XPS 분석 결과, 도 6b는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ① 지점에서의 Al2p 스펙트럼, 도 6c 는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ② 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 7a 내지 도 7c는 은 실험예 5에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 것으로, 도 7a는 이트리아 기판의 불화 실험 후 깊이에 따른 조성 분포를 측정한 XPS 분석 결과, 도 7b는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ① 지점에서의 Y3d 스펙트럼, 도 7c는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ② 지점에서의 Y3d 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 8a 내지도 도 8c 는 실험예 6에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 것으로, 도 8a는 이트리아 기판의 불화 실험 후 깊이에 따른 조성 분포를 측정한 XPS 분석 결과, 도 8b는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ① 지점에서의 Y3d 스펙트럼, 도 8c는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ② 지점에서의 Y3d 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 9a 내지 도 9c 는 실험예 7에 따른 실험 결과를 설명하기 위한 것으로, 도 9a는 금속 알루미늄 샘플 기판의 불화 실험 후 깊이에 따른 조성 분포를 측정한 XPS 분석 결과, 도 9b 는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ① 지점에서의 Al2p 스펙트럼, 도 9c는 상기의 XPS 분석 결과의 깊이 ② 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 도시하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 분산되어 실시되는 구성요소들은 특별한 제한이 있지 않는 한 결합된 형태로 실시될 수도 있다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 부품 불화 장치의 개략 구성도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 부품 불화 장치의 플라즈마 제트 헤드 모듈의 단면 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부품 불화 장치는, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100), 인입 가스 챔버(200), 가스 공급부(300), 고주파 전원장치(400), 고주파 매칭 박스(450) 및 시료 지지대(500)를 포함한다.
플라즈마 제트 헤드 모듈(100)은, 절연체(125)의 의해 표면이 절연된 금속 전극봉(120)의 외주면과, 상기 금속 전극봉(120)와 동축으로 설치되고 외주면이 전기적으로 접지된 부도체 세라믹관(130)의 내주면 사이에 형성된 플라즈마 반응 공간(110)을 포함한다.
플라즈마 반응 공간(110)은 사용가스가 도입된 후 고주파 전력이 인가되면 고주파 플라즈마 제트가 발생한 공간이다. 플라즈마 반응 공간(110)은 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 중심축과 나란하게 길이방향으로 연장되는 환형의 공간부로 형성되며 하단에 개방 부분인 플라즈마 제트 토출구(112)가 형성된다.
플라즈마 제트 토출구(112)를 통해 분출되는 플라즈마 가스는 시료(10)을 향해 분출된다. 본 발명에 의하면 시료를 향해 분출되는 플라즈마 가스는 불소를 포함하는 라디칼 기체를 포함하며, 이에 의해 시료인 부품의 표면에 불화가 이루어지도록 구성된다.
플라즈마 제트 헤드 모듈(100)은 인입 가스 챔버(200)에 고정되어 아래로 연장된다.
본 발명의 실시예에 따른 부품 불화 장치는 불화 공정이 이루어지는 작업 공간의 내외부를 격리하는 밀폐된 작업 챔버(600)를 구비할 수 있다. 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)은 작업 챔버(600)의 상부 내벽으로부터 아래로 연장된다. 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)은 작업 챔버(600)의 상부에 형성된 홀을 통해 작업 챔버(600) 내부로 연장되고, 인입 가스 챔버(200)가 작업 챔버(600)의 상부 외면에 고정되어 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)을 지지한다.
인입 가스 챔버(200) 내부는 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 플라즈마 반응 공간(110)과 사용가스의 유동이 가능하게 연결된다. 따라서 인입 가스 챔버(200) 내부의 사용 가스가 플라즈마 반응 공간(110)으로 도입될 수 있다. 인입 가스 챔버(200)에는 외부로부터 내부로 가스가 도입되는 가스 인입구(210)가 형성되며, 가스 인입구(210)를 통해 가스 공급부(300)와 연결된다.
가스 공급부(300)는 플라즈마 방전을 위한 방전 가스와, 플라즈마 반응을 위한 비불소 반응성 가스와, 불소(F) 함유 반응성 가스를 인입 가스 챔버(200)로 공급하여 혼합 가스를 형성한다. 가스 공급부(300)로부터 인입 가스 챔버(200)로 미리 혼합된 혼합 가스가 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 가스 공급부(300)는, 각 사용 가스를 저장하는 가스 탱크(310)와, 각 가스 탱크(310)로부터 인입 가스 챔버(200)로 공급되는 가스의 유량을 조절하는 각각의 가스 유량 조절기(320)를 포함할 수 있다.
가스 공급부(300)로부터 공급되는 플라즈마 방전을 위한 방전 가스로는 He, Ne, Ar, Kr, Xe 등의 비활성 기체 중에서 선택될 수 있다. 본 발명의 실험예들에서는 아르곤(Ar) 가스가 이용된다.
가스 공급부(300)로부터 공급되는 플라즈마 반응을 위한 비불소 반응성 가스로는, 산소(O2), 질소(N2), 에어(Air) 등이 이용될 수 있다. 본 발명의 실험예들에서는 산소(O2) 가스가 이용된다.
가스 공급부(300)로부터 공급되는 불소 함유 반응성 가스로는, CF4, C2F6, C4F8 등의 불소가 포함된 불화탄소 가스나 삼불화질소(NF3) 가스 등이 이용될 수 있다. 본 발명의 실험예에서는 CF4 가스가 이용된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 사용 가스로 사용된, Ar 과 O2 와 CF4 의 혼합가스에서 유량비(Ar : O2 : CF4)는 30 : (0.05~0.5) : (0.2~2.0) 일 수 있다. 아르곤 대비 산소의 유량이 0.05 이하로 적을 경우, CF4 가스의 플라즈마 분해에 의해 생성되는 카본층이 샘플의 표면에 증착될 가능성이 있으며, 0.5 이상으로 많을 경우에는 플라즈마의 밀도가 낮아져서 불화 효율이 저하된다. 또한, CF4의 유량이 0.2 이하로 적을 경우, 생성되는 불소를 포함하는 라디칼의 농도가 낮아서 불화 효율이 저하되며, 2.0 이상으로 많을 경우에도 플라즈마의 밀도가 낮아져서 불화 효율이 떨어지게 된다.
가스 유량 조절기(320)는 상기 설명된 유량비로 인입 가스 챔버(200) 내로 각각의 사용 가스를 도입하며, 인입 가스 챔버(200) 내에서 혼합되어 혼합가스를 형성한다.
가스 공급부(300)로부터 설정된 유량비로 조절된 혼합 가스가 제공되는 경우 인입 가스 챔버(200)는 생략될 수 있다. 가스 공급부(300)는 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 플라즈마 반응 공간(110)으로 혼합 가스를 제공할 수 있다. 인입 가스 챔버(200)는 가스 유량 조절기(320)를 통해 혼합 가스의 유량비를 필요에 따라 적절하게 조절하는 데 유리할 수 있다. 또한, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)을 고정하는 데 유리할 수 있다.
고주파 전원장치(400)가 플라즈마 제트 발생을 위한 고주파 전원을 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)에 제공하기 위해 연결된다. 고주파 전원장치(400)는 고주파 매칭 박스(450)를 통해 금속 전극봉(120)에 고주파 전원을 인가한다. 고주파 매칭 박스(450)는 고주파 전원장치(400)로부터 발생된 고주파 전력을 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)에 인가할 때 임피던스 정합을 하기 위해 제공된다. 따라서, 고주파 전원장치(400)는 고주파 매칭 박스(450)를 통해 금속 전극봉(120)에 연결된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 고주파 전원장치(400)에서 발생된 고주파 전력의 주파수는 1 ~ 100 MHz 일 수 있다 또한 사용된 고주파 전력은 100 ~ 5,000 W 일 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 13.56 MHz의 고주파 주파수 300 W 의 고주파 전력을 이용하는 것이 유리할 수 있다.
1 MHz 이하의 낮은 고주파 주파수를 이용할 경우, 플라즈마 방전 효율이 낮아 불화 성능이 감소할 수 있다. 100 MHz 이상의 고주파 전원장치는 제작 난이도 및 임피던스 매칭의 어려움 때문에 경제성이 감소할 수 있다. 또한, 100 W 이하의 낮은 고주파 전력을 이용할 경우, 발생되는 플라즈마의 밀도가 낮아 불화 성능이 감소할 수 있다. 또한 5,000 W 이상의 높은 고주파 전력을 이용할 경우, 고주파 전원장치 및 임피던스 매칭을 위한 고주파 매칭 박스의 제작 난이도 때문에 경제성이 감소할 수 있으며, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100) 내부의 극심한 온도 상승으로 인하여 세라믹 소재의 부품의 파손으로 이어질 염려가 있다.
시료 지지대(500)는 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 플라즈마 제트 토출구(112)에 대향한 위치에 제공되며, 표면 불화의 대상물이 되는 시료를 지지한다. 본 명세서에서 시료는 표면 불화의 대상이 되는 작업물로서, 플라즈마 프로세싱 챔버의 부품일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 시료 지지대(500)는 전후 또는 좌우로 이송가능하게 형성된다. 시료 지지대(500)는 시료 이송 제어기(510)에 연결되고, 시료 이송 제어기(510)는 시료 지지대(500)의 이송을 제어한다. 시료 지지대(500)와 시료 이송 제어기(510)를 이용하여 시료를 전후 또는 좌우로 이동시키면서 불화공정을 진행함으로써, 넓은 면적의 시료를 균일하게 불화시키는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 불화 반응을 촉진시키기 위하여 시료(10)를 가열할 수 있는 시료 히터(530)를 구비할 수 있다. 시료 히터(530)는 플레이트 형태로 형성되어 시료 지지대(500)에 배치될 수 있다. 시료(10)는 시료 히터(530)에 놓여져 가열되며, 시료 지지대(500)의 이송에 따라 전후 또는 좌우로 이송된다. 시료 히터(530)는, 시료 히터(530)로의 전원 공급을 제어하기 위한 시료 히팅용 전원장치(540)와 연결되고, 이를 통해 가열이 제어된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의하면, 시료 히터(530)을 이용하여 시료(10)을 가열하면서 불화공정을 진행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 불화 공정에 적당한 온도는, 100 ~ 600 ℃의 온도일 수 있다. 그러나 상기 온도에 한정되지 않는다. 100 ℃ 이하의 낮은 온도에서는 불화 반응의 향상 정도가 미미한 반면, 600 ℃ 이상의 온도에서는 시료(10)의 높은 온도로 인하여 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 파손으로 이어질 수 있다. 유리하게는, 시료(10)의 가열온도는 300 ~ 500 ℃ 일 수 있으며, 불화 반응의 향상 및 장치의 안정성에 유리할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100) 및 시료 지지대(500)가 내부에 수용하여 시료의 표면 불화 공정이 수행되는 작업 공간과 외부로부터 격리하는 밀폐된 작업 챔버(600)를 구비할 수 있으며, 상기 작업 챔버(600) 내부의 가스 배기를 위한 가스 배기장치(650)를 구비할 수 있다. 작업 챔버(600) 내부로 시료(10)를 도입하기 위한 도어(미도시)가 작업 챔버(600)에 구비된다. 작업 챔버(600)는 도어를 닫으면 밀폐된다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)은 대기압 하에서 고주파 플라즈마 제트를 발생시켜 표면 불화 공정을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 작업 챔버(600)는 내부에 음압을 형성하여 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 토출구(112)로부터 분출되는 불소를 포함하는 라디칼 기체가 외부로 유출되지 않도록 하기 위해 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 작업 챔버(600)는 가스 배기 장치(650)에 의해 내부에 음압이 형성되도록 제어되며, 가스 배기 장치(650)를 통해 환기를 수행한다. 가스 배기 장치(650)가 동작하면, 작업 챔버(600) 내부에 음압이 형성되므로, 불소를 포함하는 라디칼 기체는 작업 챔버(600) 내부에서 가스 배기 장치(650)를 향한 경로를 제외한 다른 경로로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 작업 챔버(600) 내부의 음압은 내부의 불소를 포함하는 라디칼 기체가 정해진 경로가 아닌 다른 경로로 유출되는 것을 방지하기 위한 것이므로, 진공조와는 구별된다. 작업 챔버(600) 내부의 음압은 작업 챔버(600) 내부의 불소를 포함하는 라디칼 기체 등이 자연 환기 형태로 외부로 배출되는 것이 방지한다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)에 의하면, 금속 전극봉(120)은 절연체(125)에 의해 표면이 절연되며 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 중심을 따라 수직하게 연장된다. 금속 전극봉(120)은 전기전도도 및 열전도율이 우수한 구리를 이용하여 제조된다. 그러나, 상기 구리에 제한되지 않고 스테인리스 스틸, 텅스텐, 인코넬 등과 같은 금속 소재로 형성될 수 있다.
절연체(125)는 금속 전극봉(120)을 둘러싸고 금속 전극봉(120)을 전기적으로 절연시킨다. 절연체(125)는 금속 전극봉(120)이 내부로 삽입된 세라믹 튜브로 형성될 수 있다. 또한, 절연체(125)는 금속 전극봉(120)의 표면에 코팅된 절연체막일 수 있다. 절연체(125)의 소재로는 알루미나, 지르코니아 등과 같은 유전율이 높고 열적 안정성이 높은 세라믹 소재가 이용될 수 있다.
금속 전극봉(120)은 인입 가스 챔버(120)를 관통하여 상부로 연장되고, 고주파 매칭 박스(450)를 통해 고주파 전원장치(400)으로부터 고주파 전력을 인가받는다.
부도체 세라믹관(130)은 금속 전극봉(120)를 내부에 포함하고, 금속 전극봉(122)과 동축으로 길이방향으로 수직하게 연장된다. 부도체 세라믹관(130)의 내주면과 금속 전극부(120)의 외주면과의 사이의 이격 공간에 의해 환형의 플라즈마 반응 공간(110)이 형성된다. 부도체 세라믹관(130)은 알루미나 또는 지르코니아 등의 소재로 형성된 세라믹 튜브가 사용될 수 있다.
부도체 세라믹관(130)의 상단이 인입 가스 챔버(200) 내부에 위치하고 길이방향으로 수직하게 아래로 연장된다. 따라서 가스 인입 챔버(200) 내부로부터 플라즈마 반응 공간(110)으로 사용 가스가 유입될 수 있다.
플라즈마 반응 공간(110)은 0.2 mm 내지 5mm 의 간격의 이격 공간으로 형성된다. 간격이 0.2mm 미만인 경우 플라즈마 방전이 발생하기 어려우며, 간격이 5mm 초과인 경우 방전을 위한 전압이 높아져 작동이 불안정하게 될 우려가 있다.
플라즈마 반응 공간(110)은 금속 전극봉(120) 및 부도체 세라믹관(130)을 따라 길이방향으로 수직하게 아래로 연장되며, 부도체 세라믹관(130)의 하단에 형성되는 플라즈마 반응 공간(110)의 개구가 플라즈마 제트 토출구(112)가 된다.
부도체 세라믹관(130)의 전기적 접지를 목적으로 외주면을 둘러싸고 접지관(135)이 구비된다. 접지관(135)은 스테인리스 스틸, 구지, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 접지관은 불소를 포함하는 라디칼 기체에 의해 부식을 방지할 수 있도록, 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다. 접지관(135)의 상단에 반경 방향 외측으로 형성된 플랜지가 인입 가스 챔버(200)의 하면에 고정된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)은 접지관의 외곽을 둘러싸고 형성되는 금속 실드(150)를 포함한다. 금속 실드(150)는 접지관(145)의 외주면과 이격되어 접지관을 둘러싸는 실드튜브(152)와, 상기 실드튜브(152)의 하단과 접지관(135)의 하단 사이에 형성되어 실드튜브(152) 내부를 차폐하는 튜브단부(155)를 포함한다. 실드튜브(152)의 상단에 반경방향 외측으로 형성된 플랜지가 접지관(135)의 플랜지와 고정된다. 금속 실드(150)는 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 동작 중에 고주파 전력이 외부로 발산되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 부품 불화 장치를 이용한 세라믹 소재 부품, 금속 소재 부품 등과 같은 부품을 위한 부품 불화 방법을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 불화하고자 하는 시료(10)를 배치한다. 시료(10)를 작업 챔버(600) 내부에 위치한 시료 지지대(500)의 시료 히터(530) 상부에 배치하고 작업 챔버(600)의 도어를 닫아 내부를 외부로부터 격리한다.
이후 가스 배기 장치(650)를 작동시켜 작업 챔버(600)의 내부를 음압으로 유지시킬 수 있다. 작업 챔버(600) 내부를 음압으로 유지시켜, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)에서 분출되는 불소를 포함하는 라디칼 기체가 외부로 유출되지 않도록 한다.
이후, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 플라즈마 반응 공간(110)으로 사용가스가 인입된다. 가스 공급부(300)의 각 가스탱크(310)로부터 사용가스로 이용되는, 방전 가스인 아르곤(Ar) 가스와, 비 불소 반응성 가스인 산소(O2)와 불소 함유 반응성 가스인 사불화탄소(CF4)를 인입 가스 챔버(200)로 공급한다. 이때, 가스 유량 조절기(320)에 의해 혼합 가스의 유량비가 조절되면서 인입 가스 챔버(200)로 공급된다. 인입 가스 챔버(200) 내부의 혼합 가스는, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 플라즈마 반응 공간(110)으로 유입된다.
상술한 바와 같이, 방전 가스로는, Ar 가스 외에도 He, Ne, Ar, Kr, Xe 등의 비활성 기체가 이용될 수 있다. 또한, 비불소 반응가스는, 산소(O2) 가스 외에, 질소(N2), 공기 등이 이용될 수 있다. 또한, 불소 함유 반응가스 CF4 가스외에 C2F6, C4F8 등의 불소가 포함된 불화탄소 가스나 삼불화질소(NF3) 가스 등을 이용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 사용 가스로 사용된 Ar, O2 , CF4의 유량비(Ar : O2 : CF4)는 30 : (0.05~0.5) : (0.2~2.0)일 수 있다.
사용 가스 즉, Ar , O2 , CF4 의 혼합 가스가, 플라즈마 제트 헤드 모듈(100) 내부의 플라즈마 반응 공간(110)으로 유입된 후, 고주파 전원장치(400)에서 발생된 고주파 전력을 고주파 매칭박스(450)를 이용하여 임피던스 매칭을 시킨 후 플라즈마 제트 헤드 모듈(100)의 금속 전극봉(120)에 인가한다. 그러면, 플라즈마 반응 공간(110)에서 플라즈마가 발생되면서, 플라즈마 제트 토출구(112)를 통해 불소를 포함하는 라디칼 기체를 포함하는 플라즈마 가스가 분출되어 시료(10)에 인가된다.
시료 지지대(500)의 배치된 시료(10)는, 사불화탄소(CF4)가 플라즈마에 의해 분해되어 생성되는, 매우 높은 반응성을 지닌 불소를 포함하는 라디칼에 의해서 불화반응이 일어나고, 그에 따라 표면 불화(fluorination)가 이루어지게 된다.
상술한 바와 같이, 고주파 전원장치(1)에서 발생된 고주파 전력은 1 ~ 100 MHz의 고주파 주파수와 100 ~ 5,000 W 의 고주파 전력을 이용하며, 바람직하게는 13.56 MHz, 300 W 를 이용할 수 있다.
한편, 시료 히터(530)는 불화 반응을 촉진하기 위하여 시료(10)를 가열한다. 불화 공정을 시작하기 전에 시료 히터(530)을 이용하여 시료(10)을 가열하여, 시료가 가열된 상태로 불화공정을 진행할 수 있다. 시료 히터(530)는 시료를 100 ~ 600 ℃의 온도로 가열하며, 바람직하게는 300 ~ 500 ℃ 일 수 있다.
한편, 불소를 포함하는 라디칼 기체를 포함하는 플라즈마 가스를 플라즈마 제트 토출구(112)를 통해 분출하여 표면 불화를 수행할 때, 넓은 면적의 시료(10)를 균일하게 불화하기 위해서는, 시료 이송 제어기(510)를 이용하여 시료 지지대(500)를 전후 또는 좌우로 이동시키면서 불화 공정을 진행한다.
실험예 1
본 발명의 실시예에 따른 부품 불화 장치를 이용하여, 15 mm x 15 mm의 실리콘 웨이퍼를 이용한 에칭 실험을 수행하였다.
플라즈마 제트 헤드 모듈의 금속 전극봉으로는 직경 3 mm, 길이 245 mm의 구리봉을 이용하였으며, 금속 전극봉을 전기적으로 절연하는 절연체로는 내경 3 mm, 외경 5 mm의 한쪽 끝이 막힌 99.5% 순도의 알루미나 튜브를 이용하였다. 부도체 세라믹관으로는 내경 7 mm, 외경 10 mm, 길이 225 mm, 순도 99.5%의 알루미나 튜브를 이용하였으며, 플라즈마 반응 공간의 간격을 1 mm로 유지하였다. 부도체 세라믹관의 외부에 전기적 접지를 목적으로 내경 10 mm, 외경 13 mm의 스텐레스 스틸 재질로 이루어진 금속 접지관을 사용하였다. 또한, 접지관의 외곽에 내경 25 mm, 외경 29 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속 실드를 사용하였다.
시료인 실리콘 웨이퍼 샘플과, 플라즈마 제트 토출구와의 간격은 3.5 mm로 유지하였으며, 시료는 가열하지 않았으며 시료 지지대가 이송되지 않고 고정된 상태에서 실험을 수행하였다.
실리콘 웨이퍼 샘플을 시료 지지대 위에 위치시킨 후에, 아르곤 가스의 유량은 50 lpm, 산소의 유량은 0.4 lpm으로 고정하고, CF4 가스의 유량을 변화시켜 가며 에칭 실험을 수행하였다. 이때 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 주파수는 13.56 MHz이었으며, 인가된 고주파 전력은 300 W로 유지하여 2 분간 에칭 실험 수행 후, 실리콘 웨이퍼 샘플의 에칭 깊이를 Alpha-step profilometer 장비를 이용하여 측정하였다. 도 3a 는 실험예 1에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭 실험 결과로, CF4 가스 유량이 증가함에 따라 에칭 깊이가 점차 증가하다가, CF4 가스 유량이 0.4 lpm 이상으로 많을 경우에는 다시 감소함을 알 수 있다, CF4 가스 유량이 너무 많아지면 플라즈마의 밀도가 감소하여 오히려 불소를 포함하는 라디칼의 양이 감소하기 때문이다.
도 3b 는 고주파 전력 300 W, 아르곤 가스의 유량은 50 lpm, 산소의 유량은 0.4 lpm, CF4 가스의 유량은 0.4 lpm 으로 하여 에칭 시간에 따른 실리콘 웨이퍼의 에칭 깊이를 측정한 것이며, 에칭 시간에 따라 에칭 깊이가 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
도 3c 는 아르곤 가스의 유량은 50 lpm, 산소의 유량은 0.4 lpm, CF4 가스의 유량은 0.4 lpm 으로 하고, 2 분간 에칭 실험을 하여 고주파 전력 변화에 따른 실리콘 웨이퍼의 에칭 깊이를 측정한 것이다. 도 3c 에서 보는 바와 같이, 200 W 이하의 고주파 전력에서는 플라즈마 제트가 불안정하여 에칭이 안정적으로 이루어지지지 않음을 알 수 있다. 한편, 그 이상의 고주파 전력에서는 고주파 전력 증가에 따라 에칭 깊이가 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 이를 통해 고주파 전력의 증가에 따라 발생되는 불소를 포함한 라디칼의 농도도 선형적으로 증가함을 확인할 수 있다.
실험예 1의 실리콘 웨이퍼 에칭 실험을 통해 본 발명에 따른 부품 불화 방법에 의하면, 대기압 하에서 생성된 플라즈마에 의해 CF4 가스의 분해가 효과적으로 이루어짐을 확인할 수 있다.
실험예 2
상기의 실험예 1과 동일한 방법으로, 15 mm x 15 mm의 실리콘 옥사이드(SiO2) 웨이퍼를 이용한 에칭 실험을 수행하였다.
플라즈마 제트 헤드 모듈의 금속 전극봉은 직경 3 mm, 길이 245 mm의 구리봉을 이용하였으며, 금속 전극봉을 전기적으로 절연하는 절연체로는 내경 3 mm, 외경 5 mm의 한쪽 끝이 막힌 99.5% 순도의 알루미나 보호관을 이용하였다. 부도체 세라믹관으로는 내경 7 mm, 외경 10 mm, 길이 225 mm, 순도 99.5%의 알루미나 튜브를 이용하여, 플라즈마 반응 공간의 간격을 1 mm로 유지하였다. 부도체 세라믹관의 외부에는, 접지관으로서 내경 10 mm, 외경 13 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속관을 부도체 세라믹관과 동축으로 배치하여 전기적으로 접지하였다. 또한, 접지관의 외곽으로 내경 25 mm, 외경 29 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속 실드를 설치하였다.
시료인 실리콘 옥사이드 웨이퍼 샘플과 플라즈마 제트 토출구와의 간격은 3.5 mm로 유지하였으며, 실리콘 옥사이드 웨이퍼 샘플은 가열하지 않고 위치가 고정된 상태에서 실험을 수행하였다. 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 주파수는 13.56 MHz이었으며, 인가된 고주파 전력은 300 W, 아르곤 가스의 유량은 50 lpm, 산소의 유량은 0.4 lpm, CF4 가스의 유량은 0.4 lpm 으로 하여 에칭 실험 수행하였다. 에칭 실험 후도 실리콘 옥사이드 웨이퍼 샘플의 에칭 깊이를 Alpha-step profilometer 장비를 이용하여 측정하였다. 도 4a 는 실험예 2에 따른 실리콘 옥사이드 웨이퍼 샘플의 에칭 깊이 변화를 측정한 것으로, 도 4a 에서 알 수 있듯이, 에칭 시간에 따라 에칭 깊이가 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
도 4b 는, 아르곤 가스의 유량은 50 lpm, 산소의 유량은 0.4 lpm, CF4 가스의 유량은 0.4 lpm 으로 하고, 2 분간 에칭 실험을 하여 고주파 전력 변화에 따른 실리콘 옥사이드 웨이퍼의 에칭 깊이를 측정한 것이다. 도 4b 에서 보이는 바와 같이, 200 W 이하의 고주파 전력에서는 플라즈마 제트가 불안정하여 에칭 실험이 안정적으로 이루어지지지 않음을 알 수 있다. 그러나, 200W 이상의 고주파 전력에서는 고주파 전력 증가에 따라 에칭 깊이가 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 이러한 실험 결과는 고주파 전력의 증가에 따라 발생되는 불소를 포함한 라디칼의 농도도 선형적으로 증가함을 반영한다.
실험예 2의 실리콘 옥사이드 웨이퍼 에칭 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 부품 불화 방법에 의하면, 대기압 하에서 생성된 플라즈마에 의해 CF4 가스의 분해가 효과적으로 이루어짐을 알 수 있다.
실험예 3
실험예 3에서는, 알루미나(알루미늄 옥사이드, Al2O3)의 표면을, 본 발명에 따른 부품 불화 장치를 이용하여 불화시키는 실험을 수행하였다. 샘플로는 10 mm x 10 mm x 1 mm의 알루미나 플레이트를 이용하였다.
플라즈마 제트 헤드 모듈의 금속 전극봉은 직경 3 mm, 길이 245 mm의 구리봉을 이용하였으며, 금속 전극봉의 절연체로는 내경 3 mm, 외경 5 mm의 한쪽 끝이 막힌 99.5% 순도의 알루미나 튜브를 이용하였다. 부도체 세라믹관으로는 내경 7 mm, 외경 10 mm, 길이 225 mm, 순도 99.5%의 알루미나 튜브를 이용하여, 플라즈마 반응 공간의 간격을 1 mm로 유지하였다. 부도체 세라믹관의 외부에는 접지관으로서 내경 10 mm, 외경 13 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속관을 부도체 세라믹관과 동축으로 배치하고 전기적으로 접지하였다. 또한, 접지관의 외곽에는 내경 25 mm, 외경 29 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속 실드를 설치하였다.
알루미나 플레이트 샘플과 플라즈마 제트 토출구와의 간격은 3.5 mm로 유지하였으며, 알루미나 플레이트 샘플은 가열하지 않고 위치가 고정된 상태에서 불화 실험을 수행하였다.
플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 주파수는 13.56 MHz이었으며, 인가된 고주파 전력은 300 W, 아르곤 가스의 유량은 50 lpm, 산소의 유량은 0.4 lpm, CF4 가스의 유량은 0.4 lpm 으로 하여 5 분간 불화실험 수행 후, XPS 표면분석 장비를 이용하여 깊이 방향의 조성 분포 분석 및 화학적 상태에 대한 분석을 수행하였다.
도 5a 는 깊이 방향 조성 분석 결과로, 표면에서의 불소 함량은 최대 70%에 달하고, 깊이가 증가함에 따라 점차 감소하는 형태를 보임을 알 수 있으며, 불소의 최대 침투 깊이는 150 nm임을 보여주고 있다. 도 5b 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 5a 의 깊이 ① 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 측정한 결과이며, 알루미늄 옥사이드(Al2O3)가 Al-O-F 로 불화되어 화학상태가 변화하였음을 알 수 있다. 도 5c 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 5a 의 깊이 ② 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 측정한 결과이며, 깊이 ① 지점에서보다 불화된 정도가 적음을 알 수 있다.
실험예 3의 알루미나 불화 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 부품 불화 방법에 의하면, 대기압 하에서 생성된 플라즈마에 의해 CF4 가스의 분해가 효과적으로 이루어지고, 불소를 포함한 라디칼을 이용하여 알루미나의 표면을 효과적으로 불화시킬 수 있음을 알 수 있다.
실험예 4
실험예 4는, 알루미나(알루미늄 옥사이드, Al2O3)의 표면을, 본 발명에 따른 부품 불화 장치를 이용하여 불화시키는 실험을 수행하였다. 샘플로는 10 mm x 10 mm x 1 mm의 알루미나 플레이트를 이용하였다.
플라즈마 제트 헤드 모듈의 금속 전극봉은 직경 3 mm, 길이 245 mm의 구리봉을 이용하였으며, 금속 전극봉을 전기적으로 절연하기 위한 절연체로는 내경 3 mm, 외경 5 mm의 한쪽 끝이 막힌 99.5% 순도의 알루미나 튜브를 이용하였다. 부도체 세라믹관으로는 내경 7 mm, 외경 10 mm, 길이 225 mm, 순도 99.5%의 알루미나 튜브를 이용하였으며, 플라즈마 반응 공간의 간격을 1 mm로 유지하였다. 부도체 세라믹관의 외부에는, 접지관으로서, 내경 10 mm, 외경 13 mm의 스텐레스 스틸 재질로 이루어진 금속관을 부도체 세라믹관과 동축으로 배치하고, 전기적으로 접지하였다. 또한, 접지관의 외곽 부분에는 내경 25 mm, 외경 29 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속 실드를 설치하였다.
알루미나 플레이트 샘플과 플라즈마 제트 토출구와의 간격은 3.5 mm로 유지하였으며, 알루미나 플레이트 샘플을 350 ℃로 가열하며 위치는 고정된 상태에서 불화 실험을 수행하였다. 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 주파수는 13.56 MHz이었으며, 인가된 고주파 전력은 300 W, 아르곤 가스의 유량은 30 lpm, 산소의 유량은 0.1 lpm, CF4 가스의 유량은 0.3 lpm 으로 하여 3 분간 불화실험 수행 후, XPS 표면분석 장비를 이용하여 깊이 방향의 조성 분포 분석 및 화학적 상태에 대한 분석을 수행하였다.
도 6a 는 깊이 방향 조성 분석 결과로, 표면에서의 불소 함량은 최대 60%에 달하고, 깊이가 증가함에 따라 점차 감소하는 형태를 보임을 알 수 있으며, 불소의 최대 침투 깊이는 200 nm임을 보여주고 있다. 도 6b 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 6a 의 깊이 ① 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 측정한 결과이며, 알루미늄 옥사이드(Al2O3)가 Al-O-F 로 불화되어 화학상태가 변화하였음을 알 수 있다. 도 6c 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 6a 의 깊이 ② 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 측정한 결과이며, 깊이 ① 지점에서보다 불화된 정도가 적음을 알 수 있다.
실험예 4의 알루미나 불화 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 부품 불화 방법에 의하면, 대기압 하에서 생성된 플라즈마에 의해 CF4 가스의 분해가 효과적으로 이루어지고, 불소를 포함한 라디칼을 이용하여 알루미나의 표면을 효과적으로 불화시킬 수 있음을 알 수 있다.
실험예 5
실험예 5에서는, 이트리아(이트륨 옥사이드, Y2O3)의 표면을, 본 발명에 따른 부품 불화 장치를 이용하여 불화시키는 실험을 수행하였다. 플라즈마 스프레이 공정을 이용하여, ~200 um의 이트리아(Y2O3)가 코팅된 10 mm x 10 mm x 5 mm의 알루미늄 플레이트를 불화하고자 하는 샘플로 이용하였다.
플라즈마 제트 헤드 모듈의 금속 전극봉은 직경 3 mm, 길이 245 mm의 구리봉을 이용하였으며, 금속 전극봉의 절연체로는 내경 3 mm, 외경 5 mm의 한쪽 끝이 막힌 99.5% 순도의 알루미나 튜브를 이용하였다. 부도체 세라믹관으로는 내경 7 mm, 외경 10 mm, 길이 225 mm, 순도 99.5%의 알루미나 튜브를 이용하여, 플라즈마 반응 공간의 간격을 1 mm로 유지하였다. 부도체 세라믹관의 외부에는, 전기적 접지의 목적으로, 내경 10 mm, 외경 13 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 접지관을 부도체 세라믹관과 동축으로 배치하고 전기적으로 접지하였다. 또한, 접지관의 외곽 부분에는 내경 25 mm, 외경 29 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속 실드를 설치하였다.
이트리아 코팅된 알루미늄 플레이트 샘플과 플라즈마 제트 토출구와의 간격은 3.5 mm로 유지하였으며, 샘플은 가열하지 않고 위치가 고정된 상태에서 불화 실험을 수행하였다. 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 주파수는 13.56 MHz이었으며, 인가된 고주파 전력은 300 W, 아르곤 가스의 유량은 50 lpm, 산소의 유량은 0.4 lpm, CF4 가스의 유량은 0.4 lpm 으로 하여 5 분간 불화실험 수행 후, XPS 표면분석 장비를 이용하여 깊이 방향의 조성 분포 분석 및 화학적 상태에 대한 분석을 수행하였다.
도 7(a)는 깊이 방향 조성 분석 결과로, 표면에서의 불소 함량은 최대 55%에 달하고 깊이가 증가함에 따라 점차 감소하는 형태를 보이고 있음을 알 수 있으며, 불소의 최대 침투 깊이는 120 nm 임을 보여주고 있다. 도 7b 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 7a 의 깊이 ① 지점에서의 Y3d 스펙트럼을 측정한 결과이며, 이트륨 옥사이드(Y2O3)가 Y-O-F 로 불화되어 화학상태가 변화하였음을 알 수 있다. 도 7c 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 7a 의 깊이② 지점에서의 Y3d 스펙트럼을 측정한 결과이다.
실험예 5의 이트리아 불화 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 부품 불화 방법에 의하면, 대기압 하에서 생성된 플라즈마에 의해 CF4 가스의 분해가 효과적으로 이루어지고, 불소를 포함한 라디칼을 이용하여 이트리아의 표면을 효과적으로 불화시킬 수 있음을 알 수 있다.
실험예 6
실험예 6에서는, 이트리아(이트륨 옥사이드, Y2O3)의 표면을, 본 발명에 따른 부품 불화 장치를 이용하여 불화시키는 실험을 수행하였다. 플라즈마 스프레이 공정을 이용하여, ~200 um의 이트리아(Y2O3)가 코팅된 20 mm x 20 mm x 5 mm의 알루미늄 플레이트를 불화하고자 하는 샘플로 이용하였다. 플라즈마 제트 헤드 모듈의 금속 전극봉은 직경 3 mm, 길이 245 mm의 구리봉을 이용하였으며, 금속 전극봉의 절연체로는 내경 3 mm, 외경 5 mm의 한쪽 끝이 막힌 99.5% 순도의 알루미나 보호관을 이용하였다. 부도체 세라믹관으로는 내경 7 mm, 외경 10 mm, 길이 225 mm, 순도 99.5%의 알루미나 튜브를 이용하여, 플라즈마 반응 공간의 간격을 1 mm로 유지하였다. 부도체 세라믹관의 외부에는, 전기적 접지의 목적으로, 내경 10 mm, 외경 13 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속 접지관을 부도체 세라믹관과 동축으로 배치하여 전기적으로 접지하였다. 또한, 최외곽 부분에는 내경 25 mm, 외경 29 mm의 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 금속 실드를 설치하였다.
이트리아 코팅된 알루미늄 플레이트 샘플과 플라즈마 제트 토출구와의 간격은 3.5 mm로 유지하였으며, 샘플을 350 ℃로 가열하며 위치는 고정된 상태에서 불화 실험을 수행하였다. 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 주파수는 13.56 MHz이었으며, 인가된 고주파 전력은 300 W, 아르곤 가스의 유량은 30 lpm, 산소의 유량은 0.1 lpm, CF4 가스의 유량은 0.3 lpm 으로 하여 3 분간 불화실험 수행 후, XPS 표면분석 장비를 이용하여 깊이 방향의 조성 분포 분석 및 화학적 상태에 대한 분석을 수행하였다.
도 8a 는 깊이 방향 조성 분석 결과로, 표면에서의 불소 함량은 최대 50%에 달하고 깊이가 증가함에 따라 점차 감소하는 형태를 보이고 있음을 알 수 있으며, 불소의 최대 침투 깊이는 200 nm 임을 보여주고 있다. 도 8b 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 8a 의 깊이 ① 지점에서의 Y3d 스펙트럼을 측정한 결과이며, 이트륨 옥사이드(Y2O3)가 Y-O-F 로 불화되어 화학상태가 변화하였음을 알 수 있다. 도 8c 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 8a 의 깊이 ② 지점에서의 Y3d 스펙트럼을 측정한 결과이다.
살험예 6의 이트리아 불화 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 부품 불화 방법에 의하면, 대기압 하에서 생성된 플라즈마에 의해 CF4 가스의 분해가 효과적으로 이루어지고, 불소를 포함한 라디칼을 이용하여 이트리아의 표면을 효과적으로 불화시킬 수 있음을 알 수 있다.
실험예 7
실험예 7에서는, 금속 알루미늄의 표면을, 본 발명에 따른 부품 불화 장치를 이용하여 불화시키는 실험을 수행하였다. 시료로는, 직경 15 mm, 두께 2 mm의 Al-6061 알루미늄 재질의 샘플을 불화하고자 하는 샘플로 이용하였다.
플라즈마 제트 헤드 모듈의 금속 전극봉은 직경 3 mm, 길이 245 mm의 구리봉을 이용하였으며, 금속 전극봉의 절연체로는 내경 3 mm, 외경 5 mm의 한쪽 끝이 막힌 99.5% 순도의 알루미나 보호관을 이용하였다. 부도체 세라믹관으로는 내경 7 mm, 외경 10 mm, 길이 225 mm, 순도 99.5%의 알루미나 튜브를 이용하여, 플라즈마 반응 공간의 간격을 1 mm로 유지하였다. 부도체 세라믹관의 외부에는, 전기적 접지의 목적으로, 내경 10 mm, 외경 13 mm의 스텐레스 스틸 재질로 이루어진 금속관을 부도체 세라믹관과 동축으로 배치하여 전기적으로 접지하였다. 또한, 최외곽 부분에는 내경 25 mm, 외경 29 mm의 스텐레스 스틸 재질로 이루어진 금속 실드관을 설치하였다.
알루미늄 샘플과 플라즈마 제트 토출구와의 간격은 3.5 mm로 유지하였으며, 샘플은 위치가 고정된 상태에서, 350 ℃로 가열하며 불화실험을 진행하였다. 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원장치의 주파수는 13.56 MHz이었으며, 인가된 고주파 전력은 300 W, 아르곤 가스의 유량은 30 lpm, 산소의 유량은 0.1 lpm, CF4 가스의 유량은 0.3 lpm 으로 하여 3 분간 불화실험 수행 후, XPS 표면분석 장비를 이용하여 깊이 방향의 조성 분포 분석 및 화학적 상태에 대한 분석을 수행하였다.
도 9a 는 깊이 방향 조성 분석 결과로, 표면에서의 불소 함량은 40~50%에 달하고 깊이가 증가함에 따라 점차 감소하는 형태를 보이고 있음을 알 수 있으며, 불소의 최대 침투 깊이는 180 nm 정도임을 보여주고 있다. 도 9b 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 9a 의 깊이 ① 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 측정한 결과이며, 알루미늄이 Al-O-F 로 불화되어 화학상태가 변화하였음을 알 수 있다. 도 9c 는 깊이 방향 조성분석 결과인 도 9a 의 깊이 ② 지점에서의 Al2p 스펙트럼을 측정한 결과이다.
실험예 7 금속 알루미늄 불화 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 부품 불화 방법에 의하면, 대기압 하에서 생성된 플라즈마에 의해 CF4 가스의 분해가 효과적으로 이루어지고, 불소를 포함한 라디칼을 이용하여 금속 알루미늄 표면을 효과적으로 불화시킬 수 있음을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 플라즈마 제트 헤드 모듈 110: 플라즈마 반응 공간
120: 금속 전극봉 130: 부도체 세라믹관
150: 금속 실드 200: 인입 가스 챔버
300: 가스 공급부 400: 고주파 전원장치
450: 고주파 매칭 박스 500: 시료 지지대
530: 시료 히터 600: 작업 챔버
650: 가스 배기 장치

Claims (17)

  1. 절연체에 의해 표면이 절연된 금속 전극봉; 상기 금속 전극봉과 동축으로 설치되고 상기 금속 전극봉과의 사이에 간격을 형성하며 연장되는 부도체 세라믹관; 및 상기 부도체 세라믹관의 외주면을 둘러싸고 연장되고 전기적으로 접지되는 접지관으로서 상기 접지관의 내주면 전체가 상기 부도체 세라믹관에 접하는 접지관; 상기 금속 전극봉의 외주면과 상기 부도체 세라믹관의 내주면 사이에 환형의 공간부로 형성되고 길이방향으로 연장되며 상기 환형의 공간부의 하단의 개방 부분이 플라즈마 제트 토출구가 되는 플라즈마 반응 공간을 갖는 플라즈마 제트 헤드 모듈;
    상기 금속 전극봉에 고주파 전원을 인가하며, 임피던스 정합을 수행하는 고주파 매칭 박스를 통해 상기 금속 전극봉에 연결된 고주파 전원 장치;
    상기 플라즈마 반응 공간에 불소 함유 반응성 가스를 포함하는 사용 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    상기 플라즈마 제트 토출구 하단으로 구비되며 시료가 배치되는 시료 지지대를 포함하되,
    상기 플라즈마 제트 헤드 모듈의 상부가 고정되는 인입 가스 챔버를 구비하고, 상기 금속 전극봉은 상기 인입 가스 챔버를 관통하게 배치되어 수직하게 아래로 연장되고, 상단이 상기 고주파 매칭 박스에 연결되며, 상기 부도체 세라믹관은 상단이 상기 인입 가스 챔버 내에 위치하여 길이방향으로 아래로 연장되어, 상기 인입 가스 챔버로부터 상기 플라즈마 반응 공간으로 사용가스가 인입되며,
    상기 인입 가스 챔버 내에는, He, Ne, Ar, Kr, Xe 중에서 선택된 방전 가스와, O2, N2, 에어(air) 중에서 선택된 비불소 반응성 가스와, 불소 함유 반응성 가스의 혼합 가스가 형성되어 상기 플라즈마 반응 공간으로 도입되고, 상기 불소 함유 반응성 가스는 CF4, C2F6, C4F8 등의 불소를 포함하는 불화탄소 또는 삼불화질소(NF3) 가스 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료 지지대에는 시료를 가열하기 위한 시료 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시료지지대는 전후 또는 좌우 방향으로 이송가능하게 형성되며, 상기 시료지지대의 이송을 제어하는 시료 이송 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응 공간을 형성하는 상기 금속 전극봉의 상기 절연체의 외주면과 상기 부도체 세라믹관의 내주면 사이의 간격은 0.2 ~ 5 mm 인 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사용가스는 Ar, O2 , CF4 로 구성된 혼합 가스이고, 유량비(Ar:O2:CF4)가 30:(0.05~0.5):(0.2~2.0) 인 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전원 장치를 통해 상기 금속 전극봉에 인가되는 고주파 전원은 주파수가 1 ~ 100 MHz 이며, 고주파 전력이 100 ~ 5,000 W 인 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 시료 히터는 시료를 100 ~ 600 ℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 제트 헤드 모듈은, 상기 접지관의 외곽을 둘러싸는 금속 실드를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 불화 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 제트 헤드 모듈 및 상기 시료 지지대를 내부에 수용하고 표면 불화 공정이 수행되는 작업 공간을 한정하는 작업 챔버와,
    상기 작업 챔버 내부의 가스 배기를 위한 가스 배기 장치를 더 포함하고,
    상기 가스 배기 장치는 표면 불화 공정 중에 상기 작업 챔버 내부에 음압을 형성하는 것을 특징으로 하는, 부품 불화 장치.
  12. 절연체에 의해 표면이 절연된 금속 전극봉; 상기 금속 전극봉과 동축으로 설치되고 상기 금속 전극봉과의 사이에 간격을 형성하며 연장되는 부도체 세라믹관; 상기 부도체 세라믹관의 외주면을 둘러싸고 연장되고 전기적으로 접지되는 접지관으로서 상기 접지관의 내주면 전체가 상기 부도체 세라믹관에 접하는 접지관; 및 상기 금속 전극봉의 외주면과 상기 부도체 세라믹관의 내주면 사이에 환형의 공간부로 형성되고 길이방향으로 연장되며 상기 환형의 공간부의 하단의 개방 부분이 플라즈마 제트 토출구가 되는 플라즈마 제트 헤드 모듈을 이용한 부품 불화 방법으로서,
    상기 플라즈마 제트 토출구에 대향하여 시료를 배치하는 단계;
    플라즈마 반응 공간이 연결된 인입 가스 챔버에 사용 가스를 도입하되, 상기 사용 가스는, He, Ne, Ar, Kr, Xe 중에서 선택된 방전 가스와, O2, N2, 에어(air) 중에서 선택된 비불소 반응성 가스와, CF4, C2F6, C4F8 등의 불소를 포함하는 불화탄소 또는 삼불화질소(NF3) 가스 중에서 선택된 불소 함유 반응성 가스의 혼합 가스이며, 상기 인입 가스 챔버에 상기 혼합 가스를 도입하는 단계;
    상기 인입 가스 챔버에 도입된 상기 혼합 가스를 상기 플라즈마 반응 공간으로 인입시키는 단계; 및
    상기 금속 전극봉에 고주파 전력을 인가하여 상기 플라즈마 반응 공간에 플라즈마를 발생시키고, 발생된 불소를 포함하는 라디칼 기체 및 플라즈마를 상기 플라즈마 제트 토출구를 통해 상기 시료를 향해 분출하여 시료 표면을 불화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 불화 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 사용가스는 Ar, O2 , CF4 로 구성된 혼합 가스이고, 유량비(Ar:O2:CF4)는 30:(0.05~0.5):(0.2~2.0) 인 것을 특징으로 하는 부품 불화 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    고주파 전원 장치를 통해 상기 금속 전극봉에 인가되는 고주파 전원은, 주파수가 1 ~ 100 MHz이며, 고주파 전력이 100 ~ 5,000 W 인 것을 특징으로 하는 부품 불화 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 시료 표면을 불화하는 단계는 상기 시료가 100 ~ 600 ℃ 온도로 가열된 상태로 수행되는 것을 특징으로 하는 부품 불화 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 플라즈마 제트 헤드 모듈의 적어도 플라즈마 제트 토출구 및 상기 플라즈마 제트 헤드 모듈에 의해 표면 불화가 수행되는 시료를 내부에 수용하는 작업 챔버와 상기 작업 챔버 내부를 배기하는 가스 배기 장치를 이용하여, 상기 시료의 표면 불화 중에 상기 가스 배기 장치의 동작에 의해 상기 작업 챔버 내부에 음압을 형성하는 것을 특징으로 하는 부품 불화 방법.
KR1020200008138A 2020-01-21 2020-01-21 부품 불화 장치 및 방법 KR102161704B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200008138A KR102161704B1 (ko) 2020-01-21 2020-01-21 부품 불화 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200008138A KR102161704B1 (ko) 2020-01-21 2020-01-21 부품 불화 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102161704B1 true KR102161704B1 (ko) 2020-10-06

Family

ID=72826299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200008138A KR102161704B1 (ko) 2020-01-21 2020-01-21 부품 불화 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102161704B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003173898A (ja) * 2001-12-06 2003-06-20 Kazuo Terajima プラズマ発生装置
JP3151143U (ja) * 2009-03-31 2009-06-11 韶陽科技股▲分▼有限公司 低温プラズマ発生装置
KR20110052838A (ko) * 2009-11-13 2011-05-19 한국기계연구원 플라즈마 처치기
KR20110091759A (ko) * 2008-11-10 2011-08-12 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 플라즈마 챔버 부품용 플라즈마 내성 코팅
JP5100202B2 (ja) * 1999-12-10 2012-12-19 東京エレクトロン株式会社 処理装置
KR101320291B1 (ko) * 2011-08-11 2013-10-22 강원대학교산학협력단 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5100202B2 (ja) * 1999-12-10 2012-12-19 東京エレクトロン株式会社 処理装置
JP2003173898A (ja) * 2001-12-06 2003-06-20 Kazuo Terajima プラズマ発生装置
KR20110091759A (ko) * 2008-11-10 2011-08-12 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 플라즈마 챔버 부품용 플라즈마 내성 코팅
JP3151143U (ja) * 2009-03-31 2009-06-11 韶陽科技股▲分▼有限公司 低温プラズマ発生装置
KR20110052838A (ko) * 2009-11-13 2011-05-19 한국기계연구원 플라즈마 처치기
KR101320291B1 (ko) * 2011-08-11 2013-10-22 강원대학교산학협력단 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5798016A (en) Apparatus for hot wall reactive ion etching using a dielectric or metallic liner with temperature control to achieve process stability
TW321821B (ko)
KR100855597B1 (ko) 육불화황 원격 플라즈마 소스 세정
US7588036B2 (en) Chamber clean method using remote and in situ plasma cleaning systems
WO2017192249A1 (en) Plasma treatment process for in-situ chamber cleaning efficiency enhancement in plasma processing chamber
TW202033814A (zh) 用於具有可重複蝕刻與沉積率之增進效能之調節遠端電漿源的方法
US20210292893A1 (en) Surface coating for plasma processing chamber components
US5643639A (en) Plasma treatment method for treatment of a large-area work surface apparatus and methods
JP2000200697A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JPH0773997A (ja) プラズマｃｖｄ装置と該装置を用いたｃｖｄ処理方法及び該装置内の洗浄方法
WO1980001363A1 (en) Lpcvd systems having in situ plasma cleaning
JP2005303255A (ja) 太陽電池用シリコン基板の低反射率加工方法
US20200152432A1 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
KR102161704B1 (ko) 부품 불화 장치 및 방법
JP2921499B2 (ja) プラズマ処理装置
US20230131168A1 (en) Processing method for fluorination of fluorination-target component and fluorinated component obtained thereby
JP2000323467A (ja) 遠隔プラズマ放電室を有する半導体処理装置
TW202219308A (zh) 利用低溫氟化的金屬氧化物
TWI823636B (zh) 氟化對象物的氟化加工方法
US20230061151A1 (en) Film forming method and film forming apparatus
JP3421457B2 (ja) 金属表面の乾式処理のための方法および装置
JP2023157446A (ja) プラズマ処理方法、プラズマ処理装置、およびステージ
KR101603787B1 (ko) 표면 처리 장치 및 표면 처리 방법
JP2021195594A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN112639195A (zh) 用于对电子材料进行等离子体处理的装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction