KR102182699B1

KR102182699B1 - 플라즈마 처리 장치용 내부재 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR102182699B1
Application number: KR1020140155788A
Authority: KR
Inventors: 이성훈; 정동훈; 고현철
Original assignee: (주) 코미코
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2020-11-25
Also published as: TW201621066A; KR20160055991A; TWI591210B

Abstract

플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법은 플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부 부품에 제1 세라믹 물질을 통해 용사 코팅층을 형성하는 단계, 상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리하여 상기 용사 코팅층보다 입자 분포가 치밀화된 표면 용융층을 형성하는 단계 및 상기 표면 용융층을 형성하는 단계에서 생성된 열 크랙을 보완하기 위하여, 상기 표면 용융층 상에 제2 세라믹 물질을 포함하는 수지를 통해 상기 열 크랙을 메우는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치용 내부재 및 이의 제조 방법{INTERNAL MEMBER APPLYING PLASMA TREATMENT APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 플라즈마 처리 장치용 내부재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 기판에 회로 패턴을 형성하기 위하여 도전성 박막을 플라즈마를 통해 처리하는 공정이 진행되는 플라즈마 처리 장치의 진공 챔버의 내부에 포함되는 내부재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 회로 패턴을 형성하여 제조된다. 이때, 상기 회로 패턴은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)과 같은 도전성 박막 또는 2규화몰리브덴(MoSi2), 질화티타늄(TiN), 질화탄탈륨(TaN)과 같은 금속 화합물을 증착하여 배선이나 전극 등을 형성하는 증착 공정과 상기 증착된 배선이나 전극 등의 일부를 플라즈마를 통해 식각하는 플라즈마 식각 공정을 포함하여 진행된다.

여기서, 상기 플라즈마 식각 공정은 처리 공간을 제공하는 챔버, 상기 처리 공간에 배치되어 상기 반도체 기판이 놓여지는 스테이지 및 상기 진공 챔버에서 상기 스테이지와 마주하도록 배치되어 상기 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전극을 기본적인 구성으로 포함하는 플라즈마 처리 장치를 통해 진행된다.

이때, 상기 챔버의 내부에는 상기 처리 공간에 생성된 플라즈마로부터 보호되도록 내부재가 형성된다. 상기 내부재는 기본적으로 우수한 내플라즈마성을 갖도록 세라믹 물질을 통해 용사 코팅한 용사 코팅층 및 상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리함으로써 상기 용사 코팅층보다 입자 분포가 치밀화되어 강도가 강해진 표면 용융층을 포함한다.

그러나, 상기 표면 용융층을 형성하는 과정에서 상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리할 때 자연스럽게 상기 용사 코팅층의 내부에 존재하던 기공의 감소로 인해 밀도가 증가하게 됨에 따라 부피가 감소하면서 그 표면에 미세한 열 크랙이 발생됨으로써, 상기 열 크랙 부분에서 상기 플라즈마 식각 공정 시 에로전 손상에 따른 불순물이 발생되어 상기 스테이지에 놓여진 반도체 기판을 오염시키는 심각한 문제점이 발생될 수 있다.

(특허 문헌1)한국공개특허공보(제10-2009-0048114; 공개일 2009.05.13, 플라즈마 에칭 챔버) (특허 문헌2)한국공개특허공보(제10-2008-0102254; 공개일 2008.11.24, 반도체 가공 장치용 세라믹 피복 부재의 제조 방법)

본 발명의 목적은 플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부 부품에 미세하게 형성된 열 크랙 부분이 보완되도록 내부재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 진공 챔버의 내부에 제조된 내부재를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법은 플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부 부품에 제1 세라믹 물질을 통해 용사 코팅층을 형성하는 단계, 상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리하여 상기 용사 코팅층보다 입자 분포가 치밀화된 표면 용융층을 형성하는 단계 및 상기 표면 용융층을 형성하는 단계에서 생성된 열 크랙을 보완하기 위하여, 상기 표면 용융층 상에 제2 세라믹 물질을 포함하는 보완 물질로 상기 열 크랙을 메우는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따른 상기 보완 물질로 상기 열 크랙을 메우는 단계는 상기 표면 용융층 상에 상기 보완 물질을 전체적으로 도포하는 단계, 상기 표면 용융층의 표면을 세정하여 상기 도포된 보완 물질 중 상기 열 크랙에 침투한 부분을 제외한 나머지 표면 잔류물을 제거하는 단계 및 상기 표면이 세정된 표면 용융층의 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 보완 물질로 상기 열 크랙을 메우는 단계는 상기 보완 물질을 전체적으로 도포하는 단계 이후에, 상기 보완 물질을 도포한 상태로 0.8 내지 1.2 시간 동안 자연 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계는 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 80 내지 100℃의 온도에서 0.8 내지 1.2 시간 동안 가열하는 단계 및 상기 가열된 보완 물질을 140 내지 160℃의 온도에서 0.8 내지 1.2 시간 동안 경화하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계에서는 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 상온에서 22 내지 26 시간 동안 자연 경화할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계는 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 80 내지 100℃의 온도에서 0.8 내지 1.2 시간 동안 가열하는 단계 및 상기 가열된 보완 물질을 상기 제1 세라믹 물질의 용융 온도보다는 낮으면서 상기 제2 세라믹 물질의 용융 온도보다는 높은 온도로 순간적으로 경화하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 보완 물질은 바인더 수지 및 여분의 용매를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 제2 세라믹 물질은 상기 제1 세라믹 물질과 적어도 하나의 성분이 동일할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 제2 세라믹 물질은 상기 열 크랙보다 작은 사이즈의 세라믹 입자들을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 내부재의 제조 방법은 상기 표면 용융층을 형성하기 전에, 상기 용사 코팅층의 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 연마하는 단계에서는 상기 용사 코팅층의 중심선 평균 거칠기가 3㎛ 이하 또는 십점 평균 거칠기가 20㎛ 이하가 되도록 연마할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 용사 코팅층을 형성하는 단계에서는 상기 용사 코팅층을 50 내지 300㎛의 두께로 형성할 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 표면 용융층을 형성하는 단계에서는 상기 표면 용융층을 10 내지 30㎛의 두께로 형성할 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 플라즈마 처리 장치용 내부재는 용사 코팅층, 표면 용융층 및 보완 물질을 포함한다.

상기 용사 코팅층은 플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부 부품에 제1 세라믹 물질을 통하여 형성된다. 상기 표면 용융층은 상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리하여 상기 용사 코팅층보다 입자 분포가 치밀화되며, 표면에 열 크랙에 따른 미세홈이 형성된다. 상기 보완 물질은 상기 열 크랙을 보완하기 위하여, 제2 세라믹 물질을 통해 상기 미세홈에 메워진다.

이러한 플라즈마 처리 장치용 내부재 및 이의 제조 방법에 따르면, 플라즈마를 통해서 기판을 처리하는 플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부 부품에 상기 플라즈마로부터 보호되도록 용사 코팅층 및 상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리하여 표면 용융층을 형성한 후, 상기 표면 용융층 상에 상기 표면 용융층을 형성하는 과정에서 그 표면에 자연스럽게 형성될 수밖에 없는 열 크랙에 의한 미세홈을 세라믹 물질을 포함하는 보완 물질로 메움으로써, 상기 열 크랙에 의한 미세홈으로부터 상기 플라즈마에 의한 처리 공정 중에서 에로전 손상에 의해 불순물이 발생되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

이에 따라, 상기 플라즈마에 의해서 처리되는 기판으로부터 제조되는 반도체 칩들 또는 디스플레이 소자 등의 생산 수율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이들의 품질 향상에도 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부재가 형성된 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 6들은 도 1에 도시된 내부재를 실질적으로 형성하는 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 6의 A부분을 확대한 도면이다.
도 8 내지 도 11들은 도 3에 따른 연마 공정에서의 표면 거칠기에 따라 도 4에 따른 표면 용융층의 표면들을 나타낸 SEM 사진들이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 내부재 및 이의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부재가 형성된 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부재(500)는 플라즈마 처리 장치(100)의 고진공 상태의 플라즈마 처리 공간(210)을 제공하는 진공 챔버(200)의 내부 부품에 형성된다.

이때, 상기 플라즈마 처리 장치(100)는 기판(10)을 대상으로 플라즈마 처리 공정을 수행하기 위하여, 기본적으로 상기 플라즈마 처리 공간(210)에 배치되어 상기 기판(10)이 놓여지는 스테이지(300) 및 상기 스테이지(300)에 놓여진 기판(10)과 마주하도록 배치되어 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 전극(400)을 포함할 수 있다. 이에, 상기 내부재(500)는 상기 스테이지(300) 및 상기 플라즈마 전극(400) 뿐만 아니라, 상기 진공 챔버(200)의 내부에 위치될 수 있는 내부벽 또는 배플 구조물 등의 다른 부품도 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기판(10)은 반도체 칩들을 제조하기 위한 반도체 기판 또는 디스플레이 소자를 제조하기 위한 유리 기판을 포함할 수 있다.

이에, 상기 내부재(500)는 상기 플라즈마 처리 공간(210)에서의 상기 플라즈마로부터 상기 진공 챔버(200)의 안쪽 부분을 보호하기 위하여 우수한 내플라즈마성이 필요하며, 이하 상기의 내부재(500)를 실질적으로 형성하는 일 실시예에 따른 방법에 대해서 도 2 내지 도 7들을 추가적으로 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2 내지 도 6들은 도 1에 도시된 내부재를 실질적으로 형성하는 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면들이며, 도 7은 도 6의 A부분을 확대한 도면이다.

도 2를 추가적으로 참조하면, 상기 내부재(500)를 형성하기 위하여 우선 상기 진공 챔버(200)의 내부 부품 중 어느 하나인 내부벽(220)에 제1 세라믹 물질을 용사 코팅하여 용사 코팅층(600)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 세라믹 물질은 용사 코팅이 가능하면서 우수한 내플라즈마성을 갖는 이트리아(yttria), 야그(yttrium-aluminum garnet, YAG), 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia) 및 주기율표 3a족 산화물 군으로부터 선택된 단독 또는 혼합 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 용사 코팅층(600)은 그 두께(T1)가 약 50㎛ 미만일 경우에는 상기 용사 코팅층(600)을 형성하는 과정에서의 열에 의해 모재인 상기 내부벽(220)이 손상을 받을 수 있을 뿐만 아니라 너무 얇아 이하의 표면 용융층(700)의 형성 과정에서 쉽게 박리되어 실질적으로 형성이 어려우므로 바람직하지 않고, 약 300㎛를 초과할 경우에는 반대로 너무 두꺼워 이하의 표면 용융층(700)의 형성 과정에서 박리 가능성이 높을 뿐만 아니라 과도한 두께로 인해 공정 비용을 증가시키므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 용사 코팅층(600)은 약 50 내지 300㎛의 두께(T1)를 갖는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 용사 코팅층(600)은 약 50 내지 150㎛의 두께(T1)를 갖는 것이 더 바람직하다. 이렇게 형성된 용사 코팅층(600)의 표면에는 중심선 평균 거칠기(Ra)가 약 4 내지 5㎛ 이거나 십점 평균 거칠기(Rz)가 약 30 내지 40㎛인 다수의 거친 홈(610)들이 형성될 수 있다.

도 3을 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 용사 코팅층(600)의 거친 홈(610)들이 형성된 표면을 연마하여 연마 표면(620)을 형성한다. 이렇게 상기 용사 코팅층(600)의 표면을 연마하는 이유는, 실질적으로 이하에서 설명할 표면 용융층(700)이 상기 용사 코팅층(600)의 대부분의 면적에 형성되도록 하기 위해서이며, 이에 따른 구체적인 내용은 이하에서 후술하고자 한다.

도 4를 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 연마 표면(620)의 일부를 용융 처리하여 상기 용사 코팅층(600)보다 입자 분포가 치밀화된 표면 용융층(700)을 형성한다. 구체적으로, 상기 표면 용융층(700)은 상기 연마 표면(620)을 고온으로 가열하여, 예컨대 플레임 가열, 아크 조사, 레이저 조사 또는 전자빔 가열 등의 공정을 단독 또는 복합적으로 진행하여 형성될 수 있다. 이러한 표면 용융층(700)은 상기 용사 코팅층(600)보다 상당히 강한 강도를 가지게 됨에 따라, 상기 플라즈마 처리 공간(210)에서의 상기 플라즈마로부터 상기 내부벽(220)을 실질적으로 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

이때, 상기 표면 용융층(700)은 두께(T2)가 약 10㎛ 미만일 경우에는 너무 얇아 상기 연마 표면(620)의 전체 면적에 대하여 안정적으로 균일하게 형성되기 어려우므로 바람직하지 않고, 약 30㎛를 초과할 경우에는 너무 두꺼워 쉽게 박리될 수 있을 뿐만 아니라 이를 형성하는 공정 시간이 과도하게 많이 소요되므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 표면 용융층(700)은 약 10 내지 30㎛의 두께(T2)를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 표면 용융층(700)의 두께(T2)는 상기 고온으로 가열하기 위한 열원과의 사이 거리를 조절하거나, 상기 열원의 출력을 조절하여 그 용융되는 온도를 제어함으로써 구현할 수 있다.

또한, 상기 표면 용융층(700)은 상기 연마 표면(620)의 표면 거칠기에 따라서도 그 면적률이 결정될 수 있으므로, 이에 대해서는 이하의 도 8 내지 도 11들과 표 1을 추가적으로 참조하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 8 내지 도 11들은 도 3에 따른 연마 공정에서의 표면 거칠기에 따라 도 4에 따른 표면 용융층의 표면들을 나타낸 SEM 사진들이다.

표면 거칠기	Ra	4㎛초과 5㎛이하	3㎛초과 4㎛이하	2㎛초과 3㎛이하	1㎛초과 2㎛이하
표면 거칠기	Rz	30㎛초과 40㎛이하	30㎛초과 35㎛이하	13㎛초과 20㎛이하	10㎛초과 12㎛이하
표면 용융층 면적률		50%이상 60%미만	70%이상 80%미만	90%이상 100%미만	100%

표 1 및 도 8을 참조하면, 상기 도 3에 따른 연마 공정을 상기 연마 표면(620)이 약 4㎛ 초과 5㎛ 이하의 중심선 평균 거칠기(Ra) 또는 약 30㎛ 초과 40㎛ 이하의 십점 평균 거칠기(Rz)를 갖도록 진행할 경우에는 상기 도 4에 따른 표면 용융층(700)의 실질적인 면적률이 약 50% 이상 60% 미만으로 나타나, 상기 내부재(100)가 원하는 수준의 내플라즈마 특성을 갖지 못하는 것으로 확인되었다.

또한, 표 1 및 도 9를 참조하면 상기 도 3에 따른 연마 공정을 상기 연마 표면(620)이 약 3㎛ 초과 4㎛ 이하의 중심선 평균 거칠기(Ra) 또는 약 30㎛ 초과 35㎛ 이하의 십점 평균 거칠기(Rz)를 갖도록 진행할 경우에는 상기 도 4에 따른 표면 용융층(700)의 실질적인 면적률이 약 70% 이상 80% 미만으로 나타나, 상기 내부재(100)가 역시 원하는 수준의 내플라즈마 특성을 갖지 못하는 것으로 확인되었다.

반면, 표 1, 도 10 및 도 11을 참조하면 상기 도 3에 따른 연마 공정을 상기 연마 표면(620)이 약 3㎛ 이하의 중심선 평균 거칠기(Ra) 또는 약 20㎛ 이하의 십점 평균 거칠기(Rz)를 갖도록 진행할 경우에는 상기 도 4에 따른 표면 용융층(700)의 실질적인 면적률이 약 90% 이상으로 상기 용사 코팅층(600)의 대부분의 면적에 나타나, 상기 내부재(100)가 원하는 수준의 내플라즈마 특성을 가짐에 따라 상기 플라즈마로부터 상기 내부벽(220)을 실질적으로 충분히 안정하게 보호할 수 있으므로, 상기의 연마 공정을 상기 연마 표면(620)이 약 3㎛ 이하의 중심선 평균 거칠기(Ra) 또는 약 20㎛ 이하의 십점 평균 거칠기(Rz)를 갖도록 진행하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기의 연마 공정을 상기 연마 표면(620)이 약 3㎛ 이하의 중심선 평균 거칠기(Ra)를 가짐과 동시에 약 20㎛ 이하의 십점 평균 거칠기(Rz)를 갖도록 진행하는 것이 더 바람직하다.

한편, 도 4에 따라 형성된 표면 용융층(700)은 상기에서와 같이 그 두께(T2) 또는 상기 연마 표면(620)의 표면 거칠기를 조절할 경우에도, 그 표면에는 상기의 고온으로 가열하여 경화하는 과정에서 자연스럽게 상기 용사 코팅층의 내부에 존재하던 기공의 감소로 인해 밀도가 증가하게 됨에 따라 부피가 감소하면서 그 표면에 열 크랙에 따른 미세홈(710)이 형성될 수밖에 없다.

이를 보완하고자, 도 5, 도 6 및 도 7을 추가적으로 참조하여 상기 표면 용융층(700) 상에 제2 세라믹 물질을 포함하는 접착 특성을 갖는 보완 물질(800)을 통해 상기 열 크랙에 따른 미세홈(710)을 메우는 공정을 수행한다. 여기서, 상기 제2 세라믹 물질은 상기 제1 세라믹 물질과 마찬가지로, 이트리아(yttria), 야그(yttrium-aluminum garnet, YAG), 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia) 및 주기율표 3a족 산화물 군으로부터 선택된 단독 또는 혼합 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제2 세라믹 물질은 상기 미세홈(710)에서 상기 표면 용융층(700)과의 결합력이 우수하도록 상기 표면 용융층(700)의 기본이 되는 상기 용사 코팅층(600)의 제1 세라믹 물질과 적어도 하나의 성분이 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1 세라믹 물질이 야그(yttrium-aluminum garnet, YAG)로 이루어질 경우, 상기 제2 세라믹 물질은 이트리아(yttria) 또는 알루미나(alumina)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제2 세라믹 물질은 상기 미세홈(710)을 메울 수 있도록 기본적으로 상기 열 크랙에 따른 미세홈(710)보다 작은 사이즈의 세라믹 입자들을 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 상기의 미세홈(710)을 메우는 공정을 보다 상세하게 설명하면, 우선 상기 표면 용융층(700) 상에 상기 보완 물질(800)을 전체적으로 도포한다. 구체적으로, 상기 보완 물질(800)을 무진 와이퍼를 사용하여 상기 표면 용융층(700)에 전체적으로 도포할 수 있다. 이때, 상기 보완 물질(800)은 기본적인 접착성과 도포성을 갖기 위해서 바인더 수지 및 여분의 용매를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 바인더 수지는 일 예로, 상품명 "permabond"로 표시되는 아크릴(acryl) 계열 물질을 포함할 수 있다.

이어서, 상기 보완 물질(800)을 도포한 상태로 약 0.8 내지 1.2 시간 동안 자연 건조한다. 이는, 상기 표면 용융층(700) 상에서 상기 도포된 보완 물질(800)이 상기 미세홈(710)으로 충분히 침투하여 메울 수 있는 시간을 제공하기 위해서이다. 이에, 상기 자연 건조하는 시간을 약 0.8 내지 1.2 시간으로 한정하는 이유는 이 시간이 약 0.8 시간 미만일 경우에는 상기 도포된 보완 물질(800)이 충분히 침투하지 못하고, 약 1.2 시간을 초과할 경우에는 상기 도포된 보완 물질(800)이 더 이상 침투하지 못하여 불필요하게 공정 시간을 증가시키기 때문이다. 이때, 상기 자연 건조하는 시간은 실질적으로 약 1시간 동안 진행하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 표면 용융층(700)의 표면을 세정하여 상기 도포된 보완 물질(800) 중 상기 미세홈(710)에 침투한 부분을 제외한 나머지 노출 부분을 제거한다. 구체적으로, 상기 표면 용융층(700)의 표면을 스폰지(sponge)와 같은 흡수 특성이 우수한 세정 도구로 닦아내서 상기 보완 물질(800)의 표면 잔류물을 제거할 수 있다.

이어서, 상기 표면이 세정된 표면 용융층(700)의 상기 미세홈(710)에 침투된 보완 물질(800)을 경화한다. 이에 따라, 상기 열 크랙에 따른 미세홈(710)은 상기 경화된 보완 물질(800)에 의해서 완전하게 보완될 수 있으며, 이하 상기 침투된 보완 물질(800)을 경화하는 방법의 다양한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

일 실시예에 따라 상기 미세홈(710)에 침투된 보완 물질(800)을 경화하기 위하여, 우선 상기 침투된 보완 물질(800)을 약 80 내지 100℃의 온도에서 약 0.8 내지 1.2 시간 동안 가열한다. 이는, 상기 침투된 보완 물질(800) 중 용매 부분을 기화 작용을 통해 제거하여 이하의 실질적인 경화 공정에서 상기 용매 부분에 의해서 기포가 발생되는 것을 방지하기 위해서이다. 이에, 상기 가열하는 온도를 약 80 내지 100℃의 온도로 한정하는 이유는 약 80℃ 미만의 온도에서는 상기 용매 부분이 기화되지 않고, 약 100℃를 초과하는 온도에서는 상기 침투된 보완 물질(800)이 일부 경화될 수 있기 때문이다. 또한, 상기 가열하는 시간을 약 0.8 내지 1.2 시간으로 한정하는 이유는 이 시간이 약 0.8 시간 미만일 경우에는 상기 침투된 보완 물질(800)로부터 상기 용매 부분이 완전히 제거되지 못하고, 약 1.2 시간을 초과할 경우에는 상기 침투된 보완 물질(800)로부터 상기 기화되어 제거될 용매 부분이 더 이상 남아 있지 않아 불필요하게 공정 시간을 증가시키기 때문이다. 이때, 상기 침투된 보완 물질(800)을 약 90℃의 온도에서 약 1시간 동안 진행하는 것이 가장 바람직하다. 이어서, 상기 가열된 보완 물질(800)을 약 140 내지 160℃의 온도에서 약 0.8 내지 1.2 시간 동안 경화한다. 이때, 상기 경화하는 온도를 약 140 내지 160℃의 온도로 한정하는 이유는 약 140℃ 미만의 온도에서는 상기 가열된 보완 물질(800)이 경화되지 않고, 약 160℃를 초과하는 온도에서는 상기 가열된 보완 물질(800)의 경화에 큰 차이가 발생되지 않아 불필요한 에너지 낭비를 초래하기 때문이다. 또한, 상기 경화하는 시간을 약 0.8 내지 1.2 시간으로 한정하는 이유는 이 시간이 약 0.8 시간 미만일 경우에는 상기 가열된 보완 물질(800)이 완전히 경화되지 못하고, 약 1.2 시간을 초과할 경우에는 상기 가열된 보완 물질(800)로부터 경화될 부분이 더 이상 남아 있지 않아 불필요하게 공정 시간을 증가시키기 때문이다. 이에 따라, 상기 가열된 보완 물질(800)을 약 150℃의 온도에서 약 1 시간 동안 진행하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 일 실시예에 따라 상기 침투된 보완 물질(800)을 경화하면, 에너지 및 공정 측면에서 가장 효율적인 온도 범위와 시간 동안 상기 침투된 보완 물질(800)을 안정적으로 완전하게 경화할 수 있다는 장점이 있다.

다른 실시예에 따라 상기 미세홈(710)에 침투된 보완 물질(800)을 경화하기 위하여, 상기 침투된 보완 물질(800)을 상온에서 약 22 내지 26 시간 동안 자연 경화한다. 이는, 상기 침투된 보완 물질(800)로부터 그 용매 부분이 자연스럽게 건조 형태로 제거되도록 하면서 시간적으로 천천히 경화되도록 하기 위해서이다. 이에, 상기 자연 경화하는 시간을 약 22 내지 26 시간으로 한정하는 이유는 약 22 시간 미만일 경우에는 상기 침투된 보완 물질(800)의 자연스러운 경화가 완전히 진행되지 못하고, 약 26 시간을 초과할 경우에는 상기 침투된 보완 물질(800)로부터 경화될 부분이 더 이상 남아 있지 않아 불필요하게 공정 시간을 증가시키기 때문이다. 이때, 상기 침투된 보완 물질(800)을 상온에서 약 24 시간 동안 진행하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 다른 실시예에 따라 상기 침투된 보완 물질(800)을 경화하면, 다소 공정 시간이 증가한다는 제약이 따를 수 있지만, 추가적인 에너지 사용 없이 자연 상태에서 상기 침투된 보완 물질(800)을 상당히 안정적으로 경화할 수 있다는 장점이 있다.

또 다른 실시예에 따라 상기 미세홈(710)에 침투된 보완 물질(800)을 경화하기 위하여, 우선 상기 침투된 보완 물질(800)을 약 80 내지 100℃의 온도에서 약 0.8 내지 1.2 시간 동안 가열한다. 이에, 본 가열 공정은 상기에서 설명한 일 실시예에 따른 상기 침투된 보완 물질(800)의 가열 공정과 실질적으로 동일하므로, 이에 따른 중복 설명은 생략하기로 한다. 이어서, 상기 가열된 보완 물질(800)을 상기 표면 용융층(700)의 기본이 되는 상기 용사 코팅층(600)의 제1 세라믹 물질의 용융 온도보다는 낮으면서 상기 보완 물질(800)에 포함된 제2 세라믹 물질의 용융 온도보다는 높은 온도로 순간적으로 경화한다. 예를 들어, 상기 제1 세라믹 물질이 약 1900℃의 용융 온도를 갖는 야그(yttrium-aluminum garnet, YAG)로 이루어지면서 상기 제2 세라믹 물질이 약 1700℃의 용융 온도를 갖는 알루미나(alumina)로 이루어질 경우에는, 상기 가열된 보완 물질(800)을 약 1700℃ 내지 1900℃ 사이의 온도로 순간적으로 가열하여 경화시킬 수 있다. 이때, 상기의 가열 공정은 플레임 가열, 아크 조사, 레이저 조사 또는 전자빔 가열 등의 공정을 단독 또는 복합적으로 진행할 수 있으며, 그 가열 온도는 예컨대 상기에서 나열한 가열 공정에서의 열원과 상기 가열된 보완 물질(800)의 사이 거리를 조절하여 제어할 수 있다. 이와 같이, 상기 또 다른 실시예에 따라, 상기 침투된 보완 물질(800)에 포함된 제2 세라믹 물질만 순간적으로 용융시켜 상기 제2 세라믹 물질의 상변화를 통해 상기 표면 용융층(700)에 화학적으로 강력히 부착되도록 함으로써, 다소 에너지 측면에서 약 1500℃ 이상의 고온을 생성해야 한다는 제약은 있지만 상기 열 크랙에 따른 미세홈(710)을 상기의 강력한 부착력을 통하여 현저하게 안정적으로 보완할 수 있다는 장점이 있다.

따라서, 상기 플라즈마 처리 공간(210)을 제공하는 상기 진공 챔버(200)의 내부벽(220)에 기본적으로 상기 플라즈마로부터 보호되도록 용사 코팅층(600) 및 상기 표면 용융층(700)을 형성한 후, 상기 표면 용융층(700) 상에 상기 표면 용융층(700)을 형성하는 과정에서 그 표면에 자연스럽게 형성될 수밖에 없는 상기 열 크랙에 의한 미세홈(710)을 상기 제2 세라믹 물질을 포함하는 보완 물질(800)로 메움으로써, 상기 열 크랙에 의한 미세홈(710)으로부터 상기 플라즈마에 의한 처리 공정 중에서 에로전 손상에 의해 불순물이 발생되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

이에 따라, 상기 플라즈마에 의해서 처리되는 기판(10)으로부터 제조되는 반도체 칩들 또는 디스플레이 소자 등의 생산 수율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이들의 품질 향상에도 기여할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부를 플라즈마로부터 보호하기 위하여, 상기 진공 챔버의 내부 부품에 용사 코팅층 및 상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리하여 형성한 표면 용융층을 형성할 때 상기 표면 용융층 상에 자연스럽게 형성될 수밖에 없는 열 크랙에 따른 미세홈을 세라믹 물질을 포함하는 보완 물질로 메움으로써, 상기 열 크랙에 의한 미세홈으로부터 상기 플라즈마에 의해서 불순물이 발생되는 것을 방지하는데 적극 활용될 수 있다.

10 : 기판 100 : 플라즈마 처리 장치
200 : 진공 챔버 210 : 플라즈마 처리 공간
220 : 내부벽 300 : 스테이지
400 : 플라즈마 전극 500 : 내부재
600 : 용사 코팅층 700 : 표면 용융층
710 : 미세홈 800 : 보완 물질

Claims

플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부 부품에 제1 세라믹 물질을 통해 용사 코팅층을 형성하는 단계;
상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리하여 상기 용사 코팅층보다 입자 분포가 치밀화된 표면 용융층을 형성하는 단계; 및
상기 표면 용융층을 형성하는 단계에서 생성된 열 크랙을 보완하기 위하여, 상기 표면 용융층 상에 제2 세라믹 물질을 포함하는 보완 물질로 상기 열 크랙을 메우는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 보완 물질로 상기 열 크랙을 메우는 단계는,
상기 표면 용융층 상에 상기 보완 물질을 전체적으로 도포하는 단계;
상기 표면 용융층의 표면을 세정하여 상기 도포된 보완 물질 중 상기 열 크랙에 침투한 부분을 제외한 나머지 표면 잔류물을 제거하는 단계; 및
상기 표면이 세정된 표면 용융층의 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 보완 물질로 상기 열 크랙을 메우는 단계는 상기 보완 물질을 전체적으로 도포하는 단계 이후에,
상기 보완 물질을 도포한 상태로 0.8 내지 1.2 시간 동안 자연 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계는,
상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 80 내지 100℃의 온도에서 0.8 내지 1.2 시간 동안 가열하는 단계; 및
상기 가열된 보완 물질을 140 내지 160℃의 온도에서 0.8 내지 1.2 시간 동안 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계에서는 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 상온에서 22 내지 26 시간 동안 자연 경화하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 경화하는 단계는
상기 열 크랙에 침투된 보완 물질을 80 내지 100℃의 온도에서 0.8 내지 1.2 시간 동안 가열하는 단계; 및
상기 가열된 보완 물질을 상기 제1 세라믹 물질의 용융 온도보다는 낮으면서 상기 제2 세라믹 물질의 용융 온도보다는 높은 온도로 순간적으로 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 보완 물질은 바인더 수지 및 여분의 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 세라믹 물질은 상기 제1 세라믹 물질과 적어도 하나의 성분이 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 세라믹 물질은 상기 열 크랙보다 작은 사이즈의 세라믹 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 표면 용융층을 형성하기 전에,
상기 용사 코팅층의 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 연마하는 단계에서는 상기 용사 코팅층의 중심선 평균 거칠기가 3㎛ 이하 또는 십점 평균 거칠기가 20㎛ 이하가 되도록 연마하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 용사 코팅층을 형성하는 단계에서는 상기 용사 코팅층을 50 내지 300㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 표면 용융층을 형성하는 단계에서는 상기 표면 용융층을 10 내지 30㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재의 제조 방법.
플라즈마 처리 공간을 제공하는 진공 챔버의 내부 부품에 제1 세라믹 물질을 통하여 형성된 용사 코팅층;
상기 용사 코팅층의 표면 일부를 용융 처리하여 상기 용사 코팅층보다 입자 분포가 치밀화되며, 표면에 열 크랙에 따른 미세홈이 형성된 표면 용융층; 및
상기 열 크랙을 보완하기 위하여, 제2 세라믹 물질을 통해 상기 미세홈에 메워진 보완 물질을 포함하는 플라즈마 처리 장치용 내부재.
제14항에 있어서, 상기 제2 세라믹 물질은 상기 열 크랙보다 작은 사이즈의 세라믹 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재.
제14항에 있어서, 상기 용사 코팅층은 50 내지 300㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재.
제14항에 있어서, 상기 표면 용융층은 10 내지 30㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 내부재.