KR102315829B1 - 내식성 보호막 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내식성 보호막 증착 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 내식성 보호막 증착 방법은, 이트륨산화물 파우더를 원료를 대기 플라즈마 용사 방법으로 기재 표면에 이트륨산화물(Y203)을 포함하는 제1 보호막을 적층하는 제1 보호막 적층 과정; 상기 기재 표면에 플루오린을 포함하는 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급 과정; 및 열처리에 의해 제1 보호막의 표면을 플루오르 플라즈마 가스와 반응시켜 이트륨 옥시 불화물 또는 이트륨 불화물을 포함하는 제2 보호막으로 개질하는 열처리 과정을 포함한다.
Description
본 발명은 기재 표면에 내식성 보호막을 증착하는 보호막 증착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비용 절감이 가능한 방법에 관한 것이다.
반도체 기판 제조 공정은 포토 공정, 에치 공정, 증착 공정, 세정 공정, 임플란트 공정 등의 공정으로 이루어진다. 그리고 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치는 각 공정을 수행할 수 있도록 설계된다.
기판을 건식 세정하는 기판 세정 장치와, 기판을 건식 식각하는 기판 식각 장치는 플라즈마를 이용한다. 이러한 플라즈마를 이용하는 기판 처리 장치들은 다른 공정을 진행하는 경우와는 달리, 챔버 표면들을 보호하기 위해 챔버 표면에는 보호막으로 증착처리가 되어 있다. 보호막으로 증착된 챔버 표면들은 플라즈마에 내식성을 갖게 되어, 플라즈마에 의해 부식되지 않는다.
과거에는 보호막으로서 이트륨 산화물(Y2O3)가 이용되었다. 이트륨 산화물인 Y2O3를 챔버 표면에 증착하기 위해, Y2O3 파우더를 이용하여 용사 증착하는 방법이 이용되었다
최근에는 보호막으로서 플루오르화 이트륨 옥사이드(YOF) 증착막이 이용된다. YOF를 챔버 표면에 증착하기 위해, Y2O3 파우더를 이용하여 용사 증착하는 방법이 이용되고 있다.
한편 플루오르화 이트륨 산화물인 YOF를 챔버 표면에 증착 시, YOF 파우더를 이용하여 용사 증착하고 있다. 그러나 YOF 파우더는 Y2O3 파우더에 비해 원재료비가 매우 비싸서 증착 비용이 증가한다는 단점이 존재한다.
본 발명은 보호막 증착 비용의 절감이 가능한 보호막 증착 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 내식성 보호막 증착 방법은, 이트륨산화물 파우더를 원료를 대기 플라즈마 용사 방법으로 기재 표면에 이트륨산화물(Y203)을 포함하는 제1 보호막을 적층하는 제1 보호막 적층 과정; 상기 기재 표면에 플루오린을 포함하는 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급 과정; 및 열처리에 의해 제1 보호막의 표면을 플루오르 플라즈마 가스와 반응시켜 이트륨 옥시 불화물 또는 이트륨 불화물을 포함하는 제2 보호막으로 개질하는 열처리 과정을 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 열처리 과정은 800도 내지 1200도에서 이루어지며, 상기 제2 보호막은 이트륨 옥시 불화물을 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 열처리 과정은 300도 내지 800도 이하에서 이루어지며, 상기 제2 보호막은 이트륨 불화물을 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 제1 보호막 적층 과정 전에, 이트륨산화물 파우더를 원료를 대기 플라즈마 용사 방법으로 상기 기재 표면에 이트륨산화물(Y203)을 포함하는 제3 보호막을 증착하는 제3 보호막 증착 과정을 더 포함하고, 상기 제3 보호막은 상기 플루오르 플라즈마 가스와 반응할 수 있는 제1 보호막의 표면의 표면적을 증가시킨다.
본 발명에 의하면, YOF 분말 대신 Y2O3 분말을 이용하여 YOF 또는 YF3를 포함하는 내식성 보호막을 형성할 수 있어 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기재표면에 내식성 보호막의 적층 단계를 설명하기 위한 기재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 기재표면에 내식성 보호막의 적층 단계를 설명하기 위한 기재의 단면도이다.
도 5은 본 발명의 제3 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기재표면에 내식성 보호막의 적층 단계를 설명하기 위한 기재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 기재표면에 내식성 보호막의 적층 단계를 설명하기 위한 기재의 단면도이다.
도 5은 본 발명의 제3 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 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 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 발명의 명확성을 기하기 위해 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 설명하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다. 제1, 제2등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
발명에서 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 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 기재표면에 내식성 보호막의 적층 단계를 설명하기 위한 기재의 단면도이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 우선 S110단계에서, 기재(G) 표면에 이트륨 산화물을 포함하는 제1 보호막(M1)을 적층한다.
여기서 기재(G)는 플라즈마를 사용하는 기판처리장치에서 플라즈마와 접촉하는 챔버 내부의 구성 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 기재(G)는, 기판처리장치를 구성하는 챔버의 내벽, 정전척, 히팅플레이트 등을 포함할 수 있다.
제1 보호막(M1)은 용사 코팅 방식을 이용하여 적층된다.
여기서 용사 코팅은 표면에 요구되는 특정 성질을 갖는 분말, 봉 형태의 코팅재를 대기나 진공 분위기에서 플라즈마 등의 다양한 열원을 사용하여 용융, 반 용융한 후 고속으로 분사하여 적층막을 형성시키는 표면 코팅 기술이다.
본 발명의 사용되는 용사 코팅 방식은 대기압 플라즈마 스프레이 방식(APS), 서스펜션 플라즈마 스프레이 방식(SPS) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
제1 보호막(M1)은 용사 코팅 분말을 이용하여 통상의 용사코팅 방법으로 적층된다. 제1 보호막은 이트륨 계열 산화물을 포함하는 단일 적층막이다.
용사 코팅 분말은 이트륨 계열 산화물, 예를 들어 Y203을 포함한다. 용사 코팅 분말은 약 0.1 내지 1.0um 정도의 평균 입경을 갖을 수 있다. 용사 코팅 분말을 이용하여 적층된 제1 보호막은 비정질 산화이트륨(Y2O3)으로 구성될 수 있으므로, 제1 보호막은 어느 정도의 거칠기를 갖을 수 있다.
S120단계에서, 제1 보호막(M1) 상에 플루오린을 포함하는 플라즈마 가스를 공급한다.
플루오린을 포함하는 플라즈마 가스는 열처리시 제1 보호막(M1)과 반응을 일으키기 용이한 것이 사용된다. 예를 들어 플루오린을 포함하는 플라즈마 가스는 SF6, CF4, CHF4, SiF4, NF3 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 본 발명에서는 NF3로 이루어진 플라즈마 가스를 이용하는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, S110단계와 S120단계가 동시에 수행될 수 있다. 즉, 플루오린을 포함하는 플라즈마 가스는 S110단계에서 제1 보호막(M1) 적층 시 공급될 수도 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, S130단계에서, 제1 보호막(M1)이 형성된 기재를 열처리하여 제1 보호막을 플루오르 및 이트륨을 포함하는 제2 보호막(M2)으로 개질한다.
제1 보호막(M1)은 이트륨계 산화물로 구성되어 있으므로, 열처리에 의해 제1 보호막의 표면이 플루오르 플라즈마 가스와 반응한다. 반응 결과, 제1 보호막(M1)의 표면이 플루오르 및 이트륨을 포함하는 제2 보호막(M2)로 개질된다.
예를 들어, 이트륨계 산화물이 Y2O3이고, 플루오르 플라즈마 가스가 NF3인 경우, 제1 보호막의 표면은 열처리 온도에 따라 YOF 또는 YF3를 포함하는 제2 보호막으로 개질될 수 있다.
열처리 온도가 800 내지 1200도인 경우, 제1 보호막의 표면은 YOF를 포함하는 제2 보호막(M2)으로 개질된다. 그리고 열처리 온도가 300 내지 800도 인 경우, 제1 보호막의 표면은 YF3를 포함하는 제2 보호막(M2)으로 개질된다. 열처리 온도를 조정함으로써 형성하고자 하는 제2 보호막의 성분을 조절할 수 있다.
종래의 경우, YOF 보호막을 형성하기 위해, 용사 코팅 분말로서 YOF분말을 이용하였다. YOF분말은 제조하기가 용이하지 않아 가격이 매우 비싸다. 따라서 YOF분말을 이용하여 내식성 보호막을 기재에 적층하는 데에는 제조비용 상승으로 인하여 어려움이 있었다.
본 발명의 경우, YOF분말을 사용하지 않고, 값싼 이트륨계 산화물인 Y2O3분말을 사용하여 플루오르 보호막을 형성할 수 있으므로 제조비용을 절감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 기재표면에 내식성 보호막의 적층 단계를 설명하기 위한 기재의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층 방법을 설명한다.
제2 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층 방법은 제1 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층 방법을 반복한 구성이다. 따라서 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.
S210단계 내지 S230단계는 제1 실시예에서 설명한 바와 같다.
다만 도 4의 (a)를 참조하면, 제2 실시예의 S210단계에서 적층되는 제1 보호막(M1)이 두께는, 제1 실시예에서 적층되는 제1 보호막의 두께보다 얇게 형성된다.
제2 실시예의 S210단계에서 적층되는 제1 보호막(M1)이 두께는, 제1 실시예에서 제2 보호막의 두께와 동일하게 적층됨이 바람직하다.
이에 따라 도 4의 (b)가 나타내는 S230단계에서 열처리시 제1 보호막(M1)의 대부분을 제2 보호막(M2)로 개질시킬 수 있다.
S240단계 내지 S260단계는, 제2 실시예에서 적층된 보호막의 두께가 제1 실시예에서 적층된 보호막의 두께보다 얇으므로 반복 실시하여 도 4의 (c)와 같이 제3 보호막(M3)를 적층한 후, 도4의 (d)와 같이 제4 보호막(M4)으로 개질한다. S240단계 내지 S260단계는, 제2 실시예에서 적층된 보호막의 두께가 제1 실시예에서 최종적으로 적층되어 형성된 보호막의 두께와 동일해질 때까지 반복되는 것이 바람직하다.
도 5은 본 발명의 제3 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층방법을 도시한 도면이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 내식성 보호막의 적층 방법은, 제1 실시예의 내식성 보호막의 적층방법에 추가적으로 S310단계를 포함한다.
S310단계는, 기재(G) 표면에 이트륨산화물을 포함하는 제1 보호막을 적층한다. 여기서 기재(G) 표면은 사전에 연마과정을 거쳐 거칠기가 거의 없는 상태로 가정한다. 거칠기가 없는 상태인 경우, 보호막의 접착정도가 우수하게 된다.
용사 코팅 분말을 이용하여 용사 코팅하는 경우, 보호막의 표면은 거친 정도가 존재한다. 제1 보호막(M1) 상에 적층되는 제2 보호막(M2)의 거친정도는 누적되므로, 제2 보호막(M2)의 거친정도는 제1 보호막(M1)의 거친정도보다 증가된다. 거칠정도가 증가된 제2 보호막(M2)의 표면은 표면적이 증가되어, 플루오린 플라즈마 가스와 접촉하는 면적이 많아지게 된다. 따라서 거친정도가 증가된 제2 보호막(M2)의 표면이 플루오르 및 이트륨을 포함하는 제3 보호막으로 용이하게 개질될 수 있게 할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
M1: 제1 보호막
M2: 제2 보호막
M3: 제3 보호막
M2: 제2 보호막
M3: 제3 보호막
Claims (4)
- 이트륨산화물 파우더를 원료로 용사 코팅 방법을 이용하여 기재 표면에 이트륨산화물(Y203)을 포함하는 제1 보호막을 적층하는 제1 보호막 적층 과정;
상기 기재 표면에 플루오린을 포함하는 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급 과정; 및
열처리에 의해 제1 보호막의 표면을 플루오르 플라즈마 가스와 반응시켜 이트륨 옥시 불화물 또는 이트륨 불화물을 포함하는 제2 보호막으로 개질하는 열처리 과정을 포함하고,
상기 제1 보호막 적층 과정 전에, 이트륨산화물 파우더를 원료를 대기 플라즈마 용사 방법으로 상기 기재 표면에 이트륨산화물을 포함하는 제3 보호막을 증착하는 제3 보호막 증착 과정을 더 포함하고,
상기 제3 보호막에 의해, 상기 제1 보호막의 표면의 거칠기정도가 증가되어 상기 플루오르 플라즈마 가스와 반응할 수 있는 상기 제1 보호막의 표면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 내식성 보호막 증착 방법. - 제1항에 있어서,
상기 열처리 과정은 섭씨 800도 내지 섭씨 1200도에서 이루어지며,
상기 제2 보호막은 이트륨 옥시 불화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 보호막 증착 방법. - 제1항에 있어서,
상기 열처리 과정은 섭씨 300도 내지 섭씨 800도 이하에서 이루어지며,
상기 제2 보호막은 이트륨 불화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내식성 보호막 증착 방법. - 삭제
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