KR102335438B1

KR102335438B1 - 알루미늄 디퓨저의 양극산화피막 형성방법 및 그에 의해 제조된 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저

Info

Publication number: KR102335438B1
Application number: KR1020200043928A
Authority: KR
Inventors: 김영미; 이순만; 김광연
Original assignee: (주)티티에스
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2021-12-06
Also published as: KR20210126299A

Abstract

본 발명에 따른 알루미늄 디퓨저의 양극산화피막 형성방법은, 중성 전해액 내에서, 각각이 직류전원의 음단자에 연결되고 콘형상으로 형성된 한쌍의 캐소드 사이에, 상기 직류전원의 양단자에 연결된 알루미늄 디퓨저를 배치하여, 상기 알루미늄 디퓨저의 가장자리부로부터 중앙부로 갈수록 산화피막의 두께가 점진적으로 증가하도록, 상기 알루미늄 디퓨저 표면에 산화피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 디퓨저의 양극산화피막 형성방법 및 그에 의해 제조된 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저{METHOD FOR FORMING ANODIZED FILM ON ALUMINIUM DIFFUSER, AND ALUMINIUM DIFFUSER MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 화학기상증착장비에 사용되는 알루미늄 디퓨저에 관한 것이다.

화학기상증착은 기판 상부에서 라디칼(Radical)의 화학반응을 유도하여 그 반응결과물인 박막입자를 낙하 및 흡착시키는 증착 방식이다. 화학기상증착은, 플라즈마(Plasma)의 높은 에너지와 풍부한 라디칼을 이용하는 플라즈마 화학기상증착이 주로 사용된다.

도 1은 종래의 화학기상증착장비(CVD)를 도시한 단면도이다. 도 1에서 보듯이, 화학기상증착장비(CVD)는 챔버(CB), 서셉터(SP), 디퓨저(GD), 백킹플레이트(BP), 절연체(IS), 가스주입부(GI) 및 가스배출부(GEP)를 포함하여 구성될 수 있다. 증착가스(EG)는 반응가스 및/또는 쳄버 내부의 압력을 조절하기 위한 안정화가스를 포함할 수 있다. 외부로부터 공급되는 증착가스가 쳄버(CB) 내부로 유도하는 가스주입부(GI)를 통해 주입된 후, 디퓨저(GD)를 통해 기판(T)에 전달된다. 디퓨저(GD)는 기판(T) 상부에 위치하며, 서셉터(SP) 및 백킹플레이트(BP) 사이에 배치된다. 디퓨저(GD)에는 복수개의 관통홀들(D-OP)이 형성되어 있으며, 이들 관통홀들을 통해 기판(T)으로 증착가스가 균일하게 전달될 수 있다.

이와 같이, 디퓨저는 증착에 필요한 반응가스를 기판 상에 균일하게 분사하는 기능을 수행한다. 디퓨저는 통상 알루미늄으로 제조되는데, 증착공정에 사용되는 반응가스와 반응하고, 아킹(Arching)이나 스크래치(Scratch) 등이 발생하여 결함이 야기될 수 있다. 특히, 플루오르(F)를 포함하는 반응가스와 반응하여 알루미늄 표면에 AlF₃가 생성될 수 있다. 장시간 사용에 의해 생성된 불화알루미늄은 디퓨저에 마련된 관통홀 내부에 침전되어 홀 내부의 직경이 감소하는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하고자, 통상 알루미늄 디퓨저의 표면에 산화피막을 형성한다. 이렇게 알루미늄 디퓨저의 표면에 산화피막을 형성하는 경우, 통상 디퓨저의 전면에 고른 두께로 산화피막을 형성하게 되는데, 도 1에서 보듯이, 화학기상증착장비의 구조상 반응가스가 디퓨저의 중심부에 집중적으로 주입되므로, 장시간 사용시 디퓨저의 가장자리보다 중앙부에서의 불소 침식이 두드러지게 나타난다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 알루미늄 디퓨저에 산화피막을 형성함에 있어서, 디퓨저의 국소 영역에 따라 산화피막의 두께를 다르게 형성할 수 있는 양극산화피막 형성방법 및 이에 의해 제조된 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

여기서, 상기 한쌍의 캐소드 각각은 상기 콘형상의 선단부가 상기 알루미늄 디퓨저의 중앙부를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 한쌍의 캐소드 각각의 선단부와 상기 알루미늄 디퓨저의 상기 중앙부 사이의 거리 D1은, 상기 한쌍의 캐소드 각각의 기저부와 상기 알루미늄 디퓨저의 상기 가장자리부 사이의 거리 D2 보다 작도록, 상기 한쌍의 캐소드 및 상기 알루미늄 디퓨저가 배치되는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서 본 발명은, 상술한 알루미늄 디퓨저의 양극산화피막 형성방법에 의해 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저로서, 가장자리부로부터 중앙부로 갈수록 산화피막의 두께가 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.

CVD 쳄버의 사용 수명은 공정 중에 발생되는 파티클의 발생 정도에 따라 결정되므로, 본 발명에 따른 알루미늄 디퓨저의 양극산화피막 형성방법을 이용하면, 알루미늄 디퓨저에서 아킹 및 불소 침식이 집중되는 중앙부에서의 산화피막의 두께를 더욱 증가시킬 수 있으므로, 디퓨저에 의한 파티클 발생을 효과적으로 차단할 수 있고, 그에 의해 CVD 장치의 사용수명을 최소 1.5 ~ 2배 이상 증가시킬 수 있으며, 생산속도 및 생산수율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 화학기상증착장비의 일례를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 디퓨저의 양극산화피막 형성방법을 개요적으로 설명하는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따라 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저에서 각 위치별로 측정된 산화피막의 두께를 나타낸 도면이다.
도 4는 알루미늄 산화피막의 조직 구조를 설명하기 위한 개요도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.

본 발명에서는 알루미늄 디퓨저에 산화피막을 형성하기 위하여 양극산화피막공정을 이용한다. 여기서, 양극산화피막공정은 전해액을 직류전류로 전기분해하여 금속 표면에 산화피막을 형성하는 공정을 말하며, 특히 알루미늄의 내식성을 높이는데 사용되는 공정이다.

본 발명에서는, 양극산화피막공정을 이용하여 알루미늄 디퓨저의 표면에 산화피막을 형성함에 있어서, 디퓨저의 국부영역의 위치에 따라 형성된 산화피막의 두께가 다르게 제어한다. 즉, 디퓨저의 가장자리부로부터 중앙부로 갈수록 형성된 산화피막의 두께가 점진적으로 증가하도록 형성한다.

이를 위하여, 도 1에서 보듯이, 중성 전해액(E)이 수용된 소정의 용기(C) 내에 한쌍의 캐소드(210, 220)를 배치한다. 여기서, 한쌍의 캐소드(210, 220) 각각은 알루미늄으로 형성되되 콘형상으로 형성되며, 서로 소정의 간격을 두고 이격되어 배치된다. 콘형상의 선단부(210a, 220a)가 서로 마주보도록 대향하게 배치된다. 그리고, 한쌍의 캐소드(210, 220) 각각은 직류전원의 음단자에 연결된다.

또한, 산화피막을 형성하고자 하는 알루미늄 디퓨저(100)는 한쌍의 캐소드(210, 220) 사이에 배치된다. 또한, 알루미늄 디퓨저(100)는 직류전원의 양단자에 연결된다. 여기서, 알루미늄 디퓨저(100)에는 다수의 관통홀(110)이 형성되어 있다.

한쌍의 캐소드(210, 220) 및 알루미늄 디퓨저(100)이 배치상태에 대해 더 자세히 설명하면, 한쌍의 캐소드(210, 220) 각각의 선단부(210a, 220a)가 알루미늄 디퓨저(100)의 중앙부(100a)를 향하도록 배치되고, 한쌍의 캐소드(210, 220) 각각의 기저부(210b, 220b)는 알루미늄 디퓨저(100)의 가장자리부(100b)를 향하도록 배치된다. 그리하여, 한쌍의 캐소드(210, 220) 각각의 선단부(210a, 220a)와 알루미늄 디퓨저(100)의 중앙부(100a) 사이의 거리 D1은, 한쌍의 캐소드(210, 220) 각각의 기저부(210b, 220b)와 알루미늄 디퓨저(100)의 가장자리부(100b) 사이의 거리 D2 보다 작도록, 한쌍의 캐소드(210, 220) 및 알루미늄 디퓨저(100)가 배치된다.

이와 같은 배치를 통해 적절한 전압 및 시간 조건 하에서 알루미늄 디퓨저에 산화피막, 즉 산화알루미늄(Al₂O₃)을 형성한다.

상술한 방법에 의해 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저는, 가장자리부(100b)로부터 중앙부(100a)로 갈수록 산화피막의 두께가 점진적으로 증가한다. 도 3에는 상술한 방법에 의해 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저에 대하여, 각 영역별로 측정한 산화피막의 두께를 표시하였다. 도 3에서 보듯이, 알루미늄 디퓨저(100)의 중앙부에서 측정된 산화피막의 두께는 2.2㎛ ~ 2.8㎛ 의 치수로 형성되고, 가장자리부로 갈수록 산화피막의 두께가 1.2㎛ ~ 1.9㎛ 의 치수로 형성됨을 알 수 있다. 특히, 콘형상의 캐소드의 선단부(210a, 220a)에 인접한 정중앙에 위치한 영역은 2.8㎛으로 산화피막의 두께가 가장 크고, 기저부(210b, 220b)에 인접한 최외각 가장자리 영역은 1.2㎛ ~ 1.7㎛ 정도로 작게 형성됨을 볼 수 있다.

또한, 전해액으로서 중성용액을 사용하는 경우, 형성되는 산화피막이 균일하게 형성될 수 있다. 일반적으로 알루미늄 표면에 형성되는 산화피막은, 도 4에서 보듯이, 장벽층과, 세공이 형성된 육각주를 포함하는 구조로 형성된다. 여기서, 즉, 산화피막이 형성될 때, 먼저 알루미늄 표면에 장벽층이 형성되고, 그 상부에 세공을 갖는 육각주가 형성된다. 중성 전해액을 사용하면, 알루미늄 표면에 균일하고 얇은 장벽층이 형성되며, 산화피막의 평탄도를 저하시키는 육각주가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 중성 전해액을 사용함으로써, 내마모성, 내식성이 우수한 산화피막을 형성할 수 있다.

본 발명에서 상세하게 기재하지 않았으나, 직류전원에 의해 음단자 및 양단자에 인가되는 전압의 크기 및 산화피막을 형성하는 공정시간은 최종적으로 형성될 산화피막의 두께 및 조직에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 본 방법에 의해 알루미늄 디퓨저에 산화피막을 형성할 때 적절한 두께 및 조직을 갖도록 전압 및 공정시간을 제어하는 것이 바람직하다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

화학기상증착장비용 알루미늄 디퓨저로서,
중성 전해액 내에서, 각각이 직류전원의 음단자에 연결되고 콘형상으로 형성된 한쌍의 캐소드 사이에 상기 직류전원의 양단자에 연결된 알루미늄 디퓨저를 배치하되, 상기 콘형상의 선단부가 상기 알루미늄 디퓨저의 중앙부를 향하도록 배치하여, 상기 알루미늄 디퓨저에 산화알루미늄 피막을 형성함으로써,
상기 알루미늄 디퓨저의 가장자리부로부터 중앙부로 갈수록 상기 산화알루미늄 피막의 두께가 점진적으로 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 한쌍의 캐소드 각각의 선단부와 상기 알루미늄 디퓨저의 상기 중앙부 사이의 거리 D1은, 상기 한쌍의 캐소드 각각의 기저부와 상기 알루미늄 디퓨저의 상기 가장자리부 사이의 거리 D2 보다 작도록, 상기 한쌍의 캐소드 및 상기 알루미늄 디퓨저가 배치되어, 상기 산화알루미늄 피막이 형성된 것을 특징으로 하는, 산화피막이 형성된 알루미늄 디퓨저.
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