KR20070032050A - 기판상의 보호 코팅 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20070032050A
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도시키 에바타
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Abstract

본원에는 280Mpa 미만의 압축 응력을 갖는, 할로겐 함유 가스 또는 할로겐 플라즈마 분위기와 같은 부식성 환경에서 사용하기 위한 장치, 예를 들어 정전척, 가열기 등과 같은 반도체 가공 어셈블리에서 사용되는 웨이퍼 지지 장치용 보호 코팅이 개시되어있다. 한 실시양태의 보호 코팅은 균열이 없으며, 250Mpa 미만의 압축 응력을 갖는다. 이는 아르곤 유동이 5 sccm 아래, 한 실시양태에서 0 sccm으로 유지되는 이온 도금법에 의해 상기 장치의 하나 이상의 표면상에 침착된다.

Description

기판상의 보호 코팅 및 그의 제조 방법{PROTECTIVE COATING ON A SUBSTRATE AND METHOD OF MAKING THEREOF}
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2004년 7월 7일자로 출원된 미국 가출원 제 60/586059 호의 이점을 주장한다.
본 발명은 기판상의 보호 코팅 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 산업에서, 전형적으로 장치는 상승된 온도에서 암모니아, 수소 및 할로겐과 같은 부식성 분위기에 노출된다. 그러한 장치의 예로는 기판, 라이너(liners), 증발기, 도가니(crucibles), 가열 요소(heating elements), 정전척(electrostatic chuck), 웨이퍼 운반체(wafer carriers), 서셉터(susceptor) 등이 있다. 컴퓨터 집적 회로(예를 들어, 컴퓨터 칩)의 제조에 있어서는, 물질의 층이 선택적으로 침착되고 웨이퍼로부터 제거되는 과정에서, 정전척(ESC)이라 불리는 장치가 웨이퍼 등과 같은 기판을 지지하기 위해 전형적으로 사용된다.
웨이퍼 코팅 동안에, 웨이퍼 또는 칩에 도포되는 물질중 일부는 또한 침착 챔버(deposition chamber)내의 장비상에 침착된다. 이 때문에 장비의 주기적 세척이 필요하며, 상기 세척은 통상적으로 고 에너지 가스 플라즈마를 사용하여 수행된다. 공격적인 세정제는 일반적으로 플루오르 플라즈마를 제공하기 위해 트라이플루오르화 질소(NF3)와 같은 할로겐-함유 가스를 사용하며, 상기 플라즈마는 챔버를 청결케하지만 동시에 장비의 부품들을 공격하여 부식을 유발할 수 있다. 상기 부식은 부품 및 장비의 수명을 제한시킨다. 그러므로, 내구성 보호 코팅을 사용하여 부품 및 장비의 유효 수명을 연장시키는 것이 바람직하다.
일본 공개 특허출원 제 JP62-123094A2호는 고순도 탄소계 물질의 기판상에 열화학증착법("CVD")에 의해 형성된 AlN 코팅층을 사용하는 서셉터를 개시하고 있다. 일본 공개 특허출원 제 H06-061335호는, 하부 PBN 층을 보호하기 위해 스퍼터링(sputtering), 이온 도금 및 CVD 법을 비롯한 방법에 의해 침착된 AlN, Al2O3, AlON을 포함하는 보호 코팅층을 갖는 정전척을 개시하고 있다. PBN은 할로겐 가스 및 할로겐 플라스마에 대해서 부식 방지성을 갖고 있지 않다. 종래 기술의 보호 코팅층에서는, 코팅에서 균열(cracking)이 나타나며, 따라서 전형적으로 5000 Å/분 초과의 식각률(etch rate)을 갖는 결과를 가져온다. 벗겨짐(peeling) 또한 종래 기술의 보호 코팅 층에서 경험하였다.
다층 구조에 있어서, 필름에서의 응력은 당해 분야에 알려진 기술을 이용하여, 예컨대 문헌["Mechanical Properties of Thin Films," by W.D. Nix, Metallurgical Transactions A, 2OA, 2217 (1989); "The Mechanical Properties of Thin Condensed Films" by R.W. Hoffman, Physics of Thin Films, VoI 3, Academic Press, New York, 1966; 및 P.H Townsend et al., J. Appl. Phys. 62, 4438 (1987)]에서 기술하는 바와 같이 측정된다. AlN 코팅 필름에 있어서, 잔류(기계적) 응력은 AlN과 기판 사이의 CTE 부조화로 인한 응력 및 침착된 AlN 고유 응력의 합이다. 필름의 기계적 또는 잔류 응력의 총합은 하기 수학식 1에 의해 요약될 수 있다.
Figure 112007011070909-PCT00001
상기 수식에서, si는 고유 응력이며, 이는 필름 성장의 조건 및 방법의 기본적인 결과이며, 필름 구조 및 불순물의 존재를 상당부분 반영한다. 용어 sT는 필름과 기판 사이의 CTE 부조화로 인한 필름에서의 열 응력을 지칭한다. 열 응력 sT는, 기판의 CTE, 보호 필름의 CTE, 실내 온도 또는 관심있는 조작 조건(들)하의 장치의 온도일 수 있는 처리 온도(Tdep) 및 기준 온도(Tref)를 비롯한 다양한 요소에 의해 좌우된다.
pBN 기판상의 AlN 코팅에 있어서, 알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 옥시나이트라이드 등과 같은 보호층을 포함하는 물질들과 비교하여 PBN이 낮은 열적 열 팽창 계수(thermal heat expansion coefficient)를 갖는 물질이므로, 고온에서 형성되고 이어서 상온으로 냉각되는 보호층에 형성되는 강한 인장 응력(tensile stress)이 존재한다. 이러한 이유 때문에, 종래 기술의 공정으로 형성된 보호층에 서 균열 및 벗겨짐이 기대된다.
부식성 분위기에서 사용되는 장치, 예컨대 ESC와 같은 웨이퍼 지지 장치, 서셉터, 가열기 등의 보호 코팅층이 하부 기판에 강하게 부착되어야 한다는 요구가 남아있다. 또한, pBN, 흑연 또는 이들의 조합물을 비롯한 기판의 보호 코팅층이 할로겐 가스/할로겐 플라즈마 환경에서 우수한 부식 방지성을 가져야 한다는 요구가 있다.
발명의 개요
본 명세서는 기판상의 보호 코팅 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 본 발명은 할로겐-함유 가스 및/또는 플라즈마 환경에서의 사용을 위한 장치의 하나 이상의 표면을 코팅하기 위한 보호층과 관련되어 있으며, 보호 코팅층은 280Mpa 미만의 압축 응력(compressive stress)을 가지며, 여기서 상기 표면은 열분해성 질화 붕소, 흑연, 열분해성 흑연 및 이들의 조합물을 포함한다.
본 발명은 추가적으로 할로겐-함유 가스 및/또는 플라즈마 환경에서의 사용을 위한 장치의 하나 이상의 표면을 코팅하기 위한 보호층에 관한 것이며, 여기서 보호 코팅은 기판상에 침착되었을 때 약 50kg/㎠ 이상의 압축 응력하에 있으며, 코팅은 6 sccm 미만의 아르곤(Ar) 유량에서 반응성 이온 도금법에 의해 장치의 표면에 침착된다. 본 발명의 한 실시양태에서, 아르곤 유량은 0 sccm으로 유지된다.
마지막으로, 본 발명은 상기 보호 코팅을 포함하는 제품 및 보호 코팅을 제조하는 상기 방법에 의해 제조된 제품에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 보호 코팅인 정전척을 사용하는 제품의 한 실시양태의 단면을 예시한다.
도 2는 3장의 AlN 코팅의 사진을 보여준다. 도 2(a)는 열화학증착법(CVD)에 의해 형성된 AlN 보호층(a)을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다. 도 2(b)는 이온 도금법에 의한 AlN층(b)을 보여주는 SEM 이미지이며, 여기서 아르곤 유량은 약 15sccm으로 유지된다. 도 2(c)는 이온 도금법에 의한 AlN층(c)을 보여주는 SEM 이미지이며, 아르곤 유량은 약 05로 유지된다.
도 3은 이온 도금 공정에서 AlN 보호층의 압축 응력과 아르곤 유량 사이의 관계를 예시하는 그래프이다.
도 4는 인장 응력(a) 및 압축 응력하의 보호층의 움직임을 보여주는 두 다이어그램을 보여준다.
도 5는 본 발명의 한 실시양태의 이온 도금법에 의해 형성된 AlN 층의 식각률을 pBN 및 소결된(sintered) AlN 표면을 비롯한 다른 방법에 의해 형성된 보호층과 비교한 막대 그래프이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "제 1", "제 2" 등은 어떤 순서 또는 중요도를 표시하는 것이 아니라 한 요소를 다른 요소로부터 구분하기 위해 사용되었으며, 단수형태의 표현은 양의 한정을 표시하는 것이 아니라 지칭된 항목의 적어도 하나 이상의 존재를 표시한다. 또한, 본원에서 개시한 모든 범위는 종점을 포함하며 독립적으로 조합 가능하다.
본원에서 사용된 바와 같이, 관련된 기본적인 기능의 변화를 초래함 없이 변할 수 있는 임의의 양적 표현을 수식하기 위해 대략적인 용어가 적용될 수 있다. 따라서, 일부의 경우, 용어 또는 용어들, 예컨대 "약" 및 "실질적으로"에 의해 수식된 값은 명시된 정확한 값에 한정되지 않을 수 있다. 적어도 일부의 경우에서, 대략적인 용어는 값을 측정하기 위한 기구의 정확도에 상응할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "기판" 또는 "기판들"은 "표면" 또는 "표면들"과 호환하여 사용될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "보호 코팅"층은 "코팅 층" 또는 "코팅 필름", 또는 "보호 층" 또는 "보호 코팅 층"과 호환하여 사용될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "무균열(crack free)" 또는 "실질적으로 무균열"은 10k 배율로 광학현미경 또는 주사전자현미경에 의해 균열이 관찰될 수 없음을 의미한다. 균열은 또한 정공(hole), 천공(perforation), 기공(pore) 또는 선을 포함한다.
접착(adhesion)은 2 개의 상이한 물질의 결합을 의미하며, 점착(cohesion)은 분리에 저항하는 덩어리를 의미한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 탁월한 접착성을 갖는 것 또는 벗겨짐이 없는 층 또는 벗겨지지 않는 코팅층을 갖는 것은 코팅층의 접착 강도가 하부의 층 또는 층들의 점착 강도를 초과하는 것을 의미한다. Tref에서의 응력은 Tref에 보다 밀접한 Tdep를 가짐으로써 또는 주어진 고정 델타 CTE에 대한 고유 응력을 조정하기 위해 저하될 수 있으며, 이때,
응력 sT(열)는 ((CTE기판-CTE필름)*(Tdep-Tref))에 비례한다.
당해 분야에 공지된 바와 같이, 필름내 또는 기계적 응력은 필름 횡단면의 단위 면적 당 작용하는, AlN과 같은 코팅 필름의 평면내의 힘이다. 상기 기계적 응력은 적절하게 압축 또는 인장 응력일 수 있다. 압축 응력은 균열의 생성을 방지하여 제품의 유효 수명을 증가시킨다.
한 실시양태에서, 본 발명은 승온에서 암모니아, 수소 및 할로겐을 함유하는 불리한 반도체 제조 환경에서 유리하게 사용될 수 있는 보호 코팅을 포함하는 제품에 관한 것이다. 이들 코팅 제품은 집적 회로, 반도체, 실리콘 웨이퍼, 화학적 화합물 반도체 웨이퍼, 액정 디스플레이 소자 및 그의 유리 기판 등의 제조시 정전 척, 가열기 요소 및 웨이퍼 운반체로서 유리하게 사용된다.
코팅 특성 보호 코팅은 하나 이상의 AlN, AlON 또는 그의 조합물을 포함한다. 한 실시양태에서, 보호 코팅층은 AlN, AlON 또는 그의 조합물의 단일 층이다. 또 다른 실시양태에서, 상기 보호 코팅층은 동일한 물질, 예를 들면, AlN, AlON 등의 다중 코팅의 다층, 또는 연속하여 코팅된 AlN, AlON 등의 상이한 다중 층이다.
한 실시양태에서, 보호 코팅은 질화 붕소(BN), 열분해성 질화 붕소(PBN) 또는 탄소 도핑된 열분해성 질화 붕소(C-PBN), 흑연, 열분해성 흑연(pG) 또는 이들의 조합물을 포함하는 기판 상에 침착된다.
보호 코팅은 또한 기판 위에 침착되는 경우 유리하게 압축 응력 상태에 놓이며, 따라서 균열 수의 감소뿐 아니라 치수 안정성 및 기계적 강도의 유지를 촉진한다. 보호 코팅은 또한 열화학증착과 같은 공정에 의해 제조된 다른 보호 코팅과 비교할 때 실질적으로 감소된 수의 균열을 갖는다. 한 실시양태에서, 보호 코팅은 기판에 대해 탁월한 접착성을 가지며 균열이 없다. 코팅의 형태뿐 아니라 감소된 수의 균열은 장비의 주기적인 세척동안 기판의 임의의 식각을 최소화한다.
기판에 도포될 때, 본 발명의 보호 코팅층은 제품의 수명 주기를 상당히 증가시킨다. 수명 주기는 보호 코팅의 식각의 결과로서 제품이 대체되어야 하기 전에 제품이 세척 환경에 적용될 수 있는 시간의 양이다. 적당한 세척 환경의 예로는 할로겐계 플라즈마, 원거리 플라즈마 공급원으로부터 생성된 할로겐계 라디칼, 가열에 의해 분해된 할로겐계 종, 할로겐계 가스, 산소 플라즈마, 산소계 플라즈마 등이 포함된다. 할로겐계 플라즈마의 예는 트라이플루오르화 질소(NF3) 플라즈마이다. 예를 들면, 테트라플루오르화 탄소(CF4)와 같은 플루오르화 탄화수소는 단독으로 또는 산소와 함께 사용될 수 있다. 상기 제품은 또한 반응성 이온-식각 환경에 적용될 수 있으며, 상기 환경에서의 식각에 대한 내성을 또한 제공할 수 있어야 한다.
한 실시양태에서, 보호 코팅은 기판으로서 비보호된 PBN을 갖는 제품에 비해 약 5 시간 이상의 시간 기간만큼 제품의 수명 주기를 증가시킨다. 한 실시양태에서, 보호 코팅은 비보호된 PBN을 갖는 유사한 제품에 비해 약 10 시간 이상의 시간 기간만큼 제품의 수명 주기를 증가시킨다. 또 다른 실시양태에서, 보호 코팅은 비보호된 PBN을 갖는 유사한 제품에 비해 약 50 시간 이상의 시간 기간만큼 제품의 수명 주기를 증가시킨다. 또 다른 실시양태에서, 보호 코팅은 비보호된 PBN을 갖는 유사한 제품에 비해 약 100 시간 이상의 시간 기간만큼 제품의 수명 주기를 증가시킨다.
보호 코팅의 두께는 용도에 따라서 및 세척 조건에 따라서 달라질 수 있다. 약 1 내지 약 5 ㎛의 두께를 갖는 보호 코팅은 일반적으로 웨이퍼와 정전척 사이에 우수한 열 접촉을 허용하지만, 더 큰 두께를 갖는 코팅만큼 오래 지속하지는 못한다. 그러나, 5 ㎛ 보다 큰 두께를 갖는 코팅은 5 ㎛ 미만의 두께를 갖는 코팅보다 긴 수명 주기를 갖는다. 한 실시양태에서, 상기 코팅은 약 2 ㎛ 이상의 두께를 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 보호 코팅 두께는 약 10 ㎛ 이상이다. 세 번째 실시양태에서, 상기 두께는 약 50 ㎛ 이상이다. 또 다른 실시양태에서, 상기 두께는 약 75 ㎛ 이상이다.
당해 분야에 공지되어 있듯이, 보호 코팅 필름 또는 층에서의 압축 응력은 균열의 생성을 방지함으로써 제품의 유효 수명을 증가시킨다. 본 발명의 보호 코팅은 일반적으로 PBN, PG 또는 C-PBN을 포함하는 기판상에 침착될 때 압축 응력하에 놓인다.
한 실시양태에서, 보호 필름은 300 MPa 미만의 압축 응력을 가진다. 두 번째 실시양태에서, 필름은 280 MPa 미만의 압축 응력을 가진다. 세 번째 실시양태에서, 필름은 250 MPa 미만의 압축 응력을 가진다.
압축 응력은 보호 코팅이 균열없이 열 순환을 견딜 수 있게 한다. 보호 코팅은 균열을 거의 갖지 않으며, 이러한 특징은 식각에 대한 상당한 내성을 제공한다. 한 실시양태에서, 초기 보호 코팅은 전체 코팅 부피의 10% 미만의 부피를 차지하는 균열을 가질 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 초기 보호 코팅은 코팅의 전체 부피의 5% 미만의 부피를 차지하는 균열을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 보호 코팅은 초기에 제조될 때 균열이 완전히 없을 수 있다.
보호 코팅은 식각-내성이거나, 또는 할로겐을 포함하는 환경에서 또는 플라즈마 식각, 반응성 이온 식각, 플라즈마 세정 및 가스 세정에 노출되는 경우 저 식각률을 갖는 것을 특징으로 한다. 보호 코팅에 대한 식각률은 소결되는 유사한 화학 조성의 코팅보다 훨씬 더 낮다. 보호 코팅의 식각률은 또한 PBN 기판에 대한 식각률보다 낮다. 상기 낮은 식각률은 PBN에 대한 보호를 제공하여 제품의 수명을 연장시킨다. 한 실시양태에서, 식각률은 100 Å/분 미만이다. 두 번째 실시양태에서, 식각율은 50 Å/분 미만이다. 세 번째 실시양태에서, 상기 식각율은 할로겐을 포함하는 세척 환경에서 또는 반응성 이온 식각 환경에 노출되는 경우 약 40 Å/분 이하이다.
보호 코팅의 침착 공정 - IP 보호 코팅은 이온 도금(IP)을 이용하여 침착시킨다. 이온 도금에서는, 알루미늄을 라디오 주파수(RF) 방전을 이용하여 이온화시킨다. 이온화 및 플라즈마는 주로 질소로부터 질소 이온의 생성에 의해 지속된다. 이온화는 플라즈마 방전에 의해 야기되며, 상기 방전은 RF 코일에 의해서 뿐 아니라 용량 결합 플라즈마 또는 유도 결합 플라즈마를 사용하여 지속될 수 있다. 침착이 일어나는 챔버는 일반적으로 진공 조건하에서 유지된다. 질소 가스가 챔버내에 도입되고 RF 방전에 의해 이온화된다. 기판은 일반적으로 이온화 가스를 향하도록 캐소드 상에 또는 캐소드 부근에 위치한다. 기판은 알루미늄 금속과 함께, 가열시 증발하는 아르곤/질소 플라즈마 중에 위치하고, 방전 영역을 통과해 확산될 때 부분적으로 이온화되어(하전된 원자를 획득) 보호 코팅을 생성한다.
이온 도금시 챔버내 온도는 약 400 ℃ 이하로 유지된다. 이온 도금시 침착율은 약 0.1 ㎛/시간 이상이다. 한 실시양태에서, 침착율은 약 0.15 ㎛/시간 이상이다. 또 다른 실시양태에서, 침착율은 약 0.20 ㎛/시간 이상이다. 또 다른 실시양태에서, 침착율은 약 0.25 ㎛/시간 이상이다.
이온 도금법에서, 아르곤과 같은 불활성/무반응성 가스가 진공 반응기로 도입될 수 있다. 출원인들은 무균열/벗겨짐이 최소 또는 없는 부식 방지 보호층에 있어서(코팅층과 pBN/pG 기판 사이의 강력한 점착 강도), 반응기 내의 아르곤 유동량을 조절함으로써 보호 코팅층의 부식 방지성이 조절될 수 있음을 발견했다.
이온 도금 공정의 한 실시양태에서, 아르곤 유동이 10 sccm으로 감소된 경우, 보호층 전체에 걸친 벗겨짐의 일부 증거가 존재한다. 아르곤 유동이 5 sccm으로 감소된 경우, 보호층의 한 일부분에서 벗겨짐이 관찰되었다. 아르곤 유동이 6 sccm 아래로 유지된 한 실시양태에서, 보호 코팅층은 280 MPa 미만의 압축 응력 및 벗겨짐이 없거나 거의 없음을 보여준다. 다른 실시양태에서, 아르곤 유량은 또한 기판에 (벗겨짐 없이) 접착하는 무균열 보호층에 있어서 0 sccm으로 유지되며, 압축 응력은 250 MPa 미만이다.
본 발명의 적용
보호 코팅은 기판, 라이너, 증발기, 도가니, 가열 요소, 웨이퍼 운반체, 정전척, 서셉터 등과 같은 반도체 가공 부품들에 유리하게 사용될 수 있다. 보호 코팅은 전술한 반도체 가공 부품들이 약 200 ℃ 이상의 온도에서 암모니아, 수소, 할로겐, 예를 들어, 플루오르, 염소, 트라이플루오르화 질소 등에 노출될 때 상기 부품들의 수명을 증대시킨다.
도 1은 본 발명의 보호 코팅을 사용한 제품의 단면을 예시한다. 상기 제품은 웨이퍼상에 표면 층의 침착시에 실리콘 웨이퍼를 배치 및/또는 가열하기 위해 사용될 수 있는 가열 요소, 정전척 또는 웨이퍼 운반체일 수 있다. 한 실시양태에서, 제품(8)은 정전척이다. 상기 제품은 약 10mm의 흑연 코어(1)를 포함한다. 상기 코어는 또한 PBN, 고온 압축된 BN 또는 복합체로부터 제조될 수 있다. 흑연 코어 상에 약 300㎛의 열분해성 질화 붕소(BN)층(2)이 침착된다. 한 실시양태에서, pBN층(2)은 열화학증착(열 CVD), 고온 압축, 소결 또는 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD)에 의해 침착될 수 있다.
BN층(2)상에 열분해성 흑연(PG)층이 침착된다. PG층은 화학증착(CVD) 또는 종래 기술에 알려진 다른 방법에 의해 BN층(2) 상에 침착된다. PG 층은 목적하는 구조로 기계 가공되어, 제품의 상부 표면에 척 전극(들)(3) 및 하부 표면에 가열 전극(4)을 형성한다. 제 1 pBN층(2) 및 흑연 기판(1)과 함께, 기계 가공된 PG 층(3) 및 (4)는 제품의 기판 몸통(5)을 형성한다. 열분해성 질화 붕소(PBN) 코팅(6)은 실질적으로 제품의 몸통을 덮기 위해 제품의 몸통 상에 침착된다. pBN 코팅층(6)은 1850℃의 열 CVD 용광로에서, 1몰의 삼염화붕소에 대하여 3몰의 암모니아 및 2.4몰의 메탄 가스의 감압 하에서 형성된다. 약 100㎛ 두께의 탄소-도핑된 PBN 절연층(6)이 기판(5)의 표면 전체에 형성되며, 2.8 x 1012Ω-cm의 전기 저항성을 갖는다.
이러한 PBN 코팅(6)은 산화에 저항하며, 전기 절연성, 화학적 및 기계적 보호막을 제공하고 웨이퍼의 탄소 오염의 기회를 최소화한다. 이는 또한 a-b 방향에서 매우 높은 열전도성을 가지며, 따라서 가열기 상부에 임의의 열 비균일성(non-uniformity)을 최소화한다. 이어서, 보호 코팅 AlN(7)은 PBN 코팅(6)상에 침착된다.
부식 환경, 예컨대 할로겐 가스 및/또는 할로겐 플라즈마 분위기에서도 사용 가능한 정전척 보호막을 제공하기 위한 한 실시양태에서, AlN 코팅층(7)은 반응성 이온 도금법의 정전척(8) 상에 도포되며, 여기서 아르곤 유량은 0 sccm(아르곤 없음), 5 sccm, 10 sccm 및 15 sccm으로 각각 유지된다. 이온 도금 공정에서, 질소는 약 400℃에서 알루미늄과 반응하여, 할로겐 가스 및 할로겐 플라즈마에 대하여 부식 방지성을 갖는 본 발명의 AlN 보호층(7)을 형성한다.
비교 정전척의 비교예로서, 이온 도금법에 의한 AlN 보호 코팅을 사용하는 대신, 950℃에서 열 CVD법을 이용하여 AlN 보호층이 제조된다. 도 2(a) 내지 2(c)는 SEM(주사전자현미경) 이미지이며, 본 발명의 AlN 보호층을 열 CVD법에 의한 종래 기술의 AlN 코팅과 비교한다.
도 2(a)는 열 CVD법에 의해 형성된 AlN층의 균열을 보여주며, 이러한 코팅을 부식성 환경에서 사용하는 것이 실용적이지 않음을 확인시켜준다. 도 2(c)는 이온 도금법에 의해 형성된 AlN 코팅을 보여주는 SEM이며, 여기서 아르곤 유량은 0으로 감소되고, 따라서 무균열 AlN층을 형성한다. 도 2(b)는 아르곤 유동이 15 sccm으로 감소되는 경우를 보여주는 SEM이며, 벗겨짐이 일부 보이기는 하나, AlN층이 무균열 상태로 남아있다.
도 3은 AlN 보호층의 압축 응력과 이온 도금법에서의 아르곤 유량 사이의 관계를 예시하는 그래프이다. 0.5㎛ 두께의 AlN 보호층(7)이 형성되고, 영률(Young's Modulus)값이 130 GPa이며 포아송비(Poisson ratio)가 편향법에 의해 0.28로 측정되는 한 실시양태에서, 아르곤 유동량이 0 sccm으로 감소되는 경우 압축 응력이 248 Mpa로 측정된다. 아르곤 유량이 5 sccm으로 유지되는 경우, 압축 응력은 267 Mpa로 측정된다. 아르곤 유동이 10 sccm으로 설정된 경우, 압축 응력은 344 Mpa이다. 마지막으로, 아르곤 유량이 15 sccm인 경우, 압축 응력은 360 Mpa이다.
SEM이 도 2(a)에서 보여지는 열 CVD법에 의해 형성된 AlN 보호층에서, 모든 샘플이 균열의 증거를 보여주므로 압축 응력이 측정될 수 없음에 주목해야 한다.
도 4는 인장 응력(a) 및 압축 응력하의 보호층의 움직임을 보여주는 두 다이어그램을 보여준다. 열 CVD에 의한 및 균열이 발생하는 종래 기술의 AlN 코팅에서 예시되듯이, pBN의 열적 열 팽창 계수는 보호층, 예컨대 알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 옥시나이트라이드 등을 포함하는 물질들과 비교하여 낮다. 열 팽창 계수들의 차이로 인한 강한 인장 응력이 존재하므로 및 이러한 잔류 인장 응력이 보호층 자신의 인장 강도를 초과하므로, 보호층은 파열되고, 따라서 균열을 초래한다. 이는 도 4(a)에 예시되어있다. 이온 도금법에 의해 형성되고 도 4(b)에서 예시되는 AlN 보호층에서, 압축 응력이 형성되고, 따라서 균열의 발생을 최소화 또는 제거한다.
도 5는 이온 도금법에 의해 형성된 본 발명의 AlN 코팅층의 부식 방지성을 다른 보호 표면과 비교한 그래프이다. 부식 방지성은 NF3 플라즈마 분위기하의 식각률로서 예시되며, 식각률이 낮을수록 부식 방지성이 높다. 상기 도면에서, 아르곤 유동이 0 sccm인 이온 도금법에 의해 형성된 AlN 보호층에서 측정된 식각률이 소결된 AlN, 열 CVD pBN 및 Si 웨이퍼에서 측정된 식각률과 비교된다. 본 발명의 이온 도금된 AlN의 식각률은 4.8Å/분이며, 소결된 AlN의 33Å/분, Si 웨이퍼의 455Å/분 및 pBN의 >10,000Å/분과 비교된다.

Claims (10)

  1. 할로겐-함유 가스 및/또는 플라즈마 환경에서의 사용을 위한 제품의 하나 이상의 표면을 코팅하기 위한 보호층으로서, 상기 하나 이상의 표면이 열분해성 질화 붕소, 흑연, 열분해성 흑연 및 이들의 조합물 중 하나를 포함하며, 상기 보호층이 280Mpa 미만의 압축 응력을 갖는 보호층.
  2. 제 1 항에 있어서,
    250Mpa 미만의 압축 응력을 갖는 보호층.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 옥시나이트라이드 및 이들의 조합물 중 하나를 포함하는 보호층.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이온 도금법에 의해 제품의 상기 하나 이상의 표면상에 침착되는 보호층.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이온 도금법이 비반응성 가스로서 아르곤을 포함하고, 여기서 아르곤 유량이 10 sccm의 속도 아래로 유지되는 보호층.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면이 열분해성 질화 붕소를 포함하는 보호층.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    3㎛ 내지 200㎛ 사이 범위의 두께를 갖는 보호층.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅층이 실질적으로 균열이 없는 보호층.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    할로겐-함유 가스 및/또는 플라즈마 환경에 노출시 50Å/분 미만의 식각저항율을 갖는 보호층.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 보호 코팅층을 포함하는 제품.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160117436A (ko) * 2014-01-30 2016-10-10 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 확산 방지 정전식 클램프

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