KR20160065385A

KR20160065385A - 세라믹 부품용 파우더를 이용한 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20160065385A
Application number: KR1020140169094A
Authority: KR
Inventors: 허찬
Original assignee: 주식회사 월덱스
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-09
Also published as: KR101680856B1

Abstract

본 발명은 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더 및 세라믹 부품과 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 Y2o3(이트리아), Al2o3(알루미나)을 단독 또는 혼합하여 구성되는 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더에 있어서, 상기 Y2o3(이트리아)분말, Al2o3(알루미나)분말, Sio2(석영)분말을 상호 혼합하되,상기 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합되어 70~90%, 상기 Y2O2(이트리아)분말이 10~30% 배합비로 파우더를 구성하여 세라믹 부품의 표면에 분사한 후, 상기 파우더가 분사된 세라믹 부품을 1300~1600°C의 온도로 소성시켜 상기 파우더
가 녹으며 세라믹 부품의 기공을 매워주어 세라믹 부품을 구성함으로써 소성 시 파우더가 녹으면서 부품에 형성된 기공을 채워주어 기계적 물성을 향상시키고, 파우더에는 이트리아가 포함되어 내 플라즈마 성을 향상할 수 있으며 무엇보다, 기존에 사용되는 반도체 장비 내부의 부품과 더불어 생산되어지는 반도체 장비 내부의 세라믹부품에 모두 적용이 가능하도록 하고 크랙이 발생되는 것을 방지하여 경제적 효율성을 높일 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Description

플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더 및 세라믹 부품과 제조방법{Powder and the ceramic part and a manufacturing method for the ceramic component of the plasma etching apparatus}

본 발명은 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더 및 세라믹 부품과 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 이트리아, 알루미나, 석영분말을 상호 혼합하여 혼합된 파우더를 형성하여 세라믹 부품의 표면에 분사한 후 열처리함으로써 상기파우더가 녹아 세라믹 부품의 기공을 채워주어 완성된 세라믹 부품의 기계적 물성과 식각공정 시 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있도록 하는 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더 및 세라믹 부품과 제조방법에 관한 것이다.

통상적인 반도체 웨이퍼 공정을 보면, 1) 웨이퍼를 제작하는 공정, 2) 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성시키는 산화 공정, 3) 준비된 웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 포토공정, 4) 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하여 반도체 구조를 형성하는 패턴을 만드는 식각공정, 5) 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 단위의 물질을 박막의 두께로 입혀 전기적인 특성을 갖게 하는 증착공정, 6) 소자 동작 신호가 섞이지 않고 잘 전달되도록 선을 연결하는 금속 배선 공정, 7) EDS test(electrical die sorting) 웨이퍼 상태인 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는지를 체크하는 테스트 공정, (8)외부 환경으로부터 배선, 전력공급, 직접 회로의 보호, 단자 간 연결을 위한 전기적 포장을 하는 패키징 공정으로 이루어진다.

여기서, 상기 식각공정(etching)은 웨이퍼에 etchant(액체 또는 기체)를 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해 반도체 회로 패턴을 만드는 웨이퍼 생산수율을 결정짓는 핵심 공정으로써, 식각방법으로는 화학 용액을 사용하는 Wet Etch방법과 특정 Gas를 플라즈마 상태로 변환시키는 Dry Etch방법이 있으며, 대체적으로 90% 이상이 Dry Etch방법을 사용 하고 있다.

한편, 상기 식각공정(etching)을 보면 상하부에 고주파 RF전원으로부터 전원을 인가 받아 일렉트로드가 전기장을 발생시켜 내부로 유입되는 Gas를 해리시키며 웨이퍼의 표면으로 반응성 이온과 화학적 상호작용과 웨이퍼 표면에 부딪히는 이온의 운동량 전달에 의해 마스크 되지 않은 웨이퍼 영역에 충돌되어 웨이퍼로부터 원자를 제거할 수 있는 장치인 플라즈마 챔버를 이용하여 식각공정(etching)을 수행하게 된다.

여기서, 상기 플라즈마 챔버의 내부에는 다수의 핵심 부품(세라믹 부품)들이 구성되어 있으며, 이러한 부품들이 150~200°C의 온도에 형성되는 플라즈마 분위기로부터 내식성, 내 화학성 및 기계적 물성이 반드시 필요하다.

그러나 플라즈마 챔버의 내부에 구성되는 다수의 핵심 부품(세라믹 부품)들은 대체적으로 단순히 알루미나 벌크, 이트리아를 이용하여 알루미나 용사코팅 및 이트리아 벌크를 사용하여 부품을 제조하였지만, 비교적 가격이 비싸며 적용되는 범위가 매우 한정적이었다.

이에 종래에는 등록특허 10-0851833호‘석영 글라스 부품, 세라믹 부품 및 그 제조방법’, 등록특허 10-0489172호‘이트리아-알루미나 복합 산화물 막의 제조방법, 이트리아-알루미나 복합 산화물 막, 용막성, 내식성 부재 및 저 파티클 부재’, 등록특허 10-0917292호‘할로겐 함유 플라즈마에 노출된 표면의 부식 속도를 감소시키는 장치 및 방법’이 개시되어 있지만, 상기한 종래기술에도 상기한 문제점이 있다.

다시 말해, 상기 다수의 핵심 부품(세라믹 부품)은 소모성을 갖고 있어 일정기간 사용 후에는 부식 등과 같은 기타 요인으로 인해 교체를 하여야 함으로 기계적 물성을 향상시키며 내 플라즈마성이 향상된 부품들이 필요한 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 플라즈마 식각장치의 내부에 구성되는 다수의 부품들의 기계적 물성과 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있도록 Y2o3(이트리아)분말, Al2o3(알루미나)분말, Sio2(석영)분말을 상호 혼합하여 파우더를 형성하여 각각의 부품의 표면에 분사하고, 가장 적합한 온도에서 상기 파우더가 분사된 부품을 소성시키도록 하여, 소성 시 파우더가 녹아 각 부품에 형성된 기공을 채워줌으로써 완성 세라믹 부품의 기계적 물성을 향상시킴과 더불어 플라즈마 식각장치의 내부에 각각의 부품들을 구성한 후 사용 시에 이트리아의 장점으로 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있도록 하는 제조방법을 통해 기존에 사용되는 반도체 장비 내부의 부품과 더불어 생산되어지는 반도체 장비 내부의 부품들에 모두 적용이 가능하도록 하고 크랙이 발생되는 것을 방지하여 경제적 효율성을 높일 수 있도록 하는 내 플라즈마성과 기계적 물성을 향상시킨 플라즈마 식각장치용 부품 및 그 제조방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로 완성해낸 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, Y2o3(이트리아), Al2o3(알루미나)을 단독 또는 혼합하여 구성되는 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더에 있어서, 상기 Y2o3(이트리아)분말, Al2o3(알루미나)분말, Sio2(석영)분말을 상호 혼합하되, 상기 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합되어 70~90%, 상기 Y2O2(이트리아)분말이 10~30% 배합비로 파우더를 형성하고, 상기 파우더를 세라믹 부품의 표면에 분사한 후, 상기 파우더가 분사된 세라믹 부품을 1300~1600°C의 온도로 소성시켜 상기 파우더가 녹으며 세라믹 부품의 기공을 매워주게 구성하여 상기 세라믹 부품의 기계적 강도와 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있도록 하여 상기 기술적 과제를 해결코자 하였다.

본 발명에 따른 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더 및 세라믹 부품과 제조방법에 의하면, 특정 비율로 혼합된 파우더를 이용하여 세라믹 부품의 표면에 분사하고 특정 온도로 소성시켜 제조함으로써, 소성 시 파우더가 녹으면서 부품에 형성된 기공을 채워주어 완성된 세라믹 부품의 기계적 물성을 향상시키고, 파우더에는 이트리아가 포함되어 내 플라즈마 성을 향상할 수 있으며 무엇보다, 기존에 사용되는 반도체 장비 내부의 부품과 더불어 생산되어지는 반도체 장비 내부의 세라믹부품에 모두 적용이 가능하도록 하고 크랙이 발생되는 것을 방지하여 경제적 효율성을 높일 수 있는 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 파우더 분사 및 분사된 세라믹 부품을 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 세라믹 부품에 파우더가 분사된 것을 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 파우더가 분사된 세라믹 부품을 소성시키는 것을 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 소성 후 세라믹 부품의 기공이 매워진 것을 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 완성된 세라믹 부품을 나타내는 도면

본 발명은 이트리아, 알루미나, 석영분말을 상호 혼합하여 혼합된 파우더(20)를 형성하여 세라믹 부품(10)의 표면에 분사한 후 열처리함으로써 상기 파우더(20)가 녹아 부품의 기공(11)을 채워줌으로써 완성된 세라믹 부품(10)의 기계적 물성과 식각공정 시 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있도록 하는 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더 및 세라믹 부품과 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성 및 작용에 대하여 도 1 내지 도 6을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명을 설명하기에 앞서 그 구성을 살펴보면, Y2o3(이트리아), Al2o3(알루미나)을 단독 또는 혼합하여 구성되는 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더에 있어서, 상기 Y2o3(이트리아)분말 20~40%, Al2o3(알루미나)분말 50~70%, Sio2(석영)분말 10~30%를 상호 혼합하여 파우더(20)를 구성하게 된다.

즉, 상기 파우더는 상기 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합되어 70~90%, 상기 Y2O2(이트리아)분말이 10~30% 배합비로 구성되는 것이다.

한편, 상기 파우더를 구성하는 각각의 분말에 대한 성질과 사용분야를 보면, 상기 Y2o3(이트리아)은 플라즈마 식각장치의 내부에 구성되는 세라믹 부품의 표면에 용사 코팅을 하기 위한 재료로 사용되어 상기 Y2o3(이트리아)을 이용하여 상기 세라믹 부품의 표면에 분사하여 사용할 경우 식각 시 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있도록 사용된다.

상기 Al2o3(알루미나)은 파인 세라믹스용으로 사용되며, 뛰어난 기계적 강도, 내열성, 내마모성, 절연성 등으로 dry etcher, CVD장비, Stepper Chuck 등의 재료가 되고 있고, 각종 반도체 설비부품부터 고정밀 측정 설비까지 그 활용범위가 확대 되고 있다.

상기 Sio2(석영)는 특유의 비열, 비전도율 및 전지절연 능력으로 etching 공정의 링류와 세정공정의 Bath류, CVD공정의 Boat류 등에 사용되고 있다.

상기한 바와 같이 Y2o3(이트리아)분말, Al2o3(알루미나)분말, Sio2(석영)분말을 상호 혼합하여 형성되는 파우더(20)를 이용하여 플라즈마 식각장치의 내부에 구성되는 세라믹 부품(10)의 표면에 코팅시켜 기계적 물성과 식각공정에서 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있도록 하게 되는 것이다.

한편, 상기 세라믹 부품의 제조방법을 보면 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 파우더를 상기 세라믹 부품(10)의 표면에 골고루 분사한 후, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 파우더(20)가 분사된 세라믹 부품(10)을 1100~1700°C의 온도로 소성시켜 상기 파우더(20)가 녹으면서 세라믹 부품(10)의 표면에 미세하게 형성되어 있는 기공(11)(미세함 틈)을 매워주게 됨으로써 기계적 물성(강도)을 향상시킬 수 있게 됨과 더불어 상기 파우더(20)를 구성하는 분말 중 상기한 바와 같이 Y2o3(이트리아)이 구성되어 있어 식각공정에서 내 플라즈마 성을 향상시킬 수 있는 파우더가 코팅된 세라믹 부품(10)을 제조하게 되는 것이다.

한편, 파우더(20)를 세라믹 부품(10)의 표면으로 분사하는 방식으로는 통상의 장비 또는 도구를 이용한 분사방식, 스크린 프린터 방식, 롤러도포 방식, 붓 터치 방식 등으로 분사하여 작업할 수 있다.

여기서, 상기 Y2o3(이트리아)의 장점 및 특성은 통상적으로 널리 알려진 것으로써 별도의 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기한 바와 같은 방법으로 제조되는 파우더 및 그 파우더를 이용하여 세라믹 부품을 제조하는 방법과 그 방법으로 만들어진 세라믹 부품에 대한 제조과정과 완성된 세라믹 부품(10)에 대한 실험을 나타내기로 한다.

구분	Al2o3 + Sio2 함량(%)	Y2O3 함량(%)
1	70-90%	10-30%
2	70-50%	30-50%
3	20-50%	50-80%

상기 표 1은 파우더를 구성하기 위한 각각의 분말들의 혼합되는 배합비율을 달리 한 것을 나타내는 것으로 1은 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합된 분말 70~90%, Y2o3(이트리아)분말 10~30%를 상호 혼합하였고, 2는 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합된 분말 70~50%, Y2o3(이트리아)분말 30~50%를 상호 혼합하였으며, 3은 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합된 분말 20~50%, Y2o3(이트리아)분말 50~80%로 혼합하였다.

그 결과 2, 3의 경우 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 각각 혼합된 분말에 Y2o3(이트리아)분말을 30~50%와 50~80%를 각각 배합한 결과 투명한 유리 firt보다 결정화된 하얀 덩어리가 존재하는 것으로 나타났으며, 1번의 배합비인 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합된 분말을 70~90%와 Y2o3(이트리아)분말 10~30%를 배합하였을 때 투명한 유리 frit에 제작에 가장 적합한 것을 알 수 있었다.

구분	Al2o3 + Sio2 함량(%)	Y2O3 함량(%)	소성온도(°C)
1	70-90%	10-30%	1100~1300
2			1300~1600
3			1600~1700

상기 표 2는 표 1의 결과를 통대로 파우더(20)를 구성하기 위한 가장 적합한 배합비인 Al2o3(알루미나)분말과 Sio2(석영)분말이 혼합된 분말을 70~90%와 Y2o3(이트리아)분말 10~30%로 배합한 파우더(20)를 형성하여 세라믹 부품(10)의 표면에 분사한 후, 소성시키는 통상의 소성로 또는 소성 장치에 넣어 소성시키되, 다양한 온도를 설정하여 실험한 것이다.

상기 표 2의 1의 경우 소성온도를 1100~1300°C로 설정하여 소성한 결과 세라믹 부품(10)의 표면에 형성된 기공(11)(미세한 틈)으로 침투하기 보다는 표면 위에 결정화가 되는 것으로 나타났고, 2의 경우 소성온도를 1300~1600°C로 설정하여 소성한 결과 기공(11)(미세한 틈)으로 적당한 깊이로 침투가 이루어졌으며, 3의 소성온도 1600~1700°C로 설정하여 소성한 결과 1,2번에 비하여 높은 온도로 침투 및 통과 현상이 나타나는 것을 알 수 있었다.

즉, 세라믹 부품(10)의 표면으로 파우더(20)를 분사한 후 소성함에 있어 1300~1600°C 온도로 하는 것이 가장 바람직하고, 그 결과 세라믹 부품(10)의 기공(11)(미세한 틈)을 잘 매워주게 되어 기계적 물성을 강화시킬 수 있게 되는 것을 알 수 있었다.

소성 후 세라믹 부품(10)에 대한 강도를 실험한 결과 상기 세라믹 부품(10)의 기공(11)을 매워주게 됨으로써 크랙을 방지 할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 본 발명의 파우더(20)를 이용한 세라믹 부품(10)과 일반적인 알루미나를 이용한 세라믹 부품(10)의 강도 및 침투정도를 실험해본 결과 기존의 반도체 장비에 구성되는 세라믹 부품(10)에 비하여 기공으로 침투가 잘 이루어져 기공을 매워주게 됨으로써 기계적 물성이 높은 것을 알 수 있었다.

파우더(20)가 코팅된 세라믹 부품(10), Al2o3(알루미나)부품을 전처리 표면 폴리싱(Ra0.1 이하), 사이즈: 100mm100mm10T로 통상의 플라즈마 식각장치의 내부에 구성하여 공정 Gas: CF4 + Ar, 공정 Power : 120W/1923V 10시간 플라즈마에 노출한 결과 세라믹 부품(10)에 파우더(20)를 코팅한 부품이 내 플라즈마 성이 높은 것으로 나타났다.

상기한 바와 같이 본 발명의 파우더(20)가 코팅된 세라믹 부품(10)은 표 1 내지 표 2에서 나타내는 바와 같이 종래에 단순히 세라믹 부품에 Al2o3(알루미나), Y2o3(이트리아)분말을 단독 또는 혼합하여 코팅한 세라믹 부품보다 기계적물성과 더불어 내 플라즈마성이 향상된 것을 알 수 있었다.

본 발명에 따른 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더 및 세라믹 부품과 제조방법에 의하면, 특정 비율로 혼합된 파우더를 이용하여 세라믹 부품의 표면에 분사하고 특정 온도로 소성시켜 제조함으로써, 소성 시 파우더가 녹으면서 부품에 형성된 기공을 채워주어 기계적 물성을 향상시키고, 파우더에는 이트리아가 포함되어 내 플라즈마 성을 향상할 수 있으며 무엇보다, 기존에 사용되는 반도체 장비 내부의 부품과 더불어 생산되어지는 반도체 장비 내부의 세라믹부품에 모두 적용이 가능하도록 하고 크랙이 발생되는 것을 방지하여 경제적 효율성을 높일 수 있는 유용한 발명인 것이다.

10 : 세라믹 부품 11 : 기공 20 : 파우더

Claims

Y2o3(이트리아), Al2o3(알루미나)을 단독 또는 혼합하여 구성되는 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더에 있어서,
Al2o3(알루미나)분말, Sio2(석영)분말이 혼합된 분말 70~90%, Y2O2(이트리아)분말 10~30% 배합비로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치의 세라믹 부품용 파우더.
플라즈마 식각장치용 세라믹 부품의 제조방법에 있어서,
제 1항의 파우더를 상기 세라믹 부품의 표면에 분사한 후,
상기 파우더가 분사된 세라믹 부품을 1300~1600°C의 온도로 소성시켜 상기 파우더가 녹으며 세라믹 부품의 기공을 매워주는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치용 세라믹 부품 제조방법.
제 2항의 제조방법으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치용 세라믹 부품.