KR20180007237A - 금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버 - Google Patents

금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버 Download PDF

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KR20180007237A
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Abstract

본 발명은 금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버에 관한 것으로, 특히, 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 사용되는 금속부품 및 금속부품을 구비한 공정챔버의 재질을 이루는 알루미늄 합금의 첨가성분 중 표면에 존재하는 첨가성분을 제거한 후, 구멍(pore)이 없는 배리어층을 형성함으로써, 종래의 다공질층을 갖는 양극산화막에 의해 발생되는 문제들과, 상기 모재의 표면에 형성된 파티클 형태의 첨가성분에 의해 발생되는 문제점을 방지할 수 있는 금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버에 관한 것이다.

Description

금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버{Metal component and manufacturing method thereof and process chamber having the metal component}
본 발명은 금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버에 관한 것으로서, 특히, 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 사용되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버에 관한 것이다.
CVD 장치, PVD 장치, 드라이에칭 장치 등(이하, '공정챔버'라 한다)은 그 공정챔버의 내부에 반응가스, 에칭가스, 또는 클리닝 가스(이하, '공정가스'라 한다)를 이용한다. 이러한 공정가스로는 Cl, F 또는 Br 등의 부식성 가스를 주로 사용하므로, 부식에 따른 내식성이 중요하게 요구되었다. 공정챔버용 금속부품으로 스테인레스 강을 사용한 종래기술도 있었으나, 열전도성이 충분하지 않고, 스테인레스 강의 합금성분인 Cr이나 Ni 등의 중금속이 공정 중에 방출되어 오염원이 되는 일도 있었다. 따라서, 스테인레스 강보다 경량이고, 열전도성이 우수하고, 중금속 오염의 우려가 없는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용한 공정챔버용 부품이 개발되었다.
그러나 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면은 내식성이 좋지 않아 표면처리를 행하는 방법들이 연구되었다. 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 모재를 양극산화 처리하여 양극산화막을 형성하는 방법으로 순수 알루미늄의 모재에 양극산화막을 형성하는 방법과 알루미늄 합금의 모재에 양극산화막을 형성하는 방법을 고려해 볼 수 있는데, 비용 측면을 고려해 보았을 때에는 순수 알루미늄이 아닌 알루미늄 합금이 현실적인 고려 대상이 되었다.
종래 알루미늄 합금의 모재에 양극산화막을 형성하는 방법으로, 일례로 도 1 및 도 2(a), 도 2(b) 에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금 모재(1)를 양극산화 처리하여 양극산화 배리어층과 상기 양극산화 배리어층의 상부에 연속적으로 형성되는 양극산화 다공질층(12)으로 구성된 양극산화막이 형성하는 방법이 통상적으로 사용되었다. 종래기술은 알루미늄 합금의 모재에 다수의 뚫린 구멍(pore)(12a)을 갖는 양극산화 다공질층(12)으로 이루어진 표면-다공성 양극산화막을 두껍게 형성함으로써, 알루미늄 합금 모재(1)의 내식성 및 내전압성을 향상시키고자 하였다. 여기서, 종래의 표면-다공성 양극산화막은 배리어층(13)의 두께가 100nm이하로 형성되나, 내전압성을 위해 양극산화 다공질층(12)은 수십 ㎛에서 수백 ㎛로 형성되었다. 종래의 표면-다공성 양극산화막은 그 두께의 대부분이 양극산화 다공질층(12)으로 이루어지게 되고, 이에 따라 내부 응력의 변화 또는 열팽창의 영향에 의해 양극산화막에 크랙(Crack)이 발생하거나 양극산화막이 박리되는 문제가 발생하였고, 노출된 상기 알루미늄 합금 모재(1) 부위로 플라즈마가 몰리는 플라즈마 아킹(Plasma Arcing)이 발생하여 상기 알루미늄 합금 모재(1)의 표면이 부분적으로 녹거나 결손되는 문제점이 발생하였다. 또한, 양극산화막의 다공질층(12)의 구멍(12a) 내부에 증착된 이물질이 아웃 가싱(Out-gasing)되어, 기판에 파티클을 형성하거나, 공정 중에 사용되는 플루오르화물(불소 계열의 물질)이 상기 구멍(12a)에 잔류하고 있다가 다음 공정 사용시, 기판 표면으로 떨어져 기판에 파티클이 생성되는 문제가 발생하였고, 이로 인해 공정 불량 및 생산수율 저하와, 공정챔버의 유지보수의 사이클을 단축시키는 문제점을 야기시켰다.
이러한 종래의 표면-다공성 양극산화막의 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은, 알루미늄 합금 재질로 이루어진 모재의 표면에 양극산화 배리어층만으로 이루어진 양극산화막을 형성하되, 양극산화막의 두께를 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만으로 성장시키는 기술을 외부 비공개 상태에서 내부적으로 시도하였다. 알루미늄 합금 재질로 이루어진 모재의 표면에 전술한 양극산화 배리어층을 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만으로 형성하는 경우에는 표면에 다공성의 다공질층(12)이 존재하지 않지 않게 때문에 다공질층(22)에 따른 종래의 위 문제점이 해소되는 것이 발견되었다.
그러나, 순수 알루미늄으로 이루어진 모재의 표면에 양극산화 배리어층만으로 이루어진 양극산화막을 형성하되 양극산화막의 두께를 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만으로 성장시킨 금속부품의 경우의 경우에는 발생하지 않지만, 알루미늄 합금 재질로 이루어진 모재의 표면에 양극산화 배리어층만으로 이루어진 양극산화막을 형성하되 양극산화막의 두께를 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만으로 성장시킨 금속부품의 경우에는, CVD공정과정에서 실리콘(Si)이 불순물로 현출되어 불량을 야기한다는 새로운 문제을 인식하게 되었다. 일례로, 비공개 내부실험결과에 따르면, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이(도 5에는 금속코팅층(17)이 도시되어 있으나, 모재(2)와 양극산화 배리어층을 표면분석(SEM)을 위해 임의로 형성시킨 것일 뿐, 모재(2)을 양극산화 처리하여 형성된 것은 아니다), 예컨데, 실리콘(Si)을 첨가성분으로 포함하는 알루미늄 합금의 모재(2)를 양극산화하여 모재(2)의 표면에 양극산화 배리어층을 소정 두께(100㎚ 이상 ~ 1㎛)로 성장시키게 하면, 상기 모재(2) 표면에 파티클 형태로 존재하던 실리콘(Si)으로 인하여, 실리콘(15)을 포함한 주변부로 양극산화가 제대로 이루어지지 않게 됨을 알 수 있었다(도 5). 이로 인해, 금속부품이 채용되어 사용되는 공정(예건대, CVD공정)에서 불순물로 작용하거나 이로 인한 아킹문제를 야기하는 문제점이 발견되었다.
이처럼 알루미늄 합금으로 이루어진 모재의 표면에 표면-다공성 양극산화막을 형성한 금속부품이거나 순수 알루미늄으로 이루어진 모재의 표면에 양극산화 배리어층만으로 이루어진 양극산화막을 형성한 금속부품인 경우에는 인식될 수 없었던 문제로서, 알루미늄 합금 재질로 이루어진 모재의 표면에 양극산화 배리어층만으로 이루어진 양극산화막을 형성한 금속부품의 경우에 있어서 비로소 인식된 새로운 문제점을 해결할 필요성이 대두되었다.
또한, 근래에 반도체 제조 공정이 10㎚ 급의 미세공정으로 이루어짐에 따라 공정가스를 고열로 가열시켜 고밀도 플라즈마로 변환시키게 되었다. 이에 본 출원인이 외부 비공개 상태에서 내부적으로 실험한 결과, 상기 고밀도 플라즈마가 공정챔버 내부의 부품들뿐만 아니라 공정챔버의 내부와 연통되는 부품들까지 영향을 미치게 됨으로써, 상기 부품들의 불순물이 공정챔버 내부로 유입되어 반도체 제조 공정과정에서 불순물로 작용하는 문제점을 인식하게 되었다.
한국등록특허 제0482862호. 한국공개특허 제2011-0130750호. 한국공개특허 제2008-0000112호.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 높은 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 갖으면서도, 종래의 표면-다공성 양극산화막의 다공질층의 구멍(pore)에 의해 발생되는 문제점과, 모재를 이루는 첨가성분으로 인해 야기되는 문제점을 동시에 해결한 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 사용되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 금속부품은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서, 첨가성분이 함유된 금속 합금으로 이루어지되, 표면에서 상기 첨가성분 중 적어도 어느 한 종이 제거된 모재; 및 상기 모재의 표면에 형성된 양극산화 배리어층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정챔버는 CVD 공정챔버이고, 상기 금속부품은 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정챔버는 드라이에칭 공정챔버이고, 상기 금속부품은 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속 합금은 알루미늄 합금이고, 상기 양극산화 배리어층은 상기 알루미늄 합금을 양극산화하여 형성된 양극산화 알루미늄(Al2O3)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알루미늄 합금은 6000계열의 알루미늄 합금이고, 상기 모재의 표면에서 제거되는 첨가성분은 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알루미늄 합금은 5000계열의 알루미늄 합금이고, 상기 모재의 표면에서 제거되는 첨가성분은 마그네슘(Mg)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모재 표면은 실질적으로 평면으로 형성된 평면영역과 불규칙적으로 패인 다수의 오목영역으로 이루어지고, 상기 양극산화 배리어층은 상기 오목영역과 평면영역에 일정 두께로 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극산화 배리어층의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 금속부품은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서, Al-Mg-Si 계 알루미늄 합금으로 된 모재; 및 상기 모재의 표면상에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하되, 상기 모재의 표면에는 실리콘(Si)이 제거되어 존재하지 않고, 상기 모재의 표면에 형성된 오목영역에도 상기 표면-비다공성 양극 산화막이 형성되고, 상기 표면-비다공성 양극 산화막의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만의 일정 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 금속부품은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서, 상기 금속부품은 Al-Mg-Si 계 알루미늄 합금으로 된 모재; 및 상기 모재의 표면상에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하되, 상기 금속부품의 표면에 대한 에너지 분산형 분석기(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)의 측정성분에는 상기 실리콘(Si) 성분이 검출되지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 금속부품은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서, 실리콘(Si) 0.40~0.8%, 철(Fe) 0.7%, 구리(Cu) 0.15~0.40%, 망간(Mn) 0.15%, 마그네슘(Mg) 0.8~1.2%, 아연(Zn) 0.25%, 크롬(Cr) 0.04~0.35%, 티타늄(Ti) 0.15% 를 첨가성분으로 함유하는 알루미늄 합금의 모재; 및 상기 모재의 표면에서 상기 첨가성분 중 실리콘(Si)이 제거된 상기 모재를 양극산화시켜 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표면-비다공성 양극 산화막의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 금속부품은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서, 주 첨가성분이 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 또는 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg) 중 어느 하나로 함유된 알루미늄 합금 재질이되, 표면에서 상기 주 첨가성분 중 적어도 어느 하나가 제거된 모재; 및 상기 모재의 표면의 형상을 따라 대응되게 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 금속부품은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서, 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)을 주 첨가성분으로 함유한 열처리 알루미늄 합금의 표면에서 상기 실리콘(Si)이 제거된 표면에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 금속부품은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서, 상기 금속부품은, 첨가성분으로서의 실리콘(Si)을 0.2~0.9% 함유하는 알루미늄 합금으로 된 모재; 및 상기 모재의 표면상에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하되, 상기 금속부품의 표면에 대한 에너지 분산형 분석기(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)의 측정성분에는 상기 실리콘(Si) 성분이 검출되지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 금속부품의 제조 방법은 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품을 제조하는 제조 방법에 있어서, 금속 합금 재질로 된 모재의 표면에서 상기 모재를 이루는 적어도 한 종의 첨가성분을 제거하는 단계; 및 상기 첨가성분이 제거된 상기 모재를 양극산화시켜 상기 모재의 표면에 양극산화 배리어층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 공정챔버는 첨가성분이 포함된 금속 합금 재질로 이루어지되, 표면에서 상기 첨가성분이 제거된 모재; 및 상기 모재를 양극산화시켜 상기 모재의 표면에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 금속부품이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정챔버는 CVD 공정챔버이고, 상기 금속부품은 상기 금속부품은 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정챔버는 드라이에칭 공정챔버이고, 상기 금속부품은 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 갖으면서도 종래의 표면-다공성 양극산화막의 다공질층에 의해 발생되는 문제들과 모재의 표면에 존재하는 첨가성분으로 발생되는 문제들이 동시에 해결되는 효과가 있다.
또한, 고밀도의 플라즈마를 이용하는 공정챔버에서도 공정챔버 내부에 불순물이 유입되는 것을 방지하여 공정챔버의 공정 효율 및 신뢰성을 상승시키는 효과가 있다.
도 1은 표면-다공성 양극산화막이 형성된 종래기술의 금속부품을 도시한 도.
도 2(a)는 표면-다공성 양극산화막이 형성된 종래기술의 금속부품의 표면을 촬영한 사진의 확대도.
도 2(b)는 표면-다공성 양극산화막이 형성된 종래기술의 금속부품의 단면을 촬영한 사진의 확대도.
도 3은 본 발명의 배경기술인, 양극산화 베리어층만으로 이루어진 양극산화막이 형성된 금속부품을 도시한 도.
도 4는 양극산화 베리어층만으로 이루어진 양극산화막이 형성된 금속부품의 표면(A)을 촬영한 사진의 확대도.
도 5는 양극산화 베리어층만으로 이루어진 양극산화막이 형성된 금속부품의 단면(B)을 촬영한 사진의 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품을 도시한 도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품의 단면(C)을 촬영한 확대도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 CVD 공정챔버를 도시한 도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 드라이에칭 공정챔버를 도시한 도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부한 도면들과 함께 상세히 후술된 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명하는 실시 예에 한정된 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시 도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
다양한 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시 예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시 예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품을 도시한 도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품의 단면(C)을 촬영한 확대도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 CVD 공정챔버를 도시한 도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 드라이에칭 공정챔버를 도시한 도이다.(도 7의 경우 표면-비다공성 양극산화막(13)의 상면에는 사진촬영을 위한 백금(17)이 코팅되어 있음.)
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(10)의 모재(11)는 첨가성분이 함유된 금속 합금 재질로 이루어진다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모재(11)는 경량이고, 가공이 용이하고, 열전도성이 우수하며, 중금속 오염의 우려가 없는 알루미늄 합금(Aluminium alloy) 재질인 것이 바람직하다. 알루미늄 합금을 제조함에 있어서는 각종 첨가성분을 첨가하여 알루미늄 합금이 제조되므로, 본 발명의 상세한 설명에서의 첨가성분은 금속 합금을 제조할 때 첨가되는 각종 원소(Mn, Si, Mg, Cu, Zn, Cr 등)를 의미한다.
모재(11)의 표면은 상기 첨가성분 중 적어도 어느 한 종이 제거된 표면이다.
모재(11) 표면은, 실질적으로 평면으로 형성된 평면영역(11a)과, 모재(11)의 표면에 불규칙적으로 패인 다수의 오목영역(11b)을 포함하여 구성된다. 평면영역(11a)은 모재(11)의 표면 중 오목영역(11b)이 아닌 영역으로서, 실질적으로 평탄한 영역이다. 오목영역(11b)은 모재(11)의 표면에서 불규칙적으로 존재하는 첨가성분 중 어느 한 종의 첨가성분이 제거된 영역이다. 다시 말해, 오목영역(11b)은 첨가성분이 점유하던 영역이, 첨가성분을 제거하는 공정을 수행함에 따라 생겨난 영역이다. 이로 인해 오목영역(11b)은 모재(11)의 표면에서 모재(11)의 내부 방향으로 오목하게 패인 형상을 갖는다.
모재(11)을 구성하는 첨가성분이 그 표면에서 제거된 모재(11)의 표면에는 표면-비다공성 양극산화막이 형성된다(도 7에 도면부호 13으로 표시된 부분은 백금(pt)이나, 백금은 사진 촬영을 위해 표면-비다공성 양극산화막(13)의 상면에 일정 두께로 균일하게 코팅된 것이므로, 이하에서는 설명의 편의상 도면부호 13이 표면-비다공성 양극산화막을 의미하는 것으로 한다). 모재(11)을 구성하는 첨가성분이 그 표면에서 제거된 다음에 그 상부로 표면-비다공성 양극산화막(13)이 형성되므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속부품의 표면에 대한 에너지 분산형 분석기(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)의 측정성분에는 표면에서 제거된 첨가성분은 검출되지 않게 된다(예컨데, 모재(11)의 표면에서 실리콘(Si)이 제거된 경우, 모재(11)의 표면에 대한 상기 에너지 분산형 분석기의 측정성분에는 실리콘(Si)이 검출되지 않는다).
표면-비다공성 양극산화막(13)은 산화 알루미늄(Al2O3)으로 이루어지며, 그 표면에 구멍(pore)이 없는 비다공성 특성을 갖는다.
표면-비다공성 양극산화막(13)은 모재(11)의 오목영역(11b)의 표면과 평면영역(11a)의 표면 전체에 걸쳐 일정 두께로 연속적으로 형성된다. 표면-비다공성 양극산화막(13)이 모재(11)의 오목영역(11b)의 형상을 따라서도 형성되므로, 표면-비다공성 양극산화막(13)에는 오목영역(11b)과 대응되는 형상을 갖는 오목부(13a)가 다수 개 형성된다.
표면-비다공성 양극산화막(13)은 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이의 두께로, 모재(11)의 표면 전체에 걸쳐 일정 두께로 연속적으로 형성된다. 표면-비다공성 양극산화막(13)의 두께가 100nm 미만인 경우에는 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성 측면에서 불리하고, 표면-비다공성 양극산화막(13)의 두께가 1㎛ 이상인 경우에는 제조 수율이 낮기 때문에 표면-비다공성 양극산화막의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면-비다공성 양극산화막(13)은 높은 내식성 및 내전압성의 특성을 발휘하며, 종래의 표면-다공성 양극산화막의 다공질층으로 인해 발생되는 이물질 등의 증착 및 아웃 가싱으로 인한 문제가 발생하지 않는다. 또한, 첨가성분이 제거된 모재(11) 표면에 표면-비다공성 양극산화막(13)이 형성되므로, 표면-다공성 양극산화막의 다공질층에 의해 발생되는 문제점이 해결됨과 동시에 첨가성분이 제거된 모재(11) 표면에 표면-비다공성 양극산화막(13)이 연속적으로 형성되므로, 상기 첨가성분이 파티클 형태로 떨어져 나가 불순물로 작용하는 것을 방지할 수 있고, 플라즈마 아킹(Plasma arcing) 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(10)의 모재(11)의 표면에 형성된 표면-비다공성 양극산화막(13)의 제조방법의 일례에 대해 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면-비다공성 양극산화막(13)은 알루미늄 합금 재질의 모재(11)를 양극산화시켜 형성된 양극산화 배리어층을 소정의 두께로 성장시켜 형성한 양극산화 배리어층일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 양극산화 배리어층을 형성하는 과정에서 사용되는 전해액은 붕산 전해액이 바람직하다. 붕산 전해액 조 안에서 모재(11)에 전류를 흘러주게 되면, 모재(11)의 표면에 양극산화 배리어층이 형성된다. 그 후, 전류 밀도를 일정하게 유지하면서 전압을 증가시키되, 해당 전압이 소정의 전압에 도달할 때까지 양극산화 배리어층을 소정 두께로 성장시킨다. 시간이 지남에 따라 전압이 선형적으로 증가하는 동안, 전류 밀도를 일정하게 유지하기 위해 전기장 강도(Eletric field strength)가 일정하게 유지된다.
보다 구체적으로는, 모재(11)에서 이온화된 Al3 + 이온들이 기형성된 양극산화 배리어층 방향, 즉, 모재(11)의 바깥 방향으로 유입되고, 전해액에서 이온화된 O2 - 과 OH- 이온들 또한 기형성된 양극산화 배리어층 방향, 즉, 모재(11)의 내부 방향으로 유입됨으로써, 양극산화 배리어층이 소정 두께로 계속 성장하는 것이다. 이로 인하여 모재(11) 및 양극산화 배리어층의 결합 부분과 양극산화 배리어층 및 상기 전해액의 경계 부분, 즉, 양극산화 배리어층의 상부 표면은 구멍(pore)이 없는 상태가 유지되면서 성장하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(10)의 양극산화 배리어층은 종래 표면에 구멍(pore)이 형성된 다공질층이 존재하지 않는 비다공성 특성을 가지며, 그 표면 및 내부는 구멍(pore)이 없도록 형성되고, 양극산화 배리어층의 두께(t)는 공정가스에 대한 충분한 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 갖도록 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 양극산화 배리어층의 두께(t)는, 바람직하게는, 수백 ㎚로 형성되며, 보다 바람직하게는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이로 형성된다. 이러한 양극산화 배리어층의 두께는 종래 표면-다공성 양극산화막에 있어서의 양극산화 배리어층의 통상적인 두께(100㎚ 이하)보다 충분히 두껍다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(10)을 제조하는 제조방법은 알루미늄 합금 재질의 모재(11)를 수산처리하는 수산처리 단계와, 모재(11)를 수세처리하는 수세처리 단계와, 모재(11)를 질산처리하는 질산처리 단계와, 모재(11)를 불산처리하는 불산처리 단계와, 모재(11)를 양극산화하여 모재(11)의 표면에 양극산화 배리어층을 형성하는 양극산화 배리어층 형성 단계를 포함한다.
수산처리 단계는 알루미늄 합금 재질의 모재(11)를 수산화나트륨(Sodium Hydroxide) 용액에 담가 모재(11)의 표면을 에칭(Etching)함으로써, 모재(11)의 표면을 평탄하게 만드는 단계인데, 이러한 수산처리 단계를 거친 모재(11)는 그 표면이 에칭됨에 따라, 모재(11)의 내부에 존재하던 첨가성분은 그 일부분이 표면 외부로 노출되거나, 표면으로부터 이탈된 후 표면에 달라붙는 형태로 존재한다. 이러한 첨가성분을 제거하는 공정을 별도로 두지 않은 채 표면-비다공성 양극산화막(13)을 형성하는 경우에는, 표면-비다공성 양극산화막(13)이 균일하게 형성되지 않게 되므로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 이를 제거하는 불산처리 공정이 채택된 것이다.
불산처리 단계는 모재(11)의 표면에 존재하는 첨가성분을 제거하는 단계이며, 불산(Nydrofluoric Acid) 용액, 불화암모늄(Ammouium Fluoride) 용액, 불산과 질산의 혼합용액, 불화암모늄과 질산의 혼합용액 중 어느 하나의 용액을 사용할 수 있다. 불산처리 단계를 실행하게 되면, 모재(11)의 표면에 존재하는 첨가성분이 제거되며, 이로 인해, 상기 첨가성분이 점유하던 위치에는 오목영역(11b)이 형성되게 된다.
상기 불산처리 단계를 실행한 후, 모재(11)를 양극산화하여 모재(11)의 표면에 양극산화 배리어층을 형성하는 양극산화 배리어층 형성 단계를 실행하게 된다. 붕산 전해액 조 안에서 모재(11)에 전류를 흘려 모재(11)의 표면에 비다공성의 양극산화 배리어층을 형성한 후, 전류 밀도를 일정하게 유지하면서 전압을 증가시키되 해당 전압이 소정의 전압에 도달할 때까지 양극산화 배리어층을 소정 두께로 성장시킨다. 양극산화 배리어층은 모재(11)의 오목영역(11b)과 평면영역(11a) 전체에 걸쳐 일정 두께로 연속적으로 형성되며, 이에 대한 설명은 전술하였으므로 생략한다.
수세처리 단계는 상기 수산처리 단계 후 및/또는 상기 불산처리 단계 후에 이루어질 수 있으며, 모재(11)의 표면을 물로 세척하여, 모재(11)의 표면에 잔존하는 이물질과 수산처리에 사용된 용액 및/또는 불산처리에 사용된 용액을 제거하는 단계이다. 질산처리 단계는 모재(11)를 질산(Nitric Acid)용액에 담가 모재(11)의 표면에 일종의 산(Acid)처리를 하는 단계이며, 상기 불산처리 단계 이전에 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 금속부품(10)의 모재(11)를 이루는 알루미늄 합금은 6000계열의 알루미늄 합금일 수 있다. 6000계열의 알루미늄 합금의 경우에는 첨가성분 중 실리콘(Si)이 주로 문제되며, 모재(11)의 표면에 파티클 형태로 잔존하는 실리콘(Si)을 모재(11)의 표면에서 제거함으로써, 표면-비다공성 양극산화막을 모재(11)의 표면에 전체적으로 균일한 두께로 형성할 수 있게 된다. 여기서, 모재(11)의 표면에서 제거되는 실리콘(Si)은 실리콘 화합물, 예컨데, 규화마그네슘(Mg2Si)을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 금속부품(10)의 모재(11)를 이루는 알루미늄 합금은 5000계열의 알루미늄 합금일 수 있다. 5000계열의 알루미늄 합금의 경우에는 첨가성분 중 마그네슘(Mg)이 주로 문제되며, 마그네슘(Mg)을 모재(11)의 표면에서 제거함으로써, 표면-비다공성 양극산화막을 모재(11)의 표면에 전체적으로 균일한 두께로 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 금속부품(10)의 모재(11)를 이루는 알루미늄 합금은 알루미늄(Al)-마그네슘(Mg)-실리콘(Si) 계 알루미늄 합금일 수 있다. 알루미늄(Al)-마그네슘(Mg)-실리콘(Si) 계 알루미늄 합금의 경우, 모재(11)의 표면에 파티클 형태로 잔존하는 실리콘(Si)을 모재(11)의 표면에서 제거함으로써, 표면-비다공성 양극산화막을 모재(11)의 표면에 전체적으로 균일한 두께로 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 금속부품(10)의 모재(11)를 이루는 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 0.40~0.8%, 철(Fe) 0.7%, 구리(Cu) 0.15~0.40%, 망간(Mn) 0.15%, 마그네슘(Mg) 0.8~1.2%, 아연(Zn) 0.25%, 크롬(Cr) 0.04~0.35%, 티타늄(Ti) 0.15%을 첨가성분으로 함유하는 알루미늄 합금일 수 있다. 이 경우, 모재(11)의 표면에 파티클 형태로 잔존하는 실리콘(Si)을 모재(11)의 표면에서 제거함으로써, 표면-비다공성 양극산화막을 모재(11)의 표면에 전체적으로 균일한 두께로 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 금속부품(10)의 모재(11)를 이루는 알루미늄 합금은 주 첨가성분이 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 또는 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg) 중 어느 하나로 함유된 알루미늄 합금 일 수 있다. 이 경우, 실리콘(Si) 및/또는 마그네슘(Mg)을 모재(11)의 표면에서 제거함으로써, 모재(11)의 표면에 표면-비다공성 양극산화막을 모재(11)의 표면에 전체적으로 균일한 두께로 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 금속부품(10)의 모재(11)를 이루는 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)을 주 첨가성분으로 함유한 열처리 알루미늄 합금일 수 있다. 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)을 주 첨가성분으로 함유한 열처리 알루미늄 합금의 경우, 실리콘(Si)을 모재(11)의 표면에서 제거함으로써, 모재(11)의 표면에 표면-비다공성 양극산화막을 모재(11)의 표면에 전체적으로 균일한 두께로 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 금속부품(10)의 모재(11)를 이루는 알루미늄 합금은 실리콘(Si)을 0.2 ~ 0.9% 함유하는 알루미늄 합금일 수 있다. 실리콘(Si)을 0.2 ~ 0.9% 함유하는 알루미늄 합금의 경우, 실리콘(Si)을 모재(11)의 표면에서 제거함으로써, 모재(11)의 표면에 표면-비다공성 양극산화막을 모재(11)의 표면에 전체적으로 균일한 두께로 형성할 수 있게 된다.
이하, 도 8을 참조하여, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예의 표면-비다공성 양극 산화막을 포함하는 금속부품(10)이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 CVD 공정챔버(Chemical Vapor Deposition process chamber)(100)에 대해 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, CVD 공정챔버(100)는 CVD 공정챔버(100) 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인(110)과, CVD 공정챔버(100) 내부에 설치되어 기판(S)을 지지하는 서셉터(Susceptor)(120)와, 공급라인(110)과 연통되며 CVD 공정챔버(100) 상부에 배치되는 백킹 플레이트(Backing plate)(130)와, 백킹 플레이트(130) 하부에 배치되어 공급라인(110)에서 공급된 공정가스를 기판(S)으로 공급하는 디퓨저(Diffuser)(140)와, 서셉터(120)와 디퓨저(140) 사이에 배치되어 기판(S)의 가장자리를 커버하는 쉐도우 프레임(Shadow frame)(150)과, CVD 공정챔버(100) 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인(160)과, 공정가스의 유량을 제어하는 기체 유량 장치(MFC. Mass Flow Controller)(170)를 포함하여 구성된다.
CVD 공정챔버(100)에서 사용되는 기판(S)은 웨이퍼(Wafer) 또는 글라스(Glass)일 수 있다.
CVD 공정챔버(100)의 내부에는 서셉터(120), 백킹 플레이트(130), 디퓨저(140) 및 쉐도우 프레임(150) 등이 설치되고, 공정가스에 의한 화학적 기상 증착(CVD)이 일어날 수 있도록 반응 공간을 제공한다.
공급라인(110)은 CVD 공정챔버(100) 상부에서 CVD 공정챔버(100)의 내부와 연통되며, CVD 공정챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하는 역할을 한다.
CVD 공정챔버(100) 상부에는 백킹 플레이트(130)가 배치되며, 백킹 플레이트(130)는 공급라인(110)와 연통되어 있다.
배기라인(160)은 CVD 공정챔버(100) 하부에서 CVD 공정챔버(100)의 내부와 연통되며, CVD 공정챔버(100) 내부의 공정가스를 CVD 공정챔버(100) 외부로 배기하는 역할을 한다. 따라서, 기판(S)에 화학적 기상 증착 공정을 수행한 후, 화학적 기상 증착 공정에 사용된 공정가스는 배기라인(160)를 통해 외부로 배기된다.
서셉터(120)는 CVD 공정챔버(100) 내부의 하부 공간에 설치되어, 화학적 기상 증착 공정 중에 기판(S)을 지지하는 역할을 한다.
서셉터(120) 내부에는 공정 조건에 따라 기판(S)을 가열하기 위한 히터(미도시)가 구비될 수 있다.
백킹 플레이트(130)는 공급라인(110)과 연통되도록 CVD 공정챔버(100) 상부에 배치되며, 공급라인(110)에서 공급되는 공정가스를 후술할 디퓨저(140)로 유동시킴으로써, 공정가스가 디퓨저(140)를 통해 고르게 분사되는 것을 도와주는 역할을 한다.
디퓨저(140)는 백킹 플레이트(130) 하부에 서셉터(120)와 대향되도록 설치되며, 기판(S)에 공정가스를 균일하게 분사하는 역할을 한다.
또한, 디퓨저(140)에는 디퓨저(140)의 상면과 하면을 관통하는 다수의 관통홀(141)이 형성된다.
관통홀(141)은 상부 지름이 하부 지름보다 큰 오리피스(Orifice) 형상을 갖을 수 있다.
또한, 관통홀(141)은 디퓨져(140)의 전체 면적에 걸쳐 균일한 밀도로 형성될 수 있으며, 이로 인해, 기판(S)의 전체 영역에 일정하게 가스가 분사될 수 있다.
즉, 상기 가스 공급라인에서 공급된 공정가스가 백킹 플레이트(130)를 통해 디퓨저(140)로 유입되며, 상기 공정가스는 디퓨저(140)의 관통홀(141)을 통해 기판(S)으로 균일하게 분사되는 것이다.
쉐도우 프레임(150)은 기판(S)의 가장자리 부분에 박막이 증착되는 것을 방지하는 역할을 하며, 서셉터(120)와 디퓨저(140) 사이에 배치된다.
이 경우, 쉐도우 프레임(150)은 CVD 공정챔버(100)의 측면에 고정될 수 있다.
기체 유량 장치(170)는 CVD 공정챔버(100)와 유로(171)로 연결되어 있으며, CVD 공정챔버(100)의 내부 공간에서 유동하는 기체, 즉, 공정가스의 유량을 제어하는 역할을 한다.
위와 같은 구성을 갖는 CVD 공정챔버(100)는 공급라인(110)에서 공급된 공정 가스가 백킹 플레이트(130)로 유입된 후, 디퓨저(140)의 관통홀(141)을 통해 기판(S)으로 분사됨으로써, 기판(S)에 화학적 기상 증착 공정을 수행하게 된다.
이 경우, 공정가스는 가열되어 플라즈마 상태로 변환되게 되며, 플라즈마는 강한 부식성과 침식성을 가지고 있다. 따라서, 상기 플라즈마와 직접적으로 접촉하게 되는 CVD 공정챔버(100)의 내부면과, CVD 공정챔버(100) 내부에 설치되는 서셉터(120), 백킹 플레이트(130), 디퓨저(140), 쉐도우 프레임(150) 등(이하, '내부부품' 이라 한다)은 플라즈마 아킹 현상 등에 의해 부식 및 침식 등이 발생할 수 있다.
따라서, CVD 공정챔버(100)의 내부면, 서셉터(120), 백킹 플레이트(130), 디퓨저(140), 쉐도우 프레임(150) 중 적어도 어느 하나는 표면-비다공성 양극산화막(13)을 포함하는 금속부품(10)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이를 통해 전술한 부식 및 침식 등의 문제점들을 해결할 수 있다.
다시 말해, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(10)은 표면-비다공성 양극산화막(13)을 형성하기 이전에 표면-비다공성 양극산화막(13)을 형성함에 있어 문제로 인식되는 첨가성분을 모재(11) 표면에서 제거하므로, 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 향상시키면서 동시에 종래 구멍(pore)에 따른 아웃가싱 및 파티클 생성의 문제를 해소할 수 있다. 따라서, 이러한 금속부품(10)을 CVD 공정챔버(100)의 내부부품으로 이루어지게 함으로써, CVD 공정챔버(100)에 의해 제조되는 완제품의 수율이 향상되고, CVD 공정챔버(100)의 공정 효율이 향상되며, 유지 보수 사이클 또한 높아지게 된다.
또한, CVD 공정챔버(100)를 이용한 화학적 기상 증착이 10nm 급의 기판(S)을 제조하는 미세공정일 경우 공정가스를 고열로 가열하여 고밀도 플라즈마로 변환시키게 된다. 이러한 고밀도 플라즈마는 CVD 공정챔버(100)의 내부부품들 뿐만 아니라 CVD 공정챔버(100)의 내부와 연통되는 공급라인(110), 배기라인(160), 기체 유량 장치(170) 및 유로(171)에까지 영향을 미치게 되며, 이로 인해, 공급라인(110), 배기라인(160), 기체 유량 장치(170) 및 유로(171)의 불순물들이 탈락되어 CVD 공정챔버(100)의 내부로 유입됨으로써, CVD 공정챔버(100)의 제조 공정의 불량율이 높아질 수 있는 문제점이 야기된다.
따라서, 공급라인(110), 배기라인(160), 기체 유량 장치(170) 및 유로(171) 중 적어도 어느 하나는 표면-비다공성 양극산화막(13)을 포함하는 금속부품(10)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 경우, CVD 공정챔버(100)의 내부와 연통되는 공급라인(110)의 내부면의 불순물이 탈락되는 것을 방지하기 위해, 표면-비다공성 양극산화막(13)은 공급라인(110)의 내부면에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, CVD 공정챔버(100)의 내부와 연통되는 배기라인(160), 기체 유량 장치(170) 및 유로(171)의 내부면의 불순물이 탈락되는 것을 방지하기 위해, 표면-비다공성 양극산화막(13)은 배기라인(160), 기체 유량 장치(170) 및 유로(171)의 내부면 각각에 형성되는 것이 바람직하다.
위와 같이, CVD 공정챔버(100)의 내부와 연통되는 부품들, 즉, 공급라인(110), 배기라인(160), 기체 유량 장치(170) 및 유로(171)를 표면-비다공성 양극산화막(13)을 포함하는 금속부품(10)으로 이루어지게 함으로써, 공급라인(110), 배기라인(160), 기체 유량 장치(170) 및 유로(171) 각각의 내부면의 내플라즈마성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해, 고밀도 플라즈마에 의해 불순물이 탈락되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, CVD 공정챔버(100)의 미세공정을 위해 고밀도 플라즈마를 이용하는 경우에도 CVD 공정챔버(100) 내부에 불순물이 유입되는 것을 방지하여 CVD 공정챔버(100)의 공정 효율 및 신뢰성을 상승시킬 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예의 표면 비다공성 양극산화막(13)을 포함하는 금속부품(10)이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 드라이에칭 공정챔버(Dry etching process chamber)(200)에 대해 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 드라이에칭 공정챔버(200) 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인(210)과, 드라이에칭 공정챔버(200) 내부에 설치되어 기판(S)을 지지하는 하부 전극(Bottom electrode)(220)과, 하부 전극(220) 상부에 배치되어 공급라인(210)에서 공급된 공정가스를 기판(S)으로 공급하는 상부 전극(Upper eletrode)(230)과, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내벽에 설치되는 월 라이너(Wall liner)(240)와, 드라이에칭 공정챔버(200) 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인(250)과, 공정가스의 유량을 제어하는 기체 유량 장치(270)를 포함하여 구성된다.
드라이에칭 공정챔버(200)에서 사용되는 기판(S)은 웨이퍼(Wafer) 또는 글라스(Glass)일 수 있다.
드라이에칭 공정챔버(200)의 내부에는 하부 전극(220), 상부 전극(230) 및 월 라이너(240) 등이 설치되고, 공정가스에 의한 드라이에칭이 일어날 수 있도록 반응 공간을 제공한다.
공급라인(210)은 드라이에칭 공정챔버(200) 상부에서 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부와 연통되며, 드라이에칭 공정챔버(200) 내부로 공정가스를 공급하는 역할을 한다.
배기라인(250)은 드라이에칭 공정챔버(200) 하부에서 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부와 연통되며, 드라이에칭 공정챔버(200) 내부의 공정가스를 드라이에칭 공정챔버(200) 외부로 배기하는 역할을 한다. 따라서, 기판(S)에 드라이에칭 공정을 수행한 후, 드라이에칭 공정에 사용된 공정가스는 배기라인(250)을 통해 외부로 배기된다.
하부 전극(220)은 드라이에칭 공정챔버(200) 내부의 하부 공간에 설치되어, 드라이에칭 공정 중에 기판(S)을 지지하는 역할을 한다.
또한, 하부 전극(220)에는 기판(S)의 정전기 발생을 최소화시키는 정전 척(ESC, Electrode Static Chuck)(미도시)와, 기판(S) 주위의 공정가스의 흐름을 일정하게 유지시켜 주는 배플(Baffle)(미도시)이 구비될 수 있으며, 이로 인해, 기판(S)에 균일한 에칭이 발생할 수 있다.
상부 전극(230)은 드라이에칭 공정챔버(200) 하부에 서셉터(120)와 대향되도록 설치되며, 기판(S)에 공정가스를 균일하게 분사하는 역할을 한다.
또한, 상부 전극(230)에는 상부 전극(230)의 상면과 하면을 관통하는 다수의 관통홀(231)이 형성된다.
관통홀(231)은 상부 지름이 하부 지름보다 큰 오리피스 형상을 갖을 수 있다.
또한, 관통홀(231)은 상부 전극(230)의 전체 면적에 걸쳐 균일한 밀도로 형성될 수 있으며, 이로 인해, 기판(S)의 전체 영역에 일정하게 가스가 분사될 수 있다.
즉, 상기 가스 공급라인에서 공급된 공정가스가 상부 전극(230)으로 유입되며, 상기 공정가스는 상부 전극(230)의 관통홀(231)을 통해 기판(S)으로 균일하게 분사되는 것이다.
월 라이너(240)는 드라이에칭 공정챔버(200)의 내벽에 착탈 가능하게 설치될 수 있으며, 드라이에칭 공정챔버(200)의 오염을 줄여주는 역할을 한다.
즉, 장기간 드라이에칭 공정을 수행함에 따라, 드라이에칭 공정챔버(200) 내부에 오염이 발생하게 되면, 월 라이너(240)를 분리하여 세정하거나, 새로운 월 라이너(240)를 설치함으로써 드라이에칭 공정챔버(200) 내부의 환경을 개선해 줄 수 있는 것이다.
기체 유량 장치(270)는 드라이에칭 공정챔버(200)와 유로(271)로 연결되어 있으며, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부 공간에서 유동하는 기체, 즉, 공정가스의 유량을 제어하는 역할을 한다.
위와 같은 구성을 갖는 드라이에칭 공정챔버(200)는 공급라인(210)에서 공급된 공정가스가 상부 전극(230)으로 유입되어 상부 전극(230)의 관통홀(231)을 통해 기판(S)으로 분사됨으로써, 기판(S)에 드라이에칭 공정을 수행하게 된다.
이 경우, 공정가스는 가열되어 플라즈마 상태로 변환되게 되며, 플라즈마는 강한 부식성과 침식성을 가지고 있다. 따라서, 상기 플라즈마와 직접적으로 접촉하게 되는 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부면과, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부에 설치되는 하부 전극(220), 하부 전극(220)의 정전척, 하부 전극(220)의 베플, 상부 전극(230), 월 라이너(240)등(이하, '내부부품' 이라 한다)은 플라즈마 아킹 현상 등에 의해 부식 및 침식 등이 발생할 수 있다.
따라서, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부면, 공급라인(210), 하부전극(220), 하부전극(220)의 정전척, 하부전극(220)의 베플, 상부 전극(230), 월 라이너(240) 중 적어도 어느 하나는 표면-비다공성 양극산화막(13)을 포함하는 금속부품(10)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이를 통해 전술한 부식 및 침식 등의 문제점들을 해결할 수 있다.
다시 말해, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(10)은 표면-비다공성 양극산화막(13)을 형성하기 이전에 표면-비다공성 양극산화막(13)을 형성함에 있어 문제로 인식되는 첨가성분을 모재(11) 표면에서 제거하므로, 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 향상시키면서 동시에 종래 구멍(pore)에 따른 아웃가싱 및 파티클 생성의 문제를 해소할 수 있다. 따라서, 이러한 금속부품(10)을 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부부품으로 이루어지게 함으로써, 드라이에칭 공정챔버(200)에 의해 제조되는 완제품의 수율이 향상되고, 드라이에칭 공정챔버(200)의 공정 효율이 향상되며, 유지 보수 사이클 또한 높아지게 된다.
또한, 드라이에칭 공정챔버(200)를 이용한 드라이에칭이 10nm 급의 기판(S)을 제조하는 미세공정일 경우 공정가스를 고열로 가열하여 고밀도 플라즈마로 변환시키게 된다. 이러한 고밀도 플라즈마는 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부부품들 뿐만 아니라 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부와 연통되는 공급라인(210), 배기라인(250), 기체 유량 장치(270) 및 유로(271)에까지 영향을 미치게 되며, 이로 인해, 공급라인(210), 배기라인(250), 기체 유량 장치(270) 및 유로(271)의 불순물들이 탈락되어 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부로 유입됨으로써, 드라이에칭 공정챔버(200)의 제조 공정의 불량율이 높아질 수 있는 문제점이 야기된다.
따라서, 공급라인(210), 배기라인(250), 기체 유량 장치(270) 및 유로(271) 중 적어도 어느 하나는 표면-비다공성 양극산화막(13)을 포함하는 금속부품(10)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 경우, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부와 연통되는 공급라인(210)의 내부면의 불순물이 탈락되는 것을 방지하기 위해, 표면-비다공성 양극산화막(13)은 공급라인(210)의 내부면에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부와 연통되는 배기라인(250), 기체 유량 장치(270) 및 유로(271)의 내부면의 불순물이 탈락되는 것을 방지하기 위해, 표면-비다공성 양극산화막(13)은 배기라인(250), 기체 유량 장치(270) 및 유로(271)의 내부면 각각에 형성되는 것이 바람직하다.
위와 같이, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부와 연통되는 부품들, 즉, 공급라인(210), 배기라인(250), 기체 유량 장치(270) 및 유로(271)를 표면-비다공성 양극산화막(13)을 포함하는 금속부품(10)으로 이루어지게 함으로써, 공급라인(210), 배기라인(250), 기체 유량 장치(270) 및 유로(271) 각각의 내부면의 내플라즈마성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해, 고밀도 플라즈마에 의해 불순물이 탈락되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 드라이에칭 공정챔버(200)의 미세공정을 위해 고밀도 플라즈마를 이용하는 경우에도 드라이에칭 공정챔버(200) 내부에 불순물이 유입되는 것을 방지하여 드라이에칭 공정챔버(200)의 공정 효율 및 신뢰성을 상승시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
1: 알루미늄 합금 모재 2: 모재
10: 금속부품 11: 모재
11a: 평면영역 11b: 오목영역
12: 양극산화 다공질층 12a: 구멍
13: 양극산화 배리어층 13a: 오목부
15: 실리콘 17: 금속코팅층
100: CVD 공정챔버 110: 공급라인
120: 서셉터 130: 백킹 플레이트
140: 디퓨저 141: 관통홀
150: 쉐도우 프레임 160: 배기라인
170: 기체 유량 장치 171: 유로
200: 드라이에칭 공정챔버 210: 공급라인
220: 하부 전극 230: 상부 전극
240: 월 라이너 250: 배기라인
270: 기체 유량 장치 271: 유로
S: 기판

Claims (19)

  1. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서,
    첨가성분이 함유된 금속 합금으로 이루어지되, 표면에서 상기 첨가성분 중 적어도 어느 한 종이 제거된 모재; 및
    상기 모재의 표면에 형성된 양극산화 배리어층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정챔버는 CVD 공정챔버이고,
    상기 금속부품은 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 하는 금속부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공정챔버는 드라이에칭 공정챔버이고,
    상기 금속부품은 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 하는 금속부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 합금은 알루미늄 합금이고, 상기 양극산화 배리어층은 상기 알루미늄 합금을 양극산화하여 형성된 양극산화 알루미늄(Al2O3)인 것을 특징으로 하는 금속부품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 6000계열의 알루미늄 합금이고, 상기 모재의 표면에서 제거되는 첨가성분은 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 5000계열의 알루미늄 합금이고, 상기 모재의 표면에서 제거되는 첨가성분은 마그네슘(Mg)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모재 표면은 실질적으로 평면으로 형성된 평면영역과 불규칙적으로 패인 다수의 오목영역으로 이루어지고, 상기 양극산화 배리어층은 상기 오목영역과 평면영역에 일정 두께로 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극산화 배리어층의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이인 것을 특징으로 하는 금속부품.
  9. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서,
    Al-Mg-Si 계 알루미늄 합금으로 된 모재; 및
    상기 모재의 표면상에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하되,
    상기 모재의 표면에는 실리콘(Si)이 제거되어 존재하지 않고, 상기 모재의 표면에 형성된 오목영역에도 상기 표면-비다공성 양극 산화막이 형성되고, 상기 표면-비다공성 양극 산화막의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만의 일정 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  10. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서,
    상기 금속부품은 Al-Mg-Si 계 알루미늄 합금으로 된 모재; 및 상기 모재의 표면상에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하되,
    상기 금속부품의 표면에 대한 에너지 분산형 분석기(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)의 측정성분에는 상기 실리콘(Si) 성분이 검출되지 않는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  11. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서,
    실리콘(Si) 0.40~0.8%, 철(Fe) 0.7%, 구리(Cu) 0.15~0.40%, 망간(Mn) 0.15%, 마그네슘(Mg) 0.8~1.2%, 아연(Zn) 0.25%, 크롬(Cr) 0.04~0.35%, 티타늄(Ti) 0.15% 를 첨가성분으로 함유하는 알루미늄 합금의 모재; 및
    상기 모재의 표면에서 상기 첨가성분 중 실리콘(Si)이 제거된 상기 모재를 양극산화시켜 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 표면-비다공성 양극 산화막의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이인 것을 특징으로 하는 금속부품.
  13. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서,
    주 첨가성분이 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 또는 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg) 중 어느 하나로 함유된 알루미늄 합금 재질이되, 표면에서 상기 주 첨가성분 중 적어도 어느 하나가 제거된 모재; 및
    상기 모재의 표면의 형상을 따라 대응되게 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  14. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서,
    실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)을 주 첨가성분으로 함유한 열처리 알루미늄 합금의 표면에서 상기 실리콘(Si)이 제거된 표면에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  15. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품에 있어서,
    상기 금속부품은, 첨가성분으로서의 실리콘(Si)을 0.2~0.9% 함유하는 알루미늄 합금으로 된 모재; 및 상기 모재의 표면상에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하되,
    상기 금속부품의 표면에 대한 에너지 분산형 분석기(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)의 측정성분에는 상기 실리콘(Si) 성분이 검출되지 않는 것을 특징으로 하는 금속부품.
  16. 공정가스가 유입되는 공정챔버의 내부와 연통되는 금속부품을 제조하는 제조 방법에 있어서,
    금속 합금 재질로 된 모재의 표면에서 상기 모재를 이루는 적어도 한 종의 첨가성분을 제거하는 단계; 및
    상기 첨가성분이 제거된 상기 모재를 양극산화시켜 상기 모재의 표면에 양극산화 배리어층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 제조 방법.
  17. 첨가성분이 포함된 금속 합금 재질로 이루어지되, 표면에서 상기 첨가성분이 제거된 모재; 및 상기 모재를 양극산화시켜 상기 모재의 표면에 형성된 표면-비다공성 양극 산화막;을 포함하는 금속부품이 공정가스가 유입되는 내부와 연통되는 것을 특징으로 하는 공정챔버.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공정챔버는 CVD 공정챔버이고,
    상기 금속부품은 상기 금속부품은 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 CVD 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 하는 공정챔버
  19. 제17항에 있어서,
    상기 공정챔버는 드라이에칭 공정챔버이고,
    상기 금속부품은 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 공급라인 또는 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부에 공급된 공정가스를 배기하는 배기라인인 것을 특징으로 하는 공정챔버.
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