KR20180065899A

KR20180065899A - 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20180065899A
Application number: KR1020170157908A
Authority: KR
Inventors: 황성식; 선호정; 이재범; 오준록; 김현정
Original assignee: 에스케이씨솔믹스 주식회사
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2018-06-18

Abstract

플라즈마에 대한 내식성이 우수하고 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 전기전도도 및 열전도도를 개선하고 구조가 간단한 텅스텐보라이드 코팅층을 포함하는 플라즈마 처리장치 및 제조방법을 제시한다. 그 장치 및 방법은 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버 및 챔버의 내부에 위치하고 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함하고, 그 부품은 플라즈마 내식성이 있고 부피 비저항이 10³~10^- ⁶Ω·cm인 텅스텐보라이드이다.

Description

텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 제조방법{Plasma processing apparatus having tungsten boride and method of manufacturing the apparatus}

본 발명은 플라즈마 처리장치및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마에 대한 내식성이 높은 텅스텐보라이드로 이루어진 부품을 포함하는 플라즈마 장치 및 제조방법에 관한 것이다.

플라즈마 처리장치는 챔버 내에 상부전극과 하부전극을 배치하고, 하부전극의 위에 반도체 웨이퍼, 유리 기판 등의 기판을 탑재하여, 양 전극 사이에 전력을 인가한다. 양 전극 사이의 전계에 의해서 가속된 전자, 전극으로부터 방출된 전자, 또는 가열된 전자가 처리가스의 분자와 전리 충돌을 일으켜, 처리가스의 플라즈마가 발생한다. 플라즈마 중의 래디컬이나 이온과 같은 활성종은 기판 표면에 원하는 미세 가공, 예를 들면 에칭 가공을 수행한다. 최근, 미세전자소자 등의 제조에서의 디자인 룰이 점점 미세화되고, 특히 플라즈마 에칭에서는 더욱 높은 치수 정밀도가 요구되고 있어서, 종래보다도 현격히 높은 전력이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리장치에는 플라즈마에 영향을 받는 에지링, 포커스링, 샤워헤드 등의 부품들이 내장되어 있다.

상기 에지링의 경우, 전력이 높아지면, 정재파가 형성되는 파장 효과 및 전극 표면에서 전계가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대체로 기판 상에서 중심부가 극대로 되고 에지부가 가장 낮아져서, 기판 상의 플라즈마 분포의 불균일성이 심화된다. 기판 상에서 플라즈마 분포가 불균일하면, 플라즈마 처리가 일정하지 않게 되어 미세전자소자의 품질이 저하된다. 국내공개특허 제2009-0101129호는 서셉터와 에지부 사이에 유전체를 두어 플라즈마 분포의 균일성을 도모하고자 하였다. 하지만, 상기 특허는 구조가 복잡하고, 유전체 및 에지부 사이의 정밀한 설계가 어려운 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 전기전도도 및 열전도도를 개선하고 구조가 간단한 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치 및 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 하나의 과제를 해결하기 위한 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버 및 상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함한다. 이때, 상기 부품은 플라즈마 내식성이 있는 텅스텐보라이드로 이루어지며, 상기 텅스텐보라이드는 부피 비저항 10³~10^-6Ω·cm을 갖는다.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 텅스텐보라이드는 텅스텐 및 붕소를 기반으로 하는 화합물이다. 상기 텅스텐보라이드는 단일상 또는 복합상일 수 있다. 상기 단일상은 텅스텐 및 붕소의 화학양론적 상 및 상기 화학양론적 조성을 벗어난 비화학양론적 상을 포함할 수 있다. 상기 단일상 또는 복합상은 상기 단일상 또는 복합상에 불순물이 추가된 고용체를 포함할 수 있다. 상기 부품은 에지링, 포커스링 또는 샤워헤드 중에 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 부품은 서셉터에 안치된 기판의 가장자리를 압착하는 에지링이고, 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 확장된다.

본 발명의 바람직한 장치에 있어서, 상기 부품은 소결된 벌크(bulk) 형태일 수 있고, 물리 또는 화학기상증착된 (bulk) 형태일 수 있다. 상기 부품은 모재의 일면에 접합된 두께가 0.1mm 내지 3mm의 텅스텐보라이드 판(plate)을 포함할 수 있다. 상기 부품은 모재의 일면에 위치하는 두께가 0.1mm 내지 3mm인 텅스텐보라이드 코팅층을 포함할 수 있고, 모재를 밀봉하는 두께가 0.1mm 내지 3mm의 텅스텐보라이드 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 모재는 금속, 세라믹 또는 그들의 복합물 중에 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 부품은 상기 모재 및 상기 텅스텐보라이드 코팅층 사이에 프라이머층을 더 포함할 수 있다. 상기 프라이머층은 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있고, 상기 프라이머층은 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 물질이 단층 또는 복층으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법은 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버 및 상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함하는 플라즈마 장치의 제조방법에 있어서, 상기 부품은 플라즈마 내식성이 있고, 부피 비저항이 10³~10^-6Ω·cm인 텅스텐보라이드이다.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 부품은 소결에 의해 제조될 수 있고, 물리 또는 화학기상증착에 의해 제조될 수 있다. 상기 부품은 모재에 두께가 0.1mm 내지 3mm인 텅스텐보라이드 판(plate)이 접합되어 형성될 수 있다. 상기 텅스텐보라이드 판(plate)은 벌크 형태의 텅스텐보라이드를 0.1mm 내지 3mm 두께로 가공하여 이루어질 수 있다. 상기 접합은 텅스텐보라이드와 모재에 열과 압력을 가하여 계면에서의 확산을 유도하여 구현하거나 금속접합제를 사용하거나 또는 접합테이프를 적용할 수 있다. 상기 부품은 모재 상에 두께가 0.1mm 내지 3mm인 텅스텐보라이드 코팅층을 형성하여 이루어질 수 있다. 상기 부품은 모재를 두께가 0.1mm 내지 3mm의 텅스텐보라이드 코팅층으로 감싸서 형성될 수 있다. 상기 텅스텐보라이드 코팅층은 분사법 또는 용사법으로 형성하는 것이 좋다. 상기 모재에 상기 텅스텐보라이드 코팅층을 형성하기 이전에 프라이머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치 및 제조방법에 의하면, 플라즈마 내식성이 우수하고 전기전도성이 부여된 텅스텐보라이드를 포함하는 부품을 사용함으로써, 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 구조가 간단하다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 부품이 장착된 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제1 부품을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제2 부품을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제3 부품을 나타내는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예는 텅스텐보라이드를 사용함으로써, 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 구조가 간단한 플라즈마 처리장치 및 제조방법을 제시한다. 이러한 플라즈마 처리장치에는 플라즈마에 영향을 받는 에지링, 포커스링, 샤워헤드 등의 부품들이 있으며, 여기서는 그 중에서 에지링을 사례로 들어 설명하기로 한다. 이를 위해, 본 발명의 에지링을 중심으로 플라즈마 부품에 대하여 구체적으로 알아보고, 상기 플라즈마 부품을 제조하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 부품이 장착된 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면들이다. 본 발명의 범주 내에서 제시된 장치의 구조 이외에도 다양한 구조의 플라즈마 처리장치에 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 처리장치는 챔버(10), 서셉터(20), 샤워헤드(30) 및 에지링(40)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 서셉터(20), 샤워헤드(30), 에지링(40) 등이 플라즈마에 영향을 받는 플라즈마 부품(AP)이다. 챔버(10)는 반응공간을 정의하며, 서셉터(20)는 상면에 기판(50)을 탑재하고 상하운동을 한다. 경우에 따라, 서셉터(20)는 고정되어 움직이지 않을 수 있지만, 여기서는 상하운동을 하는 경우를 예로 들었다. 샤워헤드(30)는 서셉터(20)의 상부에 위치하며, 기판(50)으로 공정가스를 분사한다. 샤워헤드(30)는 가스공급관(12)이 챔버(10)를 관통하여 연결되어, 상기 공정가스를 외부로부터 유입시킨다. 샤워헤드(30)는 가스공급관(12)을 통해 유입된 공정가스가 분사되기 전에 샤워헤드(30) 내부에 균일하게 확산하도록 하는 버퍼공간(31)과, 수많은 관통홀로 구성되는 노즐부(32)를 포함한다. 에지링(40)은 챔버(10)의 내벽에 설치되며 링지지대(41) 위에 위치한다.

챔버(10)의 외부에는 플라즈마의 발생을 위해 RF전력을 공급하는 RF 전원(16)이 플라즈마전극이나 안테나에 연결된다. 상기 연결 방식은 다양하게 존재하며, 도시된 바와 같이, 플라즈마 전극을 샤워헤드(30)와 일체로 형성하고, 상기 RF전력이 전극의 중심에 인가되도록 하기 위해 가스공급관(12)에 RF전원(16)을 연결될 수 있다. 기판(50)에 입사하는 플라즈마의 에너지를 제어하기 위하여 서셉터(20)에도 별도의 RF전원을 인가되기도 한다. 도시되지는 않았지만, 서셉터(20)에는 기판(50)을 예열하거나 가열하는 히터, 기판(50)의 탑재를 위한 리프트 핀 등을 포함할 수 있다.

기판(50)이 서셉터(20)에 안치되면, 서셉터(20)가 플라즈마 처리공정의 위치까지 상승한다. 에지링(40)은 기판(50)의 가장자리를 압착하면서 함께 상승한다. 서셉터(20)를 상승시키면, 배기구(14)가 공정균일도에 악영향을 미치는 것을 방지한다. 기판(50)이 공정위치에 놓이면, 샤워헤드(30)를 통해 공정가스를 분사한 후, RF전력을 인가하여 공정가스를 강력한 반응성을 가지는 플라즈마 활성종으로 변환시킨다. 상기 활성종이 기판(50)에 대한 증착, 식각 공정 등을 수행하며, 공정진행 중에 배기구(14)를 통해 공정가스를 일정한 유량으로 배출시킬 수 있다. 소정 시간동안 처리공정을 수행한 후, 배기구(14)로 잔류가스를 배출한다. 이어서, 서셉터(20)를 하강시키고 기판(50)을 챔버(10)로부터 외부로 반출한다.

본 발명에 적용되는 텅스텐보라이드(tungsten boride)는 붕소화텅스텐이라고도 하며, W₂B, α-WB, β-WB, δ-WB, WB₂ 및 W₂B₅ 등이 있다. 본 발명의 텅스텐보라이드는 상기 W₂B, α-WB, β-WB, δ-WB, WB₂ 및 W₂B₅ 이외에도, 본 발명의 범주 내에서도 다른 텅스텐보라이드 화합물을 포함할 수 있다. 즉, 텅스텐보라이드는 텅스텐 및 붕소를 기반(base)로 하는 모든 화합물을 지칭한다. 본 발명의 텅스텐보라이드는 단일상 또는 복합상 중의 어느 하나일 수 있다. 여기서, 텅스텐보라이드 단일상은 텅스텐 및 붕소의 화학양론적 상(phase)과 화학양론적 조성에서 벗어난 비화학양론적 상을 모두 포함하며, 복합상이란 텅스텐 및 붕소를 기반(base)로 하는 화합물 중의 적어도 2개가 소정의 비율로 혼합된 것을 말한다, 또한, 본 발명의 텅스텐보라이드는 상기 텅스텐보라이드의 단일상 또는 복합상에 불순물이 추가되어 고용체를 이루거나 또는 텅스텐보라이드를 제조하는 공정에서 불가피하게 추가되는 불순물이 혼입된 경우도 모두 포함한다.

이하에서는 플라즈마 부품(AP) 중에서 에지링(40)을 중심으로 플라즈마의 영향을 살펴보기로 한다. 플라즈마를 형성하는 전력이 높아지면, 챔버(10) 내에 정재파가 형성되는 파장 효과나 전극 표면에서 전계가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대체로 기판(50)의 중심부가 극대로 되고 가장자리가 가장 낮아져서, 기판(50) 상의 플라즈마의 분포가 불균일하게 된다. 기판(50) 상에서 플라즈마 분포가 불균일하면, 플라즈마 처리가 일정하지 않게 되어 미세전자소자의 품질이 저하된다. 여기서, 플라즈마 분포는 기판(50) 및 텅스텐보라이드 에지링(40) 상에 플라즈마가 인가되는 상태를 말하는 것으로, 상기 분포는 기판(50) 및 텅스텐보라이드 에지링(40) 각 지점에서의 플라즈마 밀도 및 기판(50)을 향한 직진성과 연관이 있다.

기판(50)의 가장자리 근처(ED)에서, 텅스텐보라이드 에지링(40)과의 부피 비저항 차이는 플라즈마 분포 균일성에 큰 영향을 준다. 여기서, 균일성은 플라즈마 분포의 변화 정도를 말하는 것으로, 균일성이 작으면 플라즈마 분포가 급격하게 변하고, 크면 플라즈마 분포의 변화가 완만하다. 이를 위해, 텅스텐보라이드 에지링(40)의 부피 비저항은 기판(50)의 부피 비저항과 유사하거나 낮은 것이 바람직하다. 이렇게 되면, 플라즈마 분포는 기판(50)의 가장자리를 벗어나 텅스텐보라이드 에지링(40)으로 확장되므로, 기판(50)의 가장자리는 상대적으로 높은 균일성을 가진다. 상기 균일성은 플라즈마 밀도 및 기판(50)을 향한 직진성이 우수하다는 것을 의미한다. 도면에서는 기판(50)의 가장자리를 벗어나는 상태를 가장자리 근처(ED)로 표현하였다.

본 발명의 실시예에 의한 텅스텐보라이드 에지링(40)의 부피 비저항이 기판(50)과 유사하거나 작다는 것은 다음과 같은 관점에서 설명될 수 있다. 텅스텐보라이드 에지링(40)의 부피 비저항이 기판(50)과 유사하거나 작으면, 플라즈마 분포는 기판(50)의 가장자리를 벗어나 텅스텐보라이드 에지링(40)으로 확장된다. 이에 따라, 본 발명의 텅스텐보라이드 에지링(40)의 부피 비저항은 기판의 가장자리로부터 텅스텐보라이드 에지링(40)으로 확장되어, 기판(50) 전체에 대한 플라즈마 분포가 기판(50)의 가장자리에도 균일하다고 볼 수 있다. 이와 같은 부피 비저항은 플라즈마 분포를 기판(50)의 가장자리를 벗어나 텅스텐보라이드 에지링(40)의 확장하는 것이라고 정의할 수 있다.

본 발명의 텅스텐보라이드 에지링(40)의 부피 비저항 10³~10^- ⁶Ω·cm은 기판(50)의 가장자리에서 플라즈마 분포를 균일하게 하기 위한 기술적 사상에 근거한다. 이에 따라, 상기 부피 비저항은 상기 기술적 사상을 고려하지 않고, 단순한 반복실험을 통하여 획득할 수 없는 것이다. 앞에서는, 텅스텐보라이드 에지링(40)과 기판(50)의 부피 비저항의 관계는 에지링을 사례로 들어 설명하였다. 하지만, 샤워헤드와 같은 다른 부품의 경우에서, 텅스텐보라이드의 부피 비저항은 플라즈마 내식성을 향상시킨다는 관점은 동일하다.

이하, 텅스텐보라이드(WB, tungsten boride)를 포함하는 플라즈마 부품(AP)을 제조하는 방법을 중심으로 설명하기로 한다. 텅스텐보라이드 플라즈마 부품(AP)은 소결 및 물리 또는 화학기상증착에 의해 제조되며 자체가 벌크(bulk) 형태의 부품이 되는 제1 방법, 모재에 접합하는 제2 방법 및 모재에 코팅하는 제3 방법으로 이루어질 수 있다. 여기서, 벌크(bulk)는 모재의 표면에 코팅되는 제3 방법의 코팅층과 구분되는 것이다. 또한, 물리 또는 화학기상증착은 소스 물질을 활용하여 텅스텐보라이드 플라즈마 부품(AP)을 제조하는 것으로, 여타의 다른 방법(예, 소결)과 구분될 수 있다. 여기에서 제시하는 제1 내지 제3 방법은 각각에 대해 적절한 사례를 제시하는 것에 불과하므로, 본 발명의 범주 내에서 다른 방법을 포함한다.

<소결에 의한 텅스텐보라이드 플라즈마 부품(AP)>

상기 소결은 텅스텐보라이드 분말을 진공 또는 불활성기체 분위기 같이 산소 분압이 대기압보다 낮은 분위기 또는 환원성 가스분위기에서 소결한다. 상기 불활성 가스는 공지의 불활성 가스이면 모두 가능하며, 바람직하게는 아르곤, 질소 등이 있다. 상기 환원성 가스는 공지의 환원성 가스이면 모두 가능하며, 바람직하게는 수소, 암모니아, 일산화탄소, 이산화탄소 등이 있다. 이와 같이 소결에 의해 제조된 텅스텐보라이드 플라즈마 부품은 벌크(bulk) 형태인 소결체이다.

<물리 또는 화학기상증착에 의한 텅스텐보라이드 플라즈마 부품(AP)>

상기 화학기상증착은 텅스텐 소스 및 붕소 소스를 반응시켜 일정한 조건에서 모재에 증착시켜 성장시키고, 추후에 모재를 제거한 것이다. 예를 들어, 텅스텐 프리커서(precursor)로써 WF₆, 붕소 프리커서로 B₂H₆를 사용하여, 증착온도는 500~1500℃로 하여 화학기상증착 장치로 증착할 수 있다. 물리 기상증착은 텅스텐 타겟 (target)을 Ar과 같은 불활성 기체로 스퍼터(sputter)하고 탄소를 함유하고 있는 B₂H₆와 같은 기체를 주입하여 모재 상부에 텅스텐보라이드가 합성되어 성장되게 하거나, 타겟 자체를 텅스텐보라이드로 하여 스퍼터하여 모재 상부에 텅스텐보라이드가 성장되게 한 후 모재를 제거한 것이다. 이와 같이 물리 또는 화학기상증착에 의해 제조된 텅스텐보라이드 부품은 추후의 코팅과 구분되어 벌크(bulk) 형태이다.

<접합에 의한 텅스텐보라이드 플라즈마 부품(AP)>

상기 접합은 앞에서 설명한 소결 또는 화학기상증착의 텅스텐보라이드 벌크를 모재에 결합시킨 것이고, 상기 부품(AP)은 연마 등에 의해 텅스텐보라이드 벌크를 0.1mm 내지 3mm 두께의 판(plate) 형태로 가공하여 이루어진다. 상기 가공에 의해, 텅스텐보라이드 판이 이루어진다. 상기 접합은 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 융점 이하의 고온에서 텅스텐보라이드와 모재간 압력을 가하여 계면에서의 확산을 유도하여 구현할 수 있다. 또한 상기 접합은 인듐과 같은 금속을 접합제로 접합할 수도 있고, 기타 접합테이프를 사용할 수도 있다.

<코팅에 의한 텅스텐보라이드 플라즈마 부품(AP)>

상기 코팅에 의한 플라즈마 부품(AP)은 다양하게 변형될 수 있다. 코팅에 의해 생성되는 플라즈마 부품은 도 1 및 도 2에 설명한 플라즈마 부품(AP)이 변형된 변형예로 볼 수 있다. 이에 따라, 코팅에 의해 제조되는 플라즈마 부품을 제1 내지 제3 부품(AP1, AP2, AP3)로 명명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제1 부품(AP1)을 나타내는 단면도이다. 이때, 플라즈마 장치는 도 1 및 도 2를 참조하기로 한다.

도 3에 의하면, 제1 부품(AP1)은 모재(60) 및 모재(60)의 일면에 위치하는 텅스텐보라이드 코팅층(61)을 포함하여 이루어진다. 모재(60)는 플라즈마에 내식성이 있는 세라믹 물질이 바람직하나 금속 또는 그들의 복합물이어도 무방하다. 왜냐하면, 모재(60)는 플라즈마에 의해 영향을 받지 않는 환경에 위치하고 있기 때문이다. 본 발명의 텅스텐보라이드 코팅층(61)의 두께는 0.1mm~3mm의 후막(thick film)이다. 본 발명에서 명시하고자 하는 텅스텐보라이드의 코팅은 모재(60) 전체를 내식성 재료로 구성하여 플라즈마처리 장치를 구성하기 보다는 식각이 허용되는 최대두께 범위만을 내식성 재료로 구성한다. 이를 통하여, 제품의 제조원가를 절감하고 제조 공정을 용이하게 하기 위하여 실시하는 코팅이다. 즉, 두 가지 이종 벌크(bulk) 재료를 코팅법으로 접합하는 사례 중의 하나이다. 이와 같이, 식각이 허용되는 최대 범위의 두께를 가진 코팅층(61)을 후막 코팅층(61)이라고 할 수 있다.

텅스텐보라이드 코팅층(61)을 후막으로 코팅하는 방법은 제한이 없으며, 화학기상증착법, 물리기상증착법, 상온분사법, 저온분사법, 에어졸 분사법, 플라즈마 용사법 등이 있다. 상기 화학기상증착법은 예를 들어, 텅스텐 프리커서(precursor)로써 WF₆, 붕소 프리커서로 B₂H₆를 사용하여, 증착온도는 500~1500℃로 하여 화학기상증착 장치로 증착할 수 있다. 상기 물리기상증착법은 예를 들어, 텅스텐보라이드 타겟(target)을 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 스퍼터링(sputtering)할 수 있다. 화학기상증착법 및 물리기상증착법으로 형성된 코팅층(61)는 각각 후막 CVD 텅스텐보라이드 코팅층(61) 및 후막 PVD 텅스텐보라이드 코팅층(61)이라고 할 수 있다.

상기 상온분사법은 상온에서 텅스텐보라이드 분말에 압력을 가하여 복수개의 토출구를 통하여 모재(60)에 분사하여 텅스텐보라이드 코팅층(61)을 형성한다. 이때, 텅스텐보라이드 분말은 진공과립 형태를 사용할 수 있다. 상기 저온분사법은 대략 상온보다 60℃ 정도보다 높은 온도에서, 압축가스의 유동에 의해 텅스텐보라이드 분말을 복수개의 토출구를 통하여 모재(60)에 분사하여 텅스텐보라이드 코팅층(61)을 형성한다. 상기 에어졸 분사법은 폴리에틸렌글리콜, 이소프로필알코올 등과 같은 휘발성 용매에 텅스텐보라이드 분말을 혼합하여 에어졸 형태로 만든 후, 상기 에어졸을 모재(60)에 분사하여 텅스텐보라이드 코팅층(61)을 형성하는 것이다. 상기 플라즈마 용사법은 고온의 플라즈마 제트 속에 텅스텐보라이드 분말을 주입시킴으로서 플라즈마 제트 속에서 용융된 상기 분말을 초고속으로 모재(60)에 분사하여 텅스텐보라이드 코팅층(61)을 형성한다.

본 발명의 실시예에 의한 코팅층(61)의 제조방법은 화학기상증착법과 물리기상증착법보다 상온분사법, 저온분사법, 에어졸 분사법 및 플라즈마 용사법과 같이 분사법 또는 용사법이 보다 효율적이다. 왜냐하면, 화학기상증착법이나 물리기상증착법으로 0.1mm~3mm의 후막(thick film)을 형성하려면, 공정시간이 많이 소요되고 공정조건의 조절이 어려운 것과 같은 문제점이 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 텅스텐보라이드 코팅층(61)는 화학기상증착법이나 물리기상증착법으로 제조할 수 있으나, 공정시간이 짧고 공정조건의 조절이 상대적으로 용이한 분사법 또는 용사법을 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예 의한 텅스텐보라이드 코팅층(61)의 두께(D)는 적어도 다음과 같은 조건을 만족한다. 첫째, 텅스텐보라이드 코팅층(61)은 앞에서 설명한 부피 비저항 10³~10^- ⁶Ω·cm을 만족한다. 두께(D)가 지나치게 얇으면 표면저항이 증가하여 코팅층(61)의 부피 비저항 10³~10^- ⁶Ω·cm을 벗어날 수 있기 때문이다. 둘째, 플라즈마의 충격에 의해 텅스텐보라이드 코팅층(61)이 파손되지 않아야 한다. 다시 말해, 텅스텐보라이드 코팅층(61)은 적절한 강성을 가진다. 셋째, 텅스텐보라이드 코팅층(61)은 충분한 수명을 가져야 한다. 물론, 앞에서 제시한 조건이외에도 다른 조건을 만족하여야 하지만, 본 발명의 실시예에 의한 텅스텐보라이드 코팅층(61)은 적어도 위의 세 가지 조건을 충족한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제2 부품(AP2)을 나타내는 단면도이다. 이때, 제2 부품(AP2)은 텅스텐보라이드 코팅층(62)이 모재(60)에 덮는 형태가 다른 것을 제외하고, 제1 부품(AP1)과 동일하다. 이때, 플라즈마 장치는 도 1 및 도 2를 참조하기로 하고, 제2 부품(AP2)은 앞에서 설명한 플라즈마에 영향을 받는 부품 중의 하나로써, 에지링 등이 있다.

도 4에 의하면, 제2 부품(AP2)의 텅스텐보라이드 코팅층(62)은 모재(60)를 밀봉한다. 상기 밀봉이란, 모재(60)가 플라즈마에 의해 손상을 받을 수 없는 정도로 모재(60)를 덮는 플라즈마 밀봉을 말한다. 예를 들어, 모재(60)의 단면이 상면, 저면 및 측면을 가진 사각 형태라고 하면, 상기 상면은 플라즈마에 직접 노출되는 플라즈마 노출면이고, 상기 저면은 상기 상면에 대향하는 면이며, 상기 측면은 상기 상면 및 저면을 연결하는 면이라고 볼 수 있다. 제2 부품(4b)의 텅스텐보라이드 코팅층(62)은 상기 플라즈마 노출면, 상기 측면 및 상기 저면을 덮는다. 이렇게 하면, 모재(60)에서, 플라즈마에 의해 손상을 받을 수 있는 부분을 밀봉하게 된다. 모재(60)는 금속, 세라믹 또는 그들의 복합물 중에 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.

한편, 모재(60)가 텅스텐보라이드 코팅층(62)에 의해 밀봉되면, 모재(60)는 굳이 플라즈마 내식성을 가지지 않아도 좋다. 모재(60)는 플라즈마 내식성과는 상관없이 전기도전도성 및 열전도성이 좋은 재료, 예컨대 금속 재질을 자유롭게 적용할 수 있다. 또한, 모재(60)는 충격흡수성이 좋은 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마와 반응하여 고체 상태의 찌꺼기가 형성되는 이트리아가 적용될 수 있고, 알루미늄이나 구리와 같이 전기전도성 및 열전도성이 좋은 재료를 적용할 수도 있다. 이에 따라, 플라즈마에 의해 부식될 가능성이 큰 금속의 경우, 이에 구애받지 않고 제2 부품(AP2)의 모재(60)로 채용할 수 있다. 이와 같이, 모재(60)를 텅스텐보라이드 코팅층(62)으로 밀봉하면, 밀봉되지 않은 제1 부품(AP1)에 비해, 모재(60)의 선택 자유도를 크게 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제3 부품(AP3)을 나타내는 단면도이다. 이때, 제3 부품(AP3)은 텅스텐보라이드 코팅층(61)와 모재(60) 사이에 프라이머층(63)이 있는 것을 제외하고, 제1 부품(AP1) 및 제2 부품(AP2)과 동일하다. 이때, 플라즈마 장치는 도 1 및 도 2를 참조하기로 하고, 제3 부품(AP3)은 앞에서 설명한 플라즈마에 영향을 받는 부품 중의 하나로써, 에지링 등이 있다.

도 5에 의하면, 제3 부품(AP3)의 프라이머층(63)은 텅스텐보라이드 코팅층(61)과 모재(60)와의 결합력을 높인다. 프라이머층(63)는 텅스텐보라이드 코팅층(61)과 모재(60)와의 결합력의 관계를 고려하여, 예컨대 텅스텐, 니켈, 코발트를 포함하는 물질 등이 적용될 수 있다. 예를 들어, 프라이머층(63)은 반드시 이에 한정하는 것이나, 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 분말을 결합재와 함께 코팅된 것일 수 있다. 프라이머층(63)은 반드시 이에 한정하는 것이나, 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 물질이 단층 또는 복층으로 이루어질 수 있다. 상기 텅스텐이 포함된 세라믹은 텅스텐이 포함된 산화물 및 질화물일 수 있다.

제1 부품(AP1)의 경우 도시된 바와 같이 모재(60)와 텅스텐보라이드 코팅층(61) 사이에 프라이머층(63)이 존재하고, 제2 부품(AP2)의 경우 모재(60)와 텅스텐보라이드 코팅층(62) 사이에 존재한다. 이와 같이, 프라이머층(63)이 존재하면, 텅스텐보라이드 코팅층(61, 62)과 모재(60)의 결합력이 증가되어, 플라즈마에 의한 충격에 의해 텅스텐보라이드 코팅층(61, 62)이 손상되지 않도록 한다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10; 챔버 12; 가스공급관
20; 서셉터 30; 샤워헤드
40; 에지링 41; 링지지대
50; 기판 60; 모재
61, 62; 텅스텐보라이드 코팅층
63; 프라이머층 AP; 플라즈마 부품
AP1, AP2, AP3; 제1 내지 제3 플라즈마 부품

Claims

플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버: 및
상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함하고,
상기 부품은 플라즈마 내식성이 있는 텅스텐보라이드로 이루어지며, 상기 텅스텐보라이드는 부피 비저항 10³~10^- ⁶Ω·cm을 갖는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 텅스텐보라이드는 텅스텐 및 붕소를 기반으로 하는 화합물인 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 텅스텐보라이드는 단일상 또는 복합상인 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제3항에 있어서, 상기 단일상은 텅스텐 및 붕소의 화학양론적 상 및 상기 화학양론적 조성을 벗어난 비화학양론적 상을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제3항에 있어서, 상기 단일상 또는 복합상은 상기 단일상 또는 복합상에 불순물이 추가된 고용체를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 부품은 에지링, 포커스링 또는 샤워헤드 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 부품은 서셉터에 안치된 기판의 가장자리를 압착하는 에지링이고, 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 확장되는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 부품은 소결된 벌크(bulk) 형태인 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치
제1항에 있어서, 상기 부품은 물리 또는 화학기상증착된 벌크(bulk) 형태인 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 부품은 모재의 일면에 접합된 두께가 0.1mm 내지 3mm의 텅스테보라이드 판(plate)을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 부품은 모재의 일면에 위치하고 두께가 0.1mm 내지 3mm인 텅스텐보라이드 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 부품은 모재를 밀봉하면서 두께가 0.1mm 내지 3mm인 텅스텐보라이드 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제11항 또는 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 모재는 금속, 세라믹 또는 그들의 복합물 중에 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제11항 또는 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 부품은 상기 모재 및 상기 텅스텐보라이드 코팅층 사이에 프라이머층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제14항에 있어서, 상기 프라이머층은 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제14항에 있어서, 상기 프라이머층은 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 물질이 단층 또는 복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치.
플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버: 및
상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함하는 플라즈마 장치의 제조방법에 있어서,
상기 부품은 플라즈마 내식성이 있고, 부피 비저항 10³~10^- ⁶Ω·cm인 텅스텐보라이드인 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 부품은 소결에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 부품은 물리 또는 화학기상증착에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 부품은 모재에 두께가 0.1mm 내지 3mm인 텅스텐보라이드 판(plate)이 접합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제20항에 있어서, 상기 텅스텐보라이드 판(plate)은 벌크 형태의 텅스텐보라이드를 0.1mm 내지 3mm 두께로 가공하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제20항에 있어서, 상기 접합은 텅스텐보라이드와 모재에 열과 압력을 가하여 계면에서의 확산을 유도하거나 금속접합제로 접합하거나 또는 접합테이프로 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 부품은 모재 상에 두께가 0.1mm 내지 3mm인 텅스텐보라이드 코팅층을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 부품은 모재를 두께가 0.1mm 내지 3mm의 텅스텐보라이드 코팅층으로 감싸서 형성되는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제23항 또는 제24항의 어느 한 항에 있어서, 상기 텅스텐보라이드 코팅층은 분사법 또는 용사법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.
제23항 또는 제24항의 어느 한 항에 있어서, 상기 모재에 상기 텅스텐보라이드 코팅층을 형성하기 이전에 프라이머층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐보라이드를 포함하는 플라즈마 처리장치의 제조방법.