KR20230001188A - 내식층이 구비된 부품, 이를 구비하는 제조 공정 장비 및 그 부품의 제조방법 - Google Patents

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엄영흠
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Abstract

본 발명은 다공성 세라믹층의 막 분리 및 파티클 발생을 최소화하는 내식층이 구비된 부품, 이를 구비하는 제조 공정 장비 및 부품의 제조방법을 제공한다.

Description

내식층이 구비된 부품, 이를 구비하는 제조 공정 장비 및 그 부품의 제조방법{Part having a corrosion-resisting layer, Manufacturing process apparatus including the same, and Manufacturing the same}
본 발명은 내식층이 구비된 부품, 이를 구비하는 제조 공정 장비 및 그 부품의 제조방법에 관한 것이다.
화학 기상 증착 공정 장비(Chemical Vapor Deposition(CVD) 장비), 물리 기상 증착 공정 장비(Physical Vapor Deposition(PVD) 장비), 건식 식각 공정 장비(Dry Etching 장비) 등(이하, '제조 공정 장비'라 한다)은 그 제조 공정 장비의 내부에 반응가스, 에칭가스, 또는 클리닝 가스(이하, '공정가스'라 한다)를 이용한다.
최근 증착 공정에 있어서 높은 생산성 및 고품질화가 요구되는 상황이다. 이에 따라 증착 공정에서는 공정 속도를 높이기 위해 플라즈마 RF 출력을 증가시켜 사용하고, 생산 시간을 단축하기 위해 고온의 조건에서 NF3 부식성가스를 사용하여 플라즈마 클리닝 공정을 수행하고 있다.
제조 공정 장비용 부품은 고온 플라즈마 가스에 노출됨으로써 불소 라디칼 및 이온과 반응해서 그 표면에 불화 알루미늄의 반응층이 형성되게 된다. 불화 알루미늄 반응층은 고온(예를 들어, 450℃)에서 승화하기 시작하여 반복적인 증착 공정 또는 클리닝 공정에 의해 승화 반응이 지속적으로 진행되게 된다. 불화 알루미늄 반응층의 승화는 제조 공정 장비용 부품의 부식 범위를 확대하는 문제를 야기할 수 있다. 부식된 부품은 표면의 두께가 점차 얇아지면서 강도 저하 및 균열의 문제가 발생하게 된다. 또한, 승화한 불화 알루미늄 반응층은 챔버 내에서 비교적 저온 영역인 챔버의 내벽면 등에 석출 및 부착되어 파티클 형태의 오염 원인으로 작용하게 된다. 불화 알루미늄 반응층으로부터 발생한 파티클은 웨이퍼와 같은 기판에 부착될 수 있고, 이는 기판의 오염 및 불량 문제를 야기하게 된다. 또한, 반도체 소자의 제조 수율을 저하시키는 문제를 발생시킨다.
이와 같은 부식 및 파티클 발생 문제를 방지하기 위해 보호막 처리 장비를 이용하여 제조 공정 장비를 구성하는 부품 또는 부재의 표면에 보호막을 피복하는 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어 산화이트륨(Y203)이나 알루미나(Al2O3)를 용사하여 다공성 세라믹층을 구비하는 경우가 있다. 이러한 다공성 세라믹층은 충분한 두께를 확보할 수 있기 때문에 장시간 동안 내식성을 유지할 수 있다는 장점을 가진다.
그러나, 다공성 세라믹층은 다공성 구조이고, 표면이 거칠기 때문에, 기공을 통한 처리 가스의 부식성이 높거나, 또는 플라즈마 처리에 있어서 플라즈마에 노출되는 시간이 길 경우, 국소적으로 막의 박리가 발생하며 파티클 발생의 요인이 된다.
대한민국 공개번호 제2007-0045369호 공개특허공보
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 다공성 세라믹층의 막 분리 및 파티클 발생을 최소화하는 내식층이 구비된 부품, 이를 구비하는 제조 공정 장비 및 부품의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 내식층이 구비된 부품의 제조방법은, 다공성 세라믹층을 구비하는 바디를 준비하는 단계; 및 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 상기 다공성 세라믹층의 기공에 충진되는 기공 내식층을 형성하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 기공 내식층을 형성하는 단계 이후에, 상기 다공성 세라믹층의 표면을 연마하여 상기 다공성 세라믹층의 적어도 일부 표면에는 상기 기공 내식층이 구비되지 않도록 않는 연마단계를 더 포함한다.
또한, 상기 연마 단계 이후에, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 상기 다공성 세라믹층의 표면에 표면 내식층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 기공 내식층을 형성하는 단계 이후에, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 상기 다공성 세라믹층의 표면에 표면 내식층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 내식층이 구비된 부품은, 바디; 상기 바디 상에 형성된 다공성 세라믹층; 및 상기 다공성 세라믹층의 내부에 구비되어 상기 다공성 세라믹층의 기공에 충진되는 기공 내식층을 포함한다.
또한, 상기 다공성 세라믹층의 표면에 구비되는 표면 내식층을 포함한다.
또한, 상기 다공성 세라믹층의 표면은 평탄화 처리되어 상기 다공성 세라믹층의 적어도 일부 표면에는 상기 기공 내식층이 구비되지 않는다.
또한, 상기 다공성 세라믹층은 용사 재료를 용사하여 형성된다.
또한, 상기 다공성 세라믹층은, 알루미늄 산화물층, 알루미늄 나이트라이드층, 탄화 규소층, 이트륨 산화물층, 질화 붕소층, 지르코니아층 및 질화 규소층 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 다공성 세라믹층의 깊이 방향으로의 상기 기공 내식층의 길이가 상기 표면 내식층의 두께보다 적어도 일부에서 크다.
또한, 상기 기공은 상기 기공의 크기별로 매크로 기공, 메조 기공 및 나노 기공을 포함하고, 상기 기공 내식층은 상기 매크로 기공, 메조 기공 및 나노 기공 중 적어도 어느 하나의 기공을 충진하여 밀폐한다.
또한, 상기 기공 내식층은, 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 표면 내식층은, 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 기공 내식층을 형성하는 재질과 상기 표면 내식층을 형성하는 재질은 서로 상이한 재질이다.
또한, 상기 기공 내식층을 형성하는 재질은, 비정질의 상태이다.
또한, 상기 기공 내식층은 상기 다공성 세라믹층과 동일 재질이다.
또한, 상기 내식층이 구비된 부품은, 반도체 또는 디스플레이를 제조하는 공정 챔버의 적어도 일부를 구성하는 부품이다.
한편, 본 발명에 따른 제조 공정 장비는, 적어도 일부를 구성하는 부품이 내식층이 구비된 부품이되, 상기 내식층이 구비된 부품은, 바디; 상기 바디 상에 형성된 다공성 세라믹층; 및 상기 다공성 세라믹층의 내부에 구비되어 상기 다공성 세라믹층의 기공에 충진되는 기공 내식층을 포함한다.
또한, 상기 내식층이 구비된 부품은, 상기 다공성 세라믹층의 표면에 구비되는 표면 내식층을 포함한다.
본 발명은 다공성 세라믹층의 막 분리 및 파티클 발생을 최소화하는 내식층이 구비된 부품, 이를 구비하는 제조 공정 장비 및 부품의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품을 도시한 도면.
도 2 a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품의 제조방법을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품을 도시한 도면.
도 4 a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품의 제조방법을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품을 도시한 도면.
도 6 a 내지 도 6 c는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품의 제조방법을 도시한 도면.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장비를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 본 명세서에서 사용한 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 구체적으로 설명한다. 이하에서 다양한 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
이하에서는 제1 내지 제2실시예를 구분하여 설명하나, 각각의 실시예의 구성들을 조합한 실시예들도 본 발명의 바람직한 실시예에 포함된다.
제1실시예
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품을 도시한 도면이고, 도 2 a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품의 제조방법을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은, 바디(100); 바디(100) 상에 형성된 다공성 세라믹층(200); 및 다공성 세라믹층(200)의 내부에 구비되어 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 충진되는 기공 내식층(300)을 포함한다.
바디(100)의 적어도 일면에 형성되는 다공성 세라믹층(200)은 일 예 로서 세라믹 용사 처리 방법에 의해 형성될 수 있다. 다공성 세라믹층(200)은 용사 재료를 용사하여 형성될 수 있다. 세라믹 용사 처리 방법은, 불활성 가스로부터 생성되는 플라즈마 흐름에 용사 재료를 투입하고, 순간적으로 용융시켜, 완전 용융된 분말 용사재를 고속으로 바디(100)에 충돌시켜 급냉 응고함으로써, 금속 또는 세라믹 바디(100) 위에 일정한 두께의 피막을 형성한다. 용사 재료로는 분말 또는 금속, 비금속, 세라믹(주로 금속 산화물, 탄산물), 서멧(cermet) 등이 이용될 수 있다.
다공성 세라믹층(200)은, 알루미늄 산화물층(Al2O3), 알루미늄나이트라이드층(AlN), 탄화규소층(SiC), 이트륨 산화물층(Y2O3), 질화붕소층(BN), 지르코니아층(ZrO2) 및 질화규소층(Si3N4) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
바람직하게는 다공성 세라믹층(200)은 이트륨 산화물층(Y203), 알루미늄 산화물층(Al2O3) 또는 이들의 혼합물로서 구성될 수 있다. 다공성 세라믹층(200)은 다공성 구조로 형성되어 기공(P)을 포함할 수 있다. 바디(100)는 표면에 다공성 세라믹층(200)을 구비함으로써 일차적으로 내식성을 구비할 수 있다.
다공성 세라믹층(200)의 기공(P)은 기공의 크기별로 매크로 기공, 메조 기공 및 나노 기공을 포함할 수 있다. 매크로 기공(P)은, 수백 ㎚이상~ 수 ㎛이하의 크기일 수 있다. 매크로 기공(P)은 바람직하게는, 100㎚이상~1㎛이하의 크기일 수 있다. 메조 기공(P)은, 수 ㎚이상 ~ 수십 ㎚이하의 크기일 수 있다. 메조 기공(P)은 바람직하게는, 5㎚이상~50㎚이하의 크기일 수 있다. 나노 기공(P)은, 수㎚ 이상 ~ 수 ㎚이하의 크기일 수 있다. 나노 기공(P)은 바람직하게는, 1㎚이상~4㎚이하의 크기일 수 있다.
본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은, 기공 내식층(300)이 기공(P)의 내부를 충진하여 기공(P)을 밀폐하는 구조를 갖는다. 기공 내식층(300)은 매크로 기공, 메조 기공 및 나노 기공 중 적어도 어느 하나의 기공을 충진하여 밀폐한다. 이를 통해 부식성 가스가 바디(100) 측으로 침투하는 것을 차단함으로써 다공성 세라믹층(200)의 분리를 방지하고, 웨이퍼 또는 글라스와 같은 기판의 오염 및 불량 원인으로 작용할 수 있는 파티클의 발생을 최소화할 수 있게 된다.
기공 내식층(300)은 전구체 가스와 반응물 가스를 교대로 공급함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 기공 내식층(300)은 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 다른 구성으로 형성될 수 있다.
일 예로서, 기공 내식층(300)은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와 기공 내식층(300)을 형성할 수 있는 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성될 수 있다.
전구체 가스 및 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성되는 기공 내식층(300)은, 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 기공 내식층(300)이 알루미늄 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는, 알루미늄 알콕사이드(Al(T-OC4H9)3), 알루미늄 클로라이드(AlCl3), 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3), 디에틸알루미늄 에톡시드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 세크-부톡시드, 알루미늄 3브롬화물, 알루미늄 3염화물, 트리에틸 알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄 및 트리스(디에틸아미도)알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 전구체 가스로서 알루미늄 알콕사이드(Al(T-OC4H9)3), 디에틸알루미늄 에톡시드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 세크-부톡시드, 알루미늄 3브롬화물, 알루미늄 3염화물, 트리에틸 알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄 및 트리스(디에틸아미도)알루미늄 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 H2O가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서 알루미늄 클로라이드(AlCl3)가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3)이 이용될 경우에는, 반응체 가스로서 O3 또는 H2O가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 이트륨 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 염화이트륨(YCl3), Y(C5H5)3, 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 이트륨(III)부톡사이드, 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III),트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(Cp3Y), 트리스(메틸사이클로펜타디에닐)이트륨((CpMe)3Y), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨 및 트리스(에틸사이클로펜타디에닐)이트륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스로서, 염화이트륨(YCl3) 및 Y(C5H5)3 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 이트륨(III)부톡사이드, 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(Cp3Y), 트리스(메틸사이클로펜타디에닐)이트륨((CpMe)3Y), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨 및 트리스(에틸사이클로펜타디에닐)이트륨 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로서, H20, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 하프늄 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 염화 하프늄(HfCl4), Hf(N(CH3)(C2H5))4, Hf(N(C2H5)2)4, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄 및 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스로서, 염화 하프늄(HfCl4), Hf(N(CH3)(C2H5))4 및 Hf(N(C2H5)2)4 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄 및 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 실리콘 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 Si(OC2H5)4를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 에르븀 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트), 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오나토) 에르븀(Er(thd)3), Er(PrCp)3, Er(CpMe)2, Er(BuCp)3 및 Er(thd)3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스로서, 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트) 및 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III) 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는, H2O, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오나토) 에르븀(Er(thd)3), Er(PrCp)3, Er(CpMe)2 및 Er(BuCp)3 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, Er(thd)3가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O-라디칼이 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 지르코늄 산화물로 구성될 경우, 전구체 가스는 사염화지르코늄(ZrCl4), Zr(T-OC4H9)4, 지르코늄(IV) 브로마이드, 테트라키스(디에틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(에틸메틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(N,N’-디메틸-포름아미디네이트)지르코늄, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄, 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼, 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜타디에닐)지르코늄 및 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-헵탄-3,5-디오네이트)에르븀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성 중 적어도 하나가 전구체 가스로 이용될 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 플루오르화층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III)를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2 또는 O3가 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 전이 금속층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 탄탈륨클로라이드(TaCl5) 및 사염화티타늄(TiCl4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H-라디칼이 이용될 수 있다.
구체적으로, 전구체 가스로서 탄탈륨클로라이드(TaCl5)가 이용되고, 반응체 가스로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 탄랄륨층으로 구성될 수 있다.
이와는 달리, 전구체 가스로서 사염화티타늄(TiCl4)이 이용되고, 반응체 가스로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 티타늄층으로 구성될 수 있다.
기공 내식층(300)이 티타늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 비스(디에틸아미도)비스(디메틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(디에틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(에틸메틸아미도)티타늄(IV), 티타늄(IV) 브롬화물, 티타늄(IV) 염화물 및 티타늄(IV) 3차-부톡사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 탄탈륨 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 펜타키스(디메틸아미도)탄탈(V), 탄탈(V) 염화물, 탄탈(V) 에톡사이드 및 트리스(디에틸아미노)(3차-부틸이미도)탄탈(V) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
기공 내식층(300)이 지르코늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 지르코늄(IV) 브롬화물, 지르코늄(IV) 염화물, 지르코늄(IV) 3차-부톡사이드, 테트라키스(디에틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV) 및 테트라키스(에틸메틸아미도)지르코늄(IV)를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
이처럼 기공 내식층(300)은 사용되는 전구체 가스 및 반응체 가스의 구성에 따라 따른 종류의 구성으로 형성될 수 있다.
기공 내식층(300)을 형성하는 재질은 비정질은 상태일 수 있다. 이를 통해 부식성 가스의 침투를 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
기공 내식층(300)은 바디(100)의 표면에 전구체 가스를 흡착시키고, 반응체 가스를 공급하여 전구체 가스와 반응체 가스의 화학적 치환으로 단원자층을 생성시키는 사이클(이하, '단원자층 생성 사이클'이라함)을 반복적으로 수행함으로써 형성될 수 있다.
한 번의 단원자층을 생성시키는 사이클 수행시, 기공(P)에는 얇은 두께의 한 층의 단원자층이 형성될 수 있다. 단원자층을 생성시키는 사이클을 반복적으로 수행함에 따라 복수층의 단원자층이 형성될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 바디(100)의 표면에 전구체 가스를 흡착하는 전구체 가스 흡착 단계, 캐리어 기체 공급 단계, 반응체 가스 흡착 및 치환 단계 및 캐리어 기체 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복하여 수행하여 복수층의 단원자층을 생성하여 기공 내식층(300)을 형성하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
전구체 가스 흡착 단계에서는, 전구체 가스 공급부를 이용하여 바디(100)의 표면에 전구체 가스를 공급하여 흡착시킴으로써 전구체 흡착층을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 전구체 흡착층은 자기 제한적 반응에 의해 1개의 층만으로 형성된다. 그런 다음, 캐리어 가스 공급부를 이용하여 캐리어 기체 공급 단계가 수행될 수 있다. 캐리어 기체 공급 단계에서는 캐리어 기체를 공급하여 전구체 흡착층에서 과잉의 전구체를 제거하는 과정이 수행된다. 이 경우 배기계가 함께 작동할 수 있다. 캐리어 기체는 자기 제한적 반응에 의해 1개의 층만을 형성한 전구체 흡착층에 잔존하는 과잉의 전구체를 제거할 수 있다. 그런 다음, 반응 가스 공급부를 이용하여 반응체 가스 흡착 및 치환 단계가 수행될 수 있다. 반응체 흡착 및 치환 단계에서는, 전구체 흡착층의 표면에 반응체 가스를 공급하여 전구체 흡착층의 표면에 반응체 가스를 흡착시키고, 전구체 흡착층과 반응체 가스의 화학적 치환에 의해 단원자층을 생성시키는 과정이 수행될 수 있다. 그런 다음, 캐리어 기체 공급 단계를 수행하여 과잉의 반응체 가스를 제거하는 과정이 수행된다.
단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 복수층의 단원자층을 생성하는 단계가 수행되고, 이를 통해 기공 내식층(300)이 형성될 수 있다. 이러한 기공 내식층(300)은 증착 또는 에칭 공정 중 사용되는 반응 가스, 에칭 가스 또는 클리닝 가스를 포함하는 공정 가스에 대한 향상된 내식성을 제공한다.
화학적 기상 증착 방법(CVD)을 이용하여 기공 내식층(300)을 형성할 경우, 기공 내식층(300)은 기공(P)의 상부를 덮어서 막는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 기공(P)의 내부는 여전히 공극 형태로 존재하게 된다. 이와는 다르게, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 부품(10)의 기공 내식층(300)은, 단원자층 생성 사이클을 통해 형성되기 때문에 다공성 세라믹층(200)에 형성되는 기공(P)을 완전히 충진함으로써 부식성 가스가 바디(100) 측으로 침투하는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
다공성 세라믹층(300)에 형성되는 기공(P)은 다공성 세라믹층(200)의 깊이 방향으로 매크로 기공(P), 메조 기공(P) 및 나노 기공(P)이 연통되는 형태로 형성될 수 있다.
가장 큰 폭을 갖는 구간이 매크로 기공(P)일 경우, 표면측 기공(P)은 매크로 기공(P)일 수 있다. 화학적 기상 증착 방법(CVD)을 이용할 경우, 내식층은 매크로 기공(P)의 적어도 일부를 막는 형태로 형성될 수 있으나, 매크로 기공(P)을 통과하여 매크로 기공(P)의 하부에 형성되는 메조 기공(P) 및 나노 기공(P)에 위치하는 형태로 형성되기는 어려울 수 있다. 표면측 기공(P)이 매크로 기공(P)보다 작은 폭을 갖는 메조 기공(P) 및 나노 기공(P) 중 적어도 하나로 형성될 경우, 화학적 기상 증착 방법(CVD)에 따른 내식층은 기공(P)의 상부에 얹혀지면서 막는 형태로 형성될 수는 있으나 다공성 세라믹층(200)의 깊이 방향으로 형성되는 나머지 기공(P)에 형성되기는 어려울 수 있다. 따라서 화학적 기상 증착 방법(CVD)을 이용하여 내식층을 구비할 경우, 다공성 세라믹 소결체(PC)의 표면측 기공(P)의 하부에 깊이 방향으로 형성되는 나머지 기공(P)은 공극 형태인 구조가 형성될 수 있다. 다공성 세라믹층(200)에 구비된 내식층은 기공(P)의 상부에 얹혀지는 형태로 형성되기 때문에 장시간 사용되고, 공정 가스에 노출되어 부식되면 그 두께가 얇아지거나 크랙 등이 발생하여 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)의 내부 공극이 다시 노출되게 된다. 노출된 기공(P)을 통해 다공성 세라믹층(200) 내부에 잔존하는 수분 및 이물질은 외부로 노출되고, 이는 웨이퍼 불량 및 제조 수율 저하의 문제를 야기하게 된다.
하지만 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은 내부에 공극이 존재하지 않는 구조를 가질 수 있다. 이는 기공(P)의 내부를 포함하는 기공(P) 전체에 충진된 기공 내식층(300)에 의해 구현될 수 있다. 상세히 설명하면, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 기공 내식층(300)을 구비하기 때문에 미세한 크기의 기공(P)에도 기공 내식층(300)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 매크로 기공(P), 메조 기공(P) 및 나노 기공(P)을 포함하는 기공(P) 전체에 복수층의 단원자층(M)을 생성시켜 기공 내식층(300)을 구비할 수 있다. 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 내식층이 구비된 부품(100)은, 단원자층 생성 사이클을 통해 내식층(110)을 구비함으로써 표면측 기공(P)의 크기와 관계없이 다공성 세라믹층(200)의 깊이 방향으로 형성되는 기공(P) 전체에 기공 내식층(300)이 위치하도록 할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은 기공(P) 전체를 충진하면서 가장 작은 폭을 갖는 나노 기공(P)을 충진하여 기공(P)을 밀폐할 수 있다. 또한, 매크로 기공(P)과 나노 기공(P) 사이의 폭을 갖는 메조 기공(P)을 충진하여 기공(P)을 밀폐할 수 있다.
기공 내식층(300)은 다공성 세라믹층(200)의 깊이 방향으로의 길이가 표면 내식층(400)의 두께보다 적어도 일부에서 클 수 있다. 기공 내식층(300)은 단원자층 생성 사이클의 반복 수행에 의해 기공(P) 전체에 형성되기 때문에 다공성 세라믹층(300)의 표면측 기공(P)의 깊이 방향으로의 길이가 비교적 길 경우, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)의 적어도 일부에서 표면 내식층(400)의 두께보다 길이가 큰 형태로 존재할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은 표면이 부식되더라도 기공(P) 전체에 충진된 기공 내식층(300)에 의해 부식성 가스의 침투를 차단할 수 있게 된다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)의 제조방법에 대해 설명한다.
도 2a를 참조하면, 먼저 다공성 세라믹층(200)을 구비하는 바디(10)를 준비하는 단계를 수행한다. 바디(10)상에 형성되는 다공성 세라믹층(200)은, 세라믹 용사 처리 방법에 의해 형성될 수 있다. 다공성 세라믹층(200)은 용사 재료를 용사하여 형성될 수 있다. 세라믹 용사 처리 방법은, 불활성 가스로부터 생성되는 플라즈마 흐름에 용사 재료를 투입하고, 순간적으로 용융시켜, 완전 용융된 분말 용사재를 고속으로 바디(100)에 충돌시켜 급냉 응고함으로써, 금속 또는 세라믹 바디(100) 위에 일정한 두께의 피막을 형성한다. 용사 재료로는 분말 또는 금속, 비금속, 세라믹(주로 금속 산화물, 탄산물), 서멧(cermet) 등이 이용될 수 있다. 바람직하게는 다공성 세라믹층(200)은 알루미늄 산화물층(Al2O3) 또는 이트륨 산화물층(Y203), 또는 이들의 혼합물로서 구성될 수 있다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 충진되는 기공 내식층(300)을 형성하는 단계를 수행한다. 한 번의 단원자층을 생성시키는 사이클 수행시, 기공(P)에는 얇은 두께의 한 층의 단원자층이 형성될 수 있다. 단원자층을 생성시키는 사이클을 반복적으로 수행함에 따라 복수층의 단원자층이 형성될 수 있다. 이를 통해 다공성 세라믹층(200)의 내부에 존재하는 기공(P) 사이로 단원자층이 침투되어 형성되는 것이 용이하다. 복수회의 단원자층 생성 사이클을 수행함으로써 다공성 세라믹층(200)의 내부에 존재하는 기공(P)은 기공 내식층(300)으로 메꿔지게 된다.
기공 내식층(300)은 알루미늄 산화물층(Al2O3) 또는 이트륨 산화물층(Y203)으로 형성될 수 있다. 다공성 세라믹층(200)과의 정합성을 향상시키기 위해 다공성 세라믹층(200)과 동일 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 다공성 세라믹층(200)이 알루미늄 산화물층(Al2O3)으로 형성되는 경우, 기공 내식층(300) 역시 알루미늄 산화물층(Al2O3)으로 형성된다. 또는 다공성 세라믹층(200)이 이트륨 산화물층(Y203)으로 형성되는 경우, 기공 내식층(300) 역시 이트륨 산화물층(Y203)으로 형성된다. 한편 기공 내식층(300)의 제조 원가를 절감하기 위해 기공 내식층(300)은 알루미늄 산화물층(Al2O3)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은, 알루미늄 산화물층(Al2O3) 재질로 구성되는 다공성 세라믹층(200)과, 알루미늄 산화물층(Al2O3)으로 구성되어 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 충진되는 기공 내식층(300)을 포함한다. 이를 통해 바디(100)에 대한 내부식성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.
다음으로, 도 2c를 참조하면, 다공성 세라믹층(200)의 표면을 연마하여 다공성 세라믹층(200)의 적어도 일부 표면에 기공 내식층(300)이 구비되지 않도록 않는 연마단계를 수행한다. 연마 공정을 통해 다공성 세라믹층(200)의 표면은 평탄화 처리되어 다공성 세라믹층(200)의 적어도 일부 표면에는 기공 내식층(300)이 구비되지 않도록 않는다. 기공 내식층(300)이 다공성 세라믹층(200)의 내부에 존재하는 기공(P)을 완벽히 메꾸기 위해서는 충분한 시간동안 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행해야 한다. 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 기공 내식층(300)을 형성하는 과정에서, 기공 내식층(300)은 다공성 세라믹층(200)의 외부 표면에도 형성된다. 다공성 세라믹층(200)의 외부 표면에 형성되는 알루미늄 산화물층(Al2O3)은 플루오린 환경(HF 가스 또는 HF 산성 용액(또는 다른 불소 소스)환경)에서, 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 알루미늄 불화물(AlF3)로 변환된다. 이처럼 알루미늄 산화물층(Al2O3)이 플루오린 환경에서 알루미늄 불화물(AlF3)로 변환됨에 따라 표면에서의 기계적 특성이 약화되어 파티클 소스가 되는 문제가 발생하게 된다. 따라서 연마 공정을 통해 표면 측에 형성된 알루미늄 산화물층(Al2O3)을 제거함으로써 파티클 소스가 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
제2실시예
다음으로, 본 발명에 따른 제2실시예에 대해 살펴본다. 단, 이하 설명되는 실시예들은 상기 제1실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 되도록이면 생략한다.
이하, 도 3 및 도 4을 참조하여 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품을 도시한 도면이고, 도 4 a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품의 제조방법을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은, 제1실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)과는 다르게, 다공성 세라믹층(200)의 표면에 표면 내식층(400)을 더 포함한다.
표면 내식층(400)은, 연마 단계 이후에, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 다공성 세라믹층(200)의 표면에 형성된다.
표면 내식층(400)은 전구체 가스와 반응물 가스를 교대로 공급함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 표면 내식층(400)은 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 다른 구성으로 형성될 수 있다. 일 예로서, 표면 내식층(400)은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와 표면 내식층(400)을 형성할 수 있는 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성될 수 있다.
전구체 가스 및 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성되는 표면 내식층(400)은, 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
바디(100)는 표면에 구비된 다공성 세라믹층(200)이 1차적인 내식성을 갖고, 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 구비된 기공 내식층(300)이 2차적인 내식성을 갖으며, 다공성 세라믹층(200)의 표면에 구비된 표면 내식층(400)에 의해 3차적인 내식성을 갖는다. 이를 통해 보다 효과적으로 바디(100)를 보호할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은, 기공 내식층(300)은 알루미늄 산화물층(Al2O3)으로 형성되고, 표면 내식층(400)은 희토류 금속 함유 산화물층으로 구성될 수 있다. 비정질 알루미늄 산화물(Al2O3)은, 그 상부에 구비되는 희토류 금속 함유 산화물층보다 더 높은 온도 능력을 갖기 때문에 공정 조건에서 알루미늄 산화물(Al2O3)이 기공(P) 벽에서 박리되는 것을 방지하고, 그 상부에 구비되는 희토류 금속 함유 산화물층과의 층간 박리를 방지한다. 희토류 금속 함유 산화물층은 플루오린 환경에서 보다 향상된 기계적 특성을 제공한다. 희토류 금속 함유 산화물층은 바람직하게는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함한다. 이트륨 산화물(Y2O3)은 플루오린 환경에서, 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환된다. 이 경우 이트륨 산화물(Y2O3)의 적어도 일부 표면이 플루오린 환경에서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되더라도, 이트륨 불화물(AlF3)은 기계적 특성이 우수하기 때문에 파티클 소스로서 작용하지 않는다. 따라서 표면 내식층(400)은, 플로오린 환경에서 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함하여 구성될 수 있다.
이를 통해 공정 조건에 비정질 알루미늄 산화물(Al2O3)은 다공성 세라믹층(200)의 박리를 방지하고 기공(P)을 통한 부식성 가스의 침투를 방지할 뿐만 아니라, 표면에 구비되는 표면 내식층(300)을 통해 플루오린 환경에서 보다 향상된 기계적 특성을 제공한다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)의 제조방법에 대해 설명한다.
도 4a를 참조하면, 먼저 다공성 세라믹층(200)을 구비하는 바디(10)를 준비하는 단계를 수행한다. 바디(10)상에 형성되는 다공성 세라믹층(200)은, 세라믹 용사 처리 방법에 의해 형성될 수 있다. 다공성 세라믹층(200)은 용사 재료를 용사하여 형성될 수 있다. 세라믹 용사 처리 방법은, 불활성 가스로부터 생성되는 플라즈마 흐름에 용사 재료를 투입하고, 순간적으로 용융시켜, 완전 용융된 분말 용사재를 고속으로 바디(100)에 충돌시켜 급냉 응고함으로써, 금속 또는 세라믹 바디(100) 위에 일정한 두께의 피막을 형성한다. 용사 재료로는 분말 또는 금속, 비금속, 세라믹(주로 금속 산화물, 탄산물), 서멧(cermet) 등이 이용될 수 있다.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 충진되는 기공 내식층(300)을 형성하는 단계를 수행한다.
다음으로, 도 4c를 참조하면, 다공성 세라믹층(200)의 표면을 연마하여 다공성 세라믹층(200)의 적어도 일부 표면에 기공 내식층(300)이 구비되지 않도록 않는 연마단계를 수행한다.
다음으로, 도 4d를 참조하면, 연마된 다공성 세라믹층(200)의 표면에, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 표면 내식층(400)을 형성하는 단계를 수행한다.
제3실시예
다음으로, 본 발명에 따른 제3실시예에 대해 살펴본다. 단, 이하 설명되는 실시예들은 상기 제2실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제2실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 되도록이면 생략한다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품을 도시한 도면이고, 도 6 a 내지 도 6c는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품의 제조방법을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은, 제2실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)과는 다르게, 연마공정을 생략하고, 다공성 세라믹층(200)의 표면에 표면 내식층(400)을 형성한다.
본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은, 바디(100); 바디(100) 상에 형성된 다공성 세라믹층(200); 다공성 세라믹층(200)의 내부에 구비되어 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 충진되는 기공 내식층(300); 다공성 세라믹층(200)의 표면에 형성되며 기공 내식층(300)과 동일 재질로 형성되는 제1표면 내식층(410); 및 제1표면 내식층(410)의 표면에 형성되는 제2표면 내식층(430)을 포함한다.
바디(100)는 표면에 구비된 다공성 세라믹층(200)이 1차적인 내식성을 갖고, 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 구비된 기공 내식층(300)이 2차적인 내식성을 갖으며, 다공성 세라믹층(200)의 표면에 구비된 제1표면 내식층(410)에 의해 3차적인 내식성을 갖고, 제1표면 내식층(410)의 표면에 구비된 제2표면 내식층(430)에 의해 4차적인 내식성을 갖는다. 이를 통해 보다 효과적으로 바디(100)를 보호할 수 있게 된다.
제1표면 내식층(410)은 기공 내식층(300)을 형성할 때 함께 형성되어 기공 내식층(300)과 동일 재질로 형성된다. 기공 내식층(300)과 동일 재질의 제1표면 내식층(410)을 구비함으로써 기공 내식층(300)이 기공(P) 벽에서 박리되는 것을 효과적으로 차단할 수 있고, 그 상부에 구비되는 제2표면 내식층(430)의 접합성을 향상시킨다. 특히 특히 200 ℃ 이상 250 ℃의 온도 범위에서 제2표면 내식층(430)의 균열을 방지할 수 있다.
제2표면 내식층(430)은 전구체 가스와 반응물 가스를 교대로 공급함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 제2표면 내식층(430)은 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 다른 구성으로 형성될 수 있다. 일 예로서, 제2표면 내식층(430)은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와 제2표면 내식층(430)을 형성할 수 있는 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성될 수 있다.
전구체 가스 및 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성되는 제2표면 내식층(430)은, 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1표면 내식층(410)은 바람직하게는 알루미늄 산화물층(Al2O3)으로 구성되고, 제2표면 내식층(430)은 이트륨 산화물(Y2O3)으로 형성된다. 알루미늄 산화물(Al2O3)으로 구성되는 제1표면 내식층(410)은 플루오린 환경(HF 가스 또는 HF 산성 용액(또는 다른 불소 소스)환경)에서, 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 알루미늄 불화물(AlF3)로 변환된다. 이처럼 알루미늄 산화물(Al2O3) 기공 내식층(300)의 적어도 일부 표면이 플루오린 환경에서 알루미늄 불화물(AlF3)로 변환됨에 따라 표면에서의 기계적 특성이 약화되어 파티클 소스가 되는 문제가 발생하게 된다. 이트륨 산화물(Y2O3)로 구성되는 제2표면 내식층(430)은 플루오린 환경에서, 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환된다. 이 경우 이트륨 산화물(Y2O3)의 적어도 일부 표면이 플루오린 환경에서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되더라도, 이트륨 불화물(AlF3)은 기계적 특성이 우수하기 때문에 파티클 소스로서 작용하지 않는다. 따라서 제2표면 내식층(430)은, 플로오린 환경에서 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함하여 구성될 수 있다.
이를 통해 공정 조건에 비정질 알루미늄 산화물(Al2O3)은 다공성 세라믹층(200)의 박리를 방지하고 기공(P)을 통한 부식성 가스의 침투를 방지할 뿐만 아니라, 표면에 구비되는 표면 내식층(300)을 통해 플루오린 환경에서 보다 향상된 기계적 특성을 제공한다.
바디(100) 상에 구비되는 다공성 세라믹층(200), 기공 내식층(300), 제1표면 내식층(410) 및 제2표면 내식층(430)의 구성을 통해 바디(100)를 효과적으로 보호할 수 있어 부품(10)의 운영 시간을 증가시킬 수 있는 효과를 발휘하게 된다. 보다 구체적으로, 제2표면 내식층(430)은 플루오린 환경에서 기계적으로 우수한 특성을 갖기 때문에 파티클 방지을 방지한다. 또한 제2표면 내식층(430)의 하부에 구비되는 제1표면 내식층(410)을 통해 고온 환경에서 제1표면 내식층(410)이 버퍼층으로 기능하여 제2표면 내식층(430)의 크랙 발생을 억제하게 된다. 더욱이 제1,2표면 내식층(410,430)의 하부에는 다공성 세라믹층(200)이 존재하여 우수한 내식성을 부여하게 되고, 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에는 기공 내식층(300)이 존재함으로써 부식 가스의 바디(100)(10)측으로 침투하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
이하에서는 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내식층이 구비된 부품(10)의 제조방법에 대해 설명한다.
도 6a를 참조하면, 먼저 다공성 세라믹층(200)을 구비하는 바디(10)를 준비하는 단계를 수행한다. 바디(10)상에 형성되는 다공성 세라믹층(200)은, 세라믹 용사 처리 방법에 의해 형성될 수 있다. 다공성 세라믹층(200)은 용사 재료를 용사하여 형성될 수 있다. 세라믹 용사 처리 방법은, 불활성 가스로부터 생성되는 플라즈마 흐름에 용사 재료를 투입하고, 순간적으로 용융시켜, 완전 용융된 분말 용사재를 고속으로 바디(100)에 충돌시켜 급냉 응고함으로써, 금속 또는 세라믹 바디(100) 위에 일정한 두께의 피막을 형성한다. 용사 재료로는 분말 또는 금속, 비금속, 세라믹(주로 금속 산화물, 탄산물), 서멧(cermet) 등이 이용될 수 있다.
다음으로, 도 6b를 참조하면, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 다공성 세라믹층(200)의 기공(P)에 충진되는 기공 내식층(300)을 형성하는 단계를 수행한다. 이때에 제1표면 내식층(410)이 다공성 세라믹층(200)의 표면에 함께 형성된다.
다음으로, 도 6d를 참조하면, 제1표면 내식층(410)의 표면에, 전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 제2표면 내식층(400)을 형성하는 단계를 수행한다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 내식층이 구비된 부품(10)은 사용시 제조 공정 장비의 적어도 일부를 구성한다.
제조 공정 장비는 반도체 제조 공정 장비와 디스플레이 제조 공정 장비를 포함한다. 내식층이 구비된 부품(10)이 구비되는 반도체 제조 공정 장비는 에칭 장비, 세정 장비, 열처리 장비, 이온주입 장비, 스퍼터링 장비 또는 CVD 장비 등을 포함한다. 또한, 내식층이 구비된 부품(10)이 구비되는 디스플레이 제조 공정 장비는 에칭 장비, 세정 장비, 열처리 장비, 이온주입 장비, 스퍼터링 장비 또는 CVD 장비 등을 포함한다.
구체적으로 제조 공정 장비용 부품은 증착 공정용 제조 공정 장비의 내부면, 서셉터, 백킹 플레이트, 디퓨저, 쉐도우 프레임, 배관라인, 가드링 및 슬릿밸브 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한 제조 공정 장비용 부품은 건식 식각 공정용 제조 공정 장비의 내부면, 하부 전극, 하부 전극의 정전척, 하부 전극의 베플, 상부 전극, 월 라이너 및 공정가스 배기부, 배관라인, 가드링 및 슬릿밸브 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 반도체 또는 디스플레이를 제조하는 제조 공정 장비의 적어도 일부를 구성하는 부품일 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.
10: 부품 100:바디
200: 다공성 세라믹층 300: 기공 내식층
400: 표면 내식층

Claims (19)

  1. 다공성 세라믹층을 구비하는 바디를 준비하는 단계; 및
    전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 상기 다공성 세라믹층의 기공에 충진되는 기공 내식층을 형성하는 단계;를 포함하는 내식층이 구비된 부품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기공 내식층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 다공성 세라믹층의 표면을 연마하여 상기 다공성 세라믹층의 적어도 일부 표면에는 상기 기공 내식층이 구비되지 않도록 않는 연마단계를 더 포함하는, 내식층이 구비된 부품의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연마 단계 이후에,
    전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 상기 다공성 세라믹층의 표면에 표면 내식층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 내식층이 구비된 부품의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기공 내식층을 형성하는 단계 이후에,
    전구체 가스 흡착단계, 불활성 가스 공급단계, 반응체 가스 흡착 단계 및 치환 단계, 불활성 가스 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 상기 다공성 세라믹층의 표면에 표면 내식층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 내식층이 구비된 부품의 제조방법.
  5. 바디;
    상기 바디 상에 형성된 다공성 세라믹층; 및
    상기 다공성 세라믹층의 내부에 구비되어 상기 다공성 세라믹층의 기공에 충진되는 기공 내식층을 포함하는, 내식층이 구비된 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹층의 표면에 구비되는 표면 내식층을 포함하는, 내식층이 구비된 부품.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹층의 표면은 평탄화 처리되어 상기 다공성 세라믹층의 적어도 일부 표면에는 상기 기공 내식층이 구비되지 않는, 내식층이 구비된 부품.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹층은 용사 재료를 용사하여 형성되는, 내식층이 구비된 부품.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹층은, 알루미늄 산화물층, 알루미늄 나이트라이드층, 탄화 규소층, 이트륨 산화물층, 질화 붕소층, 지르코니아층 및 질화 규소층 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 내식층이 구비된 부품.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹층의 깊이 방향으로의 상기 기공 내식층의 길이가 상기 표면 내식층의 두께보다 적어도 일부에서 큰, 내식층이 구비된 부품.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 기공은 상기 기공의 크기별로 매크로 기공, 메조 기공 및 나노 기공을 포함하고,
    상기 기공 내식층은 상기 매크로 기공, 메조 기공 및 나노 기공 중 적어도 어느 하나의 기공을 충진하여 밀폐하는, 내식층이 구비된 부품.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 기공 내식층은
    알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 내식층이 구비된 부품.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 표면 내식층은
    알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 내식층이 구비된 부품.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 기공 내식층을 형성하는 재질과 상기 표면 내식층을 형성하는 재질은 서로 상이한 재질인, 내식층이 구비된 부품.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 기공 내식층을 형성하는 재질은, 비정질의 상태인, 내식층이 구비된 부품.
  16. 제5항에 있어서,
    상기 기공 내식층은 상기 다공성 세라믹층과 동일 재질인, 내식층이 구비된 부품.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 내식층이 구비된 부품은, 반도체 또는 디스플레이를 제조하는 공정 챔버의 적어도 일부를 구성하는 부품인, 내식층이 구비된 부품.
  18. 적어도 일부를 구성하는 부품이 내식층이 구비된 부품이되,
    상기 내식층이 구비된 부품은,
    바디;
    상기 바디 상에 형성된 다공성 세라믹층; 및
    상기 다공성 세라믹층의 내부에 구비되어 상기 다공성 세라믹층의 기공에 충진되는 기공 내식층을 포함하는, 제조 공정 장비.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 내식층이 구비된 부품은, 상기 다공성 세라믹층의 표면에 구비되는 표면 내식층을 포함하는, 제조 공정 장비.

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KR20070045369A (ko) 1999-12-10 2007-05-02 도카로 가부시키가이샤 플라즈마 처리 용기내용 용사 피막 피복 부재 및 그 제조방법

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