KR20230124520A - 금속부품 및 이를 구비한 공정챔버 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속부품 및 이를 구비한 공정챔버에 관한 것으로, 특히, 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 사용되는 금속부품 및 이를 구비한 공정챔버의 표면에 구멍이 없는 양극산화 배리어층을 형성하여, 디스플레이 또는 반도체의 공정 불량 및 생산수율 저하를 방지할 수 있는 금속부품 및 이를 구비한 공정챔버에 관한 것이다.
Description
본 발명은 금속부품 및 이를 구비한 공정챔버에 관한 것으로서, 특히, 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 사용되는 공정챔버 및 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 금속부품에 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.
이로 인하여 공정챔버용 부품으로 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 알루미늄 또는 알루미늄합금을 이용한 공정챔버용 부품이 개발되었다. 그러나 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면은 내식성이 좋지 않아 표면처리를 행하는 방법들이 연구되었다.
일례로 도 1 및 도 2(a), 도 2(b) 에 도시된 바와 같이, 알루미늄(10)의 표면에 양극산화처리를 행하는 것에 의해 표면에 뚫린 구멍(Pore)(23)을 다수 가지는 다공질층(22)과 구멍(23)이 없는 경계층(21)으로 이루어진 양극산화 피막을 형성함으로써, 알루미늄 또는 알루미늄합금의 내식성 및 내전압성을 향상시키고자 하였다. 상기 양극산화 피막의 경계층(21)은 다공질층(22)과 달리 구멍(23)이 형성되어 있지 않다. 종래의 양극산화 피막은 경계층(21)의 두께가 수십 ㎚ 미만이나, 내전압성을 위해 다공질층(22)은 수십 ㎛ 에서 수백 ㎛ 로 형성 되었다.
종래의 양극산화 피막은 그 두께의 대부분이 다공질층(22)으로 이루어지게 되고, 이에 따라 내부 응력의 변화 또는 열팽창의 영향에 의해 양극산화 피막에 크랙(Crack)이 발생하거나 양극산화 피막이 박리되는 문제가 발생하였고, 노출된 알루미늄 또는 알루미늄합금이 피뢰침과 같은 역할을 하게 되어 순간적으로 노출된 알루미늄 부위로 플라즈마가 몰리는 플라즈마 아킹(Plasma Arcing)이 발생하여 알루미늄 표면이 부분적으로 녹거나 결손되는 문제점이 발생하였다.
또한, 양극산화 피막의 다공질층(22)을 형성함에 있어서 다공질층(22)의 구멍(23) 내부에 증착된 이물질이 아웃 가싱(Out-gasing)되어, 기판에 파티클을 형성하거나, 공정 중에 사용되는 플루오르화물이 상기 구멍(23)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 양극산화 피막의 다공질층(22)의 문제점으로 인해, 근래에 알루미늄 또는 알루미늄합금의 부품들에 양극산화 처리를 하지 않은 채 사용하는 방법이 모색되었다(이를, 베어 형태(Bare-type)라 한다). 그러나, 베어 형태의 알루미늄 또는 알루미늄합금의 부품은 공정가스와 알루미늄이 화학반응을 하여, 알루미늄 퓸(Al Fume)이 발생하였으며, 이로 인해, 반도체 소자 또는 액정 표시 소자의 기판에 파티클이 생성되는 문제가 발생하였다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 금속재질의 모재에 대하여 높은 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 갖으면서도, 종래의 양극산화 피막의 다공질층의 구멍(pore)에 의해 발생되는 문제들이 발생하지 않는 표면 나노산화막(SNO)이 형성된 금속부품 및 이를 구비한 공정챔버를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 금속부품은, 공정챔버 내에 설치되는 금속부품에 있어서, 금속재질로 된 모재; 및 상기 모재의 표면에 형성된 표면 나노산화막(SNO);을 포함하되, 상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 모재를 양극산화시켜 형성된 양극산화 배리어층이고, 상기 표면 나노산화막(SNO)은, 상기 모재를 양극산화시켜 표면 및 내부에 구멍(pore)이 없는 비다공성 양극산화 배리어층을 형성시킨 후, 상기 비다공성 양극산화 배리어층의 두께를 성장시켜 형성되어 그 표면 및 내부에 구멍(pore)이 없는 비다공성 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모재의 재질은 알루미늄이고, 상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 알루미늄을 양극산화하여 형성된 양극산화 알루미늄인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모재에는 상, 하를 관통하는 관통홀이 형성되며, 상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 관통홀에도 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 모재의 전체 표면에 형성되며, 상기 표면 나노산화막(SNO)의 두께는 상기 모재의 전체 표면에서 실질적으로 동일한 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표면 나노산화막(SNO)의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정챔버는 CVD 공정챔버이며, 상기 금속부품은 상기 CVD 공정챔버의 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부부품으로 설치되는 금속부품은, 디퓨져, 백킹 플레이트, 쉐도우 프레임, 서셉터 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정챔버는 드라이에칭 공정챔버이며, 상기 금속부품은 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부부품으로 설치되는 금속부품은, 하부전극, 하부전극의 정전척, 하부전극의 베플, 상부 전극, 월 라이너 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 금속부품의 금속 재질의 모재에 구멍(pore)이 없는 표면 산화층이 형성됨으로써, 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 갖으면서도 종래의 양극산화 피막의 구멍(pore)에 의해 발생되는 문제들이 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 종래 알루미늄의 양극산화 피막을 도시한 도.
도 2(a)는 도 1의 다공질층의 표면을 확대한 확대도.
도 2(b)는 도 1의 다공질층의 단면을 확대한 확대도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품의 배리어층을 도시한 도.
도 4(a)는 도 3의 배리어층의 표면을 확대한 확대도.
도 4(b)는 도 3의 배리어층의 단면을 확대한 확대도.
도 5는 도 3의 금속부품이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 CVD 공정챔버를 도시한 도.
도 6은 도 3의 금속부품이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 드라이에칭 공정챔버를 도시한 도.
도 2(a)는 도 1의 다공질층의 표면을 확대한 확대도.
도 2(b)는 도 1의 다공질층의 단면을 확대한 확대도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품의 배리어층을 도시한 도.
도 4(a)는 도 3의 배리어층의 표면을 확대한 확대도.
도 4(b)는 도 3의 배리어층의 단면을 확대한 확대도.
도 5는 도 3의 금속부품이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 CVD 공정챔버를 도시한 도.
도 6은 도 3의 금속부품이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 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 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 본 명세서에서 사용되는 '표면 나노산화막(SNO, Suface Nano Oxidation)'의 의미는 모재의 표면에 형성된 산화막의 의미로 정의되어 사용된다.
또한, 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 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품의 배리어층을 도시한 도이고, 도 4(a)는 도 3의 배리어층의 표면을 확대한 확대도이고, 도 4(b)는 도 3의 배리어층의 단면을 확대한 확대도이고, 도 5는 도 3의 금속부품이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 CVD 공정챔버를 도시한 도이고, 도 6은 도 3의 금속부품이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 드라이에칭 공정챔버를 도시한 도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(1)은 금속 재질의 모재와, 상기 모재의 표면에 구멍(pore)이 없이 형성된 표면 나노산화막(SNO)으로 구성된다.
상기 표면 나노산화막(SNO)은 금속 재질의 모재에 양극산화 처리(anodizing)를 하여 형성되는 양극산화 피막일 수 있다.
상기 금속 재질의 모재는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn) 등일 수 있으나, 경량이고, 가공이 용이하고, 열전도성이 우수하며, 중금속 오염의 우려가 없는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 이를 양극산화시켜 표면에 표면 나노산화막(SNO)이 형성되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이라면 이 모두를 포함한다. 다만, 이하에서는 일례로서 금속재질의 모재가 알루미늄(10) 재질인 경우에 한하여 설명한다.
도 3 및 도 4(a), 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(1)은 알루미늄(10)과, 알루미늄(10)의 표면 및 내부에 구멍(pore)이 없이 형성되는 배리어층(Barrier layer)(11)을 포함하여 구성된다(도 4(b)에 금속코팅층(12)이 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(1)의 알루미늄(10)과 배리어층(11)을 투과 전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)으로 촬영할 목적으로 배리어층(11)의 표면에 금속코팅층(12)을 임의로 형성시킨 것일 뿐, 알루미늄(10)을 양극산화 처리하여 형성된 것은 아니다).
배리어층(11)은 알루미늄(10)을 양극산화 처리하여 생성되며, 산화 알루미늄(Al2O3)으로 이루어 진다. 배리어층(11)은 그 내부에 구멍(pore)이 형성되지 않을 뿐만 아니라, 그 표면에도 구멍(pore)이 형성되어 있지 않으며, 모재인 알루미늄(10)의 표면 전체에 걸쳐 동일한 두께(t)를 갖는다.
또한, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 배리어층(11)은 배리어층(11)의 표면에 구멍(pore)이 형성되어 있지 않으므로, 그 구조가 치밀하여 공정가스가 투과되지 못하며, 이로 인해, 알루미늄(10)의 표면으로 공정가스가 침투할 수 없어 공정가스에 대한 높은 내식성을 갖는 것이다.
배리어층(11)은 충분한 두께를 갖고, 산화 알루미늄(Al2O3)으로 구성되어 있으므로, 산화 알루미늄(Al2O3)의 화학적 특성에 의해 높은 내식성 및 내전압성의 특성을 발휘하며, 그 표면 및 내부에 구멍(pore)을 갖고 있지 않으므로 종래의 양극산화 피막의 다공질층으로 인해 발생되는 이물질 등의 증착 및 아웃 가싱으로 인한 문제가 발생하지 않는다.
위와 같은 배리어층(11)은 모재인 알루미늄(10)의 표면 전체에 걸쳐 일정 두께로 연속적으로 형성된다.
또한, 배리어층(11)의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 배리어층(11)의 두께가 100nm 미만인 경우에는 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성 측면에서 불리하고, 배리어층(11)의 두께가 1㎛ 이상인 경우에는 제조 수율이 낮기 때문이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(1)의 알루미늄(10) 표면에 형성된 배리어층(11)의 제조방법의 일례에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배리어층(11)은 모재인 알루미늄(10)을 양극산화시켜 형성된 양극산화 배리어층(11)을 소정의 두께로 성장시켜 형성한 양극산화 배리어층(11)이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배리어층(11)을 형성하는 과정에서 사용되는 전해액은 붕산(boric acid), 시트릭산(citric acid), 오붕산암모늄(ammonium pentaborate), 붕사(borax) 전해액 중 어느 하나의 전해액을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 전해액들 중 어느 하나의 전해액이 포함된 전해액 조 안에서 알루미늄(10)에 전류를 흘러주게 되면, 모재(10)의 표면에 배리어층(11)이 형성된다. 그 후, 전류 밀도를 일정하게 유지하면서 전압을 증가시키되, 해당 전압이 소정의 전압에 도달할 때까지 배리어층(11)을 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, 알루미늄(10)에서 이온화된 Al3 + 이온들이 기형성된 배리어층(11) 방향, 즉, 알루미늄(10)의 바깥 방향으로 유입되고, 전해액에서 이온화된 O2 - 과 OH- 이온들 또한 기형성된 배리어층(11) 방향, 즉, 알루미늄(10)의 내부 방향으로 유입됨으로써, 배리어층(11)이 소정 두께로 계속 성장하는 것이다. 이로 인하여 알루미늄(10) 및 배리어층(11)의 결합 부분과 배리어층(11) 및 상기 전해액의 경계 부분, 즉, 배리어층(11)의 상부 표면은 구멍(pore)이 없는 상태가 유지되면서 성장하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(1)의 배리어층(11)은 종래 표면에 구멍(pore)이 형성된 다공질층이 존재하지 않는 비다공성 특성을 가지며, 그 표면 및 내부는 구멍(pore)이 없도록 형성되고, 배리어층(11)의 두께(t)는 공정가스에 대한 충분한 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 갖도록 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배리어층(11)의 두께(t)는, 바람직하게는, 수백 ㎚로 형성되며, 보다 바람직하게는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이로 형성된다. 이러한 배리어층(11)의 두께는 종래 양극산화막(즉, 배리어층과 다공질층을 모두 갖음으로써, 표면에 구멍이 있는 종래의 표면-다공성 양극산화막을 말한다)의 배리어층의 통상적인 두께(100㎚ 이하)보다 충분히 두껍다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(1)을 제조하는 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속부품(1)을 제조하는 제조방법은 모재인 알루미늄(10)을 수산처리하는 수산처리 단계와, 수산처리된 알루미늄(10)을 1수세처리하는 제1수세처리 단계와, 제1수세처리된 알루미늄(10)을 질산처리하는 질산처리 단계와, 질산처리된 알루미늄(10)을 수세처리하는 제2수세처리 단계와, 제2수세처리된 알루미늄(10)을 양극산화하여 알루미늄(10)의 표면에 배리어층(11)을 형성하는 배리어층(11) 형성 단계를 포함한다.
먼저 모재인 알루미늄(10)을 수산처리 하는 수산처리 단계를 수행한다.
수산처리 단계는 모재인 알루미늄(10)을 수산화나트륨(Sodium Hydroxide) 용액에 담가 알루미늄(10)의 표면을 에칭(Etching)함으로써, 알루미늄(10)의 표면을 평탄하게 만드는 단계이다. 이처럼, 알루미늄(10)에 수산처리를 하게 되면, 알루미늄(10)의 표면이 평탄해지므로, 알루미늄(10)을 양극산화시켜 배리어층(11)을 형성시킬 때, 배리어층(11)이 알루미늄(10)의 표면 전체에 걸쳐 균일한 두께로 형성될 수 있다.
수산처리 단계가 완료된 후, 수산처리된 알루미늄(10)을 1차로 수세처리하는 제1수세처리 단계를 수행한다.
제1수세처리 단계는 수산처리된 알루미늄(10)을 물로 세척하여 알루미늄(10)의 표면에 잔존하는 이물질 및 수산처리에 사용된 용액을 제거하는 단계이다. 이처럼 제1수세처리 단계를 거치게 되면, 알루미늄(10)의 표면에 잔존하는 이물질 및 수산처리에 사용된 수산화나트륨 등이 제거되므로, 다음 단계인 질산처리 단계가 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
제1수세처리 단계가 완료된 후, 제1수세처리된 알루미늄(10)을 질산처리하는 질산처리 단계를 수행한다.
질산처리 단계는 제1수세처리된 알루미늄(10)을 질산(Nitric Acid)용액에 담가 알루미늄(10)의 표면에 일종의 산(Acid)처리를 하는 단계이다. 이와 같은 질산처리 단계는 알루미늄(10)의 표면에 산처리를 함으로써, 알루미늄(10)의 표면에 잔존하는 이물질들을 완전히 제거하고, 이로 인해, 알루미늄(10) 표면에 형성되는 배리어층(11)을 더욱 용이하게 형성하기 위함이다.
질산처리 단계가 완료된 후, 질산처리된 알루미늄(10)을 2차로 수세처리하는 제2수세처리 단계를 수행한다.
제2수세처리 단계는 질산처리된 알루미늄(10)을 물로 세척하여 알루미늄(10)의 표면에 잔존하는 이물질 및 질산처리에 사용된 용액을 제거하는 단계이다. 이처럼 제2수세처리 단계를 거치게 되면, 알루미늄(10)의 표면에 잔존하는 이물질 및 질산처리에 사용된 질산 등이 제거되므로, 다음 단계인 배리어층(11) 형성 단계가 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
제2수세처리 단계가 완료된 후, 제2수세처리된 알루미늄(10)을 양극산화하여 알루미늄(10)의 표면에 배리어층(11)을 형성시키는 배리어층(11) 형성 단계를 수행한다.
배리어층(11) 형성 단계는 붕산(boric acid), 시트릭산(citric acid), 오붕산암모늄(ammonium pentaborate), 붕사(borax) 전해액 중 어느 하나의 전해액이 포함된 전해액 조 안에서 알루미늄(10)에 전류를 흘려 알루미늄(10)의 표면에 비다공성의 양극산화막인 양극산화 배리어층(11)을 형성한 후, 전류 밀도를 일정하게 유지하면서 전압을 증가시키되 해당 전압이 소정의 전압에 도달할 때까지 배리어층(11)을 소정 두께로 성장시킨다. 이러한 배리어층(11)은 알루미늄(10)의 표면 전체에 걸쳐 일정 두께로 연속적으로 형성되며, 이에 대한 설명은 전술하였으므로, 생략한다.
이하, 도 5를 참조하여, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예의 금속부품(1)이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 CVD 공정챔버(Chemical Vapor Deposition process chamber)(100)에 대해 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, CVD 공정챔버(100)는 CVD 공정챔버(100) 외부에 구비되는 기체 유량 장치(MFC. Mass Flow Controller)(110)와, CVD 공정챔버(100) 내부에 설치되어 기판(S)을 지지하는 서셉터(Susceptor)(120)와, CVD 공정챔버(100) 상부에 배치되는 백킹 플레이트(Backing plate)(130)와, 백킹 플레이트(130) 하부에 배치되어 기판(S)으로 공정가스를 공급하는 디퓨저(Diffuser)(140)와, 서셉터(120)와 디퓨저(140) 사이에 배치되어 기판(S)의 가장자리를 커버하는 쉐도우 프레임(Shadow frame)(150)을 포함하여 구성된다.
CVD 공정챔버(100)의 내부에는 서셉터(120) 및 백킹 플레이트(130), 디퓨저(140), 쉐도우 프레임(150) 등이 설치되고, 공정가스에 의한 화학적 기상 증착(CVD)이 일어날 수 있도록 반응 공간을 제공한다.
CVD 공정챔버(100) 상부에는 백킹 플레이트(130)와 연통되어, 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부(미도시)가 구비될 수 있으며, CVD 공정챔버(100) 하부에는 화학적 기상 증착 공정을 수행한 공정가스가 배기되는 배기부(160)가 구비될 수 있다.
기체 유량 장치(110)는 CVD 공정챔버(100)의 내부 공간에서 유동하는 기체 즉, 공정가스를 제어하는 역할을 한다.
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 상기 공정가스 공급부와 연통되도록 CVD 공정챔버(100) 상부에 배치되며, 상기 공정가스 공급부에서 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 공급부에서 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.
전술한 CVD 공정챔버(100)의 내부면, 서셉터(120), 백킹 플레이트(130), 디퓨저(140), 쉐도우 프레임(150), 배기부(160) 중 적어도 어느 하나의 모재의 재질은 알루미늄(10) 재질인 것이 바람직하다.
또한, CVD 공정챔버(100)에서 사용되는 기판(S)은 웨이퍼(Wafer) 또는 글라스(Glass)일 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 CVD 공정챔버(100)는 상기 공정가스 공급부에서 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.
상기 공정가스는 플라즈마 상태의 가스로서 강한 부식성과 침식성을 가지고 있고, CVD 공정챔버(100)의 내부면과 CVD 공정챔버(100) 내부에 설치되는 부품들, 즉, 서셉터(120) 및 백킹 플레이트(130), 디퓨저(140), 쉐도우 프레임(150), 배기부(160) 등은 상기 공정가스와 접촉하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, CVD 공정챔버(100)의 내부면 중 적어도 일부면 및/또는 상기 CVD 공정챔버(100)를 이루는 내부부품들의 적어도 어느 하나의 표면에는 구멍(pore)이 없는 배리어층(11)이 형성된다.
CVD 공정챔버(100)는 공정가스가 유동하는 CVD 공정챔버(100)의 내부면에 배리어층(11)이 형성될 수 있으며, CVD 공정챔버(100)의 하부에 구비되는 배기부(160)의 내면에도 배리어층(11)이 형성될 수 있다.
디퓨저(140)에는 그 상면과 하면을 관통하는 관통홀(41)이 형성되며, 상기 공정가스는 관통홀을 통과하여 흐르게 되므로, 디퓨저(140)의 표면뿐만 아니라 상기 관통홀(41)에도 배리어층(11)이 형성될 수 있다.
위와 같이, CVD 공정챔버(100)의 내부면과 상기 부품들의 표면에 구멍이 없는 배리어층(11)이 충분한 두께로 형성됨으로써, 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 향상시키면서 동시에 종래 구멍(pore)에 따른 아웃가스 및 파티클 생성의 문제가 해소되고, 공정챔버에 의해 제조되는 완제품의 수율이 향상되며, 공정챔버(100)의 공정 효율이 향상되고, 유지 보수 사이클이 높아지게 된다.
이하, 도 6을 참조하여, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예의 금속부품(1)이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 드라이에칭 장비(Dry etching)(200)에 대해 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 드라이에칭 공정챔버(200)는 드라이에칭 공정챔버(200)의 외부에 구비되는 기체 유량 장치(210)와, 드라이에칭 공정챔버(200) 내부에 설치되어 기판(S)을 지지하는 하부 전극(Bottom electrode)(220)과, 하부 전극(220) 상부에 배치되어 기판(S)으로 공정가스를 공급하는 상부 전극(Upper eletrode)(230)과, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내벽에 설치되는 월 라이너(Wall liner)(240)를 포함하여 구성된다.
드라이에칭 공정챔버(200)에는 하부 전극(220) 및 상부 전극(230), 월 라이너(240)가 설치되고, 공정가스에 의한 드라이에칭이 일어날 수 있도록 반응 공간을 제공한다.
또한, 드라이에칭 공정챔버(200) 상부에는 후술할 상부 전극(230)으로 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부(미도시)가 구비될 수 있으며, 드라이에칭 공정챔버(200) 하부에는 드라이에칭 공정을 수행한 공정가스가 배기되는 배기부(250)가 구비될 수 있다.
기체 유량 장치(210)는 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부 공간에서 유동하는 기체 즉, 공정가스를 제어하는 역할을 한다.
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 공급부에서 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.
전술한 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부면, 하부전극(220), 하부전극(220)의 정전척, 하부전극(220)의 베플, 상부 전극(230), 월 라이너(240), 배기부(250) 중 적어도 어느 하나의 모재의 재질은 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 드라이에칭 공정챔버(200)에 사용되는 기판(S)은 웨이퍼(Wafer) 또는 글라스(Glass)일 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 드라이에칭 공정챔버(220)는 상기 공정가스 공급부에서 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, 상기 공정가스는 플라즈마 상태의 가스로서 강한 부식성과 침식성을 가지고 있고, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부면과 드라이에칭 공정챔버(200)의 부품들, 즉, 하부 전극(220), 하부 전극(220)의 정전척, 하부 전극(220)의 베플, 상부 전극(230), 월 라이너(240), 배기부(250) 등은 상기 공정가스와 접촉하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부면 중 적어도 일부면 및/또는 상기 드라이에칭 공정챔버(200)를 이루는 내부부품들의 적어도 어느 하나의 표면에는 구멍(pore)이 없는 배리어층(11)이 형성된다.
드라이에칭 공정챔버(200)는 공정가스가 유동하는 CVD 공정챔버(100)의 내부면에 배리어층(11)이 형성될 수 있으며, 드라이에칭 공정챔버(200)의 하부에 구비되는 배기부(250)의 내면에도 배리어층(11)이 형성될 수 있다.
하부 전극(220) 및 하부 전극(220)의 정전척, 하부 전극(220)의 베플, 월 라이너(240)는 각각 그 표면에 배리어층(11)이 형성될 수 있으며, 상부 전극(230)은 상부 전극(230)의 표면과 상부 전극(230)의 관통홀(231)에 모두 배리어층(11)이 형성될 수 있다.
위와 같이, 드라이에칭 공정챔버(200)의 내부면과 상기 부품들의 표면에 구멍이 없는 배리어층(11)이 충분한 두께로 형성됨으로써, 내식성, 내전압성 및 내플라즈마성을 향상시키면서 동시에 종래 구멍(pore)에 따른 아웃가스 및 파티클 생성의 문제가 해소되고, 공정챔버(200)에 의해 제조되는 완제품의 수율이 향상되며, 공정챔버(200)의 공정 효율이 향상되고, 유지 보수 사이클이 높아지게 된다.
한편, 금속부품(1)이 그 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 부품으로서 모재가 알루미늄 재질로 이루어지는 모든 부품들, 예를 들어, 샤워헤드(Shower head) 및 챔버 게이트(Chamber gate), 챔버 포트(Chamber port), 쿨링 플레이트(Cooling plate), 챔버 에어 노즐(Chamber air nozzle) 등의 경우에도 본 발명의 바람직한 실시 예의 배리어층(11)이 형성될 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: 금속부품 10: 알루미늄
11: 배리어층 12: 금속코팅층
21: 경계층 22: 다공질층
23: 구멍 100: CVD 공정챔버
110, 210: 기체 유량 장치 120: 서셉터
130: 백킹 플레이트 140: 디퓨저
141, 231: 관통홀 150: 쉐도우 프레임
160, 250: 배기부 200: 드라이에칭 공정챔버
220: 하부 전극 230: 상부 전극
240: 월 라이너 S: 기판
11: 배리어층 12: 금속코팅층
21: 경계층 22: 다공질층
23: 구멍 100: CVD 공정챔버
110, 210: 기체 유량 장치 120: 서셉터
130: 백킹 플레이트 140: 디퓨저
141, 231: 관통홀 150: 쉐도우 프레임
160, 250: 배기부 200: 드라이에칭 공정챔버
220: 하부 전극 230: 상부 전극
240: 월 라이너 S: 기판
Claims (9)
- 공정챔버 내에 설치되는 금속부품에 있어서,
금속재질로 된 모재; 및
상기 모재의 표면에 형성된 표면 나노산화막(SNO);을 포함하되,
상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 모재를 양극산화시켜 형성된 양극산화 배리어층이고,
상기 표면 나노산화막(SNO)은, 상기 모재를 양극산화시켜 표면 및 내부에 구멍(pore)이 없는 비다공성 양극산화 배리어층을 형성시킨 후, 상기 비다공성 양극산화 배리어층의 두께를 성장시켜 형성되어 그 표면 및 내부에 구멍(pore)이 없는 비다공성 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제1항에 있어서,
상기 모재의 재질은 알루미늄이고, 상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 알루미늄을 양극산화하여 형성된 양극산화 알루미늄인 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제1항에 있어서,
상기 모재에는 상, 하를 관통하는 관통홀이 형성되며,
상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 관통홀에도 형성되는 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제1항에 있어서,
상기 표면 나노산화막(SNO)은 상기 모재의 전체 표면에 형성되며, 상기 표면 나노산화막(SNO)의 두께는 상기 모재의 전체 표면에서 실질적으로 동일한 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제1항에 있어서,
상기 표면 나노산화막(SNO)의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 미만 사이인 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제1항에 있어서,
상기 공정챔버는 CVD 공정챔버이며,
상기 금속부품은 상기 CVD 공정챔버의 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제6항에 있어서,
상기 내부부품으로 설치되는 금속부품은, 디퓨져, 백킹 플레이트, 쉐도우 프레임, 서셉터 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제1항에 있어서,
상기 공정챔버는 드라이에칭 공정챔버이며,
상기 금속부품은 상기 드라이에칭 공정챔버의 내부면을 구성하거나 내부부품으로 설치되는 것을 특징으로 하는 금속부품. - 제8항에 있어서,
상기 내부부품으로 설치되는 금속부품은, 하부전극, 하부전극의 정전척, 하부전극의 베플, 상부 전극, 월 라이너 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속부품.
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