KR20240045005A - 금속 부품 및 이를 포함하는 공정 챔버 - Google Patents

금속 부품 및 이를 포함하는 공정 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 사용되는 금속 부품 및 이를 포함하는 공정 챔버에 관한 것으로서, 높은 방사율을 구비하여 피처리 기판의 표면에 균일한 두께의 피막이 형성되도록 하는 금속 부품 및 이를 포함하는 공정 챔버에 관한 것이다.

Description

금속 부품 및 이를 포함하는 공정 챔버{Metal component and process chamber having the metal component}
본 발명은 디스플레이 또는 반도체 제조 공정에 사용되는 금속 부품 및 이를 포함하는 공정 챔버에 관한 것이다.
공정 챔버는 내부로 유입된 공정 가스를 이용하여 피처리 기판의 표면에 박막을 형성하는 과정이 수행되는 장비이다. 공정 챔버는, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 박막을 형성하는 공정을 수행한다.
이러한 공정 챔버는, 공정 챔버의 내부로 유입된 공정 가스를 피처리 기판의 표면상으로 균일하게 공급하기 위하여 가스 분사 기능을 수행하는 금속 부품을 구비한다.
금속 부품은 일정 간격으로 형성된 가스 분사홀을 구비하여 공정 챔버내에서 피처리 기판의 상측에 대향되게 설치된 상태로 가스 분사홀을 통해 피처리 기판상으로 공정 가스를 분사한다.
증착 공정은, 공정 챔버 내부의 진공 조건을 유지한 채 반응 용기에 RF파워를 인가하여 히터가 매립된 지지대(서셉터) 위에 안착된 피처리 기판에 열을 전달하고, 플라즈마 상태를 유지한 상태에서 금속 부품을 통해 공정 가스를 공급하여 원하는 막질을 얻는 공정으로 진행된다. 이러한 증착 공정은 300°이상의 고온에서 이루어진다.
그런데, 피처리 기판 내지 피처리 기판 주변의 온도가 균일하지 않게 되면 피처리 기판의 표면에 형성되는 막질의 두께가 일정하게 형성되지 않는 문제가 야기된다.
JP1997-320799A
본 발명은 방사율을 높여 피처리 기판 내지 피처리 기판 주변의 온도를 균일하게 하여 피처리 기판의 표면에 균일한 두께의 피막이 형성되도록 하는 금속 부품 및 이를 포함하는 공정 챔버를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 금속 부품은, 공정 가스가 유입되는 공정 챔버에 구비되는 금속 부품에 있어서, 금속 바디; 및 상기 금속 바디의 표면에 구비되는 방사층;을 포함한다.
또한, 상기 방사층은 주석(Tin), 이산화티타늄(TiOx) 및 크롬산화물(CrOx) 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 상기 방사층의 표면에 보호층을 구비하여 상기 금속 바디와 상기 보호층 사이에 상기 방사층이 구비된다.
또한, 상기 금속 바디와 상기 방사층 사이에 양극산화막층을 구비한다.
또한, 상기 양극산화막층은, 배리어층 및 포어를 포함하는 다공층 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 상기 양극산화막층은 포어를 포함하는 다공층을 구비하고, 상기 포어의 내부에 상기 방사층이 형성된다.
또한, 상기 금속 부품은, 가스 분사홀이 구비된 디퓨저이다.
또한, 상기 방사층은 0.56이상 0.88이하의 방사율을 갖는다.
본 발명의 다른 특징에 따른 공정 챔버는, 금속 바디 및 상기 금속 바디의 표면에 구비되는 방사층을 포함하는 금속 부품을 포함하고, 상기 금속 부품은 공정 가스가 유입되는 내부와 연통되게 구비된다.
본 발명의 금속 부품은 방사층을 통해 높은 방사율을 구비함으로써 피처리 기판의 상, 하부측의 온도 차이 발생시 온도 보상 역할을 수행하여 피처리 기판의 상, 하부측의 온도 차이를 해소하여 피처리 기판 자체의 온도와 피처리 기판 주변의 온도가 균일하게 형성되도록 하고 이를 통해 피처리 기판의 표면에 형성되는 피막이 균일한 두께로 형성되도록 할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 금속 부품을 포함하는 공정 챔버에 의해 제조되는 완제품의 수율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공정 챔버를 개략적으로 도시한 도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 금속 부품을 개략적으로 도시한 도.
도 3은 도 2의 일부를 확대하여 도시한 도.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 금속 부품의 일부를 확대하여 도시한 도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 금속 부품의 일부를 확대하여 도시한 도.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술 분야에서 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 폭 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공정 챔버(1)를 개략적으로 도시한 도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공정 챔버(1)는, 반도체 제조 공정 장비일 수 있고, 디스플레이 제조 공정 장비일 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공정 챔버(1) 반도체 또는 디스플레이 제조 공정에서 이용되는 CVD장비이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 공정 챔버(1)는, 피처리 기판(4)을 수용하는 반응 용기(2)와, 반응 용기(2)내의 하부 공간에 설치되어 피처리 기판(4)을 지지하는 지지대(3)와, 지지대(3)의 상측에 지지대(3)와 대향되게 구비되는 금속 부품(MP)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 공정 챔버(1)가 CVD 장비일 경우, 반응 용기(2)는 지지대(3)와 금속 부품(MP)을 설치하기 위한 공간을 제공하고, 피처리 기판(4)은 웨이퍼 또는 글라스이고, 피처리 기판(4)을 지지하는 지지대(3)는 내부에 매립 히터가 구비되는 서셉터이고, 금속 부품(MP)은 가스 분사홀(GH)을 구비하여 반응 용기(2) 내부에 유입된 공정 가스를 분사하는 디퓨저(diffuser)이다.
본 발명의 공정 챔버(1)는 외부에 구비된 가스 공급부로부터 공정 챔버(1)로 연결된 공정 라인을 통해 반응 용기(2) 내부로 공정 가스를 공급받는다. 공정 챔버(1)는 금속 부품(MP)을 통해 내부로 공급된 공정 가스를 피처리 기판(4)으로 분사하여 피처리 기판(4)의 표면에 피막을 증착하는 공정을 수행한다.
본 발명의 공정 챔버(1)는 방사층(RD)을 구비하는 금속 부품(MP)을 구비하여 피처리 기판(4)의 표면에 형성되는 피막의 두께가 균일하게 형성되도록 할 수 있다.
본 발명의 공정 챔버(1)에 구비되는 금속 부품(MP)은, 도 2 내지 도 5에 도시되는 본 발명의 바람직한 제1 내지 3실시 예에 따른 금속 부품(MP)을 포함하고, 제1 내지 3실시 예의 금속 부품(MP) 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 공정 챔버(1)는 방사층(RD)을 통해 높은 방사율을 구비하는 제1 내지 3실시 예의 금속 부품(MP) 중 적어도 하나를 피처리 기판(4)의 표면에 형성되는 피막의 두께를 균일하게 형성할 수 있다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 금속 부품(MP1)에 대해 상세하게 설명한다. 도 2 및 도 3에서는 방사층(RD) 및 보호층(PT)의 두께가 실제보다 과장되게 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은, 금속 재질로 구성되는 금속 바디(MB)와, 금속 바디(MB)의 표면에 구비되는 방사층(RD)을 포함한다.
금속 바디(MB)는 복수개의 가스 분사홀(GH)이 일정 간격으로 형성되는 분사부(SP)와 분사부(SP)의 양측에서 상부로 연장되는 설치부(IP)를 포함한다. 설치부(IP)는, 일 예로서, 상단부가 외측 방향으로 절곡된다. 금속 바디(MB)는 설치부(IP)를 통해 공정 챔버(1) 내부에 마련된 금속 바디(MB) 결합 부분에 조립되어 설치된다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은, 공정 챔버(1) 내부의 금속 바디(MB) 결합 부분에 설치된 상태에서 복수개의 가스 분사홀(GH)을 통해 공정 챔버(1) 내부와 연통되는 형태로 구비된다. 이에 따라 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 공정 챔버(1) 내부로 유입된 공정 가스를 가스 분사홀(GH)을 통해 분사한다.
금속 바디(MB)는 금속 재질로 구성된다. 금속 재질은, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 및 아연과 이들의 합금 등을 포함한다.
방사층(RD)은 금속 바디(MB)의 표면에 전체적으로 형성된다. 보다 구체적으로, 방사층(RD)은, 금속 바디(MB)의 상부 표면과 하부 표면 및 양측 외측면을 포함하는 표면에 전체적으로 형성된다.
방사층(RD)은, 화학 기상 증착 방법(CVD방법)이나 카본 코팅 방법을 이용하여 금속 바디(MB)의 표면에 형성될 수 있다. 방사층(RD)은, 바람직하게는, 1㎛이하의 두께로 형성된다.
방사층(RD)은 주석(Tin), 이산화티타늄(TiOx) 및 크롬산화물(CrOx) 중 적어도 하나를 포함하여 구성된다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 금속 바디(MB)의 표면에 방사층(RD)을 구비함으로써, 피처리 기판(4) 내지 피처리 기판(4)의 주변(구체적으로, 상측)에서의 온도가 균일하게 형성되도록 할 수 있다.
상세히 설명하면, 피처리 기판(4)은 지지대(3)에 구비된 매립 히터에 의해 열을 전달받아 온도가 상승된다. 이 때, 피처리 기판(4)의 하면을 포함하는 하부측은, 지지대(3)의 상면에 직접 접촉된 상태로 열을 전달받아 상대적으로 높은 온도를 갖고, 상면을 포함한 상부측은 상대적으로 낮은 온도가 형성된다.
다시 말해, 피처리 기판(4)의 하부측과 상부측의 온도 차이가 발생한다. 피처리 기판(4)의 온도가 균일하지 않을 경우, 피처리 기판(4)의 표면에 형성되는 피막의 두께가 균일하지 않게 된다. 이로 인해 피처리 기판(4)의 표면 중 어느 일 부분에서의 피막의 두께가 다른 부분에서의 피막의 두께보다 두껍거나 얇게 형성되는 문제가 발생하게 된다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 방사층(RD)을 구비함으로써 피처리 기판(4)의 상측에서 높은 방사율을 갖는다. 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은, 그 하부 표면이 피처리 기판(4)의 상부 표면과 대향되도록 근접한 상태에서 피처리 기판(4)의 표면상에 공정 가스를 분사한다. 이 때, 제1실시 예의 금속 부품(MP1)이 방사층(RD)을 통해 높은 방사율을 가짐에 따라 제1실시 예의 금속 부품(MP1)의 하부 표면으로부터 피처리 기판(4)의 상부 표면으로의 열 방출량이 높다.
이에 따라 피처리 기판(4)의 상측을 포함하는 주변의 온도가 상승하면서 피처리 기판(4)의 상부 표면을 포함하는 상부측의 온도가 상승하게 된다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 방사층(RD)을 통해 높은 방사율을 구비한다. 구체적으로, 방사층(RD)은 0.56이상 0.88이하의 방사율을 갖는다.
이에 따라 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 피처리 기판(4)의 상, 하부측의 온도 차이 발생시 온도 보상 역할을 수행하여 피처리 기판(4)의 상, 하부측의 온도 차이를 해소할 수 있다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)에 의해 피처리 기판(4)의 상부측의 온도 및 피처리 기판(4)의 상측 주변의 온도가 상승함에 따라, 피처리 기판(4) 자체의 온도와 피처리 기판(4) 주변의 온도가 균일하게 형성된다. 이로 인해 피처리 기판(4)은 증착 공정에 의해 그 표면에 형성되는 피막이 균일한 두께로 편차없이 형성되게 된다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 금속 바디(MB)의 표면에 얇은 두께의 피막의 형태로 방사층(RD)을 형성함으로써 큰 부피를 차지하지 않고도 방사율을 높이기 위한 수단을 구비할 수 있다.
방사율을 높이기 위해서, 가스를 분사하는 기능을 수행하는 금속 부품의 내부에 히터를 설치하는 것을 고려해볼 수 있다. 그러나 이와 같은 방법은, 히터를 설치하기 위한 별도의 공간을 마련해야 한다는 점에서, 복수개의 가스 분사홀이 협피치로 형성되는 금속 부품에 구현이 어렵다.
하지만, 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은, 화학 기상 증착 방법 또는 카본 코팅 방법을 이용하여 금속 바디(MB)에 얇은 두께의 피막 형태를 갖는 방사층(RD)을 구비한다. 이에 따라 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 방사율을 높이기 위한 수단을 구비하기위한 별도의 설치 공간을 마련하거나 큰 부피를 차지하지 않고도 높은 방사율을 가질 수 있다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)과 달리, 금속 바디(MD)의 표면에 방사층(RD)을 구비하지 않고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 금속 바디(MD)만을 구비할 경우, 0.17이상 0.18이하의 범위 내의 방사율을 갖는다는 것을 실험을 통해 확인하였다.
한편, 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은, 금속 바디(MD)의 표면에 구비되는 방사층(RD)에 의해 0.56이상 0.88이하의 방사율을 갖는 것을 확인하였다.
이처럼 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 상대적으로 낮은 방사율을 갖는 금속 바디(MD)의 표면에 얇은 두께로 형성되면서도 높은 방사율을 갖는 방사층(RD)을 구비함으로써 금속 바디(MD)만을 구비하는 구조 대비 방사율이 향상될 수 있다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 방사층(RD)의 표면에 보호층(PT)을 구비한다.
보호층(PT)은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 하나인 전구체 가스와, 보호층(PT)을 구성하는 피막을 형성할 수 있는 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 보호층(PT)은 방사층(RD)의 표면에 전구체 가스를 흡착시키고, 반응물 가스를 공급하여 전구체 가스와 반응물 가스의 화학적 치환으로 단원자층을 생성시키는 사이클을 반복적으로 수행하여 형성된다.
상기 사이클을 한 번 수행할 때 마다 얇은 두께의 한 층의 단원자층이 형성된다. 보호층(PT)은 상기 사이클을 반복 수행하여 형성됨에 따라 복수의 단원자층으로 구성된다. 보호층(PT)은, 바람직하게는, 1㎚이상 500㎚ 이하의 두께로 형성된다.
보호층(PT)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, 보호층(PT)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, 반응물 가스로는 H2O가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서 알루미늄 클로라이드(AlCl3)가 이용될 경우, 반응물 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3)이 이용될 경우에는, 반응물 가스로서 O3 또는 H2O가 이용될 수 있다.
보호막(P)이 이트륨 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 염화이트륨(YCl3),Y(C5H5)3,트리스(N,N비스(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, 반응물 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, 반응물 가스로서, H20, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 하프늄 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 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, 염화 하프늄(HfCl4), Hf(N(CH3)(C2H5))4 및 Hf(N(C2H5)2)4 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응물 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄 및 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응물 가스로는 H2O, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 실리콘 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 Si(OC2H5)4를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응물 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 에르븀 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 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, 반응물 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, 반응물 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, Er(thd)3가 이용될 경우, 반응물 가스로는 O-라디칼이 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 지르코늄 산화물로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 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, 반응물 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 플루오르화층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III)를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응물 가스로는 H2O, O2 또는 O3가 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 전이 금속층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 탄탈륨클로라이드(TaCl5) 및 사염화티타늄(TiCl4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응물 가스로는 H-라디칼이 이용될 수 있다.
구체적으로, 전구체 가스로서 탄탈륨클로라이드(TaCl5)가 이용되고, 반응체 가스(RG)로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 탄랄륨층으로 구성될 수 있다.
이와는 달리, 전구체 가스로서 사염화티타늄(TiCl4)이 이용되고, 반응물 가스로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 티타늄층으로 구성될 수 있다.
보호층(PT)이 티타늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 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, 반응물 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 탄탈륨 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 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, 반응물 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호층(PT)이 지르코늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 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, 반응물 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
이처럼 보호층(PT)은 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 다른 구성으로 형성될 수도 있다.
금속 바디(MB)의 표면에 방사층(RD)만을 구비할 경우, 높은 방사율을 갖는 측면에서는 유리할 수 있으나, 증착 공정 중 사용되는 공정 가스로 인해 방사층(RD)이 쉽게 부식되는 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 방사층(RD)의 표면에 보호층(PT)을 구비하여 공정 가스로부터 방사층(RD)을 보호하고 내부식성을 갖는다. 방사층(RD)은 금속 바디(MB)와 보호층(PT) 사이에 구비되어 공정 가스에 의해 부식되는 문제없이 방사율을 높이는 기능을 제공할 수 있다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 금속 바디(MB)의 표면에 방사층(RD)을 구비하고 방사층(RD)의 표면에 보호층(PT)이 구비되어 보호층(PT)에 의해 방사층(RD)이 외부로 노출되지 않고 커버되는 형태로 구비된다. 다시 말해, 보호층(PT)은 방사층(RD)의 표면에서 방사층(RD)을 감싸도록 구비된다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)을 구비하는 공정 챔버(1)는, 공정 가스를 이용한 증착 공정을 수행한다. 공정 가스는 플라즈마 상태의 가스로서 강한 부식성과 침식성을 갖는다. 방사층(RD)은 플라즈마와 직접적으로 접촉될 경우, 부식 및 침식 등의 문제가 발생할 수 있다.
제1실시 예의 금속 부품(MP1)은, 방사층(RD)의 표면에 보호층(PT)을 구비하여 보호층(PT)을 통해 방사층(RD)을 감싼다. 이를 통해 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은, 피처리 기판(4)의 표면에 피막을 형성하는 공정을 수행할 때, 공정 가스에 의해 부식 및 침식되는 문제없이 공정을 수행할 수 있고, 방사층(RD)을 통해 높은 방사율을 가짐으로써 피처리 기판(4)의 표면에 균일한 두께의 피막이 형성되도록 할 수 있다.
다시 말해, 제1실시 예의 금속 부품(MP1)은 방사층(RD) 및 보호층(PT)을 통해 내부식성을 가지면서도 높은 방사율을 구비하여 보다 효과적으로 피처리 기판(4)의 표면에 균일한 두께를 피막을 형성하는 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 공정 챔버(1)는 방사층(RD)을 통해 높은 방사율을 갖는 제1실시 예의 금속 부품(MP1)을 구비함으로써 피처리 기판(4)의 표면에 균일한 두께의 피막을 형성할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 공정 챔버(1)에 의해 제조되는 완제품의 수율이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 금속 부품(MP2)의 일부를 확대하여 개략적으로 도시한 도이다.
제2실시 예의 금속 부품(MP2)은, 금속 바디(MB)와 방사층(RD) 사이에 양극산화막층(AL)을 구비한다는 점에서 제1실시 예의 금속 부품(MP1)과 차이가 있다. 이하에서는 제1실시 예의 금속 부품(MP1)과 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 되도록이면 생략한다.
도 4를 참조하면, 금속 바디(MB)의 표면에 양극산화막층(AL)이 구비된다.
양극산화막층(AL)은, 금속 바디(MB)를 구성하는 금속을 모재로하여 상기 모재를 양극 산화하여 금속 바디(MB)의 표면에 형성된다.
양극산화막층(AL)은 내부에 포어(PR)가 형성되지 않은 배리어층(BL)과, 내부에 포어(PR)가 형성된 다공층(PL)으로 구분된다. 배리어층(BL)은 모재인 금속 바디(MB)의 상부에 위치하고, 다공층(PL)은 배리어층(BL)의 상부에 위치한다. 이 경우, 양극산화막층(AL)은 다공층(PL)의 포어(PR)의 개구(OM)에 의해 일측이 개방된 형태이다.
배리어층(BL)의 두께는, 바람직하게는, 수백㎚로 형성되며, 보다 바람직하게는 100㎚이상 1㎛이하로 형성된다.
다공층(PL)의 두께는, 수십㎛에서 수백㎛ 사이로 형성된다. 포어(PR)는 수㎚이상 수백㎚이하의 직경을 갖는다.
양극산화막층(AL)은, 배리어층(BL) 및 다공층(PL)을 포함하는 구조로 구비될 수 있다. 이 경우, 양극산화막층(AL)은 금속 바디(MB)의 상부에 배리어층(BL)이 위치하고, 배리어층(BL)의 상부에 다공층(PL)이 위치하도록 구비된다. 다공층(PL)은 배리어층(BL)의 상부에 위치하며 복수개의 포어(PR)의 개구(OM)에 의해 일측(구체적으로, 표면측)이 개방된다. 제2실시 예의 금속 부품(MP2)은 금속 바디(MB)의 표면에 양극산화막층(AL)을 구비하고 다공층(PL)에 의해 개방된 표면에 방사층(RD)을 구비한다. 방사층(RD)에 의해 양극산화막층(AL)의 표면은 폐쇄된다. 방사층(RD)은 화학 기상 증착 방법 또는 카본 코팅 방법에 의해 양극산화막층(AL)의 표면에 형성되어 양극산화막층(AL)의 표면을 따라 전체적으로 양극산화막층(AL)의 표면을 커버하는 형태로 형성될 수 있다.
한편, 제2실시 예의 금속 부품(MP2)은 배리어층(BL)을 포함하는 양극산화막층(AL)을 구비할 수 있다. 이 경우, 양극산화막층(AL)은 배리어층(BL)의 상부에 다공층(PL)이 존재하지 않고 배리어층(BL)만이 존재하는 구조로 구비된다.
제2실시 예의 금속 부품(MP2)은 포어(PR)를 포함하지 않는 배리어층(BL)이 금속 바디(MB)의 표면을 따라 전체적으로 형성되고, 배리어층(BL)의 표면을 따라 방사층(RD)이 전체적으로 형성된다.
방사층(RD)은, 화학 기상 증착 방법 또는 카본 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다. 방사층(RD)이 화학 기상 증착 방법에 의해 형성될 경우, 방사층(RD)은, 복수개의 포어(PR)의 개구(OM) 및 포어(PR)의 개구(OM) 주변에 존재하는 다공층(PL)의 표면에 소정의 두께를 갖고 증착되되 복수개의 포어(PR)의 개구(OM)를 폐쇄하면서 형성된다.
방사층(RD)이 카본 코팅 방법에 의해 형성될 경우, 방사층(RD)은, 다공층(PL)의 복수의 포어(PR)에 의해 개방된 형태의 양극산화막층(AL)의 표면을 폐쇄하는 피막의 형태로 형성된다.
한편, 제2실시 예의 금속 부품(MP2)은 다공층(PL)을 포함하는 양극산화막층(AL)을 구비할 수 있다. 이 경우, 양극산화막층(AL)은, 다공층(PL)의 하부에 위치하는 배리어층(BL)이 에칭 등의 방법으로 제거되어 다공층(PL)만이 존재하는 상태로 수직 형상의 포어(PR)의 상, 하가 서로 관통되는 형태로 구비된다.
복수개의 포어(PR)에 의해 일면 및 타면이 개방되는 양극산화막층(AL)은, 금속 바디(MB)의 표면에 형성됨에 따라 금속 바디(MB)의 표면에 의해 개방된 일면이 폐쇄된다. 양극산화막층(AL)의 개방된 타면은, 방사층(RD)이 양극산화막층(AL)의 표면에 형성됨에 따라 방사층(RD)에 의해 폐쇄된다. 방사층(RD)은 상술한 화학 기상 증착 방법 또는 카본 코팅 방법으로 형성될 수 있다.
제2실시 예의 금속 부품(MP2)은 금속 바디(MB)의 표면에 양극산화막층(AL)을 구비하고, 양극산화막층(AL)의 표면에 방사층(RD)을 구비하고, 방사층(RD)의 표면에 보호층(PT)을 구비함으로써, 금속 바디(MB)의 표면을 기준으로 양극산화막층(AL), 방사층(RD) 및 보호층(PT)이 순차적으로 형성된 구조를 갖는다. 이로 인해 제2실시 예의 금속 부품(MP2)은 높은 방사율을 갖는다.
제2실시 예의 금속 부품(MP2)과 달리, 금속 바디(MB)의 표면에 양극산화층(AL)을 구비하는 구조의 경우, 0.21~0.23의 방사율을 갖는 것으로 실험을 통해 확인하였다.
한편, 제2실시 예의 금속 부품(MP2)은, 양극산화층(AL)의 표면에 방사층(RD)을 구비함으로써 방사층(RD)을 통해 0.56이상 0.88이하의 방사율을 갖는 것을 확인하였다.
이처럼 제2실시 예의 금속 부품(MP2)은, 상대적으로 낮은 방사율을 갖는 양극산화층(AL)의 표면에 방사층(RD)을 형성하여 방사율을 향상시킴으로써 피처리 기판(4)의 표면에 균일한 두께의 피막이 형성되도록 할 수 있다.
제2실시 예의 금속 부품(MP2)은, 양극산화막층(AL)과 보호층(PT) 사이에 방사층(RD)을 구비한다. 양극산화막층(AL)은, 부식 방지 기능을 한다. 제2실시 예의 금속 부품(MP2)은 방사층(RD)의 일면에 양극산화막층(AL)을 구비하고, 타면에 보호층(PT)을 구비하는 구조를 가짐으로써 보다 높은 내부식성을 가지면서도 높은 방사율로 피처리 기판(4)의 표면에 균일한 두께의 피막이 형성되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 금속 부품(MP3)의 일부를 확대하여 개략적으로 도시한 도이다.
제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 금속 바디(MB)와 방사층(RD) 사이에 양극산화막층(AL)을 구비하고, 방사층(RD)이 포어(PR) 내부에 형성된다는 점에서 제1, 2실시 예의 금속 부품(MP1, MP2)과 차이가 있다. 이하에서는 제1, 2실시 예의 금속 부품(MP1, MP2)과 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 되도록이면 생략한다.
도 5를 참조하면, 금속 바디(MB)의 표면에 양극산화막층(AL)이 구비된다.
양극산화막층(AL)은, 배리어층(BL) 및 다공층(PL)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 금속 바디(MB)의 상부에 배리어층(BL)이 구비되고, 배리어층(BL)의 상부에 다공층(PL)이 위치하는 형태로 구비된다.
방사층(RD)은 포어(PR) 내부의 빈 공간을 채우면서 형성되어 포어(PR)의 내부에 형성된다. 이 경우, 방사층(RD)은, 바람직하게는, 구멍의 빈 공간을 채우는 봉공 방법을 이용하여 형성된다.
방사층(RD)을 포어(PR)의 내부에 형성할 경우, 포어(PR)는, 바람직하게는, 1 1㎛이상 3㎛이하의 길이 방향 두께로 형성될 수 있다.
방사층(RD)은 수㎚이상 수백㎚이하의 직경을 갖는 포어(PR)의 내부에 형성되어 길이 방향 두께를 갖는 로드 형태로 구비된다.
제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 포어(PR)의 내부에 방사층(RD)을 형성함으로써 긴 길이를 갖는 로드 형태의 방사층(RD)을 금속 바디(MB)의 표면에 구비하게 된다.
포어(PR)의 개구(OM)는, 포어(PR)의 내부의 빈 공간을 채우면서 형성된 방사층(RD)에 의해 폐쇄된다. 방사층(RD)의 일면은 포어(PR)의 개구(OM)에 의해 외측으로 노출된다.
한편, 제3실시 예의 금속 부품(MP3)은 다공층(PL)을 구비하는 양극산화막층(AL)을 금속 바디(MB)의 표면에 구비할 수도 있다. 이 경우, 다공층(PL)의 하부에 위치하는 배리어층(BL)이 제거된 상태로 포어(PR)의 상, 하가 서로 관통되는 다공층(PL)만으로 구성된 양극산화막층(AL)이 금속 바디(MB)의 표면에 구비된다. 양극산화막층(AL)은 금속 바디(MB)의 표면에 의해 포어(PR)의 일측 개구 또는 타측 개구 중 적어도 하나가 폐쇄된다. 제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 금속 바디(MB)에 의해 일측 개구가 폐쇄된 양극산화막층(AL)의 포어(PR)의 내부에 방사층(RD)을 형성한다. 포어(PR)의 타측 개구는 포어(PR)의 내부 빈 공간을 채우면서 형성된 방사층(RD)에 의해 폐쇄된다.
제3실시 예의 금속 부품(MP3)은 포어(PR) 내부에 방사층(RD)을 구비한 상태로 방사층(RD)의 표면에 보호층(PT)을 구비한다. 보호층(PT)은 제1실시 예의 금속 부품(MP1)에서 상술한 방법과 동일한 방법으로 방사층(RD)의 표면에 형성된다.
도 5를 참조하면, 보호층(PT)은, 포어(PR)의 내부에 구비되어 포어(PR)의 개구(OM)측에 위치한 방사층(RD)의 상부에 형성된다. 보다 구체적으로, 제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 보호층(PT)을 구비하기 전에 방사층(RD)을 포어(PR)의 내부에 구비함에 따라 포어(PR)의 개구(OM) 주변에 존재하는 다공층(PL)의 표면 및 포어(PR)의 개구(OM)측에 위치하는 방사층(RD)의 일면(표면)이 외부로 노출된 상태이다. 제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 포어(PR)의 내부에 방사층(RD)을 구비하고, 양극산화막층(AL)의 표면에 보호층(PT)을 구비한다.
이에 따라 보호층(PT)은, 포어(PR)의 개구(OM) 주변에 존재하는 다공층(PL)의 표면 및 포어(PR)의 개구(OM)측에 위치하여 외부로 노출된 방사층(RD)의 일면(표면)을 커버하면서 양극산화막층(AL)의 표면이되 다공층(PL)의 상부에 형성된다.
제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 양극산화막층(AL)의 포어(PR)의 내부에 방사층(RD)을 구비함으로써 양극산화막층(AL)과 보호층(PT) 사이 또는 금속 바디(MB)와 보호층(PT) 사이에 방사층(RD)을 구비하는 구조를 갖는다.
제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 양극산화막층(AL)의 포어(PR)의 내부에 방사층(RD)을 구비하여 방사율을 구비한다. 이에 따라 제3실시 예의 금속 부품(MP3)은 방사 기능을 수행하는 수단을 설치하기 위한 별도의 공간을 마련하지 않고도 방사층(RD)을 구비하여 피처리 기판(4)의 표면에 균일한 두께의 피막이 형성되도록 할 수 있다.
또한, 제3실시 예의 금속 부품(MP3)은, 양극산화막층(AL)과 보호층(PT) 사이에 방사층(RD)을 구비하여 고내식성을 구비하여 부식의 문제없이 증착 공정을 효과적으로 수행할 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: 공정 챔버
2: 반응 용기 3: 지지대
4: 피처리 기판
MP: 금속 부품
MB: 금속 바디
SP: 분사부 IP: 설치부
GH: 가스 분사홀
RD: 방사층 PT: 보호층
AL: 양극산화막층
BL: 배리어층 PL: 다공층
PR: 포어

Claims (9)

  1. 공정 가스가 유입되는 공정 챔버에 구비되는 금속 부품에 있어서,
    금속 바디; 및
    상기 금속 바디의 표면에 구비되는 방사층;을 포함하는, 금속 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사층은 주석(Tin), 이산화티타늄(TiOx) 및 크롬산화물(CrOx) 중 적어도 하나를 포함하는, 금속 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사층의 표면에 보호층을 구비하여 상기 금속 바디와 상기 보호층 사이에상기 방사층이 구비되는, 금속 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 바디와 상기 방사층 사이에 양극산화막층을 구비하는, 금속 부품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양극산화막층은, 배리어층 및 포어를 포함하는 다공층 중 적어도 하나를 포함하는, 금속 부품.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 양극산화막층은 포어를 포함하는 다공층을 구비하고, 상기 포어의 내부에 상기 방사층이 형성되는, 금속 부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 부품은, 가스 분사홀이 구비된 디퓨저인, 금속 부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방사층은 0.56이상 0.88이하의 방사율을 갖는, 금속 부품.
  9. 금속 바디 및 상기 금속 바디의 표면에 구비되는 방사층을 포함하는 금속 부품을 포함하고, 상기 금속 부품은 공정 가스가 유입되는 내부와 연통되게 구비되는, 공정 챔버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09320799A (ja) 1996-05-27 1997-12-12 Hitachi Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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