KR100540050B1

KR100540050B1 - 유공 내부재의 코팅 방법 및 이 방법에 의해 코팅된 유공내부재와, 정전 척의 코팅 방법 및 이 방법에 의해 코팅된정전 척

Info

Publication number: KR100540050B1
Application number: KR1020030064983A
Authority: KR
Inventors: 다케우치쥰; 기시다마사아키; 마츠나가다다카즈; 엔도쇼스케
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2006-01-11
Also published as: US20120200051A1; JP4260450B2; CN1492494A; US20100089323A1; US7604845B2; KR20040025842A; US20040058070A1; CN1271701C; JP2004107783A

Abstract

본 발명의 진공 처리 장치에 있어서의 유공 내부재의 코팅 방법은, 금속 재료로 이루어진 심재(22)와, 코팅막(80)에 대하여 비접합성의 수지 재료와 금속 재료의 복합체로 이루어져 심재(22)의 외주를 덮는 금속-수지 복합층(24)을 구비하는 마개(20)로, 유공 내부재(81)의 작은 구멍(78)을 막는 단계(A)와, 단계(A) 후에 유공 내부재(81)의 표면에 플라즈마 용사에 의해 세라믹 재료로 이루어진 코팅막(80)을 형성하는 단계(B)와, 단계(B) 후에 작은 구멍(78)으로부터 마개(20)를 뽑아내는 단계(C)를 포함하며, 작은 구멍을 마개로 막아 두는 기술에 있어서의 문제점을 해소하여, 품질 성능이 우수한 코팅막을 능률적으로 제작할 수 있게 된다.

Description

유공 내부재의 코팅 방법 및 이 방법에 의해 코팅된 유공 내부재와, 정전 척의 코팅 방법 및 이 방법에 의해 코팅된 정전 척{METHOD OF COATING A POROUS INNER MEMBER IN A VACUUM TREATMENT APPARATUS AND POROUS INNER MEMBER COATED BY THE COATING METHOD}

도 1은 본 발명의 실시 형태를 나타내는 진공 처리 장치의 전체 구조도,

도 2는 정전 척 부분의 확대 단면도,

도 3은 샤워 헤드 부분의 확대 단면도,

도 4는 코팅 처리 중 마개의 부착 공정을 나타내는 단면도,

도 5는 제 1 절연층의 형성 단계를 나타내는 단면도,

도 6은 전극층의 형성 단계를 나타내는 단면도,

도 7은 제 2 절연층의 형성 단계를 나타내는 단면도,

도 8은 마개 제거후의 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 마개 22 : 금속 심재

24 : 금속-수지 복합층 50 : 진공 처리 장치

60 : 샤워 헤드 66 : 분출 구멍

68 : 코팅막 70 : 재치부

78 : 가스 방출 구멍 80 : 정전 척

82 : 전극층(코팅막) 83 : 배선 또는 배선 부재

84, 84a, 84b : 절연체(코팅막)

본 발명은 진공 처리 장치에 있어서의 유공 내부재의 코팅 방법 및 그 방법에 의해 코팅된 유공 내부재에 관한 것으로, 상세하게는 반도체 웨이퍼의 제조에 사용되는 진공 처리 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼를 유지할 때에 이용되고 있는 정전 척의 흡착면 등의 표면에 작은 구멍을 갖는 유공 내부재에 내구성 등의 기능을 부여하기 위해서, 세라믹 재료의 코팅막을 형성하는 방법 및 그 방법에 의해 코팅된 정전 척 등을 대상으로 하고 있다.

정전 척은 반도체 웨이퍼에 CVD 처리나 스퍼터 처리, 에칭 처리 등을 실시할 때에, 반도체 웨이퍼를 확실히 유지하여 소정 처리를 양호하게 실시할 수 있도록 할 수 있는 수단으로서 널리 채용되고 있다.

정전 척의 기본 구조로는 도전 재료로 이루어진 전극을 절연체에 매립한 구 조를 가지며, 전극층에 고압 직류 전압을 인가함으로써, 절연체의 표면인 흡착면에 정전 흡착력을 발생시키도록 되어 있는 것이 있다.

그런데, 절연체의 흡착면에 반도체 웨이퍼가 접촉하여 스치거나, 스퍼터 처리의 스퍼터 재료 등이 충돌하거나 하면, 흡착면에 흠집이 생겨 절연성이 손상되기도 하고, 내구성이 저하된다는 문제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해서, 이하에 설명하는 기술이 알려져 있다.

예컨대, 일본 특허 공개 공보 제 1995-335732 호에 개시된 바와 같이, 정전 척의 흡착면에 Al₂O₃ 등의 세라믹 재료로 이루어진 코팅막을 플라즈마 용사에 의해 형성해 둔다. 이 코팅막이 그 하면에 배치된 부재를 보호한다. 또한, 절연체 그 자체를 세라믹 재료의 코팅막으로 형성하는 것도 가능하다.

또한, 정전 척에 반도체 웨이퍼를 흡착 유지하여 상기한 바와 같은 각종 처리를 실시할 때에, 반도체 웨이퍼의 온도가 처리 품질에 크게 영향을 주는 것이 알려져 있다. 그런데, 일본 특허 공개 공보 제 1995-335732 호에 개시된 바와 같이, 정전 척의 흡착면에 온도 조정된 He 가스 등을 분출시켜서 흡착면에 흡착 유지된 반도체 웨이퍼의 온도 조정을 하는 기술도 제안되어 있다. 이 경우, 흡착면에는 가스 방출 구멍이 마련된다.

흡착면에 가스 방출 구멍을 갖는 정전 척에, 상기한 코팅막을 형성하기 위해서는, 플라즈마 용사에 의한 코팅 단계에서 가스 방출 구멍에 코팅 재료가 들어가지 않도록 해야 하는데, 공업적으로 유효한 방법이 없었다.

예컨대, 흡착면의 가스 방출 구멍에 점착 테이프를 붙여 두는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는 점착 테이프가 가스 방출 구멍의 외측 흡착면까지를 덮게 되기 때문에, 가스 방출 구멍의 주변에는 코팅막이 형성되지 않은 영역이 생긴다.

가스 방출 구멍에 코팅막에 대하여 부착성이 적은 불소 수지로 이루어진 마개를 삽입해 두는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 가스 방출 구멍을 막는 마개는 외경이 가늘기 때문에, 코팅 처리시에 가해지는 플라즈마 용사열로 수지제의 마개가 용융되어 버려, 가스 방출 구멍을 막아 둘 수 없거나, 용융한 수지가 가스 방출 구멍의 내부에 낙하하여 고착되어 버리거나 하는 문제가 발생한다.

정전 척의 가스 방출 구멍은 상기한 절연체의 뒤쪽에서, 정전 척 장치에 내장된 가스 공급로에 연결되어 있다. 가스 방출 구멍 내부에서 가스 공급로에 낙하하여 고착되어 버린 마개의 수지는 뒤에서 제거하는 것은 매우 어렵다. 미량의 수지라도 잔류되어 있으면, 정전 척을 사용하여 반도체 웨이퍼에 CVD 처리 등을 실시했을 때에, 상기 잔류 수지가 증발하여 처리 품질에 악영향을 미친다.

상기 마개의 재료에 금속을 사용하면, 플라즈마 용사의 열로도 용융되지 않도록 할 수 있지만, 금속 재료에 코팅 재료가 접합되어 버린다. 코팅 공정후에, 마개를 빼내려고 하면, 코팅막에 접합된 마개는 쉽게 빠지지 않는다. 무리하게 빼내면, 코팅막에 박리나 균열이 발생한다.

또한, 마개를 빼내기 전에, 이미 코팅막에 극미한 균열이 발생되어 있을 수 있다. 이는 플라즈마 용사열에 의해 열팽창하고, 그 후에 냉각하는 마개와 코팅막 과의 열변형 거동의 차이에 의해 양자간에 열응력이 발생하여, 이 열응력이 과대해짐으로써 코팅막에 균열 등의 결함이 발생하는 것이라 생각된다. 마개와 코팅막이 강하게 접합되어 있으면 상기 열응력이 커진다.

상기 문제점은 정전 척 뿐만 아니라, 각종 진공 처리 장치에서 처리실의 내부에 설치되는 부재로써 표면에 작은 구멍을 갖는 것에 코팅막을 형성하는 경우에도 일어난다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 정전 척 등의 진공 처리 장치에 있어서의 유공 내부재의 코팅 방법에 있어서, 작은 구멍을 마개로 막아 두는 기술에 있어서의 문제점을 해소하여 품질 성능이 우수한 코팅막을 능률적으로 제작할 수 있도록 하는 동시에, 이러한 방법을 이용하여 유공 내부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 청구 범위 제 1 항에 기재된 발명은, 진공 처리 장치내에 설치되는 동시에 표면에 작은 구멍을 갖는 내부재에 대하여, 상기 작은 구멍을 갖는 내부재의 표면에 세라믹 재료로 이루어진 코팅막을 형성하는 유공 내부재의 코팅 방법에 있어서, 금속 재료로 이루어진 심재와, 상기 코팅막에 대하여 비접합성의 수지 재료와 금속 재료의 복합체로 이루어져 심재의 외주를 덮는 금속-수지 복합층을 구비하는 마개로, 상기 내부재의 작은 구멍을 막는 단계(A)와, 상기 단계(A) 후에 상기 내부재의 표면에 플라즈마 용사에 의해 세라믹 재료로 이루어진 코팅막을 형성 하는 단계(B)와, 상기 단계(B) 후에 상기 내부재의 작은 구멍으로부터 상기 마개를 빼내는 단계(C)를 구비한 유공 내부재의 코팅 방법이다.

본 발명의 청구 범위 제 2 항에 기재된 발명은, 상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며, 상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이고, 상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며, 상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며, 상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y ₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며, 상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부재의 표면으로부터 1 내지 3㎜ 돌출되도록 부착하는 청구 범위 제 1 항에 기재된 유공 내부재의 코팅 방법이다.

본 발명의 청구 범위 제 3 항에 기재된 발명은, 진공 처리 장치내에 설치되는 동시에 표면에 가스 방출 구멍이 되는 작은 구멍을 갖는 내부재인 정전 척의 기대부에, 절연층이 되는 코팅막 및 절연층에 매립된 전극층이 되는 코팅막을 형성하는 정전 척의 코팅 방법에 있어서, 제 1 항에 정의되는 코팅 방법으로, 상기 기대부의 표면에 Al₂O의 코팅막으로 이루어진 제 1 절연층을 형성하는 단계(D)와, 금속 재료로 이루어진 마개로, 상기 기대부의 가스 방출 구멍을 막는 단계(A)와, 상기 단계(A) 후에, 상기 제 1 절연층의 표면에 플라즈마 용사에 의해 텅스텐의 코팅막을 형성하는 단계(B)와, 상기 단계(B) 후에, 상기 기대부의 가스 방출 구멍으로부터 상기 마개를 빼내는 단계(C)를 거쳐서, 상기 제 1 절연층의 위에 배치되는 상기 전극층을 형성하는 단계(E)와, 제 1 항에 정의되는 코팅 방법으로, 상기 전극층의 위에, Al₂O₃의 코팅막으로 이루어진 제 2 절연층을 형성하는 단계(F)를 구비한 정전 척의 코팅 방법이다.

본 발명의 청구 범위 제 4 항에 기재된 발명은, 상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지고, 상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이며, 상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며, 상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며, 상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y ₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며, 상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부재의 표면에서 1 내지 3㎜ 돌출하도록 부착하는 청구 범위 제 3 항에 기재된 정전 척의 코팅 방법이다.

본 발명의 청구 범위 제 5 항에 기재된 발명은, 제 1 항에 정의되는 유공 내부재의 코팅 방법을 이용하여 제조되는 유공 내부재이다.

본 발명의 청구 범위 제 6 항에 기재된 발명은, 상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며, 상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이며, 상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며, 상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며, 상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y ₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며, 상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부 재의 표면으로부터 1 내지 3㎜ 돌출되도록 부착하는 청구 범위 제 5 항에 기재된 유공 내부재이다.

본 발명의 청구 범위 제 7 항에 기재된 발명은, 제 3 항에 정의되는 정전 척의 코팅 방법을 이용하여 제조되는 정전 척이다.

본 발명의 제 8 항에 기재된 발명은, 상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며, 상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이고, 상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며, 상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며, 상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y₂O ₃으로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료로 이루어지며, 상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부재의 표면으로부터 1 내지 3㎜ 돌출되도록 부착하는 청구 범위 제 7 항에 기재된 정전 척이다.

(1) 진공 처리 장치의 유공 내부재

진공 처리 장치란, 반도체 웨이퍼의 제조 가공 장치 등의 처리실을 대기압보다 낮은 진공 상태로 하여, 피처리물에 에칭이나 박막 형성 등의 처리를 실시하는 장치를 대상으로 하고 있다. 진공 상태에는, 단순히 공기를 진공 배기한 협의의 진공 상태 외에, 진공중에 불활성 가스 등이 존재하는 경우, 플라즈마 가스나 이온 가스가 존재하는 경우도 포함된다.

유공 내부재는 이러한 진공 처리 장치의 처리실 내부에 설치되는 기기나 부품 등으로써, 그 표면에 작은 구멍을 갖는 부재이다.

유공 내부재 중 작은 구멍을 갖는 표면의 재질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 스테인레스 등의 금속 재료가 일반적이다. 알루미늄의 표면에 알루마이트 처리를 실시해 둘 수도 있다.

유공 내부재의 구체 예로써, 정전 척이나 샤워 헤드를 들 수 있다.

[정전 척]

반도체 웨이퍼를 정전 흡착하는 흡착면에 열전도 가스를 분출하는 가스 방출 구멍을 갖는 정전 척이면, 구체적인 구조나 사용 재료에 대해서는 한정되지 않는다.

통상의 반도체 웨이퍼 처리 장치나 반송 취급 장치에 조립되어 있는 정전 척 기구 또는 장치에 적용할 수 있다.

예컨대, 반도체 웨이퍼 처리 장치로써 CVD 처리나 스퍼터 처리, 에칭 처리 등을 실시하는 플라즈마 처리 장치를 들 수 있다. 소위 드라이 프로세스 장치에 적용할 수 있다.

반도체 웨이퍼는 실리콘 등의 각종 반도체 재료의 박판이며, 전자 소자 등을 제작하는 기판이 되는 재료이다. 정전 흡착은 흡착하는 재료의 재질에는 그다지 영향받지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼의 재료는 비교적 자유롭게 선택할 수 있다.

정전 척에 있어서, 정전 흡착력을 발생하는 구조로서는, 절연체의 내부에 도 전막 등으로 이루어진 전극이 매립되고, 전극에 직류 고전압을 인가하는 기구를 구비한 것이 있다. 전극 및 절연체의 재료나 형상 및 구조는 통상의 정전 척과 동일한 범위에서 변경할 수 있다.

정전 척은 정전 흡착하는 반도체 웨이퍼의 형상 치수에 맞춘 흡착면을 갖고 있다. 예컨대, 원형의 반도체 웨이퍼에는 동일한 외형을 갖는 흡착면을 구비해 두는 것이 바람직하다. 흡착면은 보통 평활면이지만, 반도체 웨이퍼의 위치 결정 구조 등이 되는 요철을 갖는 경우도 있다.

작은 구멍이 되는 가스 방출 구멍은 정전 척의 흡착면에 개구되어 있으면 그 배치 구조는 적절히 설정할 수 있다. 흡착면 중 반도체 웨이퍼에 접촉하는 영역의 전체에 간격을 두고 다수의 가스 방출 구멍을 마련할 수 있다. 흡착면의 장소에 따라, 가스 방출 구멍의 배치 밀도를 변경할 수도 있다. 가스 방출 구멍의 단면 형상은 원형이 일반적이지만, 장원형이나 타원형 등도 채용할 수 있다. 내경은 통상 0.3 내지 5.0㎜의 범위로 설정된다. 내경이 다른 복수종의 가스 방출 구멍을 배치할 수도 있다.

가스 방출 구멍은 직선 구멍인 것이 일반적이지만, 테이퍼 구멍이나 단차 구멍일 수 있다. 가스 방출 구멍의 내부는 열전도 가스가 공급되는 가스 방출로에 접속된다. 가스 방출 구멍의 깊이는 가스 방출로에 내벽에 이르기까지의 깊이를 포함하여 1 내지 50㎜의 범위이다.

가스 방출로는 가스 방출 구멍의 배치에 맞추어 분기 또는 합류, 또는 지름을 변경하거나 하여 배치되어, 열전도 가스의 공급원에 접속된다.

열전도 가스는 반도체 웨이퍼에 대한 온도 조정을 할 수 있으면, 가스의 종류는 한정되지 않는다. 보통, He 등의 불활성 가스가 사용된다.

[샤워 헤드]

상기 정전 척은 처리 장치내에서 반도체 웨이퍼를 재치하는 하부 전극측에 설치되는데 반해, 샤워 헤드는 상부 전극측에 설치되고, 에칭 가스 등의 처리 가스를 분출시켜서 반도체 웨이퍼 등의 피처리물에 필요한 처리를 행하는 부재이다. 샤워 헤드에는 처리 가스의 분출 구멍이 마련된다.

샤워 헤드 중, 분출 구멍을 갖는 표면의 재질 구조, 분출 구멍의 치수 형상 등은 상기한 정전 척에 있어서의 가스 방출 구멍과 동일한 기술 조건을 채용할 수 있다.

(2) 코팅막

코팅막은 예컨대, 정전 척의 흡착면에서 절연체를 덮어 보호하거나, 절연체나 전극층 그 자체를 구성한다. 또한, 샤워 헤드 중 분출 구멍이 설치되어 있는 표면을 보호한다. 그 밖에, 작은 구멍을 갖는 내부재의 표면을 물리적 또는 화학적으로 보호하거나, 소정 기능을 부여한다.

이러한 목적을 달성할 수 있으면, 코팅막의 재질이나 구조는 한정되지 않는다.

각종 반도체 웨이퍼 처리 장치에 설치되는 내부재로는 이들 처리에 견딜 수 있는 코팅막의 재료가 선택된다.

코팅막에 유용한 특성으로써, 기계적 강도, 내구성, 내마모성, 비반응성, 내 식성, 내열성 등을 들 수 있다. 예컨대, 코팅막으로 덮여진 정전 척의 정전 흡착 기능을 손상하지 않는 재료가 바람직하다.

이러한 특성을 구비한 코팅막의 재료로서는, Al₂O₃, AlN, TiO₂, YiO₃ 등을 들 수 있다. 재질이 다른 복수의 코팅막을 적층하거나, 복수의 재료가 혼합되어 코팅하거나 할 수도 있다.

코팅막의 두께는 목적에 따라서 다르지만, 보통 50 내지 1000㎛의 범위로 설정할 수 있다.

세라믹 재료에 의한 코팅막에는 실리콘 수지액 등을 함침시켜서 코팅막의 기공을 메우는 구멍 밀봉 처리를 하거나, 코팅막의 표면을 연마 마무리하거나 할 수도 있다.

(3) 마개

마개는 유공 내부재의 작은 구멍을 막아서 플라즈마 용사에 의한 코팅 공정에서 용사 재료가 작은 구멍 내부에 침입하거나 부착되거나 하는 것을 방지한다.

마개는 적어도 작은 구멍의 개구에 대응하는 부분에서, 작은 구멍의 내부형상에 대응하는 외부형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 상기한 작은 구멍의 단면 형상에 맞추어 원형, 타원형 등의 단면 형상을 갖고 있다.

마개는 전체가 동일한 단면 형상일 수 있고, 길이 방향으로 단면 형상이 다른 부분이 있을 수 있다. 마개 중, 작은 구멍의 개구에 대응하는 부분 이외, 예컨대, 내부에 배치되는 부분에서는 작은 구멍의 내부형상과의 사이에 간극이 나 있는 형태여도 상관없다. 작은 구멍 외부에 배치되는 부분에서는 용사에 방해되지 않는 형상이면, 작은 구멍의 내부형상과 다른 형상이어도 상관없다. 마개 중, 작은 구멍에 삽입되는 측의 선단에는 모따기부나 R형상부 또는 테이퍼부를 마련해 두면 작은 구멍으로의 삽입을 용이하게 할 수 있다.

마개의 외경은 작은 구멍의 개구에 대응하는 부분에서는 작은 구멍의 내경과 실질적으로 동일하게 설정된다. 장착시에는 체결 여유가 없어서 스무스하게 장착할 수 있고, 플라즈마 용사 공정에서 마개가 열팽창했을 때에 마개와 작은 구멍 사이에 충분한 체결 여유가 발생하도록 설정해 둠으로써, 마개의 장착 작업을 능률적으로 행할 수 있다.

마개의 길이는 작은 구멍에 장착 가능하여 작은 구멍을 막을 수 있는 길이면 좋다. 작은 구멍을 막았을 때에, 작은 구멍의 표면으로부터 1 내지 3㎜ 돌출하는 전장을 갖는 것이 바람직하다. 이 범위이면, 용사 공정에서 마개가 작은 부분을 형성하여 흡착면으로의 용사 재료의 부착을 저해하지 않고, 마개를 용이하게 빼낼 수 있다.

[심재]

심재는 금속 재료로 이루어진다. 용사 공정에 있어서의 온도 상승에 견딜 수 있는 내열성 있는 금속이 바람직하다. 열팽창율이 수지 재료에 비해 충분히 작은 금속이 바람직하다. 용사 공정 후에, 작은 구멍으로부터 빼낼 수 있는 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다. 금속-수지 복합층과의 일체성이 우수한 재료가 바람직하다.

구체적인 금속 재료로서는 강 등의 철계 금속, 알루미늄, 구리, 니켈 등을 들 수 있다. 이들 금속의 단체에 더하여 이들 금속끼리 또는 다른 금속과의 합금도 채용할 수 있다.

심재의 외경은 작은 구멍의 내경에 맞추어 설정할 수 있다. 보통은, 0.5 내지 3㎜의 범위로 설정된다.

[금속-수지 복합층]

코팅막에 대하여 비접합성의 수지 재료와 금속 재료의 복합체로 이루어져 심재의 외주를 덮는다. 금속-수지 복합층은 금속 재료의 매트릭스에 수지 재료가 미크로 상태로 유지되어 복합 일체화된 것이다. 단순히, 금속층과 수지층이 적층되어 있는 것은 제외한다.

수지 재료는 코팅막의 재질이나 용사 조건에 따라 코팅막에 대한 접합성이 다르다. 코팅막에 대한 비접합성이란, 수지 재료에 코팅막이 부착되더라도 용이하게 분리할 수 있다는 것이다. 비접합성의 재료로써, 일반적으로는 잘 젖지 않는 저마찰계수로 미끄럼성이 좋고, 늘어 붙음이 없는 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 불소 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드-이미드 수지 등을 들 수 있다.

불소 수지로서는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTEF) 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE) 등을 들 수 있다.

금속 재료는 수지 재료를 유지하고, 금속-수지 복합층의 기계적 강도를 부담하여 열변형을 억제하는 기능을 갖는다. 구체적인 재료로써, Ni, Fe, Cu, Zn, Sn, Al의 금속 단체 또는 합금을 들 수 있다. 이들 금속끼리 또는 다른 금속과의 합금일 수도 있다. 알루마이트 등의 금속 산화물도 사용할 수 있다.

금속과 수지의 비율에 따라서 금속-수지 복합층으로서의 경도 또는 강도나, 표면의 비접합성 등의 특성이 변한다. 수지가 많을수록 표면의 비접합성은 향상되지만, 경도나 강도, 내열성은 저하되는 경향이 있다. 구체적으로는, 재료의 조합에 따라서도 다르지만, 금속-수지 복합층중의 수지량을 10 내지 30중량%의 범위로 설정할 수 있다.

금속-수지 복합층의 두께는 10 내지 50㎛의 범위로 설정된다. 너무 얇으면, 작은 구멍으로의 장착시나 플라즈마 용사 공정에서 손상되어 버려 코팅막과의 비접합 기능을 충분히 발휘할 수 없게 된다. 너무 두꺼우면, 제작에 시간과 비용이 든다.

금속-수지 복합층은 심재 중 적어도 작은 구멍과 접촉하는 부분 또는 그 주변에 마련해 두면 좋다. 물론, 심재의 전장에 걸쳐 금속-수지 복합층을 마련할 수도 있다.

금속-수지 복합층의 제작 방법으로서는, 상기한 금속-수지 복합층의 구조를 가져 목적하는 기능을 발휘할 수 있으면, 통상의 금속-수지 복합체의 형성 수단을 적용할 수 있다. 구체적으로는, 수지 입자가 분산된 금속 도금층, 수지 재료가 함침된 다공질 금속층, 수지 입자가 봉입된 다공질 금속층 등을 채용할 수 있다.

[불소 수지 입자 분산 무전해 니켈 도금층]

금속-수지 복합층으로서, 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층을 채용할 수 있다. 카니프론(일본 카니젠 주식회사의 상표) 처리막으로 알려져 있으며, 입경 1㎛ 이하 정도의 불소 수지의 미분말이 분산된 도금액중에서 니켈 도금 처리를 실시함으로써 형성할 수 있다. 니켈 도금에는 인을 배합해 둘 수 있다.

카니프론 처리막의 구체예로서, Ni 83 내지 86중량%, P 7.5 내지 9중량%, PTFE 수지 6 내지 8.5중량%(20 내지 25용량%), 밀도 6.4 내지 6.8g/㎤의 것이나, Ni 88 내지 90중량%, P 8 내지 9.5질량%, PTFE 수지 1.5 내지 3중량%(5 내지 10용량%), 밀도 7.3 내지 7.6g/㎤의 것을 들 수 있다.

(4) 마개 부착

마개는 유공 내부재의 작은 구멍에 장착된다. 구체적으로는, 마개의 선단측을 작은 구멍에 밀어 넣고, 작은 구멍을 마개로 덮는 동시에, 마개를 작은 구멍에 지지시킨다.

마개의 외경과 작은 구멍의 내경과의 사이에 체결 여유가 있으면 작은 구멍과 마개 사이에 간극이 생기지 않아 마개의 고정도 강고해진다. 실용적으로는, 체결 여유가 거의 없는 상태라도, 용사 재료의 침입은 그다지 문제가 되지 않는다. 마개를 수작업으로 작은 구멍에 밀어 넣을 수 있는 정도의 끼워 맞춤이 부착 작업을 용이하게 할 수 있다.

마개는 선단이 작은 구멍의 바닥 또는 작은 구멍에 연결된 통로의 내벽에 도달할 때까지 밀어 넣도록 하면 작업성이 좋다. 마개를 고정할 수 있으면, 작은 구멍의 도중까지 삽입하는 것만으로도 상관없다.

마개로 작은 구멍을 막은 상태에서, 마개 중 작은 구멍 외부로 돌출한 부분의 일부 또는 전부를 절제해 둘 수 있다. 마개가 길게 돌출되어 있으면, 용사 재료의 흐름을 방해하여 작은 구멍의 주변에서의 코팅막의 두께가 부분적으로 얇아진다.

단, 코팅막의 작성후에 마개를 제거할 때에는, 어느 정도의 길이로 마개가 남아 있는 편이 편리한 경우가 있다. 때문에, 작은 구멍의 표면에서 돌출하는 마개의 길이를 1 내지 3㎜로 설정할 수 있다. 마개의 외주에는 돌출 부분의 제거 작업을 용이하게 하기 위한 네킹이나 균열, 완충부 등을 마련해 둘 수도 있다.

긴 선형 또는 막대형의 마개를 작은 구멍에 장착하고, 작은 구멍 외부에서 마개를 절단하는 작업을 반복하면, 1개의 마개를 복수 부분의 작은 구멍에 순차적으로 부착할 수 있다.

(5) 코팅 방법

플라즈마 용사법은 세라믹의 용사 재료를 플라즈마 흐름에 의해 가속하여 대상물의 표면에 코팅한다.

플라즈마 용사의 처리조건으로서, 일반적으로는 플라즈마 온도를 1200 내지 1500℃로 설정한다. 여기에서, 플라즈마 온도란, 플라즈마 제트가 피용사면에 조사될 때의 온도로 규정한다. 플라즈마 제트가 용사기로부터 조사된 단계에서의 초 기 온도가 아니다. 초기 온도는 상기 온도 범위보다 높을 수 있다. 처리 시간은 1 패스당 300 내지 500㎜/sec의 범위이다. 이 범위의 처리 조건이면 마개가 용융하여 탈락하거나 구멍부에 고착되어 버리거나 하는 것을 회피할 수 있다.

플라즈마 용사 처리시에 대상물의 표면을 가열해 두거나, 대상물의 표면을 조면화해 두거나 하면, 코팅막의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

(6) 마개의 제거

코팅막이 형성되어 용사 공정이 종료되면, 내부재의 표면의 작은 구멍으로부터 마개를 빼낼 수 있다.

보통은, 마개의 상부를 공구 등으로 뽑아낼 수 있다. 마개의 금속-수지 복합층은 코팅막에 대한 접합성이 매우 낮기 때문에, 큰 힘을 가하지 않고 마개를 뽑을 수 있다.

마개를 제거할 때에 마개의 표면에 부착된 용사 재료를 흡착면의 코팅막과 분리해 둘 수 있다.

(7) 정전 척의 코팅 방법

정전 척의 구조로서, 알루미늄 등의 금속으로 이루어진 기대부에, 절연층 및 절연층에 매립된 전극층을 순차척으로 코팅 형성하는 방법을 적용할 수 있다. 구체적으로는 이하의 방법이 채용된다.

기본적으로는, 가스 방출 구멍에 마개를 장착하고, 플라즈마 용사로 코팅막을 형성하여, 마개를 제거하는 작업 공정을 반복한다.

단계(D) : 기대부의 표면에 Al₂O₃의 코팅막으로 이루어진 제 1 절연층을 형성한다. 상기한 금속-수지 복합층이 부착된 마개를 사용함으로써, Al₂O₃의 코팅막을 양호하게 형성할 수 있다.

단계(E) : 제 1 절연층 위에, 텅스텐의 코팅막으로 이루어진 전극층을 형성한다. 마개로는 강재 등의 금속 재료로 이루어진 것을 사용함으로써, 텅스텐의 코팅막을 양호하게 형성할 수 있다. 금속-수지 복합층이 부착된 마개를 사용하는 것에 비해 비용을 저감시킬 수 있다.

단계(F) : 전극층 위에, Al₂O₃의 코팅막으로 이루어진 제 2 절연층을 형성한다. 제 1 절연층과 마찬가지로, 금속-수지 복합층이 부착된 마개를 사용한다.

또한, 이 코팅 방법을 이용하여 정전 척을 제조할 수도 있다.

상기 방법에 따르면, 플라즈마 용사로 형성하는 코팅막의 재료에 맞추어 마개의 재료를 바꿈으로써, 어떠한 코팅막에 대해서도 양호한 마무리 품질을 달성할 수 있다.

정전 척의 절연층 및 전극층을 코팅 기술에 의해 효율적으로 제작할 수 있고, 각 층의 품질 성능도 우수한 것으로 되어, 정전 척의 성능을 향상시킬 수 있다.

이하에, 이 발명의 실시 형태를 도 1 내지 도 8에 의거하여 상세히 설명한다.

(1) 반도체 웨이퍼 처리 장치

도 1 내지 도 3에 나타내는 실시 형태는 정전 척 및 샤워 헤드가 장비된 반도체 웨이퍼용의 플라즈마 처리 장치이다.

[전체 구조]

도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼용 플라즈마 처리 장치(50)는 처리실(52)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)가 재치되어 하부 전극이 되는 재치부(70)와, 그 상방에 대향하여 배치되어 상부 전극이 되는 샤워 헤드(60)를 구비하고 있다. 재치부(70)의 상단면이 정전 척(80)으로 되어 있다. 재치부(70)와 샤워 헤드(60)와의 간격은 5 내지 150㎜의 범위로 설정된다.

샤워 헤드(60)에는 고주파 인가선(63)이 접속되고, 고주파 인가선(63)에 접속된 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기 등을 거쳐서 13.56 내지 100㎒의 고주파 전력이 인가된다. 재치부(70)에도 동일한 고주파 인가선(72)이 접속되어, 2 내지 13.56㎒의 바이어스 고주파 전력이 인가된다.

처리실(52)은 진공 배기구(54)로부터 진공 배기되어, 처리실(52)의 내부가 소정의 진공 상태로 유지된다. 처리실(52)은 인접하는 진공 예비실(51)과 연통해 있어서 진공 예비실(51)과 처리실(52) 사이에서 반도체 웨이퍼(W)가 출납된다. 도시를 생략했지만, 진공 예비실(51)에는 반도체 웨이퍼(W)를 이송하기 위한 반송 암이 장비되어 있어, 진공 예비실(51)로부터 처리실(52)로 연장된 반송 암이 반도체 웨이퍼(W)를 재치부(70)의 소정 위치에 배치하거나 들어 올린다.

[정전 척의 상세 구조]

도 2에 상세히 도시한 바와 같이, 정전 척(80)은 재치부(70)의 상단면에 구 성된다. 알루미늄 등의 금속으로 이루어진 기대부(81)의 상면으로부터 측면에 걸쳐서 Al₂O₃의 코팅막으로 이루어진 절연체(84)가 형성되고, 절연체(84) 중 상단면의 부분에서는 내부에 텅스텐막으로 이루어진 전극층(82)이 매립되어 있다. 전극층(82)에는 기대부(81)의 내부를 통해 외부로 연장되는 배선(83)이 접속되고, 배선(83)에 접속된 가변 전압원으로부터 직류 고전압이 인가된다. 전극층(82)에 직류 고전압이 인가되면, 절연체(84)의 표면에 정전 흡착력이 발생하여 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 고정할 수 있다.

정전 척(80)에는 상면의 전체에 걸쳐 가스 방출 구멍(78)이 마련되어 있다. 가스 방출 구멍(78)은 기대부(81)의 내부를 통과하는 가스 통로(74)에 연결되어 있다. 가스 통로(74)에는 He 가스 등의 열전달 가스가 공급되고, 가스 방출 구멍(78)으로부터 반도체 웨이퍼(W)에 분사된 열전달 가스가 반도체 웨이퍼(W)의 온도 조정을 한다. 도시를 생략하지만, 기대부(81)의 내부에는 냉매 통로가 마련되어 있어 기대부(81)를 냉각할 수 있다.

정전 척(80)의 외측 재치부(70)에는 정전 척(80)에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 하여 포커스 링(76)이 설치되어 있다. 포커스 링(76)은 처리실(52)에서 하는 처리의 내용에 따라 재질이 다른 것이 사용된다. 구체적으로는, 예컨대 도전성 재료 또는 절연성 재료가 선택되어, 반응성 이온을 가두거나 확산시키는 작용을 한다.

[샤워 헤드의 상세 구조]

도 3에 상세히 도시한 바와 같이, 샤워 헤드(60)에는 처리 가스 공급관(62)이 접속되어, 처리 방법에 맞추어 염소계 가스 등의 처리 가스가 공급된다. 샤워 헤드(60)의 내부는 공동으로 되어 있고, 하면에는 다수의 분출 구멍(66)이 뚫려 있다. 분출 구멍(66)으로부터 분출된 처리 가스는 고주파 전력의 인가에 의해 플라즈마화하여, 피처리 기판(W)에 에칭 처리를 실시한다. 반도체 웨이퍼(W)의 전면에 적절한 처리가 이루어지도록 분출 구멍(66)의 지름이나 배치가 설정되어 있다.

도시를 생략했지만, 샤워 헤드(60)의 내부 공간에는 처리 가스를 확산시키는 확산판이 배치되어 있다.

(2) 코팅 처리

상기한 바와 같은 구조를 구비한 반도체 웨이퍼용의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 정전 척(80)의 절연체(84) 및 전극층(82)이 되는 코팅막을 형성하는 방법을 설명한다.

도 4 내지 도 8은 상기 실시 형태의 처리장치에서, 재치부(70)의 상단면에 코팅막(80)을 형성하는 공정을 체계적으로 나타내고 있다.

[제 1 절연체층]

도 4에 도시한 바와 같이, 재치부(70)의 상부를 구성하는 기대부(81)에는 가스 방출 구멍(78)이 뚫려 있다. 또한, 기대부(81)에 설치된 배선 부재(83)의 선단이 기대부(81)의 상면에 돌출되어 있다. 배선 부재(83)는 도전 재료인 티타늄으로 이루어지며, 전면에 절연 재료인 Al₂O₃층이 코팅되어 있고, 기대부(81)와 절연 격리 되어 있다.

기대부(81)의 상면에 제 1 절연체층(84a)을 형성하기 전에, 조면화 처리를 해 두면, 절연체층(84a)과의 접합성이 향상된다. 또한, 조면화 처리시에도 가스 방출 구멍(78)을 마개 등으로 막아 두면, 가스 방출 구멍(78)의 내부에 처리 재료 등이 침입하지 않는다. 이 경우에 사용하는 마개는 강선 등으로 충분하며, 플라즈마 용사 처리전에 뽑아 둔다.

조면화 처리가 실시된 기대부(81)에 가스 방출 구멍(78)을 막는 마개(20)를 장착한다. 마개(20)는 가스 방출 구멍(78)과 동일 단면 형상의 선재로 이루어진다. 마개(20)는 심재(22)와, 심재(22)의 외주면을 덮는 금속-수지 복합층(24)을 갖는다. 심재(22)는 강선으로 형성되어 있다. 금속-수지 복합층(24)은 PTFE 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금막인 통칭 카니프론(일본 카니젠 주식회사의 상표) 처리막으로 이루어진다. 마개(20)의 선단에는 모따기 가공이 실시되어 있어 가스 방출 구멍(78)에 끼워 넣기가 용이하도록 되어 있다.

마개(20)는 가스 방출 구멍(78)에 끼워진다. 도 4의 우측에서 좌측의 상태가 되기까지 끼워진다. 마개(20)의 상단이 가스 방출 구멍(78) 위에 조금 노출되는 정도로 배치된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 가스 방출 구멍(78)이 마개(20)로 막혀진 기대부(81)의 표면에 플라즈마 용사 처리를 실시하여 제 1 절연체층(84a)이 되는 Al₂O₃의 코팅막을 두께 약 500㎛로 형성한다. 코팅막은 배선 부재(83)를 덮어 가리 도록 형성된다. 코팅 처리전에, 기대부(81)를 약 150℃로 가열 승온시켜 둔다. 이에 따라, 코팅막이 배선 부재(83)와 접촉하는 부분 등에서 코팅막에 크랙 등의 결함이 발생하는 것을 방지한다.

마개(20)로 막혀진 가스 방출 구멍(78)에는 용사 재료가 침입하는 일이 없다. 마개(20)는 금속 재료로 이루어진 심재(22) 및 금속-수지 복합층(24)의 어느 것에 대해서도 충분한 내열성을 갖고 있기 때문에, 플라즈마 흐름 및 용사 재료로부터의 열이 가해져도 녹거나 과잉으로 변형되거나 하는 일은 없다. 또한, 마개(20)는 기대부(81)의 재료 및 코팅막(84a)에 대한 열팽창율의 차이가 수지제의 마개에 비해 훨씬 적기 때문에, 플라즈마 용사중과 그 후의 냉각 과정에서, 코팅막(84a)과의 사이에 큰 열응력이 발생하는 일도 없다. 코팅막(84a)에 냉각 과정에서 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

플라즈마 용사 작업이 끝나고, 코팅막(84a)이 형성된 후, 마개(20)는 제거된다. 마개(20)와 코팅막(84a)과의 접촉 부분에는, 코팅막(84a)에 대한 접합성이 거의 없는 금속-수지 복합막(24)이 배치되어 있기 때문에, 마개(20)를 상방으로 그대로 뽑거나, 조금 비틀도록 뽑아 올리는 것만으로 마개(20)는 코팅막(84a)과 용이하게 분리되어 마개(20)만을 뽑아낼 수 있다. 마개(20)와 함께 코팅막(84a)의 일부가 벗겨지거나, 코팅막(84a)의 안 가장자리에 균열이 가거나 하는 것이 방지된다.

마개(20)를 제거한 후, 코팅막(84a)의 표면을 약 400㎛ 연마하고, 표면을 평활화시켜 제 1 절연체층(84a)이 완성된다. 이 때, 배선 부재(83)를 덮는 부분의 코팅막(84a)도 깍인다(도 6 참조). 배선 부재(83)의 선단에는 도전 재료인 티타늄 이 노출된다. 연마 처리후에는 세정이나 건조 처리가 실시된다.

[전극층]

도 6에 도시한 바와 같이, 가스 방출 구멍(78)에 강선으로 이루어진 마개(26)를 장착한다. 이 마개(26)는 상기 마개(20)의 심재(22)와 동일 강 재료로 이루어지고, 외형은 마개(20)와 동일하다.

마개(26)를 장착한 후, 제 1 절연체층(84a)의 표면을 조면화 처리한다. 이어서, 전극층(82)이 되는 텅스텐의 코팅막을 상기와 같은 플라즈마 용사 처리로 약 50㎛의 두께로 형성한다. 배선 부재(83)의 상단면과 코팅막이 접합되어, 전기적으로 도통 가능해진다.

기대부(81)의 상면 전체에 코팅막이 형성된 후, 불필요한 부분의 코팅막을 블라스트 처리에 의해 제거하면, 전극층(82)이 형성된다.

그 후, 마개(26)를 뽑는다. 텅스텐의 코팅막은 강제의 마개(26)에 대한 접합성이 없기 때문에, 마개(26)를 용이하게 뽑을 수 있다.

[제 2 절연체층]

도 7에 도시한 바와 같이, 상기와 동일한 마개(20)를 가스 방출 구멍(78)에 장착한다.

그 후, 전극층(82)을 매립하도록, 상기와 같은 플라즈마 용사 처리로, Al₂O₃의 코팅막으로 이루어진 제 2 절연체층(84b)을 두께 약 500㎛로 전면에 형성한다. 플라즈마 용사 처리전에는 기대부(81)를 약 100℃로 가열 승온시켜 둔다.

그 결과, 상하 2층의 Al₂O₃막(84a, 84b)이 일체화된 절연체(84)에 텅스텐의 전극층(82)이 설치된 정전 척의 구조가 얻어진다.

도 8에 도시한 바와 같이, 마개(20)를 제거하면, 기본적인 코팅 처리는 종료한다.

(3) 후처리 공정

코팅막(82, 84)이 형성된 후, 필요에 따라, 각종 후처리 공정이 이루어진다.

실리콘 수지중에 코팅막의 형성 부분을 침지시켜 55 Torr의 감압하에서 탈기 처리하고, Al₂O₃으로 이루어진 절연체(84)의 미세한 기공을 실리콘 수지로 메우고, 110℃에서 가열 소성하는 구멍 밀봉 처리가 유효하다.

절연체(84)의 표면을 연마 처리하여 평활화하는 것이 유효하다. 표면 조도를 Ra 0.1 내지 1.6㎛로 마무리할 수 있다.

이러한 마무리 처리를 실시한 후의 최종적인 코팅막의 구조는 제 1 절연체층(84a)이 약 400㎛, 전극층(82)이 약 50㎛, 제 2 절연체층(84b)이 약 250㎛가 된다.

(4) 측면 부분의 절연체

도 2에 도시한 정전 척(80)의 경우, 가스 방출 구멍(78)을 갖는 기대부(81)의 상단면에서 측면에 걸쳐서 코팅막(84)이 형성되어 있다. 이 경우, 기대부(81)의 상단면에 대해서는 상기한 코팅 방법을 채용하는 동시에, 기대부(81)의 상단면의 외주 가장자리로부터 측면에 걸쳐서는 다른 공정으로 코팅막(84)을 형성할 수 있다.

예컨대, 기대부(81)의 측면을 조면화 처리한 후, 절연체(84)와 동일한 Al₂O₃코팅막을 약 600㎛ 형성하고, 기대부(81)의 측면 부분에 대해서도 절연체(84)로 덮을 수 있다. 측면 부분의 절연체(84)에도 상기한 상면 부분과 동일한 후처리 공정을 실시할 수 있다. 최종적으로 완성한, 기대부(81)의 측면 부분에 있어서의 절연체(84)의 두께는 약 300 내지 500㎛이다.

보다 구체적인 공정으로서는, 기대부(81)의 측면 부분을 마스킹한 상태에서, 상기 코팅막(82, 84)을 형성하고, 그 후 이번에는 기대부(81)의 상단면을 마스킹하여 측면 부분의 코팅 처리를 할 수 있다.

이 측면 부분의 코팅 처리에서는 가스 방출 구멍(78)은 존재하지 않기 때문에, 통상의 코팅 처리를 실시할 수 있다. 코팅 재료는 상단면의 코팅막(82, 84)과는 바꿀 수도 있다. 형성된 코팅막에는 상기와 동일한 수지에 의한 기공의 밀봉 처리를 실시할 수 있다. 수지 재료로써 실리콘 수지를 사용할 수 있다.

측면 부분의 코팅막과, 상단면의 코팅막을 일체적으로 연결시켜 놓으면, 기대부(81)의 전체에 연속하는 절연체(84)를 형성할 수 있다.

(5) 마개의 구체예

Φ1㎜의 강선에 카니프론(등록상표) 처리막(불소 수지 입자를 분산시킨 무전해 니켈-인 도금층)을 약 20㎛의 두께로 형성한다. 수득된 금속-수지 복합막이 부착된 강재를 10 내지 15㎜의 길이로 절단하여 마개(20)를 얻을 수 있다.

(6) 플라즈마 용사 조건

코팅막을 형성하는 플라즈마 용사의 구체적 처리 조건으로써 이하의 조건을 채용할 수 있다.

기재 알루미늄, 용사 재료 Al₂O₃, 플라즈마 온도 1200 내지 1500℃, 패스 속도 300 내지 500㎜/sec, 코팅된 Al₂O₃막의 두께 0.4 내지 0.5㎜.

코팅막이 형성된 후, 50 내지 60℃까지 냉각하고 나서, 마개(20)의 뽑기 작업을 하면, 비틀거나 하지 않고 수직 방향으로 뽑는 것만으로, 마개(20)는 코팅막과 용이하게 분리하여 떼어낼 수 있었다. 코팅막에는 박리나 크랙 등의 결함은 전혀 없었다. 그 후에, 연마 랩 다듬질 가공을 실시했지만, 마무리 가공후의 알루미나 피막에도 전혀 결함은 존재하지 않았다.

니켈-인 도금층에 분산된 불소 수지 미립자가 Al₂O₃막에 대한 우수한 비접합성을 발휘한 결과, Al₂O₃막에 대해 마개(20)를 스무스하게 뽑을 수 있고, Al₂O₃막의 결함도 생기지 않은 것으로 평가할 수 있다.

마개를 크롬 도금 강재로 이루어진 것으로 변경하여 동일한 코팅 공정을 실시한 결과, 마개 뽑기는 수직으로 뽑는 것만으로는 빼내기가 곤란했다. 그래서, 마개를 1/2 내지 1회전시켜 원주면에서의 부착 에지 컷팅을 실시한 후, 수직 방향으로 뽑아내었다. 그 결과는, 마개의 주변부에서 Al₂O₃막에 들뜸 박리가 발생하였다. 마개를 뽑았을 때에는 박리가 없었던 경우에도 그 후에 연마 랩 다듬질 가공 을 실시하였더니 마개를 장착한 작은 구멍의 주변부에서 Al₂O₃막에 미세한 크랙이 발생하였다.

통상적으로, 크롬 도금층에 버핑 연마를 해 두면, 세라믹 용사 피막은 부착되기 어렵다고 한다. 그러나, 작은 지름의 구멍에 장착하는 가는 마개의 경우, 플라즈마 용사시의 열로 열용량이 작은 마개의 크롬 도금층이 변질되어 Al₂O₃막에 대한 부착이 발생된 것으로 추정할 수 있다.

(7) 샤워 헤드의 코팅

기본적으로는, 상기한 정전 척에 대한 코팅 처리와 동일 재료를 이용하여 동일한 처리 조건으로 실시할 수 있다.

예컨대, 샤워 헤드(60)를 알루미늄으로 구성하고, 그 표면에 Al₂O₃의 코팅막(68)을 두께 300㎛로 형성한다. 코팅막(68)의 형성 단계에서는 분출 구멍(66)에 마개(20)를 부착해 둔다.

코팅 공정후, 코팅막(68)의 표면을 약 100㎛ 정도 연마하여 표면을 평활화시킨다.

코팅막(68)이 형성된 샤워 헤드(60)는 처리실(52)내에서 에칭 처리 등을 실시했을 때에, 처리에 따라 생성하는 부생성물이 표면에 부착되기 어려워진다. 부착되더라도 용이하게 박리 제거할 수 있게 된다.

본 발명에 관한 진공 처리 장치에 있어서의 유공 내부재의 코팅 방법은 플라즈마 용사 코팅막을 형성할 때에, 유공 내부재의 작은 구멍을 금속 심재가 금속-수지 복합층으로 덮힌 마개로 막아 둠으로써, 마개가 코팅막의 손상을 일으키는 등의 악영향을 미치지 않고, 요구 성능을 충분히 만족시키는 품질 성능이 높은 코팅막을 얻을 수 있다.

구체적으로는, 용사시에 가해지는 열로 마개가 녹는 일이 없다. 마개와 코팅막이 접합하지 않기 때문에, 마개를 제거했을 때에 코팅막의 박리나 균열 발생이 생기는 일이 없다. 마개의 열변형 특성이 코팅막 및 내부재의 구성 재료에 가깝기 때문에, 용사시의 가열 및 그 후의 냉각 과정에서 코팅막과의 사이에 과대한 열응력이 발생하지 않아, 열응력에 의한 코팅막의 손상이나 균열 발생을 방지할 수 있다.

Claims

진공 처리 장치내에 설치되는 동시에 표면에 작은 구멍을 갖는 내부재에 대하여, 상기 작은 구멍을 갖는 내부재의 표면에 세라믹 재료로 이루어진 코팅막을 형성하는 유공 내부재의 코팅 방법에 있어서,

금속 재료로 이루어진 심재와, 상기 코팅막에 대하여 비접합성의 수지 재료와 금속 재료의 복합체로 이루어져 심재의 외주를 덮는 금속-수지 복합층을 구비하는 마개로, 상기 내부재의 작은 구멍을 막는 단계(A)와,

상기 단계(A) 후에 상기 내부재의 표면에 플라즈마 용사에 의해 세라믹 재료로 이루어진 코팅막을 형성하는 단계(B)와,

상기 단계(B) 후에 상기 내부재의 작은 구멍으로부터 상기 마개를 빼내는 단계(C)를 구비한

유공 내부재의 코팅 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며,

상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이고,

상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며,

상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금 층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며,

상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며,

상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부재의 표면으로부터 1 내지 3㎜ 돌출되도록 부착하는

유공 내부재의 코팅 방법.
진공 처리 장치내에 설치되는 동시에 표면에 가스 방출 구멍이 되는 작은 구멍을 갖는 내부재인 정전 척의 기대부에, 절연층이 되는 코팅막 및 절연층에 매립된 전극층이 되는 코팅막을 형성하는 정전 척의 코팅 방법에 있어서,

제 1 항에 정의되는 코팅 방법으로, 상기 기대부의 표면에 Al₂O의 코팅막으로 이루어진 제 1 절연층을 형성하는 단계(D)와,

금속 재료로 이루어진 마개로, 상기 기대부의 가스 방출 구멍을 막는 단계(A)와,

상기 단계(A) 후에, 상기 제 1 절연층의 표면에 플라즈마 용사에 의해 텅스텐의 코팅막을 형성하는 단계(B)와,

상기 단계(B) 후에, 상기 기대부의 가스 방출 구멍으로부터 상기 마개를 빼내는 단계(C)를 거쳐서,

상기 제 1 절연층의 위에 배치되는 상기 전극층을 형성하는 단계(E)와,

제 1 항에 정의되는 코팅 방법으로, 상기 전극층의 위에, Al₂O₃의 코팅막으로 이루어진 제 2 절연층을 형성하는 단계(F)를 구비한

정전 척의 코팅 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지고,

상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이며,

상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며,

상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며,

상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며,

상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부재의 표면에서 1 내지 3㎜ 돌출하도록 부착하는

정전 척의 코팅 방법.
유공 내부재에 있어서,

제 1 항에 정의되는 유공 내부재의 코팅 방법을 이용하여 제조되는

유공 내부재.
제 5 항에 있어서,

상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며,

상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이며,

상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며,

상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며,

상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며,

상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부재의 표면으로부터 1 내지 3㎜ 돌출되도록 부착하는

유공 내부재.
정전 척에 있어서,

제 3 항에 정의되는 정전 척의 코팅 방법을 이용하여 제조되는

정전 척.
제 7 항에 있어서,

상기 내부재의 표면이 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 이루어지며,

상기 작은 구멍의 내경이 0.3 내지 5.0㎜이고,

상기 마개의 심재가 강선으로 이루어지며,

상기 마개의 금속-수지 복합층이 불소 수지 입자가 분산된 무전해 니켈 도금층으로 이루어져 두께가 10 내지 50㎛이며,

상기 코팅막이 Al₂O₃, AlN, TiO₂, Y₂O₃으로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료로 이루어지며,

상기 단계(A)가 상기 마개를 상기 내부재의 표면으로부터 1 내지 3㎜ 돌출되도록 부착하는

정전 척.