KR100859955B1 - 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 모재인 내부재의 평균 표면 거칠기(Ra)가 2.5~9㎛이며, 경우에 따라 상기 내부재에 양극산화피막이 형성되며, 상기 양극산화피막에 평균 표면 거칠기(Ra)가 3~7㎛인 플라즈마 용사 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 내부재의 손상 및 치수변화를 방지하면서 동시에 내부재와 코팅층간의 밀착성을 향상할 수 있다. 나아가, 플라즈마 처리 공정에서 발생하는 오염물인 부산물을 쉽게 부착시킬 수 있으며 부착된 부산물의 박리를 방지함으로써 우수한 내오염성을 확보할 수 있다. 또한, 내부재의 노출에 의한 전기적 아크를 사전에 방지하여 부품의 수명 연장 및 플라즈마 처리 공정의 안정화를 달성할 수 있다.
플라즈마처리, 내부재, 용사코팅, 표면거칠기, 양극산화피막

Description

플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법{Internal memeber of plasma processing container and method for preparing the same}
도 1은 일반적인 플라즈마 용사 코팅 방법의 개념을 설명하는 개략도이다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법을 나타내는 개략적인 개념도이다.
*주요 도면 부호의 간단한 설명*
1 : 세라믹 분말 2 : 플라즈마
3 : 용융된 세라믹 입자 4 : 플라스틱 용사 코팅될 내부재
5 : 세라믹 코팅층 70 : 내부재
80 : 블라스트 처리된 부분 90 : 블라스트 처리되지 않은 부분
100 : 양극산화피막 110 : 플라즈마 용사 코팅층
본 발명은 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 내플라즈마성, 내식성, 내화학성을 가질 뿐만 아니라, 내부재의 손상이나 치수 변화 없이 내부재와 코팅층간의 밀착강도를 향상시킬 수 있고, 내오염성을 가 지며, 또한, 전기 아크 발생을 억제할 수 있는 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재의 플라즈마 공정은 고파워에 의한 고밀도 플라즈마를 사용하고 있으며, 또한 각 공정에 맞는 부식성이 강한 공정 가스를 사용하고 있다. 따라서, 플라즈마 처리 공정 장비에 사용되는 부품들(플라즈마 처리 용기 내부재)에는 내식성, 내화학성 및 내플라즈마성이 요구된다.
산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3), 산화 지르코늄(ZrO2) 등의 세라믹은 금속에 비하여 내식성, 내화학성 및 내플라즈마성이 우수하다고 알려져 있으므로, 플라즈마 처리 용기 내부재에는 세라믹 코팅을 적용한다. 상기 세라믹 코팅은 일반적으로 세라믹 분말을 용융시키는 열원으로 플라즈마를 이용하는 플라즈마 용사 코팅법을 통하여 수행된다.
도 1은 일반적인 플라즈마 용사 코팅 방법의 개념을 설명하는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코팅 재료로 사용되는 세라믹 분말(1)은 이를 용융시키는 열원인 플라즈마(2)에 투입되어 용융되며, 용융된 세라믹 입자(3)는 비행하여 내부재(4)에 코팅된다. 이에 따라, 내부재(4)에는 세라믹 코팅층(5)이 형성되고 내식성, 내화학성, 내플라즈마성을 갖게 된다.
그런데, 플라즈마 용사 코팅을 통한 상기 코팅층 형성시에는 코팅층과 내부재 사이에 충분한 수준의 밀착강도(접착력)가 필요하며, 이를 위하여 밀착강도를 용이하게 제어 및 확보할 수 있는 내부재 또는 용사 코팅 방법이 요구된다.
나아가, 플라즈마 처리 용기 내부재에는, 내식성, 내화학성, 내플라즈마성이 요구될 뿐만 아니라, 제품의 수율과 작동에 치명적인 영향을 가져오는 공정중 부산물의 제어가 요구된다.
예컨대, 반도체 공정의 경우, 처리 가스로서 할로겐(F,Cl,Br)계 가스가 널리 사용되는데, 할로겐계 가스는 부식성이 매우 강할 뿐만 아니라, 공정내에서 부산물을 생성시키고, 이 부산물은 반도체 웨이퍼에 부착하여 제품의 수율을 저하시킨다. 따라서, 플라즈마 처리 용기 내부재에 내식성, 내화학성 및 내플라즈마성이 부여되는 것으로는 충분치 않고, 반도체 공정시 발생되는 부산물들로 인한 오염 문제도 역시 해결되어야 한다.
한편, 내부재의 코팅 효율을 극대화하기 위하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재상에 양극산화법으로 산화피막을 형성한 후, 플라즈마가 직접 닿게 되는 부분에 플라즈마 용사 코팅법을 통하여 세라믹 코팅층을 형성한다.
그런데, 종래에는 용사 코팅층의 접합력을 향상시키기 위하여 양극산화법에 의하여 코팅이 형성된 부분의 일부를 블라스트하여 표면 거칠기를 증가시키도록 하였다.
그러나, 양극산화 후 블라스트 공정을 수행하는 방법은 블라스트 공정으로 인하여 양극산화 코팅층이 제거되므로 내부재가 노출되는 단점이 있다.
즉, 노출된 내부재 위에 플라즈마 용사 코팅을 진행하게 되면 양극산화 코팅층과 플라즈마 용사 코팅층의 경계부위에서 완벽한 코팅이 형성되지 않으며, 이와 같이 불완전한 코팅층이 형성된 내부재를 플라즈마 처리 공정에 사용하는 경우 플 라즈마내의 전자들이 경계 부위에 집중됨으로써 아크(Arc)를 유발하게 된다. 상기 아크는 공정에 사용되는 플라즈마의 성질 변화를 초래하고 부품의 손상을 야기한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 플라즈마 용사 코팅 방법을 적용하는 경우에, 내부재의 손상이나 치수 변화없이 내부재와 코팅층 사이의 밀착강도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 플라즈마 처리 공정에서 오염물로 작용하는 부산물이 코팅층에 용이하게 부착되도록 하고, 또한, 코팅층에 부착된 부산물의 박리로 인한 추가 오염을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 양극산화 코팅 및 플라즈마 용사 코팅을 병행하는 경우에, 블라스트 처리로 인한 내부재의 노출을 방지하여 전기적 아크를 사전에 제거함으로써 내부재의 수명 연장과 플라즈마 처리 공정의 안정화를 달성할 수 있는 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 플라즈마 처리 용기 내부재에 있어서, 모재인 내부재의 평균 표면 거칠기(Ra)가 2.5~9㎛이고, 상기 내부재에 플라즈마 용사 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재에 의하여 달성 된다.
그리고, 상기 플라즈마 처리 용기 내부재는, 상기 용사 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)가 3~7㎛인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 플라즈마 처리 용기 내부재는, 상기 내부재에 양극산화피막이 형성되고, 상기 양극산화피막에 상기 플라즈마 용사 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 플라즈마 처리 용기 내부재는, 상기 플라즈마 용사 코팅층이 산화 이트륨의 코팅층인 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법에 있어서, 모재인 내부재의 표면을 블라스트 처리하여 평균 표면 거칠기(Ra)를 2.5~9㎛로 형성하는 단계(S1); 및 상기 내부재에 플라즈마 용사 코팅을 수행하여 플라즈마 용사 코팅층을 형성하는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법에 의하여 달성된다.
그리고, 상기 S3 단계는, 상기 용사 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)가 3~7㎛가 되도록 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 S3 단계는, 용사 코팅되는 세라믹 분말의 입도 분포가 10~70㎛가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 S3 단계는, 상기 용사 코팅시 용사 거리를 150±50mm가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 S3 단계는, 산화 이트륨을 플라즈마 용사 코팅하는 것이 바람 직하다.
그리고, 상기 제조 방법은, 상기 블라스트 처리된 내부재에 플라즈마 용사 코팅을 수행하기 전 양극산화피막을 형성하는 단계(S2)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 플라즈마 처리 용기 내부재 및 그 제조 방법을 상술한다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법을 나타내는 개략적인 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 종래에 양극산화피막을 형성한 후 블라스트 처리했던 것과 달리 우선적으로 플라즈마 처리 내부재(70)를 블라스트 처리하여 블라스트 처리된 표면(80)의 평균 표면 거칠기(Ra)를 2.5~9㎛가 되도록 한다(S1).
본 발명에서는 상기 내부재의 표면 거칠기(Ra)를 조절함으로써 내부재의 손상이나 치수 변화없이 내부재와 코팅층간의 밀착강도를 용이하게 향상시킬 수 있다.
즉, 내부재에 코팅층을 형성하는 경우 상기 내부재의 표면 거칠기는 내부재와 코팅층의 밀착성과 관련이 있는데, 내부재의 표면 거칠기가 높을수록 코팅층과의 밀착성은 뛰어나지만 지나치게 거친 경우 내부재에 심한 손상이 발생한다. 따라서, 내부재의 표면 거칠기(Ra)를 일정하게 조절해야만 한다.
구제적으로, 내부재의 평균 표면 거칠기(Ra)를 2.5㎛ 미만으로 하는 경우에는 밀착강도가 감소되고 코팅층이 박리될 우려가 있고, 내부재의 평균 표면 거칠기 (Ra)가 9㎛를 초과하는 경우에는 밀착강도는 증가될 수 있으나 거칠고 굵은 샌드 블라스터 분말로 인하여 내부재의 손상과 치수 변화의 위험이 발생한다. 따라서, 내부재의 평균 표면 거칠기(Ra)를 2.5~9㎛로 하면 내부재의 손상과 치수 변화없이 내부재와 코팅층간에 충분한 밀착강도를 확보할 수 있다.
다음으로, 블라스트 처리된 부분(80) 및 블라스트 처리되지 않은 부분(90)을 모두 포함하여 플라즈마 처리 용기 내부재(70)에 양극산화피막(100)을 형성할 수 있다(S2).
이와 같이 1차 블라스트 처리를 수행하여 평균 표면 거칠기를 높인 상태에서, 2차로 양극산화법에 의하여 양극산화피막(100)을 형성함으로써, 내부재의 노출을 근본적으로 방지하여 부분적으로 발생할 수 있는 아크를 차단할 수 있다.
다음으로, 상기 양극산화피막(100)[또는, 블라스트 처리된 내부재(70)]에 플라즈마 용사 코팅을 수행하여 플라즈마 용사 코팅층(110)을 형성한다(S3).
용사 코팅은 산화 알루미늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄 등의 세라믹을 코팅한다. 이때, 상기 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)는 3~7㎛가 바람직하다.
즉, 반도체 공정 등 플라즈마 처리 공정중에 발생하는 오염물 등은 앵커(anchor) 효과에 의하여 세라믹 코팅층의 표면에 부착되는데, 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)를 3㎛ 미만으로 하는 경우에는 형성된 오염물들이 부착될 확률이 감소할 뿐만 아니라 부착된 오염물들의 두께가 점점 증가될 수록 오염물층의 박리가 용이하게 되므로 2차 오염물로 다시 작용할 우려가 있다.
또한, 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)를 7㎛를 초과하도록 하는 경우에는 오 염물의 부착 정도는 다소 향상될 수 있지만 이를 위하여는 코팅층 자체의 특성을 변화시켜야 하므로 플라즈마 용사 코팅에 의하여 얻을 수 있는 내식성, 내화학성, 내플라즈마성을 달성하기가 어려워진다.
따라서, 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)를 3~7㎛로 하는 경우에 내식성, 내화학성, 내플라즈성을 달성하면서도, 오염물질을 부착 제거하고, 나아가, 오염물의 박리에 의한 2차 오염도 방지하여 내오염성을 달성할 수 있다.
한편, 용시 코팅시 용사되는 세라믹의 입도 분포를 조절함으로써 상기 평균 표면 거칠기를 조절할 수 있으며, 나아가 밀착강도를 조절할 수 있다. 코팅층의 평균 표면 거칠기 및 밀착강도를 고려하는 경우 바람직한 입도 분포는 10~70㎛이다.
입도 분포가 10㎛ 미만인 경우에는 코팅 효율이 떨어지고 코팅층의 평균 표면 거칠기가 3㎛ 미만이 되며, 입도 분포가 70㎛를 초과하는 경우에는 지나치게 큰 입자에 의하여 완전히 용융되지 않은 상태로 코팅이 진행되므로 코팅층의 평균 표면 거칠기 값은 증가될 수 있어도 밀착강도가 현저히 감소하게 된다.
용사 코팅시, 용사 거리에 따라서도 코팅층의 평균 표면 거칠기 및 밀착강도를 조절할 수 있으며, 코팅층의 평균 표면 거칠기, 밀착강도 및 물성 변화 등을 고려하여, 용사 거리를 150±50mm로 조절하는 것이 바람직다.
즉, 용사 거리가 상기 100mm 미만인 경우에는 코팅층의 평균 표면 거칠기와 밀착 강도는 다소 증가할 수 있지만 플라즈마와 내부재와의 거리가 너무 가까워 코팅층의 표면색 변화 등 물성에 악영향을 주게 된다. 그리고, 용사 거리가 200mm를 초과하는 경우에는 용사되는 세라믹 분말이 내부재까지 지나치게 먼 거리를 이동하 면서 일부 응고되어 내부재에 부착하게 되므로 밀착강도가 저하하게 된다. 따라서, 용사 거리는 대략 150±50mm로 조절하는 것이 용사 코팅층의 물성 변화없이도 우수한 밀착강도를 얻을 수 있으므로 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이다.
[사용 시편]
하기 실험예 1, 2 및 3의 측정에 사용한 시편은 50×50×5 t(mm)로 각각의 실험 조건에서 5~6회 실시하여 평균값을 산출하였다. 한편, 하기 실험예 4에서는 반도체 부품을 사용하여 공정시간에 따른 입자수를 측정하였다. 하기 실험예들에 있어서 밀착강도의 측정은 JIS H8666에 준하여 행하였다.
[실험예1 : 내부재의 평균 표면 거칠기 변화에 따른 코팅층의 평균 표면 거칠기 및 평균 밀착강도 변화 실험]
코팅이 형성되는 모재인 내부재에 샌드 블라스터(sand blaster)의 매쉬를 변경하며 평균 표면 거칠기를 조절한 후, 대기압 플라즈마 용사 코팅법을 이용하여 산화 이트륨 분말의 코팅을 수행하였다.
표 1은 샌드 블라스터의 매쉬 변경에 따른 내부재의 평균 표면 거칠기 변화와 이에 따른 코팅층의 평균 표면 거칠기 및 평균 밀착강도의 변화를 나타낸다.
본 실험예1의 실시예 용사 재질 내부재 평균 표면 거칠기 (샌드 블라스터 이용) 코팅층 평균 표면 거칠기 밀착강도 평균
매쉬(＃) Ra(㎛) Rz(㎛) Ra(㎛) Rz(㎛) Mpa
본 실험예1의 실시예1 산화 이트륨 24 9.05 32.15 4.9 19.27 32
본 실험예1의 실시예2 산화 이트륨 60 7.24 23.75 4.81 19.16 29
본 실험예1의 실시예3 산화 이트륨 80 4.37 18.17 4.75 18.42 26
본 실험예1의 실시예4 산화 이트륨 120 2.62 12.03 4.78 18.85 19
본 실험예1의 실시예5 산화 이트륨 200 2.41 11.17 4.83 18.66 18
본 실험예1의 실시예6 산화 이트륨 600 1.16 5.82 4.83 18.99 13
표 1에 나타나 있듯이, 본 실험예에 있어서 산화 이트륨 코팅층의 평균 표면거칠기(Ra)는 내부재의 평균 표면 거칠기가 변화하는 경우에도 4.75~4.9㎛ 정도를 유지하여 내부재의 평균 표면 거칠기의 변화에 민감하게 영향을 받지않음을 알 수 있었다.
평균 밀착강도에 있어서, 내부재의 평균 표면 거칠기가 9㎛를 초과하는 경우(본 실험예1의 실시예1) 평균 밀착강도는 32Mpa로 다소 증가하였으나 거칠고 굵은 샌드 블라스트의 분말로 인하여 내부재의 손상과 치수 변화가 발생하였다.
한편, 내부재의 평균 표면 거칠기가 2.5㎛ 미만인 경우(본 실험예1의 실시예 5 및 6)에는 평균 밀착강도가 낮았고(특히, 본 실험예1의 실시예6의 13Mpa) 코팅층도 박리되었다. 그러나, 내부재의 평균 표면 거칠기가 2.5~9㎛인 경우(본 실험예1의 실시예 2,3 및 4)에는 밀착강도도 양호하였고(본 실험예1의 실시예2 및 3) 내부재의 손상이나 치수 변화가 발생하지 않았다. 상기 평균 표면 거칠기가 2.62㎛ 인 경우(본 실험예1의 실시예4)에는 평균 밀착강도는 19MPa로 본 실험예1의 실시예5의 18Mpa와 대비하여 그리 높지 않았으나 내부재의 손상이나 치수 변화가 발생하지 않았다.
[실험예2 : 용사 거리 변화에 따른 코팅층의 평균 표면 거칠기 및 평균 밀착강도 변화 실험]
본 실험예2에서는 내부재의 평균 표면 거칠기를 5.04~5.34㎛ 수준으로 일정하게 한 후, 용사 거리를 변화시켜 이에 따른 코팅층 평균 표면 거칠기 변화 및 평균 밀착강도의 변화를 살펴보았다.
먼저, 샌드 블라스터의 분말 매쉬를 ＃60으로 고정하여 내부재의 평균 표면 거칠기(Ra)를 일정한 수준으로 고정한 뒤, 산화 이트륨을 대기압 플라즈마 용사 코팅하였다. 이때, 용사 거리를 조절하면서 코팅을 수행하였다.
표 2는 용사 거리 변화에 따른 코팅층의 평균 표면 거칠기 및 평균 밀착강도 변화를 나타내는 것이다.
본 실험예2의 실시예 용사재질 내부재 평균 표면 거칠기 (샌드 블러스터를 이용) 용사거리 코팅층 평균 표면 거칠기 밀착강도 평균
매쉬(＃) Ra(㎛) Rz(㎛) mm Ra(㎛) Rz(㎛) Mpa
본 실험예2의 실시예1 산화 이트륨 60 5.18 20.58 90 6.09 22.83 33
본 실험예2의 실시예2 산화 이트륨 60 5.34 20.63 150 4.89 19.49 31
본 실험예2의 실시예3 산화 이트륨 60 5.04 19.1 210 5.04 19.82 18
표 2에 나타나 있듯이, 용사 거리가 90mm로 비교적 짧은 경우(본 실험예2의 실시예1)에는 코팅층의 평균 표면 거칠기와 평균 밀착강도는 다소 증가되었지만 이 경우에는 플라즈마와 내부재와의 거리가 너무 가까우므로 산화 이트륨의 코팅층의 표면색이 변하는 등 물성에 악영향을 주었다.
한편, 용사 거리를 210mm로 조절하여 코팅층을 형성하는 경우에는 플라즈마에 의하여 용융된 산화 이트륨 분말이 먼 거리를 이동하면서 일부 응고하여 내부재에 부착되었다. 따라서, 평균 밀착강도가 18Mpa로 저하하였다.
그러나, 용사 거리를 150mm로 하는 경우에는 산화 이트륨의 물성의 변화가 없었고 평균 밀착강도도 31Mpa로 양호하였다.
따라서, 바람직한 용사 거리는 150±50mm 정도로 판단되었다.
[실험예3 : 세라믹 분말의 입도 분포 변화에 따른 코팅층 평균 표면 거칠기 및 평균 밀착강도 변화 실험]
본 실험예3에서는 세라믹 분말의 입도 분포 변화에 따른 코팅층의 평균 표면 거칠기 및 평균 밀착강도 변화를 실험하였다.
즉, 각각의 입도 분포를 가지는 산화 이트륨 분말을 동일한 코팅 조건에 따라 대기압 플라즈마 용사 코팅법을 적용하여 실험하였다.
본 실험예3의 실시예 용사 재질 입도 분포 내부재 평균 표면 거칠기 (샌드 블러스터를 이용) 코팅층 평균 표면 거칠기 밀착강도 평균
㎛ 매쉬(＃) Ra(㎛) Rz(㎛) Ra(㎛) Rz(㎛) Mpa
본 실험예3의 실시예1 산화 이트륨 10~20 60 5.11 19.8 3.54 17.2 32
본 실험예3의 실시예2 산화 이트륨 20~40 60 5.01 20.35 5.14 20.46 29
본 실험예3의 실시예3 산화 이트륨 30~50 60 5.27 20.44 5.85 22.23 26
본 실험예3의 실시예4 산화 이트륨 50~70 60 5.19 20.71 6.54 23.84 19
표 3에 나타난 바와 같이, 입도 분포에 따라서 코팅층의 평균 표면 거칠기와 평균 밀착강도가 차이를 나타내고 있다. 대체적으로 용사 재질의 입도가 커지면 코팅층의 평균 표면 거칠기는 증가하였고 평균 밀착강도는 감소하는 경향을 나타낸다.
10~20㎛의 입도 분포를 가지는 산화 이트륨 분말(본 실험예3의 실시예1)의 경우 내부재와 코팅층의 평균 밀착강도는 32Mpa로 우수하였으나 코팅층의 평균 표면 거칠기는 3.54㎛로 다소 낮은 값을 보여주었다.
20~40㎛ 및 30~50㎛의 입도 분포(즉, 20~50㎛의 입도 분포)를 가지는 산화 이트륨 분말(본 실험예3의 실시예 2 및 3)의 경우 평균 말착강도는 서로 큰 차이를 보이지 않았으며 코팅층의 평균 표면 거칠기도 상호 유사한 측정값을 나타내었다.
50~70㎛의 입도 분포를 가지는 산화 이트륨 분말(본 실험예3의 실시예4)의 경우에는 코팅층의 평균 표면 거칠기는 적절하였으나 평균 밀착강도는 19Mpa로 크게 감소되기 시작하였다.
한편, 대기압 플라즈마 용사에 사용되는 산화 이트륨 분말이 10㎛미만의 입도 분포의 미세 분말을 사용할 경우 분말 사이에 발생되는 정전기적 힘에 의하여 분말 공급선의 통로가 막히게 되는 경우가 있으며, 분말 공급선을 통과하여 나온 작고 가벼운 미세 분말의 대부분은 플라즈마 내부로 들어가 용융되기 전에 플라즈마 주위로 비산되어 결국은 코팅 효율이 현저히 감소하게 된다.
산화 이트륨 분말이 70㎛를 초과하는 입도 분포를 가지는 경우 큰입자에 의하여 완전히 용융되지 않은 상태로 코팅이 진행되어 코팅층의 평균 표면 거칠기 값은 증가될 수 있지만 평균 밀착강도는 표4의 데이타의 경향에 비추어 볼때 19Mpa 미만으로 떨어지므로 밀착강도가 현저히 감소함을 알 수 있다.
따라서, 바람직한 입도 분포는 10~70㎛이고, 특히 20~50㎛가 바람직하다.
[실험예4 : 공정시간에 따른 부착 입자수 측정 실험]
본 실험예4에서는 반도체 장비중 일부 부품인 포커스 링(focus ring)을 산화 알루미늄 소결 상태 그대로 이용하거나, 그 위에 산화 이트륨을 대기압 플라즈마 용사 코팅한 후, 소정 가스 분위기 및 유량 조건(CF4/CHF3/Ar = 40/60/1000)에서 소정 플라즈마 조사 출력(RF Power : 1200W, 압력 : 1500mTorr, 온도 : 0℃)으로 플라즈마 에칭을 수행하였다.
공정시간에 따라 발생한 입자의 수는 같은 챔버내에 설치된 8인치 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착된 입자수를 표면 검사장치를 이용하여 측정하였다. 측정된 입자의 입경은 0.2㎛ 이상인 것으로 하였다.
본 실험예4의 실시예 표면처리 평균 표면 거칠기 공정시간에 따른 입자수
㎛ 10시간 30시간 50시간 100시간
본 실험예4의 실시예1 산화 알루미늄 소결 1.14 6 14 36 74
본 실험예4의 실시예2 산화 이트륨 용사 2.62 5 8 17 38
본 실험예4의 실시예3 산화 이트륨 용사 3.49 5 6 10 16
본 실험예4의 실시예4 산화 이트륨 용사 5.22 2 2 4 9
표 4에 나타난 바와 같이, 대체적으로 코팅층의 평균 표면 거칠기 값이 커질수록 공정내 오염물 감소효과는 상승된다. 그러나 코팅층의 평균 표면 거칠기 값을 7㎛이상으로 형성시킬 경우, 플라즈마 용사 코팅에 사용하는 산화 이트륨 분말이 용사 코팅 공정에서 내부재에 완전 용융되어 부착되지 않는 경우가 많아 오히려 산화 이트륨 용사 코팅층의 물리적 특성의 저하가 발생될 수 있다. 산화 이트륨 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)를 적정 수준인 3~7㎛로 조정한 경우(본 실험예4의 실시예 3 및 4), 물리적 특성의 저하 없이 반도체 공정중에 발생하는 부산물에 의한 오염의 감소효과를 얻을 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 플라즈마 처리 용기 내부재에 세라믹을 용사 코팅함으로써 내식성, 내화학성 및 내플라즈마성을 달성하는 이외에도, 내부재의 표면 거칠기를 소정 범위로 조절함으로써 내부재의 손상 및 치수변화를 방지하면서 동시에 내부재와 코팅층간의 밀착성을 향상할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면 세라믹 용사 코팅층의 표면 거칠기를 조절함에 의하여 플라즈마 처리 공정에서 발생하는 오염물인 부산물을 부착시킬 수 있으며 부착된 부산물의 박리를 방지함으로써 우수한 내오염성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 양극산화 코팅과 플라즈마 용사 코팅을 병행하는 경우 먼저 블라스트 처리하여 표면 거칠기를 조정한 후 양극산화 코팅을 수행하고, 이 후 플라즈마 용사 코팅을 수행함에 따라 내부재의 노출에 의한 전기적 아크를 사전에 방지하여 부품의 수명 연장 및 플라즈마 처리 공정의 안정화를 달성할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능 하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (10)

  1. 플라즈마 처리 용기 내부재에 있어서,
    용사 코팅층 형성 전의 모재인 내부재의 평균 표면 거칠기(Ra)가 2.5~9㎛이고, 상기 내부재에 플라즈마 용사 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모재인 내부재에 플라즈마 용사 코팅 후에 형성된 상기 용사 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)가 3~7㎛인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 용기 내부재는 상기 내부재에 양극산화피막이 형성되고, 상기 양극산화피막에 상기 플라즈마 용사 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 용사 코팅층이 산화 이트륨의 코팅층인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재.
  5. 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법에 있어서,
    용사 코팅층의 형성 전의 모재인 내부재의 표면을 블라스트 처리하여 평균 표면 거칠기(Ra)를 2.5~9㎛로 형성하는 단계(S1); 및
    상기 내부재에 플라즈마 용사 코팅을 수행하여 플라즈마 용사 코팅층을 형성하는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 S3 단계는 상기 용사 코팅층의 평균 표면 거칠기(Ra)가 3~7㎛가 되도록 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 S3 단계는 용사 코팅되는 세라믹 분말의 입도 분포가 10~70㎛가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 S3 단계는 상기 용사 코팅시 용사 거리를 150±50mm가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제조 방법은 상기 블라스트 처리된 내부재에 플라즈마 용사 코팅을 수 행하기 전 양극산화피막을 형성하는 단계(S2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 S3 단계는 산화 이트륨을 플라즈마 용사 코팅하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 용기 내부재의 제조 방법.
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