KR101108692B1

KR101108692B1 - 다공성 세라믹 표면을 밀봉하는 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101108692B1
Application number: KR1020110089675A
Authority: KR
Inventors: 박동수; 이병국; 한병동; 이정환; 변응선
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2012-01-25
Also published as: WO2012033326A3; WO2012033326A2

Abstract

본 발명은 다공성 세라믹 표면을 밀봉하는 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 평균 표면 거칠기가 0.4 내지 2.3 μm인 다공성 세라믹층을 포함하는 기판의 다공성 세라믹층 상에 형성된 희토류 금속 산화물 코팅막을 제공한다. 본 발명에 따른 다공성 세라믹 표면을 밀봉하는 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막 및 이의 제조방법은 충분한 두께의 다공성 세라믹 코팅층에 의해 내전압 특성 확보 및 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막에 의한 플라즈마 내식성 확보가 동시에 이루어질 수 있는 효과가 있어, 반도체 식각장비를 포함하는 다양한 반도체 장비용 부품에 적용될 수 있다

Description

다공성 세라믹 표면을 밀봉하는 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막 및 이의 제조방법{Dense rare earth metal oxides coating to seal the porous ceramic surface, and the method of rare earth metal oxides coating layer}

본 발명은 다공성 세라믹 표면을 밀봉하는 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에 사용되는 설비의 챔버(chamber)는 절연을 위하여 애노다이징(Anodizing) 처리한 알루미늄 합금 또는 알루미나 등의 세라믹 벌크를 사용하여 만들어진다. 최근에는 화학기상증착(CVD) 등을 이용한 증착설비 또는 플라즈마 식각 등을 이용한 식각설비 등의 반도체 제조공정에서 사용되는 부식성이 높은 가스나 플라즈마 등에 대한 내식성의 필요성이 보다 높아짐에 따라 이러한 높은 내식성을 갖기 위하여 상기 알루미늄 합금에 알루미나 등의 세라믹을 플라즈마 분사, 열적분사(thermal spray), 또는 컴팩팅 후 소결 등의 방법을 통하여 상기 챔버를 제작하고 있다. 또한 상기 챔버내에서 진행되는 반도체 제조공정은 열처리공정, 화학기상성막 등과 같은 고온공정이 다수를 차지하므로 상기 챔버는 내열성도 함께 가질 것이 요구된다. 즉 상기 챔버와 같은 반도체 제조설비의 부품은 절연, 내열성, 내식성, 내플라즈마성을 필요로 하고 코팅층과 기재가 강한 결합력을 유지하여 상기 코팅층의 벗겨짐이 없도록 하여 제조공정 중에 파티클(particle) 발생 및 이에 의한 웨이퍼 오염을 최소화하는 것이 필요하다.

이를 위하여 기존에는 일반적으로 사용되는 화학기상증착법이나 물리기상증착법 또는 스퍼터링 등을 적용한 경우가 있으나 이 경우에 있어서는 박막제조공정이므로 상기 내식성 등의 요건을 만족할 정도의 후막을 형성하기 위해서는 공정시간이 너무 오래 걸리는 등 경제성이 떨어지는 문제가 있으며, 기재와 코팅층 간의 강한 결합력을 얻기도 어려운 문제점이 있다.

이외에 후막의 형성을 위해서 주로 사용되어지는 플라즈마 용사 또는 열적분사방법의 경우에는 후막형성이 가능한 장점이 있으나 일반적으로 금속기재에 세라믹 물질을 코팅하게 되므로 상기와 같은 열간 프로세스의 경우는 코팅 후 냉각과정에서 금속과 세라믹간의 열팽창률의 차이에 따라 결합력이 떨어지는 문제점이 있고, 경우에 따라서는 금속기재가 용융되어 산화층이 생성되는 등의 고온공정이 가지는 한계가 있다.

한편, 에어로졸 성막법은 상기의 문제점을 극복하고 치밀한 후막을 제조할 수 있으나, 희토류 금속 산화물의 경우 100 μm 이상의 치밀한 후막을 만들기는 어렵다는 문제가 있다. 따라서 고전압 및 플라즈마에 노출되는 후막의 수명 상의 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 100 μm 이상의 후막을 코팅하기 위해 플라스마 용사공정을 통하여 후막을 코팅하는 방법이 대한민국 공개특허 2003-0077155에 나타내어져 있으나 플라즈마 용사공정을 통하여 후막을 코팅 시에는 치밀한 코팅막을 제조하기 어려운 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 100 μm를 초과하는 다공성 후막 또는 다공성 세라믹의 표면을 밀봉하는 치밀한 내플라즈마 코팅막을 제공하는 본 발명을 완성하였으며 이를 통하여 기존의 치밀하나 얇은 두께에서 생기는 문제점 및 두꺼우나 치밀함이 부족했던 문제점을 극복하는 코팅막을 제조할 수 있었다.

본 발명의 목적은 다공성 세라믹 표면을 밀봉하는 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 평균 표면 거칠기가 0.4 내지 2.3 μm인 다공성 세라믹층을 포함하는 기판의 다공성 세라믹층 상에 형성된 희토류 금속 산화물 코팅막을 제공한다.

또한, 본 발명은 플라즈마 용사 공정을 통해 기판상에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(단계 1);

상기 단계 1에서 형성된 다공성 세라믹 코팅층의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 가공하는 단계(단계 2); 및

상기 단계 2의 가공이 수행된 다공성 세라믹 코팅층에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물 분말을 코팅하는 단계(단계 3)를 포함하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법을 제공한다.

나아가, 본 발명은 소결공정을 통하여 다공성 세라믹 기판을 형성하는 단계(단계 a);

상기 단계 a에서 형성된 다공성 세라믹 기판의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 가공하는 단계(단계 b); 및

상기 단계 b의 가공이 수행된 다공성 세라믹 기판에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물 분말을 코팅하는 단계(단계 c)를 포함하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 다공성 세라믹 표면을 밀봉하는 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막 및 이의 제조방법은 충분한 두께의 다공성 세라믹 코팅층에 의해 내전압 특성 확보 및 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막에 의한 플라즈마 내식성 확보가 동시에 이루어질 수 있는 효과가 있어, 반도체 식각장비를 포함하는 다양한 반도체 장비용 부품에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 단면을 나타낸 개략도이고;
도 2는 에어로졸 성막을 수행하는 공정을 개략도를 나타낸 모식도이고;
도 3은 본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막 표면을 나타낸 사진이고;
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 샌드블라스트까지만 수행한 표면과 샌드블라스트를 수행하지 않는 표면을 나타낸 사진이고;
도 5는 본 발명의 비교예 1 내지 3에서 샌드블라스트까지만 수행한 표면과 샌드블라스트를 수행하지 않는 표면을 나타낸 사진이고;
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예 4를 통하여 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 박리되는 정도를 나타낸 사진이고;
도 7은 본 발명의 비교예 1 내지 3과 비교예 4를 통하여 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 박리되는 정도를 나타낸 사진이고;
도 8은 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 9는 본 발명의 실시예 4을 통해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 10은 본 발명의 실험예 4에서 접착강도 분석을 수행하는 방법을 나타낸 모식도이고;
도 11은 본 발명의 실험예 4에서 접착강도 분석을 수행한 시편의 단면을 주사전자현미경을 통해 관찰한 사진이고;
도 12는 본 발명의 실험예 4에서 접착강도 분석을 수행한 시편의 단면을 에너지 분산형 X선 분광기(EDS)를 통해 관찰한 사진이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 평균 표면 거칠기가 0.4 내지 2.3 μm인 다공성 세라믹층을 포함하는 기판의 다공성 세라믹층 상에 형성된 희토류 금속 산화물 코팅막을 제공한다. 상기 희토류 금속 산화물 코팅막의 예를 개략적인 단면도로서 도 1에 나타내었다.

상기 다공성 세라믹층은 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면 거칠기를 가짐으로써 본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막과의 접착력이 높은 장점이 있다. 상기 다공성 세라믹층 표면의 평균 표면 거칠기가 0.4 μm 미만인 경우에는 다공성 세라믹층과 희토류 금속 산화물 코팅막과의 접착력이 떨어지는 문제점이 발생하며, 평균 표면 거칠기가 2.3 μm를 초과하는 경우에는 다공성 세라믹층 상에 희토류 금속 산화물 코팅막을 형성하는 것이 어려운 문제가 있다.

이때, 상기 다공성 세라믹층은 코팅에 의해 형성된 다공성 코팅층으로써, 예를 들어 플라즈마 용사 공정을 통해 코팅될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 기판은 평균 표면 거칠기가 0.4 내지 2.3 μm인 다공성 세라믹층과 동일 소재의 다공성 세라믹 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 다공성 세라믹층과 동일 소재이며 소결공정을 통해 형성된 다공성 세라믹 기판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 다공성 세라믹층과 동일 소재의 다공성 세라믹 기판 외에도 금속기판, 세라믹 기판, 고분자 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속기판은 철(Fe) 기판, 철 합금 기판, 마그네슘(Mg) 기판, 마그네슘계 합금 기판, 알루미늄(Al) 기판, 알루미늄계 합금 기판 등을 사용할 수 있고, 상기 세라믹 기판은 SiO₂, MgO, CaCO₃, 알루미나 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 고분자 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리프로필렌 아디페이트(PPA), 폴리아이소시아네이트(PI) 기판 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 상기 다공성 세라믹층은 다공성 알루미나층인 것이 바람직하다. 상기 다공성 세라믹층이 다공성 알루미나층인 경우, 기판 자체의 특성을 유지함과 동시에 우수한 내식성을 나타낼 수 있어 본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막을 반도체 식각장비와 같이 내식성이 요구되는 반도체 장비 부품으로 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 치밀도는 90 %이상인 것이 바람직하다. 상기 희토류 금속 산화물 코팅막의 치밀도가 90 % 미만인 경우에는 고밀도 플라즈마에 대한 내식성을 확보하기 어려운 문제가 있고, 또한 내전압 및 누설전류 제어가 어려운 문제가 있다.

또한, 상기 희토류 금속 산화물 코팅막의 두께는 1 내지 50 μm인 것이 바람직하다. 만약 희토류 금속 산화물 코팅막의 두께가 1 μm 미만인 경우에는 플라즈마에 노출 시 쉽게 박리되는 문제가 있고, 희토류 금속 산화물 코팅막의 두께가 50 μm를 초과하는 경우에는 코팅막의 잔류응력으로 인하여 박리가 발생하는 문제가 있고, 또한, 후 가공 시에도 박리가 발생할 수 있는 문제가 있다. 나아가, 고가의 희토류 금속이 과도하게 사용됨으로써 경제적인 손실이 생기는 문제가 있다.

한편, 상기 희토류 금속 산화물은 이트리아(Y₂O₃), 디스프로시아(Dy₂O₃), 어비아(Er₂O₃), 사마리아(Sm₂O₃) 등을 사용할 수 있다.

이트리아(Y₂O₃), 디스프로시아(Dy₂O₃), 어비아(Er₂O₃), 사마리아(Sm₂O₃) 등의 희토류 금속 산화물은 반도체 공정 중에 노출되는 플라즈마에 강한 저항성을 가짐으로써, 본 발명의 희토류 금속산화물 코팅막을 반도체 식각장비와 같이 내식성이 요구되는 반도체 장비 부품에 적용 시 반도체 공정의 플라즈마에 대한 내식성 및 내전압 특성을 확보할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막은 반도체 공정 중 노출될 수 있는 플라즈마에 대한 내식성이 강하고, 또한 치밀한 구조로 인해 내전압 및 누설 전류 제어가 쉬워 반도체 식각 장비를 포함하는 반도체 장비용 부품에 적용될 수 있으며, 기존의 반도체 장비용 부품을 대체할 수 있다.

또한 본 발명은

플라즈마 용사 공정을 통해 기판상에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(단계 1);

상기 단계 2의 가공이 수행된 다공성 세라믹 코팅층에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물을 코팅하는 단계(단계 3)를 포함하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 단계별로 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법에 있어서, 단계 1은 플라즈마 용사 공정을 통해 기판상에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 단계이다.

이때, 상기 다공성 세라믹 코팅층은 다공성 알루미나 코팅층인 것이 바람직하나, 이에 제한을 두지는 않는다. 상기 다공성 세라믹 코팅층이 다공성 알루미나 코팅층인 경우, 기판 자체의 특성을 유지함과 동시에 우수한 내식성을 나타낼 수 있어 상기 제조방법을 통해 제조되는 희토류 금속 산화물 코팅막을 반도체 식각장비와 같이 내식성이 요구되는 반도체 장비 부품으로 적용할 수 있다.

상기 단계 1의 기판은 금속기판, 세라믹 기판, 고분자 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속기판은 철(Fe) 기판, 철 합금 기판, 마그네슘(Mg) 기판, 마그네슘계 합금 기판, 알루미늄(Al) 기판, 알루미늄계 합금 기판 등을 사용할 수 있고, 상기 세라믹 기판은 SiO₂, MgO, CaCO₃, 알루미나 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 고분자 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리프로필렌 아디페이트(PPA), 폴리아이소시아네이트(PI) 기판 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 형성된 다공성 세라믹 코팅층의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 가공하는 단계로, 상기 단계 1에서 형성된 다공성 세라믹 코팅층이 균일한 두께를 가지도록 연삭가공을 한 후, 그 표면을 거칠게 가공하여 다공성 세라믹 코팅층의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 한다. 이때, 상기 가공은 샌드블라스트(sand blast)를 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 가공을 통하여 단계 1에서 형성된 다공성 세라믹 코팅층의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 거칠게 할 수 있으며, 이를 통하여 다공성 세라믹 코팅층과 희토류 금속 산화물 코팅막과의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 샌드블라스트는 1 내지 5기압의 공기압으로 수행되는 것이 바람직하다. 만약 1 기압 미만의 공기압으로 샌드블라스트가 수행되는 경우 다공성 세라믹 코팅층의 표면 거칠기를 높일 수 없는 문제점이 있으며, 5 기압 이상의 공기압으로 수행되는 경우에는 표면 거칠기가 과도하게 높아져 다공성 세라믹 코팅층 상으로 코팅이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2의 가공이 수행된 다공성 세라믹 코팅층에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물을 코팅하는 단계로, 상기 에어로졸 성막이 수행되는 공정을 도 2의 공정도를 통해 개략적으로 나타내었다.

상기 단계 3의 에어로졸 성막법을 통하여 상기 세라믹 코팅층에 희토류 금속 산화물을 코팅함으로써 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막을 형성할 수 있다.

이때, 상기 희토류 금속 산화물은 이트리아(Y₂O₃), 디스프로시아(Dy₂O₃), 어비아(Er₂O₃) 및 사마리아(Sm₂O₃)를 포함하는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

상기 희토류 금속 산화물은 반도체 공정 중에 노출되는 플라즈마에 강한 저항성을 가짐으로써, 본 발명에 따른 제조방법을 통해 제조되는 희토류 금속 산화물 코팅막이 반도체 공정의 플라즈마에 대한 내식성 및 내전압 특성을 확보할 수 있게 한다.

한편, 상기 단계 3의 에어로졸 성막을 수행 시 메디컬 그레이드의 압축공기를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 메디컬 그레이드의 압축공기를 사용함으로써 일반적으로 공기가 포함하고 있는 수분에 의해 에어로졸 화가 이루어지지 않는 문제점을 방지하며, 또한 에어로졸 성막 시 공기 내부의 기름과 같은 불순물이 같이 성막되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은

소결공정을 통하여 다공성 세라믹 기판을 형성하는 단계(단계 a);

상기 단계 b의 가공이 수행된 다공성 세라믹 기판에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물을 코팅하는 단계(단계 c)를 포함하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법에 있어서, 단계 a은 소결공정을 통하여 다공성 세라믹 기판을 형성하는 단계이다. 상기 단계 a의 소결공정을 통해 형성되는 다공성 세라믹 기판은 다공성 알루미나 기판인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법에 있어서, 단계 b는 상기 단계 a에서 형성된 다공성 세라믹 기판의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 가공하는 단계이다. 상기 단계 b의 가공은 샌드블라스트(sand blast)를 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 가공을 통하여 단계 a에서 형성된 다공성 세라믹 기판의 표면을 거칠게 할 수 있으며, 이를 통하여 다공성 세라믹 기판과 희토류 금속 산화물 층과의 접착력을 향상시킬 수 있게 된다. 그러나, 상기 단계 a에서 형성된 다공성 세라믹 기판의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖는다면, 상기 단계 b의 가공은 생략할 수 있다.

한편, 상기 샌드블라스트는 1 내지 5기압의 공기압으로 수행되는 것이 바람직하다. 만약 1 기압 미만의 공기압으로 샌드블라스트가 수행되는 경우 다공성 세라믹 기판의 표면 거칠기를 높일 수 없는 문제점이 있으며, 5 기압 이상의 공기압으로 수행되는 경우에는 표면 거칠기가 과도하게 높아져 다공성 세라믹 기판상으로 코팅이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법에 있어서, 단계 c은 상기 단계 b의 가공이 수행된 다공성 세라믹 기판에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물을 코팅하는 단계이며, 상기 에어로졸 성막이 수행되는 공정을 도 2의 모식도를 통해 개략적으로 나타내었다.

상기 단계 c의 에어로졸 성막법을 통하여 상기 단계 b의 가공이 수행된 다공성 세라믹 기판에 희토류 금속 산화물을 코팅함으로써 치밀한 희토류 금속 산화물 코팅막을 형성할 수 있다.

한편, 상기 단계 c의 에어로졸 성막을 수행 시 메디컬 그레이드의 압축공기를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 메디컬 그레이드의 압축공기를 사용함으로써 일반적으로 공기가 포함하고 있는 수분에 의해 에어로졸 화가 이루어지지 않는 문제점을 방지하며, 또한 에어로졸 성막 시 공기 내부의 기름과 같은 불순물이 같이 성막되는 것을 방지하는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 1

단계 1: 2 cm ×2 cm × 0.5 cm(두께)의 알루미늄 판재 위에 플라즈마 용사법으로 2 cm ×2 cm 면에 두께 500 μm의 알루미나 코팅층을 형성하였다.

단계 2: 상기 단계 1의 알루미나 코팅층을 연삭하고 200 grit 화이트 알루미나 분말을 사용하여 2기압의 공기압으로 샌드 블라스트 하였다.

단계 3: 상기 단계 2에서 샌드 블라스트가 수행된 알루미나 코팅층에 에어로졸 성막법을 통하여 이트리아 코팅층을 형성하여 희토류 금속 산화물 코팅막(이트리아)을 제조하였다.

<실시예 2> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 2

상기 실시예 1의 단계 2에서 200 grit 화이트 알루미나로 4기압의 공기압으로 샌드 블라스트를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막(이트리아)을 제조하였다.

<실시예 3> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 3

상기 실시예 1의 단계 2에서 5기압의 공기압으로 샌드 블라스트를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막(이트리아)을 제조하였다.

<실시예 4> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 4

상기 실시예 1의 단계 1에서 알루미나 코팅층 대신 소결을 통해 제조된 상용 다공성 알루미나 세라믹 기판을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막(이트리아)을 제조하였다.

<실시예 5> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 5

상기 실시예 3의 단계 3에서 이트리아 코팅층 대신 디스프로시아 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막(디스프로시아)을 제조하였다.

<실시예 6> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 6

상기 실시예 3의 단계 3에서 이트리아 코팅층 대신 어비아 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막(어비아)을 제조하였다.

<실시예 7> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 7

상기 실시예 3의 단계 3에서 이트리아 코팅층 대신 사마리아 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막(사마리아)을 제조하였다.

본 발명의 실시예 3, 5, 6 및 7을 통하여 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막 표면 사진을 도 3에 나타내었다.

<비교예 1> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 8

상기 실시예 1의 단계 2에서 40 grit 화이트 알루미나 분말을 사용하여 1기압의 공기압으로 샌드 블라스트를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막을 제조하였다.

<비교예 2> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 9

3기압의 공기압으로 샌드 블라스트를 수행한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막을 제조하였다.

<비교예 3> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 10

5기압의 공기압으로 샌드 블라스트를 수행한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막을 제조하였다.

<비교예 4> 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조 11

샌드 블라스트를 수행하지 않고 알루미나 코팅층에 에어로졸 성막법을 통하여 이트리아 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 희토류 금속 산화물 코팅막을 제조하였다.

<실험예 1> 표면 거칠기 측정

본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3에 있어 에어로졸 성막이 수행되기 전 샌드블라스트까지만 수행된 알루미나 코팅층의 표면 거칠기 및 샌드블라스트를 수행하지 않는 알루미나 코팅층의 표면 거칠기를 측정하였고 그 결과는 하기 표 1과 도 4 및 도 5에 나타내었다.

구분	표면 거칠기 (μm)
샌드블라스트 수행 전	0.3
비교예 1	2.36
비교예 2	2.88
비교예 3	4.29
실시예 1	0.56
실시예 2	1.60
실시예 3	1.76
실시예 4	0.74

표 1에 나타낸 바와 같이 200 grit 화이트 알루미나로 샌드블라스트를 수행한 실시예 1 내지 3의 표면 거칠기는 0.5 내지 1.8 μm이었으며, 40 grit 화이트 알루미나로 샌드블라스트를 수행한 비교예 1 내지 3은 2.3 내지 4.3 μm의 표면 거칠기를 나타내었다. 또한 샌드블라스트를 수행하지 않은 0.3 내지 0.4 μm의 표면 거칠기를 나타내었다. 이를 통하여 샌드블라스트를 통하여 알루미나 코팅층의 표면거칠기를 높일 수 있음을 확인하였다.

<실험예 2> 희토류 금속 산화물 코팅막의 박리 분석

본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4을 통해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 표면 거칠기에 따라 박리되는 정도를 분석하였고 그 결과는 도 6 및 도 7에 나타내었다.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 비교예 4를 통해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막은 코팅된 부분이 많이 박리가 된 것을 확인할 수 있었다. 이는 샌드블라스트를 수행하지 않고 코팅이 되었기에 표면거칠기가 낮았기 때문이며, 이로 인해 알루미나 코팅층과의 결합력이 낮아져서 쉽게 박리가 되었다. 하지만 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막은 박리가 거의 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1 내지 3을 통해 제조된 코팅막은 코팅이 이루어지지 않은 부분이 다수 존재하는 것을 확인하였다. 이는 비교예 1 내지 3의 알루미나층의 표면이 너무 거칠어서 희토류 금속 산화물의 코팅이 잘 이루어지지 않았기 때문이며, 즉 본 발명에서 샌드블라스트를 통하여 표면거칠기를 최적의 범위로 조절하고 희토류 금속산화물을 코팅하는 것이 효과적인 것을 확인할 수 있었다.

<실험예 3> 주사전자현미경을 통한 분석

본 발명의 실시예 1 및 실시예 4에 의해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 단면을 주사전자현미경을 통해 분석하였고, 그 결과는 도 8 및 도 9에 나타내었다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 단면에서는 이트리아 층이 알루미나층 위로 매끄럽게 잘 코팅된 것을 확인할 수 있었다. 또한 코팅된 이트리아 층이 매우 치밀한 구조인 것을 확인할 수 있었다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 4에 의해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 단면 또한 이트리아 층이 알루미나층 위로 매끄럽게 잘 코팅된 것을 확인할 수 있었으며, 코팅된 이트리아 층이 매우 치밀한 구조인 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여 세라믹 다공성 소결체에도 치밀한 희토류 산화물 코팅막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.

<실험예 4> 접착강도 분석(tensile adhesion test)

본 발명의 실시예 6에 의해 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막을 도 10의 ISO13779-4 규격에 제시된 것과 같이 코팅층의 상하면에 고강도 에폭시를 적용하여 인장시험기의 상하치구에 고정하여 접착강도 분석(tensile adhesion test)을 실시하였고 분석이 진행된 후의 단면을 SEM/EDS를 통하여 관찰하였으며 단면의 사진은 도 11 및 도 12에 나타내었다.

도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 6에서 형성된 희토류 금속 산화물 코팅막(이트리아 코팅층)은 샌드블라스트 처리된 알루미나층에 매우 강하게 접착되어 있음을 확인할 수 있었다. 이는 희토류 금속 산화물 코팅막(이트리아 코팅층) 내의 응집강도(cohesion strength) 및 희토류 금속 산화물 코팅막과 알루미나층 간의 접착강도(adhesion strength)가 플라즈마 용사공정으로 형성된 알루미나 코팅층 내의 응집강도보다 높은 것을 의미하는 것으로서 본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막이 쉽게 박리되거나 훼손되지 않음을 확인할 수 있다.

<실험예 5> 코팅막의 밀도 측정

본 발명의 실시예 1에서 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 밀도를 아르키메데스법으로 측정하였다.

상기 아르키메데스법으로 본 발명의 실시예 1에서 제조된 희토류 금속 산화물 코팅막의 밀도를 측정한 결과 상대밀도 95.3%의 수치를 얻을 수 있었다. 이는 본 발명에 따라 희토류 금속 산화물 코팅막이 매우 치밀한 구조인 것을 의미하며, 이에 따라 본 발명에 따른 희토류 금속 산화물 코팅막이 기존의 높은 기공률로 인하여 생겼던 문제점을 극복하여 치밀한 구조를 나타냄을 확인하였다.

Claims

플라즈마 용사 공정을 통해 기판상에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 다공성 세라믹 코팅층의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 가공하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 가공이 수행된 다공성 세라믹 코팅층에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물을 코팅하는 단계(단계 3)를 포함하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
소결공정을 통하여 다공성 세라믹 기판을 형성하는 단계(단계 a);
상기 단계 a에서 형성된 다공성 세라믹 기판의 표면이 0.4 내지 2.3 μm인 평균 표면거칠기를 갖도록 가공하는 단계(단계 b); 및
상기 단계 b의 가공이 수행된 다공성 세라믹 기판에 에어로졸 성막법을 통하여 희토류 금속 산화물을 코팅하는 단계(단계 c)를 포함하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판은 평균 표면 거칠기가 0.4 내지 2.3 μm인 다공성 세라믹 코팅층과 동일 소재의 다공성 세라믹 기판인 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 코팅층은 다공성 알루미나층인 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물 코팅막은 90% 이상의 치밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물 코팅막의 두께는 1 내지 50 μm인 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물은 이트리아(Y₂O₃), 디스프로시아(Dy₂O₃), 어비아(Er₂O₃) 및 사마리아(Sm₂O₃)를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅막은 반도체 식각장비를 포함하는 반도체 장비용 부품에 적용되는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 가공은 샌드블라스트(sand blast)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 샌드블라스트는 1 내지 5 기압의 공기압으로 수행되는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 3의 에어로졸 성막법은 메디컬 그레이드의 압축공기를 사용하는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
삭제
제2항에 있어서, 상기 단계 b의 가공은 샌드블라스트(sand blast)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 샌드블라스트는 1 내지 5 기압의 공기압으로 수행되는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 단계 c의 에어로졸 성막법은 메디컬 그레이드의 압축공기를 사용하는 것을 특징으로 하는 희토류 금속 산화물 코팅막의 제조방법.