KR101782032B1 - 플라즈마에 의한 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조방법 및 이를 통해 제조된 세라믹 소결체 - Google Patents

플라즈마에 의한 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조방법 및 이를 통해 제조된 세라믹 소결체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체에 플라즈마에 대한 부식 저항성이 현저히 우수한 옥시플루오르화이트륨의 소결층을 형성하기 위하여, 정전분무를 이용하여 증착시킨 후, 동시소성함으로써, 고밀도, 고신뢰성의 F계 Cl계 플라즈마 모두에 대해 우수한 저항성을 갖는 세라믹 소결체를 제공할 수 있다.
또한, 종래 제조방법으로 제조된 일반 세라믹 코팅층보다 수명이 길고, 상기 성형체와의 접착성과 플라즈마 저항성을 현저히 개선할 수 있다.

Description

플라즈마에 의한 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조방법 및 이를 통해 제조된 세라믹 소결체{method of manufacturing plasma resistant ceramic sintered body and ceramic sintered body thereby}
본 발명은 플라즈마 부식 방지 특성이 우수한 세라믹 소결체를 제조하는 방법 및 이를 통해 제조된 세라믹 소결체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자, 디스플레이 소자 등과 같은 집적회로의 소자를 제조하기 위해서는 고밀도 플라즈마 환경에서 식각공정을 통해 이루어지게 되는데, 이러한 과정에서 소자는 플라즈마에 의해 손상을 입게 된다. 상기 플라즈마로 인한 손상은 소자의 전기적 특성 및 다양한 특성에 부정적 영향을 미치기 때문에, 소자를 형성할 시 플라즈마 사용을 중단하기 위한 방법들이 제안되었다.
일예로 RF 스퍼터닝, 원자층 증착 및 화학기상증착과 같은 저에너지 증착 방법이 제안되었으나, 이러한 방법들은 속도가 느리고 고진공에 따라 높은 비용이 요구되어 비현실적이라는 단점이 존재했다.
따라서, 최근에는 상기 소자 제조시, 플라즈마로 인한 손상으로부터 소자를 보호하는데 초점이 맞춰지고 있는데, 일예로 플라즈마에 대한 내성을 갖도록, 알루미나 및 질화알루미늄 등과 같은 기계적 강도가 우수한 세라믹 재료를 포함하는 코팅층이 제안되어 사용되고 있는 바, 구체적으로 상기 알루미나 또는 이트리아 분말들을 대기압 플라즈마 코팅법을 이용하여 순간적인 고온 및 고속으로 코팅하여 제조되고 있다.
그러나, 상기와 같이 대기압 플라즈마를 이용하여 제조된 알루미나 또는 이트리아 코팅막의 경우, 상기 코팅막 내에 다수 개의 기공들이 잔존하게 되고, 파티클의 이탈에 의해 결함이 발생되며, 생산되는 반도체 및 디스플레이와 같은 소자의 성능이나 수명 등에 악영향을 미치고 있다는 점에 큰 문제를 갖고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고, 상술한 알루미나 또는 지르코니아 등에 비해 현저히 우수한 플라즈마에 의한 부식 방지 특성을 만족할 수 있는 코팅막의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
특허문헌 1. 대한민국 공개특허 특1999-007365호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 옥시플루오르화이트륨을 성형체 상에 정전분무 증착을 통해 코팅한 후, 동시 소성을 통해 고밀도, 고성능의 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 제조방법을 통해 제조된 고밀도, 고성능의 세라믹 소결체를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, Ⅰ) 알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체를 준비하는 단계; Ⅱ) 옥시플루오르화이트륨 및 용매를 포함하는 슬러리 또는 용액을 정전 분무 방법으로 상기 Ⅰ) 단계의 상기 성형체 상에 정전 분무하여 증착하는 단계; 및 Ⅲ) 상기 Ⅱ) 단계에서의 옥시플루오르화이트륨이 증착된 성형체를 동시 소결하는 단계;를 포함하는 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조방법을 제공한다.
상기 Ⅱ) 단계에서의 상기 슬러리 또는 용액은 폴리비닐부티랄을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 Ⅱ) 단계에서의 상기 용매는 알콜과 유기 용매가 혼합된 혼합 용매인 것을 특징으로 한다.
상기 Ⅲ) 단계는 핫프레스 또는 상압로를 이용하여 불활성 분위기하에서 수행할 수 있고, 상기 핫프레스를 이용할 경우 동시 소성 조건은 1600 내지 1630 ℃에서 2 내지 5시간 동안 수행되고, 상기 상압로를 이용할 경우 동시 소성 조건은 1650 내지 1670 ℃에서 2시간 내지 7시간 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 옥시플루오르화이트륨 분말은 평균 입도가 0.5 내지 1 ㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 상기 제조방법을 통해 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체를 제공한다.
본 발명은 알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체에 플라즈마에 대한 부식 저항성이 현저히 우수한 옥시플루오르화이트륨의 소결층을 형성하기 위하여, 정전분무를 이용하여 증착시킨 후, 동시소성함으로써, 고밀도, 고신뢰성의 F계 Cl계 플라즈마 모두에 대해 우수한 저항성을 갖는 세라믹 소결체를 제공할 수 있다.
또한, 종래 제조방법으로 제조된 일반 세라믹 코팅층보다 수명이 길고, 상기 성형체와의 접착성과 플라즈마 저항성을 현저히 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조공정 순서도이다.
도 2는 실시예 3으로부터 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체(YOF)의 주사전자 현미경 사진(SEM)에서 파단면 사진이고, 도 3은 실시예 3으로부터 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체의 파단면에 대한 SEM 사진(도 2) 일부를 확대한 사진이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
반도체 등의 소자를 제조함에 있어서, 다양한 화학 반응물과 플라즈마 이온들에 노출되게 되고, 이로 인해 상기 소자의 표면은 플라즈마 에칭동안 부식되어 소자의 성능이 저하되는 위험이 존재한다. 이를 방지하기 위하여 다양한 코팅층 및 제조방법이 공지되어 왔으나, 공정이 매우 비싸거나 복잡함에도 불구하고 플라즈마에 대한 식각율이 여전히 높을 뿐만 아니라 플라즈마 에칭 과정동안 상기 소자로부터 쉽게 분리되어 상기 소자를 플라즈마로부터 보호할 수 없다는 문제가 존재한다.
그러나 본 발명은 정전분무공정으로 증착하고, 동시 소성을 통해 소결함으로써, 공정과정이 쉽고 간단할 뿐만 아니라 가격이 매우 저렴하며, 이렇게 제조된 세라믹 소결체는 성형체와 옥시플루오르화이트륨 박막 간의 접착력이 향상되어, 제조과정 전반에 걸쳐 분리가 쉽게 일어나지 않아 수명특성이 현저히 개선되었고, 플라즈마 식각율도 현저히 향상시키고 있다.
본 발명의 일 측면은 아래 단계를 포함하는 플라즈마에 의한 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조방법에 관한 것이다.
Ⅰ) 알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체를 준비하는 단계;
Ⅱ) 옥시플루오르화이트륨 및 용매를 포함하는 슬러리 또는 용액을 정전 분무 방법으로 상기 Ⅰ) 단계의 상기 성형체 상에 정전 분무하여 증착하는 단계; 및
Ⅲ) 상기 Ⅱ) 단계에서의 옥시플루오르화이트륨이 증착된 성형체를 동시 소결하는 단계;
상기 Ⅰ) 단계에서 상기 알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체는 평균 입도가 80 내지 90 ㎛일 수 있고, 이러한 상기 알루미나(Al2O3) 성형체 또는 이트리아(Y2O3) 성형체는 알루미나 또는 이트리아 분말을 금형 몰드에 장입한 후, 35 내지 45 MPa의 압력으로 가압하여 제조한 것일 수 있다.
상기 알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체의 제조시 상기 압력은 최종 세라믹 소결체 제조 후의 특성에 영향을 미치기 때문에, 앞서 기술한 바와 같이 35 내지 45 MPa의 압력으로 가압하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 압력에 35 MPa 미만이면 원하는 형상으로 성형 제조하기 어려우며, 45 MPa를 초과하면 성형체 자체가 치밀하게 제조되기 때문에, 옥시플루오르화이트륨 박막을 증착한 후, 고온으로 최종 소결할 경우, 내부에 미반응 물질이 잔류하게 되어 최종 세라믹 소결체의 특성을 저하시키는 원인이 되며, 또한, 최종 소결할 경우 상기 성형체와 옥시플루오르화이트륨 박막의 치밀화 상태에 차이가 발생하여 성형체와 옥시플루오르화이트륨 박막과의 접착력이 오히려 저하되는 문제가 발생한다.
상기 슬러리 또는 용액은 폴리비닐부티랄을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 용매는 알콜과 유기 용매가 혼합된 혼합 용매를 사용하는데, 상기 알콜은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필알콜 및 부탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고, 상기 유기 용매는 폴리비닐부티랄의 용해를 위하여 톨루엔, 벤젠, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸에테르아세테이트 및 벤질알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이며, 상기 알콜과 유기용매의 혼합 중량비는 6:4인 것을 특징으로 한다.
가장 바람직하게 상기 슬러리 또는 용액은 옥시플루오르화이트륨, 용매 및 폴리비닐부티랄을 포함하고, 상기 용매는 이소프리필알콜과 톨루엔이 6:4의 중량비로 혼합된 혼합 용매를 사용하는 것일 수 있다. 상기와 같은 조성의 슬러리 또는 용액을 사용함에 의해, 고온의 소성조건에서 산화 이트륨의 부생을 억제하고, 옥시플루오르화이트륨 분말의 분산을 용이하게 하여, 분무시 더욱 균일한 박막을 형성하도록 할 수 있다.
상기 옥시플루오르화이트륨 분말은 평균 입도가 0.5 내지 1 ㎛인데, 0.5 ㎛ 미만인 경우 분산이 용이하지 않으며, 1 ㎛를 초과하는 경우 입성장 차이 속도에 의하여 성형체와 옥시플루오르화이트륨 박막 간의 계면에 기공층이 형성되어 접착력이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 Ⅱ) 단계에서 정전 분무 방법은 상기 슬러리 또는 용액을 시린지 펌프를 이용하여 노즐로 이송한 후, 분무하여 수행할 수 있고, 상기 슬러리 또는 용액의 유량은 시간당 5 내지 15 ㎖이고, 상기 성형체와 노즐간의 이격거리는 1 내지 10 ㎝이며, 증착시간은 1 내지 60 분이고, 인가전압은 10 내지 15 kV일 수 있다.
상기 Ⅲ) 단계는 핫프레스 또는 상압로를 이용하여 불활성 분위기하에서 수행할 수 있으며, 구체적으로 상기 핫프레스를 이용할 경우 동시 소성 조건은 1600 내지 1630 ℃에서 2 내지 5시간 동안 수행될 수 있고, 상기 상압로를 이용할 경우 동시 소성 조건은 1650 내지 1670 ℃에서 2시간 내지 7시간 동안 수행될 수 있다.
상기 핫프레스를 이용할 경우 동시 소성 조건이 1600 ℃ 및 2 시간 미만인 경우 조밀화되지 못하고 계면에서 분리 현상이 관찰되며, 식각률 또한 저하되는 것을 확인할 수 있다. 또한 1630 ℃ 및 5 시간을 초과할 경우 산화 이트륨이 형성되거나 계면 상태가 일부 또는 분리되어 제조가 되기 때문에 플라즈마에 대한 식각률이 현저히 저하되고, 플라즈마 에칭 과정에서 상기 세라믹 소결체의 수명이 현저히 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 상기 상압로를 이용할 경우 동시 소성 조건은 1650 ℃ 및 2 시간 미만인 경우 조밀화되지 못하고 계면에서 분리 현상이 관찰되며, 1670 ℃ 및 7 시간을 초과하는 경우에는 산화 이트륨이 형성되거나 계면 상태가 일부 또는 분리되어 제조가 되기 때문에 플라즈마에 대한 식각률이 현저히 저하되고, 플라즈마 에칭 과정에서 상기 세라믹 소결체의 수명이 현저히 저하되는 문제가 발생한다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1-8. 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체( YOF )
1) 옥시플루오르화이트륨 분말 슬러리 제조.
슬러리 혼합기 내부에 이소프로필 알콜/톨루엔(6:4) 50 ㎖와 폴리비닐부티랄(PVB) 0.25 g을 첨가하여 300 분동안 혼합을 진행하여, 상기 폴리비닐부티랄이 잘 용해된 용액을 제조하고, 여기에 옥시플루오르화이트륨 분말(평균 입도 0.8 ㎛) 4 g을 첨가하여 마그네틱 바를 이용하여 균일하게 섞어 옥시플루오르화이트륨 분말 슬러리를 제조하였다.
2) 알루미나 성형체 제작
알루미나 성형체를 제작하기 위해, 우선 알루미나 분말은 순도가 99.7 %이상, 평균 입도는 80~90 ㎛ 사이이며 30 ㎜ 금형몰드에 5 g을 칭량하여 장입한 후 일축가압 프레스를 이용하여 약 40 MPa의 압력으로 알루미나 성형체를 제작하였다.
3) 정전분무를 통해, 기판 상에 YOF 증착.
실시예 1-1)에서 제조된 옥시플루오르화이트륨 분말 슬러리를 시린지 펌프를 통해 내경 0.03 ㎜, 외경 0.64 ㎜ 스테인리스 노즐로 이송하여 상기 실시예 1-2)에서 제조된 알루미나 성형체 표면에 분사하여 증착하였다. 증착시간은 30분 동안 수행되었다.
이때, 상기 시린지 펌프에서의 슬러리 공급 유량은 10 ㎖/h으로 하고, 상기 스테인리스 노즐에 인가된 DC 전압은 14 kV, 알루미나 성형체와 노즐 거리는 7.5 cm로 유지하였다.
4) YOF 박막 소성.
알루미나 성형체 상에 증착된 옥시플루로르화이트륨 시편에 대해서는 핫 프레스를 이용하여 불활성 분위기하에서 동시 소결을 진행하여, 알루미나 또는 이트리아 소결체 상에 계면이 보이지 않는 안정적인 YOF 박막인 이종 세라믹층을 제조하였다. 이때, 증착시간과 소결온도는 하기 [표 1]에 기재된 바와 같이 제어하여 수행하였다.
이때 형성된 YOF 박막의 두께는 20 내지 30 ㎛로, 일예로 실시예 3의 YOF 박막 두께는 27.2 ㎛이다.
또한, 카본의 오염분위기를 제어하기 위해, 카본 박스에 BN을 스프레이로 도포하고, 성형체를 장입한 후, 상기 성형체 주위를 YOF 분말로 감싸주었다.
YOF 입자 사이즈 유량
(㎖/h)		 이격 거리
(성형체와 노즐)		 증착시간 소결온도(℃)
소결시간(h)
실시예 1 0.8 ㎛ 10 7.5 ㎝ 30분 1550 ℃
2 시간
실시예 2 30분 1570 ℃
2 시간
실시예 3 30분 1600 ℃
2 시간
실시예 4 45분 1600 ℃
2 시간
실시예 5 45분 1600 ℃
5 시간
실시예 6 60분 1630 ℃
2 시간
실시예 7 60분 1630 ℃
7 시간
실시예 8 60분 1650 ℃
2 시간
실시예 9-16. 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체( YOF )
알루미나 성형체 대신 이트리아 분말을 이용하여 제조된 이트리아 성형체를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 8과 모두 동일하게 YOF 박막을 제조하였다.
구체적으로 상기 실시예 1의 조건으로 실시예 9를 제조하고, 실시예 2의 조건으로 실시예 10을 제조하고, 실시예 3의 조건으로 실시예 11을 제조하고, 실시예 4의 조건으로 실시예 12를 제조하고, 실시예 5의 조건으로 실시예 13을 제조하고, 실시예 6의 조건으로 실시예 14를 제조하고, 실시예 7의 조건으로 실시예 15를 제조하고, 실시예 8의 조건으로 실시예 16을 제조하였다.
실시예 17-24. 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체( YOF )
실시예 1-6의 3) 단계를 일반 불활성 상압 분위기인 소결로를 이용하여 동시 소결하는 것을 제외하고는 모두 실시예 1-6과 동일하게 제조하나, 상기 3) 단계의 소결 조건은 아래 표 2에 기재된 조건으로 제어하여 수행하였다.
YOF 입자 사이즈 유량
(㎖/h)		 이격 거리
(성형체와 노즐)		 증착시간 소결온도(℃)
소결시간(h)
실시예 17 0.8 ㎛ 10 7.5 ㎝ 30분 1600 ℃
2 시간
실시예 18 30분 1630 ℃
5 시간
실시예 19 30분 1650 ℃
3 시간
실시예 20 45분 1650 ℃
5 시간
실시예 21 45분 1650 ℃
7 시간
실시예 22 60분 1670 ℃
3 시간
실시예 23 60분 1670 ℃
8 시간
실시예 24 60분 1700 ℃
3 시간
도 2는 실시예 3으로부터 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체(YOF)의 주사전자 현미경 사진(SEM)에서 파단면 사진이고, 도 3은 실시예 3으로부터 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체의 파단면에 대한 SEM 사진(도 2) 일부를 확대한 사진이다.
도 2 및 3을 참조하면, 실시예 3의 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체(YOF)는 모두 성형체 상에 YOF가 증착하여 계면분리 현상없이 접합강도가 우수한 이종 세라믹 소결체구조를 형성하고 있음을 보여준다.
아울러, 전반적으로 실시예 3의 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체(YOF) 모두 상대밀도 99% 이상을 나타내고, 수축율은 15-16%로 우수한 것을 확인하였다.
아울러 실시예 3-6 및 실시예 19-22의 플라즈마 무식 방지용 세라믹 소결체 역시 상대밀도가 99% 이상, 구체적으로 99-99.9%이며, 수축율은 15 내지 18%, 구체적으로 15-16%로 우수한 물성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
표 3은 본 발명에 따른 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체(YOF)의 제조 조건에 따라 계면 상태를 측정하여 나타낸 표이다.
표 3은 핫 프레스를 이용하여 동시소결한 실시예 1 내지 8로부터 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체의 계면 상태와 불활성 상압로를 이용하여 동시소결한 실시예 17 내지 24로부터 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체(YOF)의 계면 상태를 나타낸 것이다.
계면 상태
(분리정도)		 계면 상태
(분리정도)
실시예 1 ○ 실시예 17 △
실시예 2 △ 실시예 18 △
실시예 3 × 실시예 19 ×
실시예 4 × 실시예 20 ×
실시예 5 × 실시예 21 ×
실시예 6 × 실시예 22 ×
실시예 7 ○ 실시예 23 △
실시예 8 ○ 실시예 24 ○
상기 표 3에서 계면상태는 YOF 박막과 이트리아 성형체와의 분리정도를 확인하여 나타낸 것으로, ○는 상기 YOF 박막과 이트리아 성형체의 계면에서 두 박막의 분리가 심한 것을 의미하고, △는 상기 YOF 박막과 이트리아 성형체의 계면에서 두 박막의 분리가 미미하나, 성능에 저하를 야기하는 정도의 것을 의미하며, ×는 상기 YOF 박막과 이트리아 성형체의 계면에서 두 박막의 분리가 전혀 관찰되지 않고, 잘 결합되어 있는 것을 의미한다.
표 4는 정전분무공정의 유무, 소성방법 및 세라믹 재료에 따른 세라믹 소결체의 접착력(MPa), 경도(Hv) 및 플라즈마 식각율(㎛/h)을 측정하여 나타낸 것이다.
이때 비교예 1은 이트리아 분말을 성형체 상에 정전분무로 증착한 후, 1630 ℃에서 2 시간동안 핫프레스로 소결하여 제조하였고 30 ㎛의 두께로 제조한 소결체이다.
비교예 2는 이트리아 분말 대신 알루미나 분말을 이용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 모두 동일하게 제조한 소결체이다.
비교예 3은 YOF 분말 대신 알루미나, 지르코니아, 이트리아가 0.35:0.35:0.3 몰비로 혼합된 세라믹 분말을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 모두 동일하게 제조된 소결체이다.
비교예 4는 YOF 분말 대신 YF3(플루오르화이트륨) 분말을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 모두 동일하게 제조된 소결체이다.
한편, 상기 플라즈마 식각율을 측정하기 위하여, 전원 700W, 식각 가스로 염화불소(CF)이 이용되었으며, 2시간 동안 식각 공정이 수행되었다.
접착력(MPa) 플라즈마 식각율(㎛/h) 접착력(MPa) 플라즈마 식각율(㎛/h)
실시예 1 12-14 0.48 실시예 17 13-15 0.47
실시예 2 15-16 0.49 실시예 18 14-15 0.48
실시예 3 18-19 0.24 실시예 19 18-19 0.21
실시예 6 20-21 0.21 실시예 20 20-21 0.19
실시예 7 13-14 0.51 실시예 23 13-14 0.40
실시예 8 13-15 0.48 실시예 24 13-15 0.45
비교예 1 12-13 - 비교예 3 11-13 0.82
비교예 2 13-14 0.62 비교예 4 12-12.5 0.46
표 4를 참조하면 본 발명에 따른 실시예 3, 6, 19 및 20의 세라믹 소결체는 F계 플라즈마에 대한 식각률이 0.1 내지 0.25 ㎛/h로 매우 우수하나, 소결온도 조건범위가 조금만 초과하거나 미만인 경우(실시예 1,2, 7, 8, 17, 18, 23 및 24)의 경우 0.4 내지 0.5 ㎛/h로 식각율이 약 2 배 더 높게 측정되었다.
또한, 비교예 1 내지 4와 같이 세라믹 재료가 상이한 경우 본 발명의 제조공정을 도입하더라도 식각률과 접착력이 현저히 낮음을 알 수 있는데, 이러한 접착력의 저하는 소결체의 수명에 영향을 미치는 중요한 요소이기 때문에, 플라즈마 에칭 과정에 비교예 1 내지 4보다 실시예 3, 6, 19 및 20의 세라믹 소결체가 쉽게 분리되지 않고 장기간 플라즈마 방지 특성을 나타낼 수 있다는 것을 확인하였다.
본 발명의 실험예에 기재하지는 않았으나, 비교예 4의 경우 플라즈마 에칭시 미세크랙을 나타내는데, 즉 접착력과 식각율이 종래보다 개선되긴 하였으나 에칭 과정에서 미세크랙이 형성되어 수명특성이 현저히 저하됨을 확인하였다. 게다가 비교예 4의 경우 O 계 플라즈마 과정에서 일부 또는 전체 플루오르화이트륨이 옥시플루오르화이트륨으로 비일괄적으로 변환되는 반응을 통해, 나노단위로 박막 상에 크랙이 발생되는 문제가 있다.
이에 반해 본 발명에 따른 실시예 3, 6, 19 및 20의 세라믹 소결체는 F계 Cl계 및 O계 등의 플라즈마 모두에 대해 우수한 식각률을 가지고 있으며, 미세크랙 또한 발생하지 않는, 현저히 우수한 수명특성을 가지고 있다.
표 5는 용매의 혼합비에 따라 제조된 소결체의 계면 상태를 측정하여 나타낸 표이다.
계면 상태
(분리정도)		 계면 상태
(분리정도)
실시예 3 × 실시예 19 ×
실시예 4 × 실시예 20 ×
비교예 5 △ 비교예 8 △
비교예 6 ○ 비교예 9 △
비교예 7 ○ 비교예 10 ○
표 5에서 비교예 5 내지 7은 옥시플루오르화이트륨 분말 슬러리 제조시 사용된 혼합 용매(이소프로필알콜과 톨루엔)의 혼합비가 순서대로 7:3, 8:2, 5:5인 것을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 모두 동일하게 제조되었다.
비교예 8 내지 10 역시 옥시플루오르화이트륨 분말 슬러리 제조시 사용된 혼합 용매(이소프로필알콜과 톨루엔)의 혼합비가 순서대로 7:3, 8:2, 5:5인 것을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 19와 모두 동일하게 제조되었다.
상기 표 5에서 계면상태는 YOF 박막과 이트리아 성형체와의 분리정도를 확인하여 나타낸 것으로, ○는 상기 YOF 박막과 이트리아 성형체의 계면에서 두 박막의 분리가 심한 것을 의미하고, △는 상기 YOF 박막과 이트리아 성형체의 계면에서 두 박막의 분리가 미미하나, 성능에 저하를 야기하는 정도의 것을 의미하며, ×는 상기 YOF 박막과 이트리아 성형체의 계면에서 두 박막의 분리가 전혀 관찰되지 않고, 잘 결합되어 있는 것을 의미한다.
표 5를 참조하면 혼합 용매의 혼합비 역시 최종 제조된 세라믹 소결체의 성형체와 YOF 박막 간의 계면간 분리정도에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있고, 이소프로필알콜과 톨루엔의 혼합비가 6:4인 것이 가장 바람직한 계면상태로 제조되도록 한다는 것을 확인하였다.

Claims (6)

  1. Ⅰ) 알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체를 준비하는 단계;
    Ⅱ) 옥시플루오르화이트륨 및 용매를 포함하는 슬러리 또는 용액을 정전 분무 방법으로 상기 Ⅰ) 단계의 상기 성형체 상에 정전 분무하여 증착하는 단계; 및
    Ⅲ) 상기 Ⅱ) 단계에서의 옥시플루오르화이트륨이 증착된 성형체를 동시 소결하는 단계;를 포함하고,
    상기 옥시플루오르화이트륨 분말은 평균 입도가 0.5 내지 1 ㎛이며,
    상기Ⅰ) 단계는 35 내지 45 MPa 압력으로 가압하는 것을 특징으로 하며,
    상기 Ⅱ) 단계에서 상기 용매는 알콜과 유기용매가 6:4의 혼합 중량비로 혼합된 혼합 용매이며,
    상기 Ⅲ) 단계는 핫프레스 또는 상압로를 이용하여 불활성 분위기하에서 수행되며,
    상기 핫프레스를 이용할 경우 동시 소성 조건은 1600 내지 1630 ℃에서 2 시간 동안 수행되며,
    상기 상압로를 이용할 경우 동시 소성 조건은 1650 ℃에서 3 시간 내지 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ⅱ) 단계에서의 상기 슬러리 또는 용액은 폴리비닐부티랄을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 따라 제조된 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체로,
    알루미나 성형체 또는 이트리아 성형체; 및
    상기 성형체 상에 위치한 플루오르화이트륨 소결체;로 이루어지고,
    상기 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체는 O계, F계 및 Cl계 플즈마에 대해 저항성을 가지며,
    상기 성형체와 소결체의 접착력은 18-21 MPa이며, 플라즈마 식각율(㎛/h)은 0.19-0.24 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 부식 방지용 세라믹 소결체.
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