KR101817779B1 - 내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 희토류 금속 화합물의 용사 코팅 후, 에어로졸 증착과 수화 처리를 통한 이중 밀봉으로 코팅층의 오픈 채널(open channel)과 개기공(open pore)를 최소화하여 내화학 특성 확보 및 치밀한 희토류 금속 화합물 코팅막에 의한 플라즈마 내식성 확보가 동시에 이루어질 수 있는 내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법에 관한 것이다.

Description

내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법{Plasma Resistant Coating Layer, Method of Forming the Same}
본 발명은 내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 식각 장비를 포함하는 반도체 제조공정에 적용되는 내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법에 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 증착 설비 또는 플라즈마 식각 등을 이용한 식각 설비 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 열적 분사방법의 경우에는 후막 형성이 가능한 장점이 있으나, 일반적으로 금속기재에 세라믹 물질을 코팅하게 되므로, 상기와 같은 열간 프로세스의 경우는 코팅 후 냉각과정에서 금속과 세라믹 간의 열팽창률의 차이에 따라 결합력이 떨어지는 문제점이 있고, 경우에 따라서는 금속기재가 용융되어 산화층이 생성되는 등의 고온공정이 가지는 한계가 있다.
한편, 에어로졸 증착법은 상기의 문제점을 극복하고 치밀한 후막을 제조할 수 있으나, 희토류 금속 화합물의 경우에는 100 ㎛ 이상의 치밀한 후막을 만들기는 어렵다는 문제가 있었다. 따라서 고전압 및 플라즈마에 노출되는 후막의 수명 상의 문제점이 발생할 수 있었다.
또한, 100 ㎛ 이상의 후막을 코팅하기 위해 플라스마 용사공정을 통하여 후막을 코팅하는 방법이 한국공개특허 제2003-0077155호에 제시되어 있으나, 플라즈마 용사공정을 통하여 후막을 코팅 시에는 치밀한 코팅막을 제조하기 어려운 문제점이 있었다.
이에 한국등록특허 제1108692호에서는 100 ㎛를 초과하는 다공성 후막 또는 다공성 세라믹의 표면을 밀봉하는 치밀한 내플라즈마 코팅막을 형성하기 위해 평균 표면 거칠기가 0.4 내지 2.3 ㎛인 다공성 세라믹층을 포함하는 기판의 다공성 세라믹층 상에 형성된 희토류 금속 화합물 코팅막을 제시하고 있으나, 상기 다공성 세라믹층과 희토류 금속 화합물 코팅막의 성분이 달라 코팅층 간의 이질감으로 결합력이 약할 뿐만 아니라, 상기 희토류 금속 화합물 코팅막을 플라즈마 식각 후에는 알루미나 성분이 검출될 가능성이 높고, 희토류 금속 화합물 코팅막의 상대밀도가 95%로, 기공율을 5% 이하로 줄일 수 없어 코팅막의 손상방지나 반도체 제조설비 부품의 절연, 내식성, 내플라즈마성 등을 향상시키는데 한계가 있었다.
한국공개특허 제2003-0077155호 한국등록특허 제1108692호
본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 코팅 대상물 상에 형성된 코팅층을 치밀하게 밀봉하여 우수한 내플라즈마 특성은 물론 우수한 절연성, 내화학성 등의 특성을 갖는 내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는, (a) 코팅 대상물상에 제1 희토류 금속 화합물을 용사 코팅하여 제1 희토류 금속 화합물층을 형성하는 단계; (b) 상기 형성된 제1 희토류 금속 화합물층 상에 제2 희토류 금속 화합물을 에어로졸 증착시켜 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 형성된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 수화처리하는 단계를 포함하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제1 희토류 금속 화합물은 Y2O3, Dy2O3, Er2O3, Sm2O3, YAG, YOF 및 YF로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제1 희토류 금속 화합물층은 두께가 100 ~ 300 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (c) 단계의 수화처리는 (i) 상기 형성된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 세척시키는 단계; (ii) 상기 세척된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 건조시키는 단계; (iii) 상기 건조된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 습윤(wetting) 처리하는 단계; 및 (iv) 상기 습윤 처리된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 진공건조(vacuum baking)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 습윤 처리는 60 ~ 120 ℃에서 1 ~ 48시간 동안 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 수화처리는 (iii) 및 (iv) 단계를 2회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제2 희토류 금속 화합물은 Y2O3, Dy2O3, Er2O3, Sm2O3, YAG, YOF 및 YF로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제2 희토류 금속 화합물 코팅층은 두께가 5 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (c) 단계 후, 제1 희토류 금속 화합물 코팅층은 기공율이 10 vol% 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제2 희토류 금속 화합물 코팅층은 기공 함유율이 5 vol% 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 내플라즈마 코팅막의 형성방법에 의해 형성되고, 코팅 대상물 상에 제1 희토류 금속 화합물을 용사 코팅하여 형성되고, 수화처리된 제1 희토류 금속 화합물층; 및 상기 제1 희토류 금속 화합물층 상에 제2 희토류 금속 화합물을 에어로졸 증착하여 형성되고, 수화처리된 제2 희토류 금속 화합물층을 포함하는 내플라즈마 코팅막을 제공한다.
본 발명에 따른 내플라즈마 코팅막의 형성방법은 제1 희토류 금속 화합물층과 제2 희토류 금속 화합물층이 적층된 구조를 갖기 때문에 상기 코팅 대상물에 내 플라즈마 특성, 높은 내전압특성 및 높은 전기 저항성을 부여할 수 있으며, 적층된 제1 희토류 금속 화합물층과 제2 희토류 금속 화합물층이 동일한 물성을 나타내는 물질로 이루어져 있어 코팅 물성이 안정적이고, 코팅층 간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내플라즈마 코팅막의 형성방법은 제1 희토류 금속 화합물의 용사 코팅 후, 에어로졸 증착과 수화 처리를 통한 이중 밀봉으로 코팅층의 오픈 채널(open channel)과 개기공(open pore)를 최소화하여 내화학 특성 확보 및 치밀한 희토류 금속 화합물 코팅막에 의한 플라즈마 내식성 확보가 동시에 이루어질 수 있어 반도체 식각 장비를 포함하는 다양한 반도체 장비용 부품에 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내플라즈마 코팅막의 형성과정을 나타낸 개략도로, (a)는 용사법으로 형성된 제1 희토류 금속 화합물층 및 (b)는 수화처리된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 코팅막의 수직단면 SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 코팅막의 수화처리 전(a)/후(b)의 EDS 측정 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 코팅막의 수화처리 전(a)/후(b)의 XRD 측정 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1(b) 및 비교예 1(a)에서 제조된 코팅막의 잉크 침투력 측정 이미지이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 발명의 명확성을 기하기 위해 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 설명하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함 하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 일 관점에서, (a) 코팅 대상물 상에 제1 희토류 금속 화합물을 용사 코팅하여 제1 희토류 금속 화합물층을 형성하는 단계; (b) 상기 형성된 제1 희토류 금속 화합물층 상에 제2 희토류 금속 화합물을 에어로졸 증착시켜 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 형성된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 수화처리하는 단계를 포함하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 종래 용사법으로 코팅 대상물 상에 형성된 코팅층은 용사코팅 특성상 오픈채널(open channel)과 개기공(open pore)를 내재하고 있어 코팅층 내부에 미세가스 잔류로 인한 탈기체(out gassing) 발생으로 인한 시즈닝 이슈(seasoning issue)와 반도체 공정 중 챔버 내부의 부식성 플라즈마 가스의 침투로 인한 코팅 수명 저하 가능성을 가지고 있다.
이에, 본 발명에 따른 내플라즈마 코팅막의 형성방법은 도 1에 나타난 바와 같이 코팅 대상물(100) 상에 용사 코팅법으로 제1 희토류 금속 화합물층(110)을 형성한 다음, 코팅밀도가 높은 에어로졸 증착법(aerosol depostion coating; AD coating)을 통하여 제1 희토류 금속 화합물층(110) 상에 제2 희토류 금속 화합물층(120)을 형성하여 제1 희토류 금속 화합물층(110)을 1차 밀봉한 후, 마지막 단계에서 상기 형성된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층의 오픈채널(open channel)과 개기공(open pore)를 수화처리로 2차 밀봉함으로써, 상기 코팅층에 형성된 오픈채널(open channel)과 개기공(open pore)을 최소화하여 코팅특성을 향상시키며, 탈기체 발생을 최소화로 시즈닝 시간 최소화 및 내화학성을 향상시켜 안정적인 챔버 조건을 유지시킬 수 있다.
본 발명에 따른 내플라즈마 코팅막의 형성방법은 먼저, 코팅 대상물(100) 상에 제1 희토류 금속 화합물을 용사 코팅법으로 코팅하여 제1 희토류 금속 화합물층(110)을 형성한다[(a) 단계].
상기 제1 희토류 금속 화합물층이 형성되는 코팅 대상물(100)은 플라즈마 장치 내부에 적용되는 정전 척(electro static chuck), 히터, 챔버 라이너(chamber liner), 샤워 헤드, CVD용 보트(boat), 포커스링(focus ring), 월 라이너(wall liner) 등의 플라즈마 장치 부품일 수 있으며, 코팅 대상물의 재질로는 철, 마그네슘, 알루미늄, 이들의 합금 등의 금속; SiO2, MgO, CaCO3, 알루미나 등의 세라믹; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌아디페이트, 폴리아이소시아네이트 등의 고분자 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 코팅 대상물(100)은 표면에 샌딩 처리되어 일정한 표면 거칠기를 부여하는 동시에 코팅 대상물과 이후 형성되는 제1 희토류 금속 화합물층(110)의 접착 특성을 향상시킬 수 있다.
일 예로, 상기 샌딩 처리로 인한 코팅 대상물의 표면 거칠기가 1㎛ 미만일 경우, 이후 형성되는 제1 희토류 금속 화합물층과 코팅 대상물의 접착 특성이 낮아져 상기 코팅 대상물로부터 제1 희토류 금속 화합물층이 외부 충격에 의해 쉽게 박리되는 문제점이 발생될 수 있다. 이해 반해, 샌딩 처리로 인한 코팅 대상물의 표면 거칠기가 8㎛를 초과할 경우에는 이후 형성되는 제1 희토류 금속 화합물층의 표면 조도에 영향을 주어 제1 희토류 금속 화합물층에 형성되는 제2 희토류 금속 화합물층이 균일한 두께로 형성되지 않는 문제점이 발생될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 코팅 대상물을 평균중심 조도 값이 약 1 내지 8㎛인 표면 거칠기를 갖도록 샌딩 처리할 수 있다.
상기 코팅 대상물 상의 제1 희토류 금속 화합물층(110)의 형성은 코팅 대상물 및 코팅층 간의 강한 결합력과 내식성 등의 요건을 만족할 정도의 코팅층을 형성하기 위해 용사 코팅이라면 제한 없이 적용가능하고, 바람직하게는 코팅층의 높은 경도 및 높은 전기 저항성 측면에서 플라즈마 용사 코팅법을 적용할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 제1 희토류 금속 화합물층(110)은 제1 희토류 금속 화합물이 코팅 대상물(100)에 용사 코팅되어 형성된 층으로, 두께는 100 ~ 300 ㎛이고, 평균중심 조도 값이 1 내지 7 ㎛인 표면 거칠기(Ra)를 가지는 것이 바람직하다. 만일 제1 희토류 금속 화합물층 두께가 100 ㎛ 미만인 경우, 내전압이 저하되는 문제점이 발생될 수 있고, 300 ㎛를 초과하는 경우에는 공정시간 증가가 발생되며 이로 인해 생산성이 저하되는 문제점이 발생된다.
또한, 제1 희토류 금속 화합물층 표면 거칠기가 1 ㎛ 미만인 경우, 최종적으로 형성되는 내플라즈마 코팅막 상에 플라즈마 식각챔버 내에 존재하는 오염물의 흡착면적이 작아져서 오염물 포집 효과가 감소되는 문제가 발생되며, 7 ㎛를 초과하는 경우에는 제1 희토류 금속 화합물층에 형성되는 제2 희토류 금속 화합물층이 균일하게 형성되지 못하는 문제점이 발생된다.
또한, 상기 제1 희토류 금속 화합물층은 표면 거칠기 값 중 하나인 Rz 값이 30 내지 50을 만족하는 것이 바람직하다. 제1 희토류 금속 화합물층을 형성한 후 Rz 값을 측정하여 그 값이 50을 초과할 경우, 제1 희토류 금속 화합물층에서 비용융된 입자의 표면을 브러싱(연마)하여 제거하는 공정을 추가로 더 수행할 수 있다.
본 실시예의 표면 거칠기를 나타내는 Rz 값은 십점 평균 산출법을 통해 산출된다. 여기서, Rz 값은 제1 희토류 금속 화합물층 표면의 가장 높은 수치의 돌기와 가장 낮은 수치의 돌기에 대해 산출적인 평균값을 나타낸다. 이를 통해 제1 희토류 금속 화합물층에 평균 거칠기보다 더 높은 돌기가 형성되어 있는 점을 고려하여 제1 희토류 금속 화합물층의 표면을 연마할 수 있기 때문이다.
상기 제1 희토류 금속 화합물로는 이트리아(Y2O3), 디스프로시아(Dy2O3), 어비아(Er2O3), 사마리아(Sm2O3), 야그(YAG), 이트륨의 플루오르화물(YF), 이트륨의 옥시플루오르화물(YOF) 등을 사용할 수 있다.
상기 제1 희토류 금속 화합물층을 이루는 제1 희토류 금속 화합물은 반도체 공정 중에 노출되는 플라즈마에 강한 저항성을 가짐으로써, 반도체 식각장비와 같이 내식성이 요구되는 반도체 장비 부품에 적용시 반도체 공정의 플라즈마에 대한 내식성 및 내전압 특성을 확보할 수 있게 한다.
상기 제1 희토류 금속 화합물층(110) 상에는 더욱 치밀한 코팅층을 형성하여 제1 희토류 금속 화합물층을 1차 밀봉하기 위해 에어로졸 증착법(AD coating)을 이용하여 제2 희토류 금속 화합물을 증착시킨 제2 희토류 금속 화합물층(120)을 형성한다[(b) 단계].
상기 제2 희토류 금속 화합물층(120)은 에어로졸 증착에 의해 상기 제1 희토류 금속 화합물층 상에 형성되는 기공 함량이 10 vol% 이하인 고밀도 희토류 금속 화합물층이며, 5 내지 30 ㎛의 두께를 갖는 동시에 평균 중심 조도 값이 0.1 내지 3.0 ㎛인 표면 거칠기 값을 갖는다.
만일, 제2 희토류 금속 화합물층 두께가 5 ㎛ 미만인 경우, 그 두께가 지나치게 얇아 플라즈마 환경에서 내 플라즈마성을 확보하기 어렵고, 제2 희토류 금속 화합물층 두께가 30 ㎛를 초과하는 경우에는 코팅층의 잔류 응력으로 인하여 박리가 발생하는 문제가 있고, 또한, 가공시에도 박리가 발생될 수 있으며 나아가 희토류 금속 화합물이 과도하게 사용됨에 따라 경제적인 손실이 생길 수 있다.
또한, 제2 희토류 금속 화합물층 표면 거칠기가 0.1 ㎛ 미만인 경우, 최종적으로 형성되는 내플즈마 코팅막 상에 플라즈마 식각챔버 내에 존재하는 오염물의 흡착면적이 작아져서 오염물 포집 효과가 감소되는 문제가 발생되며, 3.0 ㎛를 초과하는 경우에는 제2 희토류 금속 화합물층이 균일하게 형성되지 못하는 문제점이 발생된다.
또한, 제2 희토류 금속 화합물층은 기공함량이 10 vol%를 초과할 경우, 최종적으로 형성되는 내플라즈마 코팅막의 기계적 강도가 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 제2 희토류 금속 화합물층은 내플라즈마 코팅막의 기계적 강도 및 전기적 특성 확보를 위해 바람직하게 0.01 ~ 5 vol%의 기공을 포함할 수 있다.
상기 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하기 위한 에어로졸 증착은 일 실시예로 10 ㎛ 이하의 입도를 갖는 제2 희토류 금속 화합물 분말을 에어로졸 챔버 내에 장입하고, 코팅 대상물을 증착 챔버 내에 안착시킨다. 이때, 상기 에어로졸 챔버에서 제2 희토류 금속 화합물 분말이 인가되며, 아르곤(Ar) 가스를 통해 에어로졸 챔버 내로 입사됨으로 인해 에어로졸화 한다. 상기 이송가스는 아르곤(Ar) 가스 이외에도, 압축공기나, 수소(H2), 헬륨(He) 또는 질소(N2) 등의 비활성 가스 등이 사용될 수 있다. 에어로졸 챔버와 증착 챔버 간의 압력차에 의해 이송가스와 함께 상기 제2 희토류 금속 화합물 분말은 증착 챔버 내로 흡입되면서 노즐을 통하여 코팅 대상물을 향해 고속으로 분사된다. 이로써, 상기 분사에 의해 제2 희토류 금속 화합물이 증착됨으로써, 고밀도 제2 희토류 금속 화합물층이 형성된다. 상기 제2 희토류 금속 화합물의 증착 면적은 노즐을 좌우로 이동시키면서 원하는 크기로 제어가 가능하며 그 두께 또한 증착시간, 즉 분사시간에 따라 비례하여 결정된다.
상기 제2 희토류 금속 화합물층(120)은 제2 희토류 금속 화합물을 상술한 에어로졸 증착방법을 이용하여 2회 이상 반복 적층하여 형성할 수도 있다.
상기 제2 희토류 금속 화합물층의 제2 희토류 금속 화합물은 제2 희토류 금속 화합물층과 동일하거나, 다른 성분의 희토류 금속 화합물을 적용할 수 있고, 일 예로, Y2O3, Dy2O3, Er2O3, Sm2O3, YAG, YF, YOF 등을 사용할 수 있다.
상기 제2 희토류 금속 화합물층(120)은 제1 희토류 금속 화합물층(110)의 후막으로, 제1 희토류 금속 화합물층과 동일한 물성을 가지는 성분으로 이루어져 반도체 공정 중에 노출되는 플라즈마에 대한 강한 저항성은 물론, 제1 희토류 금속 화합물층과의 강한 결합력으로 코팅층의 벗겨짐이 없어 제조공정 중에 파티클 발생 및 이에 의한 웨이퍼 오염을 최소화할 수 있다.
상기 에어로졸 증착을 수행시에는 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 증착 시 공기 내부의 기름과 같은 불순물이 같이 성막되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 내플라즈마 코팅막 형성방법은 용사 코팅법으로 제1 희토류 금속 화합물층을 형성한 이후, 에어로졸 증착방법(aerosol deposition coating)으로 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하는 것은 내 플라즈마성 부품이 플라즈마 공정에서 오염물에 의해 오염되어 코팅막의 박리 후, 재-코팅(Re-coating)할 경우, 상기 고밀도 코팅막인 제2 희토류 금속 화합물층을 블라스팅(blasting) 공정으로 박리한 후, 다시 제2 희토류 금속 화합물층을 재형성하면 된다.
전술된 바와 같이 제1 희토류 금속 화합물층 상에 제2 희토류 금속 화합물층이 형성되면, 상기 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 수화처리하여 코팅층에 내재된 오픈채널(open channel)과 개기공(open pore)을 2차 밀봉(sealing)한다[(c) 단계].
상기 수화처리는 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 세척한 다음[(i) 단계], 상기 세척된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 건조[(ii) 단계] 하고, 상기 건조된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 습윤(wetting) 처리[(iii) 단계] 후, 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 진공건조(vacuum baking)를 수행한다.
상기 수화처리의 (i) 단계에서 세척은 제2 희토류 금속 화합물층 상에 부착되어 있는 이물질이나, 불순물 등을 제거하기 위해 알코올, 물(deionized water), 아세톤, 계면활성제 등과 같은 세정제 등을 사용하여 세척할 수 있다.
상기 수화처리의 (ii) 단계에서 건조는 세척된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 60 ~ 120 ℃에서 1 ~ 48 시간 동안 건조시킬 수 있다. 만일 상기 건조 조건범위를 벗어나는 경우, 개기공, 크랙 내 잔류 수분 잔존으로 인해 습윤 처리시 효과가 저하되거나, 또는 공정시간 증가로 인해 생산성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
상기 수화처리의 (iii) 단계에서 습윤 처리는 건조된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층의 기공과 미세 크랙에 수분을 침투시켜 상기 침투된 수분과 제1 및 제2 희토류 금속화합물과의 반응으로 상기 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층의 기공과 미세 크랙에 수산화물을 형성시킴으로써, 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층에 형성된 개기공과 크랙 등을 봉공 처리하기 위한 것이다.
상기 습윤 처리는 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층에 물을 침투시킬 수 있는 방법이면 제한 없이 적용가능하고, 일 예로, 제2 희토류 금속 화합물층 상에 물(deionized water)을 스프레이 등으로 분사하여 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층에 스며들도록 하거나, 또는 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층이 형성된 코팅대상물을 물에 침지시켜 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 습윤 처리할 수 있다.
이때, 상기 습윤처리는 상압에서 60 ~ 120 ℃로 1 ~ 48 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 습윤처리시 온도가 60 ℃ 미만인 경우 물이 상기 코팅층으로 침투하기 어렵고, 상기 120 ℃를 초과할 경우에는 물이 상기 코팅층으로 과도하게 침투하거나, 또는 코팅대상물로 침투할 수 있다. 또한 습윤처리 시간이 1 시간 미만인 경우, 물이 코팅층으로 충분히 침투하기 어렵고, 48 시간을 초과할 경우에는 물이 상기 코팅층으로 과도하게 침투하거나 또는 코팅대상물로 침투할 수 있다.
또한, 상기 습윤처리는 물이 탈이온수가 아닌 경우, 물에 포함된 이온이 코팅층에 영향을 미칠 수 있으며, pH가 약 6 미만이거나, 8을 초과할 경우에는 상기 코팅층을 손상시킬 수 있어, 물의 pH는 바람직하게 6 ~ 8일 수 있다.
상기 수화처리의 (iv) 단계에서 진공건조(vacuum baking)는 습윤 처리된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층의 잔류수분을 제거하기 위해 10-2 ~ 10-4 mtorr 압력으로 60 ~ 120 ℃에서 1 ~ 48 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 진공건조 온도가 60 ℃ 미만인 경우, 상기 제2 희토류 금속 화합물층과 수분의 반응이 잘 이루어지지 않아 수산화물 형성 효율이 저하되고, 120 ℃를 초과하는 경우에는 상기 코팅층에 크랙이 발생하거나, 상기 코팅층이 박리되는 등의 손상이 발생될 수 있다. 상기 가열 시간이 1 시간 이하인 경우, 상기 코팅층과 수분이 충분히 반응하기 않을 수 있으며, 48 시간을 초과하는 경우에는 공정 시간 증가로 인해 생산성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
일 예로, 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층이 산화이트륨(Y2O3)인 경우, 산화이트륨과 수분이 반응하여 수산화이트륨(Y(OH)3)을 형성한다. 이와 같이 수화처리된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층은 코팅 내부의 균열 경로(crack path)의 Y2O3가 수산화물(수산화 반응물) 생성으로 인해 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층에 내재된 오픈채널을 밀봉시킨다.
이때, 상기 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층의 수화처리는 충분한 수산화물을 생성하기 위해 세척[(i) 단계] 및 건조[(ii) 단계] 후, 습윤처리 단계와 진공건조 단계를 2회 이상, 바람직하게는 2 ~ 10회 반복 수행할 수 있다.
이와 같이 처리된 제1 희토류 금속 화합물층은 기공율이 10 vol% 이하, 바람직하게는 7 vol% 이하이고, 제2 희토류 금속 화합물층은 기공율이 5 vol% 이하, 바람직하게는 3 vol% 이하로, 수화처리 단계 이전의 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층에 내재된 오픈채널(open channel)과 개기공(open pore)을 완벽하게 밀봉하여 시즈닝 이슈와 반도체 공정 중 챔버 내부의 부식성 플라즈마 가스 침투로 인한 코팅막의 수명 저하를 방지할 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서, 상기 내플라즈마 코팅막의 형성방법에 의해 형성되고, 코팅 대상물 상에 제1 희토류 금속 화합물을 용사 코팅으로 형성되고, 수화처리된 제1 희토류 금속 화합물층; 및 상기 제1 희토류 금속 화합물층 상에 제2 희토류 금속 화합물을 에어로졸 증착으로 형성되고, 수화처리된 제2 희토류 금속 화합물층을 포함하는 내플라즈마 코팅막에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내플라즈마 코팅막은 코팅 대상물(100) 상에 수화처리된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층(110, 120)을 포함하여 내플라즈마성, 전기 저항성, 접착성 등의 특성을 모두 만족하는 복합 코팅막(내플라즈마 코팅막, 150)이다.
본 발명의 실시예에 따른 내플라즈마 코팅막(150)은 용사 코팅법으로 형성된 제1 희토류 금속 화합물층(110) 및 에어로졸 증착방법으로 형성된 제2 희토류 금속 화합물층(120)이 적층된 구조로, 이들 코팅층은 수화처리된다.
이때, 상기 제2 희토류 금속 화합물층의 수화처리는 전술된 바와 같이, 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 세척한 다음, 상기 세척된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 건조하고, 상기 건조된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 습윤(wetting) 처리 후, 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 진공건조(vacuum baking)를 수행한다.
상기 제1 희토류 금속 화합물층은 수화처리되고, 상기 제1 희토류 금속 화합물층 상에 더욱 치밀한 코팅층을 형성하기 위해 에어로졸 증착법을 이용하여 제2 희토류 금속 화합물층을 형성시키기 때문에 용사 코팅 특성상 코팅층에 내재된 오픈채널(open channel)과 개기공(open pore)을 밀봉시켜 기존에 적용되었던 용사 코팅층에 비해 높은 경도, 높은 전기 저항성 등을 가지고 있어 부식성 환경인 플라즈마 분위기에서 챔버 및 장치를 보호하는데 효과적이다. 여기서 제1 희토류 금속 화합물층은 100 내지 300 ㎛의 두께, 평균 중심 조도 값이 2 내지 7 ㎛인 표면 거질기(Ra)를 가지며, 기공 함량이 10 vol% 이하, 바람직하게는 7 vol% 이하인 코팅층이다.
일 예로서, 상기 제1 희토류 금속 화합물층은 희토류 금속 화합물 용사코팅 분말을 이용하여 용사코팅 방법으로 형성된 희토류 금속 화합물을 포함하는 단일 코팅막일 수 있다. 상기 제1 희토류 금속 화합물층은 약 20 내지 60㎛의 평균 입도를 갖는 용사코팅 분말을 적용하여 형성될 수 있다.
한편, 제2 희토류 금속 화합물층은 에어로졸 증착 방법에 의해 상기 제1 희토류 금속 화합물층 상에 형성되며, 수화처리되어 낮은 기공율과 높은 밀착력을 갖는 고밀도 코팅막으로서 플라즈마 데미지가 최소화되어 코팅막의 내구성을 증진시킨다. 제2 희토류 금속 화합물층은 기공 함량이 5 vol% 이하, 바람직하게는 3 vol% 이하인 코팅층이며, 약 5 내지 30㎛의 두께 및 평균중심 조도 값이 0.1 내지 1.5㎛인 표면 거칠기를 갖는다.
일 예로서, 상기 제2 희토류 금속 화합물층은 제2 희토류 금속 화합물 분말 이용하여 에어로졸 증착법으로 형성되고, 수화처리된 고밀도 제2 희토류 금속 화합물층일 수 있다.
상기 제2 희토류 금속 화합물층은 제1 희토류 금속 화합물층 상에 형성됨으로 인해 용사코팅 방법으로 형성된 제1 희토류 금속 화합물층에 존재하는 미세 크랙(Crack) 및 기공을 통해 그 내부로 오염물이 침투하여 코팅막의 내구성을 저하시키는 문제를 방지할 수 있어 전체 코팅막의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 내 플라즈마 코팅막은 수화처리된 제2 희토류 금속 화합물층과 내 플라즈마성이 우수한 제1 희토류 금속 화합물층이 적층된 구조를 갖기 때문에 상기 코팅 대상물에 내플라즈마 특성, 높은 내전압 특성 및 높은 전기 저항성을 부여할 수 있다. 상기 전기 저항성 및 내전압 특성이 높은 경우 상기 내플라즈마 코팅막은 플라즈마 공정에 노출시 아킹 발생을 최소화되어 코팅막이 손상되는 것을 방지할 있다.
또한, 본 발명의 내 플라즈마 코팅막의 경우 코팅 대상물과 고 밀도를 갖는 제2 희토류 금속 화합물층의 접착특성을 향상시키는 제1 희토류 금속 화합물층이 적용됨으로 인해 내플라즈마 코팅막이 외부충격에 의해 쉽게 박리되지 않는 장점을 갖는다.
이하 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.
< 실시예 1>
1-1: 제1 희토류 금속 화합물층 형성
5 cm × 5 cm × 0.5cm의 알루미늄 판재 위에 플라즈마 용사법(헬륨 및 아르곤 공정 가스, 3000 K 열원)으로 30 ㎛의 평균 입도를 갖는 이트리아(Y2O3) 용사코팅 분말을 용사 코팅하여 150 ㎛ 두께의 제1 희토류 금속 화합물층을 형성하였다.
1-2: 제2 희토류 금속 화합물층 형성
상온 진공 분위기의 에어로졸 챔버 내에서 이트리아(Y2O3)를 분말 진동 바이브레터를 이용하여 에어졸화시킨 다음, 에어로졸 챔버와 증착 챔버 간의 압력차를 이용하여 에어졸화된 이트리아(Y2O3) 분말을 아르곤 가스와 함께 약 300 m/s 속도로 실시예 1-1의 제1 희토류 금속 화합물층 상에 물리적 충돌시킴으로써 10 ㎛ 두께를 갖는 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하였다.
1-3: 코팅막 제조
실시예 1-2에서 수득된 제2 희토류 금속 화합물층이 형성된 알루미늄 판재를 물(deionized water)로 세척한 다음, 100 ℃에서 3 시간 동안 건조시킨 후에, 90 ℃에서 5 시간 동안 물(deionized water)에 침지시켜 습윤 처리하였다. 이렇게 습윤 처리된 알루미늄 판재는 100 ℃에서 5 시간 동안 진공 건조한 다음, 다시 동일한 조건하에서 습윤 처리와 진공 건조를 5회 반복하여 코팅막을 제조하였다.
상기 제조된 코팅막의 개기공과 오픈채널의 밀봉상태를 확인하기 위하여 SEM(JEOL 6001)을 이용하여 코팅막의 단면을 측정하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 코팅막의 오픈 채널과 개기공이 안정적으로 밀봉됨을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 코팅막의 수화처리 전(a)/후(b)의 성분 및 결정상을 측정하기 위해 XRD 및 EDS(JEOL 6001)를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 도 3 및 4에 나타내었다. 도 3 및 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 코팅막은 수화처리 전과 수화처리 후에 성분이나 결정상의 차이가 없음을 확인할 수 있었다.
< 실시예 2>
실시예 1와 동일한 방법으로 내플라즈마 코팅막을 제조하되, YOF 분말을 사용하여 제2 희토류 금속 화합물층을 형성시켰다.
< 비교예 1>
실시예 1과 같이 동일한 방법으로 코팅막을 제조하되, 수화처리 과정을 제외시키고 코팅막을 제조하였다.
< 비교예 2>
실시예 1-1과 같이 알루미늄 판재 위에 제1 희토류 금속 화합물층을 형성하고, 상기 제1 희토류 금속 화합물층이 형성된 알루미늄 판재를 물(deionized water)로 세척한 다음, 100 ℃에서 3 시간 동안 건조시킨 후에, 90 ℃에서 5 시간 동안 물(deionized water)에 침지시켜 습윤 처리하였다. 이렇게 습윤 처리된 알루미늄 판재는 100 ℃에서 5 시간 동안 진공 건조한 다음, 다시 동일한 조건하에서 습윤 처리와 진공 건조를 5회 반복하여 제1 희토류 금속 화합물층이 형성된 알루미늄 판재를 수화처리하였다.
이어서 상온 진공 분위기의 에어로졸 챔버 내에서 이트리아(Y2O3)을 분말 진동 바이브레터를 이용하여 에어졸화시킨 다음, 에어로졸 챔버와 증착 챔버 간의 압력차를 이용하여 에어졸화된 이트리아(Y2O3) 분말을 아르곤 가스와 함께 약 300 m/s 속도로 상기 수화처리된 제1 희토류 금속 화합물층 상에 물리적 충돌시킴으로써, 10 ㎛ 두께를 갖는 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하여 알루미늄 판재상에 코팅막을 제조하였다.
< 비교예 3>
진공 분위기의 에어로졸 챔버 내에서 이트리아(Y2O3)을 분말 진동 바이브레터를 이용하여 에어졸화시킨 다음, 에어로졸 챔버와 증착 챔버 간의 압력차를 이용하여 에어졸화된 이트리아(Y2O3) 분말을 아르곤 가스와 함께 약 300 m/s 속도로 상기 5 cm × 5 cm × 0.5cm의 알루미늄 판재 상에 물리적 충돌시킴으로써 10 ㎛ 두께를 갖는 제2 희토류 금속 화합물층을 알루미늄 판재상에 형성하였다.
상기 제2 희토류 금속 화합물층이 형성된 알루미늄 판재를 물(deionized water)로 세척한 다음, 100 ℃에서 3 시간 동안 건조시킨 후에, 90 ℃에서 5 시간 동안 물(deionized water)에 침지시켜 습윤 처리하였다. 이렇게 습윤 처리된 알루미늄 판재는 100 ℃에서 3 시간 동안 진공 건조한 다음, 다시 동일한 조건하에서 습윤 처리와 진공 건조를 5회 반복하여, 수화처리된 제2 희토류 금속 화합물층만이 형성된 단일 코팅막을 제조하였으나, 상기 코팅막이 박리되어 후술된 실험을 수행할 수 없었다.
< 비교예 4>
실시예 2와 같이 동일한 방법으로 코팅막을 제조하되, 수화처리 과정을 제외시키고 코팅막을 제조하였다.
< 비교예 5>
비교예 2와 같이 동일한 방법으로 코팅막을 제조하되, 제2 희토류 금속 화합물을 이트리아(Y2O3) 분말 대신 YOF 분말을 사용하여 제조하였다.
< 비교예 6>
비교예 3와 같이 동일한 방법으로 코팅막을 제조하되, 제2 희토류 금속 화합물을 이트리아(Y2O3) 분말 대신 YOF 분말을 사용하여 제조하였으나, 알루미늄 판재 상에 형성된 코팅막이 박리되어 후술된 실험을 수행할 수 없었다.
실시예 1 및 2와, 비교예 1 내지 6에서 제조된 코팅막을 이하의 실험예에 의해 측정하였고, 그 결과를 표 1에 기재하였다.
< 실험예 1>
본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 코팅막의 표면 거칠기(roughness, ㎛)를 조도 측정기(SJ-201)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
구분
 표면거칠기 (㎛)
제1 희토류 금속 화합물층 제2 희토류 금속 화합물층
실시예 1 2.5 2.8
실시예 2 2.7 2.7
비교예 1 2.5 2.9
비교예 2 2.5 2.8
비교예 4 2.7 2.8
비교예 5 2.7 2.8
표 1에 나타난 바와 같이, 습윤처리 전후 표면 조도는 변화가 없음을 알 수 있었다.
< 실험예 2>
본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 코팅막의 경도(hardness, Hν)를 비커스 경도계(KSB0811)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 2 및 표 3에 기재하였다.
구분 경도(Hν)
실시예 1 517
비교예 1 434
비교예 2 452
구분 경도(Hν)
실시예 2 398
비교예 4 314
비교예 5 327
표 2 및 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1은 비교예 1 내지 3에 비해 경도가 높음을 알 수 있었고, 실시예 2 또한 비교예 4 내지 6에 비해 경도가 높음을 확인할 수 있었다. 한편, 실시예 2는 실시예 1보다 낮은 경도 값으로 나타났는데, 이는 실시예 1에서 사용된 Y2O3와 실시예 2에서 사용된 YOF의 고유의 물성차이가 있기 때문인 것으로 보인다.
< 실험예 3>
본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 코팅막의 기공률(porosity, vol%)를 SEM(JEOL 6001, 단면 300배)으로 기공 측정하였고, 그 결과는 하기 표 4 및 표 5에 기재하였다.
구분
 기공율 (vol%)
제1 희토류 금속 화합물층 제2 희토류 금속 화합물층
실시예 1 5.31 1.10
비교예 1 9.56 5.58
비교예 2 5.27 5.49
구분
 기공율 (vol%)
제1 희토류 금속 화합물층 제2 희토류 금속 화합물층
실시예 2 4.84 0.87
비교예 4 8.24 5.43
비교예 5 5.15 5.39
표 4 및 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1는 비교예 1 및 2에 비해 기공율이 낮음을 알 수 있었고, 실시예 2 또한 비교예 4 및 5에 비해 기공율이 낮음을 확인할 수 있었다. 한편, 실시예 2는 실시예 1보다 낮은 기공율을 나타났는데, 이는 실시예 1에서 사용된 Y2O3와 실시예 2에서 사용된 YOF의 고유의 물성차이가 있기 때문인 것으로 보인다.
< 실험예 4>
본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 코팅막의 전기 저항성(Ωcm)을 Resistance meter(4339B high)를 이용하여 단위면적당 저항측정 방법으로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 6 및 7에 기재하였다.
구분 코팅막의 전기저항성 (Ωcm)
실시예 1 3.15 × 1013
비교예 1 2.98 × 1011
비교예 2 9.24 × 1011
구분 코팅막의 전기저항성 (Ωcm)
실시예 2 2.91 × 1013
비교예 4 2.66 × 1011
비교예 5 8.89 × 1011
표 6 및 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1는 비교예 1 및 2에 비해 저항성이 낮음을 알 수 있었고, 실시예 2 또한 비교예 4 및 5에 비해 저항성이 낮음을 확인할 수 있었다. 한편, 실시예 2는 실시예 1보다 낮은 전기저항성을 나타났는데, 이는 실시예 1에서 사용된 Y2O3와 실시예 2에서 사용된 YOF의 고유의 물성차이가 있기 때문인 것으로 보인다.
< 실험예 5>
본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 코팅막의 플라즈마 식각율을 Unaxis, VLICP(Etching: CF4/O2/Ar, Flow Rate: 30/5/10 Sccm, Chamber Pressure: 0.1 torr, Power: Top-0700 W, Bottum 250 W로 2 hr 측정하였고, 그 결과는 하기 표 8 및 9에 기재하였다.
구분 플라즈마 식각율(㎛)
실시예 1 0.714
비교예 1 1.041
비교예 2 1.009
구분 플라즈마 식각율(㎛)
실시예 2 0.729
비교예 4 1.188
비교예 5 1.071
표 8 및 9에 나타난 바와 같이, 실시예 1는 비교예 1 및 2에 비해 플라즈마 식각율이 낮음을 알 수 있었고, 실시예 2 또한 비교예 4 및 5에 비해 플라즈마 식각율이 낮음을 확인할 수 있었다. 한편, 실시예 2는 실시예 1보다 높은 식각율을 나타났는데, 이는 실시예 1에서 사용된 Y2O3와 실시예 2에서 사용된 YOF의 고유의 물성차이가 있기 때문인 것으로 보인다.
< 실험예 6>
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 코팅막의 잉크 침투성을 측정하였다. 이때, 잉크 침투성 측정은 알루미늄 판재로부터 코팅막을 떼어내어 탈이온수와 수용성 잉크가 혼합된 혼합용액에 10분 동안 침지시킨 후 파단하여 잉크 침투력을 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1(도 5b)에서 제조된 코팅막의 잉크 침투성이 비교예 1(도 5a)에서 제조된 코팅막의 잉크 침투성보다 낮음을 알 수 있었다. 이는 실시예 1에서 제조된 코팅막의 개기공과 크랙이 수화처리로 인해 안정적으로 밀봉된 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
100 : 코팅 대상물
110: 제1 희토류 금속 화합물층
120: 제2 희토류 금속 화합물층
150: 내플라즈마 코팅막

Claims (17)

  1. (a) 코팅 대상물상에 제1 희토류 금속 화합물을 용사 코팅하여 제1 희토류 금속 화합물층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 형성된 제1 희토류 금속 화합물층에 제2 희토류 금속 화합물을 에어로졸 증착시켜 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 형성된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층에 상압에서 60 ~ 120 ℃로 1 ~ 48시간 동안 물을 침투시켜 수화처리된 제1 희토류 금속 화합물층 및 제2 희토류 금속 화합물층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 희토류 금속 화합물은 Y2O3, Dy2O3, Er2O3, Sm2O3, YAG, YF 및 YOF로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 희토류 금속 화합물층은 두께가 100 ~ 300 ㎛인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 수화처리는 (i) 상기 형성된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 세척시키는 단계; (ii) 상기 세척된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 건조시키는 단계; (iii) 상기 건조된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 습윤(wetting) 처리하는 단계; 및 (iv) 상기 습윤 처리된 제1 및 제2 희토류 금속 화합물층을 진공 건조(vacuum baking)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수화처리는 (iii) 및 (iv) 단계를 2회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 희토류 금속 화합물은 Y2O3, Dy2O3, Er2O3, Sm2O3, YAG, YF 및 YOF로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 희토류 금속 화합물 코팅층은 두께가 5 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계 후, 제1 희토류 금속 화합물 코팅층은 기공율이 10 vol% 이하인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계 후, 제2 희토류 금속 화합물 코팅층은 기공율이 5 vol% 이하인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막의 형성방법.
  11. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 내플라즈마 코팅막의 형성방법에 의해 형성되고, 코팅 대상물상에 제1 희토류 금속 화합물을 용사 코팅으로 형성되고, 수화처리된 제1 희토류 금속 화합물층; 및 상기 제1 희토류 금속 화합물층 상에 제2 희토류 금속 화합물을 에어로졸 증착으로 형성되고, 수화처리된 제2 희토류 금속 화합물층을 포함하는 내플라즈마 코팅막.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 희토류 금속 화합물은 Y2O3, Dy2O3, Er2O3, Sm2O3, YAG, YF 및 YOF로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 희토류 금속 화합물은 Y2O3, Dy2O3, Er2O3, Sm2O3, YAG, YF 및 YOF로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 희토류 금속 화합물층은 두께가 100 ~ 300 ㎛인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 희토류 금속 화합물층은 두께가 5 ~ 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 희토류 금속 화합물 코팅층은 기공 함유율이 10 vol% 이하인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제2 희토류 금속 화합물 코팅층은 기공 함유율이 5 vol% 이하인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 코팅막.
KR1020150191355A 2015-12-31 2015-12-31 내플라즈마 코팅막 및 이의 형성방법 KR101817779B1 (ko)

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