KR101932429B1 - 내 플라즈마 코팅막, 이의 제조 방법 및 내 플라즈마성 부품 - Google Patents
내 플라즈마 코팅막, 이의 제조 방법 및 내 플라즈마성 부품 Download PDFInfo
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Abstract
내 플라즈마 코팅막은 내 플라즈마 특성이 요구되는 코팅 대상체 상에 산화 알루미늄 30 내지 50중량%와 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말을 플라즈마 용사 코팅하여 형성된 비정질의 제1 코팅막 및 에어로졸 증착 방법으로 제1 코팅막 상에 형성되며, 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도 및 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막을 포함한다. 내 플라즈마 코팅막은 비정질의 제1 코팅막과 내 플라즈마성이 우수한 산화 이트륨을 포함하는 고 밀도 제2 코팅막이 적층된 구조를 갖기 때문에 상기 코팅 대상체에 내 플라즈마 특성, 높은 내전압 특성 및 높은 전기 저항성을 부여할 수 있다.
Description
본 발명은 내 플라즈마 코팅막, 이의 제조 방법 및 내 플라즈마 부품에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 고밀도 산화 이트륨 코팅막을 포함하는 내 플라즈마 코팅막, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 내 플라즈마성 부품에 관한 것이다.
반도체 소자, 디스플레이 소자 등과 같은 집적회로 소자의 제조에서는 고밀도 플라즈마 환경에서 식각 공정 등을 수행한다. 이에, 고밀도 플라즈마 환경의 식각 공정은 내 플라즈마성 부품을 구비하는 식각 장치를 사용하여 수행된다.
언급한 내 플라즈마 부품에 대한 예들로서는 대한민국 공개특허 2008-25012호(이하, '인용 문헌 1' 이라 함), 대한민국 등록특허 10-0940812호(이하, '인용 문헌 2'라 함) 등에 개시되어 있다. 특히, 인용 문헌 1에는 탄소를 포함하는 알루미나를 모재로 사용하는 내 플라즈마 부품에 대하여 개시하고 있고, 인용 문헌 2에는 열용사 코팅막 형성되는 반도체 장비의 부품에 대하여 개시하고 있다. 여기서, 언급한 인용 문헌 1 내지 2의 경우에는 산화 알루미늄, 질화알루미늄, 실리콘산화물과 같이 세라믹 재료 및 아노다이징 코팅된 세라믹 재료를 내 플라즈마 부품으로 적용하고 있다.
그러나 약 20nm의 선폭을 갖는 최근의 집적회로 소자의 제조에서는 보다 높은 고밀도 플라즈마 환경에서 식각 공정 등을 수행하기 때문에 언급한 단일의 용사코팅막 또는 아노다이징 코팅된 반도체 장비의 부품보다 보다 내 플라즈마성과 전기 절연성이 우수한 내 플라즈마성 부품이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 기존에 용사 코팅막에 비해 우수한 내 플라즈마 특성을 갖는 동시에 우수한 전기 절연성을 갖는 복층의 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용사 코팅막이 형성된 기존의 반도체 장비의 부품에 비해 우수한 내 플라즈마 특성을 갖는 동시에 우수한 전기 절연성을 갖는 내 플라즈마성 부품을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막은 산화 알루미늄 30 내지 50중량%와 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말을 플라즈마 용사 코팅하여 형성된 비정질의 제1 코팅막 및 에어로졸 증착 방법으로 제1 코팅막 상에 형성되며 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도 및 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 제조방법은 내 플라즈마 특성이 요구되는 코팅 대상체 상에 산화 알루미늄 30 내지 50중량%와 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말을 플라즈마 용사코팅하여 형성된 비정질의 제1 코팅막을 형성하는 단계 및 에어로졸 증착방법을 수행하여 상기 제1 코팅막 상에 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도 및 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막을 형성하는 단계를 포함한다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 상기 제1 코팅막은 평균 입도가 20 내지 60㎛인 용사코팅 분말을 이용하여 형성된 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물을 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 상기 제2 코팅막은 0.01 내지 1.0%의 기공을 갖는 고밀도 이트륨 산화막일 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 상기 제2 코팅막은 에어로졸 증착방법으로 형성되는 알루미늄 산화물(Al2O3)과 에어로졸 증착방법으로 형성되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 적어도 2회 반복 적층함으로서 형성된 0.01 내지 1%의 기공을 갖는 고밀도 복합 코팅막일 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 상기 제1 코팅막은 평균중심 조도 값이 100 내지 300㎛의 두께를 갖고, 제2 코팅막은 1 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 상기 제1 코팅막은 평균중심 조도 값이 약 2 내지 7㎛의 표면 거칠기를 갖고, 제2 코팅막은 약 0.1 내지 1.5㎛의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 제1 코팅막과 제2 코팅막을 포함하는 복합의 내 플라즈마 코팅막은 4100v 이상의 내전압 특성을 가질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 상기 제1 코팅막의 표면을 연마하여 50 이하의 Rz 값을 갖도로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조방법에 있어서, 상기 제1 코팅막 형성 전에 상기 코팅 대상체의 표면을 샌딩 처리하는 단계를 더 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 내 플라즈마 부품은 내 플라즈마 특성이 요구되는 코팅 대상체, 상기 코팅 대상체 상에 형성된 복합의 내플라즈마 코팅막을 포함하되, 상기 내 플라즈마 코팅막은 산화 알루미늄 30 내지 50중량%와 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말을 플라즈마 용사 코팅하여 형성된 비정질의 제1 코팅막 및 상기 제1 코팅막 상에 에어로졸 증착 방법으로 형성되며 제1 코팅막 보다 높은 밀도 및 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막을 포함한다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 부품에 있어서, 상기 코팅 대상체가 금속의 모재일 경우 양극산화막이 더 포함될 수 있다.
언급한 본 발명의 내 플라즈마 코팅막 및 이의 제조 방법에 따르면, 복합의 내 플라즈마 코팅막은 비정질의 제1 코팅막과 내 플라즈마성이 우수한 산화 이트륨을 포함하는 고 밀도 제2 코팅막이 적층된 구조를 갖기 때문에 상기 코팅 대상체에 내 플라즈마 특성, 높은 내전압 특성 및 높은 전기 저항성을 부여할 수 있다. 또한, 본 발명의 내 플라즈마 코팅막의 경우 코팅 대상체와 고 밀도 제2 코팅막의 접착특성을 향상시키는 제1 코팅막이 적용됨으로 인해 내 플라즈마 코팅막은 외부충격에 의해 쉽게 박리되지 않는다. 이에, 내 플라즈마 코팅막이 적용되는 내 플라즈마성 부품은 언급한 바와 같이 우수한 내 플라즈마 특성을 갖고 있을 뿐만 아니라 높은 전기 저항성을 갖는다.
또한, 제1 코팅막 상에 평균중심 조도 값이 0.1 내지 1.5㎛의 표면 거칠기를 갖는 제2 코팅막이 형성됨으로 인해 상기 내 플라즈마 코팅막은 제1 코팅막에 비해 표면적 증가 및 표면 에너지가 증가될 수 있다. 이에 따라 상기 내 플라즈마 코팅막은 반도체 공정에서 발생하는 부산물을 포집함에 있어 매우 효과적이다.
따라서 본 발명의 내 플라즈마 코팅막은 실리콘 기판을 대상으로 고밀도 플라즈마 환경에서 식각 공정 등을 수행하는 반도체 소자의 제조 장치에 적용되는 식각장치의 내 플라즈마성 부품에 보다 용이하게 적용이 가능하며, 상기 부품에 높은 식각 저항성을 부여하여 공정효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 내 플라즈마 코팅막이 적용되는 부품은 집적회로 소자의 선폭이 보다 미세화 되고, 보다 가혹한 고밀도 플라즈마 환경으로 공정 조건이 변경되어도 안정적인 공정이 가능하도록 함으로써 집적회로 소자의 제조에 따른 수율 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막을 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막의 제조방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막의 제조방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막이 적용된 내 플라즈마성 부품을 나타내는 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막의 제조방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막의 제조방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막이 적용된 내 플라즈마성 부품을 나타내는 부분 단면도이다.
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, "포함하다" 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.
내 플라즈마 코팅막
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막을 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 본 발명의 내 플라즈마 코팅막(150)은 상기 코팅 대상체(미도시)에 단일의 알루미늄 산화 코팅막, 단일의 알루미늄-이트륨 산화 코팅막 또는 단일의 이트륨 산화 코팅막을 적용하는 기존 방법과 달리 내 플라즈마성, 전기 저항성, 접착성 등의 특성을 모두 만족하는 복합 코팅막이다.
일 예로서, 상기 내 플라즈마 코팅막(150)이 형성되는 코팅 대상체는 약 1 내지 8㎛의 표면 거칠기를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 그 표면에 양극 산화막이 형성될 수 있다. 상기 양극 산화막은 상기 코팅 대상체의 전기적 특성을 향상시키기 위해 코팅 대상체 표면에 형성된다.
본 실시예의 복합 코팅막은 용사코팅 방법으로 형성된 비정질의 제1 코팅막(110) 및 에어로졸 증착 방법으로 형성된 고 밀도의 제2 코팅막(120)이 적층된 구조를 갖는다.
제1 코팅막(110)은 플라즈마 용사코팅 방법에 의해 상기 코팅 대상체에 형성되는 비정질 상태의 세라믹 코팅막으로 기존에 적용되었던 용사 코팅막에 비해 높은 경도 및 높은 전기 저항성을 가지고 있어, 부식성 환경인 플라즈마 분위기에서 챔버 및 장치를 보호하는데 효과적이다. 여기서 제1 코팅막은 약 100 내지 300㎛의 두께, 평균중심 조도 값이 약 2 내지 7㎛인 표면 거칠기(Ra)를 갖고, 알루미늄 산화물 30 내지 50중량%와 이트륨 산화물 50 내지 70중량%가 혼입된 용사코팅 분말로 형성된다.
일 예로서, 상기 제1 코팅막(110)은 산화 알루미늄 입자와 산화 이트륨 입자가 혼입 또는 합성된 용사코팅 분말을 이용하여 플라즈마 용사코팅 방법으로 형성된 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물을 포함하는 단일 코팅막일 수 있다. 상기 알루미늄-이트륨 산화물의 제1 코팅막은 약 20 내지 60㎛의 평균 입도를 갖는 용사코팅 분말을 적용하여 형성될 수 있다.
상술한 방법으로 형성된 상기 제1 코팅막을 형성하기 위해 적용되는 용사코팅 분말에 있어서 산화 알루미늄이 약 30중량% 미만을 차지하고, 산화 이트륨이 70중량%를 초과 할 경우 최종적으로 형성되는 코팅막의 경도가 저하되는 문제점이 발생된다. 또한, 산화 알루미늄이 약 50중량%를 초과하고, 산화 이트륨이 약 50중량% 미만일 경우 형성되는 제1 코팅막의 기공율이 증가하는 문제점이 발생된다. 따라서, 제1 코팅막은 내 플라즈마 코팅막에 보다 높은 기계적 특성과 전기적 특성을 부여하기 위해 산화 알루미늄 30 내지 50중량% 및 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말로 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 제1 코팅막(110)은 산화 알루미늄 및 산화 이트륨이 혼입된 용사코팅 분말을 사용하여 형성되며, 특히 산화 알루미늄 및 산화 이트륨과 같은 특성이 모두 극대화할 수 있도록 상기 용사 코팅 분말의 혼합범위를 상술한 바와 같이 조절함으로써 내 플라즈마 코팅막의 특성을 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 코팅막(110)의 두께가 100㎛ 미만일 경우 내전압이 저하되는 문제점이 발생되고, 그 두께가 300㎛를 초과할 경우 공정시간 증가로 인한 원가 증가가 발생되며 이로 인해 생산성이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 제1 코팅막(110)은 내 플라즈마 코팅막(150)에 보다 높은 전기적 특성 및 코팅 대상체에 대한 밀착 특성을 부여하기 위해 약 100 내지 300㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제1 코팅막(110)이 1 내지 8㎛ 표면 거칠기가 2㎛이하일 경우 최종적으로 형성되는 내 플라즈마 코팅막(150)은 플라즈마 식각챔버 내에 존재하는 오염물이 흡착되는 면적이 작아져서 오염물 포집 효과가 감소되는 문제점이 발생된다.
제1 코팅막의 표면 거칠기가 7㎛이상일 경우 제1 코팅막(110) 상에 형성되는 제2 코팅막(120)이 균일하게 형성되지 않는 문제점이 발생한다. 따라서 제1 코팅막(110)은 플라즈마 챔버 내에서 생성되는 오염물을 보다 용이하게 흡착될 수 있도록 하기 위해 약 2 내지 7㎛의 표면 거칠기를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 코팅막은 표면 거칠기 값 중 하나인 Rz 값이 30 내지 50을 만족하는 것이 바람직하다. 제1 코팅막을 형성한 후 Rz 값을 측정하여 그 값이 50을 초과할 경우 제1 코팅막에서 비 용융된 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 코팅막 표면의 가장 높은 수치의 돌기와 가장 낮은 수치의 돌기에 대해 산출적인 평균값을 나타낸다. 이를 통해 제1 코팅막에 평균 거칠기 보다 더 높은 돌기가 형성되어 있는 점을 고려하여 제1 코팅막의 표면을 연마할 수 있기 때문이다.
제2 코팅막(120)은 에어로졸 증착 방법에 의해 상기 제1 코팅막(110) 상에 형성되며, 낮은 기공율과 높은 밀착력을 갖는 고밀도 코팅막으로서 플라즈마 데미지가 최소화되어 코팅막의 내구성을 증진시킨다. 제2 코팅막은 기공 함량이 1% 이하인 산화 이트륨 코팅막이며, 약 1 내지 20㎛의 두께 및 평균중심 조도 값이 0.1 내지 1.5㎛인 표면 거칠기를 갖는다.
일 예로서, 상기 제2 코팅막(120)은 산화 이트륨 단독분말 이용하여 에어로졸 증착방법으로 형성된 고밀도 이트륨 산화물을 코팅막일 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2 코팅막은 산화 이트륨과 산화 알루미늄이 혼입 또는 합성된 분말을 에어로졸 증착하여 형성된 고밀도 알루미늄-이트륨 산화물 코팅막일 수 있다.
또 다른 예로서, 제2 코팅막은 산화 이트륨 분말을 이용하여 에어로졸 증착하여 형성된 비정질의 고밀도 이트륨 산화물(Y2O3) 박막과 산화 알루미늄 분말을 이용하여 형성된 고밀도 알루미늄 산화물(Al2O3) 박막이 적어도 2회 반복 적층된 구조를 갖는 고밀도 복합 코팅막일 수 있다.
본 실시예에 따른 제2 코팅막(120)은 그 두께가 1㎛ 미만일 경우 고밀도 코팅막의 기능을 상실할 뿐만 아니라 제1 코팅막의 표면 거칠기 값에 의해 균일한 두께를 갖는 고밀도 코팅막의 형성이 어려운 문제점이 발생하고, 그 두께가 20㎛를 초과할 경우 내 플라즈마 코팅막의 기계적 강도의 특성을 향상시킬 수 있으나 외부충격에 의한 취성파괴가 발생하여 제2 코팅막이 제1 코팅막으로부터 박리되는 문제점이 발생한다. 또한, 제2 코팅막의 두께가 20㎛를 초과할 경우 형성두께로 인해 제1 코팅막의 표면 조도가 상쇄되어 오염물의 포집효과 또한 감소되는 문제점을 갖는다. 따라서, 제2 코팅막(120)은 내 플라즈마 코팅막에 보다 높은 기계적 강도, 접착성 및 공정의 효율성을 위해 약 1 내지 20㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 약 3 내지 10㎛의 두께를 갖는 것이 보다 바람직하다.
또한, 제2 코팅막(120)은 제1 코팅막 상에 형성됨으로 인해 용사코팅 방법으로 형성된 제1 코팅막에 존재하는 미세 크랙(Crack) 및 기공을 통해 그 내부로 오염물이 침투하여 코팅막의 내구성을 저하시키는 문제를 방지할 수 있어 전체 코팅막의 내구성을 더욱 향상 시킬 수 있다.
또한, 제2 코팅막(120)의 표면 거칠기가 0.1㎛이하일 경우 최종적으로 형성되는 내 플라즈마 코팅막은 플라즈마 식각챔버 내에 존재하는 오염물의 흡착능력이 감소되는 문제점이 발생한다. 제2 코팅막의 표면 거칠기가 1.5㎛이상일 경우 제1 코팅막 상에서 제2 코팅막이 균일하게 형성되지 않는 문제점이 발생한다. 따라서, 제2 코팅막은 플라즈마 챔버 내에서 생성되는 오염물을 보다 용이하게 흡착될 수 있도록 하기 위해 약 0.1 내지 1.5㎛의 표면 거칠기를 갖는 것이 바람직하다.
이에 따라, 내 플라즈마 코팅막은 제1 코팅막 상에 0.1 내지 1.5㎛의 표면 거칠기(Ra)를 갖는 제2 코팅막이 형성됨으로 인해 상기 제1 코팅막에 비해 표면적 증가 및 표면 에너지가 함께 증가되어 반도체 공정에서 발생하는 부산물을 포집함에 있어 매우 효과적이다.
또한, 제2 코팅막의 기공 함량이 1%를 초과할 경우 최종적으로 형성되는 내 플라즈마 코팅막의 기계적 강도가 저하되는 문제점이 발행한다. 따라서, 제2 코팅막은 내 플라즈마 코팅막의 기계적 강도 및 전기적 특성을 확보하기 위해 약 0.01 내지 1%의 기공을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 내 플라즈마 코팅막은 비정질의 제1 코팅막과 내 플라즈마성이 우수한 산화 이트륨을 포함하는 고 밀도 제2 코팅막이 적층된 구조를 갖기 때문에 상기 코팅 대상체에 내 플라즈마 특성, 높은 내전압 특성 및 높은 전기 저항성을 부여할 수 있다. 상기 전기 저항성 및 내전압 특성이 높은 경우 상기 내 플라즈마 코팅막은 플라즈마 공정에 노출시 아킹 발생을 최소화되어 코팅막이 손상되는 것을 방지할 있다.
또한, 본 발명의 내 플라즈마 코팅막의 경우 코팅 대상체와 고 밀도를 갖는 제2 코팅막의 접착특성을 향상시키는 제1 코팅막이 적용됨으로 인해 내 플라즈마 코팅막이 외부충격에 의해 쉽게 박리되지 않는 장점을 갖는다.
내 플라즈마 코팅막 제조방법 1
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막의 제조방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저, 내 플라즈마 코팅막을 형성하고자 하는 코팅 대상체를 준비한다.(S110)
S110 단계에 있어서, 코팅 대상체는 고밀도 플라즈마 환경에 노출되는 집적회로 소자의 제조 장치에 적용될 수 있는 내 플라즈마 특성이 요구되는 부품들로서 플라즈마 챔버의 내벽, 정적척, 히팅 플레이트 등을 포함할 수 있다.
도면에 도시하지 않았지만 본 실시예에서는 상기 코팅 대상체의 표면을 샌딩 처리하는 공정을 추가적으로 수행할 수 있다. 상기 코팅 대상체의 샌딩 처리는 코팅 대상체의 표면에 일정한 표면 거칠기를 부여하는 동시에 이후 코팅 대상체와 이후 형성되는 제1 코팅막의 접착 특성을 향상시키기 위해 수행된다.
일 예로서, 상기 샌딩 처리로 인한 코팅 대상체의 표면 거칠기가 1㎛ 이하일 경우 이후 형성되는 제1 코팅막과 코팅 대상체의 접착 특성이 낮아져 상기 코팅 대상체로부터 제1 코팅막이 외부 충격에 의해 쉽게 박리되는 문제점이 발생된다. 이해 반해, 샌딩 처리로 인한 코팅 대상체의 표면 거칠기가 8㎛를 초과할 경우 이후 형성되는 제1 코팅막의 표면 조도에 영향을 주어 제1 코팅막에 형성되는 제2 코팅막이 균일한 두께로 형성되지 않는 문제점이 발생된다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 코팅 대상체를 평균중심 조도 값이 약 1 내지 8㎛인 표면 거칠기를 갖도록 샌딩 처리하는 것이 바람직하다.
이어서, 용사코팅 분말을 이용한 용사 코팅 공정을 수행하여 상기 코팅 대상체에 제1 코팅막(110)을 형성한다.(S120)
S120 단계에 있어서, 상기 제1 코팅막은 용사코팅방법으로 형성되는 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물 코팅막으로서, 플라즈마 챔버 내에서 생성되는 오염물을 보다 용이하게 흡착 및 흡착 면적이 최대화 될 수 있도록 평균중심 조도 값이 약 2 내지 7㎛의 표면 거칠기를 갖도록 형성한다.
일 예로서, 상기 제1 코팅막은 산화 알루미늄 입자 약 30 내지 50중량% 및 산화 이트륨 입자 약 50 내지 70중량%로 혼입 또는 합성된 용사코팅 분말을 통상의 플라즈마 용사코팅방법으로 증착함으로서 형성되는 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물을 포함하는 단일 코팅막이다. 이때, 상기 알루미늄-이트륨 산화물을 포함하는 제1 코팅막은 약 20 내지 60㎛의 평균 입도를 갖는 용사코팅 분말을 적용하여 약 100 내지 300㎛의 두께를 갖도록 형성된다.
본 실시예에 적용되는 용사 코팅 분말은 산화 이트륨 슬러리 조성물과 산화 알루미늄 슬러리 조성물을 혼합한 후 이를 분무 건조시킴으로서 형성될 수 있다. 상기 용사 코팅 분말의 제조방법을 구체적으로 설명하면, 먼저 제1 용매인 에탄올, 산화 이트륨 입자, 제1 분산제인 염기성 카르복시계 물질 및 제1 결합제인 폴리비닐 부티날을 볼밀 공정으로 혼합하여 산화 이트륨 슬러리 조성물을 형성한다. 이후, 제2 용매인 에탄올, 산화 알루미늄 입자, 제2 분산제인 산성 카르복시계 물질 및 제2 결합제인 폴리비닐 부티날을 볼밀 공정으로 혼합하여 산화 알루미늄 슬러리 조성물을 형성한다. 이후, 상기 산화 이트륨 슬러리 조성물과 상기 산화 알루미늄 슬러리 조성물을 혼합하여 혼합 슬러리 조성물을 형성한다. 이때, 상기 산화 이트륨 슬러리 조성물의 산화 이트륨과 상기 산화 알루미늄 슬러리 조성물의 산화 알루미늄이 5 : 5 내지 7 : 3의 중량%, 즉, 1 : 0.4 내지 1의 중량%의 비율을 만족한다.
이후, 상기 혼합 슬러리 조성물을 분무 건조(spray drying) 공정을 수행하여 산화 이트륨과 산화 알루미늄을 포함하는 조립 입자를 형성한다. 상기 분무 건조 공정은 분무 건조기에서 상기 혼합 슬러리 조성물을 분사하면서 고온으로 가열하여 수행된다. 상기 분무 건조 공정을 수함으로서 인해 상기 혼합 슬러리 조성물은 약 20 내지 60㎛의 평균 지름을 가지며 산화 이트륨 및 산화 알루미늄을 포함하는 용사 코팅용 분말로 형성된다. 상기 용사 코팅용 분말은 산화 이트륨 및 산화 알루미늄을 포함하는 조립 입자로 이루어지므로, 상기 용사 코팅용 분말을 이용하여 형성된 용사 코팅층은 비정질상을 가지며 기공율이 낮다. 따라서, 플라즈마 처리 장치의 내부에 상기 용사 코팅층을 형성하는 경우, 상기 플라즈마 처리 장치의 공정 가스가 상기 용사 코팅층을 통해 침투하는 것을 방지하므로, 상기 용사 코팅층의 상기 처리 장치로부터 분리되는 것을 방지할 수 있고, 또한 상기플라즈마 처리 장치의 식각도 방지할 수 있다.
본 실시예에서 형성되는 제1 코팅막의 표면 거칠기는 일반적인 세라믹 용사 코팅막과 같이 약 2 내지 7㎛ 정도의 표면 거칠기(Ra)를 나타내지만, 표면 거칠기가 7㎛ 이상을 벗어나게 될 경우 이후 형성되는 고밀도 제2 코팅막의 균일하게 형성 되지 않아 그 기능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
이를 방지하게 위해 본 실시예에서는 제1 코팅막을 형성한 후 표면 거칠기 갑 중 하나인 Rz 값을 측정하여 그 값이 50을 초과할 경우 제1 코팅막의 표면을 연마하는 단계를 더 수행하는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 코팅막의 표면 연마는 비 용융된 입자의 표면을 브러싱(연마)하여 제거하는 공정이다. 상기 제1 코팅막 형성 후 연마 공정이 추가로 수행됨으로 인해 제1 코팅막은 이후 제2 코팅막이 용이하게 증착되는 코팅막으로 형성될 수 있다.
본 실시예의 표면 거칠기를 나타내는 Rz 값은 십점 평균 산출법을 통해 산출되며, Rz 값을 사용한 이유는 표면의 가장 높은 수치의 돌기와 가장 낮은 수치의 돌기에 대해 산출적인 평균값을 나타낼 수 있기 때문이다. 이를 통해 평균 거칠기 보다 더 높은 돌기가 형성되어 있는 점을 고려하여 제1 코팅막의 표면을 연마하여 제거할 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 제1 코팅막은 표면 거칠기 값 중 하나인 Rz 값을 50이하로 형성하는 것이 바람직하고, Rz 값이 30 내지 50을 만족하도록 형성하는 것이 보다 바람직하다.
이어서, 에어로졸 증착방법을 수행하여 상기 제1 코팅막 상에 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도와 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막을 형성한다.(S130)
S130 단계에 있어서, 제2 코팅막은 에어로졸 증착 방법에 의해 상기 제1 코팅막(110) 상에 형성되는 기공 함량이 1%이하인 고밀도 세라믹 코팅막이며, 약 1 내지 20㎛의 두께를 갖는 동시에 평균중심 조도 값이 약 0.1 내지 1.5㎛인 표면 거칠기 값을 갖는다.
제2 코팅막을 형성하기 위한 일 실시예에 따른 에어로졸 증착방법을 수행하기 위해서는 먼저 상기 10㎛ 이하의 입도를 갖는 산화 이트륨 분말을 에어로졸 챔버 내에 장입하고, 코팅 대상체를 증착 챔버 내에 안착시킨다. 이때, 상기 에어로졸 챔버에서 산화 이트륨 분말은 진동기에 의해 기계적인 상하진동이 인가되며, 질소가스를 통해 에어로졸 챔버 내로 입사됨으로 인해 에어로졸화 한다. 상기 이송가스는 질소(N2) 가스 이외에도, 압축공기나, 수소(H2), 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar) 등의 비활성 가스 등이 사용될 수 있다. 에어로졸 챔버와 증착 챔버간의 압력차에 의해 이송가스와 함께 상기 산화 이트륨 분말은 증착 챔버 내로 흡입되면서 노즐을 통하여 코팅 대상체를 향해 고속으로 분사된다. 이로써, 상기 분사에 의해 이트륨 산화물이 증착됨으로서 고밀도 이트륨 산화막이 형성된다. 상기 이트륨 산화물의 증착 면적은 노즐을 좌우로 이동시키면서 원하는 크기로 제어가 가능하며 그 두께또한 증착시간, 즉 분사시간에 따라 비례하여 결정된다.
다른 예로서, 상기 제2 코팅막은 알루미늄 산화물(Al2O3)과 이트륨 산화물(Y2O3)을 상술한 에어로졸 증착방법을 이용하여 적어도 2회 반복 적층하여 형성할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 플라즈마 용사코팅 방법으로 제1 코팅막을 형성한 이후 에어로졸 증착방법(Aerosol Deposition)으로 제2 코팅막을 형성하는 것은 내 플라즈마성 부품이 플라즈마 공정에서 오염물에 의해 오염되어 코팅막의 박리후 재-코팅(Re-coating)할 경우 상기 고밀도 코팅막인 제2 코팅막 만을 블라스팅(blasting) 공정으로 박리한 후 다시 제2 코팅막을 재형성하면 된다. 이로 인해 블라스팅 공정시 플라즈마 부품의 모재 손상을 최소화하며, 고밀도 제2 코팅막의 제거 시 제1 코팅막의 경도가 종래의 단일 용사 코팅막 보다 높아 블라스팅 공정에 의한 제1 코팅막의 손실을 줄 일 수 있는 장점을 갖는다.
이와 같이, 단계 S110 내지 S130을 수행함에 의해 비정질의 제1 코팅막과 내 플라즈마성이 우수한 이트륨 산화물을 포함하는 고 밀도 제2 코팅막이 적층된 구조를 갖는 내 플라즈마 코팅막이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 코팅막, 제2 코팅막 및 내 플라즈마 코팅막에 대한 구체적인 설명은 도 1의 상세한 설명에서 개시하였기 때문에 중복을 피하기 위해 생략한다.
이러한 내 플라즈마 코팅막은 상기 코팅 대상체에 내 플라즈마 특성, 높은 내전압 특성 및 높은 전기 저항성을 부여할 수 있다. 또한, 본 발명의 내 플라즈마 코팅막의 경우 코팅 대상체와 고 밀도를 갖는 제2 코팅막의 접착특성을 향상시키는 제1 코팅막이 적용됨으로 인해 내 플라즈마 코팅막이 외부충력에 의해 쉽게 박리되지 않는다.
내 플라즈마 코팅막 제조방법 2
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막의 제조방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 내 플라즈마 코팅막을 형성하고자 하는 코팅 대상체를 준비한다.(S210)
S210 단계에 있어서, 코팅 대상체는 고밀도 플라즈마 환경에 노출되는 집적회로 소자의 제조 장치에 적용될 수 있는 내 플라즈마 특성이 요구되는 부품들로서 플라즈마 챔버의 내벽, 정전척, 히팅 플레이트 등을 포함할 수 있다. 일 예로서, 본 실시예에서 적용되는 코팅 대상체는 모재가 금속일 수 있다.
이어서, 상기 코팅 대상체의 표면에 표면 거칠기를 부여하기 위해 상기 코팅 대상체의 표면을 샌딩 처리한다.(S220)
S220 단계에 있어서, 상기 코팅 대상체의 샌딩 처리는 코팅 대상체의 표면에 일정한 표면 거칠기를 부여하는 동시에 이후 코팅 대상체와 이후 형성되는 제1 코팅막의 접착력을 향상시키기 위해 수행된다. 일 예로서, 상기 샌딩 처리로 인한 코팅 대상체의 표면 거칠기가 1㎛ 이하일 경우 이후 형성되는 제1 코팅막과 코팅 대상체의 접착 특성이 낮아져 코팅 대상체로부터 제1 코팅막이 외부 충격에 의해 쉽게 박리되는 문제점이 발생된다. 또한, 샌딩 처리로 인한 코팅 대상체의 표면 거칠기가 8㎛를 초과할 경우 이후 형성되는 양극 산화막과 제1 코팅막의 표면 조도에 영향을 주어 제1 코팅막에 형성되는 제2 코팅막이 균일한 두께로 형성되지 않는 문제점이 발생된다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 코팅 대상체를 약 1 내지 8㎛의 표면 조도를 갖도록 샌딩 처리하는 것이 바람직하다.
이어서, 샌딩 처리된 코팅 대상체 상에 양극 산화막을 형성한다.(S230)
S230 단계에 있어서, 양극 산화막은 상기 코팅 대상체의 전기적 특성을 향상시키기 위해 코팅 대상체 표면에 형성되는 산화막로서 통상적인 산화막 방법으로 형성되기 때문에 이에 대한 구체적인 산화막 형성방법은 생략한다.
이어서, 용사 코팅 공정을 수행하여 상기 양극 산화막 상에 제1 코팅막(110)을 형성한다.(S240)
S240 단계에 있어서, 상기 제1 코팅막은 산화 알루미늄 입자 약 30 내지 50중량% 및 산화 이트륨 입자 약 50 내지 70중량%로 혼입 또는 합성된 용사코팅 분말을 통상의 플라즈마 용사코팅방법으로 증착함으로서 형성되는 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물을 포함하는 코팅막으로서, 플라즈마 챔버 내에서 생성되는 오염물을 보다 용이하게 흡착 및 흡착 면적이 최대화 될 수 있도록 약 2 내지 7㎛의 표면 거칠기를 갖도록 형성한다.
이어서, 에어로졸 증착방법을 수행하여 상기 제1 코팅막 상에 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도와 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막을 형성한다.(S250)
S250 단계에 있어서, 제2 코팅막은 산화 이트륨 입자를 에어로졸 증착 방법에 의해 상기 제1 코팅막 상에 형성되는 기공 함량이 1%이하인 고밀도 세라믹 코팅막이며, 약 1 내지 20㎛의 두께를 갖는 동시에 평균중심 조도 값이 약 0.1 내지 1.5㎛인 표면 거칠기 값을 갖는다.
이와 같이, 단계 S210 내지 S250 단계를 수행함으로 상기 코팅 대상체에는 비정질의 제1 코팅막과 내 플라즈마 특성이 우수한 이트륨 산화물을 포함하는 고 밀도 제2 코팅막이 적층된 구조를 갖는 내 플라즈마 코팅막이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 단계 S220 내지 S250 단계에 대한 구체적인 설명은 도 2에서 설명한 내 플라즈마 코팅막 제조방법의 S120 내지 S130 단계에서 구체적으로 설명하였기 때문에 중복을 피하기 위해 생략하였다.
내 플라즈마성 부품
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마 코팅막이 적용된 내 플라즈마성 부품을 나타내는 부분 단면도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 본 발명의 내 플라즈마성 부품(200)은 코팅 대상체(100) 및 용사코팅 방법으로 상기 코팅 대상체 상에 증착되어 형성된 비정질의 제1 코팅막(110)과 에어로졸 증착 방법으로 제1 코팅막 상에 증착되어 형성된 고 밀도의 제2 코팅막(120)으로 이루어진 내 플라즈마 코팅막(150)을 포함한다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마성 부품에 있어서, 코팅 대상체(100)는 고밀도 플라즈마 환경에 노출되는 집적회로 소자의 제조 장치에 적용될 수 있는 내 플라즈마 특성이 요구되는 부품으로서, 예를 들면 플라즈마 챔버의 내벽, 포커스 링(focus ring), 소스 코일, 히팅 플레이트, 인서트 링(insert ring), 쉴드 링(shield ring), 프로텍션 링(protection ring), 정전척 등을 들 수 있다.
일 예로서, 상기 코팅 대상체(100)는 그 표면이 샌딩 처리됨으로 인해 약 1 내지 8㎛의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 상기 샌딩 처리된 코팅 대상체는 그 표면 거칠기가 1㎛ 이하일 경우 이후 형성되는 제1 코팅막과 코팅 대상체의 접착 특성이 낮아져 상기 코팅 대상체로부터 제1 코팅막이 외부 충격에 의해 쉽게 박리되는 문제점이 발생될 수 있다. 이해 반해, 샌딩 처리된 코팅 대상체의 표면 거칠기가 8㎛를 초과할 경우 이후 형성되는 제1 코팅막의 표면 조도에 영향을 주어 제1 코팅막에 형성되는 제2 코팅막이 균일한 두께로 형성되지 않는 문제점이 발생된다. 따라서, 본 실시예의 샌딩 처리된 코팅 대상체는 약 1 내지 8㎛의 표면 거칠기를 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 샌딩 처리된 코팅 대상체는 일정한 표면 거칠기가 부여됨으로 인해 이후 코팅 대상체에 형성되는 제1 코팅막의 접착력이 향상되는 동시에 최종적으로 형성되는 내 플라즈마성 코팅막의 불순물 포집 효과도 향상시킬 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 상기 코팅 대상체가 금속 모재로 이루어질 경우 상기 코팅 대상체 표면에는 양극 산화막(미도시)이 추가적으로 더 형성될 수 있다. 상기 양극 산화막은 상기 코팅 대상체의 전기적 특성을 향상시키기 위해 코팅 대상체 표면에 형성될 수 있다.
상기 내 플라즈마성 부품에 적용되는 상기 제1 코팅막은 평균 입도가 20 내지 60㎛인 용사코팅 분말을 이용하여 형성된 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 코팅막은 알루미늄 산화물 입자 50 내지 70중량% 및 이트륨 산화물 입자 약 30 내지 50중량%를 포함하며, 평균 입도가 20 내지 60㎛인 용사코팅 분말을 이용하여 형성된 알루미늄-이트륨 산화물 코팅막이다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 코팅막은 에어로졸 증착방법으로 형성되며, 0.01 내지 1%의 기공을 갖는 고밀도 이트륨 산화막일 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 코팅막은 에어로졸 증착방법으로 형성되는 알루미늄 산화물(Al2O3)과 에어로졸 증착방법으로 형성되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 적어도 2회 반복 적층함으로써 형성된 0.01 내지 1%의 기공을 갖는 고밀도 복합 코팅막일 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마성 부품에 있어서, 상기 제1 코팅막은 100 내지 300㎛의 두께를 갖고, 제2 코팅막은 1 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마성 부품에 있어서, 상기 제1 코팅막은 약 2 내지 7㎛의 표면 거칠기를 갖고, 표면 거칠기 값 중 하나인 Rz 값이 30 내지 50을 가질 수 있다. 또한, 제2 코팅막은 약 0.1 내지 1.5㎛의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 따라서, 제1 코팅막과 제2 코팅막이 적층됨으로 인해 형성되는 내 플라즈마 코팅막은 제1 코팅막의 표면 거칠기 상에 제2 코팅막의 표면 거칠기가 더해지므로 전체적으로 표면적이 증가된다.
이에 따라, 상기 내 플라즈마 코팅막은 그 표면적이 증가되어 플라즈마 공정시 발생되는 오염물의 포집효과가 증가될 수 있다. 본 실시예에서 제1 코팅막, 제2 코팅막 및 내 플라즈마 코팅막에 대한 구체적인 설명은 도 1의 상세한 설명에서 개시하였기 때문에 중복을 피하기 위해 생략한다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마성 부품에 있어서, 제1 코팅막과 제2 코팅막을 포함하는 복합의 내 플라즈마 코팅막은 4100v 이상의 내전압 특성을 가질 수 있다. 상술한 내 플라즈마 코팅막(150)이 적용되는 내 플라즈마성 부품(200)은 언급한 바와 같이 우수한 내 플라즈마 특성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 높은 전기 저항성도 확보할 수 있다. 따라서 본 발명의 내 플라즈마 코팅막이 적용되는 내 플라즈마성 부품은 집적회로 소자의 선폭이 보다 미세화 되고, 보다 가혹한 고밀도 플라즈마 환경으로 공정 조건이 변경되어도 안정적인 공정이 가능하도록 함으로써 집적회로 소자의 제조에 따른 수율 향상을 기대할 수 있다.
실시예 1
먼저, 약 30㎛의 평균 입도를 갖는 산화 알루미늄 입자와 산화 이트륨 입자가 4:6의 비율로 혼입된 용사코팅 분말, 헬륨과 아르곤 공정 가스, 3000K의 열원을 이용한 플라즈마 용사코팅 공정을 수행하여 먼저 기판 상에 약 140㎛ 두께를 갖는 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물 코팅막을 형성한다. 이어서, 상온 진공 분위기의 에어로졸 챔버 내에서 산화 이트륨을 분말진동 바이브레터를 이용하여 에어로졸화시킨다. 이후 에어로졸 챔버와 증착 챔버 간의 압력차를 이용하여 에어졸화된 산화 이트륨 분말을 이송가스와 함께 약 300 내지 350 m/s 속도로 알루미늄-이트륨 산화물 코팅막 상에 물리적 충돌시킴으로써 약 10㎛ 두께를 갖는 고밀도 이트륨 산화물 코팅막을 형성하였다. 그 결과 상기 기판 상에는 복합의 코팅막이 형성된다.
비교예 1
상온의 증착챔버 내에서 약 30㎛의 평균 입도를 갖는 산화 알루미늄 용사코팅 분말, 헬륨과 아르곤 공정 가스, 3000K의 열원을 이용한 통상의 플라즈마 용사코팅 공정을 수행하여 먼저 기판 상에 약 150㎛ 두께를 갖는 알루미늄 산화물을 포함하는 단일의 코팅막을 형성하였다.
비교예 2
상온의 증착챔버 내에서 약 30㎛의 평균 입도를 갖는 산화 이트륨 용사코팅 분말, 헬륨과 아르곤 공정 가스, 3000K의 열원을 이용한 통상의 플라즈마 용사코팅 공정을 수행하여 먼저 기판 상에 약 150㎛ 두께를 갖는 이트륨 산화물을 포함하는 단일의 코팅막을 형성하였다.
비교예 3
상온의 증착챔버 내에서 약 30㎛의 평균 입도를 갖는 산화 알루미늄 입자와 산화 이트륨 입자가 4:6의 비율로 혼입된 용사코팅 분말, 헬륨과 아르곤 공정 가스, 3000K의 열원을 이용한 플라즈마 용사코팅 공정을 수행하여 먼저 기판 상에 약 150㎛ 두께를 갖는 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물을 포함하는 단일 코팅막을 형성하였다.
코팅막들의 내 전압 평가
단일막으로 이루어진 비교예 1 내지 3의 코팅막들과 복합막으로 이루어진 실시예 1의 코팅막 각각에 전압을 인가한 후 코팅막들의 내 전압 특성을 측정하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.
[표 1]
표 1에 개시된 결과에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 Al2O3 코팅막의 경우 3001(V)의 내 전압특성을 갖고, 비교예 2의 Y2O3 코팅막의 경우 4002(V)의 내 전압특성을 갖고, 비교예 3의 Al2O3-Y2O3 코팅막의 경우 4049(V)의 내 전압 특성을 갖는 것이 확인되었다. 비교예 1 내지 3의 코팅막들 중에서 알루미늄-이트륨 산화물의 포함하는 비교예 3의 코팅막은 보다 높은 내 전압 특성을 갖는 것이 확인되었다. 특히, 실시예 1의 코팅막의 경우 내 전압이 4184(V)로 비교예 3의 코팅막 보다 높은 내 전압 특성을 갖는 것이 확인되었다.
따라서, 본 실시예에 알 수 있듯이 본 실시예의 알루미늄-이트륨 산화물 코팅막은 비교예 1 내지 3의 코팅막에 비해 보다 우수한 내전압 특성을 가짐으로 인해 플라즈마 공정에 노출시 아킹 발생을 최소화하여 코팅막이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
코팅막들의 내 플라즈마 특성평가
내 플라즈마 특성을 평가하기 위해 먼저 플라즈마 챔버 내에 불소 가스(CF4), 산소가스 각각을 약 42 sccm, 약 15sccm 제공하면서 약 200W의 알에프(RF) 파워를 인가하여 플라즈마 환경을 조성하였다. 이후, 플라즈마 챔버 내에 비교예1~3 및 실시예 1의 코팅막을 각각 약 12분 동안 노출시킨 이후, 상기 코팅막들의 플라즈마 식각율을 평가하였다. 상기 플라즈마 식각율은 Surface profiler 사용하여 코팅막들의 단차를 측정함으로서 평가하였다. 그 결과가 하기 표 2에 개시되어 있다.
[표 2]
상기 표 2에 개시된 결과에서 알 수 있듯이, 비교예 1 내지 3의 코팅막의 경우 플라즈마 식각율이 0.16㎛ 이상으로 에어로졸 증착방법으로 형성된 고밀도 이트륨 산화막이 적용된 실시예 1의 코팅막 비해 8배 이상의 높은 식각율을 갖는 것이 확인되었다. 비교예 1 내지 3의 코팅막들 중에서 알루미늄-이트륨 산화물의 포함하는 비교예 3의 코팅막은 비교예 1 내지 2의 코팅막 보다 낮은 식각율을 갖는 것이 확인되었다. 특히, 실시예 1의 코팅막의 경우 식각율이 0.02㎛로 비교예 3의 코팅막 보다 낮은 플라즈마 식각율을 갖는 것이 확인되었다.
따라서, 본 실시예에서 알 수 있듯이 알루미늄-이트륨 산화물 코팅막 상에 에어로졸 증착방법으로 고밀도 이트륨 산화물 코팅막이 형성된 실시예 1의 코팅막은 비교예 1~3의 코팅막들에 비해 보다 우수한 내 플라즈마 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
코팅막들의 전기 저항성 평가
단일막으로 이루어진 비교예 1 내지 3의 코팅막들과 복합막으로 이루어진 실시예 1의 코팅막의 전기적 저항성을 측정하였다. 그 결과가 하기 표 3에 개시되어 있다.
[표 3]
표 1에 개시된 결과에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 Al2O3 코팅막의 경우 E+9(Ω㎝)의 전기 저항성을 갖고, 비교예 2의 Y2O3 코팅막의 경우 E+11(Ω㎝)의 전기 저항성을 갖고, 비교예 3의 Al2O3-Y2O3 코팅막의 경우 E+13(Ω㎝)의 전기 저항성을 갖는 것이 확인되었다. 비교예 1 내지 3의 코팅막들 중에서 알루미늄-이트륨 산화물의 포함하는 비교예 3의 코팅막은 보다 높은 전기 저항성을 갖는 것이 확인되었다. 특히, 실시예 1의 코팅막의 경우 전기 저항성이 E+13Ω㎝으로 Y2O3 코팅막이 추가적으로 더 포함하고 있음에도 비교예 3의 코팅막과 동일한 전기 저항성을 갖는 것이 확인되었다.
따라서, 본 실시예에 알 수 있듯이 본 실시예의 Al2O3-Y2O3/Y2O3 코팅막 비교예 1 내지 2의 코팅막에 비해 보다 우수한 내전압 특성을 가짐으로 인해 플라즈마 공정에 노출시 아킹 발생을 최소화하여 코팅막이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 복합의 내 플라즈마 코팅막은 제1 코팅막과 내 플라즈마성이 우수한 산화 이트륨을 포함하는 고 밀도 제2 코팅막이 적층된 구조를 갖기 때문에 상기 반도체 부품인 코팅 대상체에 내 플라즈마 특성, 높은 내전압 특성 및 높은 전기 저항성을 부여할 수 있다. 또한, 본 발명의 내 플라즈마 코팅막의 경우 코팅 대상체와 고 밀도를 갖는 제2 코팅막의 접착특성을 향상시키는 제1 코팅막이 적용됨으로 인해 내 플라즈마 코팅막이 외부충력에 의해 쉽게 박리되지 않아 고밀도 플라즈마 환경에서 식각 공정 등을 수행하는 제조 장치에 보다 용이한 적용이 가능하다. 내 플라즈마 코팅막은 각각 표면 거칠기를 갖는 제1 코팅막과 제2 코팅막이 동시에 적용됨으로 인해 기존의 코팅막에 비해 표면적 증가 및 표면 에너지가 증가되어 반도체 공정에서 발생하는 부산물을 포집함에 있어 매우 효과적이다.
따라서 본 발명의 내 플라즈마 코팅막이 적용되는 내 플라즈마 부품은 집적회로 소자의 제조에 적용할 경우 집적회로 소자의 수율 향상을 기대할 수 있어 집적 회로 소자의 제조에 따른 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
Claims (18)
- 내 플라즈마 특성이 요구되는 코팅 대상체 상에 산화 알루미늄 30 내지 50중량%와 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말을 플라즈마 용사 코팅하여 형성되며, 표면 거칠기를 나타내는 평균중심 조도 값이 2.5 내지 7㎛ 인 비정질의 제1 코팅막 ; 및
상기 제1 코팅막 상에 에어로졸 증착 방법으로 형성되며, 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도 및 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막은 0.01 내지 1%의 기공을 갖고, 표면 거칠기를 나타내는 평균중심 조도 값이 0.1 내지 1.5㎛인 이트륨 산화막인 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막. - 제1 항에 있어서, 상기 제1 코팅막은 표면 거칠기 값 중 하나인 Rz 값이 30 내지 50 인 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막.
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 제1 코팅막은 100 내지 300㎛의 두께를 갖고, 제2 코팅막은 1 내지 20㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막.
- 삭제
- 내 플라즈마 특성이 요구되는 코팅 대상체 상에 산화 알루미늄 30 내지 50중량%와 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말을 플라즈마 용사 코팅하여 표면 거칠기를 나타내는 평균중심 조도 값이 2.5 내지 7㎛ 인 비정질의 제1 코팅막을 형성하는 단계; 및
에어로졸 증착방법을 수행하여 상기 제1 코팅막 상에 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도 및 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막을 형성하되,
상기 제2 코팅막은 0.01 내지 1%의 기공을 갖고, 표면 거칠기를 나타내는 평균중심 조도 값이 0.1 내지 1.5㎛인 이트륨 산화막인 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막 제조방법. - 제7 항에 있어서, 상기 제1 코팅막은 평균 입도가 20 내지 60㎛인 용사코팅 분말을 이용하여 형성되는 비정질의 알루미늄-이트륨 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제7 항에 있어서, 상기 제1 코팅막은 100 내지 300㎛의 두께를 갖도록 형성하고, 제2 코팅막은 1 내지 20㎛의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막 제조방법.
- 제7 항에 있어서, 상기 제1 코팅막의 표면을 연마하여 50이하의 Rz 값을 갖도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막 제조방법.
- 삭제
- 제7 항에 있어서, 상기 제1 코팅막 형성 전에 상기 코팅 대상체가 평균중심 조도 값이 1 내지 8㎛의 표면 거칠기를 갖도록 상기 코팅 대상체를 샌딩 처리하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 코팅 대상체가 금속의 모재일 경우 상기 코팅 대상체 상에 양극 산화막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마 코팅막 제조방법.
- 내 플라즈마 특성이 요구되는 코팅 대상체;
상기 코팅 대상체 상에 형성된 복합의 내플라즈마 코팅막을 포함하되,
상기 내 플라즈마 코팅막은 산화 알루미늄 30 내지 50중량%와 산화 이트륨 50 내지 70중량%로 혼입된 용사코팅 분말을 플라즈마 용사 코팅하여 형성되고, 표면 거칠기를 나타내는 평균중심 조도 값이 2.5 내지 7㎛ 인 비정질의 제1 코팅막; 및
상기 제1 코팅막 상에 에어로졸 증착 방법으로 형성되며, 상기 제1 코팅막 보다 높은 밀도 및 내 플라즈마 특성을 갖는 제2 코팅막은 0.01 내지 1%의 기공을 갖고, 표면 거칠기를 나타내는 평균중심 조도 값이 0.1 내지 1.5㎛인 이트륨 산화막인을 포함하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 부품. - 제 16항에 있어서, 상기 코팅 대상체는 평균중심 조도 값이 1 내지 8㎛인 표면 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 부품.
- 제 16항에 있어서, 상기 코팅 대상체가 금속의 모재일 경우 상기 코팅 대상체 상에 양극 산화막을 더 형성되는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 부품.
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