KR102447682B1 - 코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102447682B1
KR102447682B1 KR1020150075989A KR20150075989A KR102447682B1 KR 102447682 B1 KR102447682 B1 KR 102447682B1 KR 1020150075989 A KR1020150075989 A KR 1020150075989A KR 20150075989 A KR20150075989 A KR 20150075989A KR 102447682 B1 KR102447682 B1 KR 102447682B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
particles
coating
hollow inorganic
coating layer
inorganic particles
Prior art date
Application number
KR1020150075989A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160139984A (ko
Inventor
석철균
강태균
최창원
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020150075989A priority Critical patent/KR102447682B1/ko
Priority to US15/015,158 priority patent/US10090135B2/en
Publication of KR20160139984A publication Critical patent/KR20160139984A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102447682B1 publication Critical patent/KR102447682B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32495—Means for protecting the vessel against plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/003—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic followed by coating of the granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • B01J2/06—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a liquid medium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/46—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428
    • H01L21/461—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/469—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After-treatment of these layers
    • H01L21/471—Inorganic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating

Abstract

코팅층 형성 방법에 있어서, 중공부를 감싸는 쉘을 포함하는 중공 무기 입자들을 준비한다. 속이 찬 무기 코팅 입자들을 준비한다. 중공 무기 입자들 및 무기 코팅 입자들의 혼합물을 제조한다. 혼합물을 플라즈마 용사 공정을 통해 모재 표면에 분사한다.

Description

코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법{METHODS OF FORMING COATING LAYER, PLASMA TREATMENT APPARATUS AND METHODS OF FORMING PATTERNS}
본 발명은 코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 무기 입자를 사용한 코팅층 형성 방법, 상기 코팅층을 포함한 플라즈마 처리 장치 및 상기 플라즈마 처리 장치를 활용하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
식각 공정, 막 처리 공정 등과 같은 반도체 장치 제조 공정에 있어서, 예를 들면 플라즈마 처리 장치가 활용되고 있다. 상기 플라즈마 처리 장치의 내구성을 향상시키고, 상기 제조 공정의 신뢰성을 향상시키기 위해 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽 표면에 부가적인 코팅층을 형성할 수 있다.
그러나, 고온에서 수행되는 플라즈마 처리 공정 시 상기 코팅층이 손상되어 상기 제조 공정에 있어 불량 요인이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 과제는 우수한 기계적 특성을 갖는 코팅층 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 우수한 기계적 특성을 갖는 코팅층을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 플라즈마 처리 장치를 활용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 코팅층 형성 방법에 따르면, 중공부를 감싸는 쉘(shell)을 포함하는 중공 무기 입자들을 준비한다. 속이 찬 무기 코팅 입자들을 준비한다. 상기 중공 무기 입자들 및 상기 무기 코팅 입자들의 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 플라즈마 용사 공정을 통해 모재 표면에 분사한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 무기 코팅 입자는 이트리아, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 이트륨불화물(YF3), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-Stabilized Zirconia: YSZ)를 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자들을 준비함에 있어, 고분자를 포함하는 코어층을 합성할 수 있다. 상기 코어층을 표면 처리할 수 있다. 상기 코어층의 표면 상에 무기 물질을 포함하는 상기 쉘을 형성할 수 있다. 상기 코어층을 제거할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 쉘은 이트리아, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 이트륨불화물, 실리콘 카바이드 및/또는 YSZ 분말을 사용하여 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 코어층은 상기 고분자의 단량체를 사용하는 액상 중합법에 의해 합성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 코어층을 표면 처리함에 있어, 상기 코어층의 상기 표면 상에 계면 활성층을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 코어층은 열처리를 통해 상기 코어층을 열분해 또는 기화시켜 제거될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 혼합물을 상기 플라즈마 용사 공정을 통해 상기 모재 표면에 분사하는 것은 복수의 사이클들로 분할 수행될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 혼합물은 플라즈마 용사 코팅 장비 내에 복수의 혼합물 배치들(batch)로 분할되어 주입될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 혼합물 배치들 각각에 포함된 상기 중공 무기 입자들 및 상기 무기 코팅 입자들의 비율을 조절하여 상기 모재 표면 상에 형성된 코팅층 내의 상기 중공 무기 입자들의 분포를 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 코팅층의 상기 모재 표면과의 접촉면에서 최대로 분포될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 코팅층의 상기 모재 표면과의 접촉면 및 외측면에 각각 최대로 분포될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 코팅층의 상기 접촉면 및 상기 외측면 사이의 영역은 상기 무기 코팅 입자들로 구성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 코팅층은 상기 코팅층의 총 중량 대비 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 상기 중공 무기 입자들을 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 코팅층 형성 방법에 따르면, 고분자 코어층 및 상기 고분자 코어층을 감싸는 쉘을 포함하는 중공 무기 입자 전구체를 준비한다. 속이 찬 무기 코팅 입자들을 준비한다. 상기 중공 무기 입자 전구체들 및 상기 무기 코팅 입자들의 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 플라즈마 용사 공정을 통해 모재 표면에 분사한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자 전구체들은 상기 플라즈마 용사 공정에 의해 상기 고분자 코어층이 제거된 중공 무기 입자들로 변환될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 혼합물은 플라즈마 용사 코팅 장비의 분말 주입 포트에 주입되며, 상기 플라즈마 용사 코팅 장비의 분사 포트를 통과하면서 상기 중공 무기 입자들이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 쉘 및 상기 무기 코팅 입자는 이트리아, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 이트륨불화물, 실리콘 카바이드 및/또는 YSZ를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 플라즈마 처리 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되며 기판이 로딩되는 지지부, 상기 챔버의 상부에 배치되는 전계 인가부, 상기 지지부 및 상기 전계 인가부에 연결된 파워 공급부, 상기 챔버 내부로 연통되는 반응 가스 공급부, 및 상기 챔버의 내벽 상에 형성되며 중공 무기 입자들 및 속이 찬 무기 코팅 입자를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 챔버의 상기 내벽 상에 배치되는 라이너, 및 상기 전계 인가부의 수용 공간을 구획하는 윈도우를 더 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 상기 라이너 및 상기 윈도우 중 적어도 하나의 표면 상에 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 코팅층은 상기 라이너의 표면 또는 상기 윈도우의 표면과 접촉하는 접촉부, 상기 챔버 내부에 노출되는 외측부, 및 상기 접촉부 및 상기 외측부 사이의 중간부로 구분될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 접촉부에 최대로 분포될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 접촉부 및 상기 외측부에 분포되며, 상기 중간부는 상기 무기 코팅 입자들로 구성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 접촉부, 상기 중간부 및 상기 외측부에 걸쳐 분포될 수 있다. 상기 중간부에서의 상기 중공 무기 입자들의 함량은 상기 접촉부 및 상기 외측부에서의 상기 중공 무기 입자들의 함량보다 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자는 중공부를 감싸는 쉘을 포함하며, 상기 코팅층의 단위 면적당 상기 중공부의 면적 비율은 약 1% 내지 약 50% 범위의 값을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 중공 무기 입자는 중공부를 감싸는 쉘을 포함하며, 상기 쉘 및 상기 무기 코팅 입자는 이트리아, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 이트륨불화물, 실리콘 카바이드 및/또는 YSZ를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 패턴 형성 방법에 따르면, 기판 상에 식각 대상막을 형성한다. 상기 기판을 중공 무기 입자들 및 속이 찬 무기 코팅 입자를 포함하는 코팅층이 내벽 상에 형성된 플라즈마 식각 장치 내에 로딩한다. 상기 식각 대상막을 플라즈마 식각 공정을 통해 패터닝한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 패터닝된 상기 식각 대상막을 포함하는 상기 기판을 반출할 수 있다. 상기 플라즈마 식각 장치를 세정하여 상기 코팅층을 제거할 수 있다. 상기 플라즈마 식각 장치의 상기 내벽 상에 상기 중공 무기 입자들 및 속이 찬 상기 무기 코팅 입자를 포함하는 코팅층을 다시 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 코팅층은 플라즈마 용사 공정을 통해 상기 플라즈마 식각 장치의 상기 내벽 상에 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 용사 공정은 상기 중공 무기 입자들 및 상기 무기 코팅 입자들이 혼합된 복수의 혼합물 배치들을 사용하여 수행될 수 있다.
전술한 예시적인 실시예들에 따르면, 중공 무기 입자 및 무기 코팅 입자를 혼합하고 이를 플라즈마 용사를 통해 예를 들면, 플라즈마 처리 장치의 라이너와 같은 부품 상에 분사하여 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 중공 무기 입자는 솔리드 구조의 상기 무기 코팅 입자보다 높은 탄성 및/또는 충격 흡수율을 가질 수 있다. 따라서, 상기 코팅층 형성시 발생하는 응력 및 이온 충돌에 의한 충격이 상기 중공 무기 입자에 의해 완충되어 상기 코팅층의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 용사 수행시 상기 중공 무기 입자의 비율을 적절히 조절하여 원하는 위치의 상기 코팅층 부분에 상기 중공 무기 입자들을 집중시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 코팅층의 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 중공 무기 입자의 형성 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 용사 코팅 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 예시적인 실시예들에 따른 코팅층의 구조들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 일부 예시적인 실시예들에 따른 코팅층의 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 9는 일부 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 용사 코팅 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치 내부에 형성된 코팅층의 구조를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 15 내지 도 17은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 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 설시된 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 코팅층의 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 중공 무기 입자의 형성 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 용사 코팅 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예를 들면 단계 S10에서 중공(hollow) 무기 입자를 제조할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 중공 무기 입자(85)는 쉘(shell)(70)에 의해 둘러싸인 중공 코어(hollow core)(55)를 포함할 수 있다. 쉘(70)은 예를 들면, 이트리아(Y2O3), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 실리카(SiO2), 이트륨 불화물(YF3), 실리콘 카바이드(SiC), 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-Stabilized Zirconia: YSZ) 등과 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 이들은 쉘(70) 내에 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 포함될 수 있다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 중공 무기 입자(85)의 제조 방법을 설명한다.
예를 들면 단계 S12에서 코어층(50)을 합성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 코어층(50)은 고분자 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 코어층(50)은 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리염화비닐, 폴리 프로필렌, 폴리이미드 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 포함될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 코어층(50)은 액상 중합법에 의해 합성될 수 있다. 예를 들면, 상술한 고분자 물질의 단량체들, 예를 들면, 아클리로니트릴, 염화비닐리덴, 메틸(메타)아크릴레이트, 클로로 스티렌 등과 같은 화합물을 유기 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조할 수 있다. 상기 전구체 용액에 중합 개시제를 첨가하고 서서히 교반하면서 상기 단량체들이 입자 형태로 중합될 수 있다. 따라서, 코어층들(50)이 용해된 고분자 용액이 제조될 수 있다.
상기 중합 개시제의 예로서 퍼옥시 디카보네이트, 퍼옥시 에스테르, 디아실퍼옥사이드 등의 과산화물, 또는 아조 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 유기 용매로서 알칸, 시클로헥산, 톨루엔, 올레일 알코올 등과 같은 고분자 물질에 용해도가 뛰어난 용매들을 사용할 수 있다.
상기 고분자 용액 내에는 입자 형태의 코어층들(50) 분산될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 코어층들(50)의 분산성을 향상시키기 위해 분산 안정제가 첨가될 수 있다. 상기 분산 안정제의 예로서 폴리 비닐 피롤리돈, 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.
이어서, 예를 들면, 단계 S14에서 코어층(50)을 표면 처리하여 코어층(50) 표면에 계면 활성층(60)을 형성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 활성층(60)은 코어층(50) 표면에 계면 활성 작용기들이 부착된 형태로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 용액 내에 계면 활성제를 투입하여 계면 활성층(60)을 형성할 수 있다. 상기 계면 활성제의 예로서 소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan Monolaurate: SPAN-20), 소르비탄 모노스테아레이트(Sorbitan Monostearate: SPAN-60), 소르비탄 모노올리에이트(Sorbitan Monooleate: SPAN-80), PEO(20)-소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan Monolaurate: TWEEN-20), PEO(20)-소르비탄 모노스테아레이트(Sorbitan Monostearate: TWEEN-60) 또는 PEO(20)-소르비탄 모노올리에이트(Sorbitan Monooleate: TWEEN-80) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 상기 계면 활성제로서 에틸 아민, 에틸렌 디아민 등과 같은 아민계열 화합물을 사용할 수도 있다.
이후, 예를 들면 단계 S16에서 코어층(50) 표면 상에 쉘(70)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 코어-쉘 구조의 입자들이 합성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 표면 처리된 코어층(50)이 분산된 상기 고분자 용액 내에 무기 입자 분말을 용해시켜 교반함으로써 코어층(50) 표면에 쉘(70)을 코팅할 수 있다.
상기 무기 입자 분말은 수용액 형태로 용해되어 상기 고분자 용액과 혼합될 수 있다. 상기 고분자 용액과 상기 수용액의 혼합을 촉진하기 위해 콜로이달 실리카, 콜로이달 탄산칼슘, 수산화 마그네슘, 수산화칼슘 등과 같은 수성 분산 안정제가 첨가될 수도 있다.
상기 무기 입자 분말은 상업적으로 취득가능한 무기 나노 입자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이트리아, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 이트륨 불화물, 실리콘 카바이드, YSZ 등과 같은 나노 입자를 상기 무기 입자 분말로서 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
예를 들면, 계면 활성층(60)에 의해 코어층(50) 표면이 친수성 처리되어, 쉘(70)이 용이하게 각 코어층(50)을 코팅할 수 있다.
쉘(70)이 코팅된 코어층(50)이 분산된 용액을 여과, 건조 및/또는 열처리 공정을 거쳐서 중공 무기 입자 전구체(80)가 예를 들면, 분말 형태로 제조될 수 있다.
예를 들면, 단계 S18에서, 중공 무기 입자 전구체(80)로부터 코어층(50)을 제거하여 중공 무기 입자(85)를 제조할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 중공 무기 입자 전구체(80)를 소정의 온도로 소성 처리하여 코어층(50) 열분해 시킬 수 있다. 이에 따라, 코어층(50)에 포함된 상기 고분자 물질이 기화, 연소 등에 의해 제거되어 중공 코어(55)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 중공 코어(55)를 둘러싸는 쉘(70)에 의해 각 중공 무기 입자(85)가 정의될 수 있다.
예를 들면, 상기 소성 처리는 약 500oC 내지 약 1200oC의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 소성 처리는 코어층(50)에 포함된 상기 고분자 물질의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 중공 무기 입자(85)는 예를 들면, 약 50nm 내지 100nm의 직경을 갖는 나노 스케일의 입자로서 제조될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 예를 들면 단계 S20에서, 상술한 바와 같이 제조된 중공 무기 입자(85)와 무기 코팅 입자의 혼합물을 제조할 수 있다.
상기 무기 코팅 입자는 모재에 분사되어 코팅층을 형성하는 주 입자로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 무기 코팅 입자로서 상업적으로 취득가능한 무기 나노 입자를 사용할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이트리아, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 이트륨 불화물, 실리콘 카바이드, YSZ 등과 같은 나노 입자를 상기 무기 코팅 입자로서 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 상기 무기 코팅 입자는 속이 찬 입자 형태를 가질 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 예를 들면 단계 S30에서 상기 혼합물을 플라즈마 용사(plasma spraying) 코팅 장비 내에 주입할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 용사 코팅 장비(100)는 몸체(105), 분사 포트(160), 캐소드(120), 애노드(130), 가스 유입로(110), 분말 주입 포트(150) 및 분사 포트(160)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 용사 코팅 장비(100)는 캐소드(120) 및 애노드(130)의 냉각을 위한 수로를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 단계 S40에서 모재(180) 상에 플라즈마 용사 방식을 통해 코팅층을 형성할 수 있다.
플라즈마 용사 코팅 장비(100)의 가스 유입로(110)를 통해 예를 들면, 아르곤, 질소, 헬륨 등을 포함하는 플라즈마 가스가 캐소드(120) 주위를 따라서 플라즈마 용사 코팅 장비(100) 내부로 도입될 수 있다. 상기 플라즈마 가스가 애노드(130) 내부로 진입하면서 캐소드(120) 및 애노드(130) 사이에 인가되는 고전압 방전에 의해 플라즈마 화염(140)이 발생될 수 있다.
한편, 중공 무기 입자(85)와 무기 코팅 입자(90)의 상기 혼합물은 분말 주입 포트(150) 내에 저장되고, 상기 혼합물은 플라즈마 화염(140) 내부로 진입될 수 있다. 이에 따라, 상기 혼합물이 급속히 가열되어 용융될 수 있으며, 분사 포트(160)에 포함된 개구부(165)를 통해 모재(180) 표면으로 분사될 수 있다.
상기 혼합물은 용융 혼합물(170) 형태로 분사되며 모재(180) 표면에 충돌되어 냉각될 수 있다. 이에 따라, 모재(180) 상에는 중공 무기 입자들(85) 및 무기 코팅 입자들(90)이 부착된 코팅층이 형성될 수 있다.
용융된 무기 코팅 입자들(90)이 모재(180) 상에 충돌되면, 모재(180)의 상기 표면 상에서 급속 냉각될 수 있다. 이에 따라, 형성된 상기 코팅층 및 모재(180)의 열 팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion: CTE) 차이에 따라 상기 코팅층 내부에 잔류 응력이 생성될 수 있다. 상기 잔류 응력에 의해 모재(180)와 무기 코팅 입자(90) 사이 및/또는 무기 코팅 입자들(90) 사이의 결합력이 약화되어 상기 코팅층 내부에 크랙, 보이드(void)와 같은 결합이 유발될 수 있다.
그러나, 예시적인 실시예들에 따르면 무기 코팅 입자(90)와 함께 상대적으로 큰 탄성을 갖는 중공 무기 입자(85)가 사용될 수 있다. 상기 코팅층 내의 상기 잔류 응력은 중공 무기 입자(85)에 의해 흡수 또는 완충될 수 있다. 따라서, 균열, 보이드 등이 감소되며 기계적 안정성 및 신뢰성이 향상된 코팅층이 형성될 수 있다.
도 4 내지 도 7은 예시적인 실시예들에 따른 코팅층의 구조들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 코팅층(190) 내에서 중공 무기 입자들(85) 및 무기 코팅 입자들(90)은 실질적으로 랜덤하게 분포될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 코팅층(190) 내의 중공 무기 입자들(85)의 함량은 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 범위로 조절될 수 있다.
중공 무기 입자들(85)의 함량이 약 5 중량% 미만인 경우, 코팅층(190) 내의 잔류 응력이 충분히 흡수되지 않아, 크랙이 발생할 수 있다. 중공 무기 입자들(85)의 함량이 약 60 중량%를 초과하는 경우, 코팅층(190)의 강도가 약화되어 외부 스트레스에 쉽게 손상될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 코팅층(190)의 단위 면적당 중공 코어(55)에 의해 정의되는 중공부의 면적 비율은 약 1% 내지 약 50%의 범위의 값을 가질 수 있다. 상기 중공부의 면적 비율이 약 1% 미만인 경우 충분한 잔류 응력 흡수 효과가 발휘되기 곤란할 수 있다. 상기 중공부의 면적 비율이 약 50%를 초과하는 경우 코팅층(190)의 강도가 지나치게 약화될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 따르면, 상술한 잔류 응력 및 외부 스트레스를 고려하여 코팅층 내의 중공 무기 입자들(85)의 분포 형태를 결정할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 플라즈마 용사 코팅은 복수의 사이클들로 분할되어 실시될 수 있다. 각 사이클에 있어서, 분말 주입 포트(150)에 중공 무기 입자들(85) 및 무기 코팅 입자들(90)의 혼합물 배치(batch)가 저장될 수 있다. 상기 각 혼합물 배치의 중공 무기 입자들(85) 및 무기 코팅 입자들(90)의 함량비는 상기 각 사이클에 따라 변화될 수 있다.
도 5를 참조하면, 코팅층(192)의 모재(180)와의 접촉면에서는 상대적으로 중공 무기 입자들(85)이 집중될 수 있다. 예를 들면, 상기 접촉면에서는 중공 무기 입자들(85)의 개수가 무기 코팅 입자들(90)의 개수보다 많을 수 있다. 이에 따라, 상기 접촉면에 집중되는 상기 잔류 응력을 효과적으로 흡수할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 코팅층(192)의 상기 접촉면으로부터 외측면으로 갈수록 중공 무기 입자들(85)의 함량은 감소될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 용사 코팅의 초기 혼합물 배치에서는 중공 무기 입자들(85) 함량을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 이후, 후속 혼합물 배치에서는 중공 무기 입자들(85)의 함량을 점진적으로 감소시킴으로써 코팅층(192)을 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 중공 무기 입자들(85)은 코팅층(194)의 모재(180)와의 접촉면에서 최대로 분포될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 코팅층(194)의 모재(180)와의 상기 접촉면은 실질적으로 중공 무기 입자들(85)로 구성될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 용사 코팅의 초기 혼합물 배치는 실질적으로 중공 무기 입자들(85)만을 포함할 수 있다. 이에 따라, 모재(180) 표면으로부터 유발되는 상기 잔류 응력의 코팅층(194) 내부로의 전파를 원천적으로 차단할 수 있다.
코팅층(194)의 상기 접촉면 위로의 영역은 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 초기 혼합물 배치 이후의 배치는 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)만을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 모재(180)와의 상기 접촉면은 실질적으로 중공 무기 입자들(85)로 구성됨으로써 상기 잔류 응력의 흡수 효과를 극대화할 수 있다. 코팅층(194)의 나머지 영역은 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성됨으로써 코팅층(194)의 강도를 확보할 수 있다.
도 7을 참조하면, 중공 무기 입자들(85)은 코팅층(196)의 모재(180)와의 접촉면, 및 코팅층(196)의 외측면에 각각 최대로 분포될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 코팅층(196)의 모재(180)와의 상기 접촉면은 실질적으로 중공 무기 입자들(85)로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 6을 참조로 설명한 바와 같이, 플라즈마 용사 코팅의 초기 혼합물 배치는 실질적으로 중공 무기 입자들(85)만을 포함할 수 있다.
또한, 코팅층(196)의 상기 외측면 역시 실질적으로 중공 무기 입자들(85)로 구성될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 용사 코팅의 최종 혼합물 배치는 실질적으로 중공 무기 입자들(85)만을 포함할 수 있다.
코팅층(196)의 상기 접촉면 및 상기 외측면 사이의 영역은 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성될 수 있다. 따라서, 플라즈마 용사 코팅의 상기 초기 혼합물 배치 및 상기 최종 혼합물 배치 사이의 혼합물 배치는 실질적으로 무기 코팅 입자들(90) 만을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에 따르면, 코팅층(196)의 상기 접촉면 및 외측면이 실질적으로 중공 무기 입자들(90)로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 접촉면에서의 잔류 응력 및 외부에서의 스트레스가 코팅층(196) 내부로 전파되는 것을 극소화할 수 있다. 코팅층(196)의 중간 영역은 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성됨으로써, 코팅층(196)의 소정의 강도를 확보할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조로 설명한 코팅층들의 실시예들에 있어서, 상기 코팅층 내부의 전체적인 중공 무기 입자들(85)의 함량은 예를 들면, 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 범위로 조절될 수 있다. 또한, 상기 코팅층의 총 면적당 중공 코어(55)에 의해 정의되는 중공부의 총 면적 비율은 약 1% 내지 약 50%의 범위의 값을 가질 수 있다.
도 8은 일부 예시적인 실시예들에 따른 코팅층의 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 9는 일부 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 용사 코팅 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 공정, 재료 및/또는 장비에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 8을 참조하면, 예를 들면 단계 S11에서 중공 무기 입자 전구체(80)(도 2 참조)를 제조할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 단계 S12, S14 및 S16에서와 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 통해 중공 무기 입자 전구체(80)를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 중공 무기 입자 전구체(80)는 고분자 물질을 포함하는 코어층(50) 및 코어층(50)을 감싸며 이트리아, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 이트륨 불화물, 실리콘 카바이드, YSZ 등을 포함하는 쉘(70)을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
예를 들면, 단계 S21에서 중공 무기 입자 전구체(80) 및 무기 코팅 입자(90)(도 3 참조)의 혼합물을 제조할 수 있다. 상술한 바와 같이 무기 코팅 입자(90)는 이트리아, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 이트륨 불화물, 실리콘 카바이드, YSZ 등과 같은 솔리드 구조의 나노 입자를 포함할 수 있다,
예시적인 실시예들에 따르면, 도 1 및 도 2의 단계 S18이 생략되고 코어층(50)이 제거되기 전에 상기 혼합물을 제조할 수 있다.
도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 단계 S31에서 중공 무기 입자 전구체(80) 및 무기 코팅 입자(90)의 상기 혼합물을 플라즈마 용사 코팅 장비(100) 내에 주입할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 혼합물은 플라즈마 용사 코팅 장비(100)의 분말 주입 포트(150) 내에 저장될 수 있다.
예를 들면 단계 S41에서, 상기 혼합물을 플라즈마 용사 방법을 통해 모재(180) 표면 상에 분사할 수 있다. 이에 따라, 모재(180)의 상기 표면 상에 중공 무기 입자(85)를 포함하는 코팅층이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 중공 무기 입자 전구체(80)를 포함하는 상기 혼합물은 가스 유입로(110)를 통해 유입되는 플라즈마 가스에 의해 생성되는 플라즈마 화염(140) 내로 공급되어 분사 포트(160)를 통해 모재(180)를 향해 분사될 수 있다.
예를 들면, 플라즈마 화염(140)의 온도는 약 500 oC 내지 약 1,000 oC 일 수 있으며, 일 실시예에 있어서, 약 1,000 oC 이상일 수 있다. 이에 따라, 중공 무기 입자 전구체(80) 및 무기 코팅 입자(90)가 부분 용융되면서, 중공 무기 입자 전구체(80)에 포함된 코어층(50)이 열분해되어 제거될 수 있다. 따라서, 플라즈마 용사 공정 중에 중공 무기 입자(85)가 형성되면서 모재(180) 측으로 분사될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 4 내지 도 7을 참조로 설명한 바와 같이 코팅층에 있어서 중공 무기 입자들(85)의 분포를 조절할 수 있다. 이 경우, 분사 주입 포트(150) 내에 저장되는 상기 혼합물의 각 배치에 있어서, 중공 무기 입자 전구체(80)의 함량을 조절함으로써 상기 코팅층의 원하는 입자 분포를 구현할 수 있다.
상술한 예시적인 실시예들에 따르면, 중공 무기 입자 전구체(80) 상태로 플라즈마 용사 공정을 수행하여, 플라즈마 용사 코팅 장비(100) 내부에서 또는 분사 공정 중에 코팅층(50)이 제거된 중공 무기 입자(85)를 제조할 수 있다. 따라서, 중공 무기 입자(85) 제조를 위한 별도의 열처리 공정을 생략하여 공정 시간 및 공정 비용을 단축시킬 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
예를 들면, 상기 플라즈마 처리 장치는 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 각종 패턴 형성을 위한 플라즈마 식각 장치로서 활용될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 반응을 활용한 각종 막 구조물의 표면 처리, 세정 처리를 위해 활용될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(200)는 챔버(210), 챔버(210) 내의 저부에 배치되는 지지부(220), 챔버(210)의 상부에 배치되는 전계 인가부, 및 지지부(220) 및 상기 전계 인가부와 결합되는 파워 공급부들(235, 265)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전계 인가부로서 코일(260)을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전계 인가부로서 안테나를 사용할 수 있다.
챔버(210)는 플라즈마 처리 장치(200)의 본체로 제공되며 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 도전 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 챔버(210)의 내벽은 내오염성 향상을 위해 알루마이트 처리 등에 의해 양극 산화 처리될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 챔버(210)의 상기 내벽 상에는 챔버(210) 표면을 플라즈마로부터 보호하기 위한 라이너(240)가 배치될 수 있다. 라이너(240)는 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이 챔버(210)의 내측벽을 따라 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 라이너(240)는 챔버(210)의 저면 상에도 배치될 수 있다.
라이너(240)는 예를 들면 석영, 알루마이트 처리된 알루미늄과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 라이너(240)의 표면 상에 코팅층(245)이 형성될 수 있다. 제1 코팅층(245)은 상술한 중공 무기 입자(85) 및 무기 코팅 입자(90)들을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 코팅층(245)은 예를 들면 라이너(240)를 모재로 사용하여 도 1 내지 도 3, 또는 도 8 및 도 9를 참조로 설명한 플라즈마 용사 코팅 방식에 의해 형성될 수 있다.
제1 코팅층(245)이 형성됨에 따라, 플라즈마 식각 공정과 같은 플라즈마 처리 공정에 있어서 챔버(210)의 상기 내벽을 이온 충격으로부터 보호하여 플라즈마 처리 장치(200)로부터의 파티클 발생을 억제할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 코팅층(245)은 중공 무기 입자들(85)을 포함하므로 상기 이온 충격을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 용사 코팅 시 예를 들면, 라이너(240)와의 CTE 차이에 의해 초래되는 잔류 응력이 중공 무기 입자들(85)에 의해 완충 또는 흡수될 수 있다. 따라서, 제1 코팅층(245) 내부에 보이드, 크랙과 같은 불량 발생을 방지할 수 있다.
챔버(210) 상부에는 상기 전계 인가부로 제공되는 코일(260)이 배치되는 공간을 구획하는 윈도우(250)가 배치될 수 있다. 윈도우(250)는 예를 들면, 조인트 링(255)과 같은 결합 부재에 의해 지지되어 챔버(210)의 상기 상부를 커버할 수 있다. 윈도우(250)는 석영 또는 알루미나와 같은 세라믹 재질을 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 윈도우(250)의 표면 상에는 제2 코팅층(247)이 형성될 수 있다.
제2 코팅층(247)은 제1 코팅층(245)과 실질적으로 동일하거나 유사한 물질을 포함하며, 도 1 내지 도 3, 또는 도 8 및 도 9를 참조로 설명한 플라즈마 용사 코팅 방식에 의해 형성될 수 있다.
윈도우(260) 상부에는 코일(260)이 배치되며, 코일(260)에는 제1 파워 공급부(265)가 연결될 수 있다. 제1 파워 공급부(265)에 의해 코일(260)로 고주파 파워가 인가되며, 이에 따라 챔버(210) 내부에서 유도 전계가 형성될 수 있다.
챔버(210) 내의 상기 저부에는 기판(300)이 로딩되는 지지부(220)가 배치될 수 있다. 지지부(220)는 예를 들면, 회전가능한 서셉터를 포함될 수 있다. 지지부(220) 상에는 복수의 슬롯(slot)들이 형성되며, 이에 따라 지지부(220) 상에 복수의 기판들(300)이 로딩될 수 있다.
지지부(220)는 예를 들면 챔버(210) 저면을 관통하는 척(chuck)(230)과 회전 가능하게 결합될 수 있다. 제2 파워 공급부(235)가 척(230)과 연결되어 지지부(220)에 고주파 파워가 인가될 수 있다. 따라서, 상기 유도 전계에 의해 반응 가스가 플라즈마로 변환되고, 상기 플라즈마가 기판(300) 쪽으로 유도될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 지지부(220)의 측벽 및 저면을 감싸는 절연체 벽(225)이 더 배치될 수 있다. 예를 들면, 절연체 벽(225)은 석영, 알루미나와 같은 세라믹 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 절연체 벽(225)의 표면 상에 예시적인 실시예들에 따른 코팅층이 더 형성될 수도 있다.
챔버(210)의 상측에는 반응 가스 공급부(270)가 구비되어 챔버(210) 내부로 아르곤, 질소 등과 같은 반응 가스를 공급할 수 있다. 반응 가스 공급부(270)는 챔버(210)의 측부에 배치될 수도 있다.
예를 들면, 챔버(210)의 저면에는 배기부(290)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 배기부(290)는 진공 펌프와 연결되어 챔버(210) 내부와 연결될 수 있다.
챔버(210)의 측부에는 기판(300)의 이송을 위한 개구(280)가 구비되며, 개구(280)의 개폐를 조절하는 게이트(285)가 챔버(210)의 외측부에 배치될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 코팅층(245, 247)이 플라즈마 처리 장치(200)의 라이너(240) 및 윈도우(250)의 표면 상에 형성될 수 있다. 그러나, 상기 코팅층의 형성 위치가 특별히 제한되는 것은 아니며, 지지부(220), 개구(280), 반응 가스 공급부(270)의 표면과 같이 이온 충격에 노출되는 다양한 부품의 표면 상에 형성될 수 있다.
도 11 내지 도 13은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치 내부에 형성된 코팅층의 구조를 설명하기 위한 단면도들이다. 예를 들면, 도 11 내지 도 13은 도 10의 "A" 부분을 확대 도시한 단면도들이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 코팅층(245)은 라이너(240)의 표면과 접촉하는 접촉부(I), 챔버(210) 내부에 노출되는 외측부(III), 및 접촉부(I) 및 외측부(III) 사이의 중간부(II)로 구분될 수 있다. 한편, 도 11 내지 도 13에 있어서, 중공 무기 입자들(85)이 분포된 영역을 제외한 제1 코팅층(245)의 영역에는 무기 코팅 입자들(90)(도 4 내지 도 7 참조)이 분포될 수 있다.
도 11을 참조하면, 중공 무기 입자들(85)은 접촉부(I)에 집중적으로 분포될 수 있다. 예를 들면, 중간부(II) 및 외측부(III)에는 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성될 수 있다.
이에 따라, 라이너(240) 및 제1 코팅층(245) 사이의 계면에서 발생하는 CTE 차이에 따른 잔류 응력을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 중간부(II) 및 외측부(III)에 상대적으로 집중 분포된 무기 코팅 입자들(90)에 의해 제1 코팅층(245)의 강도를 확보할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 3 및 도 9에 도시된 플라즈마 용사 코팅 장비(100)의 분말 주입 포트(150)에 저장되는 초기 혼합물 배치는 상대적으로 중공 무기 입자들(85)을 다량 포함하거나, 실질적으로 중공 무기 입자들(85)로 구성될 수 있다. 이후, 후속 배치들은 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성되어 중간부(II) 및 외측부(III)를 형성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 코팅층(245)에 있어서, 중공 무기 입자들(85)은 접촉부(I) 및 외측부(III)에 집중되며, 중간부(II)는 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 접촉부(I)에서의 잔류 응력 및 외측부(III)에서의 이온 충격을 효과적으로 흡수할 수 있다. 중간부(II)에서는 무기 코팅 입자들(90)에 의해 제1 코팅층(245)의 강도가 확보될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 용사 코팅 장비(100)의 분말 주입 포트(150)에 저장되는 초기 혼합물 배치 및 최종 혼합물 배치는 상대적으로 중공 무기 입자들(85)을 다량 포함하거나, 실질적으로 중공 무기 입자들(85)로 구성될 수 있다. 상기 초기 혼합물 배치 및 상기 최종 혼합물 배치 사이의 중간 혼합물 배치는 실질적으로 무기 코팅 입자들(90)로 구성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 코팅층(245)에 있어서, 중공 무기 입자들(85)은 접촉부(I), 중간부(II) 및 외측부(III)에 걸쳐 분포될 수 있다. 접촉부(I) 및 외측부(III)는 중공 무기 입자들(85)로 실질적으로 구성되거나 상대적으로 다량의 중공 무기 입자들(85)을 포함할 수 있다.
중간부(II)는 접촉부(I) 및 외측부(III)에 비해 적은 함량의 중공 무기 입자들(85)을 포함할 수 있다. 중간부(II)는 제1 코팅층(245)의 강도를 확보하면서 접촉부(I) 및 외측부(III) 사이의 스트레스 전달을 완충하는 역할을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 플라즈마 용사 코팅 장비(100)의 분말 주입 포트(150)에 저장되는 초기 혼합물 배치 및 최종 혼합물 배치는 상대적으로 중공 무기 입자들(85)을 다량 포함하거나, 실질적으로 중공 무기 입자들(85)로 구성될 수 있다. 상기 초기 혼합물 배치 및 상기 최종 혼합물 배치 사이의 중간 혼합물 배치는 상대적으로 무기 코팅 입자들(90)을 다량 포함하며 상대적으로 적은 양의 중공 무기 입자들(85)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 플라즈마 용사 코팅 공정 시, 복수의 혼합물 배치들을 사용하여 코팅층을 분할 형성할 수 있다. 각 혼합물 배치에 포함되는 중공 무기 입자들(85)의 양을 조절함으로써 상기 코팅층의 입자 분포를 제어할 수 있다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 15 내지 도 17은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
예를 들면, 도 14 내지 도 17은 도 10에 도시된 플라즈마 처리 장치(200)를 활용한 패턴 형성 방법을 도시하고 있다.
도 14를 참조하면, 예를 들면 단계 S400에서, 코팅층이 형성된 플라즈마 식각 장치를 준비할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 플라즈마 식각 장치로서 도 10을 참조로 설명한 플라즈마 처리 장치(200)를 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(200)의 예를 들면, 라이너 및 윈도우와 같은 부품 표면 상에 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 코팅층은 도 1 내지 도 3, 또는 도 8 및 도 9를 참조로 설명한 플라즈마 용사 코팅 공정을 통해 형성되며 중공 무기 입자들(85)을 포함하도록 형성될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조로 설명한 바와 같이, 중공 무기 입자들(85)은 부품과의 접촉부 및/또는 챔버 내부로 향하는 외측부에 상대적으로 집중될 수 있다.
도 14, 도 15 및 도 16을 참조하면, 예를 들면 단계 S410에서, 식각 대상막(310)이 형성된 기판(300)을 상기 플라즈마 식각 장치 내에 로딩할 수 있다. 기판(300)은 도 10에 도시된 플라즈마 처리 장치(200)의 지지부(220) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 복수의 기판들(300)이 지지부(220)의 각 슬롯 상에 배치될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 기판(300) 상에는 식각 대상막(310) 및 마스크 막(320)이 순차적으로 형성될 수 있다.
기판(300)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판 또는 실리콘-게르마늄 기판과 같은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판 또는 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium-On-Insulator: GOI) 기판이 기판(300)으로 사용될 수도 있다. 기판(100)은 InP, GaP, GaAs, GaSb 등과 같은 III-V족 화합물을 포함할 수도 있다.
식각 대상막(310)은 예를 들면 사진 식각 공정에 의해 이미지가 전사되어 소정의 패턴으로 변환되는 막일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 식각 대상막(310)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산질화물과 같은 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 식각 대상막(310)은 금속, 금속 실리사이드, 금속 질화물, 금속 실리사이드 질화물, 도핑된 폴리실리콘과 같은 도전 물질을 포함하도록 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 식각 대상막(310)은 폴리실리콘과 같은 반도체 물질을 포함하도록 형성될 수도 있다.
식각 대상막(310)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 공정, 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD) 공정, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition: HDP-CVD) 공정, 스핀 코팅(spin coating) 공정, 스퍼터링(sputtering) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 공정들 중 적어도 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
마스크 막(320)은 포토레지스트 물질을 사용하여 스핀 코팅 공정과 같은 코팅 공정을 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 마스크 막(320)은 실리콘 계열 또는 카본 계열의 스핀-온 하드 마스크(Spin-On Hardmask: SOH) 물질을 사용하여 형성될 수도 있다.
도 16을 참조하면, 마스크 막(320)을 부분적으로 제거하여 마스크 패턴(325)을 형성할 수 있다. 마스크 패턴(325)에 의해 식각 대상막(310) 상면이 부분적으로 노출될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 노광 및 현상 공정에 의해 마스크 막(320)을 부분적으로 제거하여 마스크 패턴(325)이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 마스크 패턴(325)이 형성된 기판(300)이 플라즈마 처리 장치(200) 내부로 로딩될 수 있다.
도 14 및 도 17을 참조하면, 예를 들면 단계 S420에서 식각 대상막(310)을 패터닝하여 식각 대상막(315) 패턴을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 처리 장치(200)를 활용한 플라즈마 식각 공정이 수행될 수 있다. 마스크 패턴(325)이 식각 마스크로 제공되며, 식각 대상막(310)이 부분적으로 제거되어 식각 대상막 패턴(315)이 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 식각 공정에 있어서, 플라즈마 처리 장치(200)의 부품 표면 상에 중공 무기 입자들을 포함하는 코팅층이 형성되므로 예를 들면, 이온 충격에 의한 장비 손상, 파티클 발생 등이 방지될 수 있다.
다시 도 14를 참조하면, 예를 들면 단계 S430에서 식각 대상막 패턴(315)이 형성된 기판(300)을 상기 플라즈마 식각 장치로부터 반출할 수 있다. 이후, 마스크 패턴(325)은 예를 들면, 애싱(ashing) 공정 및/또는 스트립(strip) 공정을 통해 제거될 수 있다.
식각 대상막 패턴(315)은 예를 들면 콘택 홀, 트렌치 등을 포함하는 소정의 절연 패턴으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 식각 대상막 패턴(315)이 도전 물질을 포함하는 경우, 배선, 콘택, 게이트 전극과 같은 도전 패턴으로 제공될 수 있다.
기판(300) 반출 이후, 상기 플라즈마 식각 장치의 부품들을 세정할 수 있다. 예를 들면, 상기 세정 공정을 통해 상기 라이너 및 윈도우에 형성된 상기 코팅층이 제거될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 중공 무기 입자들(85)에 의해 상기 코팅층의 크랙이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 세정 공정 중 상기 크랙에 화학 물질이 포집되어 아웃개싱(outgassing) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이후, 예를 들면 단계 S440에서 상기 플라즈마 식각 장치 내에 코팅층을 재형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면 도 1 내지 도 3, 또는 도 8 및 도 9를 참조로 설명한 플라즈마 용사 코팅 공정을 반복하여 중공 무기 입자들(85)을 포함하는 코팅층을 재형성할 수 있다.
이후, 단계 S450에서, 예를 들면 단계 S400 내지 S430의 공정들을 반복하여 플라즈마 식각 공정이 재수행될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치(200)의 지지부(220) 상에 기판(300)을 로딩하고 식각 대상막(310)을 패터닝하는 공정들이 반복될 수 있다.
전술한 예시적인 실시예들에 따른 코팅층 및 그 형성 방법은 반도체 공정에서 사용되는 플라즈마 식각 장치에 적용되어 공정 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 코팅층은 스퍼터링 장치, CVD 장치 등과 같은 각종 반도체 공정 설비에도 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
50: 코어층 55: 중공 코어
60: 계면 활성층 70: 쉘
80: 중공 무기 입자 전구체 85: 중공 무기 입자
90: 무기 코팅 입자 100: 플라즈마 용사 코팅 장비
105: 몸체 110: 가스 유입로
120: 캐소드 130: 애노드
140: 플라즈마 화염 150: 분말 주입 포트
160: 분사 포트 165: 개구부
170: 용융 혼합물 180: 모재
190, 192, 194, 196: 코팅층 200: 플라즈마 처리 장치
210: 챔버 220: 지지부
225: 절연체 벽 230: 척
235: 제2 파워 공급부 240: 라이너
245: 제1 코팅층 247: 제2 코팅층
260: 코일 250: 윈도우
255: 조인트 링 265: 제1 파워 공급부
270: 반응 가스 공급부 290: 배기부
300: 기판 310: 식각 대상막
315: 식각 대상막 패턴 320: 마스크 막
325: 마스크 패턴

Claims (20)

  1. 중공부를 감싸는 쉘(shell)을 포함하는 중공 무기 입자들을 준비하고;
    속이 찬 무기 코팅 입자들을 준비하고;
    상기 중공 무기 입자들 및 상기 무기 코팅 입자들의 혼합물을 제조하고; 그리고
    상기 혼합물을 플라즈마 용사 공정을 통해 모재 표면에 분사하는 것을 포함하며,
    상기 모재 표면 상에 형성된 코팅층은 상기 모재 표면과 접촉하는 접촉부, 상기 접촉부와 이격되는 외측부 및 상기 접촉부와 상기 외측부 사이의 중간부를 포함하며,
    상기 중공 무기 입자들은 적어도 상기 접촉부 및 상기 외측부에 분포되며,
    상기 중간부는 상기 무기 코팅 입자들로 구성되거나, 상기 접촉부 및 상기 외측부 보다 작은 함량의 중공 무기 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기 코팅 입자는 이트리아, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 이트륨 불화물(YF3), 실리콘 카바이드(SiC), 및 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-Stabilized Zirconia: YSZ)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 코팅층 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중공 무기 입자들을 준비하는 것은,
    고분자를 포함하는 코어층을 합성하고;
    상기 코어층을 표면 처리하고;
    상기 코어층의 표면 상에 무기 물질을 포함하는 상기 쉘을 형성하고; 그리고
    상기 코어층을 제거하는 것을 포함하는 코팅층 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 쉘은 이트리아, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 이트륨 불화물, 실리콘 카바이드 및 YSZ로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 분말을 사용하여 형성되는 코팅층 형성 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 코어층을 표면 처리하는 것은 상기 코어층의 상기 표면 상에 계면 활성층을 형성하는 것을 포함하는 코팅층 형성 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 코어층을 제거하는 것은 열처리를 통해 상기 코어층을 열분해 또는 기화시키는 것을 포함하는 코팅층 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 혼합물을 상기 플라즈마 용사 공정을 통해 상기 모재 표면에 분사하는 것은 복수의 사이클들로 분할 수행되는 코팅층 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 혼합물은 플라즈마 용사 코팅 장비 내에 복수의 혼합물 배치들(batch)로 분할되어 주입되는 코팅층 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 혼합물 배치들 각각에 포함된 상기 중공 무기 입자들 및 상기 무기 코팅 입자들의 비율을 조절하여 상기 모재 표면 상에 형성된 코팅층 내의 상기 중공 무기 입자들의 분포를 조절하는 것을 더 포함하는 코팅층 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 접촉부에서 최대로 분포되는 코팅층 형성 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 접촉부 및 외측부에 각각 최대로 분포되는 코팅층 형성 방법.
  12. 고분자 코어층 및 상기 고분자 코어층을 감싸는 쉘을 포함하는 중공 무기 입자 전구체를 준비하고;
    속이 찬 무기 코팅 입자들을 준비하고;
    상기 중공 무기 입자 전구체들 및 상기 무기 코팅 입자들의 혼합물을 제조하고; 그리고
    상기 혼합물을 플라즈마 용사 공정을 통해 모재 표면에 분사하는 것을 포함하며,
    상기 중공 무기 입자 전구체들은 상기 플라즈마 용사 공정에 의해 상기 고분자 코어층이 제거된 중공 무기 입자들로 변환되며,
    상기 모재 표면 상에 형성된 코팅층은 상기 모재 표면과 접촉하는 접촉부, 상기 접촉부와 이격되는 외측부 및 상기 접촉부와 상기 외측부 사이의 중간부를 포함하며,
    상기 중공 무기 입자들은 적어도 상기 접촉부 및 상기 외측부에 분포되며,
    상기 중간부는 상기 무기 코팅 입자들로 구성되거나, 상기 접촉부 및 상기 외측부 보다 작은 함량의 중공 무기 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층 형성 방법.
  13. 삭제
  14. 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되며 기판이 로딩되는 지지부;
    상기 챔버의 상부에 배치되는 전계 인가부;
    상기 지지부 및 상기 전계 인가부에 연결된 파워 공급부;
    상기 챔버 내부로 연통되는 반응 가스 공급부; 및
    상기 챔버의 내벽 상에 형성되며 중공 무기 입자들 및 속이 찬 무기 코팅 입자를 포함하는 코팅층을 포함하며,
    상기 코팅층은 상기 챔버의 내벽과 접촉하는 접촉부, 상기 챔버 내부에 노출되는 외측부, 및 상기 접촉부 및 상기 외측부 사이의 중간부를 포함하며,
    상기 중공 무기 입자들은 적어도 상기 접촉부 및 상기 외측부에 분포되며,
    상기 중간부는 상기 무기 코팅 입자들로 구성되거나, 상기 접촉부 및 상기 외측부 보다 작은 함량의 중공 무기 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 챔버의 상기 내벽 상에 배치되는 라이너, 및 상기 전계 인가부의 수용 공간을 구획하는 윈도우를 더 포함하며,
    상기 코팅층은 상기 라이너 및 상기 윈도우 중 적어도 하나의 표면 상에 형성된 플라즈마 처리 장치.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서, 상기 중공 무기 입자들은 상기 접촉부에 최대로 분포되는 플라즈마 처리 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제14항에 있어서, 상기 중공 무기 입자는 중공부를 감싸는 쉘을 포함하며, 상기 코팅층의 단위 면적당 상기 중공부의 면적 비율은 1% 내지 50% 범위의 값을 가지는 플라즈마 처리 장치.
KR1020150075989A 2015-05-29 2015-05-29 코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법 KR102447682B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150075989A KR102447682B1 (ko) 2015-05-29 2015-05-29 코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법
US15/015,158 US10090135B2 (en) 2015-05-29 2016-02-04 Methods of forming coating layers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150075989A KR102447682B1 (ko) 2015-05-29 2015-05-29 코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160139984A KR20160139984A (ko) 2016-12-07
KR102447682B1 true KR102447682B1 (ko) 2022-09-27

Family

ID=57397631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150075989A KR102447682B1 (ko) 2015-05-29 2015-05-29 코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10090135B2 (ko)
KR (1) KR102447682B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102371936B1 (ko) * 2019-12-04 2022-03-08 한국세라믹기술원 내플라즈마 침식성 및 기계적 특성이 우수한 반도체 부품의 코팅방법
KR20230153130A (ko) * 2022-04-28 2023-11-06 아주대학교산학협력단 지르코니아 표면 처리방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030129320A1 (en) * 2001-08-28 2003-07-10 Yu Sung H. Ceramic shell thermal spray powders and methods of use thereof
US20040002221A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-01 O'donnell Robert J. Productivity enhancing thermal sprayed yttria-containing coating for plasma reactor
US20040033884A1 (en) 2002-08-13 2004-02-19 Howard Wallar Plasma spheroidized ceramic powder
US20070036705A1 (en) 2005-08-10 2007-02-15 Butts Matthew D Hollow silica particles and methods for making same
US20090074961A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-19 Siemens Power Generation, Inc. Engine portions with functional ceramic coatings and methods of making same
WO2013126466A1 (en) 2012-02-22 2013-08-29 Applied Materials, Inc. Heat treated ceramic substrate having ceramic coating and heat treatment for coated ceramics
WO2014068082A2 (en) 2012-11-01 2014-05-08 Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) Thermal spraying of ceramic materials

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6641907B1 (en) 1999-12-20 2003-11-04 Siemens Westinghouse Power Corporation High temperature erosion resistant coating and material containing compacted hollow geometric shapes
US6503689B2 (en) 2000-09-19 2003-01-07 Shipley Company, L.L.C. Antireflective composition
US6805952B2 (en) * 2000-12-29 2004-10-19 Lam Research Corporation Low contamination plasma chamber components and methods for making the same
KR20030092888A (ko) * 2002-05-31 2003-12-06 삼성전자주식회사 코팅 처리된 기재 및 이를 제조하는 방법
CA2648643C (en) 2006-04-25 2015-07-07 National Research Council Of Canada Thermal spray coating of porous nanostructured ceramic feedstock
KR20100100801A (ko) 2007-10-16 2010-09-15 에이치케이피비 사이언티픽 리미티드 표면 코팅 공정 및 이의 용도
KR20110022054A (ko) 2008-06-16 2011-03-04 매사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 코팅
JP5387330B2 (ja) 2008-10-31 2014-01-15 日立化成株式会社 中空状無機粒子の前駆体、中空状無機粒子及びこの製造方法、並びに中空状無機粒子を用いた光学部材及び光学部材体
CA2749044A1 (en) 2008-12-16 2010-06-24 Dyrup A/S Self-cleaning coating composition
US20120177908A1 (en) 2010-07-14 2012-07-12 Christopher Petorak Thermal spray coatings for semiconductor applications
US8507090B2 (en) * 2011-04-27 2013-08-13 Climax Engineered Materials, Llc Spherical molybdenum disulfide powders, molybdenum disulfide coatings, and methods for producing same
US20150011668A1 (en) 2012-02-01 2015-01-08 3M Innovative Properties Company Nanostructured materials and methods of making the same
EP2644738B1 (de) 2012-03-28 2018-01-10 Oerlikon Metco AG, Wohlen Plasmaspritzverfahren zum Herstellen einer ionenleitenden Membran und ionenleitende Membran
KR101932429B1 (ko) * 2012-05-04 2018-12-26 (주)코미코 내 플라즈마 코팅막, 이의 제조 방법 및 내 플라즈마성 부품

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030129320A1 (en) * 2001-08-28 2003-07-10 Yu Sung H. Ceramic shell thermal spray powders and methods of use thereof
US20040002221A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-01 O'donnell Robert J. Productivity enhancing thermal sprayed yttria-containing coating for plasma reactor
US20040033884A1 (en) 2002-08-13 2004-02-19 Howard Wallar Plasma spheroidized ceramic powder
US20070036705A1 (en) 2005-08-10 2007-02-15 Butts Matthew D Hollow silica particles and methods for making same
US20090074961A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-19 Siemens Power Generation, Inc. Engine portions with functional ceramic coatings and methods of making same
WO2013126466A1 (en) 2012-02-22 2013-08-29 Applied Materials, Inc. Heat treated ceramic substrate having ceramic coating and heat treatment for coated ceramics
WO2014068082A2 (en) 2012-11-01 2014-05-08 Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) Thermal spraying of ceramic materials

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160139984A (ko) 2016-12-07
US20160351376A1 (en) 2016-12-01
US10090135B2 (en) 2018-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7343543B2 (ja) 高アスペクト比の構造体のための除去方法
KR102360220B1 (ko) 듀얼 다마신 구조에서 유전체 배리어 층을 에칭하기 위한 방법들
US7531460B2 (en) Dry-etching method
KR20140140020A (ko) 자기 조직화 가능한 블록 코폴리머를 이용하여 주기 패턴을 형성하는 방법 및 장치
JP6585097B2 (ja) ガス分配プレート熱を使用する温度ランピング
US7122125B2 (en) Controlled polymerization on plasma reactor wall
JP6199155B2 (ja) 犠牲膜除去方法および基板処理装置
US8642482B2 (en) Plasma etching method, control program and computer storage medium
US20160203998A1 (en) Etching method
KR102447682B1 (ko) 코팅층 형성 방법, 플라즈마 처리 장치 및 패턴 형성 방법
US9911621B2 (en) Method for processing target object
KR20170092645A (ko) 실리콘 다이옥사이드 기판의 식각 방법 및 식각 장치
JP2019204815A (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
US7517468B2 (en) Etching method
US20220336223A1 (en) Directional selective junction clean with field polymer protections
US10607835B2 (en) Etching method
JP6643876B2 (ja) エッチング方法
JP2007511910A (ja) ゼオライト−炭素ドープ酸化物低ｋ混合材料
KR102662180B1 (ko) 에칭 방법
JP2016143873A (ja) 基板処理方法および基板処理装置
Murthy et al. A method for deep etching in dielectric films for 3D-chip and photonics applications
US20180122693A1 (en) Method for forming semiconductor structure
US20050153565A1 (en) Methods of manufacturing semiconductor devices
JP2008181996A (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、制御プログラム及びコンピュータ記憶媒体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant