KR102656880B1 - 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 ic 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법 - Google Patents
플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 ic 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 세라믹 코팅층의 제조 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 관한 것이며, 반도체 집적 회로 칩(웨이퍼) 플라즈마 에칭 분야에 속한다. 플라즈마 용사 및 냉간 용사 고속 증착 기술을 채택하며, 플라즈마 에칭 챔버 표면에 균일하게 분포된 보호 코팅층을 형성한다. 상기 보호 코팅층은 이중층 복합 구조를 갖는다. 바닥층 플라즈마 용사 증착된 금속/Y2O3 코팅층은 전이층으로 사용되어 세라믹 코팅층과 금속 기판 사이의 열팽창 계수의 차이를 줄이고 코팅층과 기판의 결합 강도를 향상시킬 수 있다. 최외층은 고순도 Y2O3 세라믹 코팅층이며, 냉간 용사 고속 증착을 채택하여 Y2O3 세라믹 분말을 금속/Y2O3 전이층 상에 고속으로 증착한다. 본 발명은 (금속/산화이트륨)/산화이트륨 복합 코팅층을 획득하여, 보다 우수한 항플라즈마 침식 성능 및 보호 효과를 달성한다.
Description
본 발명은 세라믹 코팅층의 제조 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 관한 것이며, 반도체 집적 회로 칩(웨이퍼) 플라즈마 에칭 분야에 속한다.
IC 장비의 에칭 제조 장비(예를 들어 반도체 재료 및 액정 디스플레이 화면 제조 장비)에서는 고에너지 플라즈마의 에칭 작용에 저항할 필요가 있으며, 기판 재료가 보호 요건을 충족하지 못할 경우 기판 재료 표면에 재료의 수명을 연장하는 보호 코팅층을 제조할 수 있다. 고순도 산화알루미늄 및 고순도 산화이트륨은 플라즈마 침식에 대한 저항성이 비교적 우수하여 플라즈마 침식 방지 재료로 널리 사용되어 왔다. 상이한 플라즈마 에너지 하에서 코팅층의 상대적 성능에 대한 연구에 따르면, 고순도 산화이트륨 코팅층이 고순도 산화알루미늄 코팅층보다 더 나은 플라즈마 침식 저항성을 나타내는 것으로 나타났다. 산화이트륨 코팅층의 성능은 산화이트륨 소결 벌크보다 약간 낮지만, 플라즈마 에너지가 증가함에 따라 두 성능의 차이도 점차 감소한다. 따라서 실제 작업 조건에서 플라즈마 에너지가 지속적으로 증가함에 따라 산화이트륨 코팅층도 더 널리 사용된다.
열간 용사 기술로 제조한 고순도 산화이트륨 코팅층은 많은 장점이 있으며, 산화이트륨 세라믹 분말을 2000℃ 이상으로 가열하여 용융 상태로 만든 후, 기판 재료 상에 고도로 증착하여 세라믹 코팅층을 형성할 수 있다. 그러나 조건이 까다롭고 비용이 많이 든다. 또한 코팅층의 최외층에 횡방향 균열이 있어 치밀하지 않아 품질 개선이 필요하다.
플라즈마 용사 기술은 상대적으로 성숙한 용사 기술로, 고온의 플라즈마 제트에 금속 또는 비금속 분말을 주입하여 고속 제트의 작용 하에서 용융 또는 반용융 상태에서 전처리된 공작물 표면 상에 고속 용사하며, 층별 증착하여 일정한 성능과 기능을 가진 코팅층을 형성하는 가공 공정이다. 플라즈마 용사의 세라믹 코팅층은 IC 장비 항플라즈마 침식 문제를 해결하는 데 기술적, 상업적 이점이 있으며 이는 주로 ① 장비 치수에 대한 코팅층 가공의 제한이 없고 ② 항플라즈마 침식 성능이 비교적 높으며 ③ 최대 수백 마이크로미터 두께의 코팅층을 제조할 수 있도록 반영된다. 그러나 플라즈마 용사 코팅층은 높은 공극률과 같은 일정한 결함도 존재하므로, 보호 코팅층으로 직접 사용하면 그 수명에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 플라즈마 용사 세라믹 코팅층의 외면에 치밀성이 더욱 높은 고순도 Y2O3 보호 코팅층을 증착하는 것으로 고려한다. 냉간 용사 고속 증착된 고순도 Y2O3 코팅층은 플라즈마 용사의 고순도 Y2O3 코팅층 및 금속/Y2O3 복합 코팅층을 신규한 항플라즈마 침식의 보호 코팅층으로 매칭시킬 수 있다.
냉간 용사 기술의 기본 원리는 초음속 기류에 의해 운반되는 용사 분말이 매우 높은 속도(통상적으로 400 내지 1200m/s)로 기판 재료 표면에 충돌하여 강렬한 소성 변형을 일으켜 기판 표면에 증착되어 코팅층을 형성하는 것이다. 높은 증착 속도로 인해 냉간 용사 코팅층의 미세 구조가 플라즈마 용사 코팅층과 다르며 코팅층의 치밀도가 더욱 높다. 냉간 용사 기술을 사용하여 세라믹 코팅층을 제조할 때, 사용되는 세라믹 분말의 성질이 매우 중요하다. 일반적인 나노 분말은 냉간 용사 코팅층 제조에 적합하지 않다. 이는 냉간 용사의 고압 고속 기류가 기판 표면에 궁형 충격파를 형성하여 나노 분말의 증착을 방해하기 때문이다. 용사 입도가 너무 크면 기판이 침식되어 코팅층을 형성하기 어렵다.
현재 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 코팅층의 주요 연구 방법은 산화이트륨 위주의 세라믹 코팅층과 복합 코팅층이다. Seok 등(Seok H W, Kim Y C, Chol E Y, et a1.Multi-component thermal spray coating material and production method and coating method thereof: US, 13/915976[P].2013-06-12.)은 대기 플라즈마 용사의 방법을 채택하여 여러 에칭 방지 코팅층을 제조하였다. 예를 들어 Al2O3 코팅층, Y2O3 코팅층, 산화이트륨 함량이 다른 Y2O3-ZrO2 코팅층, Y2O3-ZrO2-Al2O3 코팅층 등이 있다. 이들의 에칭 속도를 테스트한 결과는 다음과 같다. 즉, Y2O3-ZrO: 코팅층의 에칭 속도가 기본적으로 산화이트륨 코팅층보다 낮으며, Y2O3:ZrO2가 70:30일 때, 코팅층의 에칭 속도는 약 5nm/min으로 가장 작다. 즉, 플라즈마 에칭 내성이 가장 우수하다. 그러나 세라믹 코팅층과 금속 기판의 열팽창 계수는 비교적 큰 차이가 있기 때문에, 이는 이들의 매칭성 및 결합 강도를 낮추어 코팅층의 기계적 성능과 내식성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 금속/세라믹 복합 코팅층을 바닥층 및 전이층으로 사용하여 세라믹 코팅층과 금속 기판 사이의 열팽창 계수 차이를 줄이고 코팅층 전체의 기계적 성능 및 내식성 효과를 향상시키도록 고려한다.
종래 기술의 상기 결점을 감안하여, 본 발명의 목적은 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법을 제공함으로써, 현재 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 코팅층이 고출력 에칭 과정에서 실효되기 쉬운 문제를 해결하고, 신규한 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 코팅층의 유효 경로를 시도하여 빠른 시일 내에 실용화하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 채택한 기술적 해결책은 다음과 같다.
플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 있어서, 플라즈마 용사 및 냉간 용사 고속 증착 기술을 채택하여, 플라즈마 에칭 챔버 표면에 균일하게 분포된 보호 코팅층을 형성하고; 상기 보호 코팅층은 이중층 복합 구조를 가지며, 바닥층은 전이층으로, 플라즈마 용사 증착의 금속/Y2O3 코팅층이고, 최외층은 고순도 Y2O3 세라믹 코팅으로, 냉간 용사 고속 증착을 채택해 Y2O3 세라믹 분말을 금속/Y2O3 전이층 상에 고속 증착하고; 먼저 금속 분말과 Y2O3 분말을 건조시키고; 다음으로 초음속 플라즈마 용사 기술을 사용하여 금속 분말과 Y2O3 분말을 기판 표면에 고속으로 증착한 다음, 냉간 용사 고처리량 증착 기술을 통해 Y2O3 분말을 초음속 플라즈마 용사 금속/Y2O3 코팅층 표면에 증착하고, 공정 매개변수를 제어하여 Y2O3 세라믹 복합 코팅층을 획득한다.
상기 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법의 구체적인 단계는 다음과 같다.
(1) 용사용의 금속 분말과 Y2O3 분말을 건조하여 준비하며, 금속 분말과 Y2O3 분말의 순도는 99.9wt 이상이다.
2) 플라즈마 용사 기술을 채택하여 기판 재료 표면에 금속/Y2O3 전이층을 제조한다.
건조된 금속 분말과 Y2O3 분말을 플라즈마 에칭 챔버 장치의 분말 공급기에 위치시키고, 플라즈마 용사 기술을 사용하여 금속과 Y2O3 혼합 분말을 용융시키고 플라즈마 에칭 챔버 재료 표면에 증착시켜 금속/Y2O3 전이층을 형성한다.
(3) 고순도 Y2O3 코팅층을 냉간 용사 고속 증착한다.
단계 (2)에서 획득한 플라즈마 용사 금속/Y2O3 전이층을 기반으로, 냉간 용사 고속 증착 기술을 사용하여 금속/Y2O3 전이층 상면에 계속해서 Y2O3 코팅층을 증착하며, 고순도의 치밀한 Y2O3 코팅층을 획득하고, 최종적으로 (금속+Y2O3)/Y2O3 복합 보호 코팅층을 획득한다.
상기 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 있어서, 금속 분말은 알루미늄 분말 또는 이트륨 분말 중 하나 또는 둘이다.
상기 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 있어서, 금속 분말과 Y2O3 분말의 입도는 1μm 내지 50μm이다.
상기 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 있어서, 초음속 플라즈마 용사 기술을 사용하여 금속 분말과 Y2O3 분말을 기판 표면에 고속으로 증착하는 경우, 플라즈마 용사를 사용하여 플라즈마 에칭 챔버 재료 표면에 금속 분말과 Y2O3 분말을 직접 용사하고, 용사 매개변수를 제어하며, 플라즈마 용사에 사용되는 1차 가스는 아르곤이고, 2차 가스는 수소이며, 분말 공급 가스가 질소일 때 그 가스 유량은 각각 10 내지 80mL/min, 5 내지 220mL/min 및 5 내지 80mL/min이며, 용사 거리는 10 내지 100mm이고, 혼합 분말을 플라즈마 에칭 챔버 표면에 증착시켜 균일하게 분포된 금속/Y2O3 보호 코팅층을 형성한다.
상기 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 있어서, 냉간 용사 고처리량 증착 기술을 통해 Y2O3 분말을 초음속 플라즈마 용사 금속/Y2O3 코팅층 표면에 증착할 때, 용사 매개변수를 제어하며, 압축 공기를 작동 가스로 사용하고, 작동 가스 온도는 200 내지 700℃이고, 작동 가스 압력은 1.5 내지 3.0MPa이고, 용사 거리는 10 내지 60mm이고, Y2O3 분말을 플라즈마 용사 금속/Y2O3 코팅층 표면 상에 증착하여 균일하게 분포된 고순도 Y2O3 코팅층을 형성한다.
상기 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 있어서, 보호 코팅층의 공극률은 1 ~ 2%이고, 세라믹 코팅층과 기판 재료의 계면 결합 강도는 20 내지 100MPa이고, 보호 코팅층 두께는 10 내지 400μm이다.
본 발명의 설계 사상은 다음과 같다.
플라즈마 용사 기술을 채택하여 IC 장비 핵심 부품 상에 금속/Y2O3 복합 세라믹 코팅층을 제조하여 Y2O3 세라믹 코팅층과 금속 기판 사이의 팽창 계수의 큰 차이를 줄이고, Y2O3 세라믹 코팅층과 금속 기판 사이의 결합력을 강화한다. 마지막으로 냉간 용사 기술을 채택하여 금속/Y2O3 복합 세라믹 코팅층 상에 고순도 Y2O3 세라막 코팅층을 증착하여, Y2O3의 결정형과 우수한 성능을 충분히 유지할 수 있다.
본 발명은 플라즈마 용사 및 냉간 용사 고속 증착 기술을 채택하며, 플라즈마 에칭 챔버 표면에 균일하게 분포된 보호 코팅층을 형성한다. 상기 보호 코팅층은 이중층 복합 구조를 갖는다. 바닥층은 플라즈마 용사 증착된 금속/Y2O3 코팅층은 전이층으로 사용되어 세라믹 코팅층과 금속 기판 사이의 열팽창 계수의 차이를 줄이고 코팅층과 기판의 결합 강도를 향상시킬 수 있다. 최외층은 고순도 Y2O3 세라믹 코팅층이며, 냉간 용사 고속 증착을 채택하여 Y2O3 세라믹 분말을 금속/Y2O3 전이층 상에 고속으로 증착한다. 본 발명은 플라즈마 용사 기술을 채택하여 IC 장비 에칭 챔버 재료 상에 전이층으로 금속/세라믹 복합 코팅층을 제조한 후, 냉간 용사 기술을 채택하여 금속/세라믹 복합 코팅층 전이층 상에 고순도의 치밀한 산화이트륨 코팅층을 증착하고, (금속+Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층을 얻어 보다 우수한 항플라즈마 침식 성능과 보호 효과를 달성한다.
본 발명의 이점 및 유익한 효과는 하기와 같다.
1. 본 발명은 플라즈마 용사 기술을 채택하여 IC 장비 에칭 챔버 재료 상에 전이층으로 금속/세라믹 복합 코팅층을 제조한 후, 냉간 용사 기술을 채택하여 금속/세라믹 복합 코팅층 전이층 상에 고순도의 치밀한 산화이트륨 코팅층을 증착하고, (금속/산화이트륨)/산화이트륨 복합 코팅층을 얻어 보다 우수한 항플라즈마 침식 성능과 보호 효과를 달성한다.
2. 본 발명은 플라즈마 용사 기술과 냉간 용사 고속 증착 기술을 통해 100 내지 400㎛ 두께의 (금속+Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층을 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 표면 보호 코팅층으로 제조한다. 상기 방법은 증착 효율이 높고 (금속+Y2O3)/Y2O3 복합 보호 코팅층의 두께를 실제 사용 상황에 따라 설계할 수 있으며 두꺼운 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 코팅층을 제조하는 데 사용할 수 있다.
도 1은 (금속/Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층의 구조도이다.
구체적인 실시 과정에서 본 발명은 금속 분말과 Y2O3 분말을 순금속 분말과 Y2O3 분말의 중량비가 (0.1 내지 1):1 비율이 되도록 혼합한다. 금속+Y2O3 분말에서 금속 분말과 Y2O3 분말의 중량비는 (3 내지 5):1이며, 건조 후 마이크로미터 수준의 혼합 분말을 획득하고, 분말 입도는 1 내지 50μm이다. 상기 혼합 분말은 가열된 압축 공기에 의해 예열된 후 에칭 챔버 재료 표면에 고속 증착되어 플라즈마 에칭 챔버 표면 보호 코팅층을 획득한다. 상기 플라즈마 용사 기술 방안: 1차 가스는 아르곤 가스이고, 2차 가스는 수소 가스이며, 분말 공급 가스가 질소일 때 그 가스 유량은 각각 10 내지 80mL/min, 5 내지 220mL/min 및 5 내지 80mL/min이고, 용사 거리는 10 내지 100mm이다. 상기 냉간 용사 고속 증착 기술 방안: 압축 공기를 작동 가스로 사용하고, 작동 가스 온도는 200 내지 700℃이고, 작동 가스 압력은 1.5 내지 3.0MPa이고, 용사 거리는 10 내지 60mm이다.
이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
실시예 1
본 실시예는 6061 알루미늄 합금 기판 상에 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 표면 보호 코팅층을 제조하는 것이며, 구체적인 방법 단계는 다음과 같다.
(1) 순수 Al 분말 20g과 Y2O3 분말 160g을 칭량하여 혼합한 후 건조하여 준비한다. 고순도(순도 99.99wt%) Y2O3 분말 300g을 칭량하고 건조하여 준비한다.
(2) 단계 (1)에서 혼합된 마이크로미터 수준의 Al+Y2O3 분말을 용사 원료로 사용하고, 플라즈마 용사 기술을 채택하여 6061 알루미늄 합금 기판 상에 전이층으로 Al+Y2O3 복합 코팅층을 150μm 두께로 제조한다.
(3) 냉간 용사 고속 증착 기술을 채택하여 단계 (2)에서 획득한 Al+Y2O3 전이층 상에 고순도 Y2O3 코팅층을 약 180㎛ 두께로 증착한다.
Al+Y2O3 전이층을 제조할 때, 플라즈마 용사에 사용되는 1차 가스는 아르곤이고 2차 가스는 수소이며, 분말 공급 가스가 질소일 때 그 가스 유량은 각각 30mL/min, 220mL/min 및 30mL/min이고, 용사 거리는 80mm이다.
고순도 Y2O3 코팅층을 제조할 때 냉간 용사 공정 조건은 압축 공기를 작동 가스로 사용하고 가스 온도는 500℃, 가스 압력은 2.0MPa, 용사 거리는 20mm이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1) 상에 금속/Y2O3 전이층(2)이 플라즈마 용사되고, 금속/Y2O3 전이층(2) 상에 고순도 Y2O3 코팅층(3)이 냉간 용사된다. 본 실시예에서 제조된 (Al+Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층 즉 보호 코팅층은 공극률이 2.0%이며, 세라믹 코팅층과 기판 재료의 계면 결합 강도는 45MPa이다.
실시예 2
본 실시예는 6061 알루미늄 합금 기판 상에 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 표면 보호 코팅층을 제조하는 것이며, 구체적인 방법 단계는 다음과 같다.
(1) 순수 Al 분말 70g과 Y2O3 분말 150g을 칭량하여 혼합한 후 건조하여 준비한다. 고순도(순도 99.99wt%) Y2O3 분말 200g을 칭량하고 건조하여 준비한다.
(2) 단계 (1)에서 혼합된 마이크로미터 수준의 Al+Y2O3 분말을 용사 원료로 사용하고, 플라즈마 용사 기술을 채택하여 6061 알루미늄 합금 기판 상에 전이층으로 Al+Y2O3 복합 코팅층을 120μm 두께로 제조한다.
(3) 냉간 용사 고처리량 증착 기술을 채택하여 단계 (2)에서 획득한 Al+Y2O3 전이층 상에 고순도 Y2O3 코팅층을 약 170㎛ 두께로 증착한다.
Al+Y2O3 전이층을 제조할 때, 플라즈마 용사에 사용되는 1차 가스는 아르곤이고 2차 가스는 수소이며, 분말 공급 가스가 질소일 때 그 가스 유량은 각각 25mL/min, 200mL/min 및 30mL/min이고, 용사 거리는 90mm이다.
고순도 Y2O3 코팅층을 제조할 때 냉간 용사 공정 조건은 압축 공기를 작동 가스로 사용하고 가스 온도는 550℃, 가스 압력은 2.2MPa, 용사 거리는 20mm이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1) 상에 금속/Y2O3 전이층(2)이 플라즈마 용사되고, 금속/Y2O3 전이층(2) 상에 고순도 Y2O3 코팅층(3)이 냉간 용사된다. 본 실시예에서 제조된 (Al+Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층은 공극률이 1.8%이며, 세라믹 코팅층과 기판 재료의 계면 결합 강도는 60MPa이다.
실시예 3
본 실시예는 6061 알루미늄 합금 기판 상에 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 표면 보호 코팅층을 제조하는 것이며, 구체적인 방법 단계는 다음과 같다.
(1) 순수 Al 분말 40g과 Y2O3 분말 120g을 칭량하여 혼합한 후 건조하여 준비한다. 고순도(순도 99.99wt%) Y2O3 분말 400g을 칭량하고 건조하여 준비한다.
(2) 단계 (1)에서 혼합된 마이크로미터 수준의 Al+Y2O3 분말을 용사 원료로 사용하고, 플라즈마 용사 기술을 채택하여 6061 알루미늄 합금 기판 상에 전이층으로 Al+Y2O3 복합 코팅층을 160μm 두께로 제조한다.
(3) 냉간 용사 고속 증착 기술을 채택하여 단계 (2)에서 획득한 Al+Y2O3 전이층 상에 고순도 Y2O3 코팅층을 약 180㎛ 두께로 증착한다.
Al+Y2O3 전이층을 제조할 때, 초음속 플라즈마 용사에 사용되는 1차 가스는 아르곤이고 2차 가스는 수소이며, 분말 공급 가스가 질소일 때 그 가스 유량은 각각 30mL/min, 180mL/min 및 25mL/min이고, 용사 거리는 100mm이다.
고순도 Y2O3 코팅층을 제조할 때 냉간 용사 공정 조건은 압축 공기를 작동 가스로 사용하고 가스 온도는 600℃, 가스 압력은 2.3MPa, 용사 거리는 20mm이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1) 상에 금속/Y2O3 전이층(2)이 플라즈마 용사되고, 금속/Y2O3 전이층(2) 상에 고순도 Y2O3 코팅층(3)이 냉간 용사된다. 본 실시예에서 제조된 (Al+Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층은 공극률이 1.7%이며, 세라믹 코팅층과 기판 재료의 계면 결합 강도는 55MPa이다.
실시예 4
본 실시예는 6061 알루미늄 합금 기판 상에 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 보호 표면 보호 코팅층을 제조하는 것이며, 구체적인 방법 단계는 다음과 같다.
(1) 순수 Y 분말 40g과 Y2O3 분말 120g을 칭량하여 혼합한 후 건조하여 준비한다. 고순도(순도 99.99wt%) Y2O3 분말 400g을 칭량하고 건조하여 준비한다.
(2) 단계 (1)에서 혼합된 마이크로미터 수준의 Y+Y2O3 분말을 용사 원료로 사용하고, 플라즈마 용사 기술을 채택하여 6061 알루미늄 합금 기판 상에 전이층으로 Y/Y2O3 복합 코팅층을 120μm 두께로 제조한다.
(3) 냉간 용사 고속 증착 기술을 채택하여 단계 (2)에서 획득한 Y/Y2O3 전이층 상에 고순도 Y2O3 코팅층을 약 180㎛ 두께로 증착한다.
Al+Y2O3 전이층을 제조할 때, 초음속 플라즈마 용사에 사용되는 1차 가스는 아르곤이고 2차 가스는 수소이며, 분말 공급 가스가 질소일 때 그 가스 유량은 각각 30mL/min, 180mL/min 및 25mL/min이고, 용사 거리는 100mm이다.
고순도 Y2O3 코팅층을 제조할 때 냉간 용사 공정 조건은 압축 공기를 작동 가스로 사용하고 가스 온도는 650℃, 가스 압력은 2.3MPa, 용사 거리는 20mm이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1) 상에 금속/Y2O3 전이층(2)이 플라즈마 용사되고, 금속/Y2O3 전이층(2) 상에 고순도 Y2O3 코팅층(3)이 냉간 용사된다. 본 실시예에서 제조된 (Al+Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층은 공극률이 1.5%이며, 세라믹 코팅층과 기판 재료의 계면 결합 강도는 35MPa이다.
상기 실시예의 결과에 따르면, 본 발명에 의해 제조된 IC 장비 플라즈마 에칭 챔버 표면 보호 코팅층은 플라즈마 용사 기술과 냉간 용사 고속 증착 기술을 채택하여 (금속 1+Y2O3)/Y2O3 복합 보호 코팅층을 제조한다. 상기 코팅층은 기판과의 결합이 우수하고, 코팅층 공극률이 1 ~ 2%이며, 계면 결합 강도는 30 내지 80MPa이고, 코팅 두께는 100 내지 400μm이다. 상기 코팅층은 부식성 가스에 의한 에칭 챔버의 부식 및 플라즈마에 의한 칩의 오염을 감소시킬 수 있으며, 칩을 생산하는 과정에서 플라즈마 에칭 챔버의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 기술적 해결책을 전제로 하여 구체적인 실시방식 및 구체적인 조작과정을 제시한 것으로, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되지 않는다.
1: 기판
2: 금속/Y2O3 전이층
3: 고순도 Y2O3 코팅층
2: 금속/Y2O3 전이층
3: 고순도 Y2O3 코팅층
Claims (7)
- 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법에 있어서,
(1) 순도 99.9wt% 이상의 Al 분말과 Y2O3 분말을 혼합한 Al+Y2O3 혼합분말을 건조하여 준비하는 단계;
(2) 플라즈마 용사 기술을 이용하여 Al+Y2O3 혼합분말을 용융시키고, 기판 재료 표면에 증착시켜 120~150㎛두께의 Al+Y2O3 전이층을 형성하는 단계;
(3) 단계 (2)에서 획득한 상기 Al+Y2O3 전이층 상면에 냉간 용사 고속 증착 기술을 이용하여 순도 99.99wt% 이상의 Y2O3 코팅층 170~180㎛두께로 증착하고, 최종적으로 (Al+Y2O3)/Y2O3 복합 코팅층인 보호 코팅층을 획득하는 단계;로 이루어지되,
상기 A1 분말과 Y2O3 분말의 입도는 1μm 내지 50μm이고,
단계(2)에서 플라즈마 용사에 사용되는 1차 가스는 아르곤이고, 2차 가스는 수소이며, 분말 공급 가스가 질소일 때 그 가스 유량은 각각 25 내지 30mL/min, 200 내지 220mL/min, 30mL/min이며, 용사 거리는 80 내지 90mm이고
단계(3)에서 냉간 용사시 압축 공기를 작동 가스로 사용하고, 작동 가스 온도는 500 내지 550℃이고, 작동 가스 압력은 2.0 내지 2.2MPa이고, 용사 거리는 20mm이고,
단계(3)을 통해 획득한 상기 보호 코팅층은, 공극률이 1.8 ~ 2%이고, 보호 코팅층과 기판 재료의 계면 결합 강도는 45 내지 60MPa이고, 보호 코팅층의 두께는 290 내지 400μm인 것을 특징으로 하는 플라즈마 용사 및 냉간 용사 기술 기반의 IC 장비 핵심 부품 표면 보호 코팅층의 제조 방법. - 삭제
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