KR20030092888A - Coated structure and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20030092888A
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이태원
심경만
박유춘
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삼성전자주식회사
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    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
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Abstract

PURPOSE: A coated member is provided to improve surface roughness and reduce damage to a member during a process for forming roughness by forming roughness on the member made of an inorganic ceramic material while using silicon carbide whose hardness is higher than that of the inorganic ceramic material. CONSTITUTION: Roughness(110) is formed on the member(100) composed of the first inorganic ceramic material. A coating layer(120) is coated on the member including the roughness, composed of an oxide compound. The second inorganic ceramic powder with hardness higher than that of the first inorganic ceramic material is injected to the surface of the member to form the roughness.

Description

코팅 처리된 기재 및 이를 제조하는 방법{Coated structure and method for manufacturing the same}Coated structure and method for manufacturing the same

본 발명은 코팅 처리된 기재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 장치의 제조 공정 중에서 식각 공정, 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정 등을 수행하는 장치의 공정 챔버를 형성하는 용사코팅 처리된 기재에 관한 것이다.The present invention relates to a coated substrate. More specifically, the present invention relates to a thermally coated substrate that forms a process chamber of an apparatus for performing an etching process, a sputtering process, a chemical vapor deposition process, and the like, in a manufacturing process of a semiconductor device.

최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.Recently, the manufacturing technology of semiconductor devices has been developed to improve the degree of integration, reliability, response speed, etc. in order to meet various needs of consumers. Generally, a semiconductor device is manufactured by forming a predetermined film on a silicon semiconductor substrate used as a semiconductor substrate and forming the film in a pattern having electrical properties.

상기 패턴은 화학 기상 증착, 스퍼터링, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등과 같은 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 수행에 의해 형성된다. 상기와 같은 단위 공정을 수행하는 장치의 챔버는 절연을 위하여 알루미늄 아노다이징(anodizing) 또는 알루미늄 산화물 등의 무기 세라믹 벌크를 사용하여 제조된다. 최근, 식각 공정에서 사용되는 식각 가스에 대하여 내식성을 부여하기 위하여 알루미늄에 알루미늄 산화물 등의 무기 세라믹 소재가 용사코팅된 기재를 사용하여 공정 챔버를 만들고 있다. 또한, 상기 반도체 장치의 제조 공정은 열처리 공정, 화학 기상 증착 공정 등과 같은 고온 공정이 다수를 차지한다. 따라서, 상기 공정 챔버는 내열성을 갖는 재질로 만들어야 한다. 즉, 상기 공정 챔버는 절연, 내열성, 내식성 등을 만족하고, 특히 폴리머 등에 의한 불량 발생을 최소화할 수 있는 재질로 만들어야 한다.The pattern is formed by sequential or repeated performance of unit processes such as chemical vapor deposition, sputtering, photolithography, etching, ion implantation, chemical mechanical polishing (CMP), and the like. The chamber of the apparatus performing the unit process as described above is manufactured using an inorganic ceramic bulk such as aluminum anodizing or aluminum oxide for insulation. Recently, in order to provide corrosion resistance to an etching gas used in an etching process, a process chamber is made of a substrate on which aluminum is spray-coated with an inorganic ceramic material such as aluminum oxide. In addition, a high temperature process such as a heat treatment process, a chemical vapor deposition process, etc. occupy a large number of manufacturing processes of the semiconductor device. Therefore, the process chamber should be made of a material having heat resistance. That is, the process chamber should be made of a material that satisfies insulation, heat resistance, corrosion resistance, and the like, and in particular, minimizes defects caused by polymers.

상기와 같이 코팅 처리된 기재에 대한 예들은 대한민국 공개특허 제1993-624호, 일본국 공개특허 평12-94574 및 일본국 공개특허 평6-256926호에 개시되어 있다. 상기 일본국 공개특허 평6-256926호에는 금속층 및 중간층을 포함하는 버퍼층이 개시되어 있다. 그리고, 상기 일본국 공개특허 평12-94574호에는 금속 산화물 결합 피복층 및 고밀도 금속 결합 피복층을 포함하는 버퍼층이 개시되어 있다.Examples of the substrate coated with the above are disclosed in Korean Unexamined Patent Publication No. 193-624, Japanese Unexamined Patent Publication No. 12-94574, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-256926. Japanese Patent Laid-Open No. 6-256926 discloses a buffer layer including a metal layer and an intermediate layer. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 12-94574 discloses a buffer layer including a metal oxide bond coating layer and a high density metal bond coating layer.

상기 용사코팅 기술은 금속, 무기 세라믹 또는 플라스틱 등 여러 가지 소재 표면에 금속, 무기 세라믹 등을 코팅하여 내식성, 내마모성, 내열성, 내연성 및 도전성 등을 부여하는 표면 개질 기술로 최근 주목받고 있는 기술이다. 상기 용사코팅 기술은 용사재료를 가열하여 용융 또는 그것에 가까운 상태로 형성한 입자를 용사모재의 표면에 분사하여 코팅층을 형성하는 방법으로, 용사재료를 가열하여 분사하는 방식에 따라 화염 용사(combustion spraying), 폭발 용사(detonation-gun spraying), 고속 화염 용사(high-velocity oxygen fuel spraying), 아크 용사(arc spraying), 대기 플라즈마 용사(atmospheric plasma spraying), 진공 플라즈마 용사(vacuum plasma spraying) 등이 있다.The thermal spray coating technology is recently attracting attention as a surface modification technology that provides corrosion resistance, abrasion resistance, heat resistance, flame resistance and conductivity by coating a metal, an inorganic ceramic or the like on the surface of various materials such as metal, inorganic ceramic or plastic. The thermal spray coating technology is a method of forming a coating layer by spraying particles formed in a molten or near state by heating the thermal spray material to form a coating layer, and according to the method of heating and spraying the thermal spray material (combustion spraying) , Detonation-gun spraying, high-velocity oxygen fuel spraying, arc spraying, atmospheric plasma spraying, vacuum plasma spraying, and the like.

상기 용사코팅 기술의 가장 일반적인 적용 범위로는 반도체 장치 제조 공정에 사용되는 공정 챔버의 내식성, 내마모성, 내열성 등을 강화시키기 위해 적용되고 있으며, 최근에는 공정 챔버의 내벽, 판상의 가스 분사 헤드 등의 표면에 이트륨 산화물(yttrium oxide ; Y2O3)과 같은 산화 화합물을 코팅하는데 적용된다. 이때, 제조 형상이 용이하지 않은 경우, 형상의 제작이 용이한 석영(quartz)으로 이루어지는 기재의 표면에 알루미늄 산화물 등의 무기 세라믹 분말을 용사코팅하여 제조하고 있다.The most common application range of the thermal spray coating technology is applied to enhance the corrosion resistance, abrasion resistance, heat resistance, and the like of a process chamber used in a semiconductor device manufacturing process. It is applied to coating an oxidizing compound such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ). At this time, when the manufacturing shape is not easy, the inorganic ceramic powder, such as aluminum oxide, is spray-coated on the surface of the base material which is easy to manufacture the shape, and is manufactured.

상기 석영 또는 무기 세라믹 소재로 이루어지는 기재의 표면에 무기 세라믹 소재를 코팅함에 있어서, 가장 문제시되는 것이 용사재료와 용사모재 사이의 결합 강도이다. 일반적으로, 상기 결합 강도는 용사모재 표면의 요철에 의한 기계적 결합, 야금적 결합 및 팬 더 월스(Van der Waals) 결합력과 같은 분자간 인력에 의한 물리적 결합 등의 복합 작용에 의해 결정된다. 그러나, 순간적으로 용융된 입자가 용사모재에 적층되어 코팅층이 이루어지므로 대부분은 용사모재 표면의 요철에 대한 기계적 결합이 주된 결합 원리이며, 특히 무기 세라믹 소재로 이루어지는 기재의 표면에 무기 세라믹 재료가 코팅될 경우에는 더욱 더 용사모재의 표면 조도가 그 결합 강도를 결정하는 인자로 작용한다.In coating an inorganic ceramic material on the surface of the substrate made of the quartz or inorganic ceramic material, the most problematic problem is the bond strength between the thermal spray material and the thermal spray material. In general, the bond strength is determined by a complex action such as mechanical bonding due to irregularities on the surface of the thermal sprayed material, metallurgical bonding, and physical bonding due to intermolecular attraction such as Van der Waals bonding force. However, since the instantaneously melted particles are laminated to the thermal spraying material to form a coating layer, most of the mechanical bonding to the unevenness of the surface of the thermal spraying material is a main bonding principle. In this case, the surface roughness of the thermal spraying material serves as a factor in determining the bond strength.

예를 들면, 알루미늄 산화물로 이루어지는 기재의 표면에 이트륨 산화물을 코팅하는 경우, 결합 강도를 부여하기 위한 전처리 공정으로 상기 기재의 표면에 요철을 형성하기 위해 알루미늄 산화물 분말을 분사하는 공정을 수행한다. 그러나, 동종의 물질인 알루미늄 산화물로 인위적인 요철을 부여하는 것은 그 요철의 정도를 높이는데 한계가 있으며, 분사 압력에 의해 기재가 국부적인 손상을 입게 된다. 상기와 같은 국부적인 손상은 잔류 응력으로 존재하게 되어 이후 기재의 파괴를 유도하게 된다. 실제로, 반도체 기판 식각 장치에서 사용하는 알루미늄 산화물로 이루어진 판상 가스 분사 헤드의 표면에 이트륨 산화물을 용사코팅하기 위해 동종의알루미늄 산화물로 요철을 인가한 경우, 사용 도중 부품이 두 조각으로 파괴되는 문제점이 발생하였다. 특히, 상기 판상 가스 분사 헤드는 가스를 분사하는 역할뿐만 아니라 챔버의 진공을 유지하는 용도로도 사용되므로 챔버 내부의 급격한 진공도 변화와 알루미늄 산화물로 요철을 부여하는 전처리 공정에서 발생한 내부 손상 및 잔류 응력의 상호작용이 파괴의 원인으로 작용하는 것으로 분석되었다.For example, when yttrium oxide is coated on the surface of a substrate made of aluminum oxide, a step of spraying aluminum oxide powder is performed to form irregularities on the surface of the substrate as a pretreatment step for imparting bond strength. However, imparting artificial unevenness to aluminum oxide, which is a homogeneous material, has a limit in increasing the unevenness, and the substrate is locally damaged by the injection pressure. Such local damage will be present as a residual stress leading to the destruction of the substrate. In fact, when unevenness is applied to the same type of aluminum oxide to thermally coat the yttrium oxide on the surface of the plate-shaped gas injection head made of aluminum oxide used in the semiconductor substrate etching apparatus, a problem arises in that two parts are broken during use. It was. In particular, the plate-shaped gas injection head is used not only for injecting gas but also for maintaining the vacuum in the chamber, and thus the internal damage and residual stress generated in the pretreatment process of imparting irregularities to the aluminum oxide and aluminum oxide. Interactions were analyzed to be the cause of destruction.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 기재와 코팅층 사이의 결합력을 향상시키고, 코팅 처리시 발생하는 손상을 감소시킨 코팅 처리된 기재를 제공하는데 있다.The first object of the present invention for solving the above problems is to provide a coated substrate that improves the bonding force between the substrate and the coating layer, and reduces the damage occurring during the coating process.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제2목적은 기재와 코팅층 사이의 결합력을 향상시키고, 코팅 처리시 발생하는 손상을 감소시킨 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.A second object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for producing a coated substrate that improves the bonding force between the substrate and the coating layer, and reduces the damage occurring during the coating process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 처리된 기재를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view for explaining a coated substrate according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the coated substrate shown in FIG. 1.

도 3은 도 2에 도시한 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법을 수행하기 위한 실리콘 탄화물 분사 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a silicon carbide spraying apparatus for performing the method of manufacturing the coated substrate shown in FIG. 2.

도 4는 석영으로 이루어진 기재에 실리콘 탄화물을 사용하여 요철을 형성한 경우의 표면 조도를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the surface roughness when irregularities are formed by using silicon carbide on a substrate made of quartz.

도 5는 석영으로 이루어진 기재에 알루미늄 산화물을 사용하여 요철을 형성한 경우의 표면 조도를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing surface roughness when unevenness is formed by using aluminum oxide on a substrate made of quartz. FIG.

도 6은 실리콘 탄화물 분사에 의해 요철이 형성된 기재의 표면에 코팅된 알루미늄 산화물 재질의 코팅층의 결합 강도를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing bond strength of a coating layer of an aluminum oxide material coated on a surface of a substrate on which irregularities are formed by silicon carbide injection.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 기재110 : 요철100: base material 110: irregularities

120 : 코팅층120: coating layer

상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은, 표면에 요철이 형성되어 있고, 제1무기 세라믹 소재로 이루어진 기재와, 상기 요철이 형성된 상기 기재의 표면에 코팅되어 있고, 산화 화합물로 이루어지는 코팅층을 포함하며, 상기 요철은 상기 제1무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 제2무기 세라믹 분말을 상기 표면에 분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재를 제공한다.The present invention for achieving the first object, the uneven surface is formed on the surface, a substrate made of a first inorganic ceramic material, and a coating layer made of an oxidized compound is coated on the surface of the substrate formed with the irregularities The irregularities are provided by coating the second inorganic ceramic powder having a higher hardness than the first inorganic ceramic material on the surface thereof.

상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제1무기 세라믹 소재로 이루어진 기재의 표면에 상기 제1무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 제2무기 세라믹 분말을분사하여 상기 표면에 요철을 형성하는 단계와, 상기 요철이 형성된 기재의 표면에 산화 화합물로 이루어지는 코팅층을 용사코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention for achieving the second object, the step of spraying the second inorganic ceramic powder having a hardness higher than the first inorganic ceramic material on the surface of the substrate made of the first inorganic ceramic material to form irregularities on the surface; It provides a method for producing a coated substrate, comprising the step of thermal spray coating the coating layer consisting of an oxidized compound on the surface of the substrate on which the irregularities are formed.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 코팅 처리된 기재는, 표면에 요철이 형성되어 있고, 제1무기 세라믹 소재로 이루어진 기재와, 상기 요철이 형성된 상기 기재의 표면에 코팅되어 있고, 산화 화합물로 이루어지는 코팅층을 포함한다. 상기 요철은 상기 제1무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 제2무기 세라믹 분말을 상기 표면에 분사하여 형성된다.The coated substrate according to the present invention includes a substrate having irregularities formed on a surface thereof, a substrate made of a first inorganic ceramic material, a coating layer formed on the surface of the substrate having the irregularities formed thereon, and an oxide compound. The unevenness is formed by spraying on the surface a second inorganic ceramic powder having a higher hardness than the first inorganic ceramic material.

상기 제1무기 세라믹 소재로는 석영(quartz), 알루미늄 산화물(aluminium oxide ; Al2O3), 지르코늄 산화물(zirconium oxide ; ZrO3), 알루미늄 질화물(aluminium nitride ; AlN), 실리콘 질화물(silicon nitride ; Si3N4) 등이 사용될 수 있고, 상기 제2무기 세라믹 분말로는 실리콘 탄화물(silicon carbide ; SiC)이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 산화 화합물로는 이트륨 산화물(yttrium oxide ; Y2O3), 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물(silicon oxide ; SiO2),지르코늄 산화물, 티타늄 산화물(titanium oxide ; TiO2) 등이 사용될 수 있다.The first inorganic ceramic material may include quartz, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 3 ), aluminum nitride (AlN), and silicon nitride; Si 3 N 4 ) may be used, and silicon carbide (SiC) may be used as the second inorganic ceramic powder. As the oxidizing compound, yttrium oxide (Y 2 O 3 ), aluminum oxide, silicon oxide (SiO 2 ), zirconium oxide, titanium oxide (TiO 2 ), and the like may be used.

상기 제1무기 세라믹 소재의 경도는 10 내지 15GPa 정도이며, 상기 실리콘 탄화물의 경도는 23 내지 24GPa 정도이다. 상기와 같이 기재의 경도보다 높은 경도를 갖는 물질을 분사하여 상기 기재의 표면에 요철을 형성하는 경우 상기 기재의표면 조도는 상기 기재와 유사한 정도의 경도를 갖는 물질을 분사하는 경우보다 크게 형성된다. 예를 들어, 석영으로 이루어지는 기재의 표면에 알루미늄 산화물을 분사하는 경우 분사 압력에 따라 표면 조도의 변화가 거의 발생하지 않으나, 석영으로 이루어지는 기재의 표면에 실리콘 탄화물을 분사하는 경우, 분사 압력에 따라 표면 조도가 현저하게 변화된다. 또한, 알루미늄 산화물을 분사하는 경우 분사 압력이 증가함에 따라 기재가 파손되는 현상이 발생된다. 따라서, 기재의 표면에 요철을 형성하기 위해 기재의 표면에 분사되는 물질은 기재를 형성하는 소재보다 경도가 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.The hardness of the first inorganic ceramic material is about 10 to 15 GPa, and the hardness of the silicon carbide is about 23 to 24 GPa. When forming a concave-convex surface on the surface of the substrate by injecting a material having a hardness higher than the hardness of the substrate as described above, the surface roughness of the substrate is formed to be larger than when injecting a material having a hardness similar to the substrate. For example, when aluminum oxide is sprayed on the surface of the substrate made of quartz, the surface roughness hardly changes according to the spraying pressure.However, when silicon carbide is sprayed on the surface of the substrate made of quartz, the surface is produced by the spraying pressure. Illuminance changes significantly. In addition, when the aluminum oxide is injected, a phenomenon occurs that the substrate is damaged as the injection pressure increases. Therefore, the material sprayed on the surface of the substrate to form the unevenness on the surface of the substrate is preferably a material having a higher hardness than the material forming the substrate.

상기와 같은 코팅 처리된 기재를 반도체 장치의 제조 공정을 수행하는 장치의 공정 챔버에 사용하는 경우, 상기 산화 화합물로 이루어지는 코팅층은 반도체 제조 공정에서 사용되는 공정 가스에 대하여 상기 기재의 내식성, 내마모성, 내열성, 내연성 등을 강화시킨다. 즉, 상기 공정 가스에 의한 상기 기재의 식각, 열화 파손 등을 방지하여 상기 기재의 수명을 연장시킨다.In the case where the coated substrate is used in a process chamber of a device that performs a semiconductor device manufacturing process, the coating layer made of the oxidized compound may have corrosion resistance, abrasion resistance, and heat resistance with respect to the process gas used in the semiconductor manufacturing process. Strengthen flame resistance, etc. That is, the substrate is prevented from being etched, deteriorated or damaged by the process gas, thereby extending the life of the substrate.

본 발명의 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법은, 제1무기 세라믹 소재로 이루어진 기재의 표면에 상기 제1무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 제2무기 세라믹 분말을 분사하여 상기 표면에 요철을 형성하는 단계와, 상기 요철이 형성된 기재의 표면에 산화 화합물로 이루어지는 코팅층을 용사코팅하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a coated substrate of the present invention comprises the steps of: forming an unevenness on the surface by spraying a second inorganic ceramic powder having a higher hardness than the first inorganic ceramic material on the surface of the first inorganic ceramic material And spray coating a coating layer made of an oxidized compound on the surface of the substrate on which the unevenness is formed.

상기 기재의 표면에 상기 기재를 형성하는 제1무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 제2무기 세라믹 분말을 분사하는 경우, 제2무기 세라믹 분말의 분사 압력이증가함에 따라 기재의 표면 조도가 증가한다. 여기서, 분사 압력은 3 내지 4㎏f/㎝2정도가 바람직하다. 분사 압력이 3㎏f/㎝2보다 작은 경우 표면 조도 형성 효과가 낮으며, 4㎏f/㎝2보다 높은 경우 오히려 표면 조도가 감소하며, 기재가 손상될 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 기재의 표면에 형성된 요철에 의해 상기 기재와 상기 코팅층 사이의 기계적 결합력이 향상되고, 기재의 손상이 방지된다.When the second inorganic ceramic powder having a hardness higher than that of the first inorganic ceramic material forming the substrate is injected onto the surface of the substrate, the surface roughness of the substrate increases as the injection pressure of the second inorganic ceramic powder increases. Here, the injection pressure is preferably about 3 to 4 kgf / cm 2 . Was the injection pressure is low is less than 3㎏f / ㎝ 2 surface roughness forming effect, when it is higher than 4㎏f / ㎝ 2 rather reduce the surface roughness, and it is not preferable because there is a fear that the substrate is damaged. Therefore, the unevenness formed on the surface of the substrate improves the mechanical bonding force between the substrate and the coating layer, and prevents damage to the substrate.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 처리된 기재를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a coated substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the coated substrate shown in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1무기 세라믹 소재로 이루어지는 기재(100)의 표면에는 제2세라믹 분말의 분사에 의해 요철(110)이 형성되어 있다. 요철(110)이 형성된 기재(100)의 표면에 산화 화합물로 이루어지는 코팅층(120)이 형성되어 있다. 여기서, 기재(100)의 표면에 형성된 요철(110)은 코팅층(120)의 결합력을 향상시키기 위해 형성된 것이며, 요철(110)을 형성하기 위해 기재(100)의 표면에 분사되는 제2무기 세라믹 분말의 경도는 기재(100)를 형성하는 제1무기 세라믹 소재의 경도보다 높다.1 and 2, the unevenness 110 is formed on the surface of the substrate 100 made of the first inorganic ceramic material by spraying the second ceramic powder. The coating layer 120 made of an oxidizing compound is formed on the surface of the substrate 100 on which the unevenness 110 is formed. Here, the unevenness 110 formed on the surface of the substrate 100 is formed to improve the bonding force of the coating layer 120, and the second inorganic ceramic powder sprayed onto the surface of the substrate 100 to form the unevenness 110. The hardness of is higher than the hardness of the first inorganic ceramic material forming the substrate 100.

상기와 같은 코팅된 기재(100)를 제조하는 방법을 살펴보면, 먼저, 제1무기 세라믹 소재로 이루어지는 기재(100)의 표면에 제1무기 세라믹 소재보다 높은 경도를 갖는 제2무기 세라믹 분말을 분사하여 기재(100)의 표면에 요철(110)을 형성한다.(S100) 이어서, 요철(110)이 형성된 기재(100)의 표면에 산화 화합물을 용사코팅하여 코팅층(120)을 형성한다.(S200)Looking at the method of manufacturing the coated substrate 100 as described above, first, by spraying a second inorganic ceramic powder having a higher hardness than the first inorganic ceramic material on the surface of the substrate 100 made of the first inorganic ceramic material The unevenness 110 is formed on the surface of the substrate 100. (S100) Next, the coating layer 120 is formed by thermally coating an oxidized compound on the surface of the substrate 100 on which the unevenness 110 is formed.

여기서, 사용 가능한 각종 무기 세라믹 소재들의 경도는 아래의 표 1에 나타내었다.Here, the hardness of the various inorganic ceramic materials that can be used is shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

소재Material 석영(quartz)Quartz 알루미늄산화물(Al2O3)Aluminum Oxide (Al 2 O 3 ) 지르코늄산화물(ZrO3)Zirconium Oxide (ZrO 3 ) 실리콘질화물(Si3N4)Silicon Nitride (Si 3 N 4 ) 알루미늄질화물(AlN)Aluminum Nitride (AlN) 실리콘탄화물(SiC)Silicon Carbide (SiC) 경도(GPa)Longitude (GPa) 11 - 1311-13 14 - 1514-15 11 - 1211-12 13 - 1413-14 10 - 1110-11 23 - 2423-24

일반적으로, 요철을 인가하는 재료는 요철이 형성되는 용사모재에 비하여 경도가 높아야 한다. 따라서, 동종의 물질을 분사하는 경우 효과적인 요철의 형성이 어려우며, 요철이 형성된다 하더라도 요철의 형성 과정에서 용사모재에 손상이 발생한다.In general, the material to which the unevenness is applied should have a higher hardness than the thermal spray material on which the unevenness is formed. Therefore, when spraying the same kind of material, it is difficult to form effective unevenness, and even if unevenness is formed, damage occurs to the thermal spraying material during the uneven formation process.

상기와 같은 현상을 확인하기 위해 석영으로 이루어지는 기재에 알루미늄 산화물과 실리콘 탄화물을 각각 분사하여 표면에 요철을 형성하고, 요철이 형성된 표면에 코팅층을 용사코팅하여 제조된 각각의 코팅 처리된 기재를 분석하였다. 여기서, 표 1에서 나타낸 바와 같이 실리콘 탄화물의 경도는 알루미늄 산화물의 경도보다 높다.In order to confirm the above phenomenon, aluminum oxide and silicon carbide were sprayed onto the substrate made of quartz, respectively, to form irregularities on the surface, and the respective coated substrates prepared by thermally coating the coating layer on the uneven surface were analyzed. . Here, as shown in Table 1, the hardness of silicon carbide is higher than that of aluminum oxide.

도 3은 도 2에 도시한 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법을 수행하기 위한 실리콘 탄화물 분사 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a silicon carbide spraying apparatus for performing the method of manufacturing the coated substrate shown in FIG. 2.

<실시예><Example>

먼저, 스테이지(200)에 석영으로 이루어지는 두께 3㎜의 기재(100)를 고정시키고, 공압 분사 장치(210)을 사용하여 기재(100)의 표면에 실리콘 탄화물 분말을 분사하여 요철(110, 도 1참조)을 형성하였다. 공압 분사 장치(210)와 기재(100) 사이의 이격 거리는 12㎝ 정도이며, 요철(110) 인가 정도는 0.5㎝2/sec의 조건으로 실리콘 탄화물 분말을 분사하였다. 여기서, 상기 이격 거리는 10 내지 15㎝ 사이에서 조절될 수 있다. 그리고, 실리콘 탄화물의 분사 압력은 1 내지 6㎏f/㎝2의 범위에서 변화시키면서 요철(110)을 형성하였다. 이어서, 요철(110)이 형성된 기재의(100)의 표면에 알루미늄 산화물 분말을 용사코팅하여 코팅층(120)을 형성하였다. 이때, 코팅층을 형성하기 위한 용사건은 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2) 등의 불활성 가스를 전기 아크를 이용하여 고온의 플라즈마로 형성하고, 여기에 알루미늄 산화물 분말을 녹여서 분사하는 플라즈마 용사건을 사용하였다.First, the substrate 100 having a thickness of 3 mm made of quartz is fixed to the stage 200, and silicon carbide powder is sprayed onto the surface of the substrate 100 using the pneumatic injection device 210 to unevenness 110 (FIG. 1). Reference). The separation distance between the pneumatic injection device 210 and the substrate 100 was about 12 cm, and the silicon carbide powder was injected under the condition that the unevenness 110 was applied at 0.5 cm 2 / sec. Here, the separation distance may be adjusted between 10 to 15 cm. And the injection pressure of the silicon carbide formed the uneven | corrugated 110, changing in the range of 1-6 kgf / cm <2> . Subsequently, the coating layer 120 was formed by thermally spraying aluminum oxide powder on the surface of the substrate 100 on which the unevenness 110 was formed. In this case, the thermal spray for forming the coating layer is formed by inert gas such as argon (Ar), helium (He), nitrogen (N 2 ) to a high-temperature plasma using an electric arc, and melted and sprayed aluminum oxide powder therein Plasma spraying was used.

<비교예>Comparative Example

기재(100)의 표면에 요철(110)을 형성하기 위한 재료로서 알루미늄 산화물 분말을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 조건으로 코팅 처리된 기재를 제조하였다.Except for using aluminum oxide powder as a material for forming the concavities and convex (110) on the surface of the substrate 100 was prepared a substrate treated with the same conditions as the above embodiment.

<시험예><Test Example>

상기 실시예에서 실리콘 탄화물의 분사 압력에 따른 기재의 표면 조도 변화를 측정하였으며, 측정 결과를 도 4에 그래프로 나타내었다. 또한, 상기 비교예에서 알루미늄 산화물의 분사 압력에 따른 기재의 표면 조도 변화를 측정하였으며,측정 결과를 도 5에 그래프로 나타내었다. 그리고, 실시예에서 제조된 코팅 처리된 기재에 대하여 석영으로 이루어지는 기재와 최종 코팅된 알루미늄 산화물의 결합 강도를 실리콘 탄화물의 분사 압력에 따라 측정하였으며, 측정 결과를 도 6에 그래프로 나타내었다.In the above embodiment, the surface roughness of the substrate was measured according to the injection pressure of silicon carbide, and the measurement results are shown in the graph of FIG. 4. In addition, the surface roughness change of the substrate according to the injection pressure of the aluminum oxide in the comparative example was measured, and the measurement results are shown graphically in FIG. 5. In addition, the bonding strength of the substrate made of quartz and the final coated aluminum oxide of the coated substrate prepared in Example was measured according to the injection pressure of silicon carbide, and the measurement results are shown graphically in FIG. 6.

도 4는 석영으로 이루어진 기재에 실리콘 탄화물을 사용하여 요철을 형성한 경우의 표면 조도를 나타내는 그래프이고, 도 5는 석영으로 이루어진 기재에 알루미늄 산화물을 사용하여 요철을 형성한 경우의 표면 조도를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing surface roughness when irregularities are formed by using silicon carbide on a substrate made of quartz, and FIG. 5 is a graph showing surface roughness when aluminum irregularities are formed by using aluminum oxide on a substrate made of quartz. to be.

도 4를 참조하면, 실리콘 탄화물 분말을 이용하여 석영으로 이루어진 기재의 표면에 요철을 부여한 경우 표면 조도는 분사 압력 1 내지 6㎏f/㎝2의 범위에서 3.6 내지 6.5㎛로 변하였다. 이와는 대조적으로, 도 5를 참조하면, 알루미늄 산화물 분말을 이용하여 석영으로 이루어진 기재의 표면에 요철을 부여한 경우 표면 조도는 분사 압력 1 내지 6㎏f/㎝2의 범위에서 2.5 내지 2.8㎛로 변하였다.Referring to FIG. 4, when roughness was applied to the surface of the substrate made of quartz using silicon carbide powder, the surface roughness was changed to 3.6 to 6.5 μm in a spray pressure of 1 to 6 kgf / cm 2 . In contrast, referring to FIG. 5, when the unevenness was applied to the surface of the substrate made of quartz using aluminum oxide powder, the surface roughness was changed to 2.5 to 2.8 μm in a spray pressure of 1 to 6 kgf / cm 2 . .

도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이 알루미늄 산화물 분말을 분사하여 석영으로 이루어진 기재의 표면에 요철을 부여하는 경우 분사 압력이 증가하여도 표면 조도는 큰 변화가 없는 반면, 실리콘 탄화물 분말을 분사하여 석영으로 이루어진 기재의 표면에 요철을 부여하는 경우 표면 조도가 약 3 내지 6㎛ 정도로 변하고 있어 실리콘 탄화물 분말을 이용하여 요철을 부여하는 것이 보다 효과적임을 알 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 5, when the aluminum oxide powder is sprayed to impart irregularities to the surface of the substrate, the surface roughness does not change significantly even when the injection pressure is increased. In the case of imparting irregularities to the surface of the formed substrate, the surface roughness is changed to about 3 to 6 μm, and it can be seen that it is more effective to impart irregularities using the silicon carbide powder.

또한, 알루미늄 산화물을 분사하여 석영으로 이루어진 기재의 표면에 요철을부여하는 경우 분사 압력이 증가함에 따라 표면 조도의 증가없이 기재가 파괴되는 현상도 발견되었다.In addition, when the aluminum oxide is sprayed to impart unevenness to the surface of the substrate made of quartz, a phenomenon in which the substrate is destroyed without increasing the surface roughness is found as the injection pressure is increased.

상기와 같은 결과에서, 무기 세라믹 소재로 이루어진 기재의 표면에 요철을 부여하기 위한 전처리에는 분사되는 분말의 경도가 기재의 경도보다 상대적으로 높은 실리콘 탄화물 분말을 분사하여 요철을 형성하는 것이 효과적임을 알 수 있었다. 또한, 분사되는 분말의 경도가 기재의 경도와 기재와 유사한 물질을 사용하여 표면 요철을 형성하는 경우 분사 압력에 의해 기재가 손상되는 것을 알 수 있었다.As a result, it can be seen that it is effective to form silicon bumps by spraying silicon carbide powder whose hardness of the powder is relatively higher than the hardness of the material in pretreatment for imparting irregularities to the surface of the substrate made of the inorganic ceramic material. there was. In addition, when the hardness of the powder to be sprayed to form surface irregularities using a material similar to the hardness of the substrate and the substrate was found to be damaged by the injection pressure.

도 6은 실리콘 탄화물 분사에 의해 요철이 형성된 기재의 표면에 코팅된 알루미늄 산화물 재질의 코팅층의 결합 강도를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing bond strength of a coating layer of an aluminum oxide material coated on a surface of a substrate on which irregularities are formed by silicon carbide injection.

도 6을 참조하면, 석영으로 이루어진 기재의 표면에 실리콘 탄화물을 분사하여 요철을 형성하고, 요철이 형성된 기재의 표면에 알루미늄 산화물을 용사코팅하여 형성된 코팅층의 결합 강도를 실리콘 탄화물의 분사 압력에 대하여 분석한 결과가 도시되어 있다. 기재와 코팅층의 결합 강도는 실리콘 탄화물의 분사 압력 증가에 따라 3N/mm2정도까지 증가함을 알 수 있으나, 4㎏f/㎝2이상의 분사 압력에서는 유사하거나 다수 감소하는 경향을 나타내고 있다.Referring to FIG. 6, silicon carbide is sprayed onto the surface of the quartz substrate to form irregularities, and the bonding strength of the coating layer formed by thermally spraying aluminum oxide on the surface of the irregular substrate is analyzed with respect to the injection pressure of silicon carbide. One result is shown. It can be seen that the bonding strength of the substrate and the coating layer increases to about 3N / mm 2 as the injection pressure of the silicon carbide increases, but at the injection pressure of 4 kgf / cm 2 or more, a similar or large decrease tends to occur.

상기 결과로부터 무기 세라믹 소재로 이루어진 기재의 표면에 요철을 부여하는 경우, 그 한계가 있다는 것을 알 수 있으며, 그 적정 범위는 실리콘 탄화물의 분사 압력이 3 내지 4㎏f/㎝2정도에 대응한다는 것을 알 수 있다. 여기서, 기재의 재질이 석영인 경우뿐만 아니라 다른 무기 세라믹 소재에 대하여도 동일하게 적용될 수 있다.From the above results, it can be seen that there is a limit in providing irregularities to the surface of the substrate made of an inorganic ceramic material, and the appropriate range corresponds to that the injection pressure of silicon carbide corresponds to about 3 to 4 kgf / cm 2 . Able to know. Here, the same may be applied to other inorganic ceramic materials as well as the case where the material of the substrate is quartz.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 장치의 제조 공정을 수행하는 장치의 공정 챔버에 사용되는 코팅 처리된 기재를 제조함에 있어서, 무기 세라믹 소재로 이루어지는 기재에 상기 무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 실리콘 탄화물을 사용하여 기재의 표면에 요철을 형성함으로서, 표면 조도를 향상시키고, 요철을 형성하는 도중에 발생하는 기재의 손상을 감소시킬 수 있다.According to the present invention as described above, in the manufacture of the coated substrate used in the process chamber of the device for performing the manufacturing process of the semiconductor device, the silicon carbide having a hardness higher than the inorganic ceramic material to the substrate made of an inorganic ceramic material By forming the irregularities on the surface of the substrate, the surface roughness can be improved and the damage of the substrate occurring during the formation of the irregularities can be reduced.

따라서, 상기 요철이 형성된 기재의 표면에 형성되는 코팅층의 결합 강도를 향상시킬 수 있으며, 기재의 손상 감소는 코팅 처리된 기재의 사용 도중 잔류 응력에 의한 파괴를 감소시킬 수 있다.Therefore, it is possible to improve the bonding strength of the coating layer formed on the surface of the uneven substrate is formed, the damage reduction of the substrate can reduce the breakdown due to residual stress during use of the coated substrate.

더 나아가, 상기 코팅 처리된 기재를 사용하는 반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.Furthermore, the lifetime of the device used in the manufacturing process of the semiconductor device using the coated substrate can be extended.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 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.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (6)

표면에 요철이 형성되어 있고, 제1무기 세라믹 소재로 이루어진 기재; 및A substrate having irregularities formed on a surface thereof, the substrate made of a first inorganic ceramic material; And 상기 요철이 형성된 상기 기재의 표면에 코팅되어 있고, 산화 화합물로 이루어지는 코팅층을 포함하며,It is coated on the surface of the substrate on which the irregularities are formed, and comprises a coating layer made of an oxidizing compound, 상기 요철은 상기 제1무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 제2무기 세라믹 분말을 상기 표면에 분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재.The uneven surface is formed by spraying a second inorganic ceramic powder having a hardness higher than the first inorganic ceramic material on the surface. 제1항에 있어서, 상기 제1무기 세라믹 소재는 석영, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 실리콘 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재.The coated substrate of claim 1, wherein the first inorganic ceramic material comprises any one selected from the group consisting of quartz, aluminum oxide, zirconium oxide, aluminum nitride, and silicon nitride. 제1항에 있어서, 상기 제2무기 세라믹 분말은 실리콘 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재.The coated substrate of claim 1, wherein the second inorganic ceramic powder comprises silicon carbide. 제1항에 있어서, 상기 산화 화합물은 이트륨 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재.The coated substrate of claim 1, wherein the oxidizing compound comprises at least one selected from the group consisting of yttrium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide, and titanium oxide. 제1무기 세라믹 소재로 이루어진 기재의 표면에 상기 제1무기 세라믹 소재보다 경도가 높은 제2무기 세라믹 분말을 분사하여 상기 표면에 요철을 형성하는 단계; 및Spraying a second inorganic ceramic powder of higher hardness than the first inorganic ceramic material on the surface of the substrate made of the first inorganic ceramic material to form irregularities on the surface; And 상기 요철이 형성된 기재의 표면에 산화 화합물로 이루어지는 코팅층을 용사코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법.A method of manufacturing a coated substrate, comprising the step of thermal spray coating the coating layer consisting of an oxidizing compound on the surface of the substrate is formed. 제5항에 있어서, 상기 제2무기 세라믹 분말의 분사 압력은 3 내지 4㎏f/㎝2인 것을 특징으로 하는 코팅 처리된 기재를 제조하는 방법.The method of claim 5, wherein the spraying pressure of the second inorganic ceramic powder is 3 to 4 kgf / cm 2.
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