KR20090069523A - 코팅층의 형성방법 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치 또는 반도체 장비의 코팅층 형성방법이 제공된다. 상기 코팅층 형성방법은 액정 표시 장치 또는 반도체 장비의 금속 내벽에 용사 코팅 방법에 의하여 산화 이트륨(yttria)으로 중간 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 중간 코팅층 상에 아노다이징(anodizing) 방법으로 알루미나(alumina)층을 형성하는 단계를 포함한다.
용사 코팅, 아노다이징

Description

코팅층의 형성방법{METHOD FOR FORMING COATING LAYER}
본 발명은 코팅층의 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정 표시 장치 및 반도체 장비의 코팅층 형성방법에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 공정용 에칭 장비에 필요한 부품으로 항상 플라즈마 분위기와 부식가스에 노출되어 있어 이러한 환경에 대한 내식성이 우수한 표면처리의 내구성 증진을 위한 코팅방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 표면처리용 코팅층의 접착강도를 향상함으로써 제품의 사용수명을 현저히 증가시키고 공정에 사용도중 코팅층의 탈락에 의한 손실비용을 저감시킬뿐만 아니라 부수적으로 반도체 제조공정에 가장 치명적인 파티클(particle)을 억제할 수 있는 코팅층의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 공정에 사용 중인 제품은 부품의 내구성 증진 및 공정중 발생하는 파티클의 개수를 억제하기 위하여 제품에 아노다이징 처리를 하여 사용하여 왔다. 그러나, 웨이퍼(wafer)의 크기가 커지고 회로선폭의 미세화에 따라 기존보다 상대적으로 작은 파티클에 대한 관리가 필요하다. 따라서 기존 아노다이징보다 플라즈마 공정가스에 내침식성이 우수한 세라믹 재료를 용사 코팅하여 사용하고 있다. 일반적으로 세라믹(아노다이징)/세라믹(Y2O3, Al2O3) 계면은 동종의 산화물계로 wetting 특성이 나빠 계면에서의 접착력이 금속(알루미늄)/세라믹(Al2O3, Y2O3)에 비하여 현저히 떨어진다 따라서 코팅층의 접착강도 저하로 인한 코팅층의 탈락은 제품의 고장원인이 되고 있어 기존제품에 적용된 코팅층에 비하여 현저히 향상된 코팅층의 접착강도를 요구한다. 한편 반도체 또는 LCD 공정 중에 사용되는 부품 중에는 알루미나를 후막으로 표면처리하여 알루미나의 유전체 특성을 이용한 부품을 사용하는데 이때 알루미늄 모재에 내식성을 부여하기 위하여 아노다이징처리를 하며 상기 표면에 알루미나를 코팅하여 사용하는데 이때 아노다이징표면과 알루미나 코팅층 사이에 접착강도가 낮아 코팅층의 탈락이 자주 발생한다.
본 발명의 목적은 접착강도가 우수한 코팅층의 형성방법을 제공하는 것이다.
상기 코팅층 형성방법은 액정 표시 장치 또는 반도체 장비의 금속 내벽에 용사 코팅 방법에 의하여 산화 이트륨(yttria)으로 중간 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 중간 코팅층 상에 아노다이징(anodizing) 방법으로 알루미나(alumina)층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 중간 코팅층은 10~150㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 금속 내벽은 알루미늄 합금을 포함한다. 상기 용사 코팅 방법은 용사 거리를 60~80㎜로 하여 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모재에 알루미나를 코팅시 알루미나의 접착강도를 높이기 위하여 아노다이징 표면과 알루미나 사이에 중간코팅층을 형성함으로써 코팅층의 접착강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 녹는점이 낮은 알루미늄 합금 등의 금속 기지에 아노다이징한 제품에 후속의 고온 열처리를 수행하지 않고 중간코팅층을 형성함으로써 높은 접착강도를 가질 수 있다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체공정용 부재에 용사코팅을 하는데 있어서 알루미늄에 아노다이징으로 표면처리를 한 부재를 사용하는 부품에 알루미나를 용사코팅하는 방법에 있어서 중간코팅층을 형성함으로써 코팅층과 모재와의 접착강도를 획기적으로 증가시키는 코팅방법을 제공한다.
플라즈마 용사코팅방법은 플라즈마 가스인 아르곤 가스를 전기 아크를 통하여 플라즈마 가스화하고 이 플라즈마 가스의 열용량을 높이기 위하여 수소가스를 소량 첨가한다. 이렇게 하여 얻어진 플라즈마 가스는 그 온도가 15000K 정도의 매우 고온으로 코팅하고자 하는 분말을 순간 용융시켜 모재의 표면에 부착하여 코팅하는 방법이다. 이러한 플라즈마 용사공정 중에 중요한 용사 변수로는 Ar 가스유량, H2가스 유량, 플라즈마 전류, 용사거리, 용사건 이송속도, 분말공급량, 캐리어가스 유량 및 노즐종류 등이 있지만 이중에서 코팅층의 특성에 가장 영향을 미치는 변수로는 Ar 가스유량, H2가스 유량, 플라즈마전류, 용사거리 등을 열거할 수 있다. Ar 가스 유량은 플라즈마 가스의 속도를 높이고 이에 따라서 플라즈마 플레임 내에 있는 용사분말의 속도도 함께 증가시켜 용사분말이 모재에 코팅시 치밀하게 코팅이 되게하는 효과가 있다. 반면, 플라즈마 가스의 속도증가는 플레임내에 용사분말이 존재하는 시간(dwell time)을 짧게 하므로 용사분말을 충분히 가열시키지 못하는 효과를 가져온다. H2가스유량 및 플라즈마전류 등은 그 사용량이 증가할수록 용사분말을 가열하는 효과는 우수하나 용사건을 구성하고있는 하드웨어의 사용수명을 현격히 떨어뜨리므로 그 사용한계에 제한이 따른다.
일반적으로 용사거리는 분말의 형상 및 열전도도와 밀접한 관련이 있으며 모재와의 거리는 모재와의 거리가 가까운 경우 플라즈마의 고열로 인하여 모재에 과도한 열부하가 가해져 모재가 손상되기도 하며 또한 이미 코팅된 코팅층에도 과도한 열부하로 인하여 코팅층의 탈락 또는 크랙등의 현상이 나타난다 용사거리가 적정거리보다 먼 경우 코팅층의 특성이 나빠진다. 용사거리의 적정성은 모재의 열부하, 분말의 적정 용융도 및 용사후 코팅의 표면상태 등을 주요한 요인으로 결정한다. 상기 열거한 주요한 용사변수 4종류는 사용하고자 하는 용사분말에 따라 각기 적정한 값으로 설정하여 용사코팅 하여야만 최적의 코팅특성을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 상기 주요한 4가지 용사변수중 변수로는 Ar 가스유량, H2가스 유량, 플라즈마전류 등의 용사변수는 이트리아와 용사분말 특성이 유사한 지르코니아 용사시 사용하는 용사변수를 사용하고 용사거리는 60~80mm으로 하는 이트리아 코팅층을 중간코팅층을 하는 것을 특징으로 함으로써 모재와의 접착강도를 획기적으로 증가시키는 코팅방법을 제공한다.
(실시예)
본 발명에서 모재와의 접착강도 평가는 ASTM C633에 근거하여 시험편을 준비 하고 평가하였다. 접착강도 평가를 위한 접착제는 접착강도 100MPa 이상의 에폭시 접착제를 사용하였다. 시험편에 코팅하기전 모재표면을 아세톤으로 잘 씻은 후 지그(jig)를 사용하여 동일 시험편 5개를 일직선으로 세워 동일한 용사조건으로 코팅한 후 5개의 시험편을 평가하였다. 용사 변수는 표 1에서와 같은 조건으로 실시하였다.
Top 코팅/ 중간코팅 용사두께[㎛] Top 코팅/중간코팅 용사거리 [mm] Ar 가스유량[l/min] H2 가스유량[l/min] 전류 [A] 접착강도 [MPa]
알루미나A/ 이트리아A 270/150 60 40.5 10.2 550 13.2
270/10 60 40.5 10.2 550 15.6
알루미나A/ 이트리아B 270/150 70 40.5 10.2 550 12.8
270/10 70 40.5 10.2 550 15.2
알루미나A/ 이트리아C 270/150 80 40.5 10.2 550 6.7
270/10 80 40.5 10.2 550 7.2
비교예 알루미나A (top 코팅만한 경우) 150 65 60 7 500 3.8
270 65 60 7 500 박리
알루미나 top 코팅만 하였을 경우 top 코팅 두께가 150㎛ 일 때, 아노다이징처리된 시험과의 접착강도가 3.8Mpa인 반면, 270㎛으로 두꺼울 경우 코팅층이 박리되는 현상이 발생하여 코팅의 기능을 유지할 수 없다. Ar 가스유량, H2 가스유량 및 전류 등의 용사변수는 이트리아와 용사분말 특성이 유사한 지르코니아 용사시 사용하는 용사변수를 사용하였으며 중간코팅층의 용사거리를 60mm ~ 80mm로 변경하고 중간코팅층의 두께를 10㎛ 및 150㎛ 의 두께로 코팅하였는데 중간코팅층의 두께가 10㎛이하인 경우 충분한 중간코팅층으로서의 역할을 기대할 수 없고 150㎛보다 두꺼운 경우 코팅층에 잔류응력이 커져 오히려 top 코팅 용사 후 전체적인 코팅층의 접착강도가 저하되는 현상이 발생한다. 중간코팅의 두께를 10~150㎛로 코팅한 후 top 코팅의 용사 두께를 각각 150㎛, 270㎛의 두께로 코팅한 경우 모두 양호한 접착강도를 나타내었으며 top 코팅의 두께가 270 ㎛되어도 코팅층이 박리되는 현상이 발생하지 않았다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층의 형성방법을 설명하기 위한 순서도이다.

Claims (4)

  1. 액정 표시 장치 또는 반도체 장비의 금속 내벽에 용사 코팅 방법에 의하여 산화 이트륨(yttria)으로 중간 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 중간 코팅층 상에 아노다이징(anodizing) 방법으로 알루미나(alumina)층을 형성하는 단계를 포함하는 코팅층 형성방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 코팅층은 10~150㎛의 두께로 형성되는 코팅층 형성방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 내벽은 알루미늄 합금을 포함하는 코팅층 형성방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 용사 코팅 방법은 용사 거리를 60~80㎜로 하여 수행되는 코팅층 형성방법.
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