KR20130090887A - 반도체 응용을 위한 열용사 복합물 코팅 - Google Patents

반도체 응용을 위한 열용사 복합물 코팅 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 또는 비금속 기판상의 열용사 복합물 코팅에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 또한, 본 발명은 열용사 코팅을 적용함으로써 금속 및 비금속 기판을 보호하는 방법에 관한 것이다. 복합물 코팅은 반도체 에칭 산업에서 이용되는 통상의 가공 온도보다 높은, 예를 들어 100 ℃ 초과의 가공 온도에서 내침식성 및 내부식성을 제공한다. 이 코팅은 예를 들어 반도체 제조 장비, 예를 들어, 집적회로, 발광 다이오드, 디스플레이, 및 광기전, 내부 챔버 성분의 보호, 및 정전척 제조에 유용하다.

Description

반도체 응용을 위한 열용사 복합물 코팅{THERMAL SPRAY COMPOSITE COATINGS FOR SEMICONDUCTOR APPLICATIONS}
본 발명은 가혹한 조건에서 이용하기 위한 열용사 복합물 코팅, 예를 들어 반도체 소자 제조에 이용되는 플라즈마 처리 용기 같은 가혹한 환경에서 침식 및 부식 장벽 보호를 제공하는 복합물 코팅에 관한 것이다. 특히, 그것은 반도체 소자 제조에 이용되는 성분들 같은 심한 조건 하의 플라즈마 처리 용기 성분의 유효수명을 연장하는 데 유용한 복합물 코팅에 관한 것이다. 복합물 코팅은 반도체 에칭 산업에서 이용되는 통상의 가공 온도보다 높은, 예를 들어 100 ℃ 초과의 가공 온도에서 내침식성 및 내부식성을 제공한다. 본 발명은 예를 들어 반도체 제조 장비, 예를 들어, 집적회로, 발광 다이오드, 디스플레이, 및 광기전, 내부 챔버 성분의 보호, 및 정전척 제조에서 유용하다.
열용사 코팅은 침식성 및 부식성 환경에서 이용되는 장비 및 성분의 보호에 이용될 수 있다. 반도체 웨이퍼 제조 작업에서, 가공 챔버의 내부는 공정 반응으로부터 생성되는 라디칼 또는 부산물을 포함해서 부식성 기체 또는 다른 반응성 종으로부터 발생할 수 있는 다양한 침식성 및 부식성 또는 반응성 환경에 노출된다. 예를 들어, 대표적으로, 염화물, 불화물 또는 브롬화물 같은 할로겐 화합물이 반도체 제조에서 처리 기체로 이용된다. 반도체 소자 제조에 이용되는 플라즈마 처리 용기에서 할로겐 화합물은 염소, 불소 또는 브롬 원자로 해리될 수 있고, 이렇게 해서 플라즈마 처리 용기는 부식성 환경에 처한다.
추가로, 반도체 소자 제조에 이용되는 플라즈마 처리 용기에서, 플라즈마는 미분된 고체 입자 형성 및 또한, 이온 충격에 기여하고, 이것은 둘 모두 공정 챔버 및 성분 부품의 침식 손상을 초래할 수 있다.
또한, 에칭 작업자는 실질적인 바람직하지 않은 부산물, 예를 들어 중합체 필름을 야기하는 더 많은 공정을 수행하고 있고, 이러해서, 공정 챔버 및 성분 부품에 요구되는 세정 공정의 심도를 증가시키고 있다. 공정 챔버 및 성분 부품의 세정 사이클 동안 습식 세정 용액에 노출될 때, 세정 사이클에서 존재할 수 있는 부식성 종, 예를 들어, HCl, HF 및 HNO3 이외에, 플라즈마 처리 챔버 작업으로부터 생성되는 부산물, 예컨대 염화물, 불화물 및 브롬화물이 반응해서 부식성 종, 예컨대 HCl 및 HF를 형성할 수 있다. 세정 용액 자체도 부식성일 수 있다.
공정 챔버 및 성분 부품의 공정 성능 및 내구성을 보장하기 위해 내침식 및 내부식 수단이 필요하다. 당 업계에서는 개선된 내침식성 및 내부식성 코팅을 제공하는 것 및 공정 시약에 의한 부식성 공격의 수준을 감소시키는 것이 필요하다. 특히, 당 업계에서는 반도체 소자 제조에 이용되는 플라즈마 처리 용기의 열용사된 코팅된 장비 및 성분의 내부식성 및 내침식성을 제공하기 위해 코팅 성질을 개선하는 것이 필요하다.
에칭 공구의 높은 가공 온도는 높은 에칭률(금속 및 유전체 에칭 둘 모두)을 초래하여 에칭 공정의 높은 웨이퍼 처리량을 초래하기 때문에, 반도체 에칭 산업에 이용되는 통상의 가공 온도보다 높은, 예를 들어 100 ℃ 초과의 가공 온도에서의 내침식성 및 내부식성 수단이 필요하다.
부분적으로, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판상의 열용사 복합물 코팅(thermal spray composite coating)으로서, 상기 열용사 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 금속 또는 비금속 기판상의 열용사 복합물 코팅에 관한 것이다.
또한, 부분적으로, 본 발명은 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법으로서, 상기 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 방법은 (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는, 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법에 관한 것이다.
게다가, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품으로서, 상기 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 물품에 관한 것이다.
게다가, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품으로서, 상기 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된 물품에 관한 것이다.
또한, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 보호 방법으로서, 열용사된 복합물 코팅을 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용하는 것을 포함하고, 상기 열용사된 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 금속 또는 비금속 기판 보호 방법에 관한 것이다.
게다가, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 세라믹 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는, 플라즈마 처리 용기를 위한 내부 부재로서, 상기 열용사된 코팅이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 플라즈마 처리 용기의 내부 부재에 관한 것이다.
게다가, 부분적으로, 본 발명은 플라즈마 처리 용기를 위한 내부 부재 제조 방법으로서, 열용사된 복합물 코팅을 상기 내부 부재에 적용하는 것을 포함하고, 상기 열용사된 복합물 코팅이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 플라즈마 처리 용기의 내부 부재 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판을 위한 열용사 복합물 코팅으로서, (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 금속 또는 비금속 기판을 위한 열용사 복합물 코팅에 관한 것이다.
게다가, 부분적으로, 본 발명은 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법으로서, 상기 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하고, 상기 방법은 (a) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (b) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 상기 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (c) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (d) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (e) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는, 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법에 관한 것이다.
게다가, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품으로서, 상기 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 물품에 관한 것이다.
또한, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품으로서, 상기 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하고, (a) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (b) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 상기 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (c) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (d) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (e) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된 물품에 관한 것이다.
게다가, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 보호 방법으로서, 상기 금속 또는 비금속 기판에 열용사 복합물 코팅을 적용하는 것을 포함하고, 상기 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 내부 부재에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 금속 또는 비금속 기판 보호 방법에 관한 것이다.
게다가, 부분적으로, 본 발명은 금속 또는 세라믹 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는, 플라즈마 처리 용기를 위한 내부 부재로서, 상기 열용사 복합물 코팅이 (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 플라즈마 처리 용기를 위한 내부 부재에 관한 것이다.
또한, 부분적으로, 본 발명은 플라즈마 처리 용기를 위한 내부 부재 제조 방법으로서, 상기 내부 부재에 열용사 복합물 코팅을 적용하는 것을 포함하고, 상기 열용사 복합물 코팅이 (ⅰ) 상기 내부 부재에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 플라즈마 처리 용기를 위한 내부 부재 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 공정 시약에 의한 침식 및 부식 공격의 수준을 감소시키는 개선된 내침식성 및 내부식성 복합물 코팅, 특히, 세라믹 산화물, 예를 들어, 지르코니아, 이트리아, 알루미나, 및 그의 합금 및 혼합물의 코팅을 제공한다. 특히, 본 발명은 반도체 소자 제조, 예를 들어 금속 및 유전체 에칭 공정에 이용되는 플라즈마 처리 용기의 열용사된 코팅된 장비 및 성분에 내부식성 및 내침식성을 제공한다. 본 발명의 코팅은 반도체 에칭 산업에서 이용되는 통상의 가공 온도보다 높은, 예를 들어 100 ℃ 초과의 가공 온도에서 내침식성 및 내부식성을 제공한다. 또한, 복합물 코팅은 낮은 입자 생성, 낮은 금속 오염, 및 바람직한 열, 전기 및 부착 특성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 복합물 코팅은 개선된 플라즈마 침식 및 화학적 부식 성능 이외에 개선된 기계적, 전기적 및 열적 성질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 복합물 코팅은 복합물 코팅에 포함되는 물질 및 상의 선택을 통해 복합물 코팅의 열팽창계수, 열전도도 및/또는 전기 비저항을 조정할 수 있고, 그 결과, 개선된 복합물 코팅 및/또는 전체 챔버 성분 성능을 얻는다.
도 1은 복합물 코팅 단면의 광학 현미경사진. 복합물 코팅은 70 부피%의 Y2O3 및 30 부피%의 17 중량% YSZ의 랜덤하고 균일한 분포이다.
도 2는 복합물 코팅 단면의 광학 현미경사진. 복합물 코팅은 30 부피%의 Y2O3 및 70 부피%의 17 중량% YSZ의 랜덤하고 균일한 분포이다.
도 3은 복합물 코팅 단면의 광학 현미경사진. 복합물 코팅은 50 부피%의 Y2O3 및 50 부피%의 17 중량% YSZ의 랜덤하고 균일한 분포이다.
도 4는 복합물 코팅 단면의 광학 현미경사진. 복합물 코팅은 상부코팅층 및 하부코팅층으로 이루어진다.
도 5는 복합물 코팅 단면의 주사전자현미경(SEM) 현미경사진. 복합물 코팅은 50 부피%의 Y2O3 및 50 부피%의 17 중량% YSZ의 랜덤하고 균일한 분포이다.
도 6은 복합물 코팅 단면의 SEM 현미경사진. 복합물 코팅은 상부코팅층 및 하부코팅층으로 이루어진다.
도 7은 복합물 코팅 단면의 SEM 현미경 사진. 복합물 코팅은 상부코팅층 및 하부코팅층으로 이루어진다.
도 8은 복합물 코팅 단면의 SEM 현미경 사진. 복합물 코팅은 상부코팅층 및 하부코팅층으로 이루어진다.
도 9는 Y2O3 및 17 중량% YSZ로 제조된 단일 상 코팅과 복합물 코팅의 플라즈마 침식 내성을 도시한 그래프.
도 10은 Y2O3 및 17 중량% YSZ로 제조된 단일 상 코팅과 복합물 코팅의 플라즈마 침식 내성을 도시한 그래프.
도 11은 Y2O3 및 17 중량% YSZ 분말에 대해 24 시간 후 5 중량% HCl에서의 산화물 용해도를 도시한 그래프.
본 발명은 할로겐 기체를 통한 화학적 부식으로 인한 손상 및 또한, 플라즈마 침식으로 인한 손상을 최소화할 수 있다. 내부 부재 성분이 플라즈마에 의해 여기되는 할로겐을 함유하는 환경에서 이용될 때, 이온 충격에 의해 야기되는 플라즈마 침식 손상을 방지하는 것이 중요하고, 게다가 이것은 할로겐 종에 의해 야기되는 화학적 부식을 방지하는 데 효과적이다. 공정 반응으로부터 생성되는 부산물은 염화물, 불화물 및 브롬화물 같은 할로겐 화합물을 포함한다. 세정 사이클 동안 대기 또는 습식 세정 용액에 노출될 때, 세정 사이클에 존재할 수 있는 부식성 종, 예를 들어, HCl, HF 및 HNO3 이외에, 부산물이 반응해서 부식성 종, 예컨대 HCl 및 HF를 형성할 수 있다. 세정 용액 자체가 부식성일 수 있다. 본 발명의 코팅은 반도체 에칭 산업에서 이용되는 통상의 가공 온도보다 높은, 예를 들어 100 ℃ 초과의 가공 온도에서 내침식성 및 내부식성을 제공한다.
본 발명은 플라즈마 처리 용기의 내부 부재에 의해 초래되는 손상에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명은 내부 부재 성분에 이용되는 공격적 세정 절차, 예를 들어, CF4/O2, CF4/O2, SF6/O2, BCl3 및 HBr 기반 플라즈마 건식 세정 절차로부터 발생하는 손상을 최소화할 수 있다. 에칭 작업자는 실질적인 바람직하지 않은 부산물, 예를 들어 중합체 필름을 야기하는 더 많은 공정을 수행하고 있기 때문에, 반도체 응용에 적당한 공정 챔버 및 성분 부품을 제공하기 위해서는 세정 공정의 심도를 증가시키는 것이 요구된다. 예를 들어, 공정 챔버 및 성분 부품의 세정 사이클 동안 습식 세정 용액에 노출될 때, 세정 사이클에 존재할 수 있는 부식성 종, 예를 들어, HCl, HF 및 HNO3 이외에, 플라즈마 처리 챔버 작업으로부터 생성되는 부산물, 예컨대 염화물, 불화물 및 브롬화물이 반응해서 부식성 종, 예컨대 HCl 및 HF를 형성할 수 있다. 본 발명은 심한 세정 공정으로부터 발생하는 부식으로 인한 손상을 최소화할 수 있다. 본 발명의 코팅된 내부 부재 성분은 이러한 더 공격적인 세정 절차를 견딜 수 있다.
본 발명의 열용사 복합물 코팅에 유용한 세라믹 물질은 예를 들어 산화이트륨(이트리아), 산화지르코늄(지르코니아), 산화마그네슘(마그네시아), 산화세륨(세리아), 산화하프늄(하프니아), 산화알루미늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함한다. 바람직하게는, 코팅 물질은 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화세륨, 산화하프늄, 산화가돌리늄(가돌리니아), 산화이테르븀(이테르비아), 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함한다. 가장 바람직하게는, 코팅 물질은 이트리아, 및 지르코니아, 부분 안정화된 지르코니아 및 완전 안정화된 지르코니아로부터 선택된 지르코니아 물질을 포함한다.
제1 세라믹 물질 상은 예를 들어 산화지르코늄, 산화이트륨, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화하프늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제1 세라믹 물질 상은 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화세륨, 산화하프늄, 산화가돌리늄, 산화이테르븀, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함한다. 더 바람직하게는, 제1 세라믹 물질 상은 지르코니아, 부분 안정화된 지르코니아 및 완전 안정화된 지르코니아로부터 선택된 지르코니아 기반 코팅을 포함한다. 제1 세라믹 물질 상은 바람직하게는 약 10 내지 약 31 중량%의 이트리아 및 그 나머지 지르코니아, 더 바람직하게는 약 15 내지 약 20 중량%의 이트리아 및 그 나머지 지르코니아를 포함한다. 제1 세라믹 물질 상은 바람직하게는 이론 밀도의 약 60% 내지 약 95%의 밀도를 갖는 지르코니아 기반 물질을 포함한다.
제2 세라믹 물질 상은 예를 들어 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화하프늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 세라믹 물질 상은 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화세륨, 산화하프늄, 산화가돌리늄, 산화이테르븀, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함한다. 더 바람직하게는, 제2 세라믹 물질 상은 산화이트륨을 포함한다.
상기 물질의 경우, 플라즈마 처리 용기 또는 이러한 용기에 이용되는 내부 부재 성분에 적용되는 열용사 복합물 코팅의 표면은 기체 플라즈마를 생성하는 무선주파수 전기장과 함께 부식성 기체에 의한 열화에 대해 무피복 알루미늄, 양극산화된 알루미늄 또는 소결된 산화알루미늄보다 훨씬 더 내성이 있다. 다른 예시적인 코팅 물질은 탄화규소 또는 탄화붕소를 포함한다. 이 물질의 경우, 에칭 플라즈마와 접촉하는 표면은 집적회로 제조를 위한 실리콘 웨이퍼의 플라즈마 에칭 가공에 이용되는 플라즈마 에칭 챔버 또는 성분에 적용된 열용사 복합물 코팅의 표면이다.
본 발명에 유용한 세라믹 물질, 예를 들어, 분말(입자)의 평균 입자 크기는 바람직하게는 열용사 장치의 유형 및 열용사 동안에 이용되는 열용사 조건에 따라서 정해진다. 세라믹 분말 입자 크기(직경)는 약 1 내지 약 150 ㎛, 바람직하게는 약 1 내지 약 100 ㎛, 더 바람직하게는 약 5 내지 약 75 ㎛, 가장 바람직하게는 약 5 내지 약 50 ㎛의 범위일 수 있다. 본 발명에 유용한 세라믹 분말 제조에 이용되는 분말의 평균 입자 크기는 바람직하게는 요망되는 세라믹 분말의 유형에 따라 정해진다. 대표적으로, 본 발명에 유용한 세라믹 분말 제조에 유용한 개개의 입자는 나노 크기 내지 약 5 ㎛의 범위의 크기를 가진다. 본 발명에 유용한 세라믹 분말의 제조에는 마이크로미터 이하의 입자가 바람직하다.
본 발명에 유용한 열용사용 분말은 응집(분사 건조 및 소결 또는 소결 및 파쇄 방법) 또는 캐스트 및 파쇄 같은 통상의 방법으로 제조할 수 있다. 분사 건조 및 소결 방법에서는, 먼저, 다수의 원료 분말 및 적당한 분산 매질을 혼합함으로써 슬러리를 제조한다. 이어서, 이 슬러리를 분사 건조에 의해 과립화하고, 이어서, 과립화된 분말을 소결함으로써 응집성 분말 입자를 형성한다. 이어서, 사별하고 분급함으로써(응집체가 너무 크면, 그것을 파쇄함으로써 크기를 감소시킬 수 있다) 열용사 분말을 얻는다. 과립화된 분말의 소결 동안 소결 온도는 바람직하게는 800 내지 1600 ℃이다. 분사 건조되고 소결된 입자 및 또한, 캐스팅되고 파쇄된 입자의 플라즈마 고밀화를 통상의 방법으로 수행할 수 있다. 또한, 산화세륨 용융물의 어토마이제이션을 통상의 방법으로 수행할 수 있다.
본 발명에 유용한 열용사용 분말은 또 다른 응집 기술인 소결 및 파쇄 방법에 의해 제조할 수 있다. 소결 및 파쇄 방법에서는, 먼저, 다수의 원료 분말을 혼합한 후 압축함으로써 압분체를 형성하고, 이어서 1200 내지 1400 ℃의 온도에서 소결한다. 이어서, 그 결과로 얻은 소결된 압분체를 파쇄하여 적당한 입자 크기 분포로 분급함으로써 열용사용 분말을 얻는다.
또한, 본 발명에 유용한 열용사용 분말은 응집 대신 캐스트(용융) 및 파쇄 방법에 의해 제조할 수 있다. 용융 및 파쇄 방법에서는, 먼저, 다수의 원료 분말을 혼합한 후 급속 가열하고, 캐스팅한 후 냉각함으로써 잉곳을 형성한다. 이어서, 그 결과로 얻은 잉곳을 파쇄하여 분급함으로써 열용사용 분말을 얻는다.
본 발명에 유용한 열용사된 복합물 코팅은 세라믹 분말 입자를 포함하는 세라믹 분말로부터 제조할 수 있고, 여기서, 세라믹 분말 입자의 평균 입자 크기는 약 1 내지 약 150 ㎛의 범위일 수 있다.
본원에서 사용되는 "복합물"은 물질 상들 사이에 뚜렷한 계면을 형성하고, 하나 초과의 화학적으로 뚜렷이 다른 물질 상으로 이루어진 인공적으로 제조된 다상 물질이다. 복합물의 물질 성질은 둘 이상의 뚜렷이 다른 물질 상의 조합에 의해 향상되거나 또는 저하된다. 복합 물질은 단일상 물질을 통해 달성할 수 없는 특이한 물질 성질을 조정하는 데 이용할 수 있다. 복합물 성질은 물질 상들의 소산일 뿐만 아니라, 가공 방법의 소산이다. 복합물의 물질 성질은 구성하는 상들의 부피 농도, 구성하는 상들의 크기 및 모양, 및 구성하는 상들의 서로에 대한 분포 및 공간 배향의 함수이다. 본 발명에 따르면, 복합물 성질의 향상은 예를 들어 내부식성 및 플라즈마 침식 내성을 포함하고, 또한, 기계적, 열적 또는 전기적 성질의 변화를 포함할 수 있다.
본 발명은 금속 또는 비금속 기판상의 열용사 복합물 코팅에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 세라믹 물질 상들은 그들 사이에 계면을 가진다. 바람직한 세라믹 복합물 코팅은 이트리아, 및 지르코니아, 부분 안정화된 지르코니아 및 완전 안정화된 지르코니아로부터 선택되는 지르코니아 물질의 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 상들을 포함한다. 바람직한 지르코니아 물질은 이트리아로 안정화된 지르코니아이다.
제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가진다. 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가진다.
제1 세라믹 물질 상은 제2 세라믹 물질 상에 비해 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분하게 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된다. 제2 세라믹 물질 상은 제1 세라믹 물질 상에 비해 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분하게 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된다.
본 발명의 세라믹 복합물 코팅은 (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 생성될 수 있다.
이 방법에 대해 설명하면, 변화될 수 있는 하나 이상의 열용사 장치의 공정 파라미터는 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 온도, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 금속 또는 비금속 기판과 접촉할 때 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 속도, 및 하나 이상의 열용사 장치의 이격 거리를 포함한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 대략 그의 용융점으로 가열되어 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 소적을 형성할 수 있고, 소적이 기체 유동 스트림에서 가속되어 금속 또는 비금속 기판과 접촉한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 온도 파라미터는 기체 유동 스트림의 온도 및 엔탈피; 소적의 조성 및 열적 성질; 소적의 크기 및 모양 분포; 기체 유량에 대한 소적의 질량 유량; 및 금속 또는 비금속 기판으로의 소적 전달 시간을 포함한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 속도 파라미터는 기체 유량; 소적의 크기 및 모양 분포; 및 소적의 질량 분사율 및 밀도를 포함한다.
제1 세라믹 물질 상은 본 발명의 세라믹 복합물 코팅에 약 1 부피% 내지 약 99 부피%, 바람직하게는 약 30 부피% 내지 약 70 부피%, 더 바람직하게는 약 40 부피% 내지 약 60 부피%의 양으로 존재한다. 제2 세라믹 물질 상은 본 발명의 세라믹 복합물 코팅에 약 1 부피% 내지 약 99 부피%, 바람직하게는 약 30 부피% 내지 약 70 부피%, 더 바람직하게는 약 40 부피% 내지 약 60 부피%의 양으로 존재한다.
이들 복합물 코팅의 두께는 약 0.001 내지 약 0.1 인치, 바람직하게는 약 0.005 내지 약 0.05 인치, 더 바람직하게는 약 0.005 내지 약 0.01 인치의 범위일 수 있다.
이들 세라믹 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 가진다. 본원에서 사용되는 "랜덤하게 및 균일하게 분산된"은 코팅 부피의 전체에 걸쳐 균질하게 또는 불균질하게 분포된 것을 의미한다. 본원에서 사용되는 "공간적으로 배향된"은 세라믹 물질 상이 코팅 부피의 전체에 걸쳐 불균질하게 분포된 것을 의미한다.
등방성 물질 성질을 갖는 세라믹 물질 상의 불균질한 분포를 갖는 랜덤하게 배향된 복합 물질은 벌크 복합물의 부피에서 위치 또는 배향의 함수로서 상 선호도를 나타내지 않는다. 대조적으로, 이방성 물질 성질을 갖는 물질 상들의 불균질한 분포를 갖는 공간적으로 배향된 복합 물질은 위치 또는 배향과 그 위치 또는 정해진 배향의 물질 상 사이에 뚜렷한 상관 관계를 제공한다. 이러한 공간적으로 배향된 열용사된 미세구조는 예를 들어 벌크 복합물이 각각의 뚜렷이 다른 상에 대해 많은 간헐적인 쌓인 부층(sublayer)으로 구성된다. 벌크 복합물은 방향 의존성을 나타낸다. 평면외 성질은 평면내 성질과 다를 것이다.
층화 및 부층화는 코팅 부피 내의 다른 물질에 대한 코팅 부피 내의 한 물질의 뚜렷이 다른 위치를 갖는 코팅을 생성한다. 세라믹 물질 상은 본 발명의 복합물 코팅에서 "랜덤하게 및 균일하게 분산"될 수 있고/있거나 "공간적으로 배향"될 수 있고, 등방성 또는 이방성 물질 성질을 달성하는 데 이용될 수 있다.
세라믹 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅과 금속 또는 비금속 기판의 계면에서 또는 계면 근처에서 승온에서 세라믹 복합물 코팅과 금속 또는 비금속 기판 사이의 열팽창 불일치 하에서 변형될 수 있는 순응성 세라믹 복합물 코팅을 제공하기에 충분한 기공률을 가질 수 있다. 세라믹 복합물 코팅은 금속 또는 비금속 기판과 세라믹 복합물 코팅 사이의 열팽창 불일치로 인한 응력을 견딜 수 있는 순응성 물질이다. 세라믹 복합물 코팅과 금속 또는 비금속 기판 사이의 이러한 열팽창 불일치는 세라믹 복합물 코팅/기판 계면에서 균열 전파를 초래할 수 있다. 세라믹 복합물 코팅의 중요한 기능은 세라믹 복합물 코팅/기판 계면에서 계면 응력을 경감시키는 것이고, 이렇게 함으로써, 세라믹 복합물 코팅은 파국적 균열발생 및 분쇄 없이 고온에서 기판의 열팽창을 수용할 수 있다. 하부코팅, 상부코팅 및/또는 부층은 각 층에 요망되는 성질에 의존하는 동등한 및/또는 상이한 수준의 기공률을 함유할 수 있다. 추가로, 각 층의 기공률은 층 전체에 걸쳐 그레이딩될 수 있거나 또는 연속일 수 있다.
또한, 본 발명은 (ⅰ) 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하는 금속 또는 비금속 기판의 열용사 복합물 코팅에 관한 것이다. 열용사 하부코팅층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 열용사 상부코팅층은 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함한다.
본 발명의 열용사 복합물 코팅은 상기 열용사 하부코팅층과 상기 열용사 상부코팅층 사이에 하나 이상의 열용사 중간층을 더 포함할 수 있다. 열용사 중간층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 열용사 중간층은 열용사 하부코팅층과 상이할 수 있다.
제1 세라믹 물질 상은 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가진다. 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가진다.
제1 세라믹 물질 상은 제2 세라믹 물질 상에 비해 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분하게 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된다. 제2 세라믹 물질 상은 제1 세라믹 물질 상에 비해 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분하게 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된다.
본 발명의 세라믹 복합물 코팅은 (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (ⅲ) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (ⅳ) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅴ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는 방법에 의해 생성될 수 있다.
이 방법에 대해 설명하면, 변화될 수 있는 하나 이상의 열용사 장치의 공정 파라미터는 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 온도, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 금속 또는 비금속 기판과 접촉할 때 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 속도, 및 하나 이상의 열용사 장치의 이격 거리를 포함한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 대략 그의 용융점으로 가열되어 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 소적을 형성할 수 있고, 소적이 기체 유동 스트림에서 가속되어 금속 또는 비금속 기판과 접촉한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 온도 파라미터는 기체 유동 스트림의 온도 및 엔탈피; 소적의 조성 및 열 성질; 소적의 크기 및 모양 분포; 기체 유량에 대한 소적의 질량 유량; 및 금속 또는 비금속 기판으로 소적 전달 시간을 포함한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 속도 파라미터는 기체 유량, 소적의 크기 및 모양 분포; 및 소적의 질량 분사율 및 밀도를 포함한다.
제1 세라믹 물질 상은 본 발명의 세라믹 복합물 코팅에 약 1 부피% 내지 약 99 부피%, 바람직하게는 약 30 부피% 내지 약 70 부피%, 더 바람직하게는 약 40 부피% 내지 약 60 부피%의 양으로 존재한다. 제2 세라믹 물질 상은 본 발명의 세라믹 복합물 코팅에 약 1 부피% 내지 약 99 부피%, 바람직하게는 약 30 부피% 내지 약 70 부피%, 더 바람직하게는 약 40 부피% 내지 약 60 부피%의 양으로 존재한다.
본 발명의 세라믹 복합물 코팅은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 열용사 하부코팅층은 하나 이상의 부층을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 열용사 상부코팅층은 하나 이상의 부층을 포함할 수 있다.
하부코팅층 및 상부코팅층을 가지는 이들 열용사 복합물 코팅에 관해서, 이들 코팅의 두께는 약 0.001 내지 약 0.1 인치, 바람직하게는 약 0.005 내지 약 0.05 인치, 더 바람직하게는 약 0.005 내지 약 0.01 인치의 범위일 수 있다. 하부코팅층의 두께는 약 0.0005 내지 약 0.1 인치, 바람직하게는 약 0.001 내지 약 0.01 인치, 더 바람직하게는 약 0.002 내지 약 0.005 인치의 범위일 수 있다. 상부코팅층의 두께는 약 0.0005 내지 약 0.1 인치, 바람직하게는 약 0.001 내지 약 0.01 인치, 더 바람직하게는 약 0.002 내지 약 0.005 인치의 범위일 수 있다.
이들 세라믹 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 가진다. 본원에서 사용되는 "랜덤하게 및 균일하게 분산된"은 코팅 부피의 전체에 걸쳐 균질하게 또는 불균질하게 분포된 것을 의미한다. 본원에서 사용되는 "공간적으로 배향된"은 세라믹 물질 상이 코팅 부피의 전체에 걸쳐 불균질하게 분포된 것을 의미한다.
등방성 물질 성질을 갖는 세라믹 물질 상의 불균질한 분포를 갖는 랜덤하게 배향된 복합 물질은 벌크 복합물의 부피에서 위치 또는 배향의 함수로서 상 선호도를 나타내지 않는다. 대조적으로, 이방성 물질 성질을 갖는 물질 상들의 불균질한 분포를 갖는 공간적으로 배향된 복합 물질은 위치 또는 배향과 그 위치 또는 정해진 배향의 물질 상 사이에 뚜렷한 상관 관계를 제공한다. 이러한 공간적으로 배향된 열용사된 미세구조는 예를 들어 벌크 복합물이 각각의 뚜렷이 다른 상에 대해 많은 간헐적인 쌓인 부층으로 구성된다. 벌크 복합물은 방향 의존성을 나타낸다. 평면외 성질은 평면내 성질과 다를 것이다.
층화 및 부층화는 코팅 부피 내의 다른 물질에 대한 코팅 부피 내의 한 물질의 뚜렷이 다른 위치를 갖는 코팅을 생성한다. 세라믹 물질 상은 본 발명의 복합물 코팅에서 "랜덤하게 및 균일하게 분산"될 수 있고/있거나 "공간적으로 배향"될 수 있고, 등방성 또는 이방성 물질 성질을 달성하는 데 이용될 수 있다.
하부코팅층은 하부코팅층과 금속 또는 비금속 기판의 계면에서 또는 계면 근처에서 승온에서 세라믹 코팅과 금속 또는 비금속 기판 사이의 열팽창 불일치 하에서 변형될 수 있는 순응성 세라믹 코팅을 제공하기에 충분한 기공률을 가질 수 있다. 하부코팅층은 금속 또는 비금속 기판과 하부코팅층 사이의 열팽창 불일치로 인한 응력을 견딜 수 있는 순응성 물질이다. 하부코팅층과 금속 또는 비금속 기판 사이의 이러한 열팽창 불일치는 하부코팅층/기판 계면에서 균열 전파를 초래할 수 있다. 하부코팅층의 중요한 기능은 하부코팅층/기판 계면에서 계면 응력을 경감시키는 것이고, 이렇게 함으로써, 하부코팅층은 파국적 균열발생 및 분쇄 없이 고온에서 기판의 열팽창을 수용할 수 있다.
본 발명의 열용사 복합물 코팅의 내침식성 및 내부식성 성질은 열용사된 복합물 코팅에 내재하는 상호연결된 잔류 미세기공을 차단하거나 또는 밀봉함으로써 더 개선할 수 있다. 밀봉제는 약 1% 미만의 TML(총 물질 손실) 및 약 0.05 미만의 CVCM(수집된 응축성 휘발 물질), 바람직하게는 약 0.5% 미만의 TML, 약 0.02% 미만의 CVCM의 탈기체 성질을 갖는 탄화수소, 실록산, 또는 폴리이미드 기반 물질을 포함할 수 있다. 또한, 밀봉제는 반도체 소자 제조에서 내부 챔버 성분 상의 밀봉된 코팅으로서 유리할 수 있고, 정전척은 코팅된 그대의 물품 또는 소결된 물품과 비교할 때 챔버 컨디셔닝 시간을 감소시킬 것이다. 통상의 밀봉제가 본 발명의 방법에 이용될 수 있다. 밀봉제는 당 업계에 알려진 통상의 방법으로 적용할 수 있다.
본 발명은 금속 또는 비금속 기판상에 열용사 복합물 코팅을 생성하는 방법에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 이 방법은 (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함한다.
또한, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판상에 열용사 복합물 코팅을 생성하는 방법에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함한다. 열용사 하부코팅층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 열용사 상부코팅층은 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함한다. 이 방법은 (a) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (b) 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (c) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (d) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (e) 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함한다.
상기 방법에 대해 설명하면, 변화될 수 있는 하나 이상의 열용사 장치의 공정 파라미터는 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 온도, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 금속 또는 비금속 기판과 접촉할 때 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 속도, 및 하나 이상의 열용사 장치의 이격 거리를 포함한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 대략 그의 용융점으로 가열되어 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 소적을 형성할 수 있고, 소적이 기체 유동 스트림에서 가속되어 금속 또는 비금속 기판과 접촉한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 온도 파라미터는 기체 유동 스트림의 온도 및 엔탈피; 소적의 조성 및 열 성질; 소적의 크기 및 모양 분포; 기체 유량에 대한 소적의 질량 유량; 및 금속 또는 비금속 기판으로 소적 전달 시간을 포함한다.
둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 속도 파라미터는 기체 유량, 소적의 크기 및 모양 분포; 및 소적의 질량 분사율 및 밀도를 포함한다.
또한, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다.
본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 이 물품은 (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함한다.
또한, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 (i) 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함한다. 열용사 하부코팅층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 열용사 상부코팅층은 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함한다.
또한, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함한다. 열용사 하부코팅층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 열용사 상부코팅층은 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함한다. 이 물품은 (a) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (b) 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (c) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (d) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (e) 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된다.
복합물 코팅은 당 업계에 잘 알려진 다양한 방법으로 상기한 세라믹 분말을 이용해서 생성할 수 있다. 이 방법은 열용사(플라즈마, HVOF, 폭발 총 등), 전자빔 물리 증착(EBPVD), 레이저 클래딩, 및 플라즈마 이송 아크를 포함한다. 열용사가 본 발명의 내침식성 및 내부식성 복합물 코팅을 형성하기 위한 세라믹 분말 용착 의 가장 바람직한 방법이다. 본 발명의 내침식성 및 내부식성 복합물 코팅은 동일 조성을 갖는 세라믹 분말로부터 형성된다.
세라믹 복합물 코팅은 통상의 방법으로 어떠한 열용사 장치를 이용해서도 금속 또는 비금속 기판상에 용착시킬 수 있다. 세라믹 복합물 코팅을 용착시키기 위한 바람직한 열용사 방법은 불활성 기체로 슈라우딩(shrouding)된 플라즈마 용사 및 챔버 내에서의 저압 또는 진공 플라즈마 용사를 포함하는 플라즈마 용사이다. 본 발명에 유용할 수 있는 다른 용착 방법은 고속 산소-연료 토치 용사, 폭발 총 코팅 등을 포함한다. 가장 바람직한 방법은 불활성 기체로 슈라우딩된 플라즈마 용사 및 챔버 내에서의 저압 또는 진공 플라즈마 용사이다. 또한, 기판에 대한 세라믹 복합물 코팅의 양호한 결합 및 세라믹 복합물 코팅의 높은 소결 밀도를 달성하는 적당한 시간 및 온도를 이용해서 세라믹 복합물 코팅을 열처리하는 것이 유리할 수 있다. 열용사 이외에 기판에 분말의 균일 침착물을 적용하는 다른 수단은 예를 들어 전기영동, 전기도금 및 슬러리 침착을 포함한다. 본 발명에 유용한 바람직한 열용사 장치는 플라즈마 용사 장치, 고속 산소 연료 장치, 폭발 총, 및 전선 아크 용사 장치로부터 선택된다.
코팅 물질은 대표적으로 분말 형태로 열용사 장치에 공급되지만, 구성성분 중 하나 이상을 와이어 또는 막대 형태로 공급할 수 있다. 코팅 물질이 분말 형태일 때는, 코팅 물질을 기계적으로 블렌딩하여 하나의 분말 분배기로부터 열용사 장치에 공급하거나 또는 둘 이상의 분말 분배기로부터 열용사 장치에 공급될 수 있다. 코팅 물질은 대부분의 폭발 총 및 고속 산소 연료 장치에서처럼 내부적으로 열용사 장치에 공급될 수 있거나, 또는 많은 플라즈마 용사 장치에서처럼 외부적으로 공급될 수 있다. 기체 조성 및 유량, 분말 수준, 표면 속도, 코팅 물질 분사율, 및 기판에 대한 토치 위치를 포함하는 용착 매개변수의 변화는 용착 공정 동안 장비 작업자에 의해 수동으로 또는 컴퓨터 제어에 의해 자동으로 변화시킬 수 있다.
열용사 장치가 폭발 총인 상황에서는, 기체 혼합물의 조성을 변화시킴으로써 총 안의 기체 스트림의 열 함량, 뿐만 아니라 기체 스트림의 속도를 변화시킬 수 있다. 연료 기체 조성 및 연료 대 산화제 비를 둘 모두 변화시킬 수 있다. 산화제는 보통 산소이다. 폭발 총 용착의 경우, 연료는 보통 아세틸렌이다. 슈퍼 D-건(Super D-Gun) 용착의 경우, 연료는 보통 아세틸렌과 또 다른 연료, 예컨대 프로필렌의 혼합물이다. 열 함량은 중성 기체, 예컨대 질소를 첨가함으로써 감소시킬 수 있다.
열용사 장치가 고속 산소 연료 토치 또는 총인 상황에서는, 연료의 조성 및 산화제를 변화시킴으로써 토치 또는 총으로부터의 기체 스트림의 열 함량 및 속도를 변화시킬 수 있다. 연료는 상기한 바와 같은 기체 또는 액체일 수 있다. 산화제는 보통 산소 기체이지만, 공기 또는 또 다른 산화제일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 방법은 플라즈마 용사 방법을 이용한다. 플라즈마 용사는 적당하게는 대표적으로 약 50 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 40 ㎛ 미만, 더 바람직하게는 약 5 내지 약 50 ㎛의 평균 응집 입자 크기를 가지는 미세 응집 분말 입자 크기를 이용해서 수행된다. 응집체 제조에 유용한 개개의 입자는 크기가 대표적으로 나노결정 크기 내지 약 5 ㎛의 범위이다. 플라즈마 매질은 질소, 수소, 아르콘, 헬륨 또는 그의 조합일 수 있다.
플라즈마 기체 스트림의 열 함량은 전력 수준, 기체 유량 또는 기체 조성을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다. 보통, 아르곤이 기본 기체이지만, 헬륨, 수소 및 질소가 빈번히 첨가된다. 또한, 플라즈마 기체 스트림의 속도도 동일 매개변수를 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다.
플라즈마 용사 장치로부터 기체 스트림 속도의 변화는 입자 속도 및 따라서, 입자의 공중 체류 시간의 변화를 초래할 수 있다. 이것은 입자가 가열되어 가속될 수 있는 시간, 및 따라서, 그의 최대 온도 및 속도에 영향을 미친다. 또한, 체류 시간은 토치 또는 총과 코팅될 표면 사이에서 입자가 이동하는 거리에 의해 영향받는다.
특정 용착 매개변수는 플라즈마 용사 장치의 특성 및 용착되는 물질 둘 모두에 의존한다. 변화율, 또는 매개변수가 일정하게 유지되는 시간 길이는 요구되는 복합물 코팅 조성, 코팅되는 표면에 대한 총 또는 토치의 이동 속도, 및 부품의 크기의 함수이다. 따라서, 큰 부품을 코팅할 때 상대적으로 느린 변화율은 작은 부품을 코팅할 때 상대적으로 큰 변화율과 동등한 것일 수 있다.
본 발명은 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 뚜렷이 다른 세라믹 물질 상을 갖는 복합물 코팅의 용착을 위한 열용사 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 둘 이상의 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, 예를 들어, 두 세라믹 물질을 각각 하나의 균질 혼합된 세라믹 복합물 코팅 생성에 이용되는 별개의 열용사 장치에 공급하고(동시 용사라고 부름), 열용사 공정 파라미터를 변화시킴으로써 용착된 복합물 코팅의 조성을 연속으로 또는 간헐적으로 변화시키는 것에 관한 것이다. 복합물 코팅은 코팅 부피의 전체에 걸쳐 하나의 조성을 보유할 수 있거나, 또는 조성이 코팅 부피의 전체에 걸쳐 연속으로 또는 간헐적으로 변할 수 있다.
본 발명은 둘 이상의 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, 용착 작업 동안 하나 이상의 열용사 장치의 용착 매개변수 중 하나 이상을 변화시킴으로써 용착된 코팅 물질의 조성을 변화시켜 기판상에 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는 기판상에 열용사 복합물 코팅을 생성하는 방법에 관한 것이다. 복합물 코팅은 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 가진다. 복합물 코팅은 코팅 부피의 전체에 걸쳐 하나의 조성을 보유할 수 있거나, 또는 조성이 코팅 부피의 전체에 걸쳐 연속으로 또는 간헐적으로 변할 수 있다. 본 발명의 방법에 유용한 하나 이상의 열용사 장치는 용착하는 코팅 물질의 온도 및 코팅 물질 입자의 속도를 조절하거나 또는 모니터링할 수 있는 매개변수를 가진다.
또한, 본 발명은 조성 성질의 완만하게 달라지는 그라데이션(gradation)을 갖는 독특한 코팅 구조의 본 발명의 코팅 방법에 의한 용착에 관한 것이다. 복합물 코팅이 연속으로 용착되는 동안에 용착 매개변수를 변화시킬 수 있기 때문에, 또한, 조성 성질의 그라데이션 또는 변화 및 그의 영향을 받는 물질 성질의 변화도 용착 동안 연속으로 변할 수 있다. 복합물 코팅이 연속으로 용착되는 경우, 조성 성질의 그라데이션 또는 변화는 연속일 수 있거나 또는 비이산적일 수 있다. 복합물 코팅이 간헐적으로 용착되는 경우, 조성 성질의 그라데이션 또는 변화는 매우 이산적일 수 있다.
추가로, 본 발명의 세라믹 복합물 코팅은 다수의 층 또는 부층으로 용착될 수 있다. 본 발명의 방법을 이용할 때, 각 층 또는 부층은 이전 또는 이후의 층 또는 부층과 약간 상이할 수 있다. 복합물 코팅이 코팅 장치에 의해 연속으로 용착되기 때문에, 층들 또는 부층들 사이의 시간은 기판의 크기 및 횡단 이송 속도(코팅 장치와 기판 사이의 상대 이동 속도) 및 전진 속도(단일 스트로크 후 한 부품을 가로질러서 토치가 전진하는 거리 또는 RPM(분당 회전수))에만 의존한다. 층들 또는 부층들 사이의 차이는 용착 매개변수의 변화율 및 횡단 이송 속도의 함수이다. 게다가, 그라데이션이 얼마나 이산적인가는 매우 얇을 수 있거나 또는 두꺼울 수 있는 개개의 층 또는 부층의 두께의 함수이다.
세라믹 복합물 코팅은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 열용사 하부코팅층은 하나 이상의 부층을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 열용사 상부코팅층을 하나 이상의 부층을 포함할 수 있다.
등방성 물질 성질을 갖는 세라믹 물질 상의 불균질 분포를 갖는 랜덤하게 배향된 복합 물질은 벌크 복합물의 부피에서 위치 또는 배향의 함수로서 상 선호도를 나타내지 않는다. 대조적으로, 이방성 물질 성질을 갖는 물질 상들의 불균질한 분포를 갖는 공간적으로 배향된 복합 물질은 위치 또는 배향과 그 위치 또는 정해진 배향의 물질 상 사이에 뚜렷한 상관 관계를 제공한다. 이러한 공간적으로 배향된 열용사된 미세구조는 예를 들어 벌크 복합물이 각각의 뚜렷이 다른 상에 대해 많은 간헐적인 쌓인 부층으로 구성된다. 벌크 복합물은 방향 의존성을 나타낸다. 평면외 성질은 평면내 성질과 다를 것이다.
층화 및 부층화는 코팅 부피 내의 다른 물질에 대한 코팅 부피 내의 한 물질의 뚜렷이 다른 위치를 갖는 코팅을 생성한다. 세라믹 물질 상은 본 발명의 복합물 코팅에서 "랜덤하게 및 균일하게 분산"될 수 있고/있거나 "공간적으로 배향"될 수 있고, 등방성 또는 이방성 물질 성질을 달성하는 데 이용될 수 있다.
복합물 코팅의 총 두께는 응용 요건의 함수이다. 복합물 코팅의 총 두께는 대표적으로 약 0.001 내지 약 0.1 인치의 범위이지만, 응용의 구체적인 요건을 만족시키는 것이 필요한 경우, 더 두껍거나 또는 더 얇을 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 복합물 코팅을 갖는 물품에 관한 것이다. 이러한 물품은 복합물 코팅의 내부식성 및 플라즈마 침식 내성을 향상시키는 복합물 성질을 갖는 코팅을 요구하는 것을 포함한다.
본 발명의 복합물 코팅은 코팅 시스템의 내부식성 및 플라즈마 침식 내성을 향상시키기 위해서 뿐만 아니아 다른 목적으로도 이용될 수 있다. 한 실시양태에서, 기판 다음의 코팅층은 복합 세라믹 물질일 수 있고, 가장 바깥 코팅층은 세라믹 물질일 수 있다. 복합 세라믹층은 세라믹이 기판에 직접 결합하는 것보다 기판에 더 잘 결합할 수 있다. 또한, 그것은 탄성계수 같은 중간 기계적 성질의 층을 제공함으로써 전체 코팅의 기계적 충격 내성 및 다른 성질을 개선할 수 있다. 또한, 코팅된 시스템의 열 충격 내성이 시스템의 결합 강도를 증가시킴으로써 복합 세라믹 중간층을 이용해서 증가할 수 있다.
위에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 열용사된 복합물 코팅의 적당한 두께는 치수 연삭의 어떠한 허용차, 특정 응용 및 어떠한 다른 층들의 두께에 의존해서 약 0.001 내지 약 0.1 인치의 범위일 수 있다. 대표적 응용 및 침식성 및 부식성 환경의 경우, 복합물 코팅 두께는 약 0.001 내지 약 0.05 인치, 바람직하게는 약 0.005 내지 약 0.01 인치의 범위일 수 있지만, 어떠한 연마 절차에 의한 최종 두께의 감소를 수용하기 위해서는 더 두꺼운 복합물 코팅이 필요할 것이다. 다시 말해서, 이러한 연마 절차는 어떤 것이든 복합물 코팅의 최종 두께를 감소시킬 것이다.
예시적인 금속 및 비금속 내부 부재 기판은 예를 들어 알루미늄 및 T6 조건에서 알루미늄 6061로 대표되는 그의 합금 및 소결된 산화알루미늄을 포함한다. 다른 예시적인 기판은 스테인리스 스틸을 포함하는 다양한 스틸, 니켈, 철 및 코발트 기반 합금, 텅스텐 및 텅스텐 합금, 티탄 및 티탄 합금, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금, 및 일부 비산화물 소결된 세라믹 등을 포함한다.
한 실시양태에서, 내부 알루미늄 부재는 열용사 복합물 코팅을 적용하기 전에 양극산화될 수 있다. 몇몇 금속이 양극산화될 수 있지만, 알루미늄이 가장 흔하다. 양극산화는 전기화학적 방법에 의한 기판의 양극 산화에 의해 현장에서 형성되는 반응 생성물이다. 양극산화에 의해 형성되는 양극층은 세라믹인 산화알루미늄이다.
다른 적당한 금속 기판은 예를 들어 니켈 기반 초합금, 티탄을 함유하는 니켈 기반 초합금, 코발트 기반 초합금 및 티탄을 함유하는 코발트 기반 초합금을 포함한다. 바람직하게는, 니켈 기반 초합금은 50 중량% 초과의 니켈을 함유할 것이고, 코발트 기반 초합금은 50 중량% 초과의 코발트를 함유할 것이다. 예시적인 비금속 기판은 예를 들어 허용되는 규소 함유 물질을 포함한다.
본 발명은 플라즈마 처리 용기의 내부 부재 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 내부 부재에 열용사된 복합물 코팅을 적용하는 것을 포함한다. 열용사된 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 처리 용기의 내부 부재 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 내부 부재에 열용사 복합물 코팅을 적용하는 것을 포함한다. 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 내부 부재에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함한다. 열용사 하부코팅층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 열용사 상부코팅층은 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함한다.
본 발명의 코팅된 내부 부재는 분말을 가열하여 기재(기판) 상으로 가속하는 열용사 장치를 통해 분말을 유동시킴으로써 제조될 수 있다. 충돌시, 가열된 입자가 변형하고, 그 결과, 열용사된 라멜라 또는 스플랫(splat)이 생성된다. 겹치는 스플랫은 복합물 코팅 구조를 구성한다. 본 발명에 유용한 플라즈마 용사 방법은 미국 특허 제3,016,447호에 게재되어 있고, 그 게재물은 본원에 참고로 포함된다. 본 발명에 유용한 폭발 방법은 텅스텐 카바이드 코발트 크롬 조성을 함유하는 코팅을 포함하는 미국 특허 제4,519,840호 및 제 4,626,476호에 게재되어 있고, 그 게재물은 본원에 참고로 포함된다. 미국 특허 제6,503,290호는 W, C, Co 및 Cr을 함유하는 조성물을 코팅하기 위한 본 발명에 유용할 수 있는 고속 산소 연료 방법을 게재하고, 그 게재물은 본원에 참고로 포함된다. 또한, 당 업계에 알려진 저온 용사 방법도 본 발명에 유용할 수 있다. 대표적으로, 이러한 저온 용사 방법은 노즐을 통해 팽창되고 분말 입자를 동반하도록 허용된 액체 헬륨 기체를 이용한다. 이어서, 동반된 분말 입자가 가속되어 적당하게 위치하는 제작물에 충돌한다.
본 발명의 내부 부재를 코팅함에 있어서, 열용사용 분말이 내부 부재의 표면상에 열용사되고, 그 결과로, 내부 부재의 표면상에 열용사 복합물 코팅이 형성된다. 고속 산소 연료 또는 폭발 총 용사가 열용사 분말을 열용사시키는 예시적인 방법이다. 다른 코팅 형성 방법은 플라즈마 요사, 플라즈마 이송 아크(PTA) 또는 화염 용사를 포함한다. 전자 응용의 경우, 탄화수소 연소가 없고 따라서 오염원이 없기 때문에 플라즈마 용사가 지르코니아, 이트리아 및 알루미나 코팅에 바람직하다. 플라즈마 용사는 청정 전기에너지를 이용한다. 본 발명의 열용사 코팅 물품을 위한 바람직한 복합물 코팅은 예를 들어 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화하프늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함한다.
본 발명은 금속 또는 세라믹 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 플라즈마 처리 용기의 내부 부재에 관한 것이다. 열용사된 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다.
또한, 본 발명은 금속 또는 세라믹 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 플라즈마 처리 용기의 내부 부재에 관한 것이다. 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함한다. 열용사 하부코팅층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 열용사 상부코팅층은 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함한다.
집적회로 제조에 이용되는 플라즈마 처리 용기의 예시적인 내부 부재 성분은 예를 들어 용착물 쉴드, 배플판, 포커스 링, 절연체 링, 쉴드 링, 벨로우즈 커버, 전극, 챔버 라이너, 음극 라이너, 기체 분배판, 정전척(예를 들어, 정전척의 옆벽) 등을 포함한다. 본 발명은 일반적으로 부식성 환경에 처하는 성분, 예컨대 플라즈마 처리 용기의 내부 부재 성분에 적용될 수 있다. 본 발명은 이러한 내부 부재 성분의 표면을 보호하는 데 적당한 부식 장벽 시스템을 제공한다. 본 발명의 이점을 내부 부재 성분과 관련해서 기술하겠지만, 본 발명의 가르침은 부식성 환경으로부터 성분을 보호하기 위해 부식 장벽 코팅이 이용될 수 있는 어떠한 성분에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리 용기의 부식성 환경에서 이용하도록 의도된 내부 부재 성분에는 보호 코팅층이 열용사 코팅된다. 본 발명의 방법으로 형성된 열용사된 코팅된 내부 부재 성분은 요망되는 내부식성, 플라즈마 침식 내성 및 내마모성을 가질 수 있다.
본 발명의 복합물 코팅은 예를 들어 가혹한 침식성 및 부식성 환경에서 저온 및 고온에서 이용되는 화학 가공 장비에 유용하다. 가혹한 환경에서, 장비는 그 안에서 가공되는 물질과 반응할 수 있다. 화학물질에 대해 불활성인 세라믹 물질은 금속 장비 성분 상의 코팅으로 이용될 수 있다. 세라믹 복합물 코팅은 침식성 및 부식성 물질이 금속 장비에 도달하는 것을 방지하도록 불투과성이어야 한다. 이러한 침식성 및 부식성 물질에 대해 불활성이고 침식성 및 부식성 물질이 밑에 있는 기판에 도달하는 것을 방지할 수 있는 복합물 코팅은 덜 비싼 기판의 이용을 가능하게 할 것이고, 장비 성분의 수명을 연장할 것이다.
본 발명의 열용사된 복합물 코팅은 할로겐 기체를 함유하는 기체 분위기에서 플라즈마 침식 작용을 받는 환경에서 이용될 때 바람직한 내성을 나타낸다. 예를 들어, 플라즈마 에칭 작업이 오랜 시간에 걸쳐 계속될 때조차도, 용착 챔버 내에서 입자를 통한 오염이 덜 일어나고, 고품질 내부 부재 성분을 효율적으로 제조할 수 있다. 본 발명의 실시에 의해, 플라즈마 공정 챔버에서 입자 생성 속도가 더 느려질 수 있고, 따라서, 세정 작업의 간격이 더 길어져서 생산성을 증가시킨다. 그 결과, 본 발명의 코팅된 내부 부재는 반도체 제조 장치에서 플라즈마 처리 용기에서 효과적일 수 있다. 또한, 본 발명의 열용사 복합물 코팅으로 코팅된 내부 부재는 좋은 내침식성을 나타낸다.
본 발명은 금속 또는 비금속 기판 보호 방법에 관한 것이다. 이 방법은 열용사된 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판에 적용하는 것을 포함한다. 열용사된 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다.
또한, 본 발명은 금속 또는 비금속 기판 보호 방법에 관한 것이다. 이 방법은 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판에 적용하는 것을 포함한다. 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 내부 부재에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함한다. 열용사 하부코팅층은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함한다. 적어도 제1 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상은 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 열용사 상부코팅층은 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함한다.
본 발명의 열용사 복합물 코팅은 상응하는 세라믹 코팅에 의해 기판에 제공된 내부식성 및/또는 내침식성에 비해 약 25% 이상의 내부식성 및/또는 내침식성을 기판에 제공하고, 바람직하게는 약 40% 이상의 내부식성 및/또는 내침식성을 기판에 제공하고, 더 바람직하게는 약 50% 이상의 내부식성 및/또는 내침식성을 기판에 제공한다.
본 발명의 범위의 정신에서 벗어남이 없이 본 발명을 많은 다른 특이한 형태로 구현할 수 있다는 것이 당 업계 숙련자에게 명백해야 한다.
실시예 1
개선된 플라즈마 침식 및 화학적 부식 거동을 위한 복합물 코팅의 생성 가능성을 복합물 코팅 단면의 광학 현미경사진 및 주사전자현미경(SEM) 현미경사진을 통해 입증하였다. 복합물 코팅은 다수의 분말 분배기를 이용해서 공급원료를 PST 기체 패널에 의해 조절되는 하나의 프락스에어 서페이스 테크놀로지즈, 인크.(Praxair Surface Technologies, Inc.)(PST) 플라즈마 용사 토치에 공급하는 플라즈마 용사 기술을 이용해서 생성하였다. 각 분말 분배기의 공급 속도를 조절함으로써 각 상의 부피 백분율을 조정하였다.
Y2O3 및 17 중량% 이트리아로 안정화된 지르코니아(YSZ)로 이루어진 4 개의 상이한 복합물 코팅으로부터의 폴리싱된 단면의 광학 현미경사진을 도 1 - 4에 제시하였다. 도 1, 2 및 3은 코팅 부피의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산된 두 상의 다양한 부피 백분율을 예시한다. 제시된 비는 30 부피% Y2O3 및 70 부피% YSZ, 50 부피% Y2O3 및 50 부피% YSZ, 70 부피% Y2O3 및 30 부피% YSZ를 포함하였다. 추가로, 상부코팅층 및 하부코팅층을 포함해서 뚜렷이 다른 층들로 이루어진 복합물 코팅을 도 4에 도시하였다. 상부코팅층은 100 부피% Y2O3로 이루어지고, 반면, 하부코팅층은 2 개의 부층으로 이루어져서 계면에서의 50 부피% Y2O3 및 50 부피% YSZ의 층이 70 부피% Y2O3 및 30 부피% YSZ의 층으로 전이하였다.
Y2O3 및 17 중량% 이트리아로 안정화된 지르코니아(YSZ)로 이루어진 4 개의 상이한 복합물 코팅으로부터의 폴리싱된 단면의 주사전자현미경(SEM) 현미경사진을 도 5 - 8에 도시하였다. 도 5는 코팅 부피의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분포된 단일 부피 백분율 비의 두 상, 즉, 50 부피% Y2O3 및 50 부피% YSZ를 갖는 복합물 코팅을 도시하였다. 도 6 및 7은 다양한 구성의 상부코팅 및 하부코팅을 갖는 복합물 코팅을 도시하였다. 도시된 예의 경우, 상부코팅은 일관되게 100 부피% Y2O3이고, 반면, 하부코팅은 하나의 또는 다수의 부층의 다양한 조합으로 이루어졌다. 상부코팅은 플라즈마 침식 내성을 최대화하기 위해 100% 이트리아이도록 선택하였고, 반면, 하부코팅층은 계면에서 내부식성을 최대화하기 위해 YSZ의 부피 백분율을 포함하도록 선택하였다. 예를 들어, 도 8은 기판 계면에서의 100 부피% YSZ와 그 위를 덮은 50 부피% Y2O3 및 50 부피% YSZ 랜덤하게 분포된 부층으로 이루어진 하부코팅층 및 100% Y2O3의 상부코팅층을 갖는 복합물 코팅을 도시하였다.
실시예 2
50 부피% Y2O3 및 50 부피% 17 중량% YSZ의 균일하게 분포된 복합물 코팅의 플라즈마 침식 내성을 100 부피% Y2O3 코팅 및 100 부피% 17 중량% YSZ의 코팅과 비교해서 특성화하였다. 반응성 이온 에칭(RIE) 방법을 이용해서 코팅을 플라즈마 침식하였다. RIE는 총 60 시간 동안 수행하였고, 상이한 두 기체 에칭 화학, 즉, SF6:O2 및 CF4:O2를 이용하였다. 플라즈마 침식률을 정량화하는 데 이용되는 측정 기술은 ±0.5 ㎛의 정확도 수준을 제공하였다. 제이스 컨포컬 현미경(Zeiss Confocal microscope)(CSM 700)을 이용해서 플라즈마 침식 후 차폐된 계면을 가로질러서 계단 높이를 측정하였다. 플라즈마 침식으로 인한 계단 높이가 분명히 구별될 수 있도록 보장하기 위해 코팅 표면을 매우 매끄러운 마감(즉, Ra ~0.2 ㎛)을 갖도록 폴리싱하였다. 코팅 유형 당 2 개의 샘플을 시험하였고, 각 샘플은 코팅 조건 당 총 40 개의 전체 측정값에 대해서 얻은 20 개의 개개의 플라즈마 침식률 측정값을 가졌다.
도 9는 CF4:O2 기체 화학을 이용한 RIE에서 60 시간 노출 당 코팅 두께 손실로 플라즈마 침식을 그래프로 도시하였다. CF4:O2 화학에서, 복합물 코팅은 100 부피% 17 중량% YSZ보다 더 좋은 성능을 가졌고, 100 부피% Y2O3(코팅 B)와 동등한 성능을 가졌다. 100 부피% Y2O3로 이루어진 코팅 A는 시험한 모든 코팅 중에서 가장 좋은 플라즈마 침식 내성을 제공하였다. 도 10은 SF6:O2 기체 화학을 이용한 RIE에서 60 시간 노출 당 코팅 두께 손실로 플라즈마 침식을 그래프로 도시하였다. SF6:O2는 CF4:O2 화학에 비해 더 공격적으로 코팅을 침식하였다. 예를 들어, 코팅 A는 CF4:O2 화학에서는 1.7±0 ㎛, SF6:O2 화학에서는 3.2±0.7 ㎛ 침식되었다. CF4:O2 화학과 유사하게, 복합물 코팅은 100 부피% YSZ에 비해 증가된 플라즈마 침식 내성을 제공하였지만, 100 부피% 이트리아보다는 더 적은 플라즈마 내성을 제공하였다. 일반적으로, 50 부피% Y2O3 및 50 부피% 17 중량% YSZ 균일하게 분포된 복합물 코팅은 플라즈마 침식 성능에 대해서 혼합물의 규칙을 따랐다. 추가로, 복합물 코팅은 어느 단일상 코팅과도 뚜렷이 다른 플라즈마 침식 거동을 입증하였다.
복합물 코팅의 플라즈마 침식 내성은 100 부피% 이트리아의 플라즈마 침식 내성보다 약간 적었지만, 복합물 코팅은 부식 보호에서는 개선을 제공하였다. 17 중량% YSZ는 무기산 중에서 YSZ의 불용성에 기초해서 선택하였다. 예를 들어, 도 11은 24 시간 후 5 중량% HCl에 용해된 Y2O3 및 17 중량% YSZ 분말의 백분율을 그래프로 도시하였다. 24 시간 이내에, 이트리아의 96%가 용해되었지만, 17 중량% YSZ는 전해 용해되지 않았다. 17 중량% YSZ로 이루어진 코팅, 특히 17 중량% YSZ를 포함하는 복합물 코팅은 HCl 및 다른 무기산에서 그의 불용성 때문에 증가된 화학적 부식 내성을 제공하였다.

Claims (50)

  1. 금속 또는 비금속 기판상의 열용사 복합물 코팅(thermal spray composite coating)으로서,
    상기 열용사 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 금속 또는 비금속 기판상의 열용사 복합물 코팅.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가지고, 상기 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가지는 열용사 복합물 코팅.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 적어도 제2 세라믹 물질 상에 비해 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분하게 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향되고, 상기 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 적어도 제1 세라믹 물질 상에 비해 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분하게 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 열용사 복합물 코팅.
  4. 제1항에 있어서, (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 생성된 열용사 복합물 코팅.
  5. 제4항에 있어서, 변화될 수 있는 하나 이상의 열용사 장치의 공정 파라미터가 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 온도, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 금속 또는 비금속 기판과 접촉할 때 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 속도, 및 하나 이상의 열용사 장치의 이격 거리(standoff)를 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  6. 제4항에 있어서, 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 대략 그의 용융점으로 가열되어 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 소적(droplet)을 형성하고, 소적이 기체 유동 스트림에서 가속되어 상기 금속 또는 비금속 기판과 접촉하는 열용사 복합물 코팅.
  7. 제6항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 온도 파라미터가 기체 유동 스트림의 온도 및 엔탈피; 소적의 조성 및 열적 성질; 소적의 크기 및 모양 분포; 기체 유량에 대한 소적의 질량 유량; 및 금속 또는 비금속 기판으로의 소적 전달 시간을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  8. 제6항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 속도 파라미터가 기체 유량; 소적의 크기 및 모양 분포; 및 소적의 질량 분사율 및 밀도를 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  9. 제4항에 있어서, 하나 이상의 열용사 장치가 플라즈마 용사 장치, 고속 산소 연료 장치, 폭발 총, 및 전선 아크 용사 장치로부터 선택되는 열용사 복합물 코팅.
  10. 제1항에 있어서, 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상이 그들 사이에 계면을 갖는 열용사 복합물 코팅.
  11. 제1항에 있어서, 제1 세라믹 물질 상이 산화지르코늄, 산화이트륨, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화하프늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하고, 제2 세라믹 물질 상이 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화하프늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  12. 제1항에 있어서, 제1 세라믹 물질 상이 지르코니아, 부분 안정화된 지르코니아 및 완전 안정화된 지르코니아로부터 선택된 지르코니아 기반 코팅을 포함하고, 제2 세라믹 물질 상이 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화세륨, 산화하프늄, 산화가돌리늄, 산화이테르븀, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  13. 제1항에 있어서, 하나 이상의 층을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  14. 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법으로서,
    상기 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고,
    상기 방법은 (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는, 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 변화될 수 있는 하나 이상의 열용사 장치의 공정 파라미터가 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 온도, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 금속 또는 비금속 기판과 접촉할 때 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 속도, 및 하나 이상의 열용사 장치의 이격 거리를 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 대략 그의 용융점으로 가열되어 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 소적을 형성하고, 소적이 기체 유동 스트림에서 가속되어 상기 금속 또는 비금속 기판과 접촉하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 온도 파라미터가 기체 유동 스트림의 온도 및 엔탈피; 소적의 조성 및 열적 성질; 소적의 크기 및 모양 분포; 기체 유량에 대한 소적의 질량 유량; 및 금속 또는 비금속 기판으로의 소적 전달 시간을 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 속도 파라미터가 기체 유량; 소적의 크기 및 모양 분포; 및 소적의 질량 분사율 및 밀도를 포함하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 하나 이상의 열용사 장치가 플라즈마 용사 장치, 고속 산소 연료 장치, 폭발 총, 및 전선 아크 용사 장치로부터 선택되는 방법.
  20. 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품으로서,
    상기 열용사 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 물품.
  21. 제20항에 있어서, (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 금속 또는 비금속 기판상에 용착시켜서 세라믹 복합물 코팅을 생성하고, (ⅲ) 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된 물품.
  22. 제20항에 있어서, 상기 금속 또는 비금속 기판이 플라즈마 처리 용기의 내부 부재를 포함하는 물품.
  23. 제22항에 있어서, 상기 내부 부재가 용착물 쉴드(deposit shield), 배플판(baffle plate), 포커스 링(focus ring), 절연체 링(insulator ring), 쉴드 링(shield ring), 벨로우즈 커버(bellows cover), 전극(electrode), 챔버 라이너(chamber liner), 음극 라이너(cathode liner), 기체 분배판(gas distribution plate), 및 정전 척(electrostatic chuck)으로부터 선택되는 물품.
  24. 제20항에 있어서, 플라즈마 처리 용기가 집적회로 성분의 제조에 사용되는 물품.
  25. 금속 또는 비금속 기판 보호 방법으로서,
    열용사된 복합물 코팅을 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용하는 것을 포함하고, 상기 열용사된 복합물 코팅은 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는, 금속 또는 비금속 기판 보호 방법.
  26. 금속 또는 비금속 기판을 위한 열용사 복합물 코팅으로서,
    (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 금속 또는 비금속 기판을 위한 열용사 복합물 코팅.
  27. 제26항에 있어서, 상기 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가지고, 상기 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 크기 및 모양을 가지는 열용사 복합물 코팅.
  28. 제26항에 있어서, 상기 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 적어도 제2 세라믹 물질 상에 비해 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분하게 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향되고, 상기 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 적어도 제1 세라믹 물질 상에 비해 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분하게 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 열용사 복합물 코팅.
  29. 제26항에 있어서, (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 상기 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (ⅲ) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (ⅳ) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅴ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는 방법에 의해 생성된 열용사 복합물 코팅.
  30. 제29항에 있어서, 변화될 수 있는 하나 이상의 열용사 장치의 공정 파라미터가 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 온도, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 금속 또는 비금속 기판과 접촉할 때 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 속도, 및 하나 이상의 열용사 장치의 이격 거리를 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  31. 제29항에 있어서, 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 대략 그의 용융점으로 가열되어 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 소적을 형성하고, 소적이 기체 유동 스트림에서 가속되어 상기 금속 또는 비금속 기판과 접촉하는 열용사 복합물 코팅.
  32. 제30항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 온도 파라미터가 기체 유동 스트림의 온도 및 엔탈피; 소적의 조성 및 열적 성질; 소적의 크기 및 모양 분포; 기체 유량에 대한 소적의 질량 유량; 및 금속 또는 비금속 기판으로의 소적 전달 시간을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  33. 제30항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 속도 파라미터가 기체 유량; 소적의 크기 및 모양 분포; 및 소적의 질량 분사율 및 밀도를 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  34. 제26항에 있어서, 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상이 그들 사이에 계면을 갖는 열용사 복합물 코팅.
  35. 제26항에 있어서, 제1 세라믹 물질 상이 산화지르코늄, 산화이트륨, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화하프늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하고, 제2 세라믹 물질 상이 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화하프늄, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  36. 제26항에 있어서, 제1 세라믹 물질 상이 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화세륨, 산화하프늄, 산화가돌리늄, 산화이테르븀, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하고, 제2 세라믹 물질 상이 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 산화세륨, 산화하프늄, 산화가돌리늄, 산화이테르븀, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  37. 제26항에 있어서, 열용사 상부코팅층이 산화이트륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화마그네슘, 산화세륨, 산화하프늄, 산화가돌리늄, 산화이테르븀, 주기율표의 2A족 내지 8B족 및 란탄족 원소의 산화물, 또는 그의 합금 또는 혼합물 또는 복합물을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  38. 제26항에 있어서, 상기 하부코팅층이 하나 이상의 부층(sublayer)을 포함하고, 상기 상부코팅층이 하나 이상의 부층을 포함하는 열용사 복합물 코팅.
  39. 제26항에 있어서, 상기 열용사 하부코팅층과 상기 열용사 상부코팅층 사이에 하나 이상의 열용사 중간층을 더 포함하고, 상기 열용사 중간층이 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 상기 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서, 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 중간층이 상기 열용사 하부코팅층과 상이한 열용사 복합물 코팅.
  40. 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법으로서,
    상기 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하고,
    상기 방법은
    (a) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (b) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 상기 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (c) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (d) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (e) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는, 열용사 복합물 코팅을 금속 또는 비금속 기판상에 생성하는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 변화될 수 있는 하나 이상의 열용사 장치의 공정 파라미터가 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 온도, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 금속 또는 비금속 기판과 접촉할 때 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 속도, 및 하나 이상의 열용사 장치의 이격 거리를 포함하는 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질이 대략 그의 용융점으로 가열되어 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 소적을 형성하고, 소적이 기체 유동 스트림에서 가속되어 상기 금속 또는 비금속 기판과 접촉하는 방법.
  43. 제42항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 온도 파라미터가 기체 유동 스트림의 온도 및 엔탈피; 소적의 조성 및 열적 성질; 소적의 크기 및 모양 분포; 기체 유량에 대한 소적의 질량 유량; 및 금속 또는 비금속 기판으로의 소적 전달 시간을 포함하는 방법.
  44. 제42항에 있어서, 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 속도 파라미터가 기체 유량; 소적의 크기 및 모양 분포; 및 소적의 질량 분사율 및 밀도를 포함하는 방법.
  45. 제40항에 있어서, 하나 이상의 열용사 장치가 플라즈마 용사 장치, 고속 산소 연료 장치, 폭발 총, 및 전선 아크 용사 장치로부터 선택되는 방법.
  46. 금속 또는 비금속 기판 및 그 표면상의 열용사 복합물 코팅을 포함하는 물품으로서,
    상기 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 상기 금속 또는 비금속 기판에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 물품.
  47. 제46항에 있어서, (ⅰ) 둘 이상의 세라믹 코팅 물질을 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅱ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 상기 금속 또는 비금속 기판상에 하부코팅층을 용착시키고, (ⅲ) 하부코팅층의 전체에 걸쳐 상기 둘 이상의 세라믹 물질 상을 랜덤하게 및 균일하게 분산시키고/분산시키거나 공간적으로 배향시키기에 충분하게 상기 둘 이상의 세라믹 코팅 물질의 용착 동안 하나 이상의 열용사 장치의 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키고, (ⅳ) 하나 이상의 세라믹 코팅 물질을 상기 하나 이상의 열용사 장치에 공급하고, (ⅴ) 상기 하나 이상의 열용사 장치를 작동시켜 하부코팅층 상에 상부코팅층을 용착시켜서 열용사 복합물 코팅을 생성하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된 물품.
  48. 제46항에 있어서, 상기 기판이 플라즈마 처리 용기의 내부 부재를 포함하는 물품.
  49. 제48항에 있어서, 상기 내부 부재가 용착물 쉴드, 배플판, 포커스 링, 절연체 링, 쉴드 링, 벨로우즈 커버, 전극, 챔버 라이너, 음극 라이너, 기체 분배판 및 정전척으로부터 선택되는 물품.
  50. 금속 또는 비금속 기판 보호 방법으로서,
    상기 금속 또는 비금속 기판에 열용사 복합물 코팅을 적용하는 것을 포함하고, 상기 열용사 복합물 코팅은 (ⅰ) 내부 부재에 적용된 열용사 하부코팅층 및 (ⅱ) 상기 하부코팅층에 적용된 열용사 상부코팅층을 포함하고, 상기 열용사 하부코팅층이 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 랜덤하게 및 균일하게 분산되고/분산되거나 세라믹 복합물 코팅의 전체에 걸쳐 공간적으로 배향된 둘 이상의 세라믹 물질 상을 갖는 세라믹 복합물 코팅을 포함하고, 여기서 적어도 제1 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 내부식성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 적어도 제2 세라믹 물질 상이 상기 세라믹 복합물 코팅에 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 상기 열용사 상부코팅층이 상기 열용사 복합물 코팅에 내부식성 및/또는 플라즈마 침식 내성을 제공하기에 충분한 두께를 갖는 세라믹 코팅을 포함하는, 금속 또는 비금속 기판 보호 방법.
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