KR20150068285A - 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품 및 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품 및 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 또는 디스플레이 제조장비의 공정부품이 플라즈마에 노출되어 식각되는 문제를 해결하기 위한 것으로서, 공정부품에 대한 세라믹 파우더 코팅 전·후 표면(공정부품 본체의 표면 및 코팅막의 표면)의 골(valley)과 피크(peak)의 제거를 통해 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법과 이로 인해 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품에 관한 것이다.
본 발명은 「플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품으로서, 골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 본체의 표면에 코팅막이 형성되고, 상기 코팅막 표면에서 골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품」을 제공한다.

Description

플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품 및 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법{Parts of semiconductor and display equipments with improved anti-plasma corrosion and method improving anti-plasma corrosion of parts}
본 발명은 반도체 또는 디스플레이 제조장비의 공정부품이 플라즈마에 노출되어 식각되는 문제를 해결하기 위한 것으로서, 공정부품에 대한 세라믹 파우더 코팅 전·후 표면(공정부품 본체의 표면 및 코팅막의 표면)의 골(valley)과 피크(peak)의 제거를 통해 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법과 이로 인해 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법 및 이 방법에 의해 형성된 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품에 관한 것으로서, 플라즈마 내식각성이 우수한 세라믹 파우더를 분사 코팅하기 전 공정부품의 표면 및 세라믹 파우더 분사 코팅 후의 코팅막 표면의 골과 피크를 일부 또는 전부를 제거함으로써 코팅막의 골과 피크에서 전개되는 플라즈마 식각을 조절하여 공정부품을 플라즈마 환경으로부터 보호하여 반도체 및 디스플레이 제조 생산성 및 수율을 향상시키기 위한 것이다.
반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키기 위한 종래의 기술을 소개하면 다음과 같다.
대한민국 등록특허 10-0607790 "텍스처링된 내부표면을 구비한 처리 챔버 및 부품 및 이의 제조방법"과 미국등록특허 US 6,933,025 "Chamber having components with textured surfaces and method of manufacture"는 플라즈마 챔버용 돔(dome)형 용기 벽에 150 내지 450 마이크로인치의 거칠기 평균을 가진 거친 표면에 플라즈마 분무된 세라믹 코팅부가 유전체 재료의 거친 표면상에 적용되어, 플라즈마 분무된 세라믹 코팅부에 음의 값인 평균왜도(average skewness)를 가진 거칠기를 갖도록 텍스처링함으로써 부품 표면이 양호한 파티클 부착성을 가지게 하는 기술이 있다. 다만, 플라즈마 분무된 코팅부 표면의 골과 피크에서 플라즈마로 인한 식각이 빠른 속도로 전개되는 문제점이 있으므로 결국 파티클 발생이 우려되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0938474 "플라즈마 보호층의 저온 에어로졸 증착" 및 미국등록특허 US 7,479,464 "Low temperature aerosol deposition of plasma resistive layer"에는 반도체 챔버 구성요소/부품 상에 플라즈마 저항층의 저온에어로졸 증착을 위한 방법이 나타나 있다. 이 기술은 기판 표면과 플라즈마 저항층 사이에 결합층을 형성하여 플라즈마 공정 동안 이트륨 산화물의 플라즈마 저항층에 균열이 발생하거나 패어지는 것을 방지하는 기술이다. 다만, 이 기술은 저온에어로졸 증착에 의한 기판과 코팅층과의 결합력 부족을 해소하기 위하여 결합층을 형성한 것이기 때문에, 상기 코팅층 표면의 골과 피크가 결합층의 피크와 골 형태 그대로 유지되어 상기 코팅층 표면의 골과 피크에서 플라즈마 식각이 전개되는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2013-0044170 "텍스쳐된 내플라즈마 코팅을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트" 및 미국공개특허 US 2013/0102156 "Components of plasma processing chambers having textured plasma resistant coatings"에는, 공정부품 표면에 에어로졸 증착 방법을 이용하여 내플라즈마 이트리아(yttria; Y2O3) 코팅막을 형성하고, 그 코팅막 표면을 다이아몬드 패드로 연마하여 상호연결된 스크래치의 텍스쳐(texture of interconnected scratch)를 형성하여 플라즈마 노출 표면상의 막축척(film buildup)으로부터 입자생성을 방지하고자 하는 기술이 나타나 있다. 다만, 이 기술은 에어로졸 증착방법을 이용하여 공정부품에 이트리아 코팅막을 형성한 후 연마를 실시하는 기술인데, 전술한 미국등록특허 US 7,479,464 기술의 결합층과 같은 별도의 처리 없이, 에어로졸 증착방법을 이용하여 이트리아 코팅막을 공정부품에 형성하고, 이 코팅막을 연마하기 때문에 코팅 전 공정부품 표면의 골과 피크의 형태가 코팅막 표면구조에 그대로 나타난다. 그래서, 상기 코팅막 표면 골과 피크를 제거하기 위해서 많은 코팅막 두께를 제거해야 하기 때문에, 코팅시 많은 코팅막 두께를 형성하여야 하는 단점이 있다. 또한, 코팅 전 공정부품 표면의 골과 피크를 제거하지 않고 코팅하여 형성된 코팅막은 전술한 바와 같이 플라즈마 내식각성이 저하되는 단점이 있다.
미국공개특허 US 2013/0273327 "Ceramic coated article and process for applying ceramic coating"에 기재된 기술은 알루미나(alumina; Al2O3)로 구성된 공정부품 표면을 비드 블라스팅(bead blasting)하여 거칠게 한 후 그 거친 표면을 따라 플라즈마 스프레이 방법을 이용하여 세라믹 코팅막을 형성시킨 후 그 거친 세라믹 코팅막 표면을 연마(polishing)하여 코팅막 표면을 매끄럽게 하는 기술이다. 이 기술은 코팅막 표면을 연마처리하는 것이지만 코팅막 전체에 기공과 균열이 분포되어, 플라즈마에 노출되는 코팅막 표면의 골과 피크에서 플라즈마 식각이 전개되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2014-0100030 "표면 처리 방법 및 이를 이용한 세라믹 구조물"에 기재된 기술은 모재에 블라스트(blast) 처리하여 플라즈마 스프레이 방법을 이용하여 세라믹 코팅을 실시한 후 코팅막을 연마 처리하는 기술이다. 다만, 상기 기술은 전술한 미국공개특허 US 2013/0273327과 같이 코팅후 연마처리를 하더라도 코팅막 표면에 기공과 균열이 코팅막 전체에 분포되어, 플라즈마에 노출되는 코팅막 표면의 골과 피크에서 플라즈마 식각이 전개되는 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허 10-0607790 "텍스처링된 내부표면을 구비한 처리 챔버 및 부품 및 이의 제조방법" 2. 미국등록특허 US 6,933,025 "Chamber having components with textured surfaces and method of manufacture" 3. 대한민국 등록특허 10-0938474 "플라즈마 보호층의 저온 에어로졸 증착" 4. 미국등록특허 US 7,479,464 "Low temperature aerosol deposition of plasma resistive layer" 5. 대한민국 공개특허 10-2013-0044170 "텍스쳐된 내플라즈마 코팅을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트" 6. 미국공개특허 US 2013/0102156 "Components of plasma processing chambers having textured plasma resistant coatings" 7. 미국공개특허 US 2013/0273327 "Ceramic coated article and process for applying ceramic coating" 8. 대한민국 공개특허 10-2014-0100030 "표면 처리 방법 및 이를 이용한 세라믹 구조물"
본 발명은 반도체 및 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상키는 방법 및 이 방법에 의해 형성된 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품을 제공하는데 그 목적이 있다.
반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키기 위하여, 공정부품에 세라믹 코팅막을 형성시키기 전에 공정부품 표면의 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하여 표면조도 Rz값 또는 현미경 표면사진에서 나타나는 밝은 부분과 어두운 부분의 면적비를 조절하고, 그 처리된 공정부품 표면에 세라믹 코팅막을 형성시킨 후 다시 상기 코팅막 표면의 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하여 코팅막의 표면조도 Rz값 또는 현미경 표면사진에서 나타나는 밝은 부분과 어두운 부분의 면적비를 조절함으로써 세라믹 코팅막 표면의 골과 피크에서 전개되는 플라즈마 내식각성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 코팅막이 기공과 균열 없이 형성되면 플라즈마 내식각성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은 「플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품으로서, 골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 공정부품 본체의 표면에 세라믹 코팅막이 형성되고, 상기 코팅막 표면에서 골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품」을 제공한다.
또한, 본 발명은 「플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법으로서, (a) 공정부품을 준비하는 단계; (b) 상기 공정부품 본체 표면에서 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하는 단계; (c) 상기 공정부품 본체 표면에 세라믹 코팅막을 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 코팅막 표면에서 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법」을 함께 제공한다.
본 발명이 제공하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품 및 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시킬 수 있다.
2) 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품을 반도체 및 디스플레이 제조장비에 장착함으로써 공정부품의 수명 연장 및 제품 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
3) 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품을 반도체 및 디스플레이 제조장비에 장착함으로써 플라즈마 식각으로 인한 파티클 발생을 억제하여 공정을 연속적으로 유지 할 수 있다.
[도 1]은 알루미나 세라믹 부품 표면에 대한 배율 1,200배 광학현미경 사진으로서, 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만이 되도록 세라믹 표면의 골(valley)과 피크(peak)가 일부 제거된 것을 나타낸 상태 (a)와, 표면조도 Rz가 3.0㎛ 이하가 되도록 골과 피크가 상대적으로 더 많이 제거된 상태 (b)를 나타낸 것이다.
[도 2]는 알루미나 세라믹 부품 표면에 이트리아(Y2O3)가 코팅된 코팅막 표면에 대한 배율 1,200배 광학현미경 사진으로서, 표면조도 Rz가 2.0㎛ 미만이 되도록 코팅막 표면의 골(valley)과 피크(peak)가 제거된 상태 (a)와 표면조도 Rz가 1.0㎛ 이하가 되도록 골과 피크가 상대적으로 더 많이 제거된 상태 (b)를 나타낸 것이다.
[도 3]은 플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법에 관한 공정 순서도이다.
[도 4]는 표면조도 Ra를 설명하기 위한 그래프 (a)와 표면조도 Rz를 설명하기 위한 그래프 (b)를 나타낸 것이다.
[도 5]는 알루미나 세라믹 부품 표면 (a), 알루미나 세라믹 부품 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 상태 (b) 및 골과 피크가 일부분 제거된 알루미나 세라믹 부품 표면에 형성된 이트리아(Y2O3) 코팅막 표면 (c)를 각각 촬영한 배율 1,200배 광학현미경 사진이다.
[도 6]은 [도 5]의 (a) 내지 (c)의 표면조도 Rz값을 나타내는 표이다.
[도 7]은 배율 1,200배 광학현미경 사진으로서, 알루미나 세라믹 부품 표면에 골과 피크가 일부분 제거된 상태 (a) 및 골과 피크가 일부분 제거된 알루미나 세라믹 부품 표면에 형성된 Y2O3 코팅막 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 상태 (b)를 나타낸 것이다.
[도 8]은 [도 7]의 (a) 및 (b)의 표면조도 Rz값을 나타내는 표이다.
[도 9]는 알루미나 세라믹 부품 표면에 블라스트(blast)를 실시한 후 용사 코팅하여 형성된 Y2O3 코팅막 표면을 나타내는 배율 1,200배 광학현미경 사진이다.
[도 10]은 [도 9]에 나타난 용사 코팅막의 표면조도 Rz값을 나타내는 표이다.
[도 11]은 플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키는 또 다른 방법에 관한 공정 순서도이다.
[도 12]는 배율 1,200배 광학현미경 사진으로서, 질화알루미늄 세라믹 부품 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 상태 (a)와, 골과 피크가 일부분 제거된 질화알루미늄 세라믹 부품 표면에 형성된 Y2O3 코팅막 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 상태 (b)를 나타낸 것이다.
[도 13]은 [도 12]의 (a) 및 (b)의 표면조도 Rz값을 나타내는 표이다.
[도 14]는 배율 1,200배 광학현미경 사진으로서, 석영(quartz) 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 상태 (a)와, 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 석영 표면에 형성된 이트리아(Y2O3) 코팅막 표면 (b) 및 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 석영 표면에 형성된 이트리아(Y2O3) 코팅막 표면의 골과 피크가 일부분 제거된 상태 (c)를 나타낸 것이다.
[도 15]는 [도 14]의 (a) 내지 (c)의 표면조도 Rz값을 나타내는 표이다.
이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명에 따른 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품 및 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법에 대해 상세하게 설명한다.
1. 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품
본 발명은 「플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품으로서, 골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 공정부품 본체의 표면에 세라믹 코팅막이 형성되고, 상기 코팅막 표면에서 골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품」을 제공한다.
본 발명의 공정부품은 세라믹, 석영(quartz), 금속재료, 폴리머(polymer) 중 어느 하나 이상으로 이루어진 것이다. 상기 공정부품의 표면에는 세라믹 파우더가 분사되어 코팅막이 형성된다. 상기 코팅막을 형성하는 세라믹 파우더는 플라즈마에 대한 내식각성이 우수한 Y2O3(yttria), YF3(yttrium fluoride), YSZ(Y2O3 stabilized ZrO2), Y4Al2O9(YAM), Y3Al5O12(YAG) 및 YAlO3(YAP) 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 것을 적용할 수 있다. 상기 세라믹 파우더는 순도 99% 이상의 것을 적용하는 것이 바람직하다.
상기 코팅막은 0~60℃ 및 진공 조건에서 상기 세라믹 파우더를 분사함으로써 [도 2]의 (b), [도 7]의 (b), [도 12]의 (b), [도 14]의 (b) 및 (c)에 보이는 바와 같이 기공과 균열이 없도록 형성시킬 수 있다.
공정부품 본체 표면에 세라믹 파우더를 분사코팅하기 전, 공정부품 본체의 표면에 존재하는 골(valley)과 피크(peak)는 세라믹 코팅막을 형성시킨 후에도 플라즈마 식각 발생 원인으로 작용한다. 이에 따라 상기 공정부품 본체 표면의 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거함으로써 플라즈마 식각율을 낮출 수 있다. 또한, 공정부품 본체 표면에 상기 세라믹 파우더의 분사 코팅으로 형성된 코팅막을 형성시킨 코팅막 표면에 존재하는 골과 피크 역시 플라즈마 식각 발생 원인으로 작용한다. 이에 따라 상기 코팅막 표면의 골과 피크 역시 그 일부 또는 전부를 제거함으로써 플라즈마 식각율을 더욱 낮출 수 있다. 골과 피크가 제거된 후의 코팅막 두께는 2.0~15㎛로 형성할 수 있다. 상기 골과 피크가 제거된 후 코팅막의 표면조도 Rz를 2.0㎛ 미만으로 형성시키기 위하여 코팅 후 코팅막의 최초 두께를 3.0~20㎛로 형성시키고, 상기 코팅막의 골과 피크를 제거하여 코팅막 두께를 2.0~15㎛로 유지함으로써 플라즈마 내식각성을 향상시킬 수 있다.
상기 공정부품 본체 표면(코팅막 형성 전) 및 코팅막 표면에서 골과 피크를 제거한 정도는 모두 표면조도(surface roughness) Rz 산출 또는 광학현미경 사진 분석을 통해 정량화할 수 있다.
표면조도 Rz를 기준으로 하는 경우, 공정부품 본체 표면의 Rz가 5.0㎛ 미만일 때 플라즈마 내식각성 향상에 이바지하게 된다. 예를 들면, 세라믹 공정부품은 일반적으로 소결(sintering)로 만들어지고, 이러한 소결제품의 표면조도 Rz는 5.0㎛ 이상으로 형성되어 있고, 상기 소결제품 표면의 골과 피크를 제거하게 되면 소결제품의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만으로 감소하게 되어 골과 피크에서 전개되는 플라즈마 식각을 감소시킬 수 있다. 위와 같은 메커니즘은 석영(quartz)에서도 동일하게 나타난다. 알루미늄과 같은 금속재료 공정부품의 표면은 일반적으로 일정한 패턴 또는 불규칙적인 무늬로 형성되어, 표면조도 Rz가 5.0㎛ 이상으로 형성되어 있고, 이러한 공정부품 표면의 골과 피크(패턴 또는 무늬)를 제거하게 되면 공정부품의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만으로 감소된다.
또한, 상기 공정부품 본체 표면에 형성된 세라믹 코팅막 표면의 Rz는 2.0㎛ 미만일 때 플라즈마 내식각성 향상에 이바지하게 된다. 예를 들면, [도 5]의 (c)에 보이는 바와 같이 Y2O3 세라믹 파우더 분사 코팅 후 Y2O3 코팅막의 표면조도 Rz가 2.498~3.289㎛로 2.0㎛ 이상의 값으로 분포하는 바와 같이, 코팅막 표면의 플라즈마 내식각성을 향상시키기 위하여, 반드시 Y2O3 코팅막 형성 후 [도 7]의 (b)에 보이는 바와 같이 코팅막의 표면조도 Rz를 2.0㎛ 미만으로 형성하면, 코팅막 표면의 골과 피크에서 전개되는 플라즈마 식각을 감소시킬 수 있다.
따라서, 절삭(cutting), 그라인딩(grinding), 브러싱(brushing), 폴리싱(polishing), 래핑(lapping), 화학적 연마 등의 수단으로 공정부품 본체 표면 또는 코팅막 표면에서 골과 피크를 제거할 때, Rz 5.0㎛(코팅 전 공정부품 본체 표면의 표면조도) 및 Rz 2.0㎛(코팅막의 표면조도) 기준으로 표면 처리 작업 진행 여부를 결정할 수 있다.
한편, 공정부품의 표면조도를 표현하는 대표적인 방법은 [도 4]에 보이는 바와 같이, 표면조도 측정 탐침이 측정하는 임의 길이(l)에서 피크(peak)와 골(valley)의 면적이 같아지는 중심선(center line; mean line)에서 피크와 골까지의 거리(h) 산술평균인 표면조도(surface roughness) Ra(=h1+h2+....+hl)/l) 또는 임의 길이(l)에 걸쳐 임의의 기준선(arbitrary datum line)에서 피크까지의 5개 길이의 합 평균값과 골까지의 5개 길이의 합 평균값과의 차이인 표면조도(surface roughness) Rz(={[P1+P2+P3+P4+P5]/5}-{[V1+V2+V3+V4+V5]/5})인데, 상기 표면조도 표현식에서 알 수 있듯이, 상기 Ra([도 4]의 (a)) 값보다는 Rz([도 4]의 (b)) 값으로 평가하는 것이 공정부품 표면의 골과 피크에 집중되고 전개되는 플라즈마 식각성을 훨씬 더 잘 평가할 수 있다. 왜냐하면, Rz 값이 상기 공정부품 표면의 패인정도에 더 민감하게 측정된 것이 반영된 값이기 때문이다. 여기서, Rz 값은 Ra 값 보다 크게 나타난다.
한편, 광학현미경 사진 분석 기준은 다음과 같다. 상기 코팅막 표면에 대한 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부(明部)와 암부(暗部)로 구분할 때, 상기 암부 면적을 기준으로 명부 면적이 10% 이상이 될 때, 플라즈마 내식각성 향상에 이바지하게 된다. 마찬가지로 상기 공정부품 본체 표면에 대한 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부와 암부로 구분할 때, 상기 암부 면적을 기준으로 명부 면적이 10% 이상이 될 때, 플라즈마 내식각성 향상에 이바지하게 된다.
[도 1] 및 [도 2]에 보이는 바와 같이, 광학현미경 사진에서 명부(20, 40)는 상기 골과 피크의 조합된 제거방법에 의해 편평하게 다듬어져서 빛이 반사되어 밝게 나타나는 것이고, 밝은 부분이 많이 나타나면 공정부품의 본체 표면 또는 공정부품 세라믹 코팅막 표면이 편평해 졌다는 것을 의미하고, 이 경우 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만의 값(Rz 값이 작다는 것)을 가지게 되며, 플라즈마 내식각성이 향상된다.
이하에서는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
2. 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법
본 발명은 「플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법으로서, (a) 공정부품을 준비하는 단계; (b) 상기 공정부품 본체의 표면에서 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하는 단계; (c) 상기 공정부품 본체 표면에 세라믹 코팅막을 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 코팅막 표면에서 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법」을 함께 제공한다.
상기 공정부품 본체 표면과 코팅막 표면에서 골과 피크를 제거하는 방법으로는 절삭(cutting), 그라인딩(grinding), 브러싱(brushing), 폴리싱(polishing), 래핑(lapping), 화학적 연마 중 어느 하나를 적용하거나 두 가지 이상의 방법을 조합하여 적용할 수 있다.
상기 (c)단계는 0~60℃ 및 진공 조건에서 상기 세라믹 파우더를 분사함으로써, 세라믹 코팅막에 균열과 기공이 발생하지 않도록 할 수 있다. 상기 세라믹 파우더로는 Y2O3, YF3, YSZ, Y4Al2O9, Y3Al5O12 및 YAlO3 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 것을 적용할 수 있다.
상기 공정부품 본체 표면(코팅막 형성 전) 및 코팅막 표면에서 골과 피크를 제거한 작업의 진행 여부, 작업량 등은 표면조도(surface roughness) Rz 또는 광학현미경 사진 분석을 통해 결정될 수 있다.
[도 3]은 표면조도에 따른 단계 진행을 도식적으로 나타낸 것이다.
이 경우에는 상기 (b)단계에서 상기 공정부품 본체의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만이 되도록 하고, 상기 (d)단계에서는 상기 코팅막의 표면조도 Rz가 2.0㎛ 미만이 되도록 골과 피크를 제거하는 작업을 진행하는 것이다.
즉, 상기 (b)단계에서는 공정부품 본체의 표면조도 Rz를 확인하여, 상기 공정부품 본체의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 이상이면, 그 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만이 되도록 공정부품 본체 표면의 골(valley)과 피크(peak)를 제거하는 작업을 진행한다. 또한, 상기 (d)단계에서는 상기 세라믹 코팅막 표면의 표면조도 Rz가 2.0㎛ 미만이 되도록 공정부품 세라믹 코팅막 표면의 골과 피크를 제거한다.
더욱 구체적으로 설명하면, [도 5] 및 [도 6]에 보이는 바와 같이, 공정부품 본체의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 이상([도 5]의 (a))이면, [도 5]의 (b)와 같이 피크와 골을 일부분 제거하여 공정부품의 표면조도 Rz를 5.0㎛ 미만으로 조절하고, [도 5]의 (c)와 같이 상기 세라믹 파우더를 분사 코팅하여 기공과 균열이 없는 코팅막을 형성하면, 공정부품의 세라믹 코팅막 표면조도 Rz가 2.0㎛ 이상으로 형성된다. 여기서, 다시 상기 코팅막 표면을 [도 7]의 (b)와 같이 코팅막 표면조도 Rz를 2.0㎛ 미만으로 골과 피크를 제거하면, [도 5]의 (c)에 나타난 것보다 플라즈마 내식각성이 훨씬 더 커진다.
또한, [도 7]의 (a) 상태에서 코팅막이 형성된 것은 [도 5]의 (b) 상태에서 코팅막이 형성된 것보다 플라즈마 내식각성이 훨씬 더 커지고, [도 7]의 (a)와 같이 Rz가 5.0㎛ 미만의 작은 값으로 나타날 경우 [도 7]의 (b)처럼 코팅막이 형성된 후 코팅막의 Rz가 2.0㎛ 미만이 되면, 상기 공정부품의 코팅막은 플라즈마 내식각성이 훨씬 커지게 된다.
예를 들면, [도 7]에 보이는 바와 같이, 본 발명에 따라 코팅 전 공정부품 본체의 표면 및 코팅 후 공정부품 코팅막의 골과 피크가 제거된 공정부품 코팅막의 플라즈마 내식각성이, 전술한 대한민국 공개특허 10-2013-0044170 "텍스쳐된 내플라즈마 코팅을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트" 및 미국공개특허 US 2013/0102156 "Components of plasma processing chambers having textured plasma resistant coatings"에 의해 코팅전 공정부품 표면의 골과 피크가 제거되지 않은 상태에서 이트리아 코팅막이 형성된 코팅막의 플라즈마 내식각성 보다 50% 이상 더 좋다는 것이다. 즉, 상기 US 2013/0102156에 의한 공정부품이 플라즈마에 노출되어 6,000시간을 사용할 수 있다면, 본 발명에 의한 공정부품은 12,000시간 이상 플라즈마에 노출되어 사용할 수 있다는 의미이다.
따라서, 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키기 위해서는 세라믹 코팅 전 공정부품의 표면조도 Rz가 최대한 작은 값이 되도록 공정부품 표면의 골과 피크를 제거하여야 한다. 그리고, 세라믹 코팅 후에도 코팅막 표면의 골과 피크를 제거하여 세라믹 코팅막의 표면조도 Rz 값을 최대한 작게 하여야 한다. 왜냐하면, 코팅전 공정부품의 표면조도 Rz 및 코팅후 공정부품 세라믹 코팅막의 표면조도 Rz가 작으면 작을수록 플라즈마 내식각성이 커지지 때문이다. 다만, 공정부품의 표면 및 코팅막의 Rz 값을 무한정 작게 할 수 없는 이유는, 공정부품의 표면처리 시간 및 공정부품의 코팅막 두께(초기 두께)를 무한정 크게 할 수 없기 때문이다. 따라서, 코팅전 공정부품 본체의 표면상태 및 코팅 후 세라믹 코팅막의 두께를 고려하여 표면조도 Rz 값을 조절하여야 한다.
한편, [도 9] 및 [도 10]에 보이는 바와 같이, 세라믹 표면에 블라스트를 실시한 후 용사 코팅 방법을 이용하여 세라믹 코팅을 실시한 후 코팅막 표면의 표면조도 Rz를 측정한 결과, 27.574~34.708㎛의 값을 보이는데, 상기 본 발명에 따른 [도 7] 및 [도 8]에 보이는 바와 같이 공정부품의 세라믹 코팅막 표면조도 Rz 값이 0.113~0.169㎛로 측정되는 것과 대조적으로 나타난다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라 형성된 공정부품은 현저히 양호한 플라즈마 내식각성을 나타낸다.
한편, 상기 공정부품 본체의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만인 경우에는 상기 (b)단계를 생략하고 그 뒷 단계를 순차적으로 실시할 수 있다.
표면조도 Rz 확인을 통한 단계 진행과 대비되는 방법으로, [도 11]은 광학현미경 사진 분석을 통한 단계 진행을 도식적으로 나타낸 것이다.
이 경우에는 상기 (b)단계에서 상기 공정부품 본체 표면의 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부(明部)와 암부(暗部)로 구분하여, 상기 암부 면적(X)을 기준으로 명부 면적(Y)이 10% 이상이 되도록 하고, 상기 (d)단계에서는 상기 코팅막 표면의 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부와 암부로 구분하여, 상기 암부 면적을 기준으로 명부 면적이 10% 이상이 되도록 한다.
구체적으로 보면, [도 1]에 보이는 바와 같이 상기 공정부품 본체(코팅막 형성 전)의 표면을 촬영한 광학현미경 사진에서 {명부(20)의 면적(Y)/암부(10)의 면적(Y)}, 즉 Y/X가 10% 미만인지를 확인하고, 10% 미만이면 10% 이상이 되도록 공정부품 본체 표면의 골과 피크를 제거할 수 있다. 그리고, [도 2]에 보이는 바와 같이, 공정부품의 세라믹 코팅막 표면을 나타내는 현미경사진에서 {명부(40)의 면적(Y)/암부(30)의 면적(X)}, 즉 Y/X가 10% 이상 인지를 확인하고, 10% 이상이 되도록 공정부품의 세라믹 코팅막 표면의 골과 피크를 제거하여 플라즈마 내식각성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 공정부품 본체의 표면 Y/X가 10% 이상이면, 상기 (b)단계를 생략하고 후속 단계를 진행할 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 질화알루미늄(AlN) 표면의 골과 피크를 일부분 제거하여 표면조도 Rz를 5.0㎛ 미만으로 형성([도 12]의 (a))한 후 Y2O3 세라믹 파우더를 분사 코팅하여 질화알루미늄 표면에 코팅막을 형성한 후, 상기 코팅막의 표면조도 Rz가 2.0㎛ 미만이 되도록 코팅막의 골과 피크를 제거하면([도 12]의 (b)) 플라즈마 내식각성을 향상시킬 수 있다.
또한, 표면조도 Rz가 0.097~0.135㎛로 분포하는 석영(quartz) 표면([도 14]의 (a))에 Y2O3 세라믹 파우더를 분사코팅하여 코팅막을 형성하면 상기 코팅막의 표면조도 Rz는 2.103~2.311㎛([도 14]의 (b))로 Rz값이 2.0㎛ 이상으로 분포하는데, 상기 Rz 값이 2.0㎛ 이상인 코팅막 표면의 골과 피크를 제거함으로써 코팅막의 표면조도 Rz 값을 2.0㎛ 미만으로 조절([도 14]의 (c)는 표면조도 Rz가 0.254~0.389㎛)하면 공정부품의 세라믹 코팅막의 플라즈마 내식각성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 첨부된 도면과 관련하여 설명하였으나 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 다소간의 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용될 수도 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
10 : 배율 1,200배의 광학현미경 사진에서 나타난 알루미나(Al2O3) 세라믹 표면의 골(valley) 부분(사진에서 어두운 부분으로 나타남)
20 : 배율 1,200배의 광학현미경 사진에서 나타난 알루미나(Al2O3) 세라믹 표면의 피크(peak)가 제거된 부분(사진에서 밝은 부분으로 나타남)
30 : 배율 1,200배의 광학현미경 사진에서 나타난 알루미나(Al2O3) 세라믹 표면에 형성된 Y2O3 코팅막의 골(valley) 부분(사진에서 어두운 부분으로 나타남)
40 : 배율 1,200배의 광학현미경 사진에서 나타난 알루미나(Al2O3) 세라믹 표면에 형성된 Y2O3 코팅막의 피크(peak)가 제거된 부분(사진에서 밝은 부분으로 나타남)

Claims (13)

  1. 플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품으로서,
    골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 공정부품 본체의 표면에 세라믹 코팅막이 형성되고, 상기 코팅막 표면에서 골(valley)과 피크(peak)의 일부 또는 전부가 제거된 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  2. 제1항에서,
    상기 코팅막은 Y2O3(yttria), YF3(yttrium fluoride), YSZ(Y2O3 stabilized ZrO2), Y4Al2O9(YAM), Y3Al5O12(YAG) 및 YAlO3(YAP) 중 어느 하나 이상으로 조성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  3. 제1항에서,
    상기 코팅막은 기공과 균열이 없는 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  4. 제1항에서,
    상기 코팅막의 표면조도(surface roughness) Rz가 2.0㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  5. 제1항에서,
    상기 공정부품 본체의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  6. 제1항에서,
    상기 코팅막 표면에 대한 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부(明部)와 암부(暗部)로 구분할 때, 상기 암부 면적을 기준으로 명부 면적이 10% 이상이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  7. 제6항에서,
    상기 본체 표면에 대한 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부와 암부로 구분할 때, 상기 암부 면적을 기준으로 명부 면적이 10% 이상이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 공정부품은 세라믹, 석영(quartz), 금속재료, 폴리머(polymer) 중 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품.
  9. 플라즈마에 노출되는 반도체 또는 디스플레이 제조장비 공정부품의 플라즈마 내식각성을 향상시키는 방법으로서,
    (a) 공정부품을 준비하는 단계;
    (b) 상기 공정부품 본체의 표면에서 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하는 단계;
    (c) 상기 공정부품 본체 표면에 세라믹 코팅막을 형성시키는 단계; 및
    (d) 상기 코팅막 표면에서 골과 피크의 일부 또는 전부를 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 (b)단계는 상기 공정부품 본체의 표면조도 Rz가 5.0㎛ 미만이 되도록 하고,
    상기 (d)단계는 상기 코팅막의 표면조도 Rz가 2.0㎛ 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 (b)단계는 상기 공정부품 본체 표면의 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부(明部)와 암부(暗部)로 구분하여, 상기 암부 면적을 기준으로 명부 면적이 10% 이상이 되도록 하고,
    상기 (d)단계는 상기 코팅막 표면의 광학현미경 사진을 상대적 밝기에 따라 명부와 암부로 구분하여, 상기 암부 면적을 기준으로 명부 면적이 10% 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
    상기 공정부품 본체 표면과 코팅막 표면에서 골과 피크를 제거하는 방법으로 절삭(cutting), 그라인딩(grinding), 브러싱(brushing), 폴리싱(polishing), 래핑(lapping), 화학적 연마 중 어느 하나 이상의 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법.
  13. 제9항에서,
    상기 (c)단계는 0~60℃ 및 진공 조건에서 Y2O3(yttria), YF3(yttrium fluoride), YSZ(Y2O3 stabilized ZrO2), Y4Al2O9(YAM), Y3Al5O12(YAG) 및 YAlO3(YAP) 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 세라믹 파우더를 분사하여 코팅막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법.
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