KR20170050969A - 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법 - Google Patents

내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170050969A
KR20170050969A KR1020150153180A KR20150153180A KR20170050969A KR 20170050969 A KR20170050969 A KR 20170050969A KR 1020150153180 A KR1020150153180 A KR 1020150153180A KR 20150153180 A KR20150153180 A KR 20150153180A KR 20170050969 A KR20170050969 A KR 20170050969A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
amorphous
coating material
mol
aerosol deposition
glass powder
Prior art date
Application number
KR1020150153180A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101842597B1 (ko
Inventor
김형순
최승곤
이성민
이정기
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
(주)단단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단, (주)단단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020150153180A priority Critical patent/KR101842597B1/ko
Publication of KR20170050969A publication Critical patent/KR20170050969A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101842597B1 publication Critical patent/KR101842597B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B1/00—Preparing the batches
    • C03B1/02—Compacting the glass batches, e.g. pelletising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C12/00—Powdered glass; Bead compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10—Glass or silica
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 에어로졸 증착에 의해 상온에서 후열처리 없이 플라즈마에 대하여 우수한 내성을 갖고 파티클 발생도 효과적으로 억제하는 코팅막을 형성하기에 적당한 것이다.
이러한 본 발명의 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법은, SiO2, Y2O3, Al2O3를 주성분으로 포함하는 비정질 모재 유리분말을 혼합하는 단계와; 혼합된 모재 유리분말을 용융하는 단계와; 모재 유리분말의 용융물을 공기 중에서 급랭시키면서 롤러에 의해 불규칙 형상의 유리 컬릿(cullet)을 형성하는 단계와; 상기 유리 컬릿을 1차 파쇄하여 조분을 형성하는 단계와; 상기 조분을 2차 파쇄하여 평균 입경이 수 μm 내지 200μm 범위에 속하는 미분의 코팅소재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법{Aerosol deposition amorphous coating materials for plasma resistant coating and manufacturing method thereof}
본 발명은 내플라즈마 코팅용 소재에 관한 것으로, 특히 에어로졸 증착에 의해 상온에서 후열처리 없이 플라즈마에 대하여 우수한 내성을 갖고 파티클 발생도 효과적으로 억제하는 코팅막을 형성하기에 적당한 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, IC, LSI, 액정표시소자 등의 반도체 소자의 제조 공정에서 플라즈마 에칭이나 CVD장치의 클리닝 용도로 불소계, 염소계 등의 부식성 가스가 다양하게 이용되고 있다. 불소계 가스에는 CF4, C2F6, C3F8, CF3/CF4, SF5 등이 있고, 염소계 가스에는 Cl2, BCl3, CCl4 등이 있다. 더 나아가 HF, F2, NF3 등을 이용하는 것도 제안되고 있다.
이와 같은 부식성 가스를 이용하는 장치의 용기, 내벽, 부품 등에서 상기 가스 또는 상기 가스를 포함하는 플라즈마에 접촉하는 챔버 내벽 부재로는 석영, 알루미나, 질화알루미늄, 이트리아 등의 세라믹스 또는 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인리스 등의 금속재료가 사용되고 있다. 그러나 이러한 부재들은 입계가 존재하기 때문에 입계가 먼저 부식이 되고, 장치 내의 파티클 발생의 원인이 되어 불량품을 만들게 되며, 챔버 자체의 수명이 줄어드는 등의 문제가 있다.
예를 들면, 석영 부재는 불소 가스와 반응해 SiF4를 생성한 후 승화하여 부식하게 된다. 또한, 이트리아, 알루미나, 질화알루미늄 등의 세라믹스 부재들은 알루미늄의 불화물 AlF3로 승화하여 부식되기는 어렵지만 물리적인 충격에 의한 소모가 발생하고, 동시에 플라즈마처리 용기 내에 사용되는 부재의 결정입계나 기공에서 선택적으로 부식이 일어나 장치 내에서 결정입자의 탈락에 의해 파티클이 발생하게 된다.
이런 문제를 해결하기 위해 결정입계를 제거하여 파티클의 발생을 억제하는 방법으로서, 종래기술인 한국공개특허 제2006-0044497호에는, 질화규소, 실리카 및 2a 또는 3a족 산화물 분말과 산화지르코늄 분말의 혼합물을 만들고, 이를 석영기재에 용사하여 비정질의 질소 함유된 용사막을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 그리고, 한국공개특허 제2002-121047호에는 내식성이 있는 Al2O3, CaO, MgO, ZrO, BaO 등을 함유하는 비정질 유리재료를 이용하는 것이 제안된 바 있었고, 석영에 0.1 내지 20wt%의 금속산화물을 첨가하여 유리소재를 제조하는 방법(한국공개특허 제2002-137929호 참조)과 질소를 함유시켜 내식성을 향상시키는 방법으로 Si-Al-O-N으로 구성된 유리(미국특허 제7015163호 참조)가 제안된 바 있었다.
그러나 이들 이같은 방식에서 사용되는 내식성 유리는 고가인 데다가, 반도체 제조공정에서 사용하기에는 내열 강도가 부족하고, 반도체 제조공정에 이용하는 용기, 부품으로서 사용할 수 있는 부분도 한정되었다.
한편, 기재를 보호하기 위해 기재 표면에 용사막을 형성하는 기술이 알려져 있기 때문에, 상술한 내식성 유리를 내열 강도가 있는 기재 상에 용사에 의해서 피복해서 사용하는 것을 고려할 수 있는데, 종래의 용사 기술은 1000℃ 이상의 고연화점을 갖는 유리를 기재에 우수한 밀착성을 갖도록 용사하는데 용사층의 버블링(bubbling)이 문제가 되었고, 특히 유리를 포함하는 산화물 상에 밀착성 좋게 용사막을 형성하기 어렵다는 문제점이 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 반도체 제조공정에 있어서 부식성 가스나 플라즈마를 이용하는 공정에서는 부재의 부식에 의한 파티클 발생, 그것에 수반하는 제품 오염, 비율 저하 등의 문제가 있었다. 또한, 이와 같은 문제를 억제하는 내식성 유리가 제안되고 있지만, 내식성 유리는 고가인데다가 내열 강도가 불충분하고, 이용할 수 있는 용도의 한정은 물론 1000℃ 이상의 고연화점을 갖는 유리를 기재에 용사한다는 점에서 제약으로 작용하는 복합적인 문제점이 있었다.
따라서, 고밀도 플라즈마가 사용되는 제조환경에서 오염입자의 발생이 적고, 수명이 길며, 대형 제품에 적용 가능한 새로운 코팅소재 및 공정이 절실하였다.
한국공개특허 제2002-121047호()
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 에어로졸 증착에 의해 상온에서 후열처리 없이 플라즈마에 대하여 우수한 내성을 갖고 파티클 발생도 효과적으로 억제하는 코팅막을 형성하기에 적당한 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재는, 비정질 모재 유리분말을 혼합하는 단계와; 혼합된 모재 유리분말을 용융하는 단계와; 모재 유리분말의 용융물을 공기 중에서 급랭시키면서 롤러에 의해 불규칙 형상의 유리 컬릿(cullet)을 형성하는 단계와; 상기 유리 컬릿을 1차 파쇄하여 조분을 형성하는 단계와; 상기 조분을 2차 파쇄하여 평균 입경이 수 μm 내지 200μm 범위에 속하는 미분의 코팅소재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 비정질 모재 유리분말은 SiO2, Y2O3, Al2O3를 주성분으로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모재 유리분말은 SiO2 10 내지 80mol%, Y2O3 5 내지 30mol%, 및 Al2O3 15 내지 40mol%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모재 유리분말은 SiO2 10 내지 80mol%, Y2O3 5 내지 30mol%, 및 Al2O3 15 내지 40mol%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 유리분말은 SiO2 10 내지 80mol%, Y2O3 5 내지 30mol%, Al2O3 15 내지 40mol% 및 Si3N4 0 내지 20mol%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모재 유리분말의 용융은 상기 혼합된 모재 유리분말을 전기로에 넣은 상태에서 상기 전기로의 온도를 10℃/min의 승온 속도로 높여주고 1600 내지 1650℃ 범위에 속한 온도에서 1시간 동안 이루어지는 것을 용융시킨 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 유리 컬릿의 2차 파쇄시 유성형 볼밀(planetary mono mill)을 이용하여 건식 볼 밀링을 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 건식 볼 밀링은 상기 유리 컬릿을 1차 파쇄된 상태에서 지르코니아 볼과 함께 지르코니아 용기(jar)에 넣어 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 조분을 2차 파쇄한 후 체(sieve)를 이용하여 체거름을 실시하여 입경별로 분류하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법은 에어로졸 증착에 의해 상온에서 후열처리 없이 플라즈마에 대하여 우수한 내성을 갖고 파티클 발생도 효과적으로 억제하는 코팅막을 형성하기에 적당한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재를 구현할 수 있다.
본 발명은 기존 에어로졸 증착에서 주로 다루어져 왔던 수백 nm 내지 수 μm 정도 크기를 갖는 분말 입도의 조건과 다른 파쇄된 유리분말에 대한 적절한 입도 조건을 확인할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명은 우수한 내식성을 가지면서도 우수한 투과도를 갖는 코팅막을 제공하는 것을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법을 설명하기 위한 흐름도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 내플라즈마 소재와 기준시편들과의 플라즈마 식각성 비교 그래프
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 내플라즈마 유리 조성물의 투과도를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 SiO2-Al2O3-Y2O3 3성분계 상태도로서 유리형성영역 및 실시예에 의한 비정질 소재 조성을 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 소재 입도 분포를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 소재의 미세구조를 나타낸 사진
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 소재의 시차주사열량계에 따른 열분석 결과를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 고온현미경으로 분석한 비정질 소재의 용융 거동을 나타낸 그래프
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 에어로졸 증착 공정의 모식도
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 코팅소재를 에어로졸 증착법으로 쿼츠 기판위에 형성한 코팅막을 surface profiler로 분석한 코팅막의 두께를 나타낸 그래프
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 에어로졸 증착법으로 쿼츠 기판위에 형성한 코팅막의 두께를 나타낸 그래프
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 에어로졸 증착법으로 쿼츠 기판위에 형성한 코팅막의 표면 및 단면 미세구조를 비교하여 나타낸 사진
도 13은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 SAY3의 소재를 에어로졸 증착법으로 scanning 횟수에 따라 쿼츠 기판위에 형성한 코팅막의 X선 회절한 그래프
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 SAY3의 소재를 에어로졸 증착법으로 scanning 횟수에 따라 쿼츠 기판위에 형성한 코팅막의 surface profiler로 분석한 코팅막의 두께 그래프
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 SAY3의 소재를 에어로졸 증착법으로 scanning 횟수에 따라 쿼츠 기판위에 형성한 코팅막 비교 사진
도 16은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 SAY3소재를 에어로졸 증착법으로 scanning 횟수에 따라 쿼츠 기판위에 형성한 코팅막의 투과도를 나타낸 그래프
도 17은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 SAY3의 소재를 에어로졸 증착법으로 쿼츠 기판위에 5번 증착한 코팅막의 표면연마 후의 표면과 단면의 미세구조를 나타낸 사진
도 18은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 내플라즈마 소재를 에어로졸 증착법으로 증착한 코팅막과 기준시편과의 플라즈마 식각성을 나타낸 그래프
도 19는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 에어로졸 증착법으로 증착한 코팅막과 기준시편과의 플라즈마 식각성 분석 후 표면의 미세구조를 나타낸 사진
도 20 및 도 21은 본 발명의 변형실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에서 비정질 코팅소재의 투광도를 나타낸 그래프
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법은, 모재 유리분말 혼합단계(S110)와, 모재 유리분말 용융단계(S120)와, 불규칙 형상 유리 컬릿 형성단계(S130)와, 1차 파쇄단계(S140)와, 2차 파쇄단계(S150)와, 체거름 단계(S160)로 이루어져 평균 입경이 수 μm 내지 200μm 범위에 속한 미분의 비정질 코팅소재를 형성한다.
이처럼 평균 입경 수 μm 내지 200μm 범위에 속한 미분의 비정질 코팅소재의 경우 파쇄되어 불규칙한 형상을 가짐에도 불구하고 에어로졸 증착시 코팅막 표면에 부분적으로 소결된 입자들이 나타나면서 코팅막 두께가 두껍고 치밀한 최적의 비정질 코팅막을 형성하게 되어 부식성 가스 및 플라즈마에 대한 우수한 내성을 갖고 파티클 발생도 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
여기서 주목할 수 있는 점은 통상적으로 에어로졸 증착용 표면 코팅소재라 하면 입경이 균일하면서도 둥근 분말입자를 생각하지만 본 발명의 경우 파격적으로 입경이 균일하지도 않고 대부분 모난 형태를 가지면서 불규칙한 형상(irregular shape)으로 이루어진 파쇄 유리분말을 사용한다는 점이다. 그럼에도 불구하고 파쇄 유리분말이 특정 범위가 되었을 때 에어로졸 증착에 의한 코팅막 두께가 두껍고 치밀할 뿐만 아니라 코팅막 표면에 부분적으로 소결된 입자들까지 나타나면서 최적의 비정질 코팅막을 형성한다는 점이 발견되어 새로운 에어로졸 증착용 코팅소재를 제안하게 된 것이다. 물론 그와 같이 파쇄 유리분말을 에어로졸 증착용 코팅소재로 사용하여 최상의 결과를 얻기 위해서는 에어로졸 증착용 코팅소재를 마련하는 과정에서 세심한 준비가 필요하다.
이하, 상기 각 단계들을 중심으로 하여 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
상기 모재 유리분말 혼합단계(S110)는 SiO2, Y2O3, Al2O3를 주성분으로 포함하는 비정질 모재 유리분말을 혼합하게 된다. 이를 위해 SiO2 10 내지 80mol%, Y2O3 5 내지 30mol%, 및 Al2O3 15 내지 40mol% 조성으로 이루어진 모재 유리분말을 터뷸러 믹서(tubular mixer) 등의 장치에서 1시간 동안 건식 혼합한다. 여기서 상기 모재 유리분말에는 Si3N4 0 내지 20mol%가 더 포함될 수 있다.
상기 모재 유리분말 혼합단계(S120)가 완료되면 모재 유리분말 용융단계가 진행된다. 이 단계에서는 혼합된 모재 유리분말을 백금도가니에 담아 kanthal super 전기로에 넣은 상태에서 상기 전기로의 온도를 10℃/min의 승온 속도로 높여주고 1600 내지 1650℃ 범위에 속한 온도에서 1시간 동안 용융한다.
상기 불규칙 형상 유리 컬릿 형성단계(S130)는 상기 모재 유리분말의 용융물을 공기 중에서 급랭시키면서 리본 롤러(ribbin roller)에 의해 불규칙 형상의 유리 컬릿(cullet)을 형성하게 된다.
상기 1차 파쇄단계(S140)는 전 단계에서 만들어진 유리 컬릿을 알루미나 유발을 사용하여 1차 파쇄함으로써 조분(RC powder)을 형성하게 된다. 여기서 알루미나 유발의 사용은 소량인 경우 적합하지만 대량의 유리 컬릿을 1차 파쇄하고자 하는 경우에는 볼밀을 사용할 수 있다. 여기서 알루미나 소재의 유발을 사용하는 이유는 모재 유리분말의 입자 중 한 성분인 Al2O3와 일치시킴으로써 1차 파쇄시 유발로 인한 오염을 최소화하기 위한 것이다.
상기 2차 파쇄단계(S150)는 1차 파쇄로 형성된 조분을 평균 입경이 수 μm 내지 200μm 범위에 속하는 미분의 코팅소재로 형성하게 된다. 이를 위해 유성형 볼밀(planetary mono mill)을 이용하여 건식 볼 밀링을 실시하는데, 1차 파쇄로 형성된 조분을 지르코니아 볼(ZrO ball)과 함께 지르코니아 용기(jar)에 담는 것이 적당하다. 여기서 지르코니아 볼을 이용하는 이유는 볼들이 서로 충돌하거나 용기의 내벽과 충돌하여 오염 물질을 발생시키는 문제를 최소화하기 위함이다. 여기서 동일한 문제를 해소하기 위한 방안으로 지르코니아 볼 대신 Al2O3 볼을 이용하는 것도 가능하다.
다만, 본 발명의 경우 최적의 평균 입경인 수 μm 내지 200μm을 형성하는데 볼밀로도 충분하지만, 향후 상기 2차 파쇄단계를 보다 신속히 수행하거나 대량의 처리를 위해 볼밀 대신 제트(jet) 기류를 이용하여 보다 작은 입경을 형성하는 것이 가능한 젯 밀링을 활용하는 것도 고려할 수 있을 것이다.
상기 체거름 단계(S160)에서는 상기 조분을 2차 파쇄한 후 체(sieve)를 이용하여 체거름을 실시함으로써 코팅소재를 입경별로 분류할 수 있다. 이후 상온 보관하거나 건조하여 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재의 제조를 완료한다.
계속해서 전술된 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에 의해 형성된 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재에 대해 실험결과를 토대로 하여 설명하기로 한다.
<실험예>
전술된 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에서 제조된 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재(SAY)의 경우 도 2와 도 3에서 볼 수 있는 것처럼 쿼츠보다 우수한 내플라즈마성과 가시광 투과도를 갖는다.
본 실험에서는 비정질 코팅소재의 조성을 아래 표 1과 같이 달리 하여 비교하여 보았다. 도 4는 비정질 코팅소재의 1단계 조성과 2단계 조성에 따른 차이를 도식적으로 표시한 것이다.

Components (mol%)
SiO2 Al2O3 Y2O3 SUM
SAY glasses 1st 61 19 20 100
2nd 55 28 17 100
이같은 비정질 코팅소재를 아래 표 2와 같이 입경 분포를 달리하여 그 특성을 비교 분석하였다.
Particle size distribution (μm)
SAY1 68.4
SAY2 52.2
SAY3 19.0
SAY4 12.2
본 발명의 실시예에 따른 비정질 코팅소재를 표 2에 기재된 입경 차에 따라 SAY1, SAY2, SAY3, SAY4로 구분하였다. 이들 입자들의 형상 차이를 도 5와 도 6을 통해 비교하여 볼 수 있다.
이들 비정질 코팅소재들은 도 7에서 볼 수 있는 것처럼 유리전이온도(Tg)가 903℃로 높은 열물성을 지지고 있으며, 도 8에서 볼 수 있는 것처럼 온도가 증가함에 따라 결정화 경향을 보였다.
계속해서 전술된 특성들을 갖는 본 발명의 실시예에 의한 비정질 코팅소재를 사용하여 에어로졸 증착을 실시하였다. 도 9는 에어로졸 증착을 위한 장비의 구성을 나타낸 것으로 일반적인 장비와 다르지 않다. 에어로졸 증착 장비에서 에어로졸 챔버에 비정질 코팅소재 SAY1, SAY2, SAY3, SAY4를 구분하여 투입한 후 에어로졸 증착을 실시하였으며 그 결과물을 비교하여 살펴보았다.
단, 에어로졸 증착 조건을 아래 표 3과 같다.
SAY1, SAY2, SAY3, SAY4
REP. 7
stage 속도 0.625mm/sec
scan length 5mm
carrier gas N2
노즐 거리 5mm
유속 10 sccm
그 결과 도 10과 도 11에서 볼 수 있는 것처럼 SAY3의 코팅막 두께가 가장 두껍고 SAY1이 가장 얇게 형성되었다. 주목할 수 있는 것은 평균 입경 크기가 SAY4보다 작은 SAY3를 사용하였을 때 코팅막 두께가 가장 두껍게 형성되었다는 점이다. 이를 도 12의 사진으로 확인할 수 있다. 그리고 SAY1, SAY2, SAY3, SAY4 모두에서 코팅막 표면에 부분 소결된 입자들이 관찰되었음을 볼 수 있으며 이는 에어로졸 증착임에도 불구하고 코팅막의 치밀함에 매우 긍정적인 영향을 미치는 요인이 될 것으로 기대된다.
이번에는 앞선 비교 실험에서 가장 우수한 결과물을 얻은 SAY3를 표 3과 동일 조건 하에서 scanning 횟수(에어로졸 증착 횟수)만 달리하여 1회 scanning(SAY3-1), 3회 scanning(SAY3-3), 5회 scanning(SAY3-5)시 형성되는 코팅막을 관찰하였다. 그 결과 도 13에서 볼 수 있는 것처럼 여전히 비결정질의 패턴을 형성하였으며, 도 14에서 볼 수 있는 것처럼 scanning 횟수가 증가할수록 코팅막의 두께도 증가하며 5회 scanning시 약 13μm 두께를 갖는 코팅막이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 1회 scanning시 약 3μm 두께를 갖는 코팅막이 형성된 것과 비교하여 거의 scanning 횟수와 코팅막 두께가 비례함을 알 수 있다.
또한, 코팅막의 투과도를 살펴보면 도 15 및 도 16에서 볼 수 있는 것처럼 scanning 횟수가 증가하여도 투과도는 감소하지만 전반적으로 우수한 투과도를 보인다는 것을 확인할 수 있다. SAY3-5에 의한 코팅막의 경우 88%(550nm)이상의 투과도를 나타낼 정도이다.
이어서, 위에서 5회 scanning을 하여 약 13μm 두께를 갖는 코팅막에 대하여 표면 연마를 실시한 후 두께 변화 및 표면 상태를 관찰하였다. 그 결과 도 17에서 볼 수 있는 것처럼 코팅막의 두께는 10.9μm 정도가 되었으나 표면 상태는 마치 연마가 완전히 이루어지지 않은 듯 한 형태가 남아 있는 것으로 확인되었다.
계속해서 SAY3-5에 의한 코팅막과 쿼츠를 비교하여 플라즈마 식각 평가 결과를 비교하였다. 그 결과 도 18에서 볼 수 있는 쿼츠는 식각되는 두께가 14.02 μm 정도이나 코팅막은 대략 1.10 μm 로 플라즈마 식각성에서 큰 차이가 있었다. 도 19의 사진을 살펴보면 SAY3-5에 의한 코팅막의 경우 표면에서 연마가 더 이루어지지 않고 남아 있는 부분을 위주로 식각이 더 발생하였으나 전반적으로 상태가 양호하다는 점을 알 수 있다.
전술된 실험 결과를 정리해보면 기재와 본 발명의 실시예에 의한 비정질 코팅소재의 열팽창 계수 차이에도 불구하고 에어로졸 증착에 의해 상온에서 후열처리 없이 치밀한 코팅막이 형성되었음을 확인할 수 있었으며, 에어로졸 증착 공정에서 기존에 연구된 수백 nm 내지 수 μm 정도 크기를 갖는 분말 입도의 조건과 다른 파쇄된 유리분말에 대한 적절한 입도 조건을 확인할 수 있었다.
또한, 본 실험을 통해 형성된 코팅막은 550nm 에서 88% 이상의 투과도를 보였으며 플라즈마 식각 평가 결과 쿼츠 대비 10% 이하의 높은 내식성을 지니는 것으로 확인할 수 있었다.
<변형실시예>
한편, 본 발명의 변형실시예에서는 SiO2, Y2O3, Al2O3를 비정질 모재 유리분말 또는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재의 주성분으로 하는 대신 SiO2 10mol% 내지 80mol%, Al2O3 15mol% 내지 40mol%, 및 알칼리토금속의 산화물, 희토류 금속의 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물 0 mol% 초과 내지 30mol%을 포함하도록 변형한 것을 특징으로 한다. 를 포함하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재의 특성을 파악하기 위해 알루미나 실리케이트 유리 조성물에 Y2O3, Gd2O3 및 La2O3 각각을 아래 첨부된 표 4에 기재된 조성 (단위: mol%)을 가지도록 정확한 양으로 측량하여 혼합한 후 Pt 도가니 안에 넣은 후, 1650℃ 에서 3 시간 동안 용융시켰다. 그 후 상기 용융물을 800℃ 내지 900℃의 온도에서 1 시간 동안 어닐링 하여 유리 벌크 시편을 제조하였고, 그리고 나서 제조된 유리 벌크 시편의 유리전이점, 연화점, 열팽창계수, 경도, 탄성계수 등의 물성을 측정하였다.
SiO2 Al2O3 Y2O3 Gd2O3 La2O3
실시예1 61 19 0 20 0
실시예2 61 19 0 0 20
실시예3 61 19 5 15 0
실시예4 61 19 10 10 0
실시예5 61 19 15 5 0
상기 벌크 시편을 파쇄한 후 Tg-DTA를 이용하여 유리전이온도(Tg)를 측정하였으며, 제조한 벌크 시편을 연마하여 열팽창계수측정기(dilatometer)를 이용하여 열팽창계수(CTE) 및 연화점(Tds)을 측정하였다. 여기서, 열팽창계수(CTE)란 특정온도 범위에서 기존 길이 대비 시편의 상대 팽창정도를 나타낸 값을 나타낸다. 또한, 나노인덴터(nanoindentor)를 이용하여 경도(hardness)와 탄성계수(elastic modulus)를 측정하였다. 상기 벌크 시편의 각 물성에 대한 측정결과는 표 5에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
Tg 870 842.8 877.5 882.6 881
CTE 5.8E-06 5.8E-06 6.0E-06 6.3E-06 5.4E-06
Tds 918 889.5 923.3 929.1 927.9
경도 7.42 6.88 7.43 7.47 7.35
탄성계수 125.1 109.0 111.6 113.2 114.1
내플라즈마성을 측정하기 위하여 상기 벌크 시편을 연마하여 알파스텝(α-step)을 이용하여 플라즈마 에칭 후에 식각된 깊이를 비교하였다. 상기 벌크 시편은 알루미노실리케이트 유리에 희토류 원소의 산화물을 첨가하였는데, 비교예인 쿼츠에 비하여 5 내지 13%의 매우 낮은 식각률을 보여주었다. 상기 벌크 시편의 포함된 성분에 따른 내플라마성 변화를 하기 표 6에 나타내었다.
Sample Etched depth(μm) Relatively etch rate with quarts
비교예(석영) 19.71 100
실시예1 1.82 9.26
실시예2 2.54 12.88
실시예3 2.05 10.42
실시예4 1.56 7.93
실시예5 1.05 5.33
또한, 도 20 및 도 21은 상기 벌크 시편의 투광도를 나타낸 그래프이다. 도 20 및 도 21을 참조하면, 모든 조성의 벌크 시편들이 가시광선영역에서 최소 80내지 90% 이상의 높은 투광도를 보여주었다.
그러므로 SiO2 10mol% 내지 80mol%, Al2O3 15mol% 내지 40mol%, 및 알칼리토금속의 산화물, 희토류 금속의 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물 0 mol% 초과 내지 30mol%을 포함하는 소재의 경우에도 SiO2, Y2O3, Al2O3를 주성분으로 하는 소재와 같이 그 특성이 내플라즈마 부재로 사용되기 적합하여 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재로 사용하는데 적합하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (15)

  1. 비정질 모재 유리분말을 혼합하는 단계와;
    혼합된 모재 유리분말을 용융하는 단계와;
    모재 유리분말의 용융물을 공기 중에서 급랭시키면서 롤러에 의해 불규칙 형상의 유리 컬릿(cullet)을 형성하는 단계와;
    상기 유리 컬릿을 1차 파쇄하여 조분을 형성하는 단계와;
    상기 조분을 2차 파쇄하여 평균 입경이 수 μm 내지 200μm 범위에 속하는 미분의 코팅소재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비정질 모재 유리분말은 SiO2, Y2O3, Al2O3를 주성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모재 유리분말은 SiO2 10 내지 80mol%, Y2O3 5 내지 30mol%, 및 Al2O3 15 내지 40mol%를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유리분말은 SiO2 10 내지 80mol%, Y2O3 5 내지 30mol%, Al2O3 15 내지 40mol% 및 Si3N4 0 내지 20mol%를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비정질 모재 유리분말은 SiO2 10mol% 내지 80mol%, Al2O3 15mol% 내지 40mol%, 및 알칼리토금속의 산화물, 희토류 금속의 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물 0 mol% 초과 내지 30mol%를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 희토류 금속의 산화물은 란타늄족 금속 원소의 산화물을 포함하되,
    상기 란타늄족 금속 원소의 산화물은, 란타늄(La), 세슘(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 톨륨(Tm), 이터븀(Yb), 루템튬(Lu) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 란타늄족 금속 원소의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모재 유리분말의 용융은 상기 혼합된 모재 유리분말을 전기로에 넣은 상태에서 상기 전기로의 온도를 10℃/min의 승온 속도로 높여주고 1600 내지 1650℃ 범위에 속한 온도에서 1시간 동안 이루어지는 것을 용융시킨 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유리 컬릿의 2차 파쇄시 유성형 볼밀(planetary mono mill)을 이용하여 건식 볼 밀링을 실시하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 건식 볼 밀링은 상기 유리 컬릿을 1차 파쇄된 상태에서 지르코니아 볼과 함께 지르코니아 용기(jar)에 넣어 실시하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 조분을 2차 파쇄한 후 체(sieve)를 이용하여 체거름을 실시하여 입경별로 분류하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재.
  12. 제11항의 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재를 사용하여 에어로졸 증착에 의해 기재 위에 코팅막을 형성한 것을 특징으로 하는 내플라즈마 부재.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기재는 알루미나, 석영 및 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 부재.
  14. SiO2, Y2O3, Al2O3를 주성분으로 포함하는 비정질 유리 분말이며, 평균 입경 수 μm 내지 200μm 범위에 속한 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재.
  15. 제14항의 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재를 사용하여 에어로졸 증착에 의해 기재 위에 코팅막을 형성한 것을 특징으로 하는 내플라즈마 부재.
KR1020150153180A 2015-11-02 2015-11-02 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법 KR101842597B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150153180A KR101842597B1 (ko) 2015-11-02 2015-11-02 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150153180A KR101842597B1 (ko) 2015-11-02 2015-11-02 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170050969A true KR20170050969A (ko) 2017-05-11
KR101842597B1 KR101842597B1 (ko) 2018-03-29

Family

ID=58741698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150153180A KR101842597B1 (ko) 2015-11-02 2015-11-02 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101842597B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018093191A1 (ko) * 2016-11-17 2018-05-24 금오공과대학교 산학협력단 내플라즈마용 세라믹스를 위한 용융코팅용 유리 프릿 조성물 및 코팅층의 제조 방법
KR20190068364A (ko) * 2017-12-08 2019-06-18 금오공과대학교 산학협력단 내플라즈마용 치밀 세라믹 코팅막 및 그의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102582133B1 (ko) * 2021-02-24 2023-09-22 엘지전자 주식회사 복합기능 유리 코팅막과 이의 제조방법 및 이를 포함하는 가전기기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018093191A1 (ko) * 2016-11-17 2018-05-24 금오공과대학교 산학협력단 내플라즈마용 세라믹스를 위한 용융코팅용 유리 프릿 조성물 및 코팅층의 제조 방법
KR20190068364A (ko) * 2017-12-08 2019-06-18 금오공과대학교 산학협력단 내플라즈마용 치밀 세라믹 코팅막 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101842597B1 (ko) 2018-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9896376B2 (en) Ceramic component formed ceramic portions bonded together with a halogen plasma resistant bonding agent
CN102245540A (zh) 抗反应性等离子体处理的保护涂层
JP4663927B2 (ja) 希土類含有酸化物部材
US11535550B2 (en) Yttrium aluminum silicate glass ceramic coating for semiconductor chamber apparatus
JP2008133528A (ja) 溶射用粉末、溶射皮膜の形成方法、及び耐プラズマ性部材
KR101842597B1 (ko) 내플라즈마 코팅을 위한 에어로졸 증착용 비정질 코팅소재 및 그의 제조방법
KR20120057272A (ko) 비정질 내플라즈마 유리조성물 및 이를 이용한 내플라즈마 부재
Choi et al. Plasma resistant glass (PRG) for reducing particulate contamination during plasma etching in semiconductor manufacturing: A review
JP2006152408A (ja) 溶射用粉末、溶射方法及び溶射皮膜
US7084084B2 (en) Highly durable silica glass, process for producing same, member comprised thereof, and apparatus provided therewith
EP1589128A1 (en) Corrosion-resistant member and method for producing same
JP2023508677A (ja) 耐プラズマガラスおよびその製造方法
JPH10279349A (ja) 耐プラズマ性に優れたアルミナセラミックス
KR100972567B1 (ko) 내플라즈마 부재 및 그 제조방법
EP1332117A2 (en) Glass member resistant to plasma corrosion
JP4367142B2 (ja) 耐蝕性部材及びその製造方法
KR20210036138A (ko) 플라즈마 내식성을 갖는 결정화 유리 및 이를 포함하는 건식식각 공정 부품
US20090053533A1 (en) Corrosion-resistant member and process of producing the same
JP2002193634A (ja) プラズマ耐食性に優れた石英ガラス及び石英ガラス治具
Lim et al. Dielectric, thermal and sintering behavior of BaO-B 2 O 3-SiO 2 glasses with the addition of Al 2 O 3
JP2005097722A (ja) 耐蝕性部材及びその製造方法
KR20190073790A (ko) 용사 재료 및 그 용사 재료로 제조된 용사 피막
JP2023097873A (ja) 耐ハロゲン性のガラス材、ガラス被膜、およびそれらの製造方法
JP2023145143A (ja) プラズマ処理装置用部材
TW202200806A (zh) 懸浮等離子體熱噴塗用漿料組合物、其製備方法及懸浮等離子體熱噴塗塗膜

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant