KR20210069838A - Method of manufacturing components for semiconductor processing chamber having high hardness - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 베이스 기판 표면에 이트륨계 불화물을 분사 코팅 시 비산화물 입자를 함께 분사 코팅하여, 코팅막 전체의 기계적 특성을 강화시킨, 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness, in which non-oxide particles are spray-coated together with yttrium-based fluoride on the surface of a base substrate to enhance mechanical properties of the entire coating film.
반도체, 발광다이오드, 태양전지 등을 제작할 때 증착, 에칭, 확산, 세정 등의 공정을 거치게 된다. 이러한 공정들은 플라즈마 챔버 내부에서 수행된다. 플라즈마 처리를 위해 사용되는 장비는 부품 또는 구성부품의 표면에 내식성 코팅이 제공된 부품을 전형적으로 포함한다. 플라즈마 챔버 내부에 배치된 부품들은 플라즈마 분위기와 고온에 노출되어 있기 때문에 내플라즈마성, 내식성 및 내부식성 등과 같은 물성이 요구된다. When manufacturing semiconductors, light emitting diodes, solar cells, etc., processes such as deposition, etching, diffusion, and cleaning are performed. These processes are performed inside a plasma chamber. Equipment used for plasma treatment typically includes a component in which the surface of the component or component is provided with a corrosion resistant coating. Since components disposed inside the plasma chamber are exposed to plasma atmosphere and high temperature, properties such as plasma resistance, corrosion resistance and corrosion resistance are required.
종래에는 챔버의 부품에 사용되는 소재로 알루미나(Al2O3)를 주로 사용하였다. 하지만 알루미나(Al2O3)는 플라즈마에 대한 내식성이 약해 RF 파워가 커지는 환경에서는 사용되기에 부적합한 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3)를 혼합하여 사용하였으나, 이트리아(Y2O3)는 굽힘 강도가 작아 열적 안정성과 경도가 낮은 단점이 있다. Conventionally, alumina (Al 2 O 3 ) was mainly used as a material used for the parts of the chamber. However, alumina (Al 2 O 3 ) has a weak corrosion resistance to plasma, which makes it unsuitable for use in an environment where RF power is increased. To overcome this, alumina (Al 2 O 3 ) and yttria (Y 2 O 3 ) were mixed and used, but yttria (Y 2 O 3 ) has low bending strength and low thermal stability and hardness.
한편, 지르코니아(ZrO2) 소재에 기계적 강도를 높이기 위한 산화물을 첨가하여 챔버의 부품을 제조하는 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 이 경우 산화물 첨가 시 코팅 과정에서 제3상의 반응물이 생성되는데, 생성된 반응물은 제거가 어려우며 반도체 소자에서 웨이퍼 수준 결함을 야기하게 된다.On the other hand, by adding an oxide for increasing the mechanical strength to the zirconia (ZrO 2 ) material has been researched to manufacture the chamber parts. However, in this case, when the oxide is added, a reactant of the third phase is generated during the coating process, and the reactant is difficult to remove and causes wafer-level defects in the semiconductor device.
따라서, 내플라즈마 침식성이 우수함과 동시에 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 반도체 부품이 마련될 필요가 있다.Therefore, there is a need to provide a semiconductor component that is excellent in plasma erosion resistance and can improve mechanical properties at the same time.
본 발명의 목적은 내플라즈마 침식성 뿐만 아니라 고경도를 동시에 확보하는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber that simultaneously secures high hardness as well as plasma erosion resistance.
또한 본 발명의 목적은 내플라즈마 코팅의 성능을 유지하고 수명을 연장시킬 수 있는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber capable of maintaining the performance of the plasma coating and extending the lifespan.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Moreover, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법은 (a) 베이스 기판을 마련하는 단계; 및 (b) 상기 베이스 기판 표면에 이트륨계 불화물을 분사 코팅하여 이트륨계 불화물층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 분사 코팅 시, 비산화물 입자를 첨가하여 분사 코팅하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness according to the present invention comprises the steps of: (a) providing a base substrate; and (b) spray-coating a yttrium-based fluoride layer on the surface of the base substrate to form a yttrium-based fluoride layer; and, during spray coating, spray-coating by adding non-oxide particles.
본 발명에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품은 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판 표면에 코팅되는 이트륨계 불화물층;을 포함하고, 상기 이트륨계 불화물층은 비산화물 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.A component for a semiconductor processing chamber having high hardness according to the present invention includes a base substrate; and a yttrium-based fluoride layer coated on the surface of the base substrate, wherein the yttrium-based fluoride layer includes non-oxide particles.
본 발명에 따른 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법은 베이스 기판 상에 이트륨계 불화물층을 분사 코팅하되, 이트륨계 불화물층에 강화제로서 비산화물 입자를 첨가하여 분사 코팅함에 따라, 내플라즈마 침식성과 함께 반도체 부품의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 아울러 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 내플라즈마 코팅 성능을 유지할 수 있으며, 수명을 연장시키는 효과가 있다.In the method for manufacturing a component for a semiconductor processing chamber according to the present invention, a yttrium-based fluoride layer is spray-coated on a base substrate, and non-oxide particles are added as a reinforcing agent to the yttrium-based fluoride layer to spray-coat the semiconductor with plasma erosion resistance. The mechanical properties of the part can be improved. In addition, it is possible to maintain the plasma coating performance of the components for the semiconductor processing chamber, and has the effect of extending the lifespan.
또한 본 발명의 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법은 경도와 내마모성을 향상시킴에 따라 공정 안정성, 유지비용 절감 효과가 있다.In addition, the method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber of the present invention has the effect of reducing the process stability and maintenance cost by improving hardness and wear resistance.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.
도 1은 본 발명에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조과정을 나타낸 모습이다.
도 3은 본 발명에 따른 이트륨계 불화물 기반의 코팅층을 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 단면도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness according to the present invention.
2 is a view showing a manufacturing process of a component for a semiconductor processing chamber having a high hardness according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a component for a semiconductor processing chamber having a yttrium-based fluoride-based coating layer according to the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. In the following, that an arbitrary component is disposed on the "upper (or lower)" of the component or "upper (or below)" of the component means that any component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. Furthermore, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness according to an embodiment of the present invention will be described.
종래에는 부품에 산화물을 첨가하여 기계적 물성을 향상시키고자 하였으나, 코팅 시 부품과 산화물이 반응하여 제3상의 반응물이 생성됨에 따라 불순물로 작용하여 제거가 어렵고, 반도체 소자에서 웨이퍼 수준 결함을 야기하게 된다.Conventionally, it was attempted to improve mechanical properties by adding an oxide to the component, but during coating, the component and the oxide react to generate a reactant in the third phase, which acts as an impurity and is difficult to remove, causing wafer-level defects in semiconductor devices. .
본 발명에서는 불화물에 대하여 반응성이 낮은 비산화물을 이용하여 코팅 시 제3상이 생성되지 않도록 함과 동시에 코팅막 전체의 기계적 특성을 강화시키기 위한 목적으로 본 발명을 연구하였다.In the present invention, the present invention was studied for the purpose of preventing the generation of a third phase during coating using a non-oxide having low reactivity with respect to fluoride and at the same time strengthening the mechanical properties of the entire coating film.
도 1은 본 발명에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 2는 본 발명에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조과정을 나타낸 모습이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness according to the present invention. 2 is a view showing a manufacturing process of a component for a semiconductor processing chamber having a high hardness according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법은 베이스 기판을 마련하는 단계(S110) 및 이트륨계 불화물 기반에 비산화물 입자를 첨가하여 분사 코팅하는 단계(S120)를 포함한다.1 and 2, the method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness according to the present invention comprises the steps of preparing a base substrate (S110) and spray coating by adding non-oxide particles to a yttrium-based fluoride base. Step S120 is included.
먼저, 베이스 기판을 마련한다.First, a base substrate is prepared.
베이스 기판은 통상의 반도체 프로세싱 챔버용 부품에 사용되는 것으로, 금속, 합금, 소결된 세라믹 재질로 형성될 수 있다. The base substrate is used for a component for a typical semiconductor processing chamber, and may be formed of a metal, an alloy, or a sintered ceramic material.
베이스 기판은 예를 들어, 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 탄화티타늄(TiC), 탄화텅스텐(WC), 탄화크롬(CrC), 탄화탄탈륨(TaC) 및 탄화지르코늄(ZrC), 이트리아(Y2O3), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화크롬(Cr2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화철(FeO), 산화주석(SnO2), 이산화타이타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화하프늄(HfO2), 산화탄탈륨(Ta2O5), 루테늄산화물(RuO2), 일산화납(PbO), 산화아연(ZnO), 과산화스트론튬(SrO2), 산화비스무트(Bi2O3), 뮬라이트(3Al2O3-2SiO2), 란탄족계 산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The base substrate may be, for example, silicon (Si), silicon carbide (SiC), titanium carbide (TiC), tungsten carbide (WC), chromium carbide (CrC), tantalum carbide (TaC) and zirconium carbide (ZrC), yttria. (Y 2 O 3 ), Silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), iron oxide (FeO), tin oxide (SnO 2 ), titanium dioxide ( TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), ruthenium oxide (RuO 2 ), lead monoxide (PbO), zinc oxide (ZnO), strontium peroxide (SrO 2 ) ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 -2SiO 2 ), and may include at least one of lanthanide-based oxides.
본 발명에서는 베이스 기판 표면에 내플라즈마성이 우수한 이트륨계 불화물로 분사 코팅하고, 기계적 특성이 우수한 비산화물 입자를 강화제로 첨가하여, 이트륨계 불화물과 비산화물 입자를 함께 분사 코팅한다. In the present invention, the surface of the base substrate is spray-coated with yttrium-based fluoride having excellent plasma resistance, and non-oxide particles having excellent mechanical properties are added as a reinforcing agent, and the yttrium-based fluoride and non-oxide particles are spray-coated together.
본 발명에서 코팅층에 이트륨계 불화물을 사용하는 이유는 내플라즈마성이 매우 우수하고, 화학적 안정성이 높으며, 첨가될 비산화물과 반응성이 낮기 때문이다. 여기서 이트륨계 불화물은 YOF, Y5O4F7, Y7O6F9, 및 YF3 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. The reason why the yttrium-based fluoride is used for the coating layer in the present invention is that it has excellent plasma resistance, high chemical stability, and low reactivity with non-oxide to be added. Here, the yttrium-based fluoride preferably includes at least one of YOF, Y 5 O 4 F 7 , Y 7 O 6 F 9 , and YF 3 .
본 발명에서는 이트륨계 불화물 기반에 강화제인 비산화물 입자를 함께 혼합하여 분사 코팅함에 따라 내플라즈마 침식성과 고경도를 갖는 챔버용 부품을 제조할 수 있다. 이트륨계 불화물은 평균입도가 0.1~20 ㎛ 이내의 구형 또는 일부 변형된 구형의 형태로 제공되며 경우에 따라서는 편석된 형태로 제공될 수 있다.In the present invention, it is possible to manufacture a chamber component having plasma erosion resistance and high hardness by mixing and spraying coating with non-oxide particles, which are reinforcing agents, on a yttrium-based fluoride base. The yttrium-based fluoride is provided in a spherical or partially deformed spherical form having an average particle size of 0.1 to 20 μm, and in some cases, may be provided in a segregated form.
비산화물 입자는 평균 입도가 100㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.1㎛ 이상 내지 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 평균 입도가 100㎛ 이하인 비산화물 입자로부터 코팅층을 형성하게 되면, 코팅층의 조직이 치밀하게 되면서 경도와 강도가 증가하게 된다. 특히, 경도가 향상되고, 내마모성이 우수한 효과를 얻을 수 있다. 반대로, 100㎛를 초과하는 비산화물 입자를 사용하는 경우, 코팅층의 강도 등 기계적 특성이 저하될 우려와 코팅층 자체의 성능이 낮아지는 문제점이 있다.The non-oxide particles preferably have an average particle size of 100 µm or less, and more preferably 0.1 µm or more to 50 µm or less. When the coating layer is formed from non-oxide particles having an average particle size of 100 μm or less, the structure of the coating layer becomes dense and hardness and strength increase. In particular, it is possible to obtain the effect of improving the hardness and excellent wear resistance. Conversely, when non-oxide particles exceeding 100 μm are used, there is a concern that mechanical properties such as strength of the coating layer may be deteriorated and the performance of the coating layer itself may be lowered.
코팅층(이트륨계 불화물층) 자체의 기계적 특성, 즉, 고경도 및 내마모성을 향상시키기 위해, 질화물, 탄화물 또는 탄질화물을 포함하는 비산화물 입자를 포함한다.In order to improve the mechanical properties of the coating layer (yttrium-based fluoride layer) itself, that is, high hardness and wear resistance, non-oxide particles including nitride, carbide or carbonitride are included.
질화물 소재로 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화크롬 등을 포함할 수 있다. 탄화물 소재로는 탄화규소, 탄화규소, 탄화텅스텐 등을 포함할 수 있다.The nitride material may include silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, chromium nitride, and the like. The carbide material may include silicon carbide, silicon carbide, tungsten carbide, and the like.
비산화물 입자는 이트륨계 불화물 100중량부에 대하여, 1~50중량부로 첨가될 수 있다. 비산화물 입자의 함량이 1중량부 미만인 경우, 코팅층의 고경도 및 내마모성 효과 없이 제조비용만 증가하게 된다. 반대로, 50중량부를 초과하는 경우, 코팅층 자체의 고유의 특성이 변화되는 문제점이 발생한다.Non-oxide particles may be added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the yttrium-based fluoride. When the content of the non-oxide particles is less than 1 part by weight, only the manufacturing cost increases without the effect of high hardness and wear resistance of the coating layer. Conversely, when it exceeds 50 parts by weight, a problem occurs in that the intrinsic properties of the coating layer itself are changed.
본 발명에서는 이트륨계 불화물과 비산화물 입자를 혼합한 상태로 분사 코팅하기 때문에 코팅층(이트륨계 불화물층)의 치밀도가 향상되면서 균일한 두께의 코팅층을 얻을 수 있다. 이트륨계 불화물과 비산화물 입자는 혼합 및 교반되어 슬러리 상태로 분사 코팅될 수 있으며, 분산매로 유기 용제나 증류수를 포함할 수 있다. In the present invention, since yttrium-based fluoride and non-oxide particles are spray coated in a mixed state, the density of the coating layer (yttrium-based fluoride layer) is improved, and a coating layer having a uniform thickness can be obtained. The yttrium-based fluoride and non-oxide particles may be spray-coated in a slurry state by mixing and stirring, and may include an organic solvent or distilled water as a dispersion medium.
본 발명에서 분사 코팅은 APS(Atmospheric Plasma Spray), PVD(Physical Vapor Deposition), 서스펜션 플라즈마 용사 코팅(Suspension plasma spray), 고속화염 코팅(High Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 진공 플라즈마 코팅(Vacuum Plasma Spraying, VPS), 저온분사 코팅(cold spray) 또는 저압건식분사 코팅(aerosol deposition, AD)으로 수행될 수 있다.In the present invention, spray coating is APS (Atmospheric Plasma Spray), PVD (Physical Vapor Deposition), suspension plasma spray coating (Suspension plasma spray), high-speed flame coating (High Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), vacuum plasma coating (Vacuum Plasma Spraying) , VPS), cold spray coating or low pressure dry spray coating (aerosol deposition, AD).
APS는 고온의 열원을 이용하여 분말을 녹인 후 분사하여 후막을 형성하는 방법이다. PVD는 드라이 플레이팅이라고도 한다. PVD 는 진공 중에 금속 또는 세라믹을 기화시켜 기화된 금속 또는 세라믹 입자가 방해물 없이 부품 표면에 증착된다. 서스펜션 플라즈마 용사 코팅은 기존의 플라즈마 용사와 유사한 방법이나 코팅원료로 서스펜션 혹은 슬러리를 사용하는 방법이다. APS is a method of forming a thick film by dissolving powder using a high-temperature heat source and then spraying it. PVD is also called dry plating. PVD vaporizes the metal or ceramic in a vacuum so that the vaporized metal or ceramic particles are deposited on the component surface without obstruction. Suspension plasma spray coating is a method similar to conventional plasma spraying, but a method using a suspension or slurry as a coating material.
고속화염 코팅은 연료가스(프로판, 메틸아세틸렌, 헵탄, 수소)를 산소와 함께 고압에서 연소시켜 고속의 제트를 발생시키는 것이다. 분말은 공급가스로 제트에 주입되고, 작동가스는 연소실에서 연소되어 노즐을 통하여 토치 밖으로 분사된다. 화염의 온도는 3170~3440K이며 분사되는 제트의 속도는 1500~2000m/sec이다. 고속화염 코팅은 우수한 접합강도를 지니는 코팅막을 제조할 수 있으며, 생성된 코팅막은 내구성 및 수명연장이 가능한 효과가 있다. 또한 고속화염 코팅은 고경도를 갖는 치밀한 코팅막을 제조하기에 용이하다. 진공 플라즈마 코팅은 진공챔버 내를 진공 환경으로 변화시켜 불활성 가스를 주입한 다음 플라즈마를 발생시켜 코팅물질을 스퍼터링하여 소재 표면에 코팅물질이 코팅되도록 하는 공정이다. High-speed flame coating is to generate a high-speed jet by burning fuel gas (propane, methylacetylene, heptane, hydrogen) at high pressure with oxygen. The powder is injected into the jet as a feed gas, and the working gas is burned in the combustion chamber and injected out of the torch through the nozzle. The flame temperature is 3170~3440K and the jet speed is 1500~2000m/sec. High-speed flame coating can produce a coating film having excellent bonding strength, and the resulting coating film has the effect of being able to extend durability and lifespan. In addition, the high-speed flame coating is easy to manufacture a dense coating film having high hardness. Vacuum plasma coating is a process of changing the inside of a vacuum chamber to a vacuum environment, injecting an inert gas, and then sputtering the coating material by generating plasma so that the coating material is coated on the surface of the material.
저온분사 코팅은 금속 분말을 고압의 가스에 태워 아주 빠르게 기판에 분사시키는 것이다. 저압건식분사 코팅은 상온 및 저진공 분위기에서, 노즐을 이용하여 분말 또는 과립을 기판 상에 분사하여 증착시킴으로써, 후막을 제조하는 공정이다.Low-temperature spray coating is to burn metal powder in high-pressure gas and spray it on the substrate very quickly. Low-pressure dry spray coating is a process for manufacturing a thick film by spraying and depositing powder or granules on a substrate using a nozzle at room temperature and in a low vacuum atmosphere.
이들 중 선택되는 분사 코팅 방법으로 부품 표면에 균일한 코팅층을 형성할 수 있다. A uniform coating layer can be formed on the surface of the part by the spray coating method selected among them.
코팅층의 두께는 대략 10~1000㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 코팅층은 0.1~5vol%의 기공율을 갖는 고밀도 코팅층이다. 기공율이 5vol%를 초과할 경우 코팅층의 기계적 특성이 다소 저하될 수 있다. 또한 코팅층은 평균중심 조도 값이 약 0.1~5㎛인 표면 거칠기 값을 가질 수 있다. 표면 거칠기 값이 이 범위를 벗어나는 경우 코팅층이 균일하게 형성되지 않을 수 있다.The thickness of the coating layer may be about 10 ~ 1000㎛, but is not limited thereto. In addition, the coating layer is a high-density coating layer having a porosity of 0.1 to 5 vol%. When the porosity exceeds 5 vol%, the mechanical properties of the coating layer may be slightly deteriorated. Also, the coating layer may have a surface roughness value of about 0.1 to 5 μm with an average center roughness value. If the surface roughness value is out of this range, the coating layer may not be uniformly formed.
이처럼, 본 발명에 따른 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법은 이트륨계 불화물 기반에 비산화물 입자를 함께 분사 코팅한 기술로, 코팅 시 제3상이 생성되지 않도록 함과 동시에 내플라즈마 침식성과 코팅층 전체의 기계적 특성을 강화시키는 효과가 있다. 이를 통해 챔버용 부품의 내플라즈마 코팅 성능을 유지할 수 있으며, 수명을 연장시킬 수 있다.As such, the method for manufacturing a component for a semiconductor processing chamber according to the present invention is a technology in which non-oxide particles are spray coated on a yttrium-based fluoride base together to prevent the generation of a third phase during coating, and at the same time have plasma erosion resistance and mechanical properties of the entire coating layer. It has the effect of strengthening the characteristics. Through this, it is possible to maintain the plasma coating performance of the chamber parts and extend the lifespan.
본 발명에 따라 코팅층이 형성된 부품은 챔버 벽, 챔버 라이너, 기판 지지부, 가스 분배판, 플라즈마 한정 링, 노즐, 발열체, 플라즈마 포커스 링 등과 같은 구성에 적용될 수 있다.The component on which the coating layer is formed according to the present invention can be applied to such components as chamber walls, chamber liners, substrate supports, gas distribution plates, plasma confinement rings, nozzles, heating elements, plasma focus rings, and the like.
도 3은 본 발명에 따른 이트륨계 불화물 기반의 코팅층을 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a component for a semiconductor processing chamber having a yttrium-based fluoride-based coating layer according to the present invention.
본 발명에 따라 제조된 챔버용 부품은 베이스 기판 및 베이스 기판 표면에 코팅되는 이트륨계 불화물층을 포함한다. 이때 이트륨계 불화물층은 이트륨계 불화물 기반에 비산화물 입자가 분산되어 있는 구조를 가진다. 이트륨계 불화물층에서 이트륨계 불화물 100중량부에 대하여, 비산화물 입자 1~50중량부가 포함될 수 있으며, 이에 대한 사항은 전술한 바와 같다.A chamber component manufactured according to the present invention includes a base substrate and a yttrium-based fluoride layer coated on the surface of the base substrate. In this case, the yttrium-based fluoride layer has a structure in which non-oxide particles are dispersed in a yttrium-based fluoride base. Based on 100 parts by weight of yttrium-based fluoride in the yttrium-based fluoride layer, 1-50 parts by weight of non-oxide particles may be included, and the details thereof are the same as described above.
도 3에 도시한 바와 같이 챔버용 부품의 일면에 이트륨계 불화물층을 형성할 수 있으며, 필요에 따라 전면에 이트륨계 불화물층을 형성할 수도 있다. As shown in FIG. 3 , a yttrium-based fluoride layer may be formed on one surface of the chamber component, and if necessary, a yttrium-based fluoride layer may be formed on the entire surface.
본 발명의 이트륨계 불화물과 비산화물 입자가 분산된 코팅층은 강화제 첨가에 의해, 기존 이트륨계 불화물로만 이루어진 코팅층 대비, 약 10~200% 정도 개선된 기계적 특성을 얻을 것으로 예상된다.The coating layer in which the yttrium-based fluoride and non-oxide particles are dispersed is expected to obtain improved mechanical properties by about 10-200% compared to the existing coating layer made of only yttrium-based fluoride by adding a reinforcing agent.
따라서 본 발명에 따른 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법은 이트륨계 불화물 기반에 강화제인 비산화물 입자를 적정 비율로 첨가함에 따라, 내플라즈마 침식성과 함께 부품의 고경도를 확보하는 효과가 있다. 아울러 기계적 물성을 향상시킴에 따라 공정 안정성, 유지비용 절감 효과 있으며, 수명을 연장시킬 수 있다.Therefore, the method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber according to the present invention has an effect of securing high hardness of the component with plasma erosion resistance by adding non-oxide particles as a reinforcing agent to the yttrium-based fluoride base in an appropriate ratio. In addition, as the mechanical properties are improved, process stability, maintenance cost reduction, and lifespan can be extended.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in this specification, and various methods can be obtained by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.
10 : 베이스 기판
20 : 이트륨계 불화물층10: base substrate
20: Yttrium-based fluoride layer
Claims (8)
(b) 상기 베이스 기판 표면에 이트륨계 불화물을 분사 코팅하여 이트륨계 불화물층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 분사 코팅 시, 비산화물 입자를 첨가하여 분사 코팅하는
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법.
(a) providing a base substrate; and
(b) forming a yttrium-based fluoride layer by spray-coating a yttrium-based fluoride on the surface of the base substrate;
In the case of spray coating, spray coating by adding non-oxide particles
A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness.
상기 베이스 기판은 금속 또는 소결된 세라믹 재료를 포함하는
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법.
According to claim 1,
The base substrate comprises a metal or sintered ceramic material.
A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness.
상기 (b) 단계에서 이트륨계 불화물은 YOF, Y5O4F7, Y7O6F9, 및 YF3 중 1종 이상을 포함하는
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법.
According to claim 1,
The yttrium-based fluoride in step (b) includes at least one of YOF, Y 5 O 4 F 7 , Y 7 O 6 F 9 , and YF 3
A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness.
상기 (b) 단계에서 비산화물 입자는 평균 입도가 100㎛ 이하인
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법.
According to claim 1,
In step (b), the non-oxide particles have an average particle size of 100 μm or less.
A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness.
상기 (b) 단계에서 비산화물 입자는 질화물 또는/및 탄화물을 포함하는
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법.
According to claim 1,
In the step (b), the non-oxide particles include nitride and/or carbide.
A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness.
상기 (b) 단계에서 이트륨계 불화물 100중량부에 대하여, 비산화물 입자 1~50중량부를 혼합하여 분사 코팅하는
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법.
According to claim 1,
With respect to 100 parts by weight of yttrium-based fluoride in step (b), 1 to 50 parts by weight of non-oxide particles are mixed and spray coated.
A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness.
상기 (b) 단계에서 분사 코팅은 APS(Atmospheric Plasma Spray), PVD(Physical Vapor Deposition), 서스펜션 플라즈마 용사 코팅(Suspension plasma spray), 고속화염 코팅(High Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 진공 플라즈마 코팅(Vacuum Plasma Spraying, VPS), 저온분사 코팅(cold spray) 또는 저압건식분사 코팅(aerosol deposition, AD)으로 수행되는
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품의 제조방법.
According to claim 1,
The spray coating in step (b) is APS (Atmospheric Plasma Spray), PVD (Physical Vapor Deposition), suspension plasma spray coating (Suspension plasma spray), high-speed flame coating (High Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), vacuum plasma coating ( Vacuum Plasma Spraying (VPS), cold spray coating, or low pressure dry spray coating (aerosol deposition, AD)
A method of manufacturing a component for a semiconductor processing chamber having high hardness.
상기 베이스 기판 표면에 코팅되는 이트륨계 불화물층;을 포함하고,
상기 이트륨계 불화물층은 비산화물 입자를 포함하는
고경도를 갖는 반도체 프로세싱 챔버용 부품. base substrate; and
Including; a yttrium-based fluoride layer coated on the surface of the base substrate;
The yttrium-based fluoride layer includes non-oxide particles
Components for semiconductor processing chambers with high hardness.
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|---|---|---|---|---|
| KR102517083B1 (en) | 2022-11-03 | 2023-04-03 | 주식회사 디에프텍 | Coating surface treatment method to improve the elapsed time of semiconductor etch process equipment |
| CN116063101A (en) * | 2021-11-01 | 2023-05-05 | Ｋｏｍｉｃｏ有限公司 | High density YF by HVOF 3 Method for producing coating and high-density YF 3 Coating layer |
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