KR20240016204A - Coating member for heater used at high temperature and mehtod for manufacturing the same - Google Patents

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KR20240016204A
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이종범
권병국
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Abstract

플라스마 또는 강한 부식성 분위기에 대해서 고내식성을 가진 고온 히터용 코팅재 및 그 제조 방법을 제공한다. 고온 히터용 코팅재는 공정 챔버 내의 부식성 분위기에서 사용하도록 적용된다. 고온 히터용 코팅재의 제조 방법은 i) 고온 히터용 모재를 제공하는 단계, ii) 모재 위에 MgAl2O4-x (0<x≤0.2)을 포함하는 버퍼층을 제공하는 단계, iii) 버퍼층 위에 Y2O3-z (0<z≤0.2)를 포함하는 코팅층을 제공하는 단계, 및 iv) 모재, 버퍼층 및 코팅층을 열처리하는 단계를 포함한다. A coating material for a high-temperature heater with high corrosion resistance in plasma or a strong corrosive atmosphere and a method for manufacturing the same are provided. Coatings for high temperature heaters are applied for use in corrosive atmospheres within process chambers. The method of manufacturing a coating material for a high temperature heater includes the steps of i) providing a base material for a high temperature heater, ii) providing a buffer layer containing MgAl 2 O 4-x (0<x≤0.2) on the base material, iii) Y on the buffer layer It includes providing a coating layer containing 2 O 3-z (0<z≤0.2), and iv) heat treating the base material, buffer layer, and coating layer.

Description

고온 히터용 코팅재 및 그 제조 방법 {COATING MEMBER FOR HEATER USED AT HIGH TEMPERATURE AND MEHTOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Coating material for high temperature heater and method of manufacturing the same {COATING MEMBER FOR HEATER USED AT HIGH TEMPERATURE AND MEHTOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 고온 히터용 코팅재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 챔버내에서 사용되는 고온 히터에서 플라스마 또는 강한 부식성 분위기하에서도 내식성을 가지는 코팅재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a coating material for high temperature heaters and a method of manufacturing the same. More specifically, it relates to a coating material that has corrosion resistance even under plasma or a strong corrosive atmosphere in a high-temperature heater used in a chamber, and a method of manufacturing the same.

고온 히터는 반도체 또는 OLED 패널을 제조 중의 초고온 박막 공정을 수행하기 위해 챔버 내를 고온으로 유지시키는 기능을 한다. 히터는 가열판과 이를 수직으로 받치는 지지대를 포함한다. 가열판은 그 위에 장착되는 반도체 웨이퍼 등의 피대상물을 가열한다. 가열판에는 열선 등이 매립된다. 열선을 이용해 가열판을 가열한다. 지지대는 중공형 구조로 형성되고 열선에 전력을 공급하는 인입선 등이 설치된다.The high-temperature heater functions to maintain the chamber at a high temperature to perform ultra-high temperature thin film processes during semiconductor or OLED panel manufacturing. The heater includes a heating plate and a support bar that supports it vertically. The heating plate heats an object such as a semiconductor wafer mounted on it. Heating wires, etc. are embedded in the heating plate. Heat the heating plate using a heating element. The support is formed as a hollow structure and an incoming line that supplies power to the heating wire is installed.

한편, 챔버 내부에 형성되는 플라스마에 의해 고온 히터의 표면이 박리되어 파티클이 생성될 수 있다. 따라서 파티클 발생을 방지하기 위해 고온 히터의 표면에 코팅재를 형성한다. 그러나 코팅재도 열충격을 받으면 박리되는 문제점이 있다.Meanwhile, the surface of the high-temperature heater may be peeled off by plasma formed inside the chamber and particles may be generated. Therefore, a coating material is formed on the surface of the high-temperature heater to prevent particle generation. However, the coating material also has the problem of peeling off when subjected to thermal shock.

한국등록특허 제1,961,411호Korean Patent No. 1,961,411

플라스마 또는 강한 부식성 분위기에 대해서도 내식성을 가진 고온 히터용 코팅재를 제공하고자 한다. 또한, 이러한 코팅재의 제조 방법을 제공하고자 한다.The aim is to provide a coating material for high temperature heaters that is corrosion resistant even in plasma or strong corrosive atmospheres. Additionally, it is intended to provide a method for manufacturing such a coating material.

본 발명의 일 실시예에 따른 고온 히터용 코팅재의 제조 방법은, i) 고온 히터용 모재를 제공하는 단계, ii) 모재 위에 MgAl2O4-x (0<x≤0.2)을 포함하는 버퍼층을 제공하는 단계, iii) 버퍼층 위에 Y2O3-z (0<z≤0.2)를 포함하는 코팅층을 제공하는 단계, 그리고 iv) 모재, 버퍼층 및 코팅층을 열처리하는 단계를 포함한다. 고온 히터용 코팅재는 공정 챔버 내의 부식성 분위기에서 사용하도록 적용된다.A method of manufacturing a coating material for a high temperature heater according to an embodiment of the present invention includes the steps of i) providing a base material for a high temperature heater, ii) forming a buffer layer containing MgAl 2 O 4-x (0<x≤0.2) on the base material. It includes the steps of providing, iii) providing a coating layer containing Y 2 O 3-z (0<z≤0.2) on the buffer layer, and iv) heat treating the base material, buffer layer, and coating layer. Coatings for high temperature heaters are applied for use in corrosive atmospheres within process chambers.

코팅층을 제공하는 단계에서, 코팅층은 PVD(physical vapor deposition, 물리기상증착법)에 의해 버퍼층 위에 제공될 수 있다. 버퍼층을 제공하는 단계에서, 버퍼층은 PVD(physical vapor deposition, 물리기상증착), 서스펜션 플라스마 용사(suspension plasma spray, SPS), 또는 에어로졸 증착(aerosol deposition, AD)에 의해 제공될 수 있다. 모재를 제공하는 단계에서, 모재는 AlN을 포함할 수 있다. 열처리하는 단계에서, 열처리 온도는 600℃ 내지 1000℃일 수 있다. 버퍼층을 제공하는 단계에서, x는 0보다 크고 0.1 이하일 수 있다. 코팅층을 제공하는 단계에서, z는 0보다 크고 0.1 이하일 수 있다.In the step of providing a coating layer, the coating layer may be provided on the buffer layer by PVD (physical vapor deposition). In the step of providing the buffer layer, the buffer layer may be provided by physical vapor deposition (PVD), suspension plasma spray (SPS), or aerosol deposition (AD). In the step of providing the base material, the base material may include AlN. In the heat treatment step, the heat treatment temperature may be 600°C to 1000°C. In the step of providing a buffer layer, x may be greater than 0 and less than or equal to 0.1. In the step of providing the coating layer, z may be greater than 0 and less than or equal to 0.1.

본 발명의 일 실시예에 따른 고온 히터용 코팅재는 챔버 내에서 부식성 분위기에서 사용하도록 적용될 수 있다. 고온 히터용 코팅재는 i) 고온 히터용 모재, ii) 모재 위에 위치하고, MgAl2O4 스피넬을 포함하는 버퍼층, 및 iii) 버퍼층 위에 위치하고, Y2O3를 포함하는 코팅층을 포함한다.The coating material for a high temperature heater according to an embodiment of the present invention can be applied for use in a corrosive atmosphere within a chamber. The coating material for a high temperature heater includes i) a base material for a high temperature heater, ii) a buffer layer located on the base material and containing MgAl 2 O 4 spinel, and iii) a coating layer located on the buffer layer and containing Y 2 O 3 .

모재는 AlN을 포함할 수 있다. 코팅층의 열팽창계수는 버퍼층의 열팽창계수보다 크고, 버퍼층의 열팽창계수는 모재의 열팽창계수보다 클 수 있다. 모재의 열팽창계수와 버퍼층의 열팽창계수의 차는 버퍼층의 열팽창계수와 코팅층의 열팽창계수의 차보다 작을 수 있다. 모재의 열팽창계수와 버퍼층의 열팽창계수의 차는 0.5ppm/K 내지 1ppm/K일 수 있다.The base material may include AlN. The thermal expansion coefficient of the coating layer is greater than that of the buffer layer, and the thermal expansion coefficient of the buffer layer may be greater than that of the base material. The difference between the thermal expansion coefficient of the base material and the buffer layer may be smaller than the difference between the thermal expansion coefficient of the buffer layer and the coating layer. The difference between the thermal expansion coefficient of the base material and the buffer layer may be 0.5 ppm/K to 1 ppm/K.

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅재를 통해 플라스마에 대한 내식성을 가지며, 그 표면이 잘 박리되지 않는 고온 히터를 제조할 수 있다. 또한, 공정 챔버 장치내의 고내식성 분위기에서도 우수한 내구성을 가져서 장기간 사용이 가능한 고온 히터를 제조할 수 있다. 고온 히터는 플라스마 또는 강한 산성 분위기에서 잘 부식되지 않고 박리 현상도 발생하지 않는다. 또한, 공정 챔버 장치 내에서 고온 히터 코팅재의 박리로 인한 응집물이 낙하할 가능성이 없으므로, 공정 챔버 장치내의 오염을 방지할 수 있다.Through the coating material according to an embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a high-temperature heater that has corrosion resistance against plasma and whose surface is not easily peeled off. In addition, it is possible to manufacture a high-temperature heater that has excellent durability even in a highly corrosion-resistant atmosphere within a process chamber device and can be used for a long period of time. High-temperature heaters do not corrode easily in plasma or strong acidic atmospheres and do not cause peeling. Additionally, since there is no possibility of aggregates falling within the process chamber device due to peeling of the high-temperature heater coating material, contamination within the process chamber device can be prevented.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅재가 포함된 고온 히터가 구비된 공정 챔버 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 코팅재의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅재의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 4 내지 도 7은 도 3의 코팅재의 제조 방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 실험예 1 및 실험예 2에 따른 코팅재의 XRD 실험 그래프이다.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 실험예 1과 종래 기술의 비교예에 따른 코팅재의 내열성 평가 실험 전 및 실험 후의 사진이다.
1 is a schematic diagram of a process chamber device equipped with a high-temperature heater containing a coating material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the coating material of Figure 1.
Figure 3 is a schematic flowchart of a method for manufacturing a coating material according to an embodiment of the present invention.
Figures 4 to 7 are diagrams schematically showing each step of the method of manufacturing the coating material of Figure 3.
Figures 8 and 9 are XRD experimental graphs of the coating material according to Experimental Example 1 and Experimental Example 2 of the present invention, respectively.
Figures 10 and 11 are photographs before and after the heat resistance evaluation experiment of the coating material according to Experimental Example 1 of the present invention and Comparative Example of the prior art, respectively.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only intended to refer to specific embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms include plural forms unless phrases clearly indicate the contrary. As used in the specification, the meaning of "comprising" is to specify a specific characteristic, area, integer, step, operation, element and/or component, and to specify another specific property, area, integer, step, operation, element, component and/or group. It does not exclude the existence or addition of .

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries are further interpreted as having meanings consistent with related technical literature and currently disclosed content, and are not interpreted in ideal or very formal meanings unless defined.

이하에서 사용하는 코팅재라는 용어는 디스플레이 등의 드라이 에칭 등에 사용하는 챔버의 내면을 형성하는 부품을 의미한다. 따라서 코팅재는 챔버의 내면을 이루는 모재 위에 코팅층이 형성된 부품으로 해석된다. 그 결과, 코팅재를 코팅층을 포함한다.The term coating material used below refers to a component that forms the inner surface of a chamber used for dry etching of displays, etc. Therefore, the coating material is interpreted as a component in which a coating layer is formed on the base material that forms the inner surface of the chamber. As a result, the coating material includes a coating layer.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅재(10)가 포함된 고온 히터(100)가 구비된 공정 챔버 장치(1000)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 공정 챔버 장치(1000)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 공정 챔버 장치(1000)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.Figure 1 schematically shows a process chamber device 1000 equipped with a high temperature heater 100 containing a coating material 10 according to an embodiment of the present invention. The structure of the process chamber device 1000 in FIG. 1 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the structure of the process chamber device 1000 can be modified into other forms.

공정 챔버 장치(1000)는 고온 히터(100), 지지대(200), 가열용 전원(300), 진공펌프(400) 및 챔버 본체(500)를 포함한다. 이외에, 공정 챔버 장치(1000)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 공정 챔버 장치(1000)의 상세 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다. 고온 히터(100) 위에는 가공 대상물인 웨이퍼(W)가 놓인다. 공정 챔버 장치(1000)는 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 장치일 수 있다.The process chamber device 1000 includes a high temperature heater 100, a support 200, a heating power source 300, a vacuum pump 400, and a chamber body 500. In addition, the process chamber device 1000 may further include other components. Since the detailed structure of the process chamber device 1000 can be easily understood by those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted. A wafer (W), an object to be processed, is placed on the high temperature heater 100. The process chamber device 1000 may be a chemical vapor deposition (CVD) device.

고온 히터(100)를 이용하여 웨이퍼(W)의 온도를 제어한다. 즉, 고온 히터(100)는 반도체용 세라믹 히터로서 이를 이용해 웨이퍼(W)를 500℃ 내지 900℃로 가열할 수 있다. 고온 히터(100) 내부에는 발열체(100a)가 매립되어 가열된다. 고온 히터(100)는 지지대(200)에 의해 지지되어 상하 운동이 가능하다. 지지대(200)는 샤프트 형태로 형성된다. 지지대(200)의 내부에는 가열용 전원(300)과 발열체(100a)를 전기적으로 연결하는 도선(300a)이 설치된다. 챔버 본체(500) 내부는 진공 펌프(400)의 배기에 의해 진공으로 유지된다. 한편, 웨이퍼(W)의 가공을 위해 챔버 본체(500)의 내부 공간(S)은 플라스마 등의 고온 부식성 분위기가 형성된다. 따라서 이러한 고온 히터(100)의 표면을 코팅재(10)로 덮어서 고온 히터(100)를 보호한다. 이하에서는 도 2를 통하여 코팅재(10)를 상세하게 설명한다.The temperature of the wafer (W) is controlled using the high temperature heater 100. That is, the high temperature heater 100 is a ceramic heater for semiconductors and can be used to heat the wafer W to 500°C to 900°C. A heating element 100a is embedded inside the high temperature heater 100 and heated. The high-temperature heater 100 is supported by the support 200 and can move up and down. The support 200 is formed in the shape of a shaft. A conductor 300a is installed inside the support 200 to electrically connect the heating power source 300 and the heating element 100a. The inside of the chamber body 500 is maintained as a vacuum by the exhaust of the vacuum pump 400. Meanwhile, for processing the wafer W, a high-temperature corrosive atmosphere such as plasma is formed in the internal space S of the chamber body 500. Therefore, the surface of the high temperature heater 100 is covered with the coating material 10 to protect the high temperature heater 100. Hereinafter, the coating material 10 will be described in detail through FIG. 2.

도 2는 도 1의 코팅재(10)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 확대원에는 버퍼층(103)의 결정 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 코팅재(10)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 코팅재(10)의 단면 구조를 다른 형태로 변형할 수 있다.FIG. 2 schematically shows the cross-sectional structure of the coating material 10 of FIG. 1. The enlarged circle in FIG. 2 schematically shows the crystal structure of the buffer layer 103. The cross-sectional structure of the coating material 10 in FIG. 2 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the cross-sectional structure of the coating material 10 can be modified into another shape.

도 2에 도시한 바와 같이, 코팅재(10)는 모재(101), 버퍼층(103) 및 코팅층(105)을 포함한다. 이외에, 코팅재(10)는 다른 층을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the coating material 10 includes a base material 101, a buffer layer 103, and a coating layer 105. In addition, the coating material 10 may further include other layers.

모재(101)는 고온 히터(100)(도 1)를 형성한다. 모재(101)는 알루미늄 질화물(aluminum nitride, AlN), 흑연(graphite), 실리콘 카바이드(silicon carbide) 또는 탄탈륨 카바이드(tantalum carbide)를 포함하거나 이들을 조합하여 형성될 수 있다. 좀더 바람직하게는, 모재(101)는 알루미늄 질화물(aluminum nitride, AlN)을 포함할 수 있다. 모재(101)가 고온 부식성 분위기에 의해 침식될 수 있다. 따라서 버퍼층(103) 및 코팅층(105)을 이용하여 모재(101)를 보호한다.The base material 101 forms the high temperature heater 100 (FIG. 1). The base material 101 may include aluminum nitride (AlN), graphite, silicon carbide, or tantalum carbide, or may be formed by combining them. More preferably, the base material 101 may include aluminum nitride (AlN). The base material 101 may be eroded by a high-temperature corrosive atmosphere. Therefore, the base material 101 is protected using the buffer layer 103 and the coating layer 105.

버퍼층(103)은 모재(101) 위에 위치한다. 좀더, 구체적으로, 버퍼층(103)은 모재(101)와 코팅층(105) 사이에 위치한다. 도 1의 내부 공간(S)이 승온되는 경우, 열로 인해 모재(101)와 코팅층(105)이 각각 도 2의 화살표로 나타낸 바와 같이 열팽창된다. 이 경우, 모재(101)와 코팅층(105) 각각의 열팽창계수의 차이가 크면 코팅재(10)에 크랙이 발생하거나 박리될 수 있다. 따라서 열팽창계수에 있어서 완충 작용을 하는 버퍼층(103)을 모재(101)와 코팅층(105) 사이에 제공하여 열팽창계수의 차이로 인한 문제점을 완화시킬 수 있다.The buffer layer 103 is located on the base material 101. More specifically, the buffer layer 103 is located between the base material 101 and the coating layer 105. When the temperature of the internal space S in FIG. 1 is increased, the base material 101 and the coating layer 105 are thermally expanded due to heat, as indicated by arrows in FIG. 2 . In this case, if the difference in thermal expansion coefficient between the base material 101 and the coating layer 105 is large, cracks may occur in the coating material 10 or peeling may occur. Therefore, by providing a buffer layer 103 that acts as a buffer in thermal expansion coefficient between the base material 101 and the coating layer 105, problems caused by differences in thermal expansion coefficient can be alleviated.

버퍼층(103)은 스피넬(spinel) 구조의 MgAl2O4를 포함할 수 있다. MgAl2O4는 플라스마 등 고온 부식성 분위기에 강한 내식성을 가진다. 또한, MgAl2O4의 열팽창계수는 모재(101)의 열팽창계수보다 크고 코팅층(105)의 열팽창계수보다 작다. 따라서 고온 히터(100)를(도 1에 도시) 사용시 모재(101)와 코팅층(105)의 열팽창에 따른 완충 작용이 가능하다. 만약, 버퍼층(103)을 코팅층(105) 위에 형성하는 경우, 열팽창시의 완충 작용을 전혀 기대할 수 없다.The buffer layer 103 may include MgAl 2 O 4 with a spinel structure. MgAl 2 O 4 has strong corrosion resistance in high-temperature corrosive atmospheres such as plasma. In addition, the thermal expansion coefficient of MgAl 2 O 4 is greater than that of the base material 101 and smaller than that of the coating layer 105. Therefore, when using the high temperature heater 100 (shown in FIG. 1), a buffering effect according to thermal expansion of the base material 101 and the coating layer 105 is possible. If the buffer layer 103 is formed on the coating layer 105, no buffering effect during thermal expansion can be expected.

도 2의 확대원에는 MgAl2O4 스피넬을 나타낸다. MgAl2O4 스피넬은 입방정 구조체로서 화학적 및 열적으로 우수한 특성을 가진다. 스피넬 구조에서는 산소 이온이 면심입방 최밀구조를 차지하고, 2가의 마그네슘 이온은 4개의 산소 원자들로 둘러싸인 사면체를 형성하며, 3가의 알루미늄 이온은 6개의 산소 원자들로 둘러싸인 팔면체를 형성한다. 사면체 공간은 팔면체 공간보다 작은데 알루미늄 이온은 팔면체 공간의 절반을 차지하고, 마그네슘 이온은 사면체 공간의 1/8을 점유한다. 이러한 격자 구조로 인해 MgAl2O4 스피넬은 우수한 내식성 및 기계적 특성을 가진다.The enlarged circle in Figure 2 shows MgAl 2 O 4 spinel. MgAl 2 O 4 spinel has a cubic structure and has excellent chemical and thermal properties. In the spinel structure, oxygen ions occupy a face-centered cubic close-packed structure, divalent magnesium ions form a tetrahedron surrounded by four oxygen atoms, and trivalent aluminum ions form an octahedron surrounded by six oxygen atoms. The tetrahedral space is smaller than the octahedral space; aluminum ions occupy half of the octahedral space, and magnesium ions occupy 1/8 of the tetrahedral space. Due to this lattice structure, MgAl 2 O 4 spinel has excellent corrosion resistance and mechanical properties.

코팅층(105)은 버퍼층(103) 위에 위치한다. 코팅층(105)은 이트리아(Y2O3)를 포함한다. 이트리아는 우수한 내화학성과 내부식성을 가진다. 따라서 이트리아를 코팅층(105)의 소재로 사용하기에 적합하다.The coating layer 105 is located on the buffer layer 103. The coating layer 105 includes yttria (Y 2 O 3 ). Yttria has excellent chemical resistance and corrosion resistance. Therefore, yttria is suitable for use as a material for the coating layer 105.

벌크재인 모재(101)가 AlN을 포함하는 경우, 모재(101)의 열팽창계수는 약 4.5ppm/K이다. 또한, 이트리아를 포함하는 코팅층(105)의 열팽창계수는 약 7ppm/K이다. MgAl2O4 스피넬을 포함하는 버퍼층(103)의 열팽창계수는 약 5ppm/K 내지 6ppm/K이다. 좀더 구체적으로, 버퍼층(103)의 열팽창계수는 약 5.6ppm/K이다. 따라서 코팅층(105)의 열팽창계수는 버퍼층(103)의 열팽창계수보다 크고, 버퍼층(103)의 열팽창계수는 모재(101)의 열팽창계수보다 크다. 코팅재(10)가 이와 같이 형성되므로, 고온 히터(100)(도 1에 도시)가 플라스마 등에 의한 열충격을 받더라도 코팅재(100)는 잘 박리되지 않는다.When the base material 101, which is a bulk material, contains AlN, the thermal expansion coefficient of the base material 101 is about 4.5 ppm/K. Additionally, the thermal expansion coefficient of the coating layer 105 containing yttria is about 7ppm/K. The thermal expansion coefficient of the buffer layer 103 containing MgAl 2 O 4 spinel is about 5 ppm/K to 6 ppm/K. More specifically, the thermal expansion coefficient of the buffer layer 103 is about 5.6 ppm/K. Therefore, the thermal expansion coefficient of the coating layer 105 is greater than that of the buffer layer 103, and the thermal expansion coefficient of the buffer layer 103 is greater than that of the base material 101. Since the coating material 10 is formed in this way, the coating material 100 is not easily peeled off even if the high temperature heater 100 (shown in FIG. 1) receives thermal shock from plasma or the like.

한편, 모재(101)의 열팽창계수와 버퍼층(103)의 열팽창계수의 차는 버퍼층(103)의 열팽창계수와 코팅층(105)의 열팽창계수의 차보다 클 수 있다. 즉, 모재(101)가 부식되는 경우, 고온 히터(100)(도 1에 도시)가 손상될 수 있다. 따라서 고온 부식 환경에서 모재(101)를 최대한 보호하기 위해서는 모재(10)의 열팽창계수와의 차이가 적은 소재로 버퍼층(103)을 형성하는 것이 바람직하다. Meanwhile, the difference between the thermal expansion coefficient of the base material 101 and the buffer layer 103 may be greater than the difference between the thermal expansion coefficient of the buffer layer 103 and the coating layer 105. That is, if the base material 101 is corroded, the high temperature heater 100 (shown in FIG. 1) may be damaged. Therefore, in order to protect the base material 101 as much as possible in a high-temperature corrosion environment, it is desirable to form the buffer layer 103 with a material that has a small difference in thermal expansion coefficient from the base material 10.

버퍼층(103)에 포함된 MgAl2O4 스피넬은 이러한 조건을 만족한다. 만약에 열팽창계수의 차이로 인해 코팅층(105)이 버퍼층(103)으로부터 박리되더라도 버퍼층(103)이 내플라스마성 및 내식성 소재로 형성되므로, 버퍼층(103)에 의해 모재(101)를 보호할 수 있다.MgAl 2 O 4 spinel included in the buffer layer 103 satisfies these conditions. Even if the coating layer 105 is peeled from the buffer layer 103 due to a difference in thermal expansion coefficient, the base material 101 can be protected by the buffer layer 103 because the buffer layer 103 is made of a plasma-resistant and corrosion-resistant material. .

좀더 구체적으로, 모재(101)의 열팽창계수와 버퍼층(103)의 열팽창계수의 차는 0.5ppm/K 내지 1ppm/K일 수 있다. 열팽창계수의 차가 너무 작은 경우, 코팅층(105)과 버퍼층(103)과의 열팽창계수의 차이에 의한 박리가 발생할 수 있다. 또한, 열팽창계수의 차가 너무 큰 경우, 모재(101)와 버퍼층(103)과의 박리가 발생할 수 있다. 따라서 모재(101)의 열팽창계수와 버퍼층(103)의 열팽창계수의 차를 전술한 범위로 유지한다.More specifically, the difference between the thermal expansion coefficient of the base material 101 and the buffer layer 103 may be 0.5 ppm/K to 1 ppm/K. If the difference in thermal expansion coefficient is too small, peeling may occur due to the difference in thermal expansion coefficient between the coating layer 105 and the buffer layer 103. Additionally, if the difference in thermal expansion coefficient is too large, separation between the base material 101 and the buffer layer 103 may occur. Therefore, the difference between the thermal expansion coefficient of the base material 101 and the thermal expansion coefficient of the buffer layer 103 is maintained in the above-mentioned range.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅재의 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 코팅재의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 코팅재의 제조 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.Figure 3 schematically shows a flow chart of a method for manufacturing a coating material according to an embodiment of the present invention. The method of manufacturing the coating material in FIG. 3 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the manufacturing method of the coating material can be modified into other forms.

도 3에 도시한 바와 같이, 코팅재의 제조 방법은, 고온 히터용 모재를 제공하는 단계(S10), 모재 위에 MgAl2O4-x (0≤x≤0.2)를 포함하는 버퍼층을 제공하는 단계(S20), 버퍼층 위에 Y2O3-z (0≤z≤0.2)를 포함하는 코팅층을 제공하는 단계(S30), 그리고 모재, 버퍼층 및 코팅층을 열처리하는 단계(S40)를 포함한다. 이외에, 코팅재의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the method of manufacturing the coating material includes providing a base material for a high temperature heater (S10), providing a buffer layer containing MgAl 2 O 4-x (0≤x≤0.2) on the base material (S10). S20), providing a coating layer containing Y 2 O 3-z (0≤z≤0.2) on the buffer layer (S30), and heat treating the base material, buffer layer, and coating layer (S40). In addition, the method of manufacturing the coating material may further include other steps.

한편, 도 4 내지 도 7은 전술한 도 3의 코팅재의 제조 방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸다. 이러한 코팅재의 제조 방법의 각 단계는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 코팅재의 제조 방법의 각 단계를 다르게 구성할 수도 있다. 이하에서는 도 4 내지 도 7를 참조하여 도 3의 코팅재의 제조 방법의 각 단계를 상세하게 설명한다. Meanwhile, Figures 4 to 7 schematically show each step of the method of manufacturing the coating material of Figure 3 described above. Each step of this coating material manufacturing method is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, each step of the coating material manufacturing method may be configured differently. Hereinafter, each step of the method for manufacturing the coating material of FIG. 3 will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.

먼저, 도 3의 단계(S10)에서는 고온 히터용 모재(101)를 제공한다. (도 4에 도시) 모재(101)는 플라스마 등의 고온 부식성 분위기에 노출되는 고온 히터의 표면을 의미한다. 모재(101)는 알루미늄 질화물, 흑연, 실리콘 카바이드 또는 탄탈륨 카바이드를 포함하거나 이들을 조합하여 제조할 수 있다. 좀더 바람직하게는, 모재(101)는 알루미늄 질화물(aluminum nitride, AlN)을 포함할 수 있다.First, in step S10 of FIG. 3, a base material 101 for a high temperature heater is provided. (shown in FIG. 4) The base material 101 refers to the surface of the high-temperature heater exposed to a high-temperature corrosive atmosphere such as plasma. The base material 101 may include aluminum nitride, graphite, silicon carbide, or tantalum carbide, or may be manufactured by combining them. More preferably, the base material 101 may include aluminum nitride (AlN).

다음으로, 도 3의 단계(S20)에서는 모재(101) 위에 MgAl2O4-x (0≤x≤0.2)를 포함하는 버퍼층(103)을 제공한다. (도 5에 도시) 후속 공정에서 형성될 코팅층은 모재(101)와의 접합성이 낮고, 특히 공정 챔버 장치 내에서 사용될 경우 열응력으로 인해 박리될 가능성이 크다. 따라서 버퍼층(103)을 이용해 모재(101)와의 접합력을 크게 향상시킨다.Next, in step S20 of FIG. 3, a buffer layer 103 containing MgAl 2 O 4-x (0≤x≤0.2) is provided on the base material 101. (shown in FIG. 5) The coating layer to be formed in the subsequent process has low adhesion to the base material 101, and is particularly likely to peel off due to thermal stress when used in a process chamber device. Therefore, the bonding strength with the base material 101 is greatly improved by using the buffer layer 103.

버퍼층(103)은 PVD(physical vapor deposition, 물리기상증착), 서스펜션 플라스마 용사(suspension plasma spray, SPS), 또는 에어로졸 증착(aerosol deposition, AD)에 의해 제공될 수 있다. 이외에, 버퍼층(103)을 다른 공정으로도 형성할 수 있다. The buffer layer 103 may be provided by physical vapor deposition (PVD), suspension plasma spray (SPS), or aerosol deposition (AD). In addition, the buffer layer 103 can be formed using other processes.

PVD(physical vapor deposition, 물리기상증착법) 공정에서는 증착 물질로서 알루민산 마그네슘을 사용한다. 즉, 원료로서 알루민산 마그네슘을 사용하고, 이온빔을 방출해 알루민산 마그네슘로부터 방출된 증착 입자에 에너지를 전달함으로써 모재(101) 위에 버퍼층(103)을 형성한다.The PVD (physical vapor deposition) process uses magnesium aluminate as a deposition material. That is, magnesium aluminate is used as a raw material, and an ion beam is emitted to transfer energy to the deposited particles emitted from the magnesium aluminate to form the buffer layer 103 on the base material 101.

SPS 공정에서는 버퍼층(103)의 원료를 나노 슬러리 형태로 제조한다. SPS 공정에서는 에탄올 또는 물 등의 혼합 매질을 사용하여 원료를 볼밀링함으로써 그 입자 크기를 작게 만들어 현탁액(suspension)으로 제조한다. 그리고 이를 플라스마 제트에 투입하여 모재(101) 위에 버퍼층(103)을 코팅한다. 현탁액의 농도나 플라스마 제트 속도를 가변하여 생성되는 버퍼층(103)의 밀도를 조절할 수 있다. SPS 공정에서는 메인 토치의 애노드에 중공의 전극을 이용하여 플라스마 제트의 후방에서 소량의 현탁액을 공급할 수 있으므로, 플라스마 제트를 안정시켜서 버퍼층(103)을 제조할 수 있다. SPS 공정을 사용하여 제조한 버퍼층(103)층 자체도 우수한 내플라스마 및 내식성을 가진다.In the SPS process, the raw material for the buffer layer 103 is manufactured in the form of nano slurry. In the SPS process, the particle size is reduced by ball milling the raw materials using a mixed medium such as ethanol or water to produce a suspension. Then, it is injected into a plasma jet to coat the buffer layer 103 on the base material 101. The density of the buffer layer 103 generated can be adjusted by varying the concentration of the suspension or the speed of the plasma jet. In the SPS process, a small amount of suspension can be supplied from the rear of the plasma jet using a hollow electrode at the anode of the main torch, so the buffer layer 103 can be manufactured by stabilizing the plasma jet. The buffer layer 103 itself manufactured using the SPS process also has excellent plasma resistance and corrosion resistance.

에어로졸 증착법에서는 버퍼층(103)의 소재들을 수화 처리하고, 에어로졸을 고압 고온하에서 생성해 이용한다.In the aerosol deposition method, the materials of the buffer layer 103 are hydrated and aerosol is generated and used under high pressure and temperature.

버퍼층(103)은 MgAl2O4-x (0<x≤0.2)을 포함한다. 이 경우, 버퍼층(103)은 산소 결핍 상태에 놓이므로, 산소의 추가 흡수에 의해 화합물이 좀더 안정한 상으로 변하려는 경향을 가진다. 후속 공정에서 코팅층(105)이 버퍼층(103) 위에 형성되고 열처리 공정이 수반되어 산소가 추가로 공급되므로, 버퍼층(103)은 MgAl2O4 스피넬을 형성하면서 모재(101) 및 코팅층(105)과 좀더 강하게 결합한다. 그 결과, 코팅재(10)의 내식성 및 기계적 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 좀더 바람직하게는, x는 0보다 크고 0.1 이하일 수 있다.The buffer layer 103 includes MgAl 2 O 4-x (0<x≤0.2). In this case, since the buffer layer 103 is in an oxygen-deficient state, the compound tends to change into a more stable phase by additional absorption of oxygen. In the subsequent process, the coating layer 105 is formed on the buffer layer 103, and oxygen is additionally supplied due to a heat treatment process, so the buffer layer 103 forms an MgAl 2 O 4 spinel and forms a MgAl 2 O 4 spinel with the base material 101 and the coating layer 105. bind more strongly. As a result, the corrosion resistance and mechanical strength of the coating material 10 can be greatly improved. More preferably, x may be greater than 0 and less than or equal to 0.1.

도 3의 단계(S30)에서는 버퍼층(103) 위에 코팅층(105)을 제공한다. (도 6 참조) 버퍼층(103)의 두께(t103)는 코팅층(105)의 두께(t105)보다 작다. 버퍼층(103)은 코팅층(105)과 모재(101)의 각 열팽창계수의 차를 완화하는 역할을 하므로, 이를 위해 박막 형태로 모재(101) 위에 형성된다. 코팅층(105)은 버퍼층(103) 위에 고밀도로 형성되어 버퍼층(103)과의 접착력을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 최종적으로 고밀도의 코팅재(10)(도 2에 도시)를 제조할 수 있다.In step S30 of FIG. 3, a coating layer 105 is provided on the buffer layer 103. (See FIG. 6) The thickness t103 of the buffer layer 103 is smaller than the thickness t105 of the coating layer 105. The buffer layer 103 serves to alleviate the difference in thermal expansion coefficient between the coating layer 105 and the base material 101, and is formed on the base material 101 in the form of a thin film for this purpose. The coating layer 105 is formed at high density on the buffer layer 103 to improve adhesion with the buffer layer 103. As a result, it is possible to finally manufacture a high-density coating material 10 (shown in FIG. 2).

코팅층(105)은 Y2O3-z (0<z≤0.2)을 포함한다. 이 경우, 코팅층(105)은 산소 결핍 상태에 놓이므로, 산소의 추가 흡수에 의해 화합물이 Y2O3의 좀더 안정한 상으로 변하려는 경향을 가진다. 후속 공정에서 열처리 공정이 수반되어 산소가 추가로 공급되므로, 코팅층(105)은 Y2O3로 안정화되면서 버퍼층(103)과 좀더 강하게 결합한다. 그 결과, 코팅재(10)의 내식성 및 기계적 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 좀더 바람직하게는, z는 0보다 크고 0.1 이하일 수 있다.The coating layer 105 includes Y 2 O 3-z (0<z≤0.2). In this case, since the coating layer 105 is in an oxygen-deficient state, the compound tends to change into a more stable phase of Y 2 O 3 by additional absorption of oxygen. Since oxygen is additionally supplied due to the heat treatment process in the subsequent process, the coating layer 105 is stabilized with Y 2 O 3 and bonds more strongly to the buffer layer 103. As a result, the corrosion resistance and mechanical strength of the coating material 10 can be greatly improved. More preferably, z may be greater than 0 and less than or equal to 0.1.

코팅층은 PVD(physical vapor deposition, 물리기상증착법)에 의해 버퍼층(103) 위에 제공될 수 있다. 즉, 증착 물질로서 이트륨 산화물을 사용하고, 이온빔을 방출해 이트륨 산화물로부터 방출된 증착 입자에 에너지를 전달해 버퍼층(103) 위에 코팅층(105)을 형성한다. 그 결과, 버퍼층(103)에 대한 코팅층(105)의 밀착력을 향상시킬 수 있다.The coating layer may be provided on the buffer layer 103 by physical vapor deposition (PVD). That is, yttrium oxide is used as the deposition material, and an ion beam is emitted to transfer energy to the deposition particles emitted from the yttrium oxide to form the coating layer 105 on the buffer layer 103. As a result, the adhesion of the coating layer 105 to the buffer layer 103 can be improved.

마지막으로, 도 3의 단계(S40)에서는 모재(101), 버퍼층(103) 및 코팅층(105)을 열처리한다. 열처리 온도는 600℃ 내지 1000℃일 수 있다. 열처리에 의해 각각 모재(101)와 버퍼층(103)의 경계 및 버퍼층(103)과 코팅층(105)의 경계에서의 고상 확산에 의해 이들 층들을 좀더 견고하게 결합시킬 수 있다. 열처리 온도가 너무 낮은 경우, 이러한 효과를 얻을 수 없다. 또한, 열처리 온도가 너무 높은 경우, 이들 층들이 과열될 수 있다. 따라서 열처리 온도를 전술한 범위로 유지하는 것이 바람직하다.Finally, in step S40 of FIG. 3, the base material 101, the buffer layer 103, and the coating layer 105 are heat treated. The heat treatment temperature may be 600°C to 1000°C. Through heat treatment, these layers can be more firmly bonded by solid phase diffusion at the boundary between the base material 101 and the buffer layer 103 and the boundary between the buffer layer 103 and the coating layer 105, respectively. If the heat treatment temperature is too low, this effect cannot be achieved. Additionally, if the heat treatment temperature is too high, these layers may overheat. Therefore, it is desirable to maintain the heat treatment temperature within the above-mentioned range.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며. 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples. These experimental examples are merely for illustrating the present invention. The present invention is not limited to this.

실험예 1Experimental Example 1

도 3의 방법을 이용하여 AlN로 된 모재에 MgAl2O4로 된 버퍼층 및 코팅층을 형성하여 코팅재를 제조하였다. 버퍼층 및 코팅층의 제조 방법을 이하에서 상세하게 설명한다.A coating material was manufactured by forming a buffer layer and a coating layer made of MgAl 2 O 4 on a base material made of AlN using the method of FIG. 3. The manufacturing method of the buffer layer and coating layer will be described in detail below.

버퍼층의 제조Manufacturing of buffer layer

SPS 공정을 이용하여 MgAl2O4로 된 버퍼층을 AlN 모재 위에 형성하였다. 먼저 MgO과 Al2O3 원료 분말을 합성하여 MgAl2O4 분말을 제조하였다. 그리고 3㎛ 이하의 크기로 분쇄된 MgAl2O4 분말과 증류수를 3:7의 비율로 혼합하여 서스펜션 플라즈마 용사 코팅용 슬러리를 제조하였다. 다음으로, 서스펜션 플라즈마 건에 0.5mL/sec의 투입 속도로 슬러리를 공급하고, Ar 및 N2를 각각 190sccm 및 85sccm로 흘리면서 60kW의 파워로 코팅하여 AlN 모재 위에 500nm 두께의 버퍼층을 형성하였다.A buffer layer made of MgAl 2 O 4 was formed on the AlN base material using the SPS process. First, MgO and Al 2 O 3 raw material powder were synthesized to produce MgAl 2 O 4 powder. Then, a slurry for suspension plasma spray coating was prepared by mixing MgAl 2 O 4 powder pulverized to a size of 3 μm or less and distilled water at a ratio of 3:7. Next, the slurry was supplied to the suspension plasma gun at an input rate of 0.5 mL/sec, and Ar and N 2 were coated with a power of 60 kW while flowing at 190 sccm and 85 sccm, respectively, to form a 500 nm thick buffer layer on the AlN base material.

코팅층의 제조Preparation of coating layer

PVD 공정에서 Y2O3를 증발시켜 50Å/sec의 증착 속도로 고밀도의 코팅층을 형성하였다. 최종적으로 모재, 버퍼층 및 코팅층을 600℃의 산소 분위기에서 60분 동안 열처리하여 코팅재를 제조하였다. 나머지 상세한 실험 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.Y 2 O 3 was evaporated in the PVD process to form a high-density coating layer at a deposition rate of 50 Å/sec. Finally, the base material, buffer layer, and coating layer were heat treated in an oxygen atmosphere at 600°C for 60 minutes to prepare a coating material. Since the remaining detailed experimental contents can be easily understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, detailed description thereof will be omitted.

실험예 2Experimental Example 2

버퍼층의 제조Manufacturing of buffer layer

PVD 공정을 이용하여 MgAl2O4로 된 버퍼층을 AlN 모재 위에 형성하였다. 먼저, MgO과 Al2O3의 원료 분말을 합성하여 MgAl2O4 분말을 제조하였다. MgAl2O4 분말을 펠렛 프레스에 넣은 후에 가압하여 직경 25mm 및 두께 5mm의 펠렛을 제조하였다. 펠렛을 1200℃에서 6시간 동안 소결한 후 PVD 코팅 원료로 사용하였다.A buffer layer made of MgAl 2 O 4 was formed on the AlN base material using a PVD process. First, raw material powders of MgO and Al 2 O 3 were synthesized to produce MgAl 2 O 4 powder. MgAl 2 O 4 powder was placed in a pellet press and pressed to produce pellets with a diameter of 25 mm and a thickness of 5 mm. The pellets were sintered at 1200°C for 6 hours and then used as a raw material for PVD coating.

PVD 공정에서 MgAl2O4 펠렛을 증발시켜서 30Å/sec의 증착 속도로 500nm 두께의 버퍼층을 가로 20mm, 세로 20mm, 높이 2mm의 AlN 모재 시편 위에 증착하였다.In the PVD process, MgAl 2 O 4 pellets were evaporated and a 500 nm thick buffer layer was deposited on an AlN base material specimen with a width of 20 mm, a length of 20 mm, and a height of 2 mm at a deposition rate of 30 Å/sec.

코팅층의 제조Preparation of coating layer

전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 버퍼층 위에 코팅층을 형성하였다.A coating layer was formed on the buffer layer in the same manner as in Experimental Example 1 described above.

비교예Comparative example

버퍼층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 코팅재를 제조하였다.A coating material was prepared in the same manner as Experimental Example 1 described above, except that a buffer layer was not formed.

실험 결과Experiment result

XRD 실험 결과XRD experiment results

실험예 1 및 실험예 2에 따라 각각 제조한 코팅재에 대한 XRD 실험을 실시하였다. 즉, 코팅재에 포함된 버퍼층이 잘 형성되었는지 확인하기 위해 XRD 실험을 실시하였다.XRD experiments were conducted on the coating materials prepared according to Experimental Example 1 and Experimental Example 2, respectively. That is, an XRD experiment was conducted to confirm whether the buffer layer included in the coating material was well formed.

도 8는 본 발명의 실험예 1에 따른 코팅재의 XRD 실험 그래프를 나타내고, 도 9는 본 발명의 실험예 2에 따른 코팅재의 XRD 실험 그래프를 나타낸다.Figure 8 shows an XRD experimental graph of the coating material according to Experimental Example 1 of the present invention, and Figure 9 shows an XRD experimental graph of the coating material according to Experimental Example 2 of the present invention.

도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 다수의 MgAl2O4 피크들이 관찰되었다. 따라서 코팅재 내부에 MgAl2O4로 된 버퍼층이 잘 형성된 것을 확인할 수 있었다.As shown in Figures 8 and 9, multiple MgAl 2 O 4 peaks were observed. Therefore, it was confirmed that a buffer layer made of MgAl 2 O 4 was well formed inside the coating material.

내열성 실험 결과Heat resistance test results

실험예 1에 따라 제조한 코팅재와 비교예에 따라 제조한 코팅재에 대한 내열성 실험을 실시하였다. 내열성 실험은 상온에서 600℃까지 코팅재를 10번 가열하는 공정을 반복하는 방법으로 이루어졌다.A heat resistance test was conducted on the coating material prepared according to Experimental Example 1 and the coating material prepared according to Comparative Example. The heat resistance test was conducted by repeating the process of heating the coating material from room temperature to 600°C 10 times.

도 10은 실험예 1에 따른 코팅재의 내열성 평가 실험 전 및 실험 후의 사진을 나타낸다. 즉, 도 10의 좌측 및 우측에는 각각 내열성 평가 실험 전 및 내열성 평가 실험 후의 코팅재의 평면 사진 및 그 단면의 주사전자현미경 사진을 나타낸다.Figure 10 shows photographs before and after the heat resistance evaluation experiment of the coating material according to Experimental Example 1. That is, the left and right sides of Figure 10 show a planar photograph of the coating material before and after the heat resistance evaluation experiment and a scanning electron microscope photograph of its cross section, respectively.

도 10에 도시한 바와 같이, 내열성 평가 실험 후에도 AlN 모재, MgAl2O4 스피넬 버퍼층, 및 Y2O3 코팅층이 잘 밀착되어 결합 유지된 것을 확인할 수 있었다. 즉, MgAl2O4 스피넬 버퍼층이 열팽창계수 차이를 가진 AlN 모재와 Y2O3 코팅층 사이에 위치하여 열팽창에 따른 완충 작용을 하는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과, 실험예 1에 따른 코팅재를 적용한 고온 히터를 실제로 사용시, 플라스마 등에 대한 내식성 확보로 고온 히터에서 파티클이 박리되어 나올 가능성이 없다는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 10, it was confirmed that the AlN base material, MgAl 2 O 4 spinel buffer layer, and Y 2 O 3 coating layer were well adhered and maintained together even after the heat resistance evaluation experiment. In other words, it was confirmed that the MgAl 2 O 4 spinel buffer layer is located between the AlN base material and the Y 2 O 3 coating layer, which has a difference in thermal expansion coefficient, and acts as a buffer according to thermal expansion. As a result, it was confirmed that when the high-temperature heater to which the coating material according to Experimental Example 1 was applied was actually used, there was no possibility of particles being separated from the high-temperature heater by ensuring corrosion resistance to plasma, etc.

도 11은 비교예에 따른 코팅재의 내열성 평가 실험 전 및 실험 후의 사진을 나타낸다. 즉, 도 11의 좌측 및 우측에는 각각 내열성 평가 실험 전 및 내열성 평가 실험 후의 코팅재의 평면 사진 및 그 단면의 주사전자현미경 사진을 나타낸다.Figure 11 shows photographs before and after the heat resistance evaluation experiment of the coating material according to the comparative example. That is, the left and right sides of Figure 11 show a planar photograph of the coating material before and after the heat resistance evaluation experiment and a scanning electron microscope photograph of its cross section, respectively.

도 11에 도시한 바와 같이, 우측의 내열성 실험 후 사진으로부터 AlN 모재와 Y2O3 코팅층 사이에 크랙이 발생한 것을 확인할 수 있었다. AlN 모재와 Y2O3 코팅층의 큰 열팽창계수의 차이로 인해 AlN 모재와 Y2O3 코팅층이 수축 팽창하면서 크랙이 생성된 것을 확인할 수 있었다. 그 결과, 비교예에 따른 코팅재를 적용한 고온 히터를 실제로 사용시, 플라스마 등에 대한 내식성 확보가 어려워 고온 히터에서 파티클이 박리될 수 있을 것으로 확인되었다.As shown in FIG. 11, it was confirmed from the photo after the heat resistance test on the right that cracks occurred between the AlN base material and the Y 2 O 3 coating layer. It was confirmed that cracks were generated as the AlN base material and Y 2 O 3 coating layer contracted and expanded due to the large difference in thermal expansion coefficient between the AlN base material and the Y 2 O 3 coating layer. As a result, it was confirmed that when a high-temperature heater using the coating material according to the comparative example is actually used, it is difficult to secure corrosion resistance against plasma, etc., and particles may be peeled off from the high-temperature heater.

실험예 1 및 실험예 2를 통하여 버퍼층으로 인해 우수한 내열성을 가지는 코팅재를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이러한 코팅재는 고온 환경에 노출되는 고온 히터의 소재로 사용하기에 적합하다는 점도 확인되었다.Through Experimental Example 1 and Experimental Example 2, it was found that a coating material with excellent heat resistance could be manufactured due to the buffer layer. It was also confirmed that this coating material is suitable for use as a material for high-temperature heaters exposed to high-temperature environments.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described according to the foregoing description, those skilled in the art will easily understand that various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the claims described below.

10. 코팅재
100. 고온 히터
100a. 발열체
101. 모재
103. 버퍼층
105. 코팅층
200. 지지대
300. 전원
300a. 도선
400. 진공 펌프
500. 챔버 본체
1000. 공정 챔버 장치
S. 내부 공간
t103, t105. 두께
W. 웨이퍼
10. Coating material
100. High temperature heater
100a. heating element
101. Base material
103. Buffer layer
105. Coating layer
200. Support
300. Power
300a. ferry
400. Vacuum pump
500. Chamber body
1000. Process chamber equipment
S. Internal space
t103, t105. thickness
W. Wafer

Claims (12)

공정 챔버 내의 부식성 분위기에서 사용하도록 적용된 고온 히터용 코팅재의 제조 방법으로서,
고온 히터용 모재를 제공하는 단계,
상기 모재 위에 MgAl2O4-x (0<x≤0.2)을 포함하는 버퍼층을 제공하는 단계,
상기 버퍼층 위에 Y2O3-z (0<z≤0.2)를 포함하는 코팅층을 제공하는 단계, 및
상기 모재, 상기 버퍼층 및 상기 코팅층을 열처리하는 단계
를 포함하는 코팅재의 제조 방법.
A method of manufacturing a coating material for a high temperature heater applied for use in a corrosive atmosphere in a process chamber, comprising:
Providing a base material for a high temperature heater,
Providing a buffer layer containing MgAl 2 O 4-x (0<x≤0.2) on the base material,
Providing a coating layer containing Y 2 O 3-z (0<z≤0.2) on the buffer layer, and
Heat treating the base material, the buffer layer, and the coating layer
A method of manufacturing a coating material comprising.
제1항에서,
상기 코팅층을 제공하는 단계에서, 상기 코팅층은 PVD(physical vapor deposition, 물리기상증착법)에 의해 상기 버퍼층 위에 제공되는 코팅재의 제조 방법.
In paragraph 1:
In the step of providing the coating layer, the coating layer is provided on the buffer layer by PVD (physical vapor deposition).
제2항에서,
상기 버퍼층을 제공하는 단계에서, 상기 버퍼층은 PVD(physical vapor deposition, 물리기상증착), 서스펜션 플라스마 용사(suspension plasma spray, SPS), 또는 에어로졸 증착(aerosol deposition, AD)에 의해 제공되는 코팅재의 제조 방법.
In paragraph 2,
In the step of providing the buffer layer, the buffer layer is provided by physical vapor deposition (PVD), suspension plasma spray (SPS), or aerosol deposition (AD). .
제1항에서,
상기 모재를 제공하는 단계에서, 상기 모재는 AlN을 포함하는 코팅재의 제조 방법.
In paragraph 1:
In the step of providing the base material, the base material includes AlN.
제1항에서,
상기 열처리하는 단계에서, 상기 열처리 온도는 600℃ 내지 1000℃인 코팅재의 제조 방법.
In paragraph 1:
In the heat treatment step, the heat treatment temperature is 600°C to 1000°C.
제1항에서,
상기 버퍼층을 제공하는 단계에서, 상기 x는 0보다 크고 0.1 이하인 코팅재의 제조 방법.
In paragraph 1:
In the step of providing the buffer layer, x is greater than 0 and less than or equal to 0.1.
제1항에서,
상기 코팅층을 제공하는 단계에서, 상기 z는 0보다 크고 0.1 이하인 코팅재의 제조 방법.
In paragraph 1:
In the step of providing the coating layer, z is greater than 0 and less than or equal to 0.1.
챔버 내에서 부식성 분위기에서 사용하도록 적용된 고온 히터용 코팅재로서,
고온 히터용 모재,
상기 모재 위에 위치하고, MgAl2O4 스피넬을 포함하는 버퍼층, 및
상기 버퍼층 위에 위치하고, Y2O3를 포함하는 코팅층
을 포함하는 코팅재.
A coating material for a high temperature heater applied for use in a corrosive atmosphere within a chamber,
Base material for high temperature heater,
A buffer layer located on the base material and containing MgAl 2 O 4 spinel, and
A coating layer located on the buffer layer and containing Y 2 O 3
A coating material containing a.
제8항에서,
상기 모재는 AlN을 포함하는 코팅재.
In paragraph 8:
The base material is a coating material containing AlN.
제8항에서,
상기 코팅층의 열팽창계수는 상기 버퍼층의 열팽창계수보다 크고, 상기 버퍼층의 열팽창계수는 상기 모재의 열팽창계수보다 큰 코팅재.
In paragraph 8:
A coating material in which the thermal expansion coefficient of the coating layer is greater than that of the buffer layer, and the thermal expansion coefficient of the buffer layer is greater than the thermal expansion coefficient of the base material.
제10항에서,
상기 모재의 열팽창계수와 상기 버퍼층의 열팽창계수의 차는 상기 버퍼층의 열팽창계수와 상기 코팅층의 열팽창계수의 차보다 작은 코팅재.
In paragraph 10:
A coating material in which the difference between the thermal expansion coefficient of the base material and the buffer layer is smaller than the difference between the thermal expansion coefficient of the buffer layer and the coating layer.
제10항에서,
상기 모재의 열팽창계수와 상기 버퍼층의 열팽창계수의 차는 0.5ppm/K 내지 1ppm/K인 코팅재.
In paragraph 10:
A coating material wherein the difference between the thermal expansion coefficient of the base material and the buffer layer is 0.5ppm/K to 1ppm/K.
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