WO2010011113A2 - 내 플라즈마성 갖는 세라믹 코팅체 - Google Patents

내 플라즈마성 갖는 세라믹 코팅체 Download PDF

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황철호
장재훈
서준호
김형인
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주식회사 코미코
재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원
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    • H01J37/32458—Vessel
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic coating, and more particularly, to a plasma resistant ceramic coating including a ceramic coating film having pores of 1% or less.
  • a plasma processing apparatus used in a semiconductor manufacturing process is a gas containing a reactant such as fluoride, chloride, bromide, etc. is converted into a plasma inside the chamber of the plasma processing apparatus, and the object to be processed is processed by using the plasmad gas. can do.
  • a plasma processing apparatus as well as the processing of the object to be processed, the inner surface of the chamber or the internal component material of the plasma processing apparatus may be corroded by the gases.
  • a ceramic coating film containing an oxide such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) may be formed on the inner surface or the inside of the chamber. It can be formed on the surface of the part material by the spray coating method.
  • the ceramic coating film formed by the thermal spray coating method contains high pores of 5% or more due to the non-uniform coating due to the difference in melting time or incomplete melting due to the characteristics of the ceramic material of high melting point. These pores not only make the corrosion easily occur when the plasma or various reactive gases applied in the semiconductor manufacturing process come into contact with the coating film, but also the ceramic coating film damaged by the corrosion acts as a source of contaminants in the device. This may cause contamination of the object to be treated, for example, a semiconductor wafer.
  • the porosity of the ceramic coating layer may be decreased and the density of the coating layer may be increased.
  • a method of thermally coating ceramic powders of several tens to hundreds of nanometers in place of conventional tens of micrometers may be used.
  • Post-treatment or heat treatment with an organic solvent can be performed.
  • these methods do not replace the thermal spray coating method, and are an improvement of the post-treatment method of the ceramic powder or the coating film, and thus it is difficult to sufficiently reduce the porosity of the ceramic coating film.
  • An object of the present invention is to provide a ceramic coating comprising a ceramic coating film having a sufficiently reduced porosity and improved plasma resistance without applying a thermal spray coating method.
  • the ceramic coating for realizing the object of the present invention is a corrosion rate of 13 to 25nm / min with respect to the plasma to be applied to the plasma processing apparatus and the plasma formed on the surface of the coating and formed using 800W power ( erosion rate), and the composition includes a ceramic coating film having a pore content of 0.1 to 1%.
  • Plasma-resistant ceramic coatings having such a structure include relatively low surface roughness, high adhesion, and less than 1% of pores compared to ceramic coatings obtained by conventional thermal spray coating methods, and thus are exposed to plasma for a long time. Damage to that surface can be sufficiently reduced.
  • the method of forming the ceramic coating film may include grinding, crushing, and dispersing the ceramic powder into a ceramic powder having a particle size of 0.1 to 1.0 ⁇ m, and coating the dispersed ceramic powder at a speed of 250 to 400 m / s. Ejecting to the surface to impinge / crush, and partially adsorbing the crushed ceramic particles to the surface of the coating.
  • the above steps may be performed at least twice, and thus the crushed ceramic particles may be accumulated and adhered to the surface of the coating body.
  • the ceramic coating film may be formed to a desired thickness by repeatedly performing the steps.
  • a yttrium oxide film, an aluminum oxide film, or these mixed films etc. are mentioned.
  • the ceramic powder may have a polyhedral shape in which a curved surface or a groove is formed by a crushing process.
  • the crushed ceramic particles have a particle size of 80 to 200nm.
  • the coated object of the plasma apparatus includes aluminum, stainless steel, quartz or ceramic material.
  • examples of the to-be-coated body include a gas distribution plate, an electrostatic chuck, a shower head, an inner wall of a chamber, a cylinder, a focus ring, and the like.
  • the ceramic coating having the characteristics as described above includes a ceramic coating having a sufficiently reduced porosity compared to the ceramic coating formed by performing a conventional spray coating process. For this reason, the plasma resistance and chemical resistance of the ceramic coating may be sufficiently improved, and thus the damage may be sufficiently reduced even when the ceramic coating is exposed to plasma for a long time.
  • the maintenance cost of the plasma processing apparatus may be significantly reduced, and contamination of the wafer due to the generation of contaminants such as particles and the adsorption of contaminants on the ceramic coating layer. Can be sufficiently reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a ceramic coating having plasma resistance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an electron micrograph showing a cross section of a ceramic coating film included in the ceramic coating shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is a process flow diagram showing a method of forming a ceramic coating according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a photograph showing the ceramic particles applied when the ceramic coating body of Example 2 formed.
  • Example 5 is a photograph showing ceramic particles applied when the ceramic coating body of Example 5 was formed.
  • FIG. 6 is a photograph showing a cross section of the ceramic coating body of Example 1.
  • FIG. 7 is a photograph showing a cross section of the ceramic coating body of Comparative Example 1.
  • Example 8 is a photograph showing the surface of the ceramic coating of Example 1 exposed to plasma.
  • first, second, third, etc. may be used to describe various items such as various elements, compositions, regions, layers and / or parts, but the items are not limited by these terms. Will not. These terms are only used to distinguish one element from another. Accordingly, the first element, composition, region, layer or portion described below may be represented by the second element, composition, region, layer or portion without departing from the scope of the invention.
  • Embodiments of the invention are described with reference to cross-sectional illustrations that are schematic illustrations of ideal embodiments of the invention. Accordingly, changes from the shapes of the illustrations, such as changes in manufacturing methods and / or tolerances, are those that can be expected. Accordingly, embodiments of the present invention are not to be described as limited to the particular shapes of the areas described as the illustrations but to include deviations in the shapes. For example, a region described as flat may generally have roughness and / or nonlinear shapes. Also, the sharp edges described as illustrations may be rounded. Accordingly, the regions described in the figures are entirely schematic and their shapes are not intended to describe the exact shapes of the regions and are not intended to limit the scope of the invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a ceramic coating having a plasma resistance according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an electron micrograph showing a cross section of the ceramic coating film contained in the ceramic coating shown in FIG.
  • the ceramic coating body 30 of the present embodiment includes a coating body 10 applied to a plasma apparatus and a ceramic coating film 20 deposited on the coating body.
  • the coated object 10 may include aluminum, stainless steel, quartz, a ceramic material (for example, aluminum oxide), and the surface thereof may be anodized.
  • the coated object 10 may be a component that is applied inside the plasma processing apparatus.
  • the coated object 10 may be a gas distribution plate, an electrostatic chuck, a shower head, an inner wall of a chamber, a cylinder, a focus ring, or the like.
  • the ceramic coating film 20 is formed to a predetermined thickness on the coating target body 10 by room temperature fine particle deposition method, and has an adhesion force of 75 to 95Mpa with the coated body 10, the surface of about 0.1 to 3um It is a metal oxide film having roughness and having plasma resistance in which the content of pores is 0.1 to 1%.
  • the metal oxide film include yttrium oxide (Y 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the like.
  • the ceramic coating film preferably has a corrosion rate of about 13 to 25nm / min when exposed to a plasma formed at 800W power. This is because the maintenance cost of the plasma apparatus is increased when the corrosion rate of the ceramic coating film exceeds 25 nm / min.
  • the ceramic coating film 20 of the present invention preferably contains less than 1% pores.
  • the ceramic coating film 20 has a surface roughness in the range of 0.1 to 3um and preferably has a surface roughness in the range of 0.5 to 1um.
  • Figure 3 is a process flow diagram showing a method of forming a ceramic coating according to an embodiment of the present invention.
  • the ceramic powder accommodated in the ceramic powder supply unit of the ceramic coating apparatus is prepared (step S110).
  • the ceramic powder may agglomerate in the powder supply.
  • the ceramic powder is a ceramic powder applied to a conventional spray coating process, and includes yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, or a mixture thereof, and the like, and has a thickness of about 0.1 to 1.0 ⁇ m.
  • the particle size of the ceramic powder applied to the ceramic coating film forming process is less than 0.1um, cohesion between the ceramic powders increases, so that powder supply is not properly performed.
  • the particle size exceeds 1.0 ⁇ m, the acceleration force is increased due to the increase in the weight of the ceramic powder itself during coating, which causes a problem that the particles bounce off the surface of the coated body of the ceramic coating after fracture. Therefore, in the present embodiment, the ceramic powder may have a particle size of 0.1 to 1.0 um, and preferably may have a particle size of 0.4 to 0.8 um.
  • the ceramic powder may be formed by performing a ball mill process on preliminary ceramic particles having a particle diameter of 2 to 10um.
  • the ceramic powder may be formed by performing a plasma cooling grinding method.
  • the plasma cooling pulverization method includes the step of cold pulverization under nitrogen gas after plasma melting of the pre-ceramic particles having a particle diameter of about 2 to 10um.
  • the ceramic powder has a polyhedral shape having a curved surface or a groove which is not spherical.
  • the mechanical crushing process may include a ball mill process and a plasma low temperature crushing process. This is because the ceramic powder having such a polyhedral shape can be easily crushed to have a relatively small particle state when it collides with the surface of the coated object 10 to be crushed.
  • the coated object may include aluminum, quartz, aluminum oxide, and the like, and the surface thereof may be anodized.
  • the ceramic powder having the aggregated state is dispersed into the ceramic powder having a particle size of 0.1 to 1.0 um (step S120).
  • the ceramic powder Since the aggregated ceramic powder has a particle size of about 2 to 10um substantially, the ceramic powder must be dispersed to have a particle size of 0.1 to 1.0um again.
  • the dispersion of the ceramic powder may be caused by agglomeration of the ceramic powder supplied from the ceramic powder supply unit with the carrier gas at high speed into the dispersion unit included in the coating film forming apparatus, and then collided / crushed inside the dispersion unit. The reaction can be accomplished by continuously occurring.
  • the carrier gas include oxygen gas, argon gas (Ar), nitrogen gas (N 2 ), hydrogen gas (H 2 ), helium gas (He), and the like. These may be used alone or as a mixed gas.
  • the dispersed ceramic powder is jetted at high speed to the surface of the coated object to crash / crush (step S130).
  • the ceramic powder dispersed in the carrier gas is ejected at high speed to the surface to be coated by the ejecting unit.
  • the dispersed ceramic powder is ejected with a carrier gas at a speed of about 250 to 400 m / s.
  • the ejection rate of the ceramic powder may vary depending on the pressure of the carrier gas and the pressure inside the chamber in which the ceramic coating film is formed.
  • the vacuum pressure inside the chamber may be adjusted to about 10 ⁇ 2 torr, and the ceramic powder and carrier gas may be accelerated from the jet unit to a subsonic or supersonic speed (about 250 to 400 m / s) region.
  • the dispersed ceramic powder is preferably ejected at a speed of about 250 to 400 m / s, particularly preferably at a speed of about 300 to 350 m / s.
  • the dispersed ceramic powders ejected under the conditions described above are crushed (split) by colliding with the surface of the coating to be formed into crushed ceramic particles having a nanoparticle size. If the size of the crushed ceramic particles is less than 80nm, there is a problem that the cumulative speed of the crushed ceramic particles adsorbed (deposited) on the surface of the coating to be significantly reduced. On the other hand, when the size of the crushed ceramic particles exceeds 200nm, the cumulative speed of the crushed ceramic particles adsorbed on the surface of the coating increases, but the porosity in the ceramic coating layer increases. Therefore, the crushed ceramic particles preferably have a size of about 80 to 200 nm, preferably a size of about 100 to 150 nm.
  • the surface of the coated object preferably has a roughness of 20 ⁇ m or less.
  • the coating layer is formed by applying particles having a size of about 80 to 200 nm to form the coating layer, when the roughness of the coated body is 20 ⁇ m or less, most of the grooves of the coated body are filled to make the surface of the coating layer with an roughness of 0.1 to 3 ⁇ m.
  • the roughness of the coating layer may be similar to the roughness of the coated body.
  • the ceramic coating film forming method of the present embodiment is less affected by the surface roughness of the coating layer than the thermal spray coating method, a separate process is not required to control the surface roughness of the coating layer.
  • yttrium oxide powder is ejected from the spray gun at a speed of about 300 to 350 m / s, and the spray gun is transported on the coated body at a speed of about 40 to 60 m / min.
  • the distance between the spray gun and the surface of the coated body may be about 100 to 130 mm, and the spray angle of the coating material may be adjusted to about 80 to 90 degrees with respect to the surface of the coated body.
  • the crushed ceramic particles are adsorbed (deposited) on the surface to be coated (step S140).
  • Adsorption of the crushed ceramic particles formed in the step S140 is made by the kinetic energy of the crushed ceramic particles hit the surface of the coating. That is, the ceramic particles may collide with the surface of the coating to be broken into pieces, and the broken ceramic particles may be embedded in the surface of the coating by the kinetic energy. In this case, the ceramic particles embedded in the surface portion of the to-be-coated body may form a coating layer, and the coating layer may be grown by continuously colliding ceramic particles on the to-be-coated body and the coating layer.
  • step S150 cumulative adsorption of the crushed ceramic particles on the surface of the coating body forms a ceramic coating including a ceramic coating film having a porosity of 1% or less.
  • the step S130 of rapidly dispersing the dispersed ceramic powder to the surface of the coated body to collide / crush and the step S140 of adsorbing the broken ceramic particles to the surface of the coated body may be performed. Accordingly, the ceramic particles formed by crushing ceramic particles are accumulated and adsorbed on the surface of the coating to include a ceramic coating film having a pore content of 1% or less.
  • the ceramic coating formed by the above-mentioned room temperature fine particle deposition method includes a ceramic coating film having a pore content of 1% or less, unlike the ceramic coating film formed by the spray coating method, the plasma coating has excellent plasma resistance and is about 13 to about plasma formed at 800W power. To a corrosion rate of from 25 nm / min. In addition, the surface of the ceramic coating formed has a roughness of about 0.1 to 3um.
  • the ceramic coating is formed to have a surface roughness in the range of 0.1 to 3um and preferably to have a surface roughness in the range of 0.5 to 1um.
  • the thicknesses of the ceramic coating films of the ceramic coating body formed according to the coating method and coating conditions disclosed in Table 1 were measured.
  • the coating method of the comparative example is a well-known atmospheric plasma spray (APS) coating method
  • the coating method of the embodiments is a room temperature particulate deposition method comprising the step S110 to 150.
  • the conditions of the coating method of the present embodiments eject the yttrium powder from the spray gun at a speed of about 330 m / s, transfer the spray gun across the coating to a speed of about 1 mm / sec, and And a distance of about 110 mm between the surface of the coating body 10 and the spray angle of the coating material was set to about 90 degrees with respect to the surface of the coating body.
  • the to-be-coated body is a gas distribution plate
  • the coating film is a yttrium oxide film
  • the size of the particles indicates the size of the particles when ejected from the spray gun.
  • the coating thickness of the yttrium oxide film formed when the particle size was 700 to 800 nm showed the optimal thickness.
  • the coating thickness increases when the yttrium oxide particles have a polyhedron shape as shown in FIG. 5 rather than a spherical shape as shown in FIG. 4. Accordingly, it is most preferable to use a ceramic powder having a particle size of 700 to 800 nm of a polyhedron when forming a ceramic coating having a yttrium film formed on the surface of the coating.
  • the pore content and plasma resistance of the ceramic coating body were evaluated.
  • the results are shown in Table 2 below.
  • the plasma characteristic evaluation is performed in AMAT (Applied Materials) P-500 (trade name) plasma chamber, fluorocarbon gas (CF 4 ) 50sccm, oxygen gas 10sccm, chamber pressure 0.05torr, plasma power 800W, plasma exposure time 60 minutes Setting was performed.
  • the coating is a gas distribution plate, and the ceramic coating is a gas distribution plate on which a yttrium oxide film is formed.
  • the yttrium oxide film of the ceramic coating formed by the method of the embodiment has a relatively high plasma resistance by having a pore content of 1% or less.
  • the yttrium oxide film of the ceramic coating formed by the method of Comparative Example 1 has a pore content of 5% or more, so that the plasma characteristics are relatively very low, so that the corrosion occurs quickly.
  • the yttrium oxide film (Example 1) of the ceramic coating disclosed in FIG. 6 was significantly smaller in pore content than the yttrium oxide film (comparative example 1) of the ceramic coating disclosed in FIG. 7.
  • the yttrium oxide film (Example 1) of the coating body exposed to the plasma of FIG. 8 has a relatively higher surface damage by plasma than the yttrium oxide film (Comparative Example 1) of the ceramic coating body exposed to the plasma of FIG. Very small was confirmed.
  • the ceramic coating having the characteristics described above includes a ceramic coating film having pores of several to several tens of times or less than the ceramic coating film formed by performing a conventional spray coating process. For this reason, the ceramic coating has plasma resistance and chemical resistance characteristics that minimize damage even when exposed to plasma for a long time. Accordingly, when the ceramic coating having plasma resistance is applied as a component of the plasma processing apparatus, the maintenance cost of the plasma processing apparatus may be significantly reduced, and the contamination of the wafer due to particle generation may be minimized.

Abstract

플라즈마 처리장치에 적용되는 내 플라즈마 특성이 향상된 세라믹 코팅체가 개시되어 있다. 상기 세라믹 코팅체는 플라즈마 처리장치에 적용되는 피 코팅체 및 상기 피 코팅체 표면에 형성되며 800W 파워에서 형성된 플라즈마에 대하여 13 내지 25nm/min의 부식속도를 갖고, 기공의 함유율이 0.1 내지 1%인 세라믹 코팅막을 포함하는 구성을 갖는다. 이러한 구성을 갖는 세라믹 코팅체는 플라즈마에 장시간 노출되어도 그 표면 손상이 충분히 감소될 수 있다.

Description

내 플라즈마성 갖는 세라믹 코팅체
본 발명은 세라믹 코팅체에 관한 것으로서 보다 상세하게는 1% 이하의 기공을 갖는 세라믹 코팅막을 포함하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정에서 이용되는 플라즈마 처리장치는 플루오르화물, 염화물, 브롬화물 등과 같은 반응물을 포함하는 가스가 플라즈마 처리장치의 챔버 내부에서 플라즈마화되고, 플라즈마화된 상기 가스를 이용하여 피처리 대상물을 가공할 수 있다. 이러한 플라즈마 처리장치의 내부에서는 상기 피처리 대상물의 가공뿐만 아니라, 플라즈마 처리장치의 챔버 내부면 또는 내부부품 소재는 상기 가스들에 의해 부식될 수 있다.
상기와 같은 챔버의 내부면 또는 내부부품 소재의 부식을 방지하기 위해, 산화이트륨(Y2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 등의 산화물을 포함하는 세라믹 코팅막을 챔버의 내부면 또는 내부부품 소재의 표면에 용사코팅방법으로 형성할 수 있다. 그러나 상기 용사코팅방법으로 형성되는 세라믹 코팅막은 고융점의 세라믹 원료의 특성상 용융이 완전하지 않거나 용융시간의 차이로 인한 불균일한 코팅 때문에 5% 이상의 높은 기공을 포함한다. 이러한 기공은 반도체 제조공정에 적용되는 플라즈마 또는 각종 반응성 가스가 코팅막과 접촉할 때 쉽게 부식이 일어나도록 만들뿐만 아니라, 이렇게 부식에 의해 손상된 세라믹 코팅막은 장치 내부에서 오염물 발생원으로 작용하게 되므로 결과적으로 상기 피처리 대상물, 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 오염까지 초래하는 원인이 된다.
상기 세라믹 코팅막의 내 플라즈마성을 향상시키기 위하여 상기 세라믹 코팅막의 기공율을 감소시키고 코팅막의 밀도를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 고융점 세라믹의 용융을 쉽게 하고 균일한 코팅막을 얻기 위해 종래의 수십 ㎛ 크기의 분말 대신에 수십~ 수백 나노미터 크기의 세라믹 분말을 용사 코팅하는 방법이 사용될 수 있으며, 또한 용사코팅 후 유기용매를 이용한 후처리 또는 열처리가 수행될 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법들은 용사코팅 방법을 대체하는 것은 아니며, 세라믹 분말 또는 코팅막의 후처리 방법을 개선한 것이므로, 상기 세라믹 코팅막의 기공율을 충분히 감소시키기 어렵다.
본 발명의 목적은 용사코팅 방법을 적용하지 않고도 충분히 감소된 기공율과 개선된 내 플라즈마 특성을 갖는 세라믹 코팅막을 포함하는 세라믹 코팅체를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 세라믹 코팅체는 플라즈마 처리장치에 적용되는 피 코팅체 및 상기 피 코팅체 표면에 형성되며 800W 파워를 이용하여 형성된 플라즈마에 대하여 13 내지 25nm/min의 부식속도(erosion rate)를 갖고, 기공의 함유율이 0.1 내지 1%인 세라믹 코팅막을 포함하는 구성을 갖는다. 이러한 구성을 갖는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체는 종래의 용사코팅 방법에 의해 얻을 수 있는 세라믹 코팅체와 비교하여 상대적으로 낮은 표면조도, 높은 부착력 및 1% 이하의 기공을 포함하고 있어 플라즈마에 장시간 노출되어도 그 표면의 손상이 충분히 감소될 수 있다.
일 예로서, 상기 세라믹 코팅막 형성하는 방법은 세라믹 분말을 0.1 내지 1.0um의 입도를 갖는 세라믹 분말로 분쇄, 파쇄 및 분산시키는 단계와, 분산된 세라믹 분말을 250 내지 400m/s의 속도로 피 코팅체 표면으로 분출시켜 충돌/파쇄시키는 단계와, 파쇄된 세라믹 입자를 피 코팅체 표면에 일부 흡착시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단계들은 적어도 2회 반복 수행될 수 있으며, 이에 따라 상기 피 코팅체 표면에 상기 파쇄된 세라믹 입자들이 누적 고착될 수 있다. 결과적으로, 상기 세라믹 코팅막은 상기 단계들을 반복적으로 수행함으로써 목적하는 두께로 형성될 수 있다. 상기한 세라믹 코팅막의 예로서는 산화이트륨막, 산화알루미늄막 또는 이들의 혼합막 등을 들 수 있다.
또한, 상기 세라믹 분말은 파쇄 공정 처리되어 굴곡된 표면 또는 홈이 형성된 다면체 형상을 갖는다. 상기 파쇄된 세라믹 입자는 80 내지 200nm의 입경을 갖는다.
상기 플라즈마 장치의 피 코팅체는 알루미늄, 스테인리스, 석영 또는 세라믹 물질을 포함한다. 또한, 상기 피 코팅체의 예로서는 가스 분배판, 정전척, 샤워헤드, 챔버의 내벽, 실린더, 포커스 링 등을 들 수 있다.
상술한 바와 같은 특성을 갖는 세라믹 코팅체는 기존의 용사코팅 공정을 수행하여 형성된 세라믹 코팅막에 비해 충분히 감소된 기공율을 갖는 세라믹 코팅막을 포함한다. 이 때문에 상기 세라믹 코팅체의 내 플라즈마성 및 내 화학적성이 충분히 개선될 수 있으며, 이에 따라 상기 세라믹 코팅체가 플라즈마에 장시간 노출될 경우에도 그 손상이 충분히 감소될 수 있다.
또한, 상기 내 플라즈마성을 갖는 세라믹 코팅체가 플라즈마 처리장치의 부품으로 적용될 경우 상기 플라즈마 처리장치의 유지 보수비용을 현저히 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 파티클 등 오염물 발생 및 세라믹 코팅막의 오염물 흡착으로 인한 웨이퍼의 오염을 충분히 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 내 플라즈마성을 갖는 세라믹 코팅체를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세라믹 코팅체에 포함된 세라믹 코팅막의 단면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 코팅체를 형성하는 방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 4는 실시예 2의 세라믹 코팅체 형성시 적용된 세라믹 입자를 나타내는 사진이다.
도 5는 실시예 5의 세라믹 코팅체 형성시 적용된 세라믹 입자를 나타내는 사진이다.
도 6은 실시예 1의 세라믹 코팅체의 단면을 나타내는 사진이다.
도 7은 비교예 1의 세라믹 코팅체의 단면을 나타내는 사진이다.
도 8은 플라즈마에 노출된 실시예 1의 세라믹 코팅체의 표면을 나타내는 사진이다.
도 9는 플라즈마에 노출된 비교예 1의 세라믹 코팅체의 표면을 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 유사한 요소들에 대하여는 전체적으로 유사한 참조 부호들이 사용될 것이며 또한, “및/또는”이란 용어는 관련된 항목들 중 어느 하나 또는 그 이상의 조합을 포함한다.
다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다. 이들 용어들은 단지 다른 요소로부터 하나의 요소를 구별하기 위하여 사용되는 것이다. 따라서, 하기에서 설명되는 제1 요소, 조성, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 제2 요소, 조성, 영역, 층 또는 부분으로 표현될 수 있을 것이다.
공간적으로 상대적인 용어들, 예를 들면, “하부” 또는 “바닥” 그리고 “상부” 등의 용어들은 도면들에 설명된 바와 같이 다른 요소들에 대하여 한 요소의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면에 도시된 방위에 더하여 장치의 다른 방위들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도면들 중 하나에서 장치가 방향이 바뀐다면, 다른 요소들의 하부 쪽에 있는 것으로 설명된 요소들이 상기 다른 요소들의 상부 쪽에 있는 것으로 맞추어질 것이다. 따라서, “하부”라는 전형적인 용어는 도면의 특정 방위에 대하여 “하부” 및 “상부”방위 모두를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 도면들 중 하나에서 장치가 방향이 바뀐다면, 다른 요소들의 “아래” 또는 “밑”으로서 설명된 요소들은 상기 다른 요소들의 “위”로 맞추어질 것이다. 따라서, “아래” 또는 “밑”이란 전형적인 용어는 “아래”와 “위”의 방위 모두를 포함할 수 있다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 하기에서 사용된 바와 같이, 단수의 형태로 표시되는 것은 특별히 명확하게 지시되지 않는 이상 복수의 형태도 포함한다. 또한, “포함한다” 또는 “포함하는”이란 용어가 사용되는 경우, 이는 언급된 형태들, 영역들, 완전체들, 단계들, 작용들, 요소들 및/또는 성분들의 존재를 특징짓는 것이며, 다른 하나 이상의 형태들, 영역들, 완전체들, 단계들, 작용들, 요소들, 성분들 및/또는 이들의 그룹들의 추가를 배제하는 것은 아니다.
달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이다. 예를 들면, 평평한 것으로서 설명된 영역은 일반적으로 거칠기 및/또는 비선형적인 형태들을 가질 수 있다. 또한, 도해로서 설명된 뾰족한 모서리들은 둥글게 될 수도 있다. 따라서, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다.
세라믹 코팅체
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내 플라즈마성을 갖는 세라믹 코팅체를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세라믹 코팅체에 포함된 세라믹 코팅막의 단면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 세라믹 코팅체(30)는 플라즈마 장치에 적용되는 피 코팅체(10) 및 피 코팅체 상에 증착된 세라믹 코팅막(20)을 포함한다. 구체적으로 상기 피 코팅체(10)는 알루미늄, 스테인리스, 석영, 세라믹 물질(예를 들면, 알루미늄산화물) 등을 포함할 수 있으며, 그 표면은 아노다이징 처리될 수 있다. 또한, 상기 피 코팅체(10)는 플라즈마 처리장치 내부에 적용되는 부품일 수 있다. 예를 들면, 상기 피 코팅체(10)는 가스 분배판, 정전척, 샤워헤드, 챔버의 내벽, 실린더, 포커스 링 등일 수 있다.
상기 세라믹 코팅막(20)은 피 코팅체(10) 상에 상온 미립자 증착방법에 의해 소정의 두께로 형성되고, 상기 피 코팅체(10)와 75 내지 95Mpa의 부착력을 갖고, 약 0.1 내지 3um의 표면 조도를 갖으며, 기공의 함유율이 0.1 내지 1%인 내 플라즈마 특성을 갖는 금속산화물막이다. 상기 금속산화물막의 예로서는 산화 이트륨(Y2O3), 산화 알루미늄(Al2O3) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 세라믹 코팅막은 800W 파워에 형성된 플라즈마에 노출된 경우 약 13 내지 25nm/min의 부식속도를 갖는 것이 바람직하다. 이는, 상기 세라믹 코팅막의 부식속도가 25nm/min을 초과될 경우 플라즈마 장치의 유지보수 비용이 증가되는 문제점이 발생되기 때문이다.
상기 세라믹 코팅막(20)에 포함된 기공의 함유율이 1%를 초과하면, 기공이 1% 함유하는 세라믹 코팅막에 비해 표면의 손상이 크게 발생하는 문제점이 발생된다. 여기서, 상기 세라믹 코팅막(20)의 표면의 손상 부위는 웨이퍼를 오염시키는 파티클 발생의 원인으로 작용된다. 따라서 본 발명의 세라믹 코팅막(20)은 1%이하의 기공을 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 세라믹 코팅막(20)의 표면 조도가 0.1um 미만이면 내 플라즈마 특성이 다소 향상되나 챔버 내에서 발생될 수 있는 반응 부산물이 그 표면에 부착되기 어렵다. 결과적으로, 상기 반응 부산물에 의해 반도체 웨이퍼와 같은 피 처리물의 오염이 증가되는 문제점이 발생된다. 반면에 표면 조도가 3um을 초과할 경우 공정 부산물이 상기 세라믹 코팅막 표면에서 부착이 용이하지만 상기 세라믹 코팅막이 부식이 빠르게 이루어지는 문제점이 발생된다. 따라서 상기 세라믹 코팅막은 0.1 내지 3um 범위의 표면 조도를 갖고 바람직하게는 0.5 내지 1um 범위의 표면 조도를 갖는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 코팅체를 형성하는 방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 코팅체를 형성하기 위해서는 먼저 상기 세라믹 코팅장치의 세라믹 분말 공급부에 수용되는 세라믹 분말을 마련한다(단계 S110). 상기 세라믹 분말은 상기 분말 공급부 내에서 응집될 수 있다.
상기 세라믹 분말은 기존의 용사코팅 공정에 적용되는 세라믹 분말로서 산화이트륨(Y2O3)분말, 산화알루미늄(Al2O3)분말 또는 이들의 혼합물 분말 등을 포함하며, 약 0.1 내지 1.0um의 입자 크기를 갖는다. 상기 세라믹 코팅막 형성공정에 적용되는 세라믹 분말의 입자의 크기가 0.1um 미만일 경우 세라믹 분말 간 응집력이 높아져 분말 공급이 제대로 이루어지지 않는다. 반면에 상기 입자의 크기가 1.0um을 초과할 경우 코팅시 세라믹 분말 자체 무게 증가에 따른 가속력이 증가되기 때문에 파쇄 후 세라믹 코팅체의 피 코팅체의 표면으로부터 입자가 튕겨나가는 문제점이 발생된다. 따라서 본 실시예에서는 세라믹 분말은 0.1 내지 1.0um의 입자 크기를 가질 수 있고, 바람직하게는 0.4 내지 0.8um 의 입자 크기를 가질 수 있다.
일 예로서, 상기 세라믹 분말은 2 내지 10um의 입경을 갖는 예비 세라믹 입자를 볼밀 공정을 수행함으로서 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 세라믹 분말은 플라즈마 냉각 분쇄 법을 수행하여 형성될 수 있다. 상기 플라즈마 냉각 분쇄 법은 약 2 내지 10um의 입경을 갖는 예비 세라믹 입자를 플라즈마 용융시킨 이후에 질소가스 하에서 냉각 분쇄시키는 단계를 포함한다.
특히, 본 실시예에서는 상기 세라믹 분말이 구형이 아닌 굴곡된 표면 또는 홈이 형성된 다면체 형상을 갖도록 기계적 파쇄 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 기계적 파쇄 공정은 볼 밀 공정 및 플라즈마 저온 파쇄공정 등을 포함할 수 있다. 이러한 다면체 형상을 갖는 세라믹 분말은 상기 피 코팅체(10) 표면에 충돌하여 파쇄될 경우 비교적 작은 크기의 입자 상태를 갖도록 용이하게 파쇄될 수 있기 때문이다. 상기 피 코팅체는 알루미늄, 석영, 알루미늄산화물 등을 포함할 수 있으며, 그 표면은 아노다이징 처리될 수 있다.
이어서, 응집된 상태를 갖는 세라믹 분말을 0.1 내지 1.0um의 입도를 갖는 세라믹 분말로 분산시킨다(단계 S120).
상기 응집된 세라믹 분말은 실질적으로 약 2 내지 10um의 입자의 크기를 갖기 때문에 세라믹 분말은 다시 0.1 내지 1.0um의 입자의 크기를 갖도록 각각 분산시켜야 한다. 일 예로서, 상기 세라믹 분말의 분산은 세라믹 분말 공급부에서 제공되는 응집된 세라믹 분말이 캐리어 가스와 함께 상기 코팅막 형성 장치에 포함된 분산유닛 내부로 고속으로 유입된 후 상기 분산유닛의 내부에서 충돌/분쇄 반응이 연속적으로 발생함으로서 이루어질 수 있다. 상기 캐리어 가스의 예로서는 산소가스, 아르곤가스(Ar), 질소가스(N2), 수소가스(H2), 헬륨가스(He)등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합 가스로서 사용될 수 있다.
이어서, 상기 분산된 세라믹 분말을 피 코팅체의 표면으로 고속 분출시켜 충돌/파쇄시킨다(단계 S130).
상기 캐리어 가스에 분산된 세라믹 분말은 분출유닛에 의해 피 코팅체 표면으로 고속으로 분출된다. 상기 분산된 세라믹 분말은 캐리어 가스와 함께 약 250 내지 400m/s의 속도로 분출된다. 구체적으로 상기 세라믹 분말의 분출 속도는 캐리어 가스의 압력과 세라믹 코팅막이 형성되는 챔버 내부의 압력에 의해 달라질 수 있다. 특히, 상기 챔버 내부의 진공 압력은 약 10-2torr 정도로 조절될 수 있으며, 상기 세라믹 분말과 캐리어 가스는 상기 분출 유닛으로부터 아음속 또는 초음속(약250 내지 400m/s)영역까지 가속될 수 있다.
특히, 상기 피 코팅체의 표면으로 분출되는 세라믹 분말의 속도가 250m/s 미만일 경우 상기 분산된 세라믹 분말의 파쇄가 용이하지 않을 뿐만 아니라 세라믹 코팅막의 형성속도가 감소되는 문제점이 발생된다. 분출 속도가 400m/s를 초과할 경우 상기 분산된 세라믹 분말의 파쇄가 용이하나 파쇄 후 높은 운동에너지를 가짐으로 인해 상기 피 코팅체에 흡착되지 못하고 튕겨져 나오거나 피 코팅체의 표면 또는 코팅층이 손상되는 문제점이 초래된다. 따라서 상기 분산된 세라믹 분말은 약 250 내지 400m/s의 속도로 분출하는 것이 바람직하며, 특히 약 300 내지 350m/s의 속도로 분출되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 조건에서 분출되는 분산된 세라믹 분말은 상기 피 코팅체 표면과 충돌함으로 인해 파쇄(분열)되어 나노 입자 크기를 갖는 파쇄된 세라믹 입자로 형성된다. 상기 파쇄된 세라믹 입자의 크기가 80nm 미만일 경우 피 코팅체 표면에 흡착(증착)되는 파쇄된 세라믹 입자의 누적속도가 현저하게 감소되는 문제점이 발생된다. 반면에 상기 파쇄된 세라믹 입자의 크기가 200nm를 초과할 경우 상기 피 코팅체 표면에 흡착되는 파쇄된 세라믹 입자의 누적속도는 증가하나 세라믹 코팅층 내의 기공율이 증가되는 문제점이 발생된다. 따라서 상기 파쇄된 세라믹 입자는 약 80 내지 200nm의 크기를 갖는 것이 바람직하고, 약 100 내지 150nm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
일반적으로, 상기 피 코팅체의 표면은 20um 이하의 조도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 코팅층 형성을 위해 약 80 내지 200nm의 크기를 갖는 입자를 적용하여 코팅층을 형성할 경우 상기 피 코팅체의 조도가 20um 이하의 경우 피코팅체의 홈을 대부분 매워 코팅층 표면을 0.1 내지 3um의 조도로 형성할 수 있으나, 상기 피코팅체의 조도가 20um 이상일 경우 코팅층의 조도가 피코팅체의 조도와 유사해질 수 있다.
그러나, 본 실시예의 세라믹 코팅막 형성 방법은 용사코팅 방법보다 피 코팅층의 표면 조도에 영향을 적게 받기 때문에 피 코팅층의 표면 조도를 조절하기 위하여 별도의 공정이 요구되지 않는다.
일 예로서, 세라믹 코팅막으로서 산화이트륨막을 형성할 경우 상기 스프레이 건으로부터 산화이트륨 분말을 약 300 내지 350m/s의 속도로 분출시키고, 상기 스프레이 건을 피 코팅체 상에서 약 40 내지 60m/min 속도로 이송시키고, 상기 스프레이건과 상기 피코팅체의 표면 사이를 약 100 내지 130mm 거리로 이격하고, 상기 피코팅체의 표면에 대하여 상기 코팅물질의 분사각을 약 80 내지 90도로 조절할 수 있다.
상기 파쇄된 세라믹 입자를 상기 피 코팅체 표면에 흡착(증착)시킨다(단계 S140).
상기 단계 S140에서 파쇄되어 형성된 세라믹 입자의 흡착은 상기 피 코팅체 표면에 충돌되어 파쇄된 세라믹 입자가 갖는 운동에너지에 의해 이루어진다. 즉, 상기 세라믹 입자는 피 코팅체 표면에 충돌하여 여러 조각으로 파쇄될 수 있으며, 파쇄된 세라믹 입자는 상기 운동에너지에 의해 상기 피 코팅체 표면 부위에 박힐 수 있다. 이때, 상기 피코팅체의 표면 부위에 박힌 세라믹 입자는 코팅층을 형성할 수 있으며, 상기 피 코팅체와 코팅층 상에 지속적으로 세라믹 입자들이 충돌됨으로써 상기 코팅층이 성장될 수 있다.
이어서, 상기 피 코팅체 표면에 파쇄된 세라믹 입자를 누적 흡착시켜 기공의 함유율이 1%이하인 세라믹 코팅막을 포함하는 세라믹 코팅체를 형성한다(단계 S150).
구체적으로, 분산된 세라믹 분말을 피코팅체의 표면으로 고속 분출시켜 충돌/파쇄시키는 S130 단계와 파쇄되어 형성된 세라믹 입자를 피 코팅체 표면에 흡착시키는 S140 단계를 적어도 2회 반복 수행한다. 이에 따라 상기 피 코팅체 표면에는 파쇄되어 형성된 세라믹 입자가 누적 흡착되어 기공의 함유율이 1% 이하인 세라믹 코팅막을 포함하는 세라믹 코팅체가 형성된다.
상술한 상온 미립자 증착방법으로 형성되는 상기 세라믹 코팅체는 용사코팅 방법으로 형성된 세라믹 코팅막과 달리 기공함유율이 1% 이하인 세라믹 코팅막을 포함하기 때문에 내 플라즈마 특성이 우수하여 800W 파워에서 형성된 플라즈마에 대하여 약 13 내지 25nm/min의 부식속도를 갖는다. 또한, 형성되는 세라믹 코팅체의 표면은 약 0.1 내지 3um의 조도를 갖는다.
상기 세라믹 코팅체의 표면의 조도가 0.1 미만이면 내 플라즈마 특성이 다소 향상되나 플라즈마 처리장치의 챔버 내에서 발생될 수 있는 반응 부산물이 상기 세라믹 코팅체의 표면에 부착되기 어려울 수 있으며, 이에 의해 처리 대상물, 예를 들면, 반도체 웨이퍼가 상기 반응 부산물에 의해 오염될 수 있다. 반면에 표면 조도가 3um을 초과하면, 반응 부산물이 상기 세라믹 코팅체 표면에 부착이 용이하지만 상기 세라믹 코팅체의 부식 속도가 증가될 수 있다. 따라서 상기 세라믹 코팅체는 0.1 내지 3um 범위의 표면 조도를 갖도록 형성하고 바람직하게는 0.5 내지 1um 범위의 표면 조도를 갖도록 형성한다.
세라믹 코팅체 특성 평가 1
하기 표 1에 개시된 코팅방법과 코팅조건에 따라 형성된 세라믹 코팅체의 세라믹 코팅막들의 그 두께를 측정하였다. 여기서, 비교예의 코팅방법은 널리 알려진 상압 플라즈마 용사(APS)코팅 방법이고, 실시예들의 코팅방법은 상기 S110 내지 150 단계를 포함하는 상온미립자 증착방법이다. 특히, 본 실시예들의 코팅방법의 조건은 스프레이 건으로부터 산화이트륨 분말을 약 330m/s의 속도로 분출시키고, 상기 스프레이 건을 피 코팅체를 가로질러 약 1mm/sec 속도로 이송시키고, 상기 스프레이건과 상기 피 코팅체(10)의 표면 사이를 약 110mm 거리로 이격하고, 상기 피코팅체의 표면에 대하여 상기 코팅물질의 분사각을 약 90도로 설정하였다. 상기 피 코팅체는 가스 분배판이고, 코팅막은 산화이트륨막이며, 상기 입자의 크기는 스프레이 건에서 분출될 때의 입자의 크기를 나타낸다.
표 1
Figure PCTKR2009004160-appb-T000001
상기 표 1에 개시된 바와 실시예 1 내지 7에서 입자크기가 700 내지 800nm일 경우 형성되는 산화이트륨막의 코팅두께가 최적의 두께를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 입자의 크기가 서로 비슷할 경우 산화이트륨 입자의 형상이 도 4에 개시된 바와 같이 구형의 형상을 가질 때 보다 도 5에 개시된 바와 같이 다면체 형상을 가질 경우 코팅두께가 증가하는 것이 확인되었다. 이에 따라, 피 코팅체 표면에 산화이트륨막이 형성된 세라믹 코팅체를 형성할 경우 다면체의 700 내지 800nm의 입자 크기를 갖는 세라믹 분말을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
세라믹 코팅체 특성 평가 2
상기 평가 1에서 개시된 코팅 방법과 코팅조건에 따라 세라믹 코팅체를 형성한 후 세라믹 코팅체의 기공 함량과 내 플라즈마 특성을 평가하였다. 그 결과가 하기 표 2에 개시되어 있다. 여기서, 상기 플라즈마 특성 평가는 AMAT(Applied Materials)사의 P-500(상표명) 플라즈마 챔버에서, 탄화불소가스(CF4) 50sccm, 산소가스 10sccm, 챔버 압력 0.05torr, 플라즈마 파워 800W, 플라즈마 노출시간 60분으로 설정하여 수행하였다. 상기 피 코팅에는 가스 분배판이고, 세라믹 코팅체는 산화이트륨막이 형성된 가스 분배판이다.
표 2
Figure PCTKR2009004160-appb-T000002
표 2를 참조하면, 실시예의 방법으로 형성된 세라믹 코팅체의 산화이트륨막은 1% 이하의 기공함량을 가짐으로서 비교적 높은 내 플라즈마 특성을 갖는다. 반면에 비교예 1의 방법으로 형성된 세라믹 코팅체의 산화이트륨막은 기공 함량이 5% 이상으로 내 플라즈마 특성이 상대적으로 매우 낮아 부식이 빠르게 일어나는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로 도 6에 개시된 세라믹 코팅체의 산화이트륨막(실시예 1)은 도 7에 개시된 세라믹 코팅체의 산화이트륨막(비교예 1)에 비해 기공함량이 현저하게 작음이 확인되었다. 또한, 도 8의 플라즈마에 노출된 코팅체의 산화이트륨막(실시예 1)은 도 9의 플라즈마에 노출된 세라믹 코팅체의 산화이트륨막(비교예 1)에 비해 플라즈마에 의한 표면손상이 상대적으로 매우 작은 것이 확인되었다.
상술한 바와 같은 특성을 갖는 세라믹 코팅체는 기존의 용사코팅 공정을 수행하여 형성된 세라믹 코팅막에 비해 수 내지 수십 배 이하의 기공을 갖는 세라믹 코팅막을 포함한다. 이 때문에 상기 세라믹 코팅체는 플라즈마에 장시간 노출될 경우에도 그 손상이 최소화되는 내 플라즈마성 및 내 화학적 특성을 갖는다. 이에 따라, 상기 내 플라즈마성을 갖는 세라믹 코팅체가 플라즈마 처리장치의 부품으로 적용될 경우 상기 플라즈마 처리장치의 유지 보수비용을 현저히 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 파티클 발생으로 인한 웨이퍼의 오염을 최소화될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 플라즈마 처리장치에 적용되는 피 코팅체; 및
    상기 피 코팅체 표면에 형성되며 800W 파워에서 형성된 플라즈마에 대하여 13 내지 25nm/min의 부식속도를 갖고 기공의 함유율이 0.1 내지 1%인 세라믹 코팅막을 포함하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피 코팅체는 알루미늄, 스테인리스, 석영 또는 세라믹 물질을 포함하며, 가스 분배판, 정전척, 샤워헤드, 챔버의 내벽, 실린더 및 포커스 링으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 코팅막은 산화이트륨막 또는 산화알루미늄막을 포함하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 코팅막은
    (A) 세라믹 분말을 0.1 내지 1.0um의 입도를 갖는 세라믹 분말로 분산시키는 단계;
    (B) 분산된 세라믹 분말을 250 내지 400m/s 속도로 피코팅체의 표면으로 분출시켜 충돌 및 파쇄시키는 단계;
    (C) 코팅체에 충돌되어 파쇄된 세라믹 입자를 피 코팅체 표면에 일부 흡착시키는 단계; 및
    (D) 상기 단계 (A), 단계 (B) 및 단계 (C)를 연속적으로 적어도 2회 반복 수행하여 상기 피 코팅체 표면에 파쇄되어 형성된 세라믹 입자를 누적 흡착시키는 단계를 순차적으로 수행하여 형성되는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세라믹 분말은 굴곡된 표면 또는 홈이 형성된 다면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체.
  6. 제4항에 있어서, 상기 파쇄되어 형성된 세라믹 입자는 80 내지 200nm의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 코팅막은 0.1 내지 3um의 표면 조도를 갖고, 상기 피 코팅체와 75 내지 95Mpa의 부착력을 갖는 것을 특징으로 하는 내 플라즈마성 세라믹 코팅체.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5008478B2 (ja) * 2007-06-27 2012-08-22 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置およびシャワーヘッド
JP6358492B2 (ja) * 2012-12-28 2018-07-18 Toto株式会社 耐プラズマ性部材
CN103021773B (zh) * 2012-12-31 2016-03-16 中微半导体设备(上海)有限公司 多孔复合陶瓷部件、其制备方法以及等离子体处理腔室
KR101454550B1 (ko) * 2013-06-28 2014-10-27 엘지전자 주식회사 리니어 압축기
KR102082190B1 (ko) * 2013-08-22 2020-02-27 (주) 코미코 에어로졸 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 내플라즈마 부재
KR101465640B1 (ko) * 2014-08-08 2014-11-28 주식회사 펨빅스 불화알루미늄 생성방지막이 형성된 ｃｖｄ 공정챔버 부품
US11142829B2 (en) 2019-02-27 2021-10-12 Toto Ltd. Semiconductor manufacturing apparatus member, and display manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing apparatus comprising semiconductor manufacturing apparatus member
JP2020141123A (ja) 2019-02-27 2020-09-03 Toto株式会社 半導体製造装置用部材および半導体製造装置用部材を備えた半導体製造装置並びにディスプレイ製造装置
WO2021177393A1 (ja) 2020-03-06 2021-09-10 トーカロ株式会社 新規なタングステン系溶射被膜及びそれを得るための溶射用材料
KR102365674B1 (ko) 2020-03-18 2022-02-21 오창용 내플라즈마를 위한 코팅 방법 및 코팅체
CN113594014B (zh) * 2020-04-30 2024-04-12 中微半导体设备(上海)股份有限公司 零部件、等离子体反应装置及零部件加工方法
KR102522277B1 (ko) * 2022-03-24 2023-04-17 주식회사 펨빅스 내플라즈마 2층 코팅막 구조물 및 이의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10236871A (ja) * 1997-02-26 1998-09-08 Kyocera Corp 耐プラズマ部材
JP2001181859A (ja) * 1999-10-12 2001-07-03 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 複合構造物の作製方法および作製装置
KR20060132649A (ko) * 2003-12-18 2006-12-21 램 리써치 코포레이션 반도체 재료 프로세싱 장치의 산화이트륨(ｙｔｔｒｉａ)-코팅 세라믹 구성요소 및 그 구성요소를제조하는 방법
JP2008045191A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Ntn Corp 被膜形成装置および被膜形成方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100236870B1 (ko) * 1993-12-28 2000-03-15 아끼구사 나오유끼 방사선 감광재료 및 패턴형성방법
JP2007109828A (ja) * 2005-10-12 2007-04-26 Toto Ltd 耐プラズマ性部材
JP2007217774A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 Toshiba Ceramics Co Ltd 耐プラズマ性溶射部材

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10236871A (ja) * 1997-02-26 1998-09-08 Kyocera Corp 耐プラズマ部材
JP2001181859A (ja) * 1999-10-12 2001-07-03 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 複合構造物の作製方法および作製装置
KR20060132649A (ko) * 2003-12-18 2006-12-21 램 리써치 코포레이션 반도체 재료 프로세싱 장치의 산화이트륨(ｙｔｔｒｉａ)-코팅 세라믹 구성요소 및 그 구성요소를제조하는 방법
JP2008045191A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Ntn Corp 被膜形成装置および被膜形成方法

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