KR101637801B1 - 플라즈마 처리 장치용 부품 및 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치용 부품 및 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치용 부품을 제공하며, 상기 부품은, 기초 재료; 상기 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층; 상기 하지층의 표면을 피복하는 산화 이트륨 피막을 포함하고, 상기 하지층은 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하고, 상기 산화 이트륨 피막은 산화 이트륨으로 이루어지는 입자상부 또는 산화 이트륨으로 이루어지는 비입자상부 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 입자상부는 입자 경계의 외부를 표시하는 입자 경계가 현미경으로 관찰되는 부분이고, 상기 비입자상부는 상기 입자 경계가 현미경으로 관찰되지 않는 부분이고, 상기 산화 이트륨 피막은, 막 두께가 10μｍ 이상이고 막 밀도가 96% 이상이며, 상기 산화 이트륨 피막의 표면이 현미경으로 관찰될 때, 20μm × 20μm의 관찰 범위에서 상기 입자상부의 면적 비율이 0 내지 20%이고, 상기 관찰 범위에서 상기 비입자상부의 면적 비율이 80 내지 100%이다.

Description

플라즈마 처리 장치용 부품 및 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법{COMPONENT FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING COMPONENT FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치용 부품 및 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조에 있어서의 마이크로-인터커넥트(미세 배선)는, 통상, 스퍼터링 장치나 CVD 장치에 의한 SiO2 등의 절연막의 성막과, 에칭 장치에 의한 Si나 SiO2의 등방성 에칭 또는 이방성 에칭을 이용해서 형성된다. 일반적으로, 이들 장치는 성막 속도나 에칭성의 향상을 위하여 플라즈마 방전을 이용한다. 예를 들어, 에칭 장치로서 플라즈마 에칭 장치가 사용된다.
플라즈마 에칭 장치를 사용하는 건식 에칭 프로세스로서는, 예를 들어, 반도체의 제조 동안, Si의 미세 가공 및 기판 상에 성막된 절연막, 전극 막 및 배선막 등의 각종 박막의 건식 에칭 프로세스로서, 플라즈마 에칭을 행하는 방법이 알려져 있다.
플라즈마 에칭은, 예를 들어, 이하와 같이 수행된다. 처음에, 건식 에칭 장치의 챔버 내에 상호 대향하도록 배치된 상부 전극과 하부 전극 중, 하부 전극 면 상에 Si 기판을 복수매 탑재한다. 이어서, 탑재된 기판들 사이에, CF4 등의 불소(F)계 가스나 Cl2 등의 염소(Cl)계 가스를 도입하고, 상기 전극들 사이에서 플라즈마 방전이 행해져서 불소계 플라즈마나 염소계 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 발생된 플라즈마에 생성되는 활성 이온 및 라디칼로, 기판 상에 형성된 박막을 건식 에칭 함으로써, 플라즈마 에칭의 공정이 종료된다.
Si 기판 상의 SiO2, Si3N4, Poly-Si 등으로 이루어지는 박막이 플라즈마 에칭될 때, 플라즈마 성분과 에칭될 재료가 서로 반응해서, SiF4 및 플루오로카본 등의 반응 생성물이 생성된다. 반응 생성물의 대부분은 기체 상태로 배기 펌프에 의해 챔버 외부로 배출되고, 반응 생성물의 일부는 고체 상태로 챔버 내에 퇴적되어 부착막을 형성한다. 이러한 반응 생성물로 이루어지는 부착막은 제거되는 것이 바람직하다.
따라서, 반응 생성물을 제거하기 위해서, 불소계 플라즈마나 염소계 플라즈마를 사용해서 건식 에칭을 행함으로써, 챔버 내에 부착된 반응 생성물(부착막)을 챔버 외부로 배출하는 처리가 알려져 있다. 또한, 이러한 건식 에칭은, 반응 생성물(부착막)을 제거하려는 처리이며, 상술된 박막 등의 건식 에칭의 것과는 다른 가스 조건하에 불소계 플라즈마나 염소계 플라즈마를 발생시켜서 수행된다.
그러나, 부착막을 구성하는 반응 생성물이 플루오로카본계의 에칭 생성물일 때, 이 반응 생성물이 불소계 플라즈마나 염소계 플라즈마와는 충분히 반응하지 않고, 따라서 반응 생성물이 챔버 내에 잔류한다. 따라서, 잔류하는 부착막이 박리하고 기판에 혼입되면, 이는 패턴 불량이나 수율 저하를 초래할 수 있다.
따라서, 종래, 챔버를 포함하여 플라즈마가 조사되는 플라즈마 에칭 장치의 부품에는, 반응 생성물이 생성하는 것을 방지하기 위해, 기초 재료(base material)의 표면에 플라즈마 내성 및 내식성이 높은 피막이 형성된다. 이러한 피막으로서, 산화 이트륨(Y2O3)으로 이루어지는 피막 및 산화 알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 피막이 알려져 있다. 이들 피막은, 반응 생성물의 발생 억제와 플라즈마 어택(plasma attacks)에 의해 초래되는 부품 손상 방지의 효과가 있다.
예를 들어, 일본 특허 제4084689호 명세서(특허문헌 1)에는 기초 재료에 도포되는 Y(OH)3 졸 액을 열처리해서 얻어지는 Y2O3막이 기재되어 있고, 일본 특허 공개 제2006-108178호 공보(특허문헌 2)에는 Al2O3 용사(thermally sprayed) 피막이 기재되어 있다.
일본 특허 제4084689호 명세서 일본 특허 공개 제2006-108178호 공보
그러나, 용사법에 의해 형성된 산화 이트륨이나 산화 알루미늄의 용사 피막은, 편평한 산화 이트륨이나 산화 알루미늄의 퇴적으로 이루어지는 피막이고, 이러한 편평한 산화 이트륨이나 산화 알루미늄 입자는 용융된 산화 이트륨이나 산화 알루미늄 입자들이 기초 재료의 표면에 충돌하여 냉각되는 처리에 의해 생성된다. 따라서, 용사법에 의해 형성된 산화 이트륨이나 산화 알루미늄의 용사 피막은, 다수의 마이크로크랙과 잔류 변형(remaining strains)으로 곤란을 겪기 쉽다.
즉, 용사 열원에 의해 용융된 산화 이트륨이나 산화 알루미늄의 입자가 급냉응고되어 기초 재료의 표면과의 충돌에 의한 편평한 형상이 될 때, 편평한 입자의 표면에 마이크로 크랙이 발생하고, 편평한 입자의 내부에 변형이 잔류한다.
이러한 산화 이트륨이나 산화 알루미늄 피막에 플라즈마 방전에 의해 발생되는 활성 라디칼이 조사되면, 활성 라디칼이 마이크로 크랙을 어택하여 마이크로 크랙이 확장되고, 그 후 내부 변형이 해제될 때 마이크로 크랙이 피막에 전파된다. 그 결과, 용사 피막이 결손되어 용사 피막으로부터 유래하는 파티클을 생성하기 쉽고, 동시에, 용사 피막에 부착된 반응 생성물이 박리해서 반응 생성물로부터 유래하는 파티클을 생성하기 쉽다.
또한, 파티클의 생성은 반도체 장치 등의 제품 수율을 저하시키고, 플라즈마 에칭 장치용 부품의 클리닝이나 부품의 교환을 증가시킨다. 따라서, 파티클의 생성은 생산성을 저하시키나 성막 비용을 상승시킨다.
또한, 용사 피막이 플라즈마를 열원으로 사용하는 플라즈마 용사에 의해 형성될 때, 플라즈마에 공급되는 분말인 산화물 분말은 입자 직경이 대략 10 내지 대략 45μm만큼 크다. 따라서, 형성된 용사 피막에는 보이드(void)가 대략 15%까지 만큼 발생하고, 형성된 용사 피막은 분사 표면의 표면 거칠기가 산술 평균 거칠기 Ra 기준으로 대략 6 내지 대략 10μm만큼 크다.
상술된 바와 같이 보이드가 많고 표면의 거칠기가 거친 용사 피막이 형성된 플라즈마 에칭 장치용 부품을 사용하면, 보이드를 통해서 플라즈마 에칭 장치용 부품의 기초 재료의 플라즈마 에칭이 진행하기 때문에 플라즈마 에칭 장치용 부품의 수명이 단축되고, 플라즈마 방전이 용사 피막의 볼록부에 집중되어 용사 피막이 불안정하게 되기 때문에 파티클의 발생량이 증가된다.
또한, 최근의 반도체 소자의 라인 폭(배선 폭)은 보다 우수한 실장 밀도(고 집적도)를 달성하기 위해서 협소해지고 있다. 라인 폭의 협소화는, 예를 들어 32nm, 24nm, 나아가 19nm까지 진행되었다. 이렇게 협소화된 배선 또는 배선을 포함하는 소자에 있어서는, 예를 들어 직경 대략 0.1μm 정도의 극히 미소한 파티클이 혼입된 경우에도, 심각한 배선 불량이나 소자 불량을 초래한다. 이로 인해, 최근, 극히 미소한 파티클이라도 그 발생을 제한 및 억제하는 것이 강하게 요청되고 있다.
용사 피막 형성시, 통상, 피막의 형성 전처리로서, 연마 입자 등을 고압 유체와 함께 기초 재료의 표면에 분사하는 것을 포함하는, 블라스트 처리를 행한다. 그러나, 이와 같이 블라스트 처리를 행하면, 기초 재료의 표면에 블라스트 재료(연마 입자)의 잔류편이 남겨지거나, 블라스트에 의해 기초 재료의 표면에 파쇄층이 형성된다.
블라스트 재료가 잔존하거나 파쇄층이 형성된 기초 재료의 표면에 용사 피막이 형성되면, 플라즈마 방전에 기인하는 온도 변화에 의해 초래되는 열 막 응력으로 인해, 기초 재료와 용사 피막 사이의 계면에 응력이 작용하고, 전체 용사 피막의 막 박리가 발생하기 쉬워진다. 특히, 블라스트 처리에서의 압력 및 연마 입자 사이즈가 증가되면, 막 박리의 발생이 현저해진다. 따라서, 용사 피막의 수명은, 블라스트 처리의 조건에 의해도 크게 바뀌게 될 것이다.
이와 같이, 플라즈마 에칭 장치용 부품의 기초 재료 표면에 용사 피막을 형성하는 방법은, 용사 피막이 파티클 발생원이 되기 쉬어, 제품 수율을 저하시키고, 블라스트 처리의 상태에 따라 용사 피막의 수명이 크게 변한다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 피막의 내식성 및 강도가 높기 때문에, 피막으로부터의 파티클의 발생이나 피막의 박리를 안정적이고 유효하게 제한 및 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 부품을 제공하는 것을 목적으로 하고, 본 발명은 또한 플라즈마 처리 장치용 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명자들은, 기초 재료의 표면에 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층을 제공함으로써, 하지층 상에 제공되는 산화 이트륨 피막의 막 밀도가 향상될 수 있고, 내부 결함, 내부 변형 및 마이크로 크랙을 실질적으로 초래하지 않는 산화 이트륨 피막이 형성될 수 있다는 점을 발견했다.
본 발명은, 상술된 바와 같이, 기초 재료의 표면에, 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층을 제공함으로써, 피막으로부터의 파티클의 발생 및 피막의 박리를 안정적이고 유효하게 억제할 수 있으면서, 피막의 표면에서 반응 생성물의 생성 및 반응 생성물로부터의 파티클의 발생을 억제할 수 있다는 점에 대한 상술한 기술적 발견에 기초하여 완성된 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품은, 상술한 문제점들을 해결하는 것으로, 기초 재료; 및 산화 이트륨 피막을 포함하고, 상기 산화 이트륨 피막의 하지층으로서 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 갖고, 상기 산화 이트륨 피막은 산화 이트륨으로 이루어지는 입자상부(particulate portions) 또는 산화 이트륨으로 이루어지는 비입자상부(non-particulate portions) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 입자상부는 입자 경계의 외부를 표시하는 입자 경계가 현미경으로 관찰되는 부분이고, 상기 비입자상부는 상기 입자 경계가 현미경으로 관찰되지 않는 부분이며, 상기 산화 이트륨 피막은, 막 두께가 10μｍ 이상이고, 막 밀도가 96% 이상이며, 상기 산화 이트륨 피막의 표면을 현미경 관찰할 때, 20μm × 20μm의 관찰 범위에서 상기 입자상부의 면적 비율이 0 내지 20%이고, 상기 관찰 범위에서 상기 비입자상부의 면적 비율이 80 내지 100%이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법은, 상기 문제점들을 해결하는 것으로, 상기 부품은, 기초 재료; 및 하지층으로서 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막, 및 충격 소결 처리를 사용해서 형성되고 상기 하지층의 표면을 피복하는 산화 이트륨 피막을 포함하고, 상기 방법은, 상기 하지층을 용사법에 의해 형성하는 공정; 산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 원료 슬러리를 연소실로부터 분사되는 연소 불꽃에 공급하는 공정과, 상기 연소 불꽃 중의 산화 이트륨 원료 분말을, 분사 속도 400 내지 1000m/sec로 상기 기초 재료의 표면에 분사하는 공정을 포함한다.
본 발명에 따른 플라즈마 에칭 장치용 부품 및 플라즈마 에칭 장치용 부픔의 제조 방법은, 플라즈마 에칭 장치용 부품의 플라즈마 내성을 향상시켜, 파티클의 발생을 안정적이고 유효하게 억제한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는 실시예 1에서의 플라즈마 처리 장치용 부품의 산화 이트륨 피막의 일례의 표면을 보여주는 확대 사진이다.
도 3은 실시예 1에서의 플라즈마 처리 장치용 부품의 산화 이트륨 피막/ 하지층의 일례의 단면을 보여주는 확대 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 플라즈마 처리 장치용 부품 제조 방법이 설명될 것이다.
[플라즈마 처리 장치용 부품]
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품은, 기초 재료, 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층, 및 하지층의 표면을 피복하는 산화 이트륨 피막을 포함한다. 도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 일례를 도시하는 단면도이다. 도면에서, 참조번호 1은 플라즈마 처리 장치용 부품을 나타내고, 참조번호 2는 기초 재료를 나타내고, 참조번호 3은 하지층을 나타내며, 참조번호 4는 산화 이트륨 피막을 나타낸다.
(기초 재료)
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품으로 사용되는 기초 재료는 하지층으로 피복되는 부재이다. 또한, 하지층의 표면은, 산화 이트륨 피막으로 더욱 피복된다.
기초 재료는, 예를 들어, 플라즈마 처리 장치용 부품으로 사용되는 부재 중, 플라즈마 처리 시에 생성되는 플라즈마 및 라디칼에 노출되는 부재에 사용되는 부재일 수 있다. 여기서, 본 발명에 사용될 플라즈마 처리의 예로는 플라즈마 에칭 처리 및 플라즈마 CVD 처리가 포함된다. 기초 재료는, 예를 들어, 반도체 제조 장치나 액정 디바이스 제조 장치의 부재인, 웨이퍼 배치 부재, 내벽부, 퇴적 실드(deposition shield), 인슐레이터 링, 상부 전극, 격판(baffle plate), 포커스 링, 실드 링 및 벨로즈 커버(bellows cover) 등에 사용되는 부재일 수 있다.
기초 재료의 재료 예로는, 석영, 알루미나 및 이트리아 등의 세라믹스와, 알루미늄 등의 금속이 포함된다.
(하지층)
하지층은 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하고, 기초 재료를 피복하는 층이다. 하지층의 표면은 통상 산화 이트륨 피막으로 피복된다. 본 발명에서는, 35W/m·K 이하로, 나아가 20W/m·K 이하로 열 전도율이 낮은 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층 상에 산화 이트륨 피막을 제공함으로써, 산화 이트륨 피막의 표면을, 산화 이트륨 입자들이 결합한 영역이 80% 이상이 되도록 할 수있다. 또한, 하지층은, 동일한 또는 다른 조성의 하지층이 2층 이상 적층되는 다층 구조의 것이어도 된다.
이러한 열 전도율이 낮은 하지층 상에 충격 소결 처리에 의해 산화 이트륨 피막을 제공함으로써, 하지층이 열 전달을 억제하여, 산화 이트륨 입자들의 충돌 시에 발생되는 열이 필요 이상으로 기초 재료측에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기초 재료의 표면을 하지층으로 피복한 경우에 충격 소결 처리에 의해 하지층의 표면에 산화 이트륨 피막이 형성될 때, 산화 이트륨 입자들간 충돌에 의한 파괴 열 또는 산화 이트륨 입자와 하지층 사이의 충돌에 의한 파괴 열이 산화 이트륨 입자들간의 소결에 사용되고, 이에 의해 산화 이트륨 입자들이 상호 결합되는 산화 이트륨 피막을 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, 산화 이트륨 입자들이 상호 결합될 때, 입자들 사이의 입자 경계를 확인할 수 없는 영역, 즉, 이하 설명되는 비입자상부가 형성된다.
이하 설명되는 바와 같이, 산화 이트륨 피막은, 입자상부 및 비입자상부 중 적어도 한쪽을 포함한다. 산화 이트륨 피막에서 비입자상부의 비율이 증가되면, 플라즈마 어택에 대한 산화 이트륨 피막의 내구성이 향상된다. 따라서, 비입자상부의 비율이 증가된 산화 이트륨 피막은, 플라즈마 처리 장치에 사용될 때, 플라즈마 처리 장치로부터의 더스트(dust)의 발생을 방지할 수 있다. 특히, 비입자상부의 비율을 80% 이상으로 한 산화 이트륨 피막에서 산화 이트륨 입자들간 결합 강도가 높기 때문에, 절연 내압이 향상된다. 따라서, 비입자상부의 비율을 80% 이상으로 한 산화 이트륨 피막의 내구성은 더 강한 플라즈마 조건 하에서도 향상될 수 있다.
또한, 기초 재료와 산화 이트륨 피막의 사이에 하지층이 형성되면, 하지층의 열 전달 억제 작용으로 인해, 충격 소결 처리에 의한 성막 공정에서의 파괴 열이 산화 이트륨 피막의 형성에 효율적으로 사용될 수 있고, 따라서 플라즈마 처리 장치용 부품의 생산 수율이 향상된다.
또한, 기초 재료의 표면에 금속 산화물을 포함하는 하지층이 제공되면, 기초 재료와, 하지층 상에 형성되는 산화 이트륨 피막 사이의 밀착성이 높아진다.
하지층은, 산화 이트륨, 산화 알루미늄, 희토류 산화물, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 니오븀 및 산화 탄탈로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 희토류 산화물로서는, 산화 세륨, 산화 디스프로시움, 산화 란탄, 산화 네오디뮴 및 산화 사마륨으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물이 바람직하게 사용된다.
또한, 하지층이 2종 이상의 금속 산화물을 포함할 때, 금속 산화물은, 2종 이상의 금속 산화물의 혼합물이어도 좋고, 상술된 금속 산화물들을 포함하는 금속 복합 산화물이어도 된다. 금속 복합 산화물로서는, YAG(이트륨/알루미늄/가닛, Y3Al5O12) 등이 사용된다. 또한, 하지층은, 다른 금속 산화물 피막들로 이루어진 다층화한 하지층으로서 구성되어도 된다.
상술된 산화 이트륨, 산화 알루미늄, 희토류 산화물, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 니오븀 및 산화 탄탈 중 적어도 1종 또는 YAG는 열 전도율이 낮기 때문에, 열 전도율이 35W/m·K 이하인, 나아가 20W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층을 형성하기 쉽다. 또한, 이하 설명되는 바와 같이, 이들 재료로 용사법에 의해 금속 산화물 피막을 형성하기 쉽기 때문에, 제조가 용이하다.
하지층의 막 밀도는, 통상 85% 이상, 바람직하게는 85 내지 98%, 더욱 바람직하게는 85 내지 95%이다. 여기서, 하지층의 막 밀도가 85 내지 98%인 것은, 보이드 비율(다공성)이 15 내지 2%인 것을 의미한다. 이와 같이 하지층 내에 보이드(기공)가 존재하면, 하지층(금속 산화물 피막)의 열 전도율을 작게 할 수 있다.
한편, 하지층의 막 밀도가 85% 미만이면, 하지층에서 보이드의 수가 너무 많아서 막 강도가 저하된다. 이와 같이, 막 강도가 저하되면, 하지층 상에 산화 이트륨 피막이 형성될 때 하지층에 균열이 발생하여 막 박리를 초래할 가능성이 있다. 또한, 막 강도가 저하되면, 하지층 상에 제공되는 산화 이트륨 피막의 표면 거칠기가 커질 가능성이 있다. 또한, 하지층의 막 밀도가 98%를 초과하면, 보이드의 형성으로 인해 열 전도율을 감소하는 효과를 얻기 어려워진다.
하지층의 막 두께는 40 내지 300μm인 것이 바람직하다. 하지층의 두께가 40μm 미만이면, 하지층을 통해 기초 재료에 파괴 열이 전해지기 쉬워지고, 따라서 하지층을 제공하는 것에 의해 야기되는 효과가 작아진다. 한편, 하지층의 두께가 300μm를 초과하면, 기초 재료로의 파괴 열 전달 방지의 효과는 높아지지만, 하지층의 강도가 저하되어, 막 박리 등을 초래한다. 특히, 막 밀도를 95% 이하로 한 경우 막 두께가 300μm를 초과하면, 막 박리가 일어나기 쉽다.
상술된 바와 같이, 하지층의 열 전도율을 제어하기 위해서는, 재료, 막 밀도, 및 막 두께를 제어하는 것이 효과적이다. 재질, 막 밀도, 막 두께 등의 제어는, 2종류 이상 조합해서 수행해도 된다. 중요한 것은, 하지층의 열 전도율을 35W/m·K 이하, 나아가 20W/m·K 이하, 더욱 바람직하게는 15W/m·K 이하로 하는 것이다.
하지층의 열 전도율 측정 방법으로서, 레이저 플래시 방법을 사용한다. 레이저 플래시 방법에 의한 열 전도율의 측정은, 직경 10mm, 두께 2mm인 원반 형상의 기초 재료의 시료에 하지층용 용사 막을 형성한 후, 시료에 레이저광을 조사하고, 시료의 이면에서 온도 이력 곡선을 해석해서 열 전도율을 구하는 방법을 사용한다. 또한, 원반 형상의 기초 재료는 Al 재료로 이루어지는 기초 재료인 것이 바람직하다.
하지층의 표면 거칠기(산술 평균 표면 거칠기 Ra)는, 바람직하게는 7μm 이하, 더욱 바람직하게는 5μm 이하이다.
하지층의 막 밀도는 바람직하게는 85 내지 98%이며, 보이드의 수가 많기 때문에 표면 요철(불균일)이 형성되기 쉽다. 표면 요철이 많은 하지층의 표면이, 산화 이트륨 피막으로 피복되면, 얻어진 산화 이트륨 피막의 표면 요철이 많아지고, 산화 이트륨 피막으로부터 더스트가 발생될 가능성이 있다. 또한, 하지층의 막 밀도는 바람직하게는 85 내지 98%이며, 보이드의 수가 많기 때문에, 하지층과 산화 이트륨 피막 사이에 보이드 보다도 훨씬 큰 간극이 생성되면, 산화 이트륨 피막이 박리되기 쉬워진다. 하지층의 표면 거칠기 Ra를, 바람직하게는 7μm 이하, 더욱 바람직하게는 5μm 이하로 함으로써, 산화 이트륨 피막으로부터의 더스트의 발생 및 산화 이트륨 피막의 박리의 발생을 제한 및 억제할 수 있게 한다.
(산화 이트륨 피막)
산화 이트륨 피막은, 산화 이트륨으로 이루어지는 입자상부 및 산화 이트륨으로 이루어지는 비입자상부 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 입자상부는 입자 경계의 외부를 표시하는 입자 경계가 현미경으로 관찰되는 부분이고, 상기 비입자상부는 상기 입자 경계가 현미경으로 관찰되지 않는 부분이다. 상기 산화 이트륨 피막은, 막 두께가 10μｍ 이상이고, 막 밀도가 96% 이상이며, 상기 산화 이트륨 피막의 표면을 현미경 관찰할 때, 20μm × 20μm의 관찰 범위에서 상기 입자상부의 면적 비율이 0 내지 20%이고, 상기 관찰 범위에서 상기 비입자상부의 면적 비율이 80 내지 100%이다.
또한, 이러한 산화 이트륨 피막은, 충격 소결 처리를 사용해서 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 충격 소결 처리는, 소결 대상인 산화 이트륨 원료 분말 등의 원료 분말을 포함하는 원재료 함유물을 연소 가스의 연소 불꽃에 공급하고, 기초 재료 상의 하지층의 표면에서 원료 분말을 충돌 시의 파괴 열에 의해 소결 결합시켜 입자를 기초 재료의 표면 상에 퇴적시킴으로써, 기초 재료 상의 하지층의 표면에 피막을 형성하는 방법이다.
또한, 충격 소결 처리에 파괴 열이 사용되기 때문에, 원료 분말이 용융되는 종래의 용사와는 달리, 피복 대상인 하지층이 형성되는 기초 재료를 향해 연소 불꽃의 연소 가스와 함께 원료 분말이 고속으로 분사될 수 있다. 따라서, 충격 소결 처리에 따르면, 용융되지 않은(비용융) 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료 상의 하지층에 분사되어, 기초 재료 상의 하지층의 표면에 고착되어 피막을 형성한다.
또한, 본 발명에서, 원료 분말은, 피막을 제작하기 위해서 분사되는 입자를 의미한다. 예를 들어, 산화 이트륨 원료 분말은, 산화 이트륨 피막을 제작하기 위해서 분사되는 산화 이트륨 입자를 의미한다. 한편, 산화 이트륨 피막을 구성하는 산화 이트륨 입자는 간단히 산화 이트륨 입자라고 한다.
현미경으로 관찰해 보면, 통상, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막의 표면에는, 표면으로부터 깊이가 깊은 3차원 형상의 부분과, 깊이가 얕은 편평한 부분이 관찰된다. 그 이유는 이하와 같다.
충격 소결 처리에서는, 분사된 비용융 원료 분말이, 기초 재료 상의 하지층의 표면 또는 이미 형성된 산화 이트륨 피막의 표면에서 고속으로 충돌할 때, 원료 분말 그대로의 입자 또는 충돌시에 파쇄된 원료 분말의 파편이, 충돌 시의 파괴 열에 의해 소결 결합된다. 여기서, 충돌 시의 파괴 열은, 충돌 시 원료 분말이 변형되거나 또는 파쇄될 때 발생하는 열을 의미한다.
이와 같이, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막은, 충돌 시의 파괴 열에 의한 소결 결합을 통해 형성되기 때문에, 산화 이트륨 피막에는 3차원 형상의 부분과 편평한 부분이 발생한다. 여기서, 3차원 형상의 부분은, 원료 분말의 충돌 수가 적어서 충돌 시의 파괴 열이 작기 때문에, 원료 분말 그대로의 입자 또는 원료 분말의 파편의 형상이 대부분 유지되는 부분이고, 편평한 부분은, 원료 분말의 충돌 수가 많아서 파괴 열이 크기 때문에, 원료 분말 또는 그 파편이 결합하거나 크게 변형되어서 발생되는 부분이다.
여기서, 3차원 형상의 부분은, 입자 경계의 외부를 나타내는 입자 경계가 현미경으로 종종 관찰되기 때문에, 본 발명에서는 입자상부라 한다. 한편, 편평한 부분은, 입자 경계의 외부를 나타내는 입자 경계가 현미경으로 종종 관찰되지 않기 때문에, 본 발명에서는 비입자상부라 한다.
즉, 산화 이트륨 피막 상에서, 산화 이트륨 입자의 입자 경계가 관찰되는 부분을 입자상부라 하고, 산화 이트륨 입자의 입자 경계를 확인할 수 없는 부분을 비입자상부라 한다.
입자상부의 입자 경계는, 예를 들어, 전자 현미경을 사용해서 배율 5000배로 관찰함으로써 확인될 수 있다.
원료 분말 또는 그 파편으로부터 적은 정도의 변형만을 경험하는, 입자상부는, 통상, 입자 형상의 윤곽을 갖는다. 한편, 원료 분말 또는 그 파편으로부터 큰 정도의 변형을 경험하는, 비입자상부는, 통상, 입자 형상의 윤곽을 갖지 않는다.
충격 소결 처리는, 대부분 용융되지 않은 원료 분말을 고속으로 분사해서 피막을 형성하기 때문에, 분사 조건에 의해, 원료 분말의 충돌 방식이 변한다. 또한, 대부분 용융되지 않은 원료 분말이 분사될 때, 원료 분말을 포함하는 재료 함유물이 통상 연소 가스의 연소 불꽃에 공급되기 때문에, 원료 분말이 연소 불꽃 내에 존재하는지 또는 연소 불꽃의 표면 상에 존재하는지에 따라서, 원료 분말의 충돌 방식이 변한다. 따라서, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막은, 일반적으로 입자상부와 비입자상부의 혼재를 포함하는 경향이 있다.
이에 대조적으로, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 소정의 하지층 상에 충격 소결 처리를 사용하여 산화 이트륨 피막을 형성함으로써, 파괴 열이 산화 이트륨 입자들을 결합하는데 사용될 수 있다. 따라서, 산화 이트륨 피막의 비입자상부의 면적을 80% 이상, 나아가 90% 이상 및 100% 이하로 높게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 산화 이트륨 피막에 따르면, 막 밀도를 96% 이상으로 할 수 있다.
또한, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막은, 입자상부와 비입자상부의 혼합물을 포함하고, 입자상부들간의 간극이 비입자상부로 채워지기 때문에, 피막은 막 밀도가 높은 경향이 있다. 여기서, 막 밀도란, 피막의 겉보기 체적에 대해, 피막을 구성하는 물질의 실제 체적의 비율을 의미한다.
그런데, 종래의 용사법에서는, 용융된 원료 분말이 분사되기 때문에, 응고 후 얻어진 용사 피막을 구성하는 물질 중 거의 어느 것도 원료 분말의 결정 구조나 분말 형상을 유지하지 않는다. 따라서, 용사법에 의해 형성된 산화 이트륨 피막에 응력이 발생한다. 또한, 용사법에 의해 형성된 피막은, 기초 재료의 표면 상에 및 기초 재료 상의 하지층의 표면 상에 편평한 형상의 입자로서 퇴적되기 때문에, 편평한 형상의 입자 표면 상에 마이크로 크랙이 발생한다.
이와 대조적으로, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막은, 원료 분말을 대부분 용융시키지 않고 고속으로 분사해서 형성되기 때문에, 원료 분말이 분사될 때 원료 분말의 결정 구조 및 분말 형상이 유지된다. 따라서, 얻어진 산화 이트륨 피막을 구성하는 물질 중 일부는 그들의 결정 구조를 충격으로부터 초래되는 파괴 열의 영향으로 원료 분말과 다른 결정 구조로 변화시키지만, 나머지 물질들은 원료 분말의 결정 구조를 유지한다.
또한, 얻어진 산화 이트륨 피막을 구성하는 물질의 미시적인 형상에 관하여, 산화 이트륨 피막의 일부가 충격으로부터 초래되는 파괴 열의 영향으로 원료 분말의 형상과 크게 다른 비입자상부가 되지만, 산화 이트륨 피막의 나머지는 원료 분말의 형상 또는 원료 분말이 파쇄된 형상과 유사한 형상의 입자상부가 된다. 따라서, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막에 관하여, 피막의 내부에 발생하는 응력이 적절해져, 막 강도가 높아진다.
충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막은, 충격 소결 처리에서의 제조 조건들을 조정함으로써, 얻어지는 산화 이트륨 피막을 구성하는 물질의 결정 구조를 제어할 수 있기 때문에 바람직하다.
예를 들어, 원료 분말의 결정 구조가 입방체 결정만으로 이루어지고, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막의 결정 구조가 입방체 결정 및 단사 결정으로 이루어질 때, 충격 소결 처리에서의 제조 조건을 조정함으로써, 산화 이트륨 피막에서의 입방체 결정과 단사 결정의 존재 비율을 조정할 수 있다.
또한, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막은, 원료 분말을 대부분 용융시키지 않고 고속으로 분사해서 형성되기 때문에, 산화 이트륨 피막의 입자상부는, 원료 분말 그대로의 형상 또는 원료 분말이 파쇄된 형상을 유지하며, 따라서, 구 형상에 가까운 형상을 갖는다. 따라서, 충격 소결 처리에 의해 형성된 산화 이트륨 피막의 입자상부에는, 구 형상에 가까운 입자들의 표면 상에 마이크로 크랙이 발생하기 어렵다.
또한, 충격 소결 처리에 의해 형성된 피막 중 비입자상부에는 원료 분말 또는 그 파편이 충돌로부터 초래되는 큰 파괴 열로 인해 결합하거나 크게 변형되기 때문에, 퇴적된 물질들은 강하게 결합된다. 따라서, 충격 소결 처리에 의해 형성된 피막은, 비입자상부의 존재로 인해, 치밀하고 강하게 결합된 피막이 되는 경향이 있다.
본 발명에 따른 산화 이트륨 피막은, 원료 분말로서 산화 이트륨 원료 분말을 사용하고, 충격 소결 처리에 의해 형성되는 피막이다.
산화 이트륨은, 염소계 플라즈마 및 불소계 플라즈마 등의 플라즈마에 의한 플라즈마 어택 뿐만 아니라, 활성 F 라디칼 및 Cl 라디칼 등의 라디칼에 의한 라디칼 어택에 대하여 내식성이 높고, 따라서 플라즈마 에칭 장치용 부품의 피막으로서 바람직하다.
산화 이트륨 피막에서 산화 이트륨의 순도는, 통상, 99.9% 이상, 바람직하게는 99.99% 이상이다.
산화 이트륨 피막에서 산화 이트륨의 순도가 99.9% 이상이면, 플라즈마 에칭 장치용 부품을 사용해서 플라즈마 에칭을 행할 때, 플라즈마 에칭되는 제품에 불순물의 혼입 가능성이 작다.
특히, 산화 이트륨 피막에서 산화 이트륨의 순도가 99.99% 이상이면, 반도체의 제조 공정 등, 제품에 불순물의 혼입이 엄격하게 제한되는 공정에서도, 반도체에 불순물이 혼입되는 가능성은 실질적으로 없다.
한편, 산화 이트륨 피막에서 산화 이트륨의 순도가 99.9% 미만이면, 플라즈마 에칭을 행할 때, 산화 이트륨 피막을 구성하는 산화 이트륨에서의 불순물이 플라즈마 에칭되는 제품에 혼입될 가능성이 있다.
본 발명에 따른 산화 이트륨 피막은, 산화 이트륨으로 이루어진 입자상부 또는 산화 이트륨으로 이루어진 비입자상부 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 입자상부는 입자 경계의 외부를 표시하는 입자 경계가 현미경으로 관찰되는 부분이고, 상기 비입자상부는 상기 입자 경계가 현미경으로 관찰되지 않는 부분이다.
입자상부의 입자 경계에 관하여, 예를 들어, 산화 이트륨 피막의 표면이, 전자 현미경을 사용해서 배율 5000배로 관찰될 때, 입자상부와 입자상부 주위의 부분, 즉 입자상부 인접 부분 사이에, 입자상부의 중앙부와 비교해서 콘트라스트의 차이가 큰 선이 관찰되면, 이 선은 입자 경계로서 인식될 수 있다. 콘트라스트는, 통상, 입자상부 주위의 선이, 입자상부의 중앙부보다 어두운 톤으로 표현되는 것이다.
한편, 비입자상부에는, 입자 형상의 부분 주위에, 입자 형상의 부분에 대하여 콘트라스트의 차가 큰 선인 입자 경계가 관찰되지 않는다.
<입자상부와 비입자상부의 비율>
본 발명에 따른 산화 이트륨 피막에 관하여, 산화 이트륨 피막의 표면이 현미경으로 관찰되면, 통상, 20μm × 20μm의 관찰 범위에서 입자상부의 면적 비율이 0 내지 20% 이고, 상기 관찰 범위에서 비입자상부의 면적 비율이 80 내지 100%이다.
바람직하게는 입자상부의 면적 비율이 0 내지 10%이고, 비입자상부의 면적 비율이 90 내지 100%이다. 더욱 바람직하게는, 입자상부의 면적 비율이 0 내지 5% 이고, 비입자상부의 면적 비율이 95 내지 100%이다. 여기서, 입자상부의 면적 비율과 비입자상부의 면적 비율의 합계는 100%이다.
입자상부의 면적 비율과 비입자상부의 면적 비율의 산출은, 예를 들어, 20μm × 20μm의 관찰 범위를 3군데 이상 설정하고, 각 관찰 범위에서 입자상부의 면적 비율 및 비입자상부의 면적 비율의 평균값이 산출된다.
산화 이트륨 피막의 입자상부의 면적 비율이 20%를 초과하면, 산화 이트륨 피막이 부분적으로 저밀도화되거나 또는 결합력이 낮아져서, 그 결과, 산화 이트륨 피막의 내구성이 저하되고 크랙이 발생할 가능성을 초래한다. 그 이유는, 이하와 같다.
즉, 입자상부의 면적 비율이 20%를 초과하는 정도로 높으면, 이는 원료 분말인 산화 이트륨 원료 분말 상에 충격으로부터 초래되는 파괴 열이 충분하지 않은 부분이 많은 것을 의미한다. 충격으로부터 초래되는 파괴 열이 충분하지 않은 부분이란, 분사된 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료 상의 하지층의 표면에서 또는 산화 이트륨 피막의 표면에서 급격하게 냉각되는 부분을 의미한다. 따라서, 충격으로부터 초래되는 파괴 열이 충분하지 않은 영역에서, 형성된 산화 이트륨 피막은, 산화 이트륨이 저밀도화하거나 결합력이 낮아져서, 크랙이 발생하기 쉬워진다.
또한, 산화 이트륨 피막의 막 밀도가 96% 미만이면, 산화 이트륨 피막에 보이드(기공)가 많이 존재한다. 따라서, 산화 이트륨 피막에 보이드가 많이 존재하면, 산화 이트륨 피막의 절연 내압이 저하된다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치용 부품에 따르면, 산화 이트륨 피막의 막 밀도를 96% 이상, 나아가 99 내지 100%로 할 수 있고, 절연 내압을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
<입자상부의 평균 입자 직경>
산화 이트륨 피막의 입자상부의 평균 입자 직경은, 통상 2μm 이하, 바람직하게는 0.5 내지 2μm이다.
여기서 입자상부의 평균 입자 직경은, 입자상부의 입자 직경의 평균값이다. 또한, 입자상부의 입자 직경은, 산화 이트륨 피막의 표면을 현미경으로 관찰해서 촬영된 사진에 보이는 입자상부의 입자 경계 위에 임의로 설정된 2점을 연결하는 선분들 중 길이가 최대가 되는 선분의 길이이다. 20개의 입자상부의 입자 직경들이 측정되고, 20개의 입자상부의 입자 직경들의 산술 평균값이, 입자상부의 평균 입자 직경으로서 결정된다.
입자상부의 평균 입자 직경이 2μm 이하이면, 입자상부를 구성하는 산화 이트륨 입자들간 간극(3중점)을 작게 할 수 있기 때문에 막 밀도를 향상시키는 관점에서 바람직하다.
한편, 입자상부의 평균 입자 직경이 2μm를 초과하면, 산화 이트륨 입자들간 간극이 커지고, 막 밀도가 저하될 가능성이 있다.
<입자상부 및 비입자상부의 전체의 평균 입자 직경>
산화 이트륨 피막의 입자상부 및 비입자상부의 전체의 평균 입자 직경은, 통상 5μm 이하, 바람직하게는 1 내지 5μm이다.
여기서, 입자상부 및 비입자상부의 전체의 평균 입자 직경은, 입자상부의 평균 입자 직경과 비입자상부의 평균 입자 직경과의 산술 평균값이다.
비입자상부의 평균 입자 직경은, 산화 이트륨 피막의 표면을 현미경으로 관찰해서 촬영된 사진에 보여지는 비입자상부 상에 설정되는 가상 원의 직경이다. 여기서, 가상 원은, 부정형의 비입자상부를 구성하고 반원(semicircle) 이상의 윤곽을 갖는 부분에서, 반원 이상의 윤곽을 갖는 부분의 윤곽이 원주의 일부라고 가정하여 작성되는 원이다. 50개의 가상 원이 설정되고, 50개 가상 원의 직경들의 산술 평균값이 비입자상부의 평균 입자 직경으로서 결정된다.
상술된 바와 같이, 입자상부의 평균 입자 직경은 입자상부의 20개의 선분에 기초하여 산출되고, 비입자상부의 평균 입자 직경은 비입자상부의 50개의 가상 원에 기초하여 산출된다. 따라서, 입자상부의 평균 입자 직경과 비입자상부의 평균 입자 직경의 산술 평균값인, 입자상부 및 비입자상부의 전체의 평균 입자 직경은, 입자상부의 20개의 선분의 길이 및 비입자상부의 50개의 가상 원의 직경에 기초하여 산출되는 산술 평균값이다.
입자상부 및 비입자상부의 전체의 평균 입자 직경이 5μm 이하이면, 입자상부 및 비입자상부를 구성하는 산화 이트륨 입자들간 간극(3중점)이 작아져 막 밀도가 향상되고, 인접하는 산화 이트륨 입자들간 결합하는 면적이 커져 막 강도가 향상되기 때문에 바람직하다.
입자상부 및 비입자상부의 전체의 평균 입자 직경이 5μm를 초과하면, 산화 이트륨 입자들간 간극이 커지기 때문에, 막 밀도가 저하되거나 또는 막 강도가 저하될 가능성이 있다.
<산화 이트륨 피막의 결정 구조>
산화 이트륨 피막은 입방체 결정 및 단사 결정 양자 모두의 결정 구조를 포함한다.
XRD 분석(X선 회절 분석)에 의해 각각 얻어진 입방체의 최강 피크의 피크 값이 Ic로 표시되고, 단사 결정의 최강 피크의 피크 값이 Im으로 표시될 때, 산화 이트륨 피막의 피크 값 비율 Im/Ic는 통상 0.2 내지 0.6이다.
XRD 분석은 X-선 관전압 40kV 및 X-선 관전류 40mA로 Cu 타겟을 사용하는 조건하에서 2θ법으로 행해진다.
입방체 결정의 최강 피크는 28 내지 39°의 영역에서 검출되고, 단사 결정의 최강 피크는, 30 내지 33°의 영역에서 검출된다.
산화 이트륨 피막의 원료 분말인 산화 이트륨 원료 분말은, 통상, 상온에서, 입방체만으로 이루어진다.
이와 대조적으로, 본 발명에 따른 산화 이트륨 피막에서는, 산화 이트륨 피막의 형성 중 충격으로부터 초래되는 파괴 열로 인해, 입방체 결정의 일부가 결정 구조에서 변화하여 단사 결정이 된다. 본 발명의 산화 이트륨 피막의 피크 값 비율 Im/Ic는 상술된 바와 같이 통상 0.2 내지 0.6이 된다.
산화 이트륨 피막의 피크 값 비율 Im/Ic가 0.2 내지 0.6이면, 입방체 결정 및 단사 결정이 적당한 양으로 공존하고, 따라서 산화 이트륨 피막의 막 강도가 높아진다. 산화 이트륨 원료 분말은 통상 입방체 결정으로 이루어진다. 입방체 결정 및 단사 결정의 공존은 충격 소결 처리에 의해 결정 구조가 변화하는 것을 보여주며, 따라서 파괴 열에 인한 결합이 진행중인 것을 보여준다. 이러한 결합으로 인해 막 강도가 향상된다.
한편, 산화 이트륨 피막의 피크 값 비율 Im/Ic가 0.6을 초과하면, 단사 결정의 양이 너무 많고, 따라서, 단사 결정화로의 변형으로부터 초래되는 내부 응력이 산화 이트륨 피막을 구성하는 산화 이트륨에 강하게 작용한다. 따라서, 산화 이트륨 피막의 피크 값 비율 Im/Ic가 0.6을 초과하면, 산화 이트륨 피막의 막 강도 등의 막 특성이 저하된다.
<막 두께>
본 발명에 따른 산화 이트륨 피막의 막 두께는, 통상 10μm 이상, 바람직하게는 10 내지 200μm, 더욱 바람직하게는 50 내지 150μm이다.
산화 이트륨 피막의 막 두께가 10μm 이상이면, 기초 재료 상의 하지층의 표면에 산화 이트륨 피막을 제공하는 것에 의한 파티클의 발생 제한 및 억제 등의 효과가 충분히 얻어질 수 있다.
산화 이트륨 피막의 막 두께가 지나치게 크면, 기초 재료 상의 하지층의 표면에 산화 이트륨 피막을 제공하는 것에 의한 파티클의 발생 억제 등의 효과가 더 향상되지 않는다. 오히려, 막 두께가 지나치게 크게 되는 것은 산화 이트륨 피막의 제작 비용이 상승되기 때문에 경제적이지 않다. 따라서, 산화 이트륨 피막의 막 두께 상한이 200μm로 설정되는 것이 바람직하다.
한편, 산화 이트륨 피막의 막 두께가 10μm 미만이면, 기초 재료 상의 하지층의 표면에 산화 이트륨 피막을 제공하는 것에 의한 파티클의 발생 억제 등의 효과가 충분히 얻어질 수 없고, 그 외에도, 산화 이트륨 피막이 박리할 가능성이 있다.
<막 밀도>
본 발명에 따른 산화 이트륨 피막의 막 밀도는, 96% 이상, 바람직하게는 99 내지 100%이다. 본 발명에 따른 산화 이트륨 피막에 관하여, 막 밀도는, 피막의 겉보기 체적에 대한, 피막을 구성하는 물질의 실제 체적의 비율을 나타내는 지표이다. 막 밀도는, 보이드 비율과 대비되는 개념이며, 막 밀도와 보이드 비율과의 합계는 100%이다. 예를 들어, 막 밀도가 96% 이상인 것은, 보이드 비율이 4% 이하인 것을 의미한다.
막 밀도는, 예를 들어, 산화 이트륨 피막의 두께 방향을 따른 단면에 대해서 광학 현미경을 사용하여 500배의 확대 사진을 찍고, 그 후 확대 사진에 설정되는 측정 영역에서 비어있는 부분(보이드 부분)의 면적 비율을 산출하고, 그 면적 비율을 보이드 비율(%)로 하고, 100%에서 보이드 비율(%)을 차감하여, 그 결과인 차분을 막 밀도(%)로 함으로써 산출된다.
여기서, 확대 사진에서의 측정 영역은, 통상, 세로 200μm × 가로 200μm = 40000μm2의 정사각형 영역으로서 제공된다. 또한, 산화 이트륨 피막의 막 두께가 작다는 등의 이유로 200μm × 200μm의 정사각형 측정 영역을 찾을 수 없으면, 확대 사진에서 측정 영역으로서 복수의 측정 영역이 설정되어, 200μm × 200μm의 정사각형 이외의 형상을 갖는 측정 영역의 합계 면적이 40000μm2이 되어, 합계 면적 40000μm2 당 보이드 비율(%)이 산출되고, 그에 기초하여 막 밀도(%)가 산출된다.
산화 이트륨 피막의 막 밀도가 96% 이상이면, 산화 이트륨 피막에서 보이드(기공)를 통한 플라즈마 어택 등의 침식이 크게 진행하지 않으며, 따라서 산화 이트륨 피막의 절연 내압이 향상되고, 산화 이트륨 피막의 수명이 연장될 수 있다.
한편, 산화 이트륨 피막의 막 밀도가 96% 미만이면, 산화 이트륨 피막에 보이드가 많이 존재하고, 보이드를 통해 플라즈마 어택 등의 침식이 진행하며, 따라서 산화 이트륨 피막의 수명이 단축되는 경향이 있다.
플라즈마 처리 장치용 부품에서, 산화 이트륨 피막에서 보이드를 통해 플라즈마 어택 등의 침식이 진행되는 것을 방지하기 위해서는, 특히, 산화 이트륨 피막의 표면에 존재하는 보이드의 수가 작은 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 막 밀도를 측정하기 위해서 산화 이트륨 피막의 두께 방향을 따르는 단면의 확대 사진에 설정되는 측정 영역이, 산화 이트륨 피막의 표면에 가까운 것이 바람직하다.
또한, 하지층의 막 밀도의 측정에 대해서도 유사한 측정 방법이 적용된다. 구체적으로는, 하지층의 두께 방향으로 단면의 확대 사진을 찍고, 하지층을 구성하는 금속 산화물과 보이드의 비율을 측정한다. 하지층의 막 밀도를 측정하는 확대 사진은, 가로 200μm × 두께 40μm = 8000μm2 이상의 면적을 가질 수 있다. 한 번의 시야로 8000μm2 이상의 면적을 촬영할 수 없을 때는, 복수회로 나누어서 촬영해도 된다.
<표면 거칠기>
산화 이트륨 피막의 표면 거칠기 Ra(산술 평균 표면 거칠기)는, 통상 3μm 이하, 바람직하게는 2μm 이하로 설정된다.
표면 거칠기 Ra는 JIS-B-0601-1994에 기재된 방법에 따라서 측정된다.
산화 이트륨 피막의 표면 거칠기 Ra가 3μm 이하이면, 산화 이트륨 피막의 표면 입자상부 및 비입자상부에 의해 형성되는 요철부에, 플라즈마 어택 등의 어택이 집중되지 않고, 따라서 산화 이트륨 피막의 수명이 연장된다.
한편, 산화 이트륨 피막의 표면 거칠기 Ra가 3μm를 초과하면, 산화 이트륨 피막의 표면 입자상부 및 비입자상부에 의해 형성되는 요철부에, 플라즈마 어택 등의 어택이 집중되고, 따라서 산화 이트륨 피막의 수명이 단축될 가능성이 있다.
본 발명에 따른 산화 이트륨 피막은, 충격 소결 처리에 의해 형성되는 피막이으로, 치밀하고 강하게 결합된다. 또한, 본 발명에 따른 산화 이트륨 피막은 충격 소결 처리에 의해 형성되는 피막이기 때문에, 피막 내에 응력이 발생하기 어렵고, 피막의 표면에 마이크로 크랙이 발생하기 어렵다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품에는, 기초 재료와 산화 이트륨 피막 사이에 절연성이 높은 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층이 제공되기 때문에, 절연 내압이 향상된다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품이 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치용 부품(1)에는, 기초 재료(2)의 표면 상에 하지층(3) 및 산화 이트륨 피막(4)이 형성된다.
도 2는 실시예 1의 플라즈마 처리 장치용 부품의 산화 이트륨 피막의 일례의 표면을 보여주는 사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 산화 이트륨 피막(4)은 입자상부(5)과 비입자상부(6)로 형성된다.
도 3은 실시예 1의 플라즈마 처리 장치용 부품의 일례의 단면을 보여주는 사진이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기초 재료(2) 상에 하지층(3) 및 산화 이트륨 피막(4)이 순서대로 형성되고, 하지층(3)에는 보이드(7)가 형성된다.
[플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법]
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법은 플라즈마 처리 장치용 부품을 제조하는 방법이고, 상기 부품은 기초 재료; 상기 기초 재료의 표면을 피복하고, 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층; 및 충격 소결 처리를 사용해서 형성되고, 상기 하지층의 표면을 피복하는 산화 이트륨 피막을 포함한다.
(기초 재료)
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 사용되는 기초 재료는, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품에 사용되는 기초 재료와 동일하고, 따라서 그 설명이 생략될 것이다.
(하지층)
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 사용되는 하지층은, 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함한다. 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 사용되는 하지층의 재료는, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품에 사용되는 하지층의 재료와 동일하고, 따라서 그 설명이 생략될 것이다.
하지층의 제조 방법은, 얻어지는 하지층에서의 금속 산화물이 열 전도율이 35W/m·K 이하인 한, 특별히 한정되지는 않는다. 그러나, 용사법이 사용되면, 하지층의 소재, 막 밀도, 막 두께 등의 제어가 용이하며, 따라서 하지층의 제조 방법으로서, 통상, 용사법이 사용된다. 여기서, 용사법은, 원료 분말을 용융시켜서 용융된 원료 분말을 분사하는 성막 방법이다.
용사법에 의하면, 금속 산화물로 이루어지는 하지층의 원료 분말을 고온의 연소 불꽃에 투입해서 원료 분말을 분사하고, 용융한 금속 산화물 분말을 기초 재료 상에 응고 시킴으로써, 기초 재료의 표면이, 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층에 의해 피복된다. 이와 같이, 용사법에서는 원료 분말을 용융해서 성막이 행해지기 때문에, 기초 재료의 표면에 편평한 형상의 입자들이 퇴적되고, 따라서 편평한 형상의 입자들의 표면에 마이크로 크랙이 발생한다. 그리고, 마이크로 크랙의 발생 현상을 이용하면, 막 밀도가 85 내지 98%인 하지층을 형성할 수 있다. 하지층의 막 밀도가 85 내지 98%이면, 하지층에 적당히 그리고 적절하게 존재하는 보이드(기공)에 의해 하지층의 열 전도율이 작아지기 때문에 바람직하다.
또한, 하지층의 재료는, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 하지층에 대해 설명된 바와 같이, 산화 이트륨, 산화 알루미늄, 희토류 산화물, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 니오븀 및 산화 탄탈로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 희토류 산화물로서, 산화 세륨, 산화 디스프로시움, 산화 란탄, 산화 네오디뮴 및 산화 사마륨으로부터 선택되는 적어도 1종이 사용된다. 이들 중, 산화 이트륨, 산화 알루미늄 및 희토류 산화물로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 하지층은, 용사법에 의해 용이하게 제작되기 때문에 바람직하다.
하지층의 표면 거칠기 Ra(산술 평균 표면 거칠기)는, 바람직하게는 7μm 이하, 더욱 바람직하게는 5μm 이하이다.
하지층의 막 밀도는 바람직하게는 85 내지 98%이며, 보이드의 수가 많기 때문에 표면 요철이 형성되기 쉽다. 표면 요철이 큰 하지층의 표면이 산화 이트륨 피막으로 피복되면, 얻어진 산화 이트륨 피막의 표면 요철이 크고, 산화 이트륨 피막으로부터 더스트가 발생될 가능성이 있다.
또한, 하지층의 막 밀도는 바람직하게는 85 내지 98%이며, 보이드의 수가 많기 때문에, 하지층과 산화 이트륨 피막 사이에 보이드보다 훨씬 큰 간극이 발생하면 산화 이트륨 피막이 박리되기 쉽다.
하지층의 표면 거칠기 Ra를, 바람직하게는 7μm 이하, 더욱 바람직하게는 5μm 이하로 함으로써, 산화 이트륨 피막으로부터의 더스트의 발생이나, 산화 이트륨 피막의 박리 발생을 제한 및 억제할 수 있게 한다. 하지층의 표면 거칠기 조정 방법으로는, 예를 들어 연마가 사용된다.
(산화 이트륨 피막)
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 사용되는 산화 이트륨 피막은, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품에 사용되는 산화 이트륨 피막과 동일하게, 충격 소결 처리를 사용해서 형성되고, 기초 재료의 표면을 피복하는 산화 이트륨 피막인 것이 바람직하다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 사용되는 산화 이트륨 피막은, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품에 사용되는 산화 이트륨 피막과 동일하고, 따라서 그 설명은 생략될 것이다.
(성막 장치)
기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면을 충격 소결 처리를 사용해서 산화 이트륨 피막으로 피복하는 성막 장치가 설명될 것이다.
성막 장치는, 예를 들어, 연소 가스 등의 연소원을 연소시키는 연소실을 포함하고, 연소실 내의 불꽃을 연소 불꽃 포트를 통해 고속의 연소 불꽃으로서 외부에 분사하는 연소부; 연소부의 연소 불꽃 포트로부터 분사되는 연소 불꽃에 산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 원료 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 포트; 및 산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 연소 불꽃의 분사 상태를 제어하는 노즐을 포함한다.
구체적으로, 연소부는, 예를 들어, 연소실; 연소실에 연소원을 공급하는 연소원 공급 포트; 및 연소실보다 단면적이 작게 형성되어 연소실의 불꽃을 고속의 연소 불꽃으로서 외부에 분사하는 연소 불꽃 포트를 포함한다.
슬러리 공급 포트는, 통상, 원료 슬러리를, 분사된 연소 불꽃의 측면에 공급하도록 제공된다.
연소원으로서, 예를 들어, 산소, 아세틸렌, 등유 등이 사용된다. 필요에 따라, 2개 이상의 연소원이 조합되어 사용되어도 된다.
상술된 바와 같은 성막 장치를 사용하여, 연소 불꽃의 대부분 용융되지 않은 산화 이트륨 원료 분말을 연소 불꽃과 함께 노즐을 통해 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면을 향해서 고속으로 분사하여, 충격 소결 처리에 의해, 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면에, 산화 이트륨 피막이 형성된다.
또한, 성막 장치는, 필요에 따라, 연소 불꽃에 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 포트를 더 포함하여도 된다. 압축 공기 공급 포트는, 예를 들어, 연소 불꽃 포트를 통해 분사된 연소 불꽃에 또는 슬러리 공급 포트로부터 원료 슬러리가 공급된 연소 불꽃에, 압축 공기를 공급하도록 제공된다. 압축 공기 공급 포트가 제공되어, 연소 불꽃에 압축 공기를 공급할 수 있도록 하여, 산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 연소 불꽃을 고속 분사하는 것이 용이하게 된다.
본 발명에 따른 플라즈마 에칭 장치용 부품의 제조 방법은, 산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 원료 슬러리를 연소실로부터 분사된 연소 불꽃에 공급하는 공정(산화 이트륨 원료 분말 공급 공정), 및 연소 불꽃의 산화 이트륨 원료 분말을, 분사 속도 400 내지 1000m/sec로 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면에 분사하는 공정(산화 이트륨 원료 분말 분사 공정)을 포함한다.
(산화 이트륨 원료 분말 공급 공정)
산화 이트륨 원료 분말 공급 공정은, 산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 원료 슬러리를 연소실로부터 분사되는 연소 불꽃에 공급하는 공정이다.
<원료 슬러리>
본 발명에서 사용되는 산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 원료 슬러리는, 원료 분말인 산화 이트륨 원료 분말을 용매에 분산시켜 제공된다.
원료 분말인 산화 이트륨 원료 분말에서 산화 이트륨의 순도는, 통상 99.9% 이상, 바람직하게는 99.99% 이상이다.
산화 이트륨 원료 분말에서 산화 이트륨의 순도가 통상 99.9% 이상인 이유는, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품에서 산화 이트륨 피막의 순도가 통상 99.9% 이상인 이유와 동일하기 때문에, 그 설명이 생략될 것이다.
산화 이트륨 원료 분말의 평균 입자 직경은, 통상 1 내지 5μm, 바람직하게는 1 내지 3μm이다. 여기서, 평균 입자 직경은 레이저 입자 크기 분포 측정기를 사용하여 측정되는 체적 적산 평균 입자 직경(D50)을 의미한다.
산화 이트륨 원료 분말의 평균 입자 직경이 5μm 이하이면, 산화 이트륨 원료 분말의 미립자가 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면 또는 산화 이트륨 피막의 표면에 충돌할 때, 산화 이트륨 원료 분말의 미립자의 파쇄가 적절하게 진행되고, 따라서 파쇄로 인한 발열은 산화 이트륨 입자들의 결합을 촉진하여, 피막을 형성하기 쉽게 한다.
이와 같이 하여 형성된 산화 이트륨 피막은, 산화 이트륨 입자들간 결합력이 높기 때문에, 플라즈마 어택 및 라디칼 어택에 의한 손상을 저감하고, 파티클 발생량이 적어지고, 플라즈마 내성이 향상된다.
또한, 하지층을 제공함으로써, 파괴 열을 산화 이트륨 입자들의 결합에 활용할 수 있으므로, 비입자상부가 많은 산화 이트륨 피막을 얻을 수 있다.
한편, 산화 이트륨 원료 분말의 평균 입자 직경이 5μm를 초과하면, 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면 또는 산화 이트륨 피막의 표면과 충돌할 때 파쇄되는 대신 분산되기 때문에 산화 이트륨 피막을 형성하기 곤란해지고, 또한 산화 이트륨 원료 분말 자체의 블라스트 작용에 의해 산화 이트륨 피막이 손상되어 산화 이트륨 피막에 크랙이 발생할 가능성이 있다.
산화 이트륨 원료 분말의 평균 입자 직경이 1μm 미만이면, 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면 또는 산화 이트륨 피막의 표면에 충돌할 때 산화 이트륨 원료 분말을 파쇄하기 곤란해지고, 따라서 형성되는 산화 이트륨 피막은, 막 밀도가 낮고, 플라즈마 내성 및 내식성이 낮아질 가능성이 있다.
또한, 산화 이트륨 원료 분말의 평균 입자 직경이 통상 1 내지 5μm인 한, 산화 이트륨 원료 분말이, 입자 직경이 1μm 미만인 산화 이트륨 입자들을 포함하여도 된다. 예를 들어, 산화 이트륨 원료 분말의 평균 입자 직경이 통상 1 내지 5μm인 한, 산화 이트륨 원료 분말은 입자 직경이 1μm 미만인 산화 이트륨 입자들을 산화 이트륨 원료 분말의 전체 체적의 5% 미만 정도로 포함하여도 된다.
산화 이트륨 원료 분말의 최대 입자 직경은 통상 20μm 미만이다. 산화 이트륨 원료 분말이 입자 직경 20μｍ 이상인 굵은 입자를 포함하면, 산화 이트륨 피막의 두께를 균일하게 하기 곤란하다.
또한, 산화 이트륨 원료 분말의 최대 입자 직경을 20μm 미만으로 하는 방법의 예로는, 예를 들어, 산화 이트륨 원료 분말 또는 그 원료, 즉, 산화 이트륨 분말이 충분히 분쇄되는 방법이 포함된다.
본 공정에서 산화 이트륨 원료 분말의 입자 직경이 제어되면, 산화 이트륨 피막에서 입자상부 및 비입자상부의 혼재 비율이 제어될 수 있다.
산화 이트륨 원료 분말이 분산되는 용매로서, 예를 들어, 메틸알코올 또는 에틸알코올 등의 비교적 휘발성이 있는 유기 용매가 사용된다.
원료 슬러리에서, 산화 이트륨 원료 분말의 함유량, 즉 슬러리 농도는, 통상, 30 내지 80 체적 %, 바람직하게는 40 내지 70 체적 %이다.
슬러리 농도가 30 내지 80 체적 %의 범위 내에 있으면, 원료 슬러리가 적당한 유동성으로 슬러리 공급 포트에 원활하게 공급되고, 이에 의해 연소 불꽃에 안정된 양의 원료 슬러리가 공급되고, 따라서 산화 이트륨 피막의 막 두께 및 조성이 용이하게 균일하게 된다.
<원료 슬러리의 연소 불꽃에의 공급>
상술된 바와 같이, 성막 장치의 슬러리 공급 포트는, 통상, 원료 슬러리를, 분사된 연소 불꽃의 측면에 공급하도록 제공된다. 또한, 연소 불꽃은 분사 속도가 높다.
따라서, 슬러리 공급 포트로부터 연소 불꽃의 측면에 공급되는 원료 슬러리에서 산화 이트륨 원료 분말의 일부는, 통상, 연소 불꽃의 내부에 들어가서 연소 불꽃과 함께 분사되고, 나머지 산화 이트륨 원료 분말은 연소 불꽃과 접촉하지 않고 연소 불꽃의 외측에 존재한 채 분사된다.
또한, 원료 슬러리 중의 산화 이트륨 원료 분말이 연소 불꽃의 내부에 들어가서 연소 불꽃과 함께 분사될 때에도, 원료 슬러리 중의 산화 이트륨 원료 분말이 연소 불꽃의 내부 어느 정도 깊이까지 공급되는가는, 연소 불꽃에 원료 슬러리가 공급되는 속도 등의 조건에 따라 달라진다.
본 발명에 따르면, 원료 슬러리 중의 산화 이트륨 원료 분말이 연소 불꽃의 중심부에 공급되면, 연소 불꽃 중의 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도가 변동하기 곤란해지고, 연소 불꽃의 온도가 일정해지고, 따라서, 산화 이트륨 피막의 입자상부 및 비입자상부의 산화 이트륨의 조직을 제어하기가 용이하기 때문에 바람직하다.
여기서, 원료 슬러리 중의 산화 이트륨 원료 분말을 연소 불꽃의 중심부에 공급한다는 것은, 원료 슬러리 중의 산화 이트륨 원료 분말이, 연소 불꽃의 측면으로부터 중심부에 공급되는 것을 의미한다. 또한, 연소 불꽃의 중심부는, 연소 불꽃 포트로부터 분사되는 연소 불꽃의 분사 방향에 대해 수직인 단면의 중심부를 의미한다.
한편, 원료 슬러리 중의 산화 이트륨 원료 분말이 연소 불꽃의 중심부에 공급되지 않고, 연소 불꽃의 측면이나 연소 불꽃의 외부에만 공급되면, 연소 불꽃 중의 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도가 안정되지 않고 변동하기 쉬워지고, 연소 불꽃의 온도가 크게 변동하며, 따라서 산화 이트륨 피막의 입자상부 및 비입자상부의 산화 이트륨의 조직을 제어하기 곤란해진다.
원료 슬러리가 연소 불꽃의 중심부에 공급되도록 하는 방법은, 예를 들어, 연소 불꽃에 공급되는 원료 슬러리의 양 및 속도가 조정되는 방법을 포함한다.
(산화 이트륨 원료 분말 분사 공정)
상술한 공정에서 마련되는 연소 불꽃과 산화 이트륨 원료 분말은, 성막 장치의 노즐로부터 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층을 향해서 분사된다. 노즐은 연소 불꽃 및 산화 이트륨 원료 분말의 분사 상태를 제어한다. 제어될 분사 상태는, 예를 들어 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도 등을 포함한다.
성막 장치의 노즐은, 통상, 연소 불꽃과 산화 이트륨 원료 분말을 가로 방향으로 분사하도록 제공된다. 하지층이 형성되는 기초 재료는, 통상, 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면이, 성막 장치의 가로 방향 노즐의 연장선 상에 위치되도록 배열된다.
산화 이트륨 원료 분말 분사 공정은, 연소 불꽃 중의 산화 이트륨 원료 분말을 400 내지 1000m/sec의 분사 속도로 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면에 분사하는 공정이다.
<분사 속도>
산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도가 400 내지 1000m/sec이면, 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층 또는 산화 이트륨 피막과 충돌할 때, 산화 이트륨 원료 분말이 충분히 분쇄되고, 따라서 막 밀도가 높고 입방체 결정과 단사 결정 사이의 공존량이 적당한 산화 이트륨 피막이 얻어질 수 있다.
여기서, 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도는, 성막 장치의 노즐 선단에서 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도를 의미한다.
상술된 바와 같이, 결정 구조에 의하면, 산화 이트륨 원료 분말의 입자들은 상온에서, 통상, 입방체만으로 이루어진다. 그러나, 산화 이트륨 원료 분말의 결정 구조는, 대략 연소 불꽃의 레벨의 고온에 노출되면 용융 등에 단사 결정으로 변하는 경향이 있다. 예를 들어, 산화 이트륨 원료 분말을 원료로서 사용하는 용사법에 의해 막이 형성되면, 얻어지는 산화 이트륨 피막에서 대부분의 또는 모든 산화 이트륨이 단사 결정으로 변한다.
대조적으로, 본 공정은, 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면 또는 산화 이트륨 피막의 표면에 퇴적하기 시작하는 임계 속도이상의 속도인 상술된 속도로, 산화 이트륨 원료 분말이 고속 분사되는 충격 소결 처리를 사용하기 때문에, 산화 이트륨 원료 분말을 대부분 용융시키지 않고 분사할 수 있다.
따라서, 분사된 산화 이트륨 원료 분말 중의 산화 이트륨 결정 구조는 화학적으로 안정한 입방체 결정을 유지한다. 또한, 퇴적해서 얻어지는 산화 이트륨 피막을 구성하는 산화 이트륨의 일부의 결정 구조는, 충격으로부터 초래되는 파괴 열의 영향하에 단사 결정으로 변하지만, 나머지 산화 이트륨의 결정 구조는 화학적으로 안정한 입방체 결정을 유지한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 산화 이트륨 피막에서는, 입방체 결정 및 단사 결정이 적당한 비율로 공존하고, 따라서 막 밀도 및 막 강도가 높아진다.
한편, 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도가 400m/sec 미만이면, 산화 이트륨 원료 분말의 충돌 에너지가 작기 때문에, 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층 또는 산화 이트륨 피막과 충돌할 때, 산화 이트륨 원료 분말이 충분히 분쇄되지 않고, 따라서 막 밀도 및 막 강도가 높은 산화 이트륨 피막이 얻기 곤란하게 된다.
또한, 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도가 1000m/sec를 초과하면, 산화 이트륨 원료 분말의 충돌 에너지가 크기 때문에, 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층 또는 산화 이트륨 피막과 충돌할 때, 산화 이트륨 원료 분말 자체의 블라스트 작용에 의해 산화 이트륨 피막이 손상되어 산화 이트륨 피막에 크랙이 발생할 가능성이 있다.
본 공정에서 산화 이트륨 원료 분말의 분사 속도가 제어되면, 산화 이트륨 피막에서 입자상부 및 비입자상부의 혼재 비율 뿐만 아니라 산화 이트륨 피막에서 입방체 결정과 단사 결정의 혼재 비율을 제어할 수 있다.
<분사 거리>
본 발명에 따르면, 노즐의 선단부와 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층의 표면 사이의 분사 거리가, 통상 100 내지 400mm, 바람직하게는 100 내지 200mm이다.
분사 거리가 100 내지 400mm이면, 분사되는 산화 이트륨 원료 분말이 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층 또는 산화 이트륨 피막과 충돌할 때, 산화 이트륨 원료 분말의 분사된 입자가 적당한 충격 강도로 파쇄되고, 따라서 입자상부 및 비입자상부가 적절하게 혼재되고 입방체 결정 및 단사 결정이 적당한 비율로 공존하는 산화 이트륨 피막이 얻어질 수 있다.
한편, 분사 거리가 100mm 미만이면, 거리가 너무 가까워서 산화 이트륨 원료 분말의 충돌 기회가 거의 없어서 산화 이트륨 원료 분말이 충분히 파쇄되지 않고, 따라서 입자상부 및 비입자상부가 적절하게 혼재되고 입방체 결정 및 단사 결정이 적당한 비율로 공존하는 산화 이트륨 피막을 얻는 것이 곤란하게 된다.
또한, 분사 거리가 400mm를 초과하면, 거리가 지나치게 멀어서 충격 강도가 약해져서 산화 이트륨 원료 분말이 충분히 파쇄되지 않고, 따라서 입자상부 및 비입자상부가 적절하게 혼재되고 입방체 결정 및 단사 결정이 적당한 비율로 공존하는 산화 이트륨 피막을 얻는 것이 곤란하게 된다.
<막 두께>
본 공정에서 얻어지는 산화 이트륨 피막의 막 두께는, 통상 10μm 이상, 바람직하게는 10 내지 200μm, 더욱 바람직하게는 50 내지 150μm이다.
본 공정에서 얻어지는 산화 이트륨 피막의 막 두께가 통상 10μｍ 이상인 이유는, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 산화 이트륨 피막의 막 두께가 통상 10μｍ 이상인 이유와 동일하고, 따라서 그 설명이 생략될 것이다.
(플라즈마 처리 장치용 부품 및 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법의 효과)
실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의해 얻어지는 플라즈마 처리 장치용 부품에 의하면, 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층의 표면에, 산화 이트륨 원료 분말을 대부분 용융시키지 않고 산화 이트륨 원료 분말을 퇴적하는 충격 소결 처리를 사용해서, 산화 이트륨 피막이 형성되기 때문에, 편평한 형상의 용융 입자가 발생되기 어렵고, 따라서 산화 이트륨 피막의 표면 결함이 저하될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의해 얻어지는 플라즈마 처리 장치용 부품에 의하면, 산화 이트륨 피막이 치밀하게 될 수 있고, 그 표면이 평활하게 될 수 있기 때문에, 산화 이트륨 피막의 내부 결함이 저하될 수 있다. 더욱이, 산화 이트륨 피막의 절연 내압이 향상될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의해 얻어지는 플라즈마 처리 장치용 부품에 의하면, 산화 이트륨 피막을 구성하는 산화 이트륨의 결정 구조가 안정성이 높기 때문에, 산화 이트륨 피막의 화학적 안정성이 향상될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치용 부품의 수율이 향상된다.
이와 같이, 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의해 얻어지는 플라즈마 처리 장치용 부품에서의 산화 이트륨 피막은, 표면 결함 및 내부 결함이 적고, 화학적 안정성이 높다. 따라서, 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법은, 플라즈마 처리 장치용 부품으로부터의 더스트(파티클)의 발생을 안정적이고 효과적으로 억제한다.
또한, 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의해 얻어지는 플라즈마 처리 장치용 부품은, 플라즈마 처리 장치의 클리닝 빈도를 작게 하여 플라즈마 처리 장치의 가동률을 향상시키고, 이에 의해 생산성을 향상시킨다.
또한, 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품 및 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의해 얻어지는 플라즈마 처리 장치용 부품은, 플라즈마 처리 장치용 부품의 교체 빈도가 적어지고, 따라서 플라즈마 처리 장치용 부품의 비용이 저감된다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품을 갖는 플라즈마 처리 장치 및 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의해 얻어지는 플라즈마 처리 장치용 부품을 갖는 플라즈마 처리 장치를 사용해서 제작되는 박막 및 소자 등의 제품의 수율이 높아진다.
(플라즈마 에칭 장치용 부품의 제조 방법의 효과)
실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법에 의하면, 기초 재료의 표면이 열 전도율이 낮은 하지층으로 피복되고, 하지층의 표면에 충격 소결 처리에 의해 산화 이트륨 피막이 형성되기 때문에, 파괴 열이 산화 이트륨 입자들의 결합에 효율적으로 활용될 수 있고, 따라서 수율이 향상된다.
실시예
이하에 실시예를 나타내지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되어 해석되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 17 및 비교예 1 내지 3]
(기초 재료)
세로 100mm × 가로 200mm의 알루미늄계 기초 재료가 준비되었다.
(하지층)
표 1에 나타내는 금속 산화물 피막을 각각 포함하는 하지층들이 기초 재료의 표면에 각각 제공되고(실시예 1 내지 17 및 비교예 1과 2), 하지층을 갖는 기초 재료를 제작했다. 하지층은 대기 플라즈마 분사법에 의해 제공되었다. 또한, 분사 후의 하지층을 연마하여 표 1에 나타낸 바와 같이 표면 거칠기가 조정되었다. 또한, 비교예 3은 하지층이 제공되지 않은 실험예이다.
표 1에 하지층의 제조 조건 및 특성을 나타낸다. 표 1에서, 실시예 15의 하지층 원료 분말 "Al2O3 + ZrO2"는, 평균 입자 직경이 28μm인 Al2O3 50 질량 %와, 평균 입자 직경이 33μm인 ZrO2 50 질량 %의 혼합물(평균 입자 직경 29μm)이다. 또한, 실시예 16의 하지층 원료 분말 "YZS"는, Y2O3을 8 질량 % 함유하는 ZrO2(이트륨 안정화된 지르코니아) 분말로, 이 분말은 평균 입자 직경이 35μm이다. 실시예 17의 하지층 원료 분말 "YAG"는, Y3Al5O12(이트륨/알루미늄/가닛) 분말로, 이 분말은 평균 입자 직경이 33μm이다.
Figure 112014111562634-pct00001
*1 : 평균 입자 직경이 28μm인 Al2O3 50 질량부 및 평균 입자 직경이 30μm인 ZrO2 50 질량부의 혼합물
*2 : 혼합 분말의 평균 입자 직경
(산화 이트륨 원료 슬러리의 제조)
표 2에 나타내는 산화물로 이루어지는 원료 분말과, 용매로서의 에틸알코올을 혼합하여, 표 1에 나타내는 조성의 원료 슬러리를 제조했다.
또한, 실험예에서 산화 이트륨 원료 분말로서는, 입방체 결정으로 이루어지고, 순도 99.99질량 % 이상이며, 충분한 분쇄 및 체 분리에 의해 20μm를 초과하는 굵은 입자를 포함하지 않는 것을 사용했다.
(산화 이트륨 피막의 제작)
연소 불꽃형 분사 장치(성막 장치)를 사용하여, 표 2에 나타내는 공급 조건하에 충격 소결 처리에 의해 원료 슬러리를 연소 불꽃에 공급하고, 원료 슬러리 중의 산화 이트륨 원료 분말을 표 2에 나타내는 분사 조건하에 하지층을 갖는 기초 재료의 하지층의 표면을 향해서 분사시켰다.
또한, 원료 슬러리를 연소 불꽃의 중심부까지 공급하는 방법(실시예 1 내지 17)을 사용하여, 원료 슬러리를 연소 불꽃에 공급하였다.
실시예 1 내지 17에서는, 연소 불꽃중의 산화 이트륨 원료 분말은 대부분 용융시키지 않고 분사된 후, 기초 재료의 표면에 퇴적해서, 산화 이트륨 피막을 형성한다. 그 결과, 플라즈마 처리 장치용 부품이 얻어졌다.
비교예 1 및 2는, 표 1 에 도시된 바와 같이, 열 전도율이 35W/m·K를 초과하는 하지층에서의 실험예이다. 또한, 비교예 3은 하지층이 제공되지 않은 실험예이다.
표 2에 산화 이트륨 피막의 제조 조건 및 특성이 도시된다.
실시예 1 내지 17 및 비교예 1 내지 3에서 플라즈마 처리 장치용 부품에 대해서 산화 이트륨 피막의 필링 평가를 행했다. 필링 평가는, 점착 테이프를 산화 이트륨 피막의 표면에 부착하고 나서 벗긴 후, 벗긴 테이프면을 SEM에 의해 확대 관찰해서 단위 면적 80μm × 60μm의 측정 범위를 정하고, 이 측정 범위에서, 산화 이트륨 입자가 부착된 면적을 측정 범위의 전체 면적(4800μm2)으로 나누어 산출되는 면적 비율(%)로 평가했다.
Figure 112014111562634-pct00002
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 하지층으로서 열 전도율이 각각 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 각각 설치한 실시예 1 내지 17에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품은 필링 평가(%)가 0.58% 이하로 양호하였다. 이는 막 강도가 높다는 것을 의미한다.
이와 대조적으로, 각각 열 전도율이 높은 하지층이 각각 제공되는 비교예 1 및 비교예 2와 하지층이 제공되지 않는 비교예 3은, 충격 소결 처리의 성막 조건이 바람직함에도 불구하고 필링 평가가 불량하였다.
(플라즈마 처리 장치용 부품에 대한 산화 이트륨 피막의 평가)
얻어진 플라즈마 처리 장치용 부품의 산화 이트륨 피막에 대해서, 막 밀도, 입자상부(입자 경계가 관찰되는 입자들) 및 비입자상부(입자 경계가 관찰되지 않는 입자들)의 면적 비율 및 입자상부의 평균 입자 직경을 측정했다.
<막 밀도>
막 밀도에 관하여, 처음에, 막 단면의 합계 단위 면적이 200μm × 200μm가 되도록 배율 500배로 확대 사진을 찍었다. 다음에, 확대 사진의 단위 면적 당 보이드 면적의 비율을 보이드 비율(%)로서 산출하고, 100%로부터 보이드 비율(%)을 차감하여 얻은 값을 막 밀도(%)로서 정했다.
<입자상부와 비입자상부의 면적 비율>
산화 이트륨 피막의 표면의 단위 면적 20μm × 20μm를 배율 5000배로 확대 사진을 찍었다. 그리고, 입자 경계가 육안으로 확인될 수 있는 각 산화 이트륨 입자를 입자 경계를 관찰할 수 있는 입자(입자상부)로서 정하고, 입자 경계가 결합으로 인해 확인될 수 없는 각 산화 이트륨 입자를 입자 경계가 관찰될 수 없는 입자(비입자상부)로서 정하고, 입자상부와 비입자상부의 면적 비율을 구했다. 입자상부의 면적 비율과 비입자상부의 면적 비율의 합계는 100%이다.
위 절차를 산화 이트륨 피막의 표면에서 임의의 3군데에 대해서 행하고, 3군데 각각에 대해 입자상부의 면적 비율과 비입자상부의 면적 비율을 구했다. 또한, 입자상부의 면적 비율의 3군데의 평균값과, 비입자상부의 면적 비율의 3군데의 평균값을 구했다.
<입자상부의 평균 입자 직경>
입자상부와 비입자상부의 면적 비율의 산출을 위해서 촬영한 배율 5000배의 확대 사진을 사용하여, 입자상부의 평균 입자 직경을 측정했다.
처음에, 배율 5000배의 확대 사진에 보여지는 입자상부의 입자 경계 위에 설정한 임의의 2점을 연결하는 선분 중, 가장 먼 2점을 연결하는 선분의 길이를 측정하고, 측정된 값을 입자상부의 입자 직경으로 정했다. 이어서, 배율 5000배의 확대 사진에 보여지는 20개의 입자상부의 입자 직경을 측정하고, 20개의 입자상부의 입자 직경의 산술 평균값을 입자상부의 평균 입자 직경으로 정했다.
<산화 이트륨 피막의 최강 피크 비율(Im/Ic)>
x-선 관전압 40kV 및 x-선 관전류 40mA로 Cu 타겟을 사용하는 조건으로 x선 표면 분석을 행하여, 산화 이트륨 피막의 표면의 결정 구조를 조사했다.
다음에, 단사 결정의 최강 피크의 피크 값 Im을, 입방체 결정의 최강 피크의 피크 값 Ic로 나누어, 최강 피크 비율(Im/Ic)을 산출했다.
여기서, 단사 결정의 최강 피크는, 단사 결정의 복수의 피크 중, 피크 값이 최대인 피크를 의미한다. 입방체 결정의 최강 피크는, 입방체 결정의 복수의 피크 중, 피크 값이 최대인 피크를 의미한다.
표 3에, 막 밀도, 입자상부와 비입자상부의 면적 비율, 입자상부의 평균 입자 직경, 산화 이트륨 피막의 표면 거칠기 Ra 및 Im/Ic 비율을 포함하는 측정 결과를 나타낸다.
Figure 112014111562634-pct00003
표 3에 나타나는 결과로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 17의 플라즈마 처리 장치용 부품에 대해서, 산화 이트륨 피막의 막 밀도가 높고, 입자상부의 면적 비율이 0 내지 20%에 있고, 비입자상부의 면적 비율이 80 내지 100%의 범위에 있는 것이 발견되었다.
또한, 충격 소결 처리를 사용해서 제작한 실시예 1 내지 17의 플라즈마 에칭 장치용 부품의 경우, 산화 이트륨 피막의 입자상부의 평균 입자 직경이, 산화 이트륨 원료 분말의 평균 입자 직경보다 작다는 것이 발견되었다.
한편, 비교예 1 내지 3에서 비입자상부의 면적 비율은 80% 미만이었다.
또한, 실시예 1 내지 17의 플라즈마 에칭 장치용 부품에 대해서, 산화 이트륨 피막의 표면 거칠기 Ra(산술 평균 표면 거칠기)가 3μm 이하이었다. 또한, 비교예 1 내지 3에서 산화 이트륨 피막의 표면 거칠기 Ra는 4 내지 5μm의 범위이었다. 이는 비입자상부의 수가 적어서 표면 요철이 성장하였기 때문으로 생각된다.
도 2는 실시예 1의 플라즈마 처리 장치용 부품의 산화 이트륨 피막의 일례의 표면을 보여주는 사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 산화 이트륨 피막(4)은, 입자상부(5) 및 비입자상부(6)로 형성된다. 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치용 부품에서는, 산화 이트륨 입자들의 결합으로 인해 입자 경계 상을 확인할 수 없는 비입자상부가 80% 이상을 차지한다.
도 3은 실시예 1의 플라즈마 처리 장치용 부품의 일례의 단면을 보여주는 사진이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기초 재료(2) 상에 하지층(3) 및 산화 이트륨 피막(4)이 순서대로 형성되고, 하지층(3)에는 보이드(7)가 형성된다. 이렇게 하지층에 보이드가 존재하면, 이들은 확대 사진으로 확인될 수 있다.
(플라즈마 에칭 장치용 부품의 에칭 시험)
플라즈마 에칭 장치에, 각 실시예 및 비교예에서의 플라즈마 처리 장치용 부품을 각각 배치하고, CF4(유량 50sccm), O2(유량 20sccm) 및 Ar(유량 50sccm)의 혼합 에칭 가스에 노출했다.
에칭 챔버 내의 압력을 10mTorr로, 출력 전력을 300W로, 바이어스를 100W로 설정하고, 플라즈마 에칭 장치를 5시간 연속하여 가동하여 플라즈마 에칭을 실시했다.
<중량 감소량>
플라즈마 에칭 장치용 부품의 산화 이트륨 피막에 대해서, 플라즈마 에칭 전후의 중량을 측정하고, 플라즈마 에칭에 의한 중량 감소량을 측정했다.
<절연 내압>
절연 내압은 플루오리너트(fluorinert) 용액에서 내전압 시험 방법에 의해 측정되었다.
구체적으로, 산화 이트륨 형성 면을 위로 하는 구리 플레이트 위에 플라즈마 처리 장치용 부품을 두고, 이를 플루오리너트 용액이 채워진 용기에 침지한 후, 기포가 보이지 않고 나서 1분간 방치하고, 성막 면에 접촉되는 프로브 전극과 구리 플레이트 사이에 시험 전압을 60초 동안 인가하여 절연 파괴가 발생하는 전압을 구했다.
표 4에 중량 감소량 및 절연 내압의 측정 결과를 나타낸다.
Figure 112014111562634-pct00004
표 4에 보여지는 결과로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 17의 플라즈마 처리 장치용 부품의 산화 이트륨 피막은, 중량 감소량이 작고, 플라즈마 어택 및 라디칼 어택에 대한 내성이 높다는 것이 발견되었다. 따라서, 실시예 1 내지 17의 건식 에칭 장치용 부품 중 임의의 것이 건식 에칭 장치의 구성 부재로서 사용되면, 더스트(파티클)의 발생이 효과적으로 억제될 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 절연 내압이 높기 때문에, 플라즈마 처리 장치용 부품의 수명도 연장된다.
본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 이들 실시예는 단지 예로서만 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 실제로, 본 명세서에 개시된 신규의 실시예는, 기타의 다양한 형태로 구현될 수 있고, 더욱이, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고, 본 명세서에 개시된 실시예의 형태의 다양한 생략, 치환 및 변경이 이루어질 수 있다. 첨부 특허청구범위 및 그 등가물들은 본 발명의 범위 및 사상 내에 포함되는 이러한 형태 또는 변형들을 포함하려는 것이다.
1 플라즈마 처리 장치용 부품
2 기초 재료
3 하지층
4 산화 이트륨 피막
5 입자상부
6 비입자상부
7 보이드(기공)

Claims (13)

  1. 플라즈마 처리 장치용 부품으로서,
    기초 재료;
    상기 기초 재료의 표면을 피복하는 하지층; 및
    상기 하지층의 표면을 피복하는 산화 이트륨 피막을 포함하고,
    상기 하지층은 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하고,
    상기 산화 이트륨 피막은 산화 이트륨으로 이루어지는 입자상부(particulate portions) 또는 산화 이트륨으로 이루어지는 비입자상부(non-particulate portions) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 입자상부는 입자 경계의 외부를 표시하는 입자 경계가 현미경으로 관찰되는 부분이고, 상기 비입자상부는 상기 입자 경계가 현미경으로 관찰되지 않는 부분이고,
    상기 산화 이트륨 피막은, 막 두께가 10μｍ 이상 200μｍ 이하이고 막 밀도가 96% 이상이며,
    상기 산화 이트륨 피막의 표면이 현미경으로 관찰될 때, 20μm × 20μm의 관찰 범위에서 상기 입자상부의 면적 비율이 0 내지 20%이고, 상기 관찰 범위에서 상기 비입자상부의 면적 비율이 80 내지 100%인, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하지층은, 산화 이트륨, 산화 알루미늄, 희토류 산화물, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 니오븀 및 산화 탄탈로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하지층은 막 밀도가 85 내지 98%의 범위 내에 있는, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하지층은 막 두께가 40 내지 300μm의 범위 내에 있는, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산화 이트륨 피막은, 막 두께가 10 내지 200μm이고, 막 밀도가 99 내지 100%인, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산화 이트륨 피막은 상기 산화 이트륨 피막의 상기 비입자상부의 면적 비율이 95 내지 100%인, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산화 이트륨 피막은, XRD 분석에 의해 각각 얻어지는, 입방체 결정의 최강 피크의 피크 값이 Ic로 표시되고, 단사 결정의 최강 피크의 피크 값이 Im으로 표시될 때, 피크 값 비율 Im/Ic가 0.2 내지 0.6인, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산화 이트륨 피막은 산술 평균 표면 거칠기 Ra 기준으로 3μm 이하의 표면 거칠기를 갖는, 플라즈마 처리 장치용 부품.
  9. 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법으로서,
    상기 부품은,
    기초 재료;
    상기 기초 재료의 표면을 피복하고, 열 전도율이 35W/m·K 이하인 금속 산화물 피막을 포함하는 하지층; 및
    충격 소결 처리에 의해 형성되고 상기 하지층의 표면을 피복하는 산화 이트륨 피막을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 하지층을 용사법(thermal spraying method)에 의해 형성하는 공정;
    산화 이트륨 원료 분말을 포함하는 원료 슬러리를 연소실로부터 분사되는 연소 불꽃에 공급하는 공정; 및
    상기 연소 불꽃 중의 산화 이트륨 원료 분말을 분사 속도 400 내지 1000m/sec로 상기 기초 재료의 표면을 피복하는 상기 하지층의 표면에 분사하는 공정을 포함하는, 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하지층을 용사법에 의해 형성하는 공정을 행한 후, 상기 하지층을 연마하는 공정을 행하는, 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 원료 슬러리 중의 상기 산화 이트륨 원료 분말은, 상기 연소 불꽃의 중심부에 공급되는, 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 산화 이트륨 피막은 막 두께가 10μｍ 이상 200μｍ 이하인, 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 연소 불꽃 중의 상기 산화 이트륨 원료 분말을, 분사 속도 400 내지 1000m/sec로 상기 기초 재료의 표면을 피복하는 상기 하지층의 표면에 분사하는 공정에서,
    상기 연소 불꽃 중의 상기 산화 이트륨 원료 분말은, 성막 장치의 노즐의 선단부로부터 상기 기초 재료의 표면을 피복하는 상기 하지층의 표면을 향해서 분사되고,
    상기 노즐의 선단부와 상기 기초 재료의 표면을 피복하는 상기 하지층의 표면 사이의 분사 거리는 100 내지 400mm인, 플라즈마 처리 장치용 부품의 제조 방법.
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