KR20070015037A - 트윈 와이어 아크 스프레이 코팅의 적용을 위한 방법 및장치 - Google Patents

트윈 와이어 아크 스프레이 코팅의 적용을 위한 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소정의 특성을 갖는 기판 상에 표면 효과를 달성하기 위해 트윈 와이어 아크 스프레이(Twin Wire Spray Arc, TWAS) 복합 코팅을 적용하기 위한 방법 및 장치를 개시한다.

Description

트윈 와이어 아크 스프레이 코팅의 적용을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE APPLICATION OF TWIN WIRE ARC SPRAY COATINGS}
도 1은 공지된 트윈 와이어 아크 스프레이(Twin Wire Arc Spray, TWAS) 기술(종래 기술)로 코팅된 금속 기재의 단면 확대사진이다.
도 2a 내지 2d는 TWAS-코팅된 석영 시료를 보여주는 사진들이다(종래 기술).
도 3a 및 3b는 본 발명의 방법의 하나의 실시양태에 따라 코팅된 석영 시료의 사진들이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시양태의 TWAS 어셈블리(assembly)의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 TWAS 시스템으로 코팅된 금속 기재의 단면 확대사진이다.
본 발명은 일반적으로 코팅 증착 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 개질된 트윈 와이어 아크 스프레이(Twin Wire Spray Arc) 방법론을 이용하 여 기재 상에 코팅을 증착하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
가공 챔버 증착 분야에서, 챔버 구성요소 및 표면은 흔히 코팅되는 작업물의 최적의 생산을 촉진하도록 개질된다. 증착 공정은 작업물 표면이 엄격한 품질의 조절을 필요로 하는 조건에서 코팅되게 하는 것을 포함한다. 예를 들어 반도체와 같은 많은 작업물의 경우 코팅 두께는 극도로 작으며, 흔히 1/수천 인치(inch) 이하 만큼 작다. 다양한 플라즈마 코팅 기술은 코팅이 일어나는 동안 또는 그 후에 챔버 공기로부터 배출되는 부산물들을 증착 챔버 내에 생성시킨다. 그러나, 플라즈마 부산물 일부는 챔버의 내면 또는 벽, 및 내부 챔버 환경에 노출된 다른 챔버 구성요소들에 부착하여 잔존하게 된다. 부산물이 어느 정도의 양으로 쌓이게 되면, 주로 작업 시간에 기준하여 생산 라인을 정지시키고 챔버 표면을 교체하거나 세척하여 쌓인 부산물을 제거하여야 한다. 이러한 규칙적인 관리가 수행되지 않는 경우에는, 부산물이 챔버 벽 및 다른 노출된 구성요소으로부터 분리되어 나와 코팅되는 작업물을 오염시킬 수 있다. 이러한 오염은 흔히 작업물의 불량 또는 고장을 초래한다. 결과적으로, 코팅 산업에서, 챔버 내면 및 내부 챔버에 노출된 챔버 구성요소들은 플라즈마 및 다른 코팅 공정 부산물들의 부착을 증가시키도록 디자인된 개질된 표면을 갖는다. 이와 같은 챔버 벽 및 챔버 구성요소에의 부산물의 향상된 부착은, 챔버 세척들 사이에 수행되는 처리 시간을 증가시키고, 이는 다시, 공정 가동시간이 길어져 생산물의 총 수율을 증가시키므로 시스템 총 생산성을 증가시킨다. 또한, 부산물이 특히 가치가 있거나 재사용가능한 경우에도 챔버 벽 및 구성요소에 부산물이 부착되는 것이 바람직하다.
챔버 구성요소 표면을 개질하여 적절한 표면 특성을 부여함으로써 목적하는 부산물의 부착을 달성하고자 하는 노력이 알려져 있다. 그러나, 챔버 표면 상에 적절한 "거칠기(roughness)"를 부여하여 코팅 공정 부산물의 부착을 증가시키는 것은 어려웠다.
많은 챔버 구성요소의 기재는 흔히 알루미늄 합금 또는 스테인레스 스틸로 이루어진다. 이들 구성요소의 외면은 목적하는 표면 특성 및 극도로 미세한 외형을 갖도록 처리되어야 한다. 표면을 거칠게 만드는 공지된 기술로는 그릿 블라스팅(grit blasting) 또는 금속 표면의 화학적 식각을 들 수 있다. 또한, 금속 기재 표면을 코팅하여 불규칙한 표면을 만들 수도 있다. 이들 공지된 방법은 금속 기재 표면을 거칠게 만드는 것이었다. 그러나, 공지된 방법들은 모두, 개질된 챔버 벽면에 걸릴 수 있는 부산물의 양 또는 부피와 관련하여 제한된 정도의 부착을 가져온다는 측면에서 다소간 만족스럽지 못 했다.
또한, 금속 표면을 코팅할 때 금속에 대한 코팅의 거의 영구적인 부착과 관련하여 실현되어야 하는 추가의 문제점들이 제기된다. 즉, 코팅 자체가 결과적으로 탈라미네이션되어 작업물의 오염을 가져온다면 금속성 챔버를 "거칠게 하는" 챔버 벽면에 적용된 코팅은 유용하지 않다. 금속성 및 비금속성(예: 세라믹) 챔버 벽을 덜 부드럽게 만들도록 디자인된 기존 코팅은 최종 표면에 불규칙성이 부여되도록 증착되어야 한다. 그러나, 기존 방법은 탈라미네이션의 위험을 가질 뿐만 아니라 기재 표면이 불연속적으로 코팅되게 하는 내부 간격들을 생성시키는 방식으로 증착을 수행하였다. 이로 인해, 플라즈마 부산물이 기재 표면과 반응하거나, 다르 게는 챔버 벽면으로부터의 코팅의 탈라미네이션이 가속화됨으로써, 챔버 오염 문제가 더욱 심각해지고 부산물의 재생이 어렵게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 가공 챔버 표면 상에 적절한 거칠기를 부여하여 코팅 공정 부산물의 영구적인 부착을 증가시키기 위한 개질된 코팅 증착 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
하나의 실시양태에서, 본 발명은 증착 챔버 구성요소 기재를 코팅하는 방법을 제공한다. 기재 표면을 갖는 증착 챔버 구성요소 기재가 코팅을 적용하기 위한 트윈 와이어 아크 스프레이 코팅 장치와 함께 제공된다. 복합 코팅이 적용된다. 복합 코팅은 기재 표면 상에 적용되는 제 1 트윈 와이어 아크 스프레이 코팅 및 그 위에 적용되는 제 2 트윈 와이어 아크 스프레이 코팅을 포함한다. 코팅 성분, 노즐 흐름 및 기재 조성을 조절함으로써 코팅 표면은 예측가능한 예비선택된 특성, 특히 화학 성분들을 부착하기 위해 필요한 거칠기를 나타낸다. 더욱 바람직하게는, 제 2 코팅의 표면 거칠기는 제 1 코팅의 표면 거칠기 보다 크다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 탄탈 증착 공정에서 생성된 탄탈-함유 화합물을 고정화하는 방법을 제공한다. 챔버 구성요소 및 챔버 내면을 포함하는 증착 챔버가 제공된다. 챔버 구성요소와 챔버 내면은 제 1 및 제 2 층을 포함하는 플라 즈마 복합 코팅을 추가로 포함한다. 탄탈-함유 화합물이 플라즈마 코팅 공정에 제공되는데, 이 공정은 탄탈-함유 화합물로부터 탄탈 종을 배출하며, 일정량의 탄탈 종을 작업물 상에 증착시킨다. 일정량의 탄탈 종은 복합 코팅과 접촉하여 복합 코팅에 부착한다. 복합 코팅은 이어 복합 코팅으로부터 탄탈 종을 배출하도록 처리된다. 이어 일정량의 탄탈 종이 복합 코팅으로부터 재생된다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 기재 표면 상에 증착된, 제 1 거칠기 값을 갖는 제 1 코팅층 및 제 1 거칠기 값보다 더 큰 제 2 거칠기 값을 갖는 제 2 코팅층을 포함하는 복합 코팅을 제공한다. 제 1 및 제 2 코팅층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함한다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 내부 챔버를 갖는 하나의 챔버를 포함하는 가공 챔버를 제공하는데, 상기 가공 챔버는 내면과 가공 챔버 구성요소를 가지며, 상기 구성요소는 외면을 갖는다. 상기 챔버 내면 및 구성요소 외면은 제 1 거칠기 값을 갖는 제 1 층 및 제 1 거칠기 값 보다 큰 제 2 거칠기 값을 갖는 제 2 층을 갖는 복합 코팅을 포함한다. 상기 복합 층은 챔버 내면 및 구성요소 외면 상에 실질적으로 연속적으로 증착된다.
열 스프레이는 다양한 하이테크(high-tech) 산업에 사용되는 공지된 물질 가공 기술이다. 트윈 와이어 아크 스프레이(TWAS) 공정은 특히 유용한 열 스프레이 공정이다. TWAS 공정에서, 두 개의 와이어는 와이어들에게 전기 전류를 전달하는 각각의 접촉 팁(tip)에 공급된다. 이들 팁은 와이어들이 교차하여 뻗도록 서로를 향해 배향된다. 고전류를 와이어를 따라 인가하여, 전기 아크가 와이어의 팁을 따 라 형성되게 한다. 이어 전기 전류가 아크 영역에 있는 공급 와이어 부를 녹인다. 노즐 장치는 접촉 팁과 가깝게 접촉 팁들 사이에 위치하며, 아크 영역을 향해 가스 스트림을 내보내도록 배향된다. 가스 스트림이 작업물 표면 상에 금속 용융물을 스프레이하여 코팅을 형성한다.
TWAS 공정이 증착 챔버 구성요소 표면을 처리하는 데에 사용되어 왔다. 그러나, 이 공정은 최적의 결과를 가져오지 않았다. 상세하게는, TWAS 코팅은 증착 챔버에 사용된 기재의 표면에 랜덤(random)한 코팅을 제공하였다. 도 1(종래 기술)에 도시된 바와 같이, 얇고 불연속적인 TWAS 코팅층(12)을 반도체 가공용 증착 챔버에서 사용된 기재(10) 상에 증착하였다. 이어, 코팅된 기재를, 작업물, 상세하게는 반도체 웨이퍼 상에의 증착을 위해서 증착 챔버 내에 기상의 탄탈 및 탄탈 질화물을 배출시키는 것을 포함하는 작업물 가공조건에 노출시켰다. TWAS 코팅층(12)에 부착된 탄탈 입자(14)의 코팅이 보여진다. 도 1은 TWAS 코팅의 불연속적 성질을 명확히 보여주는데, 내부 간격들이 생겨(16) 이로 인해 내부적으로 탄탈 입자가 기재(10)에 직접 닿는다.
도 2a 내지 2d는 알루미늄 TWAS-코팅된 석영 기재의 상면도이다. 도 2a 및 2c는 각각 일반 광 하에서의 2개의 알루미늄 TWAS-코팅된 기재(20, 22)를 보여준다. 도 2b는 기재를 통해 빛을 투과시키는 백라이트 조건 하에서의 도 2a의 기재(20)를 보여주는데, 이는 TWAS 공정에 의해 불완전하고 불연속적인 코팅이 생겼음을 입증한다. 유사하게, 도 2d는 기재를 통해 빛을 투과시키는 백라이트 조건 하에서의 도 2c의 기재를 보여주는데, 이는 TWAS 공정에 의해 불완전하고 불연속적 인 코팅이 생겼음을 입증한다.
대조적으로, 도 3a 및 3b는 본 발명의 TWAS 공정에 의해 코팅된 석영 기재(30)를 보여주는데, 도 3a는 자연 광 조건 하에서의 기재를, 도 3b는 백라이트 조건 하에서의 기재를 보여준다. 이러한 예에서, 도 3b에 도시된 기재(30)는 빛 투과를 나타내지 않아 연속적인 알루미늄 TWAS 코팅을 입증한다. 본 발명의 바람직한 하나의 실시양태에 따르면, TWAS 코팅이 복합 코팅으로서 증착되었으며, 즉 알루미늄의 결합 코팅(bond coat) 및 상부 코팅(top coat)이 증착되었다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시양태의 TWAS 시스템의 개략도를 나타낸다. 도시된 시스템은 와이어 슬리브(sleeve) 접촉 팁(42, 44) 및 주택용 와이어 소모품(46, 48) 각각을 포함하는 TWAS 권총(gun) 몸체(40)를 보여준다. 권총 노즐(50)은 구멍(52)을 포함하며, 이 구멍을 통해 와이어(46, 48)가 연장하여 아크 영역(54)의 지역(53)에서 모인다. 가스 성분 노즐(56)은 공기, 질소, 아르곤과 같은 압축 가스의 배출을 조절한다. 시스템에 제공된 에너지는 와이어를 가열시키고, 아크 영역을 생성시켜, 기재 표면(60)을 향해 수직 화살 방향으로 속도를 가지고 나아가는 금속 용융입자(58)를 생성시킨다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시양태에 의해 얻은 본 발명의 코팅된 기재의 단면 확대사진을 보여준다. 도 5에 도시된 바와 같이, 얇고 연속적인 TWAS 코팅층(72)이 기재(70) 상에 증착되었다. 먼저 기재에 결합 코팅을 증착시키고 이어 빨리 연속적으로 결합 코팅에 상부 코팅을 적용하는, 2단계 공정으로 코팅을 증착시킨 경우라 하더라도, 코팅이 종래의 TWAS 방법 보다 더욱 균일하게 증착되어, 기 재 금속 표면에의 탄탈의 투과를 가능하게 만드는 상당한 간격을 갖지 않는, 매우 바람직한 연속 코팅이 생성된다. 기존 TWAS 코팅법과는 매우 대조적으로, 본 발명의 TWAS 복합 코팅법은 기재 표면 상에 실질적으로 연속적인 코팅을 제공한다.
알루미늄은 기재와는 상관 없이 증착 챔버 구성요소들 상에의 코팅을 위해서 현재 가장 통상적으로 사용되는 물질이다. 이는 적어도 부분적으로, 결을 갖는 코팅의 도입 이전에 사용된 챔버 구성요소들의 알루미늄 금속이, 부수적인 스퍼터링, 이온 유동성 등에 기인하여, 증착되는 박막에 나쁜 영향을 주지 않는다는 사실에 기인한다. 기재에 해를 주지 않고 코팅을 선택적으로 벗겨지게 하는 다른 물질들이 코팅을 위해 선택될 수 있다. 이러한 물질의 예로서 알루미늄 기재에 대해서 통상적인 니켈/알루미늄 합금 또는 몰리브덴 코팅과 같은 다양한 성분이 사용될 수 있다. 코팅은 주로 기계적 결합에 의해 기재에 부착하는데, 결합 코팅/상부 코팅의 다양한 조합은 기계적으로 작용할 것이나, 수반되는 공정들에 미치는 영향에 대해서 연구되어야 한다.
본 발명의 하나의 실시양태는 적어도 2개의 층을 적용함으로써 원하는 표면 거칠기를 유지하면서 기계적 결합 강도를 크게 증가시키는 공정을 제공한다. 제 1 층 또는 "결합 코팅"은 거칠게 처리된 기재 표면 및 미리 증착된 금속 스플랫(splat)에 매우 잘 부합하는 빠른 속도의 용융입자를 제공하는 노즐 어셈블리를 사용하여 형성된다. "스플랫"은 기술 용어로서, 기재에 접촉하고 고화한 후의 고화된 금속 성형물을 지칭한다. 이 코팅은 기재에 매우 잘 부착하는 반면, 증착 공정 잔류물들을 회수하기 위해 최적화되지 않은 매우 부드러운 표면 거칠기(Ra)를 갖는다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 결합 코팅은 약 10 내지 약 20㎛, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 18㎛의 표면 거칠기(Ra ㎛)를 갖도록 적용된다.
이어, 훨씬 더 느린 속도로 용융입자를 제공하는 노즐 어셈블리를 사용하여 결합 코팅 상에 "상부 코팅"을 스프레이한다. 더 느린 속도의 입자들은 빠른 속도의 입자들과 같은 정도로 편평하게 코팅되지 않으므로, 더욱 다공성이면서 훨씬 더 표면이 거친 코팅을 만든다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 상부 코팅의 표면 거칠기는 약 15 내지 약 30㎛, 더욱 바람직하게는 약 17 내지 약 23㎛이다. 배출 가스 흐름 속도를 변화시킴으로써 동일한 결과가 얻어질 수도 있겠으나 본 실시양태에서는 노즐 직경을 조절하였다. 본 발명에 따르면, 결합 코팅 및 상부 코팅의 거칠기가 변할 수 있으나, 2개의 코팅을 포함하는 복합체를 만들기 위해서는 결합 코팅이 상부 코팅의 거칠기 보다 낮은 거칠기 값을 가질 것이다.
상술한 바와 같이, 반도체용 물리적 증착(PVD) 코팅 공정에서, 탄탈 종이 정밀 코팅을 위한 작업물 기재에 제공된다. 그러나, 작업물 기재 표면 상에 효율적으로 증착되지 않은 탄탈 및 탄탈 질화물 성분은 챔버 공기로부터 배출되거나 챔버 내면 및 노출된 챔버 구성요소들에 부착한다. 챔버 내면에 부착한 탄탈 종은 결함을 갖는 결정을 형성할 것으로 예상된다. 증착 챔버의 내면 상에 향상된 표면 면적을 만드는 것이 이러한 탄탈 종의 형성 또는 "성장(build up)"이다. 따라서, 내면을 "거칠게 하는" 데에 사용되는 공정은 사실상, 스프레이 미반응되거나 배출되지 않은 입자 성분들을 증착 챔버 내에 포집 및 유지하기 위한 부착 부위의 부피를 증가시키기 위해서 표면 면적을 증가시키는 것이다.
공지된 TWAS 코팅 공정은, 가공 챔버의 스테인레스 스틸 또는 알루미늄-함유 내면에 적용시 단일로 적용되었다. 너무 두꺼운 코팅이나 다중 코팅의 적용은 불리하며 탈라미네이션에 기인하여 챔버의 오염을 가져온다고 생각되었다. 그러나, 표준 TWAS 코팅은, 탄탈 및 탄탈 질화물과 같은 증착 챔버 부산물 성분이 챔버 구성요소 위의 TWAS 코팅층을 지나 기저 기재까지 확산되어 허용되지 않는 탈라미네이션을 일으키기에 충분한 정도로 미세하게 불연속적일 수 있음(도 1 참조)이 밝혀졌다.
본 발명에 따르면, 복합 TWAS 코팅은 증착 챔버 구성요소들에 적용되어 코팅 연속성 및 효율적인 확산 장벽(barrier)을 유지하면서 높은 거칠기를 제공한다. 용어 "복합"은 2개의 개별적인 증착층의 존재를 지칭하며, 각각의 층은 내부적으로 다양한 특성을 가져 바람직한 코팅 총 특성을 제공한다.
하나의 실시양태에서, 권총 팁으로부터 기재 표면까지의 스프레이 거리는 약 3 내지 약 5 인치(약 76 내지 약 127 mm), 바람직하게는 4 인치(약 100 mm)이었다. 턴 테이블(turn table) 속도는 약 125 amp의 인가 전압시 약 150 rpm이다. 공급된 공기압은 약 60 psi이었다. 스프레이 권총은 결합 코팅(기재 표면 위의 제 1 코팅)을 위해 설정된 약 7.85 mm의 노즐 직경 및 상부 코팅(공정 중에 상기 결합 코팅에 적용된 제 2 코팅)을 위해 설정된 약 22.5 mm의 노즐 직경을 가졌다. 사용된 금속은 약 1.59 mm의 직경을 갖는 알루미늄 와이어로서 TWAS 공정에 공급되었다. TWAS 공정은 공급된 2개의 와이어 각각에 대해서 약 69 mm/초의 와이어 공급 속도를 적용하였다. 적용된 코팅 두께는 결합 코팅의 경우 약 0.10 내지 약 0.15 mm이 었고, 상부 코팅의 경우 약 0.15 내지 약 0.20 mm이었다. 바람직한 코팅 결합 두께는 약 254 내지 약 356 ㎛이다.
한편, 본 발명의 하나의 실시양태에 따라 얻어진 복합 TWAS 코팅(결합 코팅 + 상부 코팅)의 총 두께는, 부산물 성분 확산에 기인한 탈라미네이션을 적절히 방지하지 못하는 기존의 TWAS 코팅 두께와 동등하였다 (하기 표 1 참조).
Figure 112006054290819-PAT00001
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 TWAS 코팅의 코팅 두께는 기존의 TWAS 코팅과 동등한 반면, 챔버 기재에 대한 TWAS 복합 코팅의 결합 강도는 크게 향상되었다. 또한, 표면 거칠기는 기존 코팅과 동등하였다. 본 발명에 따르면, 수득가능한 목적하는 결합 강도가 바람직하게는 약 40 내지 약 77 mPa의 범위이다.
Ra 및 Rz 값은 표면을 따라 끌 때 철판(stylus)이 만드는 굴절(deflection)을 측정할 수 있는 장치인 프로필로미터(profilometer)를 이용해서 측정된다. 산술 평균 거칠기(Ra)는 시료 길이(L) 내에서 측정된 평균 선으로부터 불규칙한 거칠기 성분의 산술 평균 높이로서 정의된다. 이러한 측정은 ANSI/ASME B46.1 "표면 질감-표면 거칠기, 웨이비니스(Waviness) 및 레이(Lay)"에 따른다. 미국에서는 산술 평균(Arithmetic Average, AA)으로서, 그리고 영국에서는 중심선 평균(Centerline Average, CLA)으로서 알려져 있는 Ra는 주로 마이크로인치(μin)로 표현되며, 철판 또는 프로필로미터를 표면을 따라 직선으로 움직으로써 수행된다. 일관되고 측정가능한 표면 마무리가 예를 들어 약 12 내지 약 30㎛의 목적하는 거칠기에 대해서 특정화될 수 있다. Rz은 샘플링 길이 내에서 가장 높은 피크의 높이와 가장 낮은 골짜기의 깊이의 합이다.
실시예
본 발명의 추가의 특징, 잇점 및 구체적인 사항은 본 발명의 실시양태에 대한 하기 설명에 포함되며, 이는 첨부되는 도면과 함께 설명되어야 한다.
실시예 1
끌어당김(pull) 시험(인장)을 ASTM C 633-01 열 스프레이 코팅의 부착 또는 점착 강도에 대한 표준 시험법 하에서 수행하였다. 시료들은 하기 표에서 정의되는 바와 같이 알루미늄(Al), 스테인레스 스틸(SST) 또는 알루미나 세라믹 시편들이었다.
Figure 112006054290819-PAT00002
Figure 112006054290819-PAT00003
실시예 2
끌어당김 시험(인장)을 ASTM C 633-01 열 스프레이 코팅의 부착 또는 점착 강도에 대한 표준 시험법 하에서 수행하였다. 시료들은 하기 표에서 정의되는 바와 같이 알루미늄(Al), 스테인레스 스틸(SST) 또는 알루미나 세라믹 쿠폰들이었다.
Figure 112006054290819-PAT00004
Figure 112006054290819-PAT00005
실시예 3
끌어당김 시험(인장)을 ASTM C 633-01 열 스프레이 코팅의 부착 또는 점착 강도에 대한 표준 시험법 하에서 수행하였다. 시료들은 하기 표에서 정의되는 바와 같이 알루미늄(Al), 스테인레스 스틸(SST) 또는 알루미나 세라믹 시편들이었다.
Figure 112006054290819-PAT00006
상기 실시예 1 내지 3에서 시험에 사용된 모든 알루미늄 시편들은 6061 알루미늄 합금으로 만들어졌다. 사용된 스테인레스 스틸 시편들은 304L 스테인레스 스틸로 만들어졌다.
실시예 4
알루미나 세라믹에 대한 알루미늄 TWAS의 부착을 측정하기 위한 시험을 수행하였다. 이 시험은 약 700 내지 약 900℉ 사이의 온도로 예비가열된 기재를 가지고 플라즈마 스프레이 공정에 의해 적용된 결합 코팅을 사용하여 달성되었다.
깨진 세라믹 표면 위의 주요 부위가 금속 기재를 그릿 블라스팅할 때 생기는 것 보다 훨씬 더 작으므로 예비가열이 필요한 것으로 생각된다. 기재의 증가된 온도로 인해, 용융된 알루미늄은 접촉시 더 느리게 냉각되고, 고화되기 전에 더 작은 주요 부위로 흘러가게 된다.
Figure 112006054290819-PAT00007
본 발명은 본 발명의 우수한 기재 코팅에 부착된 성분들의 향상된 회수를 촉진시킨다. 본 발명의 코팅은 향상된 "거칠기"를 가지거나 표면 상에 더 큰 부피의 결합 부위를 가지기 때문에, 탄탈과 같은 코팅되는 성분들이 다량 부착하여 결정 형태로 성장할 수 있다. 이는, 챔버를 세척하는 동안 탄탈의 회수 및 재생의 증가를 촉진시킨다. 이러한 회수 및 재생은 기존 공정과 비교할 때 시스템의 총 효율을 향상시킨다. 더욱 구체적으로는, 탄탈과 관련하여, 기재와 증착된 탄탈 사이에 있는 챔버 벽 위의 알루미늄은 수산화칼륨 용액을 사용하여 용해된다. 탄탈과 스테인레스 스틸은 이 용액에 불용성이어서 기재는 회수 및 재생 공정 동안 파괴되지 않는다. 이러한 벗겨내는 공정이 완성되면 탄탈은 이어 챔버로부터 회수되어 재생된다. 회수된 탄탈은 바람직하게도 거의 순수한 형태를 갖는다.
본 발명의 다양한 특징이 구체적인 실시예 및 실시양태와 관련지어 설명되었으나, 본 발명은 첨부된 청구범위의 총 범위 내에서 보호되어야 하는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 기재 표면을 갖는 가공 챔버 구성요소 기재를 제공하는 단계;
    코팅을 적용하기 위한 트윈 와이어 아크 스프레이(twin wire arc spray) 코팅 장치를 제공하는 단계; 및
    상기 기재 표면에 복합 트윈 와이어 아크 스프레이 코팅을 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 복합 코팅이 상기 기재 표면 상에 위치되고 제 1 코팅 거칠기 값을 갖는 제 1 결합 코팅, 및 상기 제 1 결합 코팅 상에 위치되고 제 1 결합 코팅 거칠기 값 보다 큰 제 2 상부 코팅 거칠기 값을 갖는 제 2 상부 코팅을 포함하는,
    가공 챔버 구성요소 기재 표면을 코팅하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 코팅이 약 10 내지 약 20㎛의 거칠기 값을 갖고, 상기 제 2 상부 코팅이 약 15 내지 약 30㎛의 거칠기 값을 가지며, 이때 제 2 상부 코팅이 제 1 결합 코팅 거칠기 값 보다 큰 거칠기 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재 표면이 금속성 기재를 포함하는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재 표면이 비금속성 기재를 포함하는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속성 기재가 스테인레스 스틸-함유 합금, 알루미늄 및 알루미늄-함유 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 코팅이 알루미늄, 니켈, 알루미늄 합금 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 비금속성 기재가 세라믹-함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 코팅이 기재 표면에 대해 실질적으로 연속적인 코팅을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 코팅이 약 40 내지 약 77 mPa의 결합 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 서로 다른 표면 거칠기 값을 갖는 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 복합 코팅을 포함하는 챔버 구성요소 및 챔버 내면을 포함하는 가공 챔버를 제공하는 단계;
    탄탈-함유 화합물로부터 탄탈 종을 배출시키는 플라즈마 코팅 공정에 탄탈-함유 화합물을 제공하는 단계;
    가공될 작업물을 가공 챔버에 제공하는 단계; 및
    일정량의 탄탈 종을 작업물 상에 증착하여 일정량의 탄탈 종을 복합 코팅 상에 부착시키는 단계를 포함하는,
    탄탈 증착 공정으로부터의 탄탈-함유 화합물을 고정화하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복합 코팅을 처리하여 복합 코팅으로부터 탄탈 종을 배출시키는 단계 및 일정량의 탄탈 종을 복합 코팅으로부터 재생하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 거칠기 값을 갖는 제 1 코팅층; 및
    제 1 거칠기 값 보다 큰 제 2 거칠기 값을 갖는 제 2 코팅층을 포함하며,
    상기 제 1 코팅층 및 제 2 코팅층이 금속을 포함하는,
    기재 표면 상에 증착된 복합 코팅.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 층 및 제 2 층이 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 기재 표면이 알루미늄 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 코팅.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기재 표면 상에 약 254 내지 약 356㎛의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 코팅.
  16. 제 12 항에 있어서,
    약 12 내지 약 30㎛의 표면 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅.
  17. 제 1 거칠기 값을 갖는 제 1 층 및 제 1 거칠기 값 보다 큰 제 2 거칠기 값을 갖는 제 2 층을 가지며 챔버 내면 상에 실질적으로 연속적으로 증착된 복합 코팅을 포함하는 내면을 갖는 하나의 챔버를 포함하는 가공 챔버.
  18. 제 17 항에 있어서,
    챔버 내면 및 구성요소 외면 상에 실질적으로 연속적으로 증착된 복합 층을 갖는 외면을 가지며 챔버 내에서 고정된 배향으로 내면에 근접하게 위치한 하나 이상의 가공 챔버 구성요소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 챔버.
  19. 제 1 결합 코팅층 및 제 1 결합 코팅의 표면 거칠기 값 보다 큰 표면 거칠기 값을 갖는 제 2 상부 코팅층을 포함하는 복합 코팅을 포함하는 챔버 구성요소 및 챔버 내면을 포함하는 가공 챔버;
    적어도 부분적으로 챔버 내에 또는 챔버와 연통하는 미리 정해진 위치에 위치하며, 탄탈-함유 종을 제공하기 위한 탄탈 원료를 포함하는 플라즈마 코팅 장치; 및
    가공 챔버 내에서 가공되는 작업물을 포함하는, 탄탈 증착용 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 상부 코팅층이 약 17 내지 약 23㎛의 표면 거칠기 값을 갖고, 제 1 결합 코팅층이 약 10 내지 약 18㎛의 표면 거칠기 값을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
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