KR20140141045A - 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 cvd 공정용 제품의 제조방법 - Google Patents

산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 cvd 공정용 제품의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140141045A
KR20140141045A KR1020130062289A KR20130062289A KR20140141045A KR 20140141045 A KR20140141045 A KR 20140141045A KR 1020130062289 A KR1020130062289 A KR 1020130062289A KR 20130062289 A KR20130062289 A KR 20130062289A KR 20140141045 A KR20140141045 A KR 20140141045A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
yttrium oxide
slurry
boron nitride
manufacturing
powder
Prior art date
Application number
KR1020130062289A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101486057B1 (ko
Inventor
박태언
문흥수
Original Assignee
주)에코텍코리아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주)에코텍코리아 filed Critical 주)에코텍코리아
Priority to KR20130062289A priority Critical patent/KR101486057B1/ko
Publication of KR20140141045A publication Critical patent/KR20140141045A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101486057B1 publication Critical patent/KR101486057B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C04B35/505Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds based on yttrium oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내플라즈마 특성이 우수한 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법은 산화이트륨 분말을 준비하는 준비단계와; 상기 산화이트륨 분말을 소정의 입도로 과립화하여 산화이트륨 과립분말을 제조하는 과립분말제조단계와; 상기 과립분말제조단계에서 제조된 산화이트륨 과립분말을 성형하여 성형체를 제조하는 성형단계와; 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 소결 처리하는 소결단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법에 의하면, 기계 및 전기적 특성뿐만 아니라 내플라즈마 특성 및 내식성이 우수하고, 소결밀도가 높은 반도체 제조장비용 산화이트륨 부품을 제조할 수 있다.

Description

산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법{The Manufacturing Method Of The Product Using Yttrium Oxide and Boron Nitride In Semiconductor Chemical Vapor Process}
산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내플라즈마 특성이 우수한 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 및 LED산업의 급성장으로 인하여 디바이스를 제조하는 장비, 특히 반도체 기술이 선폭의 미세화, 고집적화 되면서 파티클 발생이 고정 수율 향상에 중요한 문제로 부각되면서 내플라즈마 특성이 우수한 제품의 관심은 더욱 높아지고 있으며 여기에 사용되는 세라믹 제품의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
일반적으로 반도체 제조 장치용 부재로 사용되는 벨자(Belljar), 챔버, 서셉터, 클램프링, 포커스링 등은 할로겐계 가스 분위기나 고밀도 플라즈마 분위기 등의 화학적 부식성이 높은 분위기 내에서 사용되는 경우가 많다. 이러한 배경으로 인하여 종래에는 내식성이 높고, 오염이 되기 어려운 산화이트륨(Yttrium Oxide;) 소재를 이용하여 반도체 제조 장치용 부재를 형성하고 있다.
그러나, 산화이트륨 제품은 현재 가장 많이 사용되고 있는 알루미나 소재에 비해 약 5~10배 비싼 가격으로 판매가 되고 있어 재료의 우수한 특성에도 불구하고 경제적인 이유로 사용이 제한적인 문제가 있다.
산화이트륨 소재는 내플라즈마 특성이 우수하여 여러 가지 방법으로 기술 개발이 진행되고 있다. 대표적인 방법은 플라즈마 용사를 이용한 코팅법이나 저온에서 압축공기를 이용한 Cold Spray 코팅법이다. 일부 세라믹 소재 전문기업인 SKC솔믹스, 코미코 등에서 소재 개발을 진행 중인 것으로 알려져 있지만 아직까지 국내의 산화이트륨 관련 시장은 코미코, 단단, 코리아세미텍, 아이온스 제니스월드, 제일위텍 등 다수의 세정 업체에서 플라즈마 용사법을 이용한 코팅 제품이 다수를 이루고 있다.
상기 플라즈마 용사코팅 법은 목적하는 물질의 분말을 플라즈마 분위기에 주입함과 동시에 고속으로 모재에 분사함으로써 표면에 용융된 물질이 급속 응고됨에 따라 코팅막이 형성되는 코팅법으로서, 코미코의 공개특허 제10-2008-0082283호의 '플라즈마 용사 코팅 방법' 등이 있다.
상기의 플라즈마 용사 코팅은 비교적 가격이 저렴하여 사용되는 제품이 많지만, 코팅제품은 모제와 산화이트륨의 소재적인 열적 특성이 차이가 있어 코팅막의 박리나 파손이 많고, 사용 수명이 짧아 재코팅해서 사용해야할 뿐만 아니라 코팅시 재료의 부착율이 15-20 %로 낮고, 소재에도 기공이 다량 존재하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서 기계 및 전기적 특성뿐만 아니라 내플라즈마 특성 및 내식성이 우수하고, 소결밀도가 높은 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법은 산화이트륨 분말을 준비하는 준비단계와; 상기 산화이트륨 분말을 소정의 입도로 과립화하여 산화이트륨 과립분말을 제조하는 과립분말제조단계와; 상기 과립분말제조단계에서 제조된 산화이트륨 과립분말을 성형하여 성형체를 제조하는 성형단계와; 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 소결 처리하는 소결단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과립제조단계는 상기 준비단계에서 준비된 상기 산화이트륨 분말을 유동성을 갖는 슬러리로 제조하는 슬러리 제조단계와, 상기 슬러리 제조단계에서 제조된 슬러리를 분무건조하여 소정의 입자 크기를 갖는 과립형 분말로 제조하는 분무건조단계와, 상기 분무건조단계에서 제조된 과립형 분말의 입자들 중 설정된 입자 크기 이하의 입자들을 선별하는 선별단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬러리 제조단계는 순도가 99% 이상이고 입도가 7 내지 10마이크로미터인 산화이트륨 분말을 용매에 혼합하여 슬러리를 제조하는 제1혼합단계와, 상기 슬러리를 볼 밀을 통해 분쇄하는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계에서 분쇄된 슬러리에 페하조절제를 포함하는 첨가제를 혼합 및 교반하여 슬러리 응집시키는 제2혼합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1혼합단계에서 제조되는 슬러리는 페하 값이 7로 조절된 것을 특징으로 한다.
상기 제2혼합단계에서 제조되는 슬러리는 페하 값이 10으로 조절된 것을 특징으로 한다.
상기 제2혼합단계에서 첨가되는 첨가제는 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌글리콜, 질화붕소를 포함하며, 상기 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌글리콜, 질화붕소의 첨가량은 각각 1wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 성형단계는 상기 과립분말제조단계에서 제조된 산화이트륨 과립분말을 가압하여 제1형상을 갖는 제1성형체로 제조하는 제1성형단계와, 상기 제1성형단계에서 성형된 제1성형체를 제2형상을 갖는 제2성형체로 제조하는 제2성형단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소결단계는 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 1.000kgf/㎠의 압력과, 1550℃에서 2시간 동안 소결하도록 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법에 의하면, 기계 및 전기적 특성뿐만 아니라 내플라즈마 특성 및 내식성이 우수하고, 소결밀도가 높은 반도체 제조장비용 산화이트륨 부품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법 중 과립분말제조단계의 세부단계를 나타내는 순서도.
도 3은 과립분말제조단계 중 슬러리 제조단계의 세부단계를 나타내는 순서도.
도 4는 슬러리의 pH 변화에 따른 Zeta-potential 값을 나타내는 그래프.
도 5a는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 0.5wt% 첨가했을 때 산화이트륨 과립의 SEM 사진.
도 5b는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 0.75wt% 첨가했을 때 산화이트륨 과립의 SEM 사진.
도 5c는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 1.0wt% 첨가했을 때 산화이트륨 과립의 SEM 사진.
도 5d는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 1.25wt% 첨가했을 때 산화이트륨 과립의 SEM 사진.
도 6a는 산화이트륨 슬러리에 B-Type 바인더를 0.75wt% 첨가했을 때 산화이트륨 과립의 SEM 사진.
도 6c는 산화이트륨 슬러리에 B-Type 바인더를 1.0wt% 첨가했을 때 산화이트륨 과립의 SEM 사진.
도 6c는 산화이트륨 슬러리에 B-Type 바인더를 1.25wt% 첨가했을 때 산화이트륨 과립의 SEM 사진.
도 7a는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 0.5wt% 첨가했을 때 성형단계 이후 성형체의 표면 SEM 사진.
도 7b는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 0.5wt% 첨가했을 때 성형단계 이후 성형체의 파단면 SEM 사진.
도 7c는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 1.0wt% 첨가했을 때 성형단계 이후 성형체의 표면 SEM 사진.
도 7d는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 1.0wt% 첨가했을 때 성형단계 이후 성형체의 파단면 SEM 사진.
도 7e는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 1.25wt% 첨가했을 때 성형단계 이후 성형체의 표면 SEM 사진.
도 7f는 산화이트륨 슬러리에 A-Type 바인더를 1.25wt% 첨가했을 때 성형단계 이후 성형체의 파단면 SEM 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법을 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법이 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법은 반도체 제조에서 사용되는 벨자, 챔버, 서셉터, 클램프링, 포커스링과 같은 부품을 제조하기 위한 것으로서, 원료인 산화이트륨 분말을 준비하는 준비단계(S100)와; 산화이트륨 분말을 소정의 입도로 과립화하여 산화이트륨 과립분말을 제조하는 과립분말제조단계(S200)와; 과립분말제조단계(S200)에서 제조된 산화이트륨 과립분말을 성형하여 성형체를 제조하는 성형단계(S300)와; 성형단계(S300)에서 성형된 성형체를 소결 처리하는 소결단계(S400);를 포함한다.
본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법에서는 원료인 산화이트륨 분말의 입자 크기가 2~10㎛으로 큰 입자를 사용한다.
과립제조단계는 준비단계(S100)에서 준비된 원료 산화이트륨 분말을 유동성을 갖는 슬러리로 제조하는 슬러리 제조단계(S210)와, 슬러리 제조단계(S210)에서 제조된 슬러리를 분무건조하여 소정의 입자 크기를 갖는 과립형 분말로 제조하는 분무건조단계(S220)와, 분무건조단계(S220)에서 제조된 과립형 분말의 입자들 중 설정된 입자 크기 이하의 입자들을 선별하는 선별단계(S230)를 포함한다.
상기 슬러리 제조단계(S210)는 순도가 99% 이상이고 입도가 2~10㎛인 산화이트륨 분말을 증류수와 같은 용매에 혼합하여 슬러리를 제조하는 제1혼합단계(S211)와, 슬러리를 볼 밀(Ball Mill)을 통해 분쇄하는 분쇄단계(S212)와, 분쇄단계(S212)에서 분쇄된 슬러리에 페하조절제를 포함하는 첨가제를 혼합 및 교반하여 슬러리 응집시키는 제2혼합단계(S213)를 포함한다. 상기 슬러리 제조단계(S210)에서 사용되는 산화이트륨 분말의 입도는 7~10㎛로 하는 것이 바람직하다.
제1혼합단계(S211)에서 제조되는 슬러리는 페하(이하, 'pH'로 기재함) 값을 7로 조절하는 것이 바람직한데, 이는 Zeta-potential 값이 가장 높은 pH 7로 슬러기를 조절하는 것이 분쇄단계(S212)에서 슬러리에 포함된 산화이트륨 분말의 분쇄를 효과적으로 할 수 있기 때문이다.
분쇄단계(S212)는 통상적으로 광석을 분쇄하기 위하여 볼 모양의 분쇄 매체를 사용하는 볼 밀을 통하여 제1혼합단계(S211)에서 제조된 슬러리에 포함된 산화이트륨 분말을 더욱 잘게 분쇄시킨다.
제2혼합단계(S213)는 분쇄단계(S212)에서 분쇄된 슬러리에 첨가제를 혼합 및 교반하여 슬러리 응집시키는 공정으로서, 페하조절제, 바인더, 가소제, 소결제 등의 첨가제를 분쇄된 슬러리에 첨가한다. 이때, 제2혼합단계(S213)에서 제조되는 슬러리는 페하 값이 10으로 조절되는 것이 바람직하다.
도 4에는 Zeta Potential Analyzer (ZetaPALS, BrookHeaven)를 이용하여 측정한 pH 변화에 따른 Zeta-potential 값이 나타나 있다. 도 4를 참조하면, 분쇄된 상태의 산화이트륨 슬러리는 pH7 이하 영역에서는 산화이트륨 분말의 해리에 의해 제타 포텐셜 값을 측정할 수 없었으며, pH 7 ~ 8 영역 부근에서 최대 제타 포텐셜 값을 나타내며 염기성 영역 쪽으로 갈수록 낮아지다가 pH 9~10 사이에서 등전점(Iso-electric point, IEP)를 가지며, 염기성 영역 쪽으로 이동할수록 표면 전하가 (-)를 가지는 음의 Zeta-potential 값을 나타내었다.
상기의 Zeta-potential 값을 토대도 산화이트륨 슬러리는 중성영역 pH 7~8 영역에서는 Well-dispersed된 상태로서, 이 상태의 것을 분무 건조하였을 때에는 결함을 갖는 중공 형상 또는 도넛 형상의 과립이 제조되는 것을 알 수 있었으며, pH 9~10 영역에서는 Flocculated된 상태로서, 이 상태의 것을 분무 건조하였을 때에는 구형의 과립을 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
제2혼합단계(S213)에서 첨가되는 첨가제는 소결제로서 질화붕소(BN)를 적용하였고, 바인더로서 폴리비닐아세테이트(PVA)를 적용하였으며, 가소제로서 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 적용하였다. 상기 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌글리콜, 질화붕소의 첨가량은 각각 1wt%로 하는 것이 바람직하다.
상기 제2혼합단계에서 첨가되는 소결제로서는 삼산화붕소(B2O3)를 사용할 수 도 있지만, 산화이트륨과 증류수가 혼합된 슬러리에 삼삼화붕소를 첨가하게 될 시, 아래와 같은 반응이 일어나 슬러리의 점도를 변화시켜 구형 과립을 위한 zeta potential 및 분산제 특성을 방해하여 중공상이나 도넛 모양의 과립이 제조되는 문제가 있다. 따라서 물에 녹지 않으면서 삼산화붕소를 생성시킬 수 있는 BN을 첨가한다.
Figure pat00001
시편 No. 조 건
YB1 1500℃, BN 1%첨가
YB3 1500℃, BN 3%첨가
YB5 1500℃, BN 5%첨가
YB1-1 1550℃, BN 1%첨가
YB1-3 1550℃, BN 3%첨가
YB1-5 1550℃, BN 5%첨가
YB2-1 1600℃, BN 1%첨가
YB2-3 1600℃, BN 3%첨가
YB2-5 1600℃, BN 5%첨가
시편 No. 소결밀도 이론밀도 밀도(%)
YB1 4.882405 4.957652 98.48
YB3 4.79887 4.858331 98.78
YB5 4.663777 4.76559 97.86
YB1-1 4.926034 4.957652 99.36
YB1-3 4.876406 4.858331 99.99
YB1-5 4.787988 4.76559 99.99
YB2-1 4.846989 4.957652 97.78
YB2-3 4.68745 4.858331 96.48
YB2-5 4.523582 4.76559 94.92
질화붕소의 첨가량과 온도조건을 변화시켜 실험한 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다. 표 1 및 표 2를 살펴보면 1600℃에서 소결한 결과 모든 소결체가 액화되어 녹았으며, 다른 온도에서 소결한 소결체와 비교하여 낮은 소결밀도를 나타내었다. 결론적으로 질화붕소를 1wt%, 3wt%, 5wt%로 첨가량을 변화시켜 1500℃에서 소결한 경우 질화붕소를 3wt% 첨가하였을 때 가장 높은 소결밀도를 나타내었으며, 1550℃에서 소결한 결과 질화붕소의 첨가량이 1wt% 일 때 상대밀도는 99% 이상이었으며, 질화붕소가 3, 5wt%일 때에는 이론밀도와 같은 소결밀도를 나타내었다. 이하에서 나타나는 밀도의 단위는 g/㎤으로 한다.
시편 No. 소결밀도 이론밀도 상대밀도
YB0.5 4.911452 4.983592 98.55
YB1.5 4.944607 4.932167 100
YB2 4.914508 4.907127 100
YB2.5 4.892681 4.882519 100
질화붕소의 첨가량에 대한 보다 자세한 영향을 파악하기 위하여 질화붕소의 첨가량을 0.5wt%~2.5wt% 변화시켰고, 성형압력 1,000kgf/㎠, 소결온도 1550℃로 실험한 결과를 위의 표 5에 나타내었다. 질화붕소의 함량이 0.5wt%일 경우 98.55%의 상대밀도를 나타내었고 1.5~2.5 wt%를 첨가하였을 때 이론밀도와 거의 같은 소결밀도를 나타내었다. 따라서, 액상 소결체를 첨가하여 실험한 결과 1550℃ 질화붕소첨가량이 0.5wt%일 경우 98.55%, 1.0 wt% 일 경우 99% 이상 1.5wt% 이상에서는 이론밀도에 근접한 상대밀도를 갖는 소결체의 제조가 가능하였다.
한편, 바인더 종류와 첨가량에 따른 성형시 과립의 파괴 양상을 알아보기 위하여 성형밀도, 성형체의 파단면을 분석하였으며, A-Type의 바인더(PVA)의 경우 첨가량을 0.5%~1.25%로 변화시켜 분무건조 과립한 상태를 도 5a 내지 도 5d에 나타내었다. 첨가량에 따른 과립 형상의 변화는 볼 수 없었다. 그리고, B-Type 바인더(PEG)의 경우에는 첨가량이 증가할수록 도 6a 내지 도 6c에 나타나듯이 점도 상승과 더불어 과립 크기가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
도면에 도시되어 있지 않지만, 과립 파괴 양상을 알아보기 위하여 A-type 바인더를 첨가하여 제조한 과립을 성형압력 1000kgf/㎠의 압력으로 시험편을 제작하여, 성형체의 표면과 성형체의 파단면 사진을 도 7a 내지 7f에 각각 나타내었다.
도 7a 내지 7b에 나타나듯이 A-type 바인더를 사용한 과립들의 경우 바인더 첨가제 0.5 wt% 첨가하였을 때 성형체의 표면에 과립 형상을 찾아 볼 수 없었고, 파단면의 경우도 과립의 완전 파괴가 일어났음을 볼 수 있었다.
그리고, 도 7c 및 도 7d와 같이 바인더 함량이 1.0wt%일 경우 성형체의 표면에 과립의 경계면이 관찰되었다. 그러나 성형체의 파단면 사진을 관찰한 결과 성형체의 내부는 완전히 파괴되었음이 관찰되었다.
한편, 도 7e 및 도 7f와 같이 바인더 함량이 1.25 wt%일 경우는 성형체의 표면뿐만 아니라 성형체 파단면에서도 과립이 파괴되지 않은 것이 명확히 관찰되었다. 도면에 도시되어 있지 않지만 B-type 바인더의 경우도 A-type와 비슷한 거동을 나타내었다. B-type 바인더의 경우 첩가량이 1.0 wt%의 경우 과립 파괴가 완전히 일어나지 않아, 과립 경계면이 관찰되었다. 이것은 A-type 바인더 보다 B-Type 바인더의 분자량이 큰 때문이다.
살펴본 바와 같이 바인더의 함량이 증가할수록 성형체의 표면뿐만 아니라 성형체 내부에서도 과립 파괴가 완전히 이루어지지 않고, 일부 찌그러진 상태의 과립이 관찰되었다. 이와 같이 과립의 완전 파괴가 이루어지지 않는 성형체의 경우, 소결시 과립간 기공이 큰 입자의 소결행태와 같은 거동을 나타내어 큰 폐기공과 더불어 낮은 소결밀도를 나타내는 문제가 있다.
A-type 바인더 함량에 따른 성형밀도와 소결밀도를 아래의 표 4 및 표 5에 나타내었다. 실험조건은 성형압력 1,000 kgf/㎠, 소결온도 1650℃, 20시간이다.
표 4 및 표 5에 나타난 바와 같이 동일한 성형압력과 소결 조건을 가지고 실험한 결과 바인더 함량이 높아질수록 성형밀도는 낮아지는 결과를 얻었다. 이러한 이유는 상술한 결과에서 나타나듯이 바인더 함량이 높아질수록 과립이 파괴가 이루어지지 않은 결과와 일치한다.
PVA-A
0.5 wt% 0.75 wt% 1.0 wt% 1.25 wt%
성형밀도
(상대밀도)
2.64
52.41 %
2.60
51.65 %
2.60
51.73 %
2.58
51.20 %
소결밀도
(상대밀도)
4.94
98.29 %
4.96
98.56 %
4.91
97.40 %
4.90
98.54 %
PVA-B
0.75 wt% 1.0 wt% 1.25 wt%
성형밀도
(상대밀도)
2.58
51.35
2.58
51.21
2.55
50.64
소결밀도
(상대밀도)
4.95
98.31 %
4.95
98.32 %
4.93
98.10 %
한편, 제2혼합단계(S213)에서 첨가되는 가소제는 바인더로서 첨가된 바인더의 유리전이온도(Tg)를 낮추는 역할을 하는 첨가제이다. 가소제 없이 바인더만으로 과립을 제조하였을 경우 바인더의 높은 유리전이온도로 인해 과립 파괴가 이루어지지 않는다. 따라서 가소제를 첨가함으로써 바인더의 유리전이온도를 낮추어 상온에서의 성형 가압시 압력에 의해 1차 과립이 충전 2차 과립의 변형 3차 과립의 파괴가 이루어진다.
가소제의 첨가량이 적을 경우 바인더의 유리 전이온도가 높아 과립의 변형이 쉽게 이루어지지 않으며, 가소제의 첨가량이 많은 경우 바인더의 유리전이온도가 너무 낮아 상온에서 가압 성형시 성형체가 몰드에 붙어 이형성이 나빠지는 특성이 있다.
본 실험에서는 PEG 첨가량을 조절하여 제조한 과립분말을 이용하여 가압성형시 과립의 파괴 양상과 성형밀도, 소결 후 소결밀도를 분석하여, 최적의 PEG 함량을 도출하기 위해 PEG 함량에 따른 특성을 분석하였다.
표 6에 나타난 바와 같이 PEG 함량을 0~0.75wt%로 변화하여 제조한 과립의 성형 밀도 및 소결밀도 값을 나타내었다. 실험조건은 성형압력 1,000 kgf/㎠, 소결온도 1650℃, 30시간이다. 표 6에 나타난 바와 같이 PEG 함량이 높아질수록 성형밀도가 상승하였다.
즉, PEG는 낮은 밀도를 갖는 물질로 성형품에 많이 첨가될수록 성형밀도는 낮아져야 하나, PEG 첨가량이 증가할수록 성형밀도가 상승하였으며 이러한 결과는 바인더로 사용된 PVA의 유리전이 온도를 낮춤으로써 과립의 변형 및 과립의 파괴가 일어났음을 알 수 있다.
A type-PEG
0.0 wt% 0.25 wt% 0.5 wt% 0.75 wt%
성형밀도
(상대밀도)
2.56
50.82 %
2.57
51.14 %
2.62
52.0 %
2.62
52.0 %
소결밀도
(상대밀도)
4.94
98.14 %
4.93
98.09 %
4.95
98.44 %
4.96
98.60 %
도면에 도시되어 있지 않지만 상기 제2혼합단계(S213) 이후에는 에이징 및 필터링 단계를 더 포함할 수 있다.
분무건조단계(S220)는 액상의 원료를 분무, 미립화하여 열풍기류중에 접촉시키면 순간적으로 증발 및 건조되어 일거에 분말상의 제품을 얻을 수 있는 방법을 이용한 것으로 미립화, 기액접촉, 증발, 회수공정을 수행할 수 있는 통상적인 분무건조장치를 적용하며, 분무기로서 회전원반분무식, 압력노즐분무식, 2유체노즐분무식 등 어느 구조를 적용한 것을 사용하여도 무방하다.
선별단계(S230)는 분무건조단계(S220)를 통해 소정의 입도를 갖는 크기로 분말화된 산화이트륨을 체부재로 걸러 분말의 입자 크기가 설정된 크기를 초과하는 분말은 분리하여 설정된 입자 크기보다 크기를 갖는 분말 입자만을 선별한다. 상기 체부재는 분말의 입자 크기가 2㎛이하만을 선별할 수 있도록 할 수 있다.
성형단계(S300)는 상기 과립분말제조단계(S200)에서 제조된 산화이트륨 과립분말을 가압하여 제1형상을 갖는 제1성형체로 제조하는 제1성형단계와, 상기 제1성형단계에서 성형된 제1성형체를 제2형상을 갖는 제2성형체로 제조하는 제2성형단계를 포함한다.
상기의 제1성형단계는 과립 분말을 형틀에 넣고 가압하여 1차적으로 개략적인 제품의 형상을 형성하고, 제2성형단계는 제1성형단계에서 성형된 제1성형체를 자르거나 깎아 출시될 제품과 근접한 치수 및 형상으로 성형한다.
제1성형단계에서는 다양한 압력조건으로 수행할 수 있으나 1000kgf/㎠ 내지 1500kgf/㎠의 범위 내에서 수행하는 것이 바람직하며, 냉간 정수압 성형(CIP;Cold Isostatic Press)공법을 적용한다.
CIP성형은 무한 다축적으로 가압하기 때문에 분체 서로간의 bridge 현상이 작고 배향성이 없어 압분체 내부의 밀도가 균일하게 된다. 일반적으로 성형 밀도가 낮으면 치밀화나 결정립 성장의 속도를 조절하는 것이 어렵고, 치밀화 속도를 결정짓는 것은 성형체의 구조와 소결 온도라는 것이 알려져 있다. 그러므로 CIP의 성형체 형성의 성형 밀도는 소결시 이론 밀도와 직결된다.
따라서 소결 결과에서 균열과 변형이 일어나지 않고 결정립 성장이 최소로 일어나는 CIP 최적 성형 조건을 알아보기 위하여, 바인더 PVA를 0.75wt%로 고정하고, CIP 성형 압력은 500kgf/㎠, 1000kgf/㎠, 1500kgf/㎠로 변화시켜 소결을 실시한 산화이트륨의 성형밀도 및 소결밀도를 표 7에 나타내었고, 표 8에는 바인더 PVA를 1.0wt%로 고정하고, CIP 성형 압력은 500kgf/㎠, 1000kgf/㎠, 1500kgf/㎠로 변화시켜 소결을 실시한 산화이트륨의 성형밀도 및 소결밀도를 나타내었다.
A type-PVA, 0.75wt%
500 kgf/㎠ 1,000 kgf/㎠ 1,500 kgf/㎠
성형밀도
(상대밀도)
2.41 g/
47.98 %
2.60 g/
51.65 %
2.75 g/
54.64 %
소결밀도
(상대밀도)
4.97 g/
98.72 %
4.98 g/
99.06 %
4.99 g/
99.20 %
A type-PVA, 1.0wt%
500 kgf/㎠ 1,000 kgf/㎠ 1.500 kgf/㎠
성형밀도
(상대밀도)
2.38
47.26 %
2.60
51.73 %
2.73
54.21 %
소결밀도
(상대밀도)
4.92
97.77 %
4.95
98.50 %
4.97
98.71 %
상기의 표 7 및 표 8에 나타난 바와 같이, CIP의 성형압이 500kgf/㎠일 때 성형성이 부족하여 소결시 치밀화의 진행속도가 낮아 소결밀도가 낮음을 확인할 수 있고, 성형압이 1,500kgf/㎠ 일 때에는 바인더 A-type PVA, 0.75wt% 첨가시 과립의 완전파괴로 소결밀도가 4.99로 가장 높음을 알 수 있었다.
소결단계(S400)는 성형압력을 1000kgf/㎠로 고정한 상태에서 산화이트륨 대 질화붕소 그리고, 소결온도를 변화시켜 실험한 결과를 아래의 표 9에 나타내었다.
No. 산화이트륨:BN
(wt%)
성형압력
1000kgf/㎠
소결온도
dwelling time 2hrs
상대밀도
relative density
YB1 99 : 1 1.0 1500 98.48 %
YB3 97 : 3 1.0 1500 98.78 %
YB5 95 : 5 1.0 1500 97.86 %
YB1-1 99 : 1 1.0 1550 99.36 %
YB1-3 97:3 1.0 1550 99.8 %
YB1-5 95 : 5 1.0 1550 99.7 %
YB2-1 99 : 1 1.0 1600 97.78 %
YB2-3 97:3 1.0 1600 96.48 %
YB2-5 95 : 5 1.0 1600 94.92 %
소결단계(S400)에서는 상기의 표 9에서 알 수 있는 바와 같이 산화이트륨 대 질화붕소 비를 99:1~5로 설정하고, 성형압력을 1,000kgf/㎠으로 하며, 소결온도를 1550~1600℃로 하여 2시간 동안 소결시킨 시편들의 상대밀도가 그렇지 않은 시편에 비하여 비교적 높은 것을 알 수 있으며, 특히 산화이트륨 대 질화붕소 비를 97:3로 설정하고, 성형압력을 1,000kgf/㎠으로 하며, 소결온도를 1550℃로 하여 2시간 동안 소결시킨 시편의 상대밀도가 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
상기와 같은 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
첫째, 과립에 적합하도록 슬러지를 pH 7로 조절하여 높은 Zeta-potential 값을 갖은 상태에서는 산화이트륨의 분쇄가 쉽게 이루어졌으며, 이때 분쇄된 일차 입자 크기는 2㎛ 이하였다.
둘째, 액상의 소결제로서 질화붕소를 사용하였을 경우 질화붕소 첨가량이 0.5%이고, 1550℃에서 2시간 소결을 진행한 결과 98.5%의 높은 소결 및 상대밀도를 얻을 수 있었고, 1.5~2.5wt%를 첨가하였을 경우에는 이론밀도와 같은 소결 및 상대밀도를 얻을 수 있었다. 그러나, 소결온도를 1600℃로 하여, 2시간 소결하였을 경우 질화붕소의 산화에 의해 생성된 B2O3의 액화에 의해 소결체가 녹은 형태로 소결되었으며, 소결 및 상대밀도 또한 낮게 측정되었다.
셋째, 바인더의 종류에 따른 실험 결과, 낮은 중합도를 갖는 바인더를 사용한 과립이 쉽게 파괴되어, 높은 소결밀도 및 상대밀도를 갖는 소결체의 제조가 가능하였다.
넷째, 가소제의 종류 및 첨가량에 따라 실험한 결과 가소제의 경우 바인더의 유리전이온도를 낮추어 줌으로서 상온에서 가압 성형시 과립이 쉽게 파괴되는 성질을 부여한다. 그러나 낮은 중합도를 갖는 가소제 혹은 첨가량이 과다했을 경우 바인더의 유리전이온도가 너무 낮아 몰드에 붙는 현상이 발생할 수 있고, 첨가량이 낮을 경우에는, 과립의 파괴가 어려워지는 것을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법은 도면에 도시된 일 예를 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
S100 : 준비단계
S200 : 과립분말제조단계
S210 : 슬러리 제조단계
S211 : 제1혼합단계
S212 : 분쇄단계
S213 : 제2혼합단계
S220 : 분무건조단계
S230 : 선별단계
S300 : 성형단계
S400 : 소결단계

Claims (9)

  1. 산화이트륨 분말을 준비하는 준비단계와;
    상기 산화이트륨 분말을 소정의 입도로 과립화하여 산화이트륨 과립분말을 제조하는 과립분말제조단계와;
    상기 과립분말제조단계에서 제조된 산화이트륨 과립분말을 성형하여 성형체를 제조하는 성형단계와;
    상기 성형단계에서 성형된 성형체를 소결 처리하는 소결단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과립제조단계는 상기 준비단계에서 준비된 상기 산화이트륨 분말을 유동성을 갖는 슬러리로 제조하는 슬러리 제조단계와, 상기 슬러리 제조단계에서 제조된 슬러리를 분무건조하여 소정의 입자 크기를 갖는 과립형 분말로 제조하는 분무건조단계와, 상기 분무건조단계에서 제조된 과립형 분말의 입자들 중 설정된 입자 크기 이하의 입자들을 선별하는 선별단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬러리 제조단계는 순도가 99% 이상이고 입도가 7 내지 10마이크로미터인 산화이트륨 분말을 용매에 혼합하여 슬러리를 제조하는 제1혼합단계와, 상기 슬러리를 볼 밀을 통해 분쇄하는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계에서 분쇄된 슬러리에 페하조절제를 포함하는 첨가제를 혼합 및 교반하여 슬러리 응집시키는 제2혼합단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1혼합단계에서 제조되는 슬러리는 페하 값이 7로 조절된 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2혼합단계에서 제조되는 슬러리는 페하 값이 10으로 조절된 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 첨가제는 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌글리콜, 질화붕소를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌글리콜, 질화붕소의 첨가량은 각각 1wt%인 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 성형단계는 상기 과립분말제조단계에서 제조된 산화이트륨 과립분말을 가압하여 제1형상을 갖는 제1성형체로 제조하는 제1성형단계와, 상기 제1성형단계에서 성형된 제1성형체를 제2형상을 갖는 제2성형체로 제조하는 제2성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서
    상기 소결단계는 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 1,000kgf/㎠의 압력과, 1550℃에서 2시간 동안 소결하도록 된 것을 특징으로 하는 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 CVD 공정용 제품의 제조방법.
KR20130062289A 2013-05-31 2013-05-31 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 cvd 공정용 제품의 제조방법 KR101486057B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130062289A KR101486057B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 cvd 공정용 제품의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130062289A KR101486057B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 cvd 공정용 제품의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140141045A true KR20140141045A (ko) 2014-12-10
KR101486057B1 KR101486057B1 (ko) 2015-01-23

Family

ID=52458661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130062289A KR101486057B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 cvd 공정용 제품의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101486057B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160107451A (ko) * 2015-03-04 2016-09-19 주)에코텍코리아 산화알루미늄과 산화지르코늄이 첨가된 고인성 산화이트륨 소결체의 제조 방법
WO2023063654A1 (ko) * 2021-10-12 2023-04-20 아이원스 주식회사 내플라즈마성 유리, 반도체 제조 공정을 위한 챔버 내부용 부품 및 그들의 제조 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6613442B2 (en) * 2000-12-29 2003-09-02 Lam Research Corporation Boron nitride/yttria composite components of semiconductor processing equipment and method of manufacturing thereof
KR100998258B1 (ko) 2009-09-29 2010-12-03 (주)에스에이치이씨 산화이트륨 소성체 및 그 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160107451A (ko) * 2015-03-04 2016-09-19 주)에코텍코리아 산화알루미늄과 산화지르코늄이 첨가된 고인성 산화이트륨 소결체의 제조 방법
WO2023063654A1 (ko) * 2021-10-12 2023-04-20 아이원스 주식회사 내플라즈마성 유리, 반도체 제조 공정을 위한 챔버 내부용 부품 및 그들의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101486057B1 (ko) 2015-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102965610B (zh) 热喷涂粉末、形成热喷涂涂层的方法以及抗等离子体构件
KR100439361B1 (ko) 금속분말입상체,그의제조방법및그의용도
US11254820B2 (en) Process for manufacturing boron nitride agglomerates
JP2013147368A (ja) セラミックス円筒形スパッタリングターゲット材およびその製造方法
JP2006037238A (ja) 溶射用球状粒子の製造方法
KR101729054B1 (ko) 분무 건조법을 이용한 알루미나 과립의 제조방법
KR101486057B1 (ko) 산화이트륨과 질화붕소를 이용한 반도체 cvd 공정용 제품의 제조방법
CN111660211B (zh) 类多晶金刚石磨料及其制备方法
JP2006152408A (ja) 溶射用粉末、溶射方法及び溶射皮膜
KR20160138612A (ko) 세라믹 구형 비드의 제조방법
KR20110034747A (ko) 고강도 저온소결 세라믹의 제조방법
TWI385138B (zh) Ceramic components and corrosion resistance components
JP2015096656A (ja) セラミックス円筒形スパッタリングターゲット材およびその製造方法
JP2005126766A (ja) 酸化インジウム系ターゲットおよびその製造方法
CN109111232A (zh) 一种碳化硅粉体的喷雾造粒方法
KR101583314B1 (ko) 금속철 과립 및 그 제조 방법
JP3812831B2 (ja) フェライトコアの製造方法およびフェライトコア
KR100998258B1 (ko) 산화이트륨 소성체 및 그 제조방법
JP2002332558A (ja) 溶射用球状粒子およびその製造方法並びに溶射部材
KR100963604B1 (ko) 산화이트륨 과립파우더 및 그 제조방법
JP2004262749A (ja) セラミックス球体およびその製造方法
JP6045117B2 (ja) 強靭性の静電気放電防止黒色セラミックスおよびその製造方法
KR100577355B1 (ko) 구상 성형체의 제조 방법
JP2006118013A (ja) 溶射用粉末、溶射方法及び溶射皮膜
JP2016014191A (ja) セラミックス円筒形スパッタリングターゲット材およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171120

Year of fee payment: 4