내플라즈마성 전자빔증착 세라믹 피막 부재

세라믹은 녹는점이 높고, 내구성이 우수하여 많은 산업분야에서 응용되고 있다. 이러한 세라믹의 장점으로 인하여, 근래에는 고밀도 플라즈마 환경의 반도체 소자 및 디스플레이 제조에 사용되는 공정 챔버(process chamber)에도 세라믹 기재가 많이 적용되고 있으며, 주로 정전 척(electro static chuck), 히터, 챔버 라이너(chamber liner), 샤워헤드, CVD용 보트(boat), 포커스링(focus ring), 월 라이너(wall liner) 등에 적용되고 있다. 이러한 세라믹 기재는 주로 쿼츠(quartz)나 알루미나(Al2O3)가 많이 이용되는데, 세라믹 기재의 입자탈락에 의한 공정불량을 방지하기 위하여 쿼츠나 알루미나 단독 보다는, 기재에 이트륨 산화물(Y2O3)이나 이트륨 불화물(YF3)과 같은 탑 코트(top coat)를 형성하여, 코팅된 세라믹 기재를 이용하고 있다. 일반적으로 탑 코트의 형성은, 이트륨 산화물(Y2O3)이나 이트륨 불화물(YF3)와 같은 세라믹 소재를 포함하는 조성물을 쿼츠와 같은 세라믹 기재 상에 도포한 후, 건조 공정 및 열처리 공정을 통하여 형성하는 방법과, 고온의 플라즈마를 활용한 용융분말의 분사에 의해 증착막을 형성하는 방법이 대표적으로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 탑 코트와 세라믹 기재의 부착력이 낮아 반도체 소자나 디스플레이 제조 시 세라믹 기재와 탑 코트의 열팽창계수(thermal expansion coefficient) 차이에 의한 응력 집중이 발생하여 탑 코트가 세라믹 기재로부터 잦은 박리가 발생할 수 있으며, 이 경우 입자형 불순물 형성을 통한 공정불량의 원인이 된다. 이렇듯 세라믹 기재가 열화 되는 경우, 이를 다른 세라믹 기재로 교체해주어야 하므로 반도체 소자나 디스플레이의 제조 단가 상승의 원인이 된다. 탑 코트와 세라믹 기재의 부착력을 향상시키기 위하여, 최근에는 탑 코트 하부에 별도의 중간층(interlayer)을 미리 형성하는 방법이 이용되고 있다. 이러한 중간층은 주로 탑 코트의 열팽창 계수와 세라믹 기재의 열팽창 계수 사이의 열팽창계수를 갖는 물질로 형성되어, 탑 코트와 세라믹 기재의 열팽창 계수 차이를 완화시키거나, 중간층에 기공을 형성하여 응력분산에 의해 박리현상을 완화하여 탑 코트와 세라믹 기재의 부착력을 향상시키는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 중간층 도입에도 불구하고, 여전히 탑 코트가 세라믹 기재로부터 박리되는 문제점이 발생하고 있다. 따라서, 탑 코트와 세라믹 기재의 부착력을 향상시켜, 고밀도 플라즈마 환경의 반도체 소자 및 디스플레이 제조 공정에서 계속적으로 사용하더라도 탑 코트의 박리를 억제함으로써 세라믹 부재의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술이 필요하다.