반도체 제조용 공정장비(CVD, Etch)는 다양한 플라즈마를 활용하는데 이들 장비에 사용되는 부품들은 내플라즈마 특성이 우수한 재료를 사용해야 한다. 현재까지는 알루미나(Al2O3) 소재가 주력으로 쓰이고 있지만 엄격한 공정관리, 수명 등의 이유로 내플라즈마성이 알루미나 소재에 비해 뛰어난 Y2O3 소재가 각광받고 있다. 하지만 난소결성과 고온소결성에 고가이다 보니 주로 알루미나 모재에 Y2O3을 코팅하는 방식으로 쓰이고는 있지만 ...
반도체 제조용 공정장비(CVD, Etch)는 다양한 플라즈마를 활용하는데 이들 장비에 사용되는 부품들은 내플라즈마 특성이 우수한 재료를 사용해야 한다. 현재까지는 알루미나(Al2O3) 소재가 주력으로 쓰이고 있지만 엄격한 공정관리, 수명 등의 이유로 내플라즈마성이 알루미나 소재에 비해 뛰어난 Y2O3 소재가 각광받고 있다. 하지만 난소결성과 고온소결성에 고가이다 보니 주로 알루미나 모재에 Y2O3을 코팅하는 방식으로 쓰이고는 있지만 박리 등의 문제로 이를 개선한 제품이 요구되고 있다. 본 연구에서는 Y2O3에 BN(Boron Nitride)를 첨가하여 물리적 특성이 우수한 BN 첨가 Y2O3 소결체를 제작하여 현재 사용상 제약으로 대두되고 있는 Y2O3 소재의 난소결성, 고온소결성 및 고가로 인한 사용의 한계를 해결하고자 하였다. 고순도 Y2O3 소재의 문제점인 난소결성을 조건제어를 통하여 극복하고 기존 순수 Y2O3 소결체 보다 물리적 특성이 뛰어난 내플라즈마성 Y2O3 소결체를 제작하여 소결특성 및 플라즈마 식각특성에 관하여 연구를 수행하였다. 고순도 Y2O3 분말을 분쇄하여 얻은 2.0㎛ 입자 분말을 이용하여 과립을 제조한 결과, pH 조절제로서 분말대비 NaOH 용액 0.05wt%, 점도 470cps 및 pH 8.7 영역에서 구형 Y2O3 과립을 제조할 수 있었다. 성형 시 과립의 완전 파괴 여부를 조사하기 위해 결합제와 가소제 첨가량 실험을 한 결과, PVA 결합제 1wt%와 PEG 가소제 1wt%의 조건에서 성형성 및 소결특성이 가장 좋았다. 성형압력 1,000kgf/cm2 이상으로 제조된 성형체 파단면에서 과립간 기공 및 경계면을 관찰 할 수 없었고, 또한 소결체 미세조직에서도 과립 간 기공 및 경계면에 의한 큰 기공은 관찰되지 않았다. Y2O3의 소결특성은 소결온도 1,650℃에서 소결시간과 성형압력이 증가함에 따라 소결밀도가 증가하였으며, 소결시간 30시간, 성형압력 1,500kgf/cm2 조건에서 99.4%의 상대밀도를 얻을 수 있었다. 소결시간이 증가할수록 성형압력이 낮을수록 동일한 소결 조건에서 grain size가 증가하는 결과를 나타내었다. Y2O3 소결특성에 미치는 BN 첨가의 효과는 BN을 0.25wt% 첨가하여 1600 ℃에서 4시간 소결 시 물리적 특성이 가장 우수한 것으로 나타났었다. BN 첨가 Y2O3 소결체는 성형압력 1,500kgf/cm2 조건에서 1,600℃까지 온도가 상승하면 소결 밀도가 4.9g/cm2 까지 증가 하였고, 1550℃ 이상이면 꺽임강도, 절연저항, 비커스경도, 열팽창계수 및 기공율도 상용 Y2O3 소결체와 비슷한 값의 BN 첨가 Y2O3 소결체를 얻을 수 있었다. Y2O3의 플라즈마 식각(Etching) 특성은 소결시간이 증가함에 따라 식각량이 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향은 Y2O3 소결체의 소결시간 증가에 따른 미세구조의 치밀화에 따라 식각률이 감소되는 것으로 추정되었다. 순수 Y2O3 소결체와 비교하여 BN이 첨가된 Y2O3 소결체의 경우 BN의 산화에 의해 형성된 B2O3의 영향으로 1.3배의 식각량을 나타내었으나, Al2O3, SiC 소결체에 비해서는 식각 저항성이 뛰어났다. 순수 Y2O3 소결체의 경우 Al2O3 소결체 대비 5배의 식각 저항성을 나타내었고, SiC 소결체에 비해 3.2배의 식각 저항성을 나타내었다.
반도체 제조용 공정장비(CVD, Etch)는 다양한 플라즈마를 활용하는데 이들 장비에 사용되는 부품들은 내플라즈마 특성이 우수한 재료를 사용해야 한다. 현재까지는 알루미나(Al2O3) 소재가 주력으로 쓰이고 있지만 엄격한 공정관리, 수명 등의 이유로 내플라즈마성이 알루미나 소재에 비해 뛰어난 Y2O3 소재가 각광받고 있다. 하지만 난소결성과 고온소결성에 고가이다 보니 주로 알루미나 모재에 Y2O3을 코팅하는 방식으로 쓰이고는 있지만 박리 등의 문제로 이를 개선한 제품이 요구되고 있다. 본 연구에서는 Y2O3에 BN(Boron Nitride)를 첨가하여 물리적 특성이 우수한 BN 첨가 Y2O3 소결체를 제작하여 현재 사용상 제약으로 대두되고 있는 Y2O3 소재의 난소결성, 고온소결성 및 고가로 인한 사용의 한계를 해결하고자 하였다. 고순도 Y2O3 소재의 문제점인 난소결성을 조건제어를 통하여 극복하고 기존 순수 Y2O3 소결체 보다 물리적 특성이 뛰어난 내플라즈마성 Y2O3 소결체를 제작하여 소결특성 및 플라즈마 식각특성에 관하여 연구를 수행하였다. 고순도 Y2O3 분말을 분쇄하여 얻은 2.0㎛ 입자 분말을 이용하여 과립을 제조한 결과, pH 조절제로서 분말대비 NaOH 용액 0.05wt%, 점도 470cps 및 pH 8.7 영역에서 구형 Y2O3 과립을 제조할 수 있었다. 성형 시 과립의 완전 파괴 여부를 조사하기 위해 결합제와 가소제 첨가량 실험을 한 결과, PVA 결합제 1wt%와 PEG 가소제 1wt%의 조건에서 성형성 및 소결특성이 가장 좋았다. 성형압력 1,000kgf/cm2 이상으로 제조된 성형체 파단면에서 과립간 기공 및 경계면을 관찰 할 수 없었고, 또한 소결체 미세조직에서도 과립 간 기공 및 경계면에 의한 큰 기공은 관찰되지 않았다. Y2O3의 소결특성은 소결온도 1,650℃에서 소결시간과 성형압력이 증가함에 따라 소결밀도가 증가하였으며, 소결시간 30시간, 성형압력 1,500kgf/cm2 조건에서 99.4%의 상대밀도를 얻을 수 있었다. 소결시간이 증가할수록 성형압력이 낮을수록 동일한 소결 조건에서 grain size가 증가하는 결과를 나타내었다. Y2O3 소결특성에 미치는 BN 첨가의 효과는 BN을 0.25wt% 첨가하여 1600 ℃에서 4시간 소결 시 물리적 특성이 가장 우수한 것으로 나타났었다. BN 첨가 Y2O3 소결체는 성형압력 1,500kgf/cm2 조건에서 1,600℃까지 온도가 상승하면 소결 밀도가 4.9g/cm2 까지 증가 하였고, 1550℃ 이상이면 꺽임강도, 절연저항, 비커스경도, 열팽창계수 및 기공율도 상용 Y2O3 소결체와 비슷한 값의 BN 첨가 Y2O3 소결체를 얻을 수 있었다. Y2O3의 플라즈마 식각(Etching) 특성은 소결시간이 증가함에 따라 식각량이 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향은 Y2O3 소결체의 소결시간 증가에 따른 미세구조의 치밀화에 따라 식각률이 감소되는 것으로 추정되었다. 순수 Y2O3 소결체와 비교하여 BN이 첨가된 Y2O3 소결체의 경우 BN의 산화에 의해 형성된 B2O3의 영향으로 1.3배의 식각량을 나타내었으나, Al2O3, SiC 소결체에 비해서는 식각 저항성이 뛰어났다. 순수 Y2O3 소결체의 경우 Al2O3 소결체 대비 5배의 식각 저항성을 나타내었고, SiC 소결체에 비해 3.2배의 식각 저항성을 나타내었다.
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