Yttrium Aluminum Garnet (YAG, Y3Al5O12)는 Y2O3(Yttrium Oxide)와 Al2O3(Aluminum Oxide)의 화합물로써 높은 열적 안정성, 크립 저항성, 광특성 및 ...
Yttrium Aluminum Garnet (YAG, Y3Al5O12)는 Y2O3(Yttrium Oxide)와 Al2O3(Aluminum Oxide)의 화합물로써 높은 열적 안정성, 크립 저항성, 광특성 및 플라즈마 내식성을 가지는 세라믹 재료이다. 최근 반도체 산업과 같이 높은 플라즈마 내식성을 요구하는 시장에 의해 주목 받는 추세이다.[1] 반도체 산업이 현대에 들어 높은 스펙을 요구 받게 되면서 덩달아 반도체 공정에서 요구하는 내플라즈마성도 더 높은 값이 요구 받게 되었다. 반도체 공정에 적용되는 건식 식각 공정에서는 기판 위의 불순물을 제거하기 위해 진행하는데, 화학적 반응성이 강한 F, Cl 또는 Br 등의 할로겐 원소가 사용되는데, 이 때 웨이퍼 표면에 증착 되어진 물질의 식각과 동시에 챔버 내벽 및 부품들과도 화학적 또는 물리적 반응을 통해 부품이 손상되어 챔버 내에 잔류하는 오염입자의 발생을 초래하게 된다.[1] 지금까지는 반도체 챔버 내벽 및 부품으로서 내플라즈마성이 높고 단가가 낮으며 접근성이 쉬운 소결공정으로 제조가 가능한 Al2O3가 사용되어 왔으나, 반도체 산업의 발전에 따라 현존하는 물질 중 내플라즈마성과 내부식성이 가장 우수한 Y2O3가 대두되고 있다. 다음에 보여지는 그림과 같이, 800V의 바이어스 전압에서 180분의 시간 동안 플라즈마
에칭을 진행하였을 때 Y2O3가 Al2O3에 비하여 식각률이 낮은 것을 확인할 수 있다. [2] 그러나 Y2O3는 난소결성인 물질이며, 단가가 매우 비싸다는 단점이 있다. 따라서 Y2O3 bulk 소결체를 반도체 챔버의 부품으로 이용하는 것에는 한계가 있다. 따라서 기존의 bulk 제품에 Y2O3를 코팅하려는 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 기존 부품 재료로 사용되던 Al2O3와 코팅 물질인 Y2O3는 열팽창 계수와 같은 특성 차로 인하여 그 사이에 크랙과 기공이 발생하는 등의 문제점이 있다. 따라서 본 실험에서는 이 문제점을 완화시키기 위해 Y2O3와 Al2O3의 화합물인 YAG를 사용하여 이와 같은 문제점을 줄이고자 하였다.[3] 이번 실험의 목표는 플라즈마 챔버 부품 재료로 사용되는 알루미나에 YAG를 코팅하여 플라즈마 내식성의 특성을 높이는 것이다. 따라서 본 연구에서는 Al2O3에 치밀질 YAG를 슬러리 코팅하였으며, 코팅 막의 표면 미세구조 및 물성과 플라즈마 분위기에서의 내식성을 관찰하였다.
Yttrium Aluminum Garnet (YAG, Y3Al5O12)는 Y2O3(Yttrium Oxide)와 Al2O3(Aluminum Oxide)의 화합물로써 높은 열적 안정성, 크립 저항성, 광특성 및 플라즈마 내식성을 가지는 세라믹 재료이다. 최근 반도체 산업과 같이 높은 플라즈마 내식성을 요구하는 시장에 의해 주목 받는 추세이다.[1] 반도체 산업이 현대에 들어 높은 스펙을 요구 받게 되면서 덩달아 반도체 공정에서 요구하는 내플라즈마성도 더 높은 값이 요구 받게 되었다. 반도체 공정에 적용되는 건식 식각 공정에서는 기판 위의 불순물을 제거하기 위해 진행하는데, 화학적 반응성이 강한 F, Cl 또는 Br 등의 할로겐 원소가 사용되는데, 이 때 웨이퍼 표면에 증착 되어진 물질의 식각과 동시에 챔버 내벽 및 부품들과도 화학적 또는 물리적 반응을 통해 부품이 손상되어 챔버 내에 잔류하는 오염입자의 발생을 초래하게 된다.[1] 지금까지는 반도체 챔버 내벽 및 부품으로서 내플라즈마성이 높고 단가가 낮으며 접근성이 쉬운 소결공정으로 제조가 가능한 Al2O3가 사용되어 왔으나, 반도체 산업의 발전에 따라 현존하는 물질 중 내플라즈마성과 내부식성이 가장 우수한 Y2O3가 대두되고 있다. 다음에 보여지는 그림과 같이, 800V의 바이어스 전압에서 180분의 시간 동안 플라즈마
에칭을 진행하였을 때 Y2O3가 Al2O3에 비하여 식각률이 낮은 것을 확인할 수 있다. [2] 그러나 Y2O3는 난소결성인 물질이며, 단가가 매우 비싸다는 단점이 있다. 따라서 Y2O3 bulk 소결체를 반도체 챔버의 부품으로 이용하는 것에는 한계가 있다. 따라서 기존의 bulk 제품에 Y2O3를 코팅하려는 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 기존 부품 재료로 사용되던 Al2O3와 코팅 물질인 Y2O3는 열팽창 계수와 같은 특성 차로 인하여 그 사이에 크랙과 기공이 발생하는 등의 문제점이 있다. 따라서 본 실험에서는 이 문제점을 완화시키기 위해 Y2O3와 Al2O3의 화합물인 YAG를 사용하여 이와 같은 문제점을 줄이고자 하였다.[3] 이번 실험의 목표는 플라즈마 챔버 부품 재료로 사용되는 알루미나에 YAG를 코팅하여 플라즈마 내식성의 특성을 높이는 것이다. 따라서 본 연구에서는 Al2O3에 치밀질 YAG를 슬러리 코팅하였으며, 코팅 막의 표면 미세구조 및 물성과 플라즈마 분위기에서의 내식성을 관찰하였다.
YAG is a compound between Al2O3 and Y2O3, has excellent plasma resistance. So, it is a material which is expected to be used as a material of components equipped in a plasma chamber. In the conventional semiconductor process, Al2O3 has been used as a material of the components in the plasma chamber....
YAG is a compound between Al2O3 and Y2O3, has excellent plasma resistance. So, it is a material which is expected to be used as a material of components equipped in a plasma chamber. In the conventional semiconductor process, Al2O3 has been used as a material of the components in the plasma chamber. However, Al2O3 is easily damaged in a plasma atmosphere. For this reason, component replacement is frequent. Therefore, a material having better plasma resistance is required in order to reduce the frequency of parts replacement in the process. YAG has similar thermal properties to Al2O3. It is suitable for producing a defect-free coating film as compared with Y2O3. In this paper, we have studied the dip coating method which is able to obtain a dense coating film with a simple process and low cost. The characteristics of the coating film were evaluated by SEM(Scanning Electron Microscope), X-ray diffractometer and EDS(Energy Dispersive Spectroscopy). YAG powder was prepared by the solid state reaction between Y2O3 and Al2O3 powders at 1400 ℃ and the following pulverization by ball-milling technique. The optimal condition for the YAG coating are determined to be sintering at 1650 ℃ when the solid content is 35 vol%. Additionally, TiO2 has been recognized as a promising sintering aid to density YAG powder. And its addition as low 0.7 wt.% to YAG slurry prepared for coating on Al2O3 ceramics has shown a significant enhancement of density of the YAG layer coated on the alumina substrate. Using DOP and Xylene as solvent of the vehicle for coating slurry, a successful YAG coating was formed on alumina ceramics. The thickness of the coating layer reaches up to as thick as 35 μm by a single dip-coating process, which is a quite simple and economic coating process with expecting application to large and complex-shaped components.
YAG is a compound between Al2O3 and Y2O3, has excellent plasma resistance. So, it is a material which is expected to be used as a material of components equipped in a plasma chamber. In the conventional semiconductor process, Al2O3 has been used as a material of the components in the plasma chamber. However, Al2O3 is easily damaged in a plasma atmosphere. For this reason, component replacement is frequent. Therefore, a material having better plasma resistance is required in order to reduce the frequency of parts replacement in the process. YAG has similar thermal properties to Al2O3. It is suitable for producing a defect-free coating film as compared with Y2O3. In this paper, we have studied the dip coating method which is able to obtain a dense coating film with a simple process and low cost. The characteristics of the coating film were evaluated by SEM(Scanning Electron Microscope), X-ray diffractometer and EDS(Energy Dispersive Spectroscopy). YAG powder was prepared by the solid state reaction between Y2O3 and Al2O3 powders at 1400 ℃ and the following pulverization by ball-milling technique. The optimal condition for the YAG coating are determined to be sintering at 1650 ℃ when the solid content is 35 vol%. Additionally, TiO2 has been recognized as a promising sintering aid to density YAG powder. And its addition as low 0.7 wt.% to YAG slurry prepared for coating on Al2O3 ceramics has shown a significant enhancement of density of the YAG layer coated on the alumina substrate. Using DOP and Xylene as solvent of the vehicle for coating slurry, a successful YAG coating was formed on alumina ceramics. The thickness of the coating layer reaches up to as thick as 35 μm by a single dip-coating process, which is a quite simple and economic coating process with expecting application to large and complex-shaped components.
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