반도체 드라이 에처 시스템의 웨이퍼 정전기 척에 적용하기 위해 플라즈마 스프레이 방법으로 Al-60 계열 기판에 코팅한 $Al_2O_3$ 코팅 막의 특성을 조사하였다. 시편 뒷면에 냉각봉이 장착되었을 때와 없을 때, 용사거리와 분말공급량을 변형하면서 $Al_2O_3$ 막 코팅을 하여 시편을 제작 하였다. 시편 뒷면에 냉각봉이 없을 때는 크랙과 기공이 많이 발생하였다. 시편 뒷면에 냉각봉을 장착하고 분말공급량을 15g/min로 한 경우에 용사거리 60, 70, 80mm에 따른 $Al_2O_3$ 코팅에서는 크랙과 기공은 거의 찾아볼 수 없었다. 용사거리 변화에 따른 $Al_2O_3$ 막 코팅의 표면형태 변화는 없었다. 같은 공정조건에서 분말 공급량을 20g/min로 한 경우에도 크랙은 볼 수 없었으나 약간의 기공이 생겼고, 분말공급량을15g/min로 하였을 때 보다 작은 입자들이 많이 증착되었다. 시편 뒷면에 냉각봉이 없을 때가 시편 뒷면에 냉각봉이 장착된 경우에 비하여 증착 속도가 빨랐다.
반도체 드라이 에처 시스템의 웨이퍼 정전기 척에 적용하기 위해 플라즈마 스프레이 방법으로 Al-60 계열 기판에 코팅한 $Al_2O_3$ 코팅 막의 특성을 조사하였다. 시편 뒷면에 냉각봉이 장착되었을 때와 없을 때, 용사거리와 분말공급량을 변형하면서 $Al_2O_3$ 막 코팅을 하여 시편을 제작 하였다. 시편 뒷면에 냉각봉이 없을 때는 크랙과 기공이 많이 발생하였다. 시편 뒷면에 냉각봉을 장착하고 분말공급량을 15g/min로 한 경우에 용사거리 60, 70, 80mm에 따른 $Al_2O_3$ 코팅에서는 크랙과 기공은 거의 찾아볼 수 없었다. 용사거리 변화에 따른 $Al_2O_3$ 막 코팅의 표면형태 변화는 없었다. 같은 공정조건에서 분말 공급량을 20g/min로 한 경우에도 크랙은 볼 수 없었으나 약간의 기공이 생겼고, 분말공급량을15g/min로 하였을 때 보다 작은 입자들이 많이 증착되었다. 시편 뒷면에 냉각봉이 없을 때가 시편 뒷면에 냉각봉이 장착된 경우에 비하여 증착 속도가 빨랐다.
We have investigated plasma spray coated $Al_2O_3$ layers on Al-60 series substrates for development of wafer electrostatic chuck in semiconductor dry etching system. Samples were prepared without/with cooling bar on backside of samples, at various distances, and with different powder fee...
We have investigated plasma spray coated $Al_2O_3$ layers on Al-60 series substrates for development of wafer electrostatic chuck in semiconductor dry etching system. Samples were prepared without/with cooling bar on backside of samples, at various distances, and with different powder feed rates. There were many cracks and pores in the $Al_2O_3$ layers coated on Al-60 series substrates without cooling bar on the backside of samples. But the cracks and pores were almost disappeared in the $Al_2O_3$ layers on Al-60 series substrates coated with cooling bar on the back side of samples, 15 g/min. powder feed rate and various 60, 70, 80 mm working distances. Then the surface morphology was not changed with various working distances of 60, 70, 80 mm. When the powder feed rate was changed from 15 g/min to 20 g/min, the crack did not appear, but few pores appeared. Also the $Al_2O_3$ layer was coated with many small splats compared with $Al_2O_3$ layer coated with 15 g/min powder feed rate. The deposited rate of $Al_2O_3$ layer was higher when the process was done without cooling bar on the back side of sample than that with cooling bar on the back side of sample.
We have investigated plasma spray coated $Al_2O_3$ layers on Al-60 series substrates for development of wafer electrostatic chuck in semiconductor dry etching system. Samples were prepared without/with cooling bar on backside of samples, at various distances, and with different powder feed rates. There were many cracks and pores in the $Al_2O_3$ layers coated on Al-60 series substrates without cooling bar on the backside of samples. But the cracks and pores were almost disappeared in the $Al_2O_3$ layers on Al-60 series substrates coated with cooling bar on the back side of samples, 15 g/min. powder feed rate and various 60, 70, 80 mm working distances. Then the surface morphology was not changed with various working distances of 60, 70, 80 mm. When the powder feed rate was changed from 15 g/min to 20 g/min, the crack did not appear, but few pores appeared. Also the $Al_2O_3$ layer was coated with many small splats compared with $Al_2O_3$ layer coated with 15 g/min powder feed rate. The deposited rate of $Al_2O_3$ layer was higher when the process was done without cooling bar on the back side of sample than that with cooling bar on the back side of sample.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 용사법을 이용하여 세라믹 재료인 Al2O3 파우더를 Al-60 계열 기판에 코팅할 때 우수한 Al2O3 층을 얻기 위한 연구를 하였다. 이를 위해 용사거리 및 분말 공급량의 변화에 따른 Al2O3 코팅 막의 특성을 조사하였다.
제안 방법
Al-60 계열 기판에 최적의 Al2O3 용사층을 얻고자 공정변수에 가장 영향을 많이 주는 인자로 판단되는 용사거리와 분말 공급량의 플라즈마 용사조건을 변화시켜 만든 Al2O3 코팅 막의 특성을 분석하였다.
등을 조사하였다. 광학현미경(Coolpix-950)을 사용하여 모재와 용사층의 단면을 보았다. 단면을 보기위한 시편재작은 시편크기와 비슷한 크기의 몰드에 에폭시수지와 경화재를 적정 비율로 교반하여 몰딩 하였다.
것을 사용하였다. 기존의 다른 장비와 시스템과 다르게 주 불꽃 이외에 두개의 보조 불꽃이 장착되어 용융되지 않는 입자들의 발생을 줄일 수 있도록 설계 되었다. 용사실험의 경우 용사층의 물성은 분말입자의 크기, 분말공급량, 용사거리, 용사시 기판 이동속도, Ar량, 플라즈마 power(전압, 전류)등에 영향을 받는다.
광학현미경(Coolpix-950)을 사용하여 모재와 용사층의 단면을 보았다. 단면을 보기위한 시편재작은 시편크기와 비슷한 크기의 몰드에 에폭시수지와 경화재를 적정 비율로 교반하여 몰딩 하였다. 시편 관찰면을 기준으로 하여 연마기를 이용, #500~#2000 사포를 순차적으로 사용하여 폴리싱 하였으며, 융을 이용하여 마무리 하였다.
반도체 드라이 에처 시스템의 웨이퍼 정전기 척에 적용하기 위해 플라즈마 스프레이 방법으로 Al-60 계열기판에 코팅한 A12O3 막의 특성을 조사하였다. 시편 뒷면에 냉각봉이 장착되었을 때와 없을 때, 용사거리와 분말공급량을 변형하면서 A12O3 막의 코팅을 하여 시편을 제작 하였다.
분사량 횟수는 시편 뒷면에 냉각을 위한 알루미늄 봉이 없을 때는 6회, 시표 뒷면에 냉각을 위한 알루미늄 봉이 장작된 경우에는 10회 분사를 하였다. 코팅 막 두께 측정은 단면에서 Al2O3 코팅층 세 곳을 측정하여 평균값을 정했다.
단면을 보기위한 시편재작은 시편크기와 비슷한 크기의 몰드에 에폭시수지와 경화재를 적정 비율로 교반하여 몰딩 하였다. 시편 관찰면을 기준으로 하여 연마기를 이용, #500~#2000 사포를 순차적으로 사용하여 폴리싱 하였으며, 융을 이용하여 마무리 하였다.
막의 특성을 조사하였다. 시편 뒷면에 냉각봉이 장착되었을 때와 없을 때, 용사거리와 분말공급량을 변형하면서 A12O3 막의 코팅을 하여 시편을 제작 하였다. 시편 뒷면에 냉각봉이 없을 때는 크랙과 기공이 많이 발생하였다.
이 시편의 표면은 SEM(scanning electron microscope: FEI사 QUANTA-200)을 통해 관찰하였으며 크랙과 기공 등을 조사하였다. 광학현미경(Coolpix-950)을 사용하여 모재와 용사층의 단면을 보았다.
용사실험의 경우 용사층의 물성은 분말입자의 크기, 분말공급량, 용사거리, 용사시 기판 이동속도, Ar량, 플라즈마 power(전압, 전류)등에 영향을 받는다. 이러한 용사변수들 중에서 용사거리(60 mm, 70 mm, 80 mm), 분말공급량(15 g/min, 20g/min)을 변화시키면서 시편을 제작하였다. 용사조건은 Table 1과 같다.
층을 얻기 위한 연구를 하였다. 이를 위해 용사거리 및 분말 공급량의 변화에 따른 Al2O3 코팅 막의 특성을 조사하였다.
없을 때는 6회, 시표 뒷면에 냉각을 위한 알루미늄 봉이 장작된 경우에는 10회 분사를 하였다. 코팅 막 두께 측정은 단면에서 Al2O3 코팅층 세 곳을 측정하여 평균값을 정했다.
0(Ra)이었다. 플라즈마 스프레이 코팅 공정은 시표 뒷면에 냉각을 위한 알루미늄 봉이 없을 때와 장착되었을 때를 나누어 진행하였다. 냉각을 위해 사용한 알루미늄 봉은 지름 150 mm, 두께 200 mm, 길이 200 mm를 모재에 실리콘 접착제로 접착하였다.
대상 데이터
플라즈마 스프레이 코팅 공정은 시표 뒷면에 냉각을 위한 알루미늄 봉이 없을 때와 장착되었을 때를 나누어 진행하였다. 냉각을 위해 사용한 알루미늄 봉은 지름 150 mm, 두께 200 mm, 길이 200 mm를 모재에 실리콘 접착제로 접착하였다. 사용된 Al2O3 분말은 순도가 99.
본 연구에서는 크기가 2 mm×35 mm×45 mm인 Al-60 계열 제품을 기판으로 사용하였으며, 용사층과 기판의 밀착력 향상을 위하여 입도 #46 Al2O3로 기판 표면에 sand blasting 처리 하였다. Sand blasting 처리 후 시편의 표면 거칠기는 평균 4.
냉각을 위해 사용한 알루미늄 봉은 지름 150 mm, 두께 200 mm, 길이 200 mm를 모재에 실리콘 접착제로 접착하였다. 사용된 Al2O3 분말은 순도가 99.9 %이고 입자크기는 16~30 ㎛인 것을 사용하였으며, 원료분말의 SEM 사진은 Fig. 1과 같다.
플라즈마 스프레이 코팅 공정을 위해서는 Aeroplasma사의 것을 사용하였다. 기존의 다른 장비와 시스템과 다르게 주 불꽃 이외에 두개의 보조 불꽃이 장착되어 용융되지 않는 입자들의 발생을 줄일 수 있도록 설계 되었다.
성능/효과
증착속도는 분사횟수로 나누어 계산할 때 냉각봉이 없을 경우가 장착된 경우에 비하여 증가하는 현상을 볼 수 있다. 또한 용사거리 증가할수록 Al2O3 박막의 두께는 감소하고, 분말공급량이 증가할수록 Al2O3 코팅의 두께는 증가하는 것을 알 수 있었다.
참고문헌 (8)
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P. Fauchais, E. Bourdin and J.E Ceudert, 'Generalities on the physical and chemical processes in the a thermal plasma', International Chemical Engineering 23(2) (1983) 238
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