보고서 정보
주관연구기관 |
(주)단단 |
연구책임자 |
이강호
|
참여연구자 |
이성민
,
최명운
,
이주성
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2020-05 |
과제시작연도 |
2019 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO202200005411 |
과제고유번호 |
1415163812 |
사업명 |
소재부품기술개발(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-07-23
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키워드 |
서스펜션 플라즈마 용사.저온 분사.내플라즈마.고밀도.세라믹.
|
초록
▼
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 내플라즈마 특성이 우수하고 오염입자 발생이 적은 치밀질 이트리아계, 산불화물계, 불화물계 세라믹스 코팅이 적용된 반도체 CVD용 히터 상용화
○ 절연특성이 우수하고 균일한 정전기력을 나타내는 치밀질 고저항 산화물계 세라믹스 코팅이 적용된 OLED용 정전척 상용화
○ 정량적 목표 달성도
□ 개발내용 및 결과
○ 서스펜션 플라즈마 용사 코팅
● 분산제, 점증제, 용매 등 첨가제 종류에 따른 원료 특성 제어를 통한 서스펜션 최적화
● 대용량 서스펜션 제
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 내플라즈마 특성이 우수하고 오염입자 발생이 적은 치밀질 이트리아계, 산불화물계, 불화물계 세라믹스 코팅이 적용된 반도체 CVD용 히터 상용화
○ 절연특성이 우수하고 균일한 정전기력을 나타내는 치밀질 고저항 산화물계 세라믹스 코팅이 적용된 OLED용 정전척 상용화
○ 정량적 목표 달성도
□ 개발내용 및 결과
○ 서스펜션 플라즈마 용사 코팅
● 분산제, 점증제, 용매 등 첨가제 종류에 따른 원료 특성 제어를 통한 서스펜션 최적화
● 대용량 서스펜션 제조를 위한 볼밀, 원료 배합 기술 확립
● 공정 기판 온도 측정을 통한 열충격 최소화 조건 확립 및 냉각 제어 시스템 구축
● 기판 표면 조도 제어를 통한 18 MPa 이상의 코팅 접합강도 달성
● 550 mm 이상 대형 제품에 대한 주행 패턴, 피치 최적화를 통한 ±4 ㎛ 이내인 치밀하고 균일한 코팅층 형성
● 링, 비구면 형상에 균일한 코팅을 위한 마스킹과 치구 제작 기술 확보 (600 mm 비구면 형상품 110±13 ㎛ 코팅)
● Y2O3와 YF3의 원료 입도, 함량, 코팅 조건에 따른 in-situ YOF 코팅 기술 최적화 (F/(F+O) = 30 %)
● Y2O3와 YF3의 혼합 비율과 열처리 제어를 통한 YOF 원료 합성 기술 확보 (YOF, Y6O5F8 등)
● 열팽창을 고려한 Al/Y계 Oxyfluoride 원료 합성 및 고밀도 코팅층 형성 기술 개발
● AlN 기판 위에 코팅된 YOF 두께에 따른 열적 특성 확보
● 양산 라인 구축과 플라즈마 건, 노즐 디자인, 공정 최적화를 통한 소재별 코팅 조건 확립
○ 저온 분사 코팅
● 최적 원료 선정 및 소재별 처리 기술 개발 적용
● Y2O3와 YF3를 일정 비율로 혼합․합성을 통한 YOF 원료 개발 (F 함량 7~28 % 조절)
● 공정 변수에 따른 고밀도 코팅층 형성 조건 확립
● 원료 공급부와 노즐 개선을 통한 대면적 코팅 장치 최적화
● 기판 재질, 표면상태에 따른 코팅 평가 조건 확립
● 원료 이송속도 향상을 통한 코팅 효율 400 % 향상
● 노즐 형상 최적화를 통한 중첩 현상 해결 및 코팅 균일도 향상 (15±0.4 ㎛)
● 코팅 표면 처리를 통한 미코팅 입자 제거 및 표면 조도 향상 (표면 처리 전 0.7 ㎛, 표면 처리 후 0.2 ㎛)
● 링, 튜브, 비구면 형상에 균일한 코팅을 위한 마스킹과 치구 제작 기술 확보 (AlN 히터 15±0.4 ㎛ 코팅)
● 포집부 설치·개조를 통한 원료 분말 회수 시스템 구축 (55% 회수) 및 회수 원료에 대한 재처리 공정 개발
● Y2O3/YF3, Y2O3/YOF, YF3/YOF 복합층 형성을 위한 소재별 공급 비율 조절 기술 확보
○ 비정질 코팅 소재
● SiO2-Y2O3-Al2O3 조성을 이용한 1550 ℃ 용융온도를 가진 비정질 소재 개발
● SiO2-Y2O3-Al2O3 조성에 CaO 첨가를 통한 1530 ℃ 용융 온도를 가진 비정질 소재 개발
● 에어로졸 코팅 공정을 이용한 비정질 코팅층 형성 조건 확립 (코팅 두께 12 ㎛ 이상, 투과율 80 % 이상)
● 접합강도 37 MPa, 쿼츠 대비 플라즈마 내식성 8 %의 특성을 갖는 비정질 코팅 소재 개발
○ OLED용 세라믹 정전척
● 세라믹 코팅의 전기적 특성 평가를 통한 정전척 적용 가능성 확인 (체적저항 1016 Ω·cm, 절연파괴전압 6.6 kV)
● 금속 기판, 전극층 패턴, 용사 코팅 설계적용을 통한 정전척 제작 기술 확립
● 대면적 정전척 평가를 위한 고진공 챔버 개조 (10-7 Torr)
● 봉공처리 적용을 통한 절연 성능 향상 및 고진공 out-gassing 문제 해결 (2.4E-02 pa·m3/min)
● 고진공 환경에서 glass 흡착 평가를 통한 안정성 확인 (24시간 이상 흡착 유지)
● 100 mm, 200 mm, 2G (370x470), 4GH (730x460), 6GH (1500x925) 세라믹 코팅이 적용된 정전척 개발 및 적용
● 실공정 하에서 6GH (1500x925) 정전척의 공정 안정성 확인 (glass 흡착 시간 24시간 이상)
○ 반도체 CVD용 세라믹 히터
● 열사이클, 온도 구배 측정을 위한 시스템 설계 및 구축
● 열적 안정성 평가를 통한 코팅 공정과 소재 선정
● 코팅 전·후의 세라믹 히터 평가를 통한 코팅 적용 설계
● 열 충격에 의한 모재와 코팅층 탈락 방지를 위한 중간 코팅 공정, 소재 선정 평가 및 해결
● 500 ℃, 30회 열 사이클 평가 결과 코팅 박리, 히터 평탄도, 조도 등의 변화 없음 확인
□ 기술개발 배경
○ 반도체/디스플레이 분야에서 고밀도 플라즈마 환경에 노출된 장비 부품의 수명감소와 오염입자 발생에 의한 공정 수율 감소 등 심각한 문제가 발생되고 있음.
○ 이트리아계 세라믹스가 내플라즈마성 재료로 대두되어 수요가 증가함에 따라 소결체를 제조하여 적용하고 있지만, 높은 가격과 제조공정상의 어려움이 있어 상대적으로 짧은 시간에 두꺼운 코팅층을 제작할 수 있는 상압 플라즈마 용사코팅이 적용되고 있음. 하지만, 상압 플라즈마 용사 코팅은 낮은 밀도와 접합강도로 인해 플라즈마에 노출되는 공정에서 오염입자가 다량 발생되는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위한 새로운 코팅 기술과 소재의 개발이 필요함.
○ 이를 해결하기 위한 고밀도 대면적 코팅이 가능한 서스펜션 용사 코팅과 저온 분사 코팅 기술 개발, 플라즈마 내식성이 우수하고 오염입자 발생이 적은 세라믹 코팅 소재가 요구됨.
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 본 연구를 통해 서스펜션 플라즈마 용사 코팅과 저온 분사 코팅 시스템을 업계 최초로 기술 국산화에 성공하였음. 서스펜션 플라즈마 용사 코팅의 경우 서스펜션의 안정적인 공급과 플라즈마 코팅에 최적화된 서스펜션으로 다양한 기판 소재에 대한 코팅층의 밀도 및 균일도를 확보하였고, 대면적/비평면 형상 소재의 코팅이 가능해짐에 따라 기존 상압 플라즈마 용사 코팅 기술을 대체가 가능함. 저온분사 코팅 관련하여 기존에 에어로졸 코팅이 가지고 있는 문제점(코팅층 두께 제한, 낮은 효율 등)을 개선하고 형상품에 대한 균일 코팅, 코팅 소재별 공정 조건 확립을 통해 응용분야가 다양해질 것으로 기대됨.
○ 기존에 사용되는 이트리아계 세라믹은 내플라즈마성이 뛰어난 장점이 있으나 오염입자를 발생시켜 수율감소에 영향을 미치는 단점이 있음. 본 연구를 통해 이트리아계 세라믹 소재 뿐만 아니라, 오염입자 발생 저감이 가능한 불소를 포함하는 불화물, 산불화물계 세라믹스와 비정질 소재를 자체 공정으로 제조함에 따라 현장에서 요구되는 물성 제어와 품질 향상이 가능함.
○ 향상된 코팅 기술과 소재를 활용하여 OLED용 정전척과 반도체용 세라믹 히터에 적용함에 따라 오염입자 저감에 따른 품질 향상과 관련 분야의 적용 확대 기대됨.
○ 코팅 방법/장비 분야에서 서스펜션 플라즈마 용사와 저온 분사 코팅 기술은 전체 코팅기술 특허에서 4 %의 낮은 기술 점유율을 나타내며, 이에 따라 지속적인 개발을 통해 원천기술 확보를 통한 시장 선점이 가능함.
□ 적용 분야
○ 반도체, 디스플레이, 에너지, 자동차, 우주 항공 등 세라믹 코팅이 요구되는 분야
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
- 목차 ... 18
- 제 1장 서론 ... 19
- 제 1절 과제의 개요 ... 19
- 제 2장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 24
- 제 1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 24
- 제 2절 단계 목표 및 평가 방법 ... 26
- 제 3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 28
- 제 4절 수행 결과의 보안등급 ... 35
- 제 5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 36
- 제 3장 결과 ... 37
- 제 1절 연구개발 최종 결과 ... 37
- 1. 연구개발 추진 일정 ... 37
- 2. 연구개발 추진 실적 ... 43
- 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기록 ... 74
- 제 2절 연구개발 추진 체계 ... 146
- 1. 각 기관/기업별 추진 내역 ... 146
- 제 3절 고용 창출 효과 ... 151
- 제 4절 자체보안관리진단표 ... 152
- 제 5절 안전관리 이행 현황 ... 156
- 제 4장 사업화 계획 ... 157
- 제 1절 시장 현황 및 전망 ... 157
- 제 2절 사업화 계획 ... 159
- 1. 예상 매출 및 시장 점유율 ... 159
- 2. 사업화 전략 ... 160
- 제 3절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 160
- 부 록 ... 161
- 끝페이지 ... 167
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