이트리아 세라믹의 필요성

반도체 공정 환경이 초미세 선폭화 및 높은 생산성을 요구함에 따라 식각 공정 중 고밀도 플라즈마 사용 환경이 더욱 가혹하게되어 기존 세라믹 소재 보다 내플라즈마 특성이 우수한 세라믹 소재의 필요성이 대두되었습니다. 이트리아(Y2O3) 소재는 현재까지 내플라즈마 특성이 가장 우수한 세라믹 소재로 알려져 있으나 공정 친화적이지 못하며, 현재 기존 세라믹 소재에 비해 약 5~10배 가량 비싸서 재료의 우수한 특성에도 불구하고 사용이 제한적이었습니다.

이트리아(Y2O3) 세라믹의 응용 : 반도체 제조공정용 내플라즈마 세라믹 부품

이트리아(Y2O3) 세라믹은 고출력의 플라즈마를 사용하는 식각공정(Dry Etch) 장비의 Gas LID, Focus Ring과 식각을 위한 공정 가스를 웨이퍼 전면에 분사되도록 하는 Shower Head 혹은 가스 방출용 배플 등으로 사용되고 있습니다.이트리아(Y2O3) 세라믹은 증착공정(CVD) 등 다양한 공정에서 부품로 사용되고 있으며, 다양한 반도체/디스플레이 제조공정용 소재로 활용 가능합니다.

이트리아 세라믹의 제조 방법

기존의 이트리아 세라믹은 용사코팅과 프레스성형 공정을 이용하여 부품으로 제작되었습니다.

• 용사코팅

  플라즈마 용사 코팅 공정은 제품 피착물의 형상 및 종류에 크게 영향 받지 않고, 벌크 제품에 비해 이트리아 원료 사용량을 줄일 수 있는 장점이 있습니다.
  그러나 코팅층의 저밀도, 기존 소재와의 밀착성 저하 등의 문제로 인해 일정시간 사용하게 되면 코팅막의 탈락, 입자의 이탈이 발생하게 됩니다. 이는 공정 중 재오염원으로 대두되어 초미세 공정 라인에 적용이 어렵습니다.

• 프레스성형

  프레스성형은 분말을 그래뉼화하고 고압프레스 성형장치를 이용하여 세라믹 제품을 성형을 하는 방법으로, 일반적인 구조세라믹 제품을 제조하는 성형방법입니다.
  프레스성형은 소형 및 대량 자동화 공정에 주로 사용되며, 분말을 그래뉼화하는 스프레이드라잉 공정, 1축 프레스 공정, 3축 CIP 공정 등 매우 복잡한 성형 단계를 거치며, 여러 단계의 성형 공정에 따라 제조 단가가 높고 불순물 혼입 우려가 있어 고품질의 세라믹을 제조하기 어렵습니다.

• 슬립성형법 – 고품질 이트리아 세라믹의 제조 방법

  나노분말을 이용한 슬립성형법은 제조 공정은 단순하나 세라믹 분말의 슬립 안정화 기술이 필요하며, 특히 세라믹 분말의 종류 및 형상에 따라 정밀한 분산시스템과 바인더 조합 기술이 필요합니다. ATM은 슬립캐스팅법을 이트리아 세라믹 제조에 적용함으로써 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 기존 프레스공법에 비해 불순물 관리가 용이하여 고품질의 이트리아 세라믹을 제조할 수 있습니다.

미세 구조