热喷涂用钇基粉末及使用其的钇基热喷涂层的制作方法

本发明是一种热喷涂用钇基(yttrium-based)粉末及使用该粉末的热喷涂层，所述热喷涂用钇基粉末不仅能够抑制传统钇基化合物在热喷涂过程中变成黑斑或变为黑色，还能够调节热喷涂层的颜色，并且形成高密度的涂膜，从而能够表现出充分的机械物性。

背景技术：

1、在半导体制造工艺中，为了对硅晶圆等的基板电路进行高集成度的微细加工，等离子体干式蚀刻工艺变得越来越重要。为了在这样的环境下使用，提出了如下方案：使用耐等离子体性优异的材料作为腔室部件，或者用耐等离子体性优异的物质在部件的表面形成涂膜来延长部件的寿命。

2、其中，通过用各种材料涂覆基材的表面来赋予新功能的技术以往就被应用于各个领域，并且作为这种表面涂覆技术之一，已知如下的热喷涂方法：将由陶瓷等的材料制成的热喷涂粒子以通过燃烧或基于电能来软化或熔融的状态喷射至基材的表面，从而形成由这种材料制成的热喷涂层。

3、并且，在半导体设备等的制造领域中，通常通过使用氟、氯、溴等的卤素系气体的等离子体的干式蚀刻来对半导体基板的表面进行微细加工，并且在干式蚀刻后，使用氧气等离子体来对取出半导体基板的腔室(真空容器)的内部进行清洁。此时，在腔室内，暴露于反应性高的氧气等离子体或卤素气体等离子体的部件存在被腐蚀的可能性。并且，如果腐蚀(侵蚀)的部分以粒子的形式从部件上脱落，则这种粒子可能会附着在半导体基板上而成为导致电路缺陷的异物(以下，将该异物称为颗粒(particle))。

4、因此，以往，在半导体设备的制造装置中，为了减少颗粒的产生，在暴露于氧气、卤素气体等的等离子体的部件上设置具有耐等离子体侵蚀性的陶瓷的热喷涂层。

5、除了附着在真空腔室内的反应产物的剥离之外，由于使用卤素气体等离子体或氧气等离子体而导致的腔室的劣化也可以被认为是产生这种颗粒的因素。并且，经本发明人研究，干式蚀刻环境中热喷涂层产生的颗粒的数量或尺寸取决于构成热喷涂层的粒子之间的结合力的强弱，或未熔融粒子的存在，或高多孔率。

6、尤其，随着陶瓷的热喷涂层中涂膜内部密度的增加，干式蚀刻过程中由于气孔等的缺陷而导致的cfx系列工艺气体的吸附程度降低，从而可以减少因等离子体离子碰撞的蚀刻。

7、因此，韩国公开专利第10-2020-0120537号(公开日：2020年10月21日)公开了作为热喷涂用粉末材料，包含稀土类(r)、铝和氧，其中，包含稀土类铝单斜晶(r4al2o9)的结晶相和稀土类氧化物(r2o3)的结晶相，从而减少与高耐腐蚀性和卤素系气体等离子体反应时产生的粒子的量，由此表现出优异的耐等离子体蚀刻性能。

8、并且，在韩国授权专利第10-2266656号(授权日：2021年6月14日)中，作为热喷涂用钇基粉末材料，在钇基化合物粉末中包含二氧化硅粉末，从而使得包含超过0重量％且低于10重量％的y-si-o中间相，由此提高使用其的热喷涂层的密度来降低干式蚀刻工序中的蚀刻速率。

9、然而，根据这种现有技术形成的热喷涂层在等离子蚀刻的影响下，可能会出现一部分从白色到变色呈黑色的现象(由于颜色中心导致的孔缺陷)，尤其，当在使得基材和等离子体枪之间的间隔距离短的情况下进行热喷涂时，由于熔化的粒子飞行的距离缩短而导致供氧不足，从而发生脱氧现象，由此导致钇基化合物的颜色发生变化或者出现黑色斑点。

10、对于这种黑色斑点或变成黑色而言，由于在涂膜清洗时，与工艺污染物的混合而导致过度清洗，由此引发由于去除不必要的涂层而导致的耐等离子体性的降低，或者使得蚀刻工艺中的等离子体放射线吸收率发生变化。因此，需要改变工艺条件。

11、换言之，在出现不均匀颜色(黑色斑点形成于热喷涂层等)的情况下，由于放射线的吸收差异而出现局部温差，由此基于热膨胀的差异的热应力而可能会产生颗粒或发生剥离。并且，在变色为黑色的情况下，吸收放射线，从而提高涂布的温度来增加蚀刻速率。

12、并且，在热喷涂层中，由于脱氧区域无法实现完整的化学计量而导致能量不稳定，这成为局部增加蚀刻速率的原因。

13、因此，为了防止热喷涂层出现黑色斑点，或变成黑色，或变回白色，正在尝试多种方法。

14、其中之一是对于形成的所述热喷涂层进行热处理。然而，如果基材因氧气气氛下的热处理而被氧化，或者因陶瓷涂膜的热处理温度为高温，则基材可能会熔化或变形，并且可能会由于涂膜和基材之间的热膨胀差异而发生剥离。

15、另一方面，在韩国专利公开第10-2019-0122753号(公开日：2019年10月30日)中，公开了如下内容：为了将稀土类氟化物着色为白色、灰色至黑色，用包含碳或钛或钼的热喷涂用粉末，在钇元素的氟化物和/或钇元素的氧的氟化物上形成热喷涂层，l*a*b*色度显示l*为25至64或者25至91，a*为-3.0至+5.0，b*为-6.0至+8.0的白色或灰色至黑色。

16、然而，对于所述现有技术文献而言，普遍使显示白色的稀土类氟化物在热喷涂过程中不变色，或者仅调节亮度来着色为灰色至黑色，而无法调节颜色，故在所显示颜色的均匀性方面存在局限性。

17、因此，本发明解决了这种问题，即本发明的目的在于，提供一种新型组成的热喷涂用粉末和热喷涂层，不仅能够抑制在热喷涂层上形成黑色斑点和变色为黑色，还能够调节涂膜的颜色，并且以高密度形成而机械物性优异。

18、现有技术文献

19、专利文献

20、专利文献0001：现有技术文献(001)韩国公开专利第10-2020-0120537号(公开日：2020年10月21日)

21、专利文献0002：现有技术文献(002)韩国授权专利第10-2266656号(授权日：2021年6月14日)

22、专利文献0003：现有技术文献(003)韩国公开专利第10-2019-0122753号(公开日：2019年10月30日)

技术实现思路

1、要解决的技术问题

2、为了解决这种问题，本发明所解决的技术问题在于，提供一种热喷涂用钇基粉末，通过在钇基化合物中包含最佳含量的氧化物添加剂sio2，从而不仅抑制钇基化合物因等离子热喷涂涂布而形成黑色斑点或者颜色变为黑色，而且既调节热喷涂层的颜色又提高机械物性。

3、并且，本发明所解决的技术问题在于，提供一种通过热喷涂所述热喷涂用钇基粉末而形成的热喷涂层。

4、用于解决技术问题的技术手段

5、为了解决上述问题，本发明提供一种热喷涂钇基粉末，其特征在于，在钇基化合物的基础上，氧化物添加剂sio2的含量为30重量％以下。

6、作为一实施例，所述钇基化合物可以是选自y2o3、yof、yf3、y4al2o9、y3al5o12和yalo3中的任意一种。

7、并且，本发明提供一种通过热喷涂所述热喷涂用钇基粉末而形成于基材上的钇基热喷涂层。

8、作为一实施例，对于所述热喷涂层而言，作为表色系(cielab)的色度显示，l值可以为50至95，a值可以为-5.0至10，b值可以为-1至20。

9、作为一实施例，所述热喷涂层的光致发光(photolumine-scence，pl)峰可以在380nm至440nm和780nm至840nm处显示。

10、作为一实施例，所述热喷涂层的xrd峰的2θ和标准峰的2θ之间的差值可以是-0.10至0.10。

11、作为一实施例，所述热喷涂层的多孔率小于1％，硬度可以是500hv至700hv。

12、作为一实施例，所述热喷涂可以在与基材相间隔50mm至400mm处进行等离子热喷涂。

13、发明效果

14、对于通过热喷涂本发明的热喷涂用钇基粉末而形成的涂膜而言，不仅能够调节包括亮度的颜色，还以高密度形成，从而具有充分的机械物性。