반도체 공정이 미세화되고 복잡해질수록 장비 부품의 내구성과 공정 안정성을 유지하는 기술의 중요성 또한 높아지고 있습니다. 특히 플라즈마와 같은 극한의 환경에서 부품 표면을 보호하기 위한 대표적인 기술 중 하나가 바로 Thermal Spray Coating, 즉 ‘용사(溶射) 코팅’입니다. 용사 코팅은 말 그대로 열을 이용하여 코팅 재료를 용융한 후, 초고속으로 부품 표면에 분사하여 견고하고 치밀한 보호막을 형성하는 기술입니다.
해당 기술은 열원에 따라 다음과 같은 방식으로 구분됩니다.
- APS (Atmospheric Plasma Spray) ─ 플라즈마 열원을 사용하는 방식
- Arc Spray ─ 전극 사이의 방전(아크)을 열원으로 사용하는 방식
- HVOF (High Velocity Oxy-Fuel Spraying) ─ 연료와 산소의 고온 연소 화염을 열원으로 사용하는 방식
- Flame Spraying ─ 연료가스와 산소의 일반 화염을 열원으로 사용하는 방식
이번 글에서는 APS 코팅에 초점을 맞춰, 그 기술적 정의와 더불어 반도체 Etch 공정에서의 APS-Al₂O₃에서 APS-Y₂O₃로의 소재 전환 배경에 대해 살펴보겠습니다.
■ APS 코팅이란?
APS(Atmospheric Plasma Spray)는 말 그대로 '공기 중에서 플라즈마를 이용해 분말을 분사하는' 방식의 코팅 기술로, 플라즈마 토치를 통해 아르곤(Ar), 수소(H₂), 헬륨(He) 등의 가스를 전기 에너지로 이온화해 10,000°C 이상의 고온 플라즈마 불꽃을 생성합니다. 여기에 세라믹 분말을 주입하면 입자가 순식간에 용융되고, 초속 수백 미터의 속도로 기판에 충돌·응착하여 코팅층을 형성하게 됩니다.
이러한 과정을 수백 차례 반복하면 수 μm 단위의 층이 적층되며, 최종적으로 100~300 μm 두께의 치밀하고 견고한 세라믹막이 완성됩니다. APS 코팅은 특히 반도체 Etching(식각) 공정처럼 플라즈마 및 고온 화학 환경이 반복되는 조건에서, 장비 내벽과 핵심 부품의 침식을 방지하고 수명을 연장하는 데 필수적인 기술입니다.
반도체 Etching 공정에서 사용되는 플루오린(F⁻), 산소(O), 염소(Cl⁻) 기반의 고반응성 플라즈마는 부품에 심각한 화학적 손상을 유발합니다. 이러한 상황에서 APS 세라믹 코팅의 '내플라즈마성 특화 기능'은 장비의 내구성과 공정 수율을 좌우하는 가장 핵심적인 기술 요소로 작용합니다. APS 기술은 초고온 플라즈마를 이용해 세라믹 분말을 완전 용융시켜 극도로 치밀하고 균일한 절연 코팅층을 형성하며, 이로 인해 플라즈마와 장시간 접촉하더라도 침식되지 않고 화학적·물리적 안정성을 유지할 수 있습니다.
또한, APS 코팅은 플라즈마 이온에 의한 화학적 침식, 재결합 반응, Sputtering 현상을 효과적으로 차단함으로써, 장시간 공정에서도 성능 저하 없이 안정적인 보호 효과를 유지합니다. 이는 곧 파티클 발생 억제, 장비 Seasoning 시간 단축, 공정 균일도 향상 등의 효과로 이어지며, 웨이퍼 수율 개선과 장비 가동률 향상에 기여합니다.
코미코는 이러한 APS 기술의 장점을 바탕으로, 내플라즈마 성능을 한층 더 강화한 UC2™, FineCera™, SF™ 등 차세대 APS 기술을 개발하여 고난이도 반도체 공정에서도 탁월한 장비 보호 성능을 실현하고 있습니다.
■ APS-Al₂O₃ : 내식성, 내마모성, 절연성, 열적 안정성에서 우수한 특성
Al₂O₃는 알루미늄과 산소로 이루어진 세라믹으로, 내식성, 내마모성, 절연성, 열적 안정성에서 우수한 특성을 지닌 소재입니다. 특히 복잡한 형상의 장비 부품에도 치밀하고 두꺼운 알루미나 층을 균일하게 형성할 수 있어 Etch 공정 환경에 매우 적합합니다.
APS-Al₂O₃ 코팅의 주요 장점으로는 다음과 같습니다.
| 구분 | 설명 |
| 우수한 플라즈마 내식성 | F, Cl 기반 플라즈마에 대한 화학적 안정성 확보. 부품 침식 속도 감소 및 수명 연장 |
| 파티클 발생 최소화 | 고밀도·저공극률 코팅층이 스퍼터링 억제 → 웨이퍼 수율 향상 |
| 우수한 절연 특성 | 뛰어난 전기 절연성 → 전극 및 ESC, 링 부품의 누설 전류 방지 |
| 높은 경도 및 내마모성 | 경도 800~1200 HV 수준 → 기계적 마모에 강하고 챔버 내구성 향상 |
| 열적 안정성 및 균일한 막 두께 | 수십~수백 μm 두께의 균일한 코팅층 형성, 열 충격에도 크랙 없이 안정성 유지 |
| 비용 대비 효과 우수 | Y₂O₃, YF₃ 대비 원재료 비용 저렴 → 넓은 부품 적용 시 경제성 확보 및 유지보수 비용 절감 |
이와 같은 특성 덕분에 APS-Al₂O₃ 코팅은 다양한 반도체 장비 부품에 적용되며, 공정의 안정성과 부품 수명 향상에 크게 기여해왔습니다.
Al₂O₃는 비용 대비 성능이 뛰어난 소재로, 반도체 Etch 공정의 챔버 내부 구성품 보호를 위해 초기 반도체 산업에서 광범위하게 적용되었습니다. 특히 내열성, 전기 절연성, 경도 등 기본 물성이 우수하고, 플라즈마 내식성까지 갖추고 있어, 반도체 산업 분야 이외의 우주산업 / 항공 / 자동차 등 고신뢰성을 요구하는 산업 전반에서도 활발하게 활용되고 있습니다.
■ APS-Y₂O₃ : 높은 화학적 안정성, 낮은 침식률, 우수한 절연 특성
수 nm 이하의 초고집적 반도체 제조 공정이 빠르게 고도화됨에 따라, 장비와 소재 측면에서 다양한 기술적 Issue들이 새롭게 발생되고 있습니다. 이러한 산업적 Needs에 맞춰 APS-Y₂O₃는 높은 화학적 안정성, 낮은 침식률, 우수한 절연 특성을 기반으로 고난이도 식각 공정에서도 장비 보호와 공정 안정성을 동시에 만족시키고 있습니다.
APS-Y₂O₃의 장점은 다음과 같습니다.
| 구분 | 설명 |
| 플라즈마 내식성 극대화 | 플루오린계 플라즈마에 대해 탁월한 화학적 안정성 보유. 침식 속도가 Al₂O₃ 대비 현저히 낮음 |
| 파티클 발생 억제 | 고밀도 코팅층이 스퍼터링을 방지. Seasoning 이후에도 안정된 파티클 방출 특성 유지 |
| 높은 융해점 (2,425°C) | Etch 공정에서 반복되는 열 충격에도 균열이나 탈락 없이 안정적 구조 유지 |
| 전기 절연성 우수 | ESC, Focus Ring 등 고전압 부품의 절연 특성 확보에 최적 |
| 긴 장비 수명 및 유지보수 비용 절감 | 침식과 결함 감소로 부품 교체 주기 연장 및 TCO 절감 효과 |
APS-Al₂O₃는 우수한 절연성, 기계적 강도, 경제성 덕분에 오랜 기간 반도체 장비 보호용 코팅의 표준으로 자리해 왔습니다. 그러나 반도체 공정이 점점 더 미세화되고, 플라즈마의 에너지 밀도와 반응성이 높아지는 고난이도 환경이 일반화되면서, 탁월한 플라즈마 내식성과 안정성을 갖춘 Y₂O₃가 주목받기 시작했습니다. 그 결과, Y₂O₃는 내구성, 수율, 공정 안정성이라는 세 가지 핵심 요구를 충족시키며 Major APS 코팅 소재로 자리매김하고 있습니다.
소재의 선택은 장비의 보호와 공정 안정성을 위해 필수적인 요소이며, 반도체 기술의 고도화와 함께 끊임없이 진화하고 있습니다. 코미코는 이러한 변화의 중심에서, 축적된 경험과 기술력을 기반으로 한발 앞선 소재 개발과 적용을 통해 고객의 공정 경쟁력 향상에 기여하고 있습니다.
다음 내용에서는 코미코의 APS 코팅 중 고내식 프리미엄 코팅 기술들을 이어서 소개할 예정입니다. APS 기술이 어떻게 반도체 장비의 수명을 늘리고, 공정 수율을 개선하며, 궁극적으로는 고객사의 생산성에 기여하는지 그 해답을 함께 살펴보겠습니다.
<About KoMiCo>
KoMiCo는 1996년 국내 최초로 반도체 장비 부품의 세정 및 코팅 서비스를 사업화한 기업으로, 미국, 중국, 대만, 싱가포르 등 글로벌 거점을 기반으로 세계 유수 반도체 기업들로부터 품질을 인증받은 Global No.1 기업입니다.
KoMiCo는 세정·코팅 신기술을 바탕으로 기존 사업의 고도화는 물론, OEM 반도체 장비용 핵심 부품 개발과 시장 확대를 통해 사업 영역을 지속적으로 확장하고 있습니다. 앞으로도 고객의 생산성과 수율 향상에 기여하며, 반도체 장비 부품 분야의 글로벌 선도 기업으로 나아가겠습니다.
'Business' 카테고리의 다른 글
| [KoMiCo Lab] The Evolution of APS Ceramic Coatings: From Al₂O₃ to Y₂O₃ (0) | 2025.05.09 |
|---|---|
| 코미코, 'SEMICON KOREA 2025' 성황리 마무리 (0) | 2025.02.27 |
| [전시회 참가 안내] 2025 SEMICON KOREA 참가 안내 (0) | 2025.01.21 |
| SEDEX 2024 | 코미코, 반도체 대전 참가 (0) | 2024.10.25 |
| [전시회 참가 안내] 코미코 2024 SEDEX 반도체 대전 참가 (1) | 2024.10.21 |