KR101149350B1 - 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재 및 이의 제조방법 - Google Patents

이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

다공질 세라믹 소재를 이용한 진공척 소재에 관한 것으로서, 진공척 소재는 높은 통기성을 가지고 있어야 하며, 이는 조대한 열린 기공구조를 통하여 이룰 수 있다. 그러나 진공척의 정밀도 및 피흡착물의 변형을 억제하기 위해서는 진공척 소재의 기공구조 미세화가 필요하지만, 기공구조의 미세화는 통기도의 저하를 유발한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 미세구조를 기공 크기별로 조대한 부분과 미세한 부분으로 이층구조화 하였다. 특히 미세 기공 구조층을 셀룰라 기공 구조로 제조함으로써 통기도의 저하를 최소화할 수 있는 미세구조를 만들 수 있다. 즉 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재는, 다수 미세기공을 구비하여 셀룰라 기공구조를 가지는 흡착층과, 상기 흡착층보다 큰 조대기공을 갖는 서포터층을 포함하여 구성되며, 상기 미세기공과 조대기공은 서로 연통하는 것을 특징으로 한다.

Description

이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재 및 이의 제조방법 {The porous ceramics materials with double-layered pore structure for vacuum chuck and method for manufacturing the same}
본 발명은 서포터층과 흡착층이 서로 다른 기공 크기를 가짐과 동시에 연통하도록 구성하여 흡착 성능이 향상되도록 한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
진공척은 반도체 PDP 또는 LCD의 제조에 사용되는 웨이퍼(wafer)나 평판 유리, 전자기판, 필름 등의 피흡착물을 각각의 공정에서 가공 또는 이송하거나 지지함으로써, 피흡착물에 손상을 주지 않고 적정 위치로 제어할 수 있게 하는 구성이다.
이와 같이 피흡착물들이 얇고 정밀하기 때문에 일반적인 기계적인 척(chuck)으로는 고정이 불가능하며, 상기와 같이 다공질 세라믹스(porous ceramic)로 이루어진 진공척(Vacuum chuck)을 사용해야한다.
즉 다공성 세라믹소재의 진공척은 진공 펌프의 힘을 이용하여 열린 기공(open pore)에 공기를 흡입하여 피흡착물을 고정하는 방식이다.
다공질 세라믹을 사용하는 진공척은 반도체 제조 시 여러 공정에서 사용된다. 웨이퍼와 필름을 부착해 주는 마운트척(mount chuck)에서부터 웨이퍼를 회전시키거나 세척 시 사용하는 스피너척(spinner chuck), 웨이퍼를 절단할 때 고정해 주는 다이싱척(dicing chuck), 웨이퍼 연마 시 사용하는 백그라인딩척(back grinding chuck)과 리소그라피척(lithography chuck)등이 있다.
척의 평탄도 관점에서 보면 마운트척이나 스피너척은 10㎛정도의 평탄도(flatness)를 요구하며, 다이싱척은 크기에 따라 2~5㎛ 정도의 정밀도를 요구한다. 그리고 백그라인딩척과 리소그라피척은 2㎛ 이하의 매우 정밀한 평탄도를 요구한다.
진공척의 정밀도는 웨이퍼의 정밀도와 같이 다루어져야 한다. 최근의 웨이퍼 크기의 추세는 300㎜ 이상으로 대형화가 이루어져 있어, 더욱 집적된 제품군을 생산하기 위해서는 정밀화가 이루어져야 한다.
예컨대 현재 사용되는 8인치 웨이퍼의 경우 최초 약 1.2㎜의 두께로 슬라이스 된 후에 모따기나 평탄가공 경면가공 등이 이루어진다. 이렇게 전체 두께의 절반 정도가 가공되어 버려지고, 집적회로가 웨이퍼 표면에 형성된 후에 200~300㎛까지 이면 연삭된다. 이것은 반도체 칩으로서 기능상 필요한 두께가 표면의 수 ㎛ 정도이기 때문이다.
최근에는 진공척과 관련된 분야 중 진공척에 사용되는 세라믹 재질 자체의 종류와 입도에 관련된 연구가 진행되었다. 산업체에서는 더욱 다양한 종류와 큰 직경의 웨이퍼에 적합한 진공척을 제작하는데 관심을 갖고 있으며, 더욱 정밀한 가공 방법에 대한 연구가 지속되고 있다.
상기와 같은 다양한 분야에 사용되는 진공척 소재는 높은 통기성을 가지고 있어야 하며, 이는 조대한 열린 기공구조를 통하여 이룰 수 있다. 또한, 최근에는 진공척의 정밀도를 향상시키고, 피흡착물의 표면에서 변형을 억제하기 위한 요구가 있으며, 이는 진공척 소재의 기공구조를 정밀하게 즉, 미세화함으로써 이와 같은 목적을 달성할 수 있을 것이다.
그러므로 고급의 진공척 소재를 제조하기 위해서는 평균 기공 크기를 작게 함으로써, 표면의 거칠기를 최소화하여 정밀한 기공 구조를 형성하는 것이 매우 중요하나, 기공 크기를 작게 조절하는 경우 열전도도가 낮아지고, 통기도가 급격하게 저하되는 문제점 등이 발생한다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서포터층과 흡착층이 서로 다른 기공 크기를 가짐과 동시에 연통하도록 구성하여 열전도도를 유지하면서 흡착 성능이 향상되도록 한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 흡착층이 셀룰라 기공구조를 갖도록 함으로써 통기도의 저하를 최소화하며, 표면의 거칠기를 최소화하여 정밀도가 향상되도록 한 이층기공구조를 가지는 진공척용 세라믹 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재는, 다수 미세기공을 구비하는 흡착층과, 상기 흡착층보다 큰 조대기공을 갖는 서포터층을 포함하여 구성되며, 상기 미세기공과 조대기공은 서로 연통하는 것을 특징으로 한다.
다수의 미세기공은 셀룰라 형태의 구형 기공구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 흡착층은 서포터층의 일면에 스핀코팅(spin-coating), 가압캐스팅(pressure casting), 슬립캐스팅(slip casting), 딥코팅(dip-coating) 공정 중 어느 하나의 공정으로 형성됨을 특징으로 한다.
상기 흡착층은 0.1 내지 5.0㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 미세기공은, 구형의 기공형성제가 제거되어 형성된 것임을 특징으로 한다.
상기 서포터층은 20 내지 50%의 기공율을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 흡착층은 SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y2O3-Al2O3 중 어느 하나로 형성됨을 특징으로 한다.
상기 미세기공은 5 내지 50㎛ 의 내경을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재의 제조방법은, 원료 분말과, 유기바인더를 준비하는 재료준비단계와, 상기 재료가 혼합된 혼합물에 유기바인더를 첨가한 후 과립분말을 제조하는 분말제조단계와, 상기 과립분말을 가압하여 예비서포터를 제조하는 제1성형단계와, 상기 예비서포터를 가열하여 조대기공을 가지는 서포터층을 제조하는 서포터제조단계와, 상기 서포터층의 일면에 미세 기공을 구현하기 위한 슬러리를 도포하는 슬러리도포단계와, 상기 슬러리를 가열하여 미세기공을 가지는 흡착층을 형성하는 제2성형단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 재료준비단계의 분말은, SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y2O3-Al2O3 등으로 구성되며, 서로 상이한 입경을 가지는 흡착층용분말과, 서포터용분말을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 서포터제조단계는, 상기 예비서포터를 가열하여 탈지하는 탈지과정과, 탈지된 예비서포터를 소결하는 소결과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 슬러리도포단계에서, 상기 슬러리에는 구형 기공형성제가 포함됨을 특징으로 한다.
본 발명에서는 서포터층과 흡착층이 서로 다른 기공 크기를 가짐과 동시에 연통하도록 구성하였으며, 흡착층은 셀룰라 기공 구조를 갖도록 하였다.
따라서, 열전도도를 유지하면서 통기도의 저하를 최소화할 수 있게 되어 흡착 성능이 향상되는 이점이 있다.
또한, 표면의 거칠기를 최소화하여 정밀한 고급 흡착층 소재를 제조할 수 있으며, 흡착시 발생할 수 있는 응력 집중현상을 억제함으로써 사용편의성이 향상되는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 구성을 보인 개요도.
도 2 는 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3 은 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 제조방법에서 일 단계인 서포터제조단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도.
도 4 는 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재에서 일 구성인 서포터층의 SEM 사진.
도 5 는 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재에서 일 구성인 흡착층의 일 실시예의 SEM 사진.
도 6 은 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재에서 일 구성인 흡착층의 다른 실시예의 SEM 사진.
도 7 은 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 다양한 실시예의 통기도 측정 결과를 나타낸 그래프.
이하 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재(이하 '다공성 세라믹 소재'라 칭함)의 구성을 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 구성을 보인 개요도가 도시되어 있다.
이들 도면과 같이, 다공성 세라믹 소재(100)는, 다수 미세기공(122)을 구비하는 흡착층(120)과, 상기 흡착층(120)보다 큰 조대기공(142)을 갖는 서포터층(140)을 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 흡착층(120)의 미세기공(122)과 서포터층(140)의 조대기공(142)은 서로 상이한 기공 크기를 가지며, 첨부된 도면과 같이 미세기공(122)과 조대기공(142)은 서로 연통되도록 구성된다.
그리고, 상기 미세기공(122)은 상기 미세기공(122)은 5 내지 50㎛ 의 내경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 흡착층(120)은 서포터층(140)의 일면에 스핀코팅(spin-coating) 또는 딥코팅(dip-coating) 공정으로 형성된 것으로, 0.1 내지 5.0㎜의 두께를 갖도록 구성된다.
그리고, 상기 흡착층(120)은 구형의 기공형성제가 선택적으로 첨가되어 다양한 형상의 미세기공(122) 형상을 갖게 된다.
즉, 첨부된 도 1의 (a)는 기공형성제를 첨가하지 않고 형성한 흡착층(120)이며, 도 1의 (b)는 구형의 기공형성제를 첨가한 후 제거하여 구형의 미세기공(122)이 형성되도록 한 흡착층(120)을 나타낸다.
그리고, 상기 흡착층(120)과 서포터층(140)은 서로 다른 평균 입경을 갖는 재료로 제조된다.
즉, 상기 흡착층(120)과 서포터층(140)은 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 탄화지르코늄, 탄화텅스텐, 알루미나, 코디어라이트(Cordierite), 뮬라이트(Mullite) 등 다양하게 실시할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는, 높은 열전도도를 가지며 동시에 염산, 질산, 황산, 불화수소산, 수산화나트륨 등에 대한 내약품성이 우수한 탄화규소(SiC)가 적용됨이 바람직하다.
또한 다공질 세라믹스로써 탄화규소를 이용할 경우 연마 시에 발생하는 마찰열을 경감시킬 수 있다. 그리고 상술한 세라믹스에 금속 규소를 배합한 규소 함유 세라믹스도 이용될 수 있다.
또한, 상기 다공성 세라믹 소재(100)는 50W/mK 이상의 열전도도를 갖는다. 보다 구체적으로는, 예컨대 반도체 웨이퍼에 연마 가공을 행한다면 상기 다공성 소재가 고온이 되기 쉽기 때문에 냉매에 의해 냉각을 행하는 경우가 있지만 이 냉매에 의한 냉각 효과를 향상시키기 위해서는 열전도도가 높은 재료가 바람직하기 때문이다.
또한 다공성 세라믹 소재(100)의 두께는 연마 연삭용 진공척을 구성하는 재료의 열전도율이나 신장 탄성률을 고려해야하며, 탄화규소(SiC)인 경우 5-60㎜가 바람직하다.
즉, 다공성 세라믹 소재(100)의 두께가 5㎜ 미만일 경우, 흡착 공정시 흡착층(120)이 다공성 세라믹 소재(100)의 휘어짐이 발생하기 쉽고, 강도가 저하되어 파손되기 쉬어진다. 한편, 다공성 세라믹 소재(100)의 두께가 60㎜를 넘으면 중량이 늘고 연삭 연마용 진공척의 대형화를 초래한다. 따라서, 상기 다공성 세라믹 소재(100)는 5 내지 60㎜의 두께를 갖도록 형성됨이 바람직하다.
상기 다공성 세라믹 소재(100)는 20-50%의 기공율을 갖는 것이 바람직하다. 기공율이 20% 미만이면 피흡착체의 흡입력이 약해지고, 연마할 때 반도체 웨이퍼 등의 피흡착제가 이동하거나 벗겨진다.
한편 기공율이 50%를 넘는다면 다공성 세라믹 소재(100)의 강도가 저하되어 파괴되기 쉽고 그것을 방지하기 위해서는 다공성 세라믹 소재(100)의 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 되며, 진공척의 대형화를 야기하여 제조 비용이 증가하게 된다.
따라서, 상기 다공성 세라믹 소재(100)는 20 내지 50%의 기공율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 서포터층(140)은 본 발명의 실시예에서 10 내지 40㎛의 평균 기공 지름이 바람직하며, 평균 입경 30 내지 70㎛의 세라믹 분말을 원료로 사용함이 바람직하다.
이러한 이유는, 평균 입경이 클수록 열전도율이 높아지고 비교적 조대한 기공을 형성하여 통기도를 증가시키기가 쉽기 때문이다.
이하 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 다공성 세라믹 소재(100)를 제조하는 방법을 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 제조방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 제조방법에서 일 단계인 서포터제조단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재(100)의 제조방법은, 원료분말과 유기바인더를 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 재료가 혼합된 혼합물에 유기바인더를 첨가한 후 과립분말을 제조하는 분말제조단계(S200)와, 상기 과립분말을 가압하여 예비서포터를 제조하는 제1성형단계(S300)와, 상기 예비서포터를 가열하여 조대기공(142)을 가지는 서포터층(140)을 제조하는 서포터제조단계(S400)와, 상기 서포터층(140)의 일면에 미세 기공을 구현하기 위한 슬러리를 도포하는 슬러리도포단계(S500)와, 상기 슬러리를 가열하여 미세기공(122)을 가지는 흡착층(120)을 형성하는 제2성형단계(S600)에 따라 실시된다.
상기 재료준비단계(S100)는 서포터층(140) 및 흡착층(120)을 제조하는데 사용되는 분말을 준비하는 과정으로, SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y2O3-Al2O3등으로 구성되며, 서로 상이한 입경을 가지는 흡착층용분말과, 서포터용분말을 준비하게 된다.
즉, 상기 서포터용분말은 평균 입경 30 내지 70㎛의 분말이 적용되고, 상기 흡착층용분말은 서포터용분말보다 상대적으로 작은 입경의 분말이 준비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 재료준비단계(S100)에서는 유기바인더가 준비된다. 본 발명의 실시예에서 상기 유기바인더는 메틸셀룰로우즈가 적용되었으나, 다양하게 변경 적용 가능하다.
상기 재료준비단계(S100) 이후에는 분말제조단계(S200)가 실시된다. 상기 분말제조단계(S200)는, 상기한 서포터용 분말을 습식으로 혼합하고 얻어진 혼합물에 대하여 유기바인더를 첨가하고 스프레이 드라이를 실시하여 과립상의 분말을 얻는 과정이다.
상기 분말제조단계(S200) 이후에는 제1성형단계(S300)가 실시된다. 상기 제1성형단계(S300)는 분말제조단계(S200)에서 제조된 과립상의 분말을 가압하여 예비서포터를 제조하는 과정으로 냉간정수압(CIP) 공정을 이용하였으며, 상세한 설명은 아래의 실시예에서 하기로 한다.
상기 제1성형단계(S300) 이후에는 서포터제조단계(S400)가 실시된다. 상기 서포터제조단계(S400)는, 예비서포트를 가열하여 서포터층(140)을 완성하는 과정으로, 두 개의 과정을 순차적으로 실시하게 된다.
즉, 상기 서포터제조단계(S400)는, 상기 예비서포터를 가열하여 탈지하는 탈지과정(S420)과, 탈지된 예비서포터를 소결하는 소결과정(S420)으로 이루어진다.
상기 탈지과정은 예비서포터를 탈지로(도시되지 않음)에 장입하여 아르곤가스 분위기 하에서 가열하여 탈지하는 과정이며, 상기 소결과정은 탈지된 예비서포터층(140)을 가열하여 소성하는 과정이다.
상기 서포터제조단계(S400) 이후에는 슬러리도포단계(S500)가 실시된다. 상기 슬러리도포단계(S500)는 서포터층(140) 상면에 흡착층(120) 형성을 위한 슬러리를 도포하는 과정으로, 상기 슬러리는 흡착층용분말을 첨가하여 제조한 슬러리를 슬립캐스팅(Slip casting), 가압캐스팅(pressure casting) 딥코팅(Dip coating), 스핀코팅(Spin coating) 등의 공정을 이용하여 서포터층(140) 상면에 도포하는 과정이다.
그리고, 상기 슬러리도포단계(S500)는 실시되는 시간 및 횟수에 의해 흡착층(120)의 두께 조절이 가능하다.
상기 슬러리도포단계(S500) 이후에는 제2성형단계(S600)가 실시된다. 상기 제2성형단계(S600)는 서포터층(140) 상면에 도포된 슬러리에 열을 가하여 소성시킴으로써 흡착층(120)을 형성하는 과정이다.
한편, 서포터제조단계(S400) 후에 흡착층(120)을 형성하기에 적정한 표면 거칠기를 가지도록 600-1200 mesh로 가공을 하는 1차 연마 공정이 추가될 필요가 있다. 이것은 서포터층(140)의 거칠기를 조절하여 향후 건전한 흡착층(120)을 제조하기 위하여 필요하다.
또한 필요에 따라 제2성형단계(S600)후에 흡착층(120) 두께를 조절하거나, 표면의 정밀도를 증가시키기 위한 최종 연마단계가 필요하다. 이는 정량적으로 측정하기가 어렵기 때문에 서포터(support)층(120)의 두께를 미리 확인하는 것이 중요하며, 또한 정해진 코팅 공정시 슬러리 점도 변화 및 코팅 횟수에 따라서 후막 두께를 유추할 수 있어야 최종 후막 조직을 체계적으로 조절할 수 있다.
공정에 따라서 변화가 있을 수는 있지만 통상적으로 최종 연마 공정을 거치기 전에 금속 또는 세라믹으로 이루어진 서포트척(support chuck)에 접착시킨 후 동시에 최종 연마를 하는 것이 적합하다.
이하에서는 본 발명에 의한 제조방법을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
[실시예1]
서포터층(140)을 제조하기 위한 원료분말로는 SiC (65㎛), Si (47㎛), B를 사용하였으며, 가소제로 PEG를 사용하였다. 측량된 원료분말과 가소제를 습식으로 혼합하였고 용매는 증류수를 사용하였다.
원료 혼합 시 분말과 볼의 부피비는 1:4였으며, 증류수는 광우병 (폴리프로필렌)에 가득 채워서 시행하였다.
각각의 원료 조합비는 SiC 68.6%, Si 29.2%, C 0.2%, B 2.0%등을 사용하였으며, PEG를 분자량별로 각각 2.0wt%씩 총 6.0wt%를 분말대비 첨가하였다.
혼합은 2시간 동안 하였고 evaporator를 사용하여 물을 증발시켜 건조된 분말을 얻었다. 그 후에 직경 6인치의 성형 몰드(mould)에 냉간정수압(CIP)공정을 이용하여 성형체를 제조하였다.
소결은 아르곤 분위기에서 승온/하강 속도 5℃/min, 1300 ℃ 유지 3 시간, 최대 열처리 온도 1700 ℃에서 각각 1 시간과 3 시간 동안 열처리를 실시하였다. 밀도 특성을 확인하기 위하여, 열처리한 시편을 각각 1) 저울과 버니어 캘리퍼스를 사용하여 측정하고, 2) 수은 함침법을 이용한 porosimeter (AutoPore IV Series, USA)를 사용하여 측정하였다.
기공의 분포는 수은 함침법을 이용한 porosimeter를 사용하였고, 파단면 및 기공 구조는 SEM (JSM-5800, JEOL)을 사용하여 측정하였다. 통기도 특성은 Capillary Flow Porometer (CFP-1200-AEL, PMI)를 사용하여 측정하였다.
이와 같이 제조된 서포터층(140)은 600mesh로 연마 한 후, 연마면 위에 슬러리를 이용하여 spin coating 하였다. 이때 슬러리는 평균입도 7㎛ 크기의 SiC 분말과 평균입도 5㎛ 크기의 Si 분말을 사용하였다.
이때 spin coating 층의 두께는 spin coating을 실시한 횟수가 증가함에 따라 두께가 증하였다. 5차례에 걸쳐서 spin coating 한 결과 약 150㎛의 코팅층을 얻을 수 있었다.
[실시예2]
실시예 1과 동일한 방법으로 서포터층(140)을 제조 및 1차 연마를 실시하였다. 이와 같이 제조된 서포터층(140) 위에 spin coating을 하기 위한 슬러리의 제조 시 구형의 기공 형성제를 혼합하였다.
이때 슬러리의 원료 분말은 평균입도 0.5㎛ 크기의 SiC 분말과 평균입도 1.2㎛ 크기의 Si 분말을 사용하였으며 기공형성제는 최종 소성 후 50부피 분율이 되도록 조절한다.
슬러리의 농도 및 딥코팅 횟수에 따라서 흡착층(120)의 두께를 조절할 수 있었다. 이와 같은 공정을 이용하여 흡착층(120)의 두께를 충분히 조절한 후에 최종적으로 흡착층(120)의 두께가 0.1-5.0㎜가 되도록 1200mesh로 이차 연삭을 실시함으로써 최종 진공척 소재(100)를 제조할 수 있다.
[실시예3]
실시예 1과 동일한 방법으로 서포터층(140)을 제조하고 1차 연마를 실시하였다. 이와 같이 제조된 서포터층(140) 위에 딥코팅(dip-coating) 공정을 이용하여 흡착층(120)을 제조하였다. 이때 슬러리는 평균입도 7㎛ 크기의 SiC 분말과 평균입도 5㎛ 크기의 Si 분말을 사용하였으며, 슬러리의 농도 및 딥코팅 횟수에 따라서 흡착층(120)의 두께를 조절할 수 있었다.
이와 같은 공정을 이용하여 흡착층(120)의 두께를 충분히 조절한 후에 최종적으로 흡착층(120)의 두께가 0.1-5.0㎜가 되도록 1200mesh로 이차 연삭을 실시함으로서 최종 진공척 소재(100)를 제조할 수 있다.
[실시예4]
실시예 1과 동일한 방법으로 서포터층(140)을 제조한 후 1차 연마를 실시하였다. 이와 같이 제조된 서포터층(140) 위에 딥코팅(dip-coating) 공정을 이용하여 흡착층(120)을 제조하였다.
이때 슬러리는 평균입도 0.5㎛ 크기의 SiC 분말과 평균입도 1.2㎛ 크기의 Si 분말을 사용하였으며, 슬러리의 농도 및 딥코팅 횟수에 따라서 흡착층(120)의 두께를 조절할 수 있었다.
흡착층(120)을 제조하기 위한 슬러리 제조 시 흡착층(120)에 기공을 10㎛크기의 구형 PMMA 입자를 50vol% 혼합함으로써 통기도를 향상시켰다. 이와 같은 공정을 이용하여 흡착층(120)의 두께를 충분히 조절한 후에 최종적으로 흡착층(120)의 두께가 0.1-5.0㎜가 되도록 1200mesh로 이차 연삭을 실시함으로써 최종 진공척 소재(100)를 제조할 수 있다.
[실시예5]
실시예 1과 동일한 방법으로 서포터층(140)을 제조한 후 및 1차 연마를 실시하여 도 4와 같은 서포터층(140)을 제조하였다. 상기와 같이 서포터층(140) 위에 딥코팅(dip-coating) 공정을 이용하여 각각의 조건에서 흡착층(120)을 제조하였을 경우 미세구조는 도 5 및 도 6과 같다.
즉 도 5는 기공 형성제를 첨가하지 않고 중간 크기의 SiC 분말을 이용하여 제조된 흡착층(120)의 미세구조를 나타낸 것이며, 도 6은 미세 SiC 분말을 이용하되, 구형의 기공형성제를 첨가하여 형성된 흡착층(120)의 미세구조를 나타낸 것이다.
진공척 소재(100)로써 사용하기 위하여 가장 중요한 특성인 통기도 특성 평과 결과는 도 7과 같다.
도 7은 본 발명에 의한 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공질 세라믹 소재의 다양한 실시예의 통기도 측정 결과를 나타낸 그래프로서, 보다 구체적으로는 case 1는 서포터층(140)을 단독 측정한 결과이며, case 2는 기공형성제가 포함된 흡착층(120)을 포함한 이층기공구조 측정결과이다.
그리고, case 3은 기공형성제가 포함되지 않은 흡착층(120)을 포함한 이층 기공구조 측정결과이며, case 4는 흡착층(120) 소재 단독 측정이다.
본 측정 결과에 따르면, 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재 소재는 통기도의 손실이 거의 없는 우수한 결과를 보여 주고 있으며, 특히 셀룰라형 기공이 형성된 경우 우수한 통기도 특성을 보여 주고 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
100. 다공성 세라믹 소재 120. 흡착층
122. 미세기공 140. 서포터층
142. 조대기공 S100. 재료준비단계
S200. 분말제조단계 S300. 제1성형단계
S400. 서포터제조단계 S420. 탈지과정
S440. 소결과정 S500. 슬러리도포단계
S600. 제2성형단계

Claims (12)

  1. 흡착층 제조용 원료분말과 구형 기공형성제를 포함하는 슬러리를 소성하여 흡착층 제조용 원료분말 사이에 형성된 미세기공과 구형 기공형성제가 제거되어 형성된 구형의 미세기공이 서로 연통하는 이층기공구조를 가지는 흡착층과,
    상기 흡착층 제조용 원료분말보다 큰 평균입경을 가지는 서포터 제조용 원료분말을 포함하는 슬러리를 소성하여 조대기공이 형성된 서포터층을 포함하여 구성되며,
    상기 흡착층 제조용 원료분말 사이에 형성된 미세기공과 구형의 미세기공 및 조대기공은 서로 연통하는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공척용 다공성 세라믹 소재는,
    20 ~ 50%의 기공율을 갖는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 흡착층은 서포터층의 일면에 스핀코팅(spin-coating), 가압캐스팅(pressure casting), 슬립캐스팅(slip casting), 딥코팅(dip-coating) 공정 중 어느 하나의 공정으로 형성됨을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착층은 0.1 내지 5.0㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 서포터 제조용 원료분말은 30 ~ 70㎛의 평균입경을 가지는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 진공척용 다공성 세라믹 소재는,
    50W/mK 이상의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 흡착층은 SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y2O3-Al2O3 중 어느 하나로 형성됨을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 미세기공은 5 내지 50㎛ 의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재.
  9. 흡착층과 서포터를 제조하기 위한 원료분말과 유기바인더를 준비하는 재료준비단계와, 상기 서포터 제조용 원료분말을 습식 혼합한 혼합물에 유기바인더를 첨가한 후 건조시켜 과립분말을 제조하는 분말제조단계와, 상기 과립분말을 냉간정수압(CIP)공정으로 가압하여 예비서포터를 제조하는 제1성형단계와, 상기 예비서포터를 가열하여 조대기공을 가지는 서포터층을 제조하는 서포터제조단계와, 상기 서포터층의 일면에 흡착층 제조용 원료분말과 구형 기공형성제를 포함하는 슬러리를 도포하는 슬러리도포단계와, 상기 슬러리를 가열하여 미세기공을 가지는 흡착층을 형성하는 제2성형단계로 이루어지며,
    상기 제2성형단계는,
    상기 흡착층 제조용 원료분말 사이에 형성된 미세기공과, 구형 기공형성제가 제거되어 형성된 구형의 미세기공을 서로 연통시켜 이층기공구조를 형성하는 과정임을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 재료준비단계에서,
    서포터 제조용 원료분말과 흡착층 제조용 원료분말은 SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y2O3-Al2O3중 하나 이상을 포함하여 구성되며, 서로 상이한 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 서포터제조단계는,
    상기 예비서포터를 가열하여 탈지하는 탈지과정과,
    탈지된 예비서포터를 소결하는 소결과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 슬러리도포단계는,
    스핀코팅(spin-coating), 가압캐스팅(pressure casting), 슬립캐스팅(slip casting), 딥코팅(dip-coating) 공정 중 어느 하나의 공정을 실시하여 상기 서포터층의 일면에 흡착층 제조용 원료분말과 구형 기공형성제를 포함하는 슬러리를 도포하는 과정임을 특징으로 하는 이층기공구조를 가지는 진공척용 다공성 세라믹 소재의 제조방법.
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