KR101994178B1 - 세라믹 플레이트 제조 방법 - Google Patents

세라믹 플레이트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 플레이트 제조 방법에 관한 것으로서, AlN 파우더와 반응하지 않는 세라믹 소재 또는 메탈 소재의 환봉을 플레이트와 함께 소성한 후에 환봉을 제거함으로써 손 쉽게 열전대 삽입 홈을 형성할 수 있는 세라믹 플레이트 제조 방법에 관한 것이다. 이를 위해 세라믹 소재를 포함하는 파우더, 발열체, 및 환봉을 적층하여 함께 소결함으로써 환봉이 포함된 세라믹 플레이트를 제조하는 단계, 및 환봉을 제거함으로써 플레이트 내부에 열전대 삽입 가이드홈이 마련는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법이 개시된다.

Description

세라믹 플레이트 제조 방법{Manufacturing method for ceramic plate}
본 발명은 세라믹 플레이트 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 AlN 파우더와 반응하지 않는 세라믹 소재 또는 메탈 소재의 환봉을 플레이트와 함께 소성한 후에 환봉을 제거함으로써 손 쉽게 열전대 삽입 홈을 형성할 수 있는 세라믹 플레이트 제조 방법에 관한 것이다.
멀티 존 히터에 있어서 이너존 영역에 구비된 발열체의 온도를 측정하는 열전대 삽입 홈은 그 가공이 쉬운 반면 아우터존 영역에 구비된 발열체의 온도를 측정하는 열전대 삽입 홈은 플레이트가 AlN 소재로 소성되기 때문에 그 가공이 어렵다.
다만, 선행기술문헌인 KR 10-1357928에서는 열전대 통로가 형성되며, 열전대 통로는 세라믹 플레이트의 외주면으로부터 반경 방향을 따라 중심을 향하여 천공된 천공 구멍과 그 천공 구멍의 개구를 막는 캡으로 구성됨을 개시하고 있다. 그러나 플레이트의 외주면으로부터 중심방향을 향해 AlN 소재의 플레이트를 천공 가공하는 것은 상당히 어려운 문제이다. 따라서 아우터존 영역에 구비된 발열체의 온도를 측정하는 열전대 삽입 홈의 새로운 가공방법에 대한 도출이 필요한 실정이다.
KR 10-1357928 JP 5501467 JP 5791412 JP 2010-109346
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 바람직하게는 아우터존 영역에 구비된 발열체의 온도를 측정하는 열전대 삽입 홈을 용이하게 가공하는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열전대 삽입 홈을 따라 튜브가 구비됨으로써 열전대의 삽입을 더욱 용이하게 하는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 전술한 본 발명의 목적은, 세라믹 소재로 소성된 플레이트, 플레이트 내부에 마련되며, 전력공급에 따라 기판을 가열하는 저항 발열체, 및 플레이트 내부에 마련되며, 플레이트의 세라믹 소재와 함께 소결시에 서로 반응하지 않는 메탈 소재로 이루어지며, 열전대가 내측으로 삽입되는 열전대 삽입 가이드홈을 구비하는 튜브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 삽입 홈을 구비한 히터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 튜브부는 저항 발열체와 서로 대응되도록 플레이트 내에 이격 배치됨으로써 튜브부 내측으로 삽입되는 열전대에 의해 플레이트의 온도가 측정된다.
또한, 튜브부의 메탈 소재는 플레이트의 세라믹 소재와 비교하여 열팽창계수가 기 설정된 범위 이내인 것 중 적어도 어느 한 소재이다.
또한, 플레이트의 세라믹 소재는 AlN 소재를 포함하고, 튜브부의 메탈 소재는 텅스텐 또는 몰리브덴이다.
또한, 플레이트의 일측 단부면으로부터 기판 재치방향으로 가공 형성됨으로써 튜브부의 열전대 삽입 가이드홈과 서로 연통되는 센터 홈을 더 포함하며, 열전대는 센터 홈을 통해 튜브부의 열전대 삽입 가이드홈으로 삽입된다.
또한, 저항 발열체는 이너존 영역과 아우터존 영역으로 구분 배치되며, 센터 홈 및 튜브부는 이너존 영역과 아우터존 영역의 온도를 서로 구별하여 측정할 수 있도록 각각 형성 배치된다.
또한, 이너존의 센터 홈과 아우터존의 센터 홈은 각각 일정 거리 이격되면서 기판 재치방향으로 가공 형성되며, 이너존의 센터 홈은 이너존의 튜브부의 열전대 삽입 가이드홈과 서로 연통 형성되며, 아우터존의 센터 홈은 아우터존의 튜브부의 열전대 삽입 가이드홈과 서로 연통 형성된다.
또한, 이너존의 튜브부는 플레이트의 일측 외주면을 향하여 발열체와 대응되도록 배치되며, 아우터존의 튜브부는 플레이트의 타측 외주면을 향하여 발열체와 대응되도록 배치된다.
또한, 이너존의 튜브부는 아우터존의 튜브부보다 형성 길이가 더 짧다.
한편, 본 발명의 목적은 세라믹 소재로 소성된 플레이트, 플레이트 내측에 구비되며, 전력공급에 따라 기판을 가열하는 저항 발열체, 플레이트의 중앙영역으로부터 외주면 방향으로 연통 형성되는 열전대 삽입 가이드홈, 및 플레이트의 일측 단부면으로부터 기판 재치방향으로 가공 형성됨으로써 열전대 삽입 가이드홈의 중앙영역과 서로 연통되는 센터 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 삽입 홈을 구비한 히터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 열전대 삽입 가이드홈은 플레이트의 세라믹 소재와 함께 소결시에 서로 반응하지 않는 세라믹 소재 또는 메탈 소재의 환봉을 플레이트와 함께 소결 후에 제거함으로써 형성되며, 센터 홈은 플레이트를 가공하여 형성된다.
또한, 세라믹 소재는 보론 나이트라이드이고, 메탈 소재는 텅스텐 또는 몰리브덴이다.
한편, 본 발명의 목적은 세라믹 소재를 포함하는 파우더, 발열체, 및 환봉을 적층하여 함께 소결함으로써 환봉이 포함된 세라믹 플레이트를 제조하는 단계, 및 환봉을 제거함으로써 플레이트 내부에 열전대 삽입 가이드홈이 마련는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 환봉은 메탈 소재 또는 세라믹 소재로서 세라믹 소재를 포함하는 파우더와 함께 소결시에 서로 반응하지 않는 소재이다.
또한, 환봉의 메탈 소재는 텅스텐 또는 몰리브덴이다.
또한, 파우더에 포함되는 세라믹 소재는 AlN이고, 환봉의 세라믹 소재는 보론 나이트라이드이다.
또한, 열전대 삽입 가이드홈이 마련되는 단계는, 소결된 플레이트 내부에 마련된 환봉의 위치를 확인하는 단계, 플레이트에 측면 홈 또는 센터 홈을 가공 생성하는 단계, 측면 홈 또는 센터 홈을 통해 물리적 가공 또는 화학적 처리를 수행함으로써 환봉을 제거하는 단계, 및 환봉의 제거에 의해 열전대 삽입 가이드홈이 마련되는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 목적은 세라믹 소재를 포함하는 파우더, 발열체, 및 환봉이 내측으로 삽입된 튜브를 적층하여 함께 소결함으로써 환봉 및 튜브가 포함된 세라믹 플레이트를 제조하는 단계, 및 환봉을 제거함으로써 플레이트 내부에 환봉이 제거된 튜브가 마련되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 튜브 소재는 파우더에 포함되는 세라믹 소재와 비교하여 소결시 서로 반응하지 않으면서 열팽창계수가 기 설정된 범위 이내인 것 중 적어도 어느 한 소재이다.
또한, 환봉 소재는 보론 나이트라이드이고, 튜브 소재는 텅스텐 또는 몰리브덴이다.
또한, 세라믹 플레이틀 제조하는 단계는, 제1 AlN 파우더 위에 발열체를 적층하는 단계, 발열체 위해 제2 AlN 파우더를 적층하는 단계, 제2 AlN 파우더 위에 환봉 또는 환봉이 삽입된 튜브를 적층하는 단계, 및 환봉 또는 환봉이 삽입된 튜브 위에 제3 AlN 파우더를 적층하여 압력을 가하는 단계를 포함한다.
또한, 환봉이 제거된 튜브가 마련되는 단계는 소결된 플레이트 내부에 마련된 튜브의 위치를 확인하는 단계, 플레이트에 측면 홈 또는 센터 홈을 가공 생성하는 단계, 및 측면 홈 또는 센터 홈을 통해 물리적 가공을 수행함으로써 환봉이 제거되고 튜브만 남는 단계를 포함한다.
또한, 측면 홈을 생성한 경우에는 측면 조각편을 측면 홈에 접합 소결하는 단계를 더 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 아우터존 영역에 구비된 발열체의 온도를 측정하는 열전대 삽입 홈을 용이하게 가공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 열전대 삽입 홈을 따라 튜브가 구비됨으로써 열전대의 삽입을 더욱 용이할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티존 히터의 구성 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브부가 더 추가된 것을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트의 소결 단계를 순차적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 환봉이 포함된 플레이트를 전개한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 환봉을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 환봉이 삽입된 튜브가 포함된 플레이트를 전개한 도면이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 환봉이 삽입된 튜브를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 환봉을 제거하는 단계를 순차적으로 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트의 내부에 아우터존 환봉과 이너존 환봉이 플레이트와 함께 소성된 것을 도시한 도면이고,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트의 내부에 아우터존 튜브와 이너존 튜브가 플레이트와 함께 소성된 것을 도시한 도면이고,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 환봉의 제거방향을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
<멀티 존 히터의 구성 및 기능>
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 존 히터(10)는 반도체 웨이퍼 생산 공정 또는 디스플레이 생산 공정상에서 대상체를 가열할 때 사용된다. 대상체를 가열할 때 가열영역 전반에 걸쳐 균일한 온도를 제공하여야지만 생산 공정상에 불량률을 낮출 수 있다. 이에 따라 대상체를 균일하게 가열하도록 하는 방법이 다양하게 개발되고 있으나 본 발명에서는 이러한 방법들 중에 발열체를 이너존 영역과 아우터존 영역에 배치하는 멀티 존 히터(10)에 대한 것이다. 멀티 존 히터(10)는 이너존 영역과 아우터존 영역 각각에 도 1과 같이 발열체(300)가 배치된다. 일반적으로 히터의 경우에 이너존 영역(inner zone, 발열체의 중심영역)에 비해 아우터존(outer zone, 발열체의 외곽영역) 영역의 열손실이 동일 조건에서 더 많게 된다. 따라서 히터의 이너존 영역과 아우터존 영역 각각의 온도 균일도가 서로 고르지 못하는 문제점이 있다(웨이퍼의 증착 불량을 유발함). 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서와 같은 멀티 존 히터(10)가 활용된다. 다만, 멀티 존 히터(10)는 이너존 영역과 아우터존 영역에 각각의 발열체를 배치할 수 있으나, 이에 더불어 각각의 영역에 배치된 발열체의 온도를 각각 센싱하여야지만 정확한 온도 제어가 가능하다. 따라서 이러한 발열체의 온도를 측정하기 위하여 열전대(Thermocouple)를 발열체 가까이 삽입한다. 다만, 열전대를 플레이트(100)에 삽입하려면 열전대 삽입홈(또는 삽입홀)의 가공이 필요하며, 이너존 영역의 열전대 삽입홈은 플레이트(100)를 소성한 후에 플레이트를 가공하여 쉽게 생성할 수 있다. 그러나 아우터존 영역의 열전대 삽입홈은 이너존 영역과 같이 플레이트를 가공하여 생성하기가 어렵다. 왜냐하면, 이너존 영역의 열전대 삽입홈은 플레이트의 일측 중앙영역 부근에 위치함으로써 홈 가공이 쉬우나, 아우터존 영역의 열전대 삽입홈은 일측 중앙영역 부근에서 수평방향 내측으로 가공이 이루어져야 하기 때문이다(도 1 참조). 따라서 본 발명에서는 아우터존 영역의 열전대 삽입홈을 쉽게 생성할 수 있는 방법을 이하에서 설명하기로 한다.
다만, 본 발명에서 설명되는 열전대 삽입홈(또는 가이드홈)의 가공방법은 아우터존 영역과 이너존 영역을 구비한 멀티 존 히터뿐만 아니라 이너존 영역에만 열전대가 삽입되는 히터의 경우 등 열전대 삽입홈이 형성되는 히터에 모두 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 존 히터(10)는 AlN 소재로 소성 가공된다. 따라서 플레이트부(100)는 AlN 소재로 이루어진다. 다만, 플레이트부(100) 소성시에 AlN 소재 이외에 추가적인 소재가 더 포함되어 소성가공된다. 플레이트부(100) 내측에는 메시부(200), 발열체부(300)가 배치된다. 메시부(200)는 웨이퍼(도면 미도시, 웨이퍼는 플레이트 위에 놓임) 바로 아래에 위치하며, 발열체(300)로부터 전달된 열이 플레이트 전면에 걸쳐 골고루 열전달되도록 하는 열평형부재이다. 다만, 히터의 종류에 따라서는 메시부(200)가 포함되지 않을 수 있다.
발열체부(300)는 앞서 설명한 바와 같이 이너존 영역과 아우터존 영역 각각에 따로 배치되며, 서로의 온도를 구분하여 개별 제어한다. 이때, 이너존 영역의 발열체의 온도를 측정하기 위해 이너존 열전대 삽입 가이드홈(121) 및 이너존 삽입 홈(122)이 형성되고, 아우터존 영역의 발열체의 온도를 측정하기 위해 아우터존 열전대 삽입 가이드홈(111) 및 아우터존 삽입 홈(112)이 형성된다. 멀티 존 히터(10)의 경우에 2개의 열전대(410,420)가 각각의 삽입 홈(112,122) 및 삽입 가이드홈(111,121)을 따라 삽입됨으로써 이너존 영역의 발열체의 온도와 아우터존 영역의 발열체의 온도를 각각 센싱할 수 있다. 이에 따라 정확한 온도 측정이 가능하여 각각의 영역의 온도 균일도를 일정하게 유지할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 측면 홈(113)은 후술하는 환봉을 가공 제거하기 위한 통로로서, 환봉이 제거된 후 측면 홈(113)을 메우는 접합 단계가 추가로 수행될 수 있다. 이하에서 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 각각의 삽입 가이드홈(111,121)을 형성하기 위하여 후술하는 바와 같이 세라믹 소재의 환봉, 메탈 소재의 환봉, 또는 메탈 소재의 튜브에 세라믹 소재의 환봉을 삽입한 것을 플레이트 소성시 함께 장입하여 소성한다. 플레이트 소성 이후에 각각의 환봉은 물리적 방법 또는 화학적 방법으로 제거됨으로써 삽입 가이드홈이 생성된다. 이때, 메탈 소재의 튜브에 세라믹 소재의 환봉을 삽입하여 소성한 경우에는 세라믹 소재의 환봉은 제거되나 도 2에 도시된 바와 같이 메탈 소재의 튜브(171,172)는 제거되지 않고 남아 있게 된다. 따라서 튜브의 내측을 열전대 삽입 가이드홈(111,121)으로 볼 수 있다.
메탈 소재의 튜브(171,172)는 도 2에 도시된 바와 같이 플레이트의 하단 영역에 형성된다. 이때 하단 영역은 플레이트(200)와 샤프트(20)가 접합되는 영역을 의미한다. 튜브(171,172)는 플레이트와 샤프트가 접합하는 영역의 일 영역에서 플레이트의 수평방향으로 형성된다.
상술한 환봉 및 튜브는 삽입 가이드홈을 생성하기 위해 AlN 파우더와 함께 소성 가공되며, 따라서 삽입 가이드홈의 수평 길이 및 폭에 따라 환봉 및 튜브의 길이와 폭도 상응하여 결정된다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 존 히터(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 AlN 파우더에 의해 소성 가공되며, 플레이트(100) 내측에는 순차적으로 메시부(200), 발열체부(300), 삽입 가이드홈(111,121) 및 필요에 따라 튜브(171,172)가 배치된다.
<멀티 존 히터의 제조방법>
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 존 히터는 크게 2단계로 구분된다. 제1 단계는 플레이트 소성 단계이고(이때 플레이트 소성단계라 함은 플레이트 내에 삽입 또는 장입되는 것을 모두 포함함), 제2 단계는 플레이트와 같이 소성된 환봉을 제거하여 삽입 가이드홈을 형성하는 단계이다. 이하에서는 각각의 단계에 대해 설명하기로 한다.
(제1 단계 : 플레이트 소성 단계)
플레이트 소성 단계는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3에 도시된 바와 같이 플레이트를 소성하기 위해서는 먼저 그라파이트 몰드에 가소결체(또는 제1 AlN 파우더,151)를 장입한다. 제1 AlN 파우더(151) 위에 메시(200)를 장입한다. 메시(200) 위에 제2 AlN 파우더(152)를 장입한다. 제2 AlN 파우더 위에 발열체(300)를 장입한다. 발열체(300) 위에 제3 AlN 파우더(153)를 장입한다. 제3 AlN 파우더(153) 위에 환봉(161,162) 또는 환봉이 삽입된 튜브(171,172)를 장입한다. 환봉 또는 환봉이 삽입된 튜브 위에 제4 AlN 파우더를 장입하고 핫프레스를 이용하여 소결함으로써 도 1 또는 도 2와 같은 플레이트가 소성된다.
이때, 도 4는 환봉만을 장입하여 플레이트가 소성된 것이고, 이때 도 5에 도시된 바와 같이 아우터존 환봉(161)과 이너존 환봉(162)을 동시에 장입한다. 또한, 도 6은 환봉이 삽입된 튜브를 장입하여 플레이트가 소성된 것이고, 이때 도 7에 도시된 바와 같이 아우터존 환봉(161)이 삽입된 아우터존 튜브(171)와 이너존 환봉(162)이 삽입된 이너존 튜브(172)를 동시에 장입한다. 다만, 앞서 설명은 열전대 삽입 가이드홈을 이너존과 아우터존에 각각 형성하기 위한 것이고, 만약에 이너존의 영역에만 열전대 삽입 가이드홈을 형성하는 경우에는 이너존 환봉 또는 이너존 환봉이 삽입된 이너존 튜브만을 장입하여 AlN 파우더와 함께 소성 가공하면 된다. 아우터존 영역에만 열전대 삽입 가이드홈을 형성하는 경우에는 아우터존 환봉 또는 아우터존 환봉이 삽입된 아우터존 튜브만을 장입하여 AlN 파우더와 함께 소성 가공하면 된다.
한편, 환봉(이너존 환봉 또는 아우터존 환봉)은 내부가 비어 있지 않은 것으로서 플레이트 소성 재료인 AlN과 반응하지 않는 세라믹 또는 메탈 소재인 것이 바람직하다. 환봉의 소재가 AlN과 반응을 하지 않아야만 AlN 파우더와 함께 소성시킬 수 있기 때문이다. 또한, 플레이트 소성 후에는 환봉을 물리적 또는 화학적으로 제거하여야 하기 때문에 후 가공을 통해서 제거가 용이한 소재인 것이 바람직하다. 이에 맞는 소재로서 세라믹 소재의 경우에 BN(Boron Nitride)이 바람직하고, 메탈 소재의 경우에 W(텅스텐) 또는 Mo(몰리브덴)이 바람직하다. 다만, 꼭 이에 한정되지는 않고 AlN과 반응하지 않으면서 가공이 쉬운 소재는 본 발명에 적용될 수 있다. 특히 메탈 소재의 경우에는 AlN 소성 온도가 1800 ~ 2000도씨까지 올라가므로 이를 견딜 수 있는 소재인 것이 바람직하다.
상술한 제3 AlN 파우더(153) 위에 환봉 또는 환봉이 장입된 튜브를 장입하는 단계를 좀 더 상세히 설명하기로 한다. 본 단계에서는 대략 3가지 타입의 환봉을 장입할 수 있다.
제1 타입은 열전대 삽입 가이드홈이 형성되는 위치에 BN 환봉만을 장입한 타입이다(도 5 참조). BN 환봉을 삽입하고 AlN 파우더와 함께 소결 후에 물리적 방법으로 BN 환봉을 제거함으로써 플레이트 내부에 열전대 삽입 가이드홈이 형성된다. 다만, BN 환봉만을 장입한 경우에 핫프레스의 압력에 의해 BN 환봉이 부서질 수 있다(크랙 또는 파손).
이러한 단점을 보완하기 위해 제2 타입은 BN 환봉이 내측으로 삽입된 메탈 튜브 타입이다(즉, BN 환봉과 메탈 튜브가 함께 장입됨, 도 7 참조). 이때, 메탈 튜브의 소재는 상술한 바와 같이 텅스텐 또는 몰리브덴인 것이 바람직하다. 특히, 텅스텐 또는 몰리브덴은 융점이 고온이면서 AlN과 열팽창계수가 유사한 장점이 있다. 융점이 고온인 경우에는 AlN 소결온도를 견딜 수 있는 장점이 있다. 또한, 도 2와 같이 메탈 튜브가 플레이트 내에 남아 있기 때문에 AlN과 열팽창계수가 동일 또는 유사하지 않은 경우에는 히터 사용시 팽창 또는 수축을 반복함에 따라 플레이트 내에 크랙을 유발할 수 있어 텅스텐과 몰리브덴은 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
제1 타입과 달리 제2 타입은 환봉을 튜브에 삽입하는 것이 특징이다. 이렇게 환봉을 튜브에 삽입함으로써 다음과 같은 장점이 있다. 즉, 튜브가 없고 환봉만 장입되는 경우에는 핫프레스 압력에 의해 환봉에 크랙이 발생할 수 있다. 환봉에 크랙이 발생되면 크랙으로 AlN 파우더가 침투되어 함께 소결된다. 이렇게 되면 환봉내에 AlN 파우더가 소결되기 때문에 추후에 환봉을 물리적으로 제거하기가 훨씬 힘들게 된다. 따라서 환봉에 튜브를 씌우면 크랙이 발생되더라도 AlN 파우더의 침입을 방지할 수 있는 장점이 있다. 더 나아가 튜브를 씌우게 되면 환봉의 크랙을 방지할 수 있을뿐만 아니라 크랙이 되더라도 환봉이 찌그러지지 않고 튜브에 의해 일자형태(또는 직진형태)를 유지할 수 있는 장점이 있다. 만약에 환봉이 찌그러져 일자형태를 유지하지 못한다면 추후에 환봉을 제거하더라도 열전대 삽입 가이드홈이 일자형태를 유지하지 못하기 때문에 아우터존 열전대(410)를 삽입하기가 어려울 것이다. 또한, 메탈 튜브만을 장입하여 소성하면 핫프레스의 압력에 의해 튜브 전체가 변형되어 열전대의 삽입이 불가할 것이다. 따라서 튜브 내측으로 환봉을 삽입함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
제3 타입은 상술한 메탈 소재인 텅스텐 또는 몰리브덴으로 이루어진 환봉 타입이다(도 5 참조). 메탈 소재의 환봉은 소성 후에 환봉을 제거시 물리적 방법 또는 화학적 방법이 모두 사용될 수 있으며, 특히 화학적으로 케미컬 산처리를 하여 환봉을 제거할 수 있다. 이때, 사용되는 산성 케미컬은 황산, 염산, 인산, 초산, 및 구연산을 포함한 1가지 이상의 혼합물(또는 혼산)이다.
상술한 제1 타입 내지 제3 타입의 환봉(제거 대상체)은 추후에 제거되기 때문에 그 단면이 원, 타원, 직사각형, 또는 정상각형 등 다양한 형상을 할 수 있다. 따라서 그 모양이나 형상에 본 발명이 한정되지 않는다. 한편, 환봉의 소재 자체가 AlN 소재보다 더 강도가 약하기 때문에(강성이 약하기 때문에) 선행기술문헌과 같이 AlN 플레이트를 직접 가공하는 것(AlN을 가공하여 아우터존의 열전대 삽입 가이드홈을 확보하는 것은 어렵기 때문에) 보다 환봉의 제거가 훨씬 쉽고 용이한 장점이 있다.
이하에서는 환봉 또는 환봉이 삽입된 튜브와 함께 AlN 파우더가 소성되어 플레이트가 만들어진 후에 열전대 삽입 가이드홈을 형성하는 단계에 대해 상세히 설명하기로 한다.
(제2 단계 : 열전대 삽입 가이드홈 형성 단계 또는 환봉 제거 단계)
메시, 발열체, 환봉 또는 환봉이 삽입된 튜브와 함께 AlN 파우더를 소성한 경우에는, 도 9와 같이 플레이트 내에 환봉(161,162)이 포함되거나, 도 10과 같이 환봉이 내측으로 삽입된 튜브(171,172)가 함께 소성 포함될 수 있다. 어느 쪽의 경우에도 환봉을 제거하여야 하며, 이하에서는 환봉을 제거하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 초음파 장비를 이용하여 소결된 플레이트(100) 내의 환봉(161,162) 또는 환봉이 삽입된 튜브(171,172)의 위치를 파악한다. 다음으로, 장입된 환봉(161,162)을 가공 제거하기 위해 도 11에 도시된 바와 같이 플레이트의 측면 홈(113,아우터존에 대응됨) 또는 아우터존 삽입홈(112)을 가공한다. 이때 도 11에는 아우터존에 대응되는 측면 홈(113)만 도시되어 있으나, 이너존에 대응되는 측면 홈(도면 미도시)도 동일한 원리로 생성된다. 또한, 이너존 삽입홈(122)도 같이 가공된다. 이때, 아우터존 삽입홈(112) 및 이너존 삽입홈(122)은 환봉을 물리적 가공처리 또는 화학적 가공처리 하도록 하기 위해 생성된다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 제거방향으로 가공 건 드릴에 의해 가공하거나 샌드 블라스트로 가공하도록 하기 위함이다(물리적 가공처리). 물론 이너존에 포함된 환봉을 제거하는 것도 동일하다. 또한, 화학적 처리방법으로서 아우터존 삽입홈(112) 및 이너존 삽입홈(122)으로 산성 케미컬을 주입함으로써 환봉을 제거할 수 있다. 이때, 화학적 처리의 일예로서 삽입홈(112,122) 가공 후에 소성된 플레이트를 산성 케미컬에 일정시간 담가둠으로써 환봉(161,162)을 제거할 수 있다. 세라믹 환봉(BN 환봉) 또는 메탈 환봉(텅스텐, 몰리브덴)의 경우에는 물리적 처리가 모두 가능하며, 화학적 처리의 경우에는 메탈 환봉에 대해서만 적용할 수 있다.
한편, 상술한 삽입홈(112,122)은 각각 아우터존 환봉(161)과 이너존 환봉(162)을 가공 제거하기 위해 생성된 것이나 히터 가공이 완료된 후에 샤프트(20) 내측을 통해 아우터존 열전대와 이너존 열전대를 삽입할 수 있는 통로이기도 하다. 즉, 제1 제거방향으로 각각의 열전대를 삽입홈(112,122)으로 삽입하고, 각각의 열전대 삽입 가이드홈(111,121)으로 열전대를 밀어 넣는다(도 1의 열전대 참조). 각각의 삽입홈(112,122)은 플레이트의 하면의 대략 중앙영역에 일정 거리를 두고 플레이트의 두께 방향으로 형성되며, 삽입홈(112,122)과 열전대 삽입 가이드홈(111,121)은 환봉이 제거됨으로써 서로 연통된다.
측면 홈(113)은 제2 제거방향을 통해 환봉(161)을 제거하기 위함이다. 즉, 제1 제거방향으로 환봉의 제거가 어려운 경우에 플레이트의 측면을 가공하여 측면 홈(113)을 생성하도록 한다. 따라서 측면 홈(113)을 통해 환봉(161)을 물리적 처리하거나 또는 화학적 처리함으로써 제거할 수 있다. 다만, 환봉을 물리적 처리하는 경우에는 제1 제거방향 보다는 제2 제거방향으로 처리하는 것이 좀 더 용이할 수 있다. 다만, 이너존에 해당하는 측면 홈(도면 미도시)의 생성은 아우터존의 측면 홈(113)과 동일하게 플레이트의 측면을 가공할 수 있으나, 이너존의 경우에는 플레이트의 하면 센터 부근에 열전대가 삽입되기 때문에 측면 홈을 생성하지 않고 제1 제거방향에서 가공 제거하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 왜냐하면, 측면 홈을 생성하는 경우에는 환봉을 제거한 후에 다시 측면 홈(113)을 막도록 측면 조각편(114)을 플레이트에 소결 접합하는 단계를 더 수행하여야 하기 때문이다.
다음으로, 측면 홈(113)을 통해 환봉(161)이 물리적 또는 화학적 방밥으로 제거된 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 측면 조각편(114)을 다시 플레이트(100)에 소결 접합하는 단계를 수행한다. 이때, 측면 조각편(114)은 측면 홈(113)의 형상에 대응되는 형상을 가진다. 이에 따라 측면 조각편(114)을 소성 접합한 경우에도 동일한 플레이트(100)의 성능을 유지할 수 있다.
한편, 모든 가공 공정이 완료되면, 도 2와 같이 튜브(171,172)가 장입된 플레이트(100)가 만들어지거나 또는 튜브가 없는 즉, 열전대 삽입 가이드홈(111,121)과 삽입 홈(112,122)이 서로 연통된 플레이트(100)가 만들어진다.
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
10 : 멀티 존 히터
20 : 샤프트
100 : 플레이트부
111 : 아우터존 열전대 삽입 가이드홈
112 : 아우터존 삽입 홈(제1 센터 홈)
113 : 측면 홈
114 : 측면 조각편
121 : 이너존 열전대 삽입 가이드홈
122 : 이너존 삽입 홈(제2 센터 홈)
151 : 제1 AlN 파우더
152 : 제2 AlN 파우더
153 : 제3 AlN 파우더
154 : 제4 AlN 파우더
161 : 아우터존 환봉
162 : 이너존 환봉
171 : 아우터존 튜브
172 : 이너존 튜브
200 : 메시부(Mesh)
300 : 발열체부
410 : 아우터존 열전대
420 : 이너존 열전대

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 세라믹 소재를 포함하는 파우더, 발열체, 및 환봉이 내측으로 삽입된 튜브를 적층하여 함께 소결함으로써 환봉 및 튜브가 포함된 세라믹 플레이트를 제조하는 단계, 및
    상기 환봉을 제거함으로써 상기 플레이트 내부에 상기 환봉이 제거된 튜브가 마련되는 단계를 포함하며,
    상기 세라믹 플레이트를 제조하는 단계는,
    제1 AlN 파우더 위에 발열체를 적층하는 단계,
    상기 발열체 위에 제2 AlN 파우더를 적층하는 단계,
    상기 제2 AlN 파우더 위에 환봉이 삽입된 튜브를 적층하는 단계, 및
    상기 환봉이 삽입된 튜브 위에 제3 AlN 파우더를 적층하여 압력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 튜브 소재는 파우더에 포함되는 세라믹 소재와 비교하여 소결시 서로 반응하지 않으면서 열팽창계수가 기 설정된 범위 이내인 것 중 적어도 어느 한 소재인 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 환봉 소재는 보론 나이트라이드이고, 상기 튜브 소재는 텅스텐 또는 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 환봉이 제거된 튜브가 마련되는 단계는,
    소결된 플레이트 내부에 마련된 상기 튜브의 위치를 확인하는 단계,
    플레이트에 측면 홈 또는 센터 홈을 가공 생성하는 단계, 및
    상기 측면 홈 또는 센터 홈을 통해 물리적 가공을 수행함으로써 상기 환봉이 제거되고 상기 튜브만 남는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측면 홈을 생성한 경우에는,
    측면 조각편을 상기 측면 홈에 접합 소결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 플레이트 제조 방법.
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