KR20210026348A - Igs 모듈용 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체와, 상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징과, 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비되어 있고 상기 금속 다공체의 하부에 결합된 필터 바디를 포함하고, 상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 이루어지고, 가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치되어 있으며, 상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 반도체 소자 생산에 필요한 공정가스를 공급하기 위하여 반도체 생산장비 전단에 설치하는 고집적 가스공급 장치(Integrated Gas Supply System)에 설치할 수 있고, 필터의 일면에서 가스 인입과 배출이 이루어질 수 있으며, 가스가 유입되는 유입구와 가스가 배출되는 배출구가 일면에 함께 구비되게 있으므로 콤팩트한 형상의 필터를 구현할 수 있다.

Description

IGS 모듈용 필터 및 그 제조방법{Filter for integrated gas supply system module and manufacturing method of the same}
본 발명은 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자 생산에 필요한 공정가스를 공급하기 위하여 반도체 생산장비 전단에 설치하는 고집적 가스공급 장치(Integrated Gas Supply System)에 설치할 수 있는 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 일반 필터는 일면에서 공급된 가스가 반대편의 타면으로 배출되는 형상으로 이루어진다. 따라서, 연결부 설치에 따른 부피 증가 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 유체의 입출입이 일면에 위치한 IGS(Integrated Gas Supply System) 모듈을 사용한다.
반도체 소자 생산에 필요한 설비에 공정가스를 공급하기 위해 컴팩트한 가스 공급장치인 IGS(Integrated Gas Supply System)가 사용되며, IGS는 도 2와 같이 하부 블럭에 밸브, 레귤레이터, MFC(Mass Flow Controller) 등을 연결함으로써 한정 된 공간 내에서 설치가 용이한 장점이 있다.
본 발명에서는 공정가스 투입구와 배출구를 일면에 함께 위치시킨 도 3과 같은 콤팩트한 형상의 필터를 제공하고자 한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-0048845호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 소자 생산에 필요한 공정가스를 공급하기 위하여 반도체 생산장비 전단에 설치하는 고집적 가스공급 장치(Integrated Gas Supply System)에 설치할 수 있고, 필터의 일면에서 가스 인입과 배출이 이루어질 수 있으며, 가스가 유입되는 유입구와 가스가 배출되는 배출구가 일면에 함께 구비되게 있으므로 콤팩트한 형상의 필터를 구현할 수 있는 IGS 모듈용 필터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체와, 상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징과, 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비되어 있고 상기 금속 다공체의 하부에 결합된 필터 바디를 포함하고, 상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 이루어지고, 가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치되어 있으며, 상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터를 제공한다.
상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 소결되어 형성된 소결체와, 상기 소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트가 코팅되고 소결되어 형성된 플레이크 코팅층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은, 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체를 형성하는 단계 및 상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징을 결합하고 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비된 필터 바디를 상기 금속 다공체의 하부에 결합하는 단계를 포함하며, 상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 형성하고, 가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치하며, 상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되게 하는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법을 제공한다.
상기 금속 다공체를 형성하는 단계는, (a) 금속 분말을 준비하는 단계와, (b) 상기 금속 분말을 바인더(Binder)와 혼합하는 단계와, (c) 상기 금속 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용하여 과립화(Granulation) 하는 단계와, (d) 과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용하여 원하는 형상의 사출물(Green Part)로 제작하는 단계와, (e) 상기 바인더를 용해할 수 있는 용액에 상기 사출물을 침지시켜 바인더(Binder)를 탈지시키는 단계 및 (f) 탈지된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기에서 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 IGS 모듈용 필터의 제조방법은 상기 (f) 단계 후에, 소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트를 코팅하고 소결하여 플레이크 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말로 이루어질 수 있다.
상기 플레이크 코팅층을 형성하는 단계는 900∼1200℃의 온도에서 환원 분위기에서 소결을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 금속 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말을 포함할 수 있다.
상기 금속 분말은 표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 필터에 의하면, IGS 모듈에 설치 가능하다.
또한, 본 발명의 필터에 의하면, 필터의 일면에서 가스 인입과 배출이 이루어질 수 있고, 가스가 유입되는 유입구와 가스가 배출되는 배출구가 일면에 함께 구비되게 있으므로 콤팩트한 형상의 필터를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 필터에 의하면, 전단 가스 압력 0.2Mpa에서 10ℓ/min 이상의 공정 가스 유량과 0.003㎛ 크기의 불순물 입자를 99.9999999% 제거할 수 있는 IGS 모듈용 필터를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 일반 필터를 도시한 도면이다.
도 2는 IGS(Integrated Gas Supply System) 모듈의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGS 모듈용 필터를 도시한 도면이다.
도 4는 표면이 매끄럽고 완벽한 구형인 분말을 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 5는 표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 지름 10㎜, 길이 50㎜의 컵 형상 디자인을 보여주는 도면이다.
도 7은 실험예에 따라 사출 성형하여 제조된 성형체를 보여주는 도면이다.
도 8은 실험예에 따라 소결체(멤브레인)의 표면에 플레이크 분말 페이스트를 표면에 코팅한 후 950 ℃의 고진공 조건에서 소결하여 제작한 금속 다공체를 보여주는 도면이다.
도 9는 종래의 일반 필터 규격을 보여주는 도면이다.
도 10은 실험예에 따라 제조된 필터의 규격을 보여주는 도면이다.
도 11은 실험예에 따라 제조된 지름 10㎜, 길이 50㎜의 컵 형상의 금속 다공체가 적용된 필터의 유량과 입자 제거 효율을 평가하여 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서, '금속 분말'이라 함은 금속으로 이루어진 분말뿐만 아니라 금속합금으로 이루어진 분말도 포함하는 의미로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGS 모듈용 필터는, 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체와, 상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징과, 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비되어 있고 상기 금속 다공체의 하부에 결합된 필터 바디를 포함하고, 상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 이루어지고, 가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치되어 있으며, 상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되어 있다.
상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 소결되어 형성된 소결체와, 상기 소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트가 코팅되고 소결되어 형성된 플레이크 코팅층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGS 모듈용 필터의 제조방법은, 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체를 형성하는 단계 및 상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징을 결합하고 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비된 필터 바디를 상기 금속 다공체의 하부에 결합하는 단계를 포함하며, 상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 형성하고, 가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치하며, 상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되게 한다.
상기 금속 다공체를 형성하는 단계는, (a) 금속 분말을 준비하는 단계와, (b) 상기 금속 분말을 바인더(Binder)와 혼합하는 단계와, (c) 상기 금속 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용하여 과립화(Granulation) 하는 단계와, (d) 과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용하여 원하는 형상의 사출물(Green Part)로 제작하는 단계와, (e) 상기 바인더를 용해할 수 있는 용액에 상기 사출물을 침지시켜 바인더(Binder)를 탈지시키는 단계 및 (f) 탈지된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기에서 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 IGS 모듈용 필터의 제조방법은 상기 (f) 단계 후에, 소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트를 코팅하고 소결하여 플레이크 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말로 이루어질 수 있다.
상기 플레이크 코팅층을 형성하는 단계는 900∼1200℃의 온도에서 환원 분위기에서 소결을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 금속 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말을 포함할 수 있다.
상기 금속 분말은 표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGS 모듈용 필터를 더욱 구체적으로 설명한다.
일반 필터는 도 1과 같이 일면에서 공급된 가스가 반대편의 타면으로 배출되는 형상으로 이루어진다. 따라서, 연결부 설치에 따른 부피 증가 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 유체의 입출입이 일면에 위치한 IGS(Integrated Gas Supply System) 모듈용 필터를 제시한다.
반도체 소자 생산에 필요한 설비에 공정가스를 공급하기 위해 컴팩트한 가스 공급장치인 IGS(Integrated Gas Supply System)는 도 2와 같이 베이스 블럭(Base block)에 밸브, 레귤레이터, MFC(Mass Flow Controller) 등을 연결함으로써 한정된 공간 내에서 설치가 용이한 장점이 있다.
본 발명의 발명자들은 공정가스 유입구와 배출구를 한쪽에 위치시킨 도 3과 같은 콤팩트한 형상의 필터를 개발하였다. IGS 모듈용 필터는 금속분말과 바인더를 섞어 사출하여 소결한 컵 형상의 금속 다공체로 이뤄지며, 필터를 통과하는 가스는 도 3과 같이 필터의 일면에서 인입과 배출이 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGS 모듈용 필터는, 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체와, 상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징과, 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비되어 있고 상기 금속 다공체의 하부에 결합된 필터 바디를 포함한다.
상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 이루어진다.
가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치되어 있다.
상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되어 있다.
상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 소결되어 형성된 소결체와, 상기 소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트가 코팅되고 소결되어 형성된 플레이크 코팅층을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말로 이루어질 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGS 모듈용 필터의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
일반 필터는 도 1과 같이 일면에서 공급된 가스가 반대편의 타면으로 배출되는 형상으로 이루어진다. 따라서, 연결부 설치에 따른 부피 증가 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 유체의 입출입이 일면에 위치한 IGS(Integrated Gas Supply System) 모듈용 필터를 제시한다.
반도체 소자 생산에 필요한 설비에 공정가스를 공급하기 위해 컴팩트한 가스 공급장치인 IGS(Integrated Gas Supply System)는 도 2와 같이 베이스 블럭(Base block)에 밸브, 레귤레이터, MFC(Mass Flow Controller) 등을 연결함으로써 한정된 공간 내에서 설치가 용이한 장점이 있다.
본 발명의 발명자들은 공정가스 유입구와 배출구를 한쪽에 위치시킨 도 3과 같은 콤팩트한 형상의 필터를 개발하였다. IGS 모듈용 필터는 금속분말과 바인더를 섞어 사출하여 소결한 컵 형상의 금속 다공체로 이뤄지며, 필터를 통과하는 가스는 도 3과 같이 필터의 일면에서 인입과 배출이 이루어진다.
종래 실린더 형상의 금속 다공체는 일면을 캡(cap) 등으로 막기 위한 용접 공정이 있으나, 본 발명에서는 컵 형상을 갖도록 금속 다공체로 형성하고 하우징과 필터바디를 결합하여 필터로 제조한다. 이를 위해 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체를 형성하고, 상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징을 결합하고 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비된 필터 바디를 상기 금속 다공체의 하부에 결합한다. 가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치하며, 상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되게 한다.
상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 형성한다. 컵 형상의 금속 다공체는 치수 정밀도 등을 확보하기 위해 사출공정으로 제조된다.
금속 다공체를 형성하기 위하여 금속(금속합금) 분말을 준비한다. 상기 금속(금속합금) 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말인 것이 바람직하다. 상기 Fe계 합금 분말의 예로 스테인레스(Stainless) 분말 등을 들 수 있다.
많은 유량에서 높은 입자상 물질 여과율을 가진 필터가 성능적으로 우수한 필터이다. 우수한 필터로 만들기 위해서는 높은 기공율과 복잡한 유체 통과 경로를 만들어주어야 하는데, 이를 위해서 필터의 원재료인 금속분말을 표면이 매끄럽고 완벽한 구형인 분말보다는 표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말로서 수분사로 제조된 분말 등을 그 예로 들 수 있다. 수분사로 제조된 분말은 저렴하고 구형의 형태가 아니라 비정형의 형태를 갖고 있어 필터 제조에 적합하다. 상기 금속(금속합금) 분말을 채거름 망 등을 이용하여 체거름하여 소정 크기의 분말(예컨대, 평균 입경이 15∼25㎛)로 선별할 수도 있다.
선별된 금속(금속합금) 분말과 바인더(Binder)를 혼합한다. 상기 바인더는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA; Polymethyl methacrylate), 파라핀 왁스(Paraffin Wax), 에스터 왁스(ester wax), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 폴리올레핀 변성 폴리옥시메틸렌(polyolefin modified polyoxymethylene), 스테아릭산(Stearic acid), 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 이들의 혼합물 등일 수 있다. 상기 혼합은 120∼200℃, 더욱 바람직하게는 150∼180℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 금속(금속합금) 분말과 상기 바인더는 0.5:1∼2:1, 더욱 바람직하게는 0.8:1∼1.5:1 정도의 부피비로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 금속(금속합금) 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정 등을 이용해 일정한 크기로 과립화(Granulation) 한다.
과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정 등을 이용하여 컵 형상의 사출물(Green Part)을 제작한다. 사출물은 일단이 개방되어 있고 타단가 밀폐되어 있는 컵 구조를 갖게 한다.
IGS 모듈은 반도체 소자 생산 장비에 설치되므로 공간이 한정되어 IGS 모듈에 설치되는 밸브, 레귤레이터, MFC, 필터 등의 부품은 모두 컴팩트해야 한다. 따라서 필터의 규격도 한정이 되는데, 일반적으로 직경은 20㎜ 이내, 높이는 70㎜ 이내로 제작된다. 이런 작은 공간에 설치 가능한 필터는 사출 공정(Metal Injection Molding)을 이용하여 제작하는 것이 바람직하다.
제작한 사출물을 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane) 등의 용액에 침지시켜 바인더(Binder) 탈지를 시킨 뒤, 건조시킨다.
탈지와 건조가 완료된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기(예컨대, 96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 소결하여 금속 다공체(소결체)를 수득한다. 상기 소결은 1000∼1200℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 소결체에 플레이크 분말 페이스트를 표면에 코팅하고 소결하여 높은 성능의 불순물 제거 성능을 가진 금속 다공체를 제조할 수도 있다. 이 경우, 상기 금속 다공체는 금속 분말이 소결되어 형성된 소결체와, 상기 소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트가 코팅되고 소결되어 형성된 플레이크 코팅층을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 상기 플레이크 분말 페이스트는 에탄올 등의 용매에 메틸셀룰로오스(methyl cellulose)와 같은 바인더와 플레이크 분말이 혼합된 페이스트일 수 있다. 상기 플레이크 분말은 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말을 의미한다. 상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말인 것이 바람직하다. 상기 Fe계 합금 분말의 예로 스테인레스(Stainless) 분말 등을 들 수 있다. 상기 코팅은 스프레이 코팅 등의 방법을 이용할 수 있다. 상기 소결은 900∼1200℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 환원 분위기(예컨대, 96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 수행하는 것이 바람직하다.
이렇게 제작된 금속 다공체는 산업에서 요구되는 전단 가스 압력 0.2Mpa에서 10ℓ/min 이상의 공정 가스 유량과 0.003㎛ 크기의 불순물 입자를 99.9999999% 제거할 수 있다.
컵 형상의 금속 다공체, 컵 형상의 금속 다공체를 보호하기 위한 하우징, 그리고 공정가스 유입구와 배출구가 구비된 필터 바디를 결합하여 필터로 제작한다. 하우징과 금속 다공체는 공정가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 소정 거리 이격되게 결합된다. 이렇게 제작된 필터는 공정가스 유입구와 배출구가 일 면에 구비된 구조를 갖는다.
이렇게 제작된 필터는 IGS용 모듈에 설치 가능하도록 베이스블럭(base block)과 용접으로 연결된다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
많은 유량에서 높은 입자상 물질 여과율을 가진 필터가 성능적으로 우수한 필터이다. 우수한 필터로 만들기 위해서는 높은 기공율과 복잡한 유체 통과 경로를 만들어주어야 하는데, 이를 위해서 필터의 원재료인 금속분말을 표면이 매끄럽고 완벽한 구형인 분말보다는 표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 도 4는 표면이 매끄럽고 완벽한 구형인 분말을 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이고, 도 5는 표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
IGS 모듈은 반도체 소자 생산 장비에 설치되므로 공간이 한정되어 IGS 모듈에 설치되는 밸브, 레귤레이터, MFC, 필터 등의 부품은 모두 컴팩트해야 한다. 따라서 필터의 규격도 한정이 되는데, 일반적으로 직경은 20㎜ 이내, 높이는 70㎜ 이내로 제작된다. 이런 작은 공간에 설치 가능한 필터는 사출 공정(Metal Injection Molding)을 이용하여 제작한다.
Fe계 합금 분말을 준비하였다. 상기 Fe계 합금 분말은 스테인레스 분말(SUS 316L 분말)로서 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말을 사용하였다.
Fe계 합금 분말과 바인더(Binder)를 170℃에서 4시간 동안 혼합하였다. 상기 Fe계 합금 분말과 상기 바인더는 48(Fe계 합금 분말) : 52(Binder)의 부피비로 혼합하였다. 상기 바인더는 파라핀 왁스(paraffin wax), 에스터 왁스(ester wax) 및 폴리올레핀 변성 폴리옥시메틸렌(polyolefin modified polyoxymethylene)이 혼합된 바인더를 사용하였다.
상기 Fe계 합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용해 일정한 크기로 과립화(Granulation) 하였다.
과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용해 사출물(Green Part)을 제작하였다.
도 6은 지름 10㎜, 길이 50㎜의 컵 형상 디자인을 보여주는 도면이고, 도 7은 실험예에 따라 사출 성형하여 제조된 성형체를 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 사출 온도 180℃에서 사출 압력 2,500kgf/㎠ 조건으로 사출하였다.
제작한 사출물을 40℃의 Hexane 용액에 24시간 동안 침지시켜 1차로 바인더(Binder) 탈지를 시킨 뒤, 상온에서 12시간 동안 건조시켜 탈지용액을 제거하였다.
1차 탈지와 건조가 완료된 사출물을 소결 지그에 장착하고 진공소결로에 장입한 뒤 환원 분위기(96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 1100℃에서 소결을 수행하였다.
소결체(멤브레인)의 표면에 도 8과 같이 플레이크 분말 페이스트를 표면에 코팅한 후 950 ℃의 고진공 조건에서 소결하여 높은 성능의 불순물 제거 성능을 가진 금속 다공체로 제작하였다. 스프레이 코팅법을 상기 코팅을 실시하였다. 플레이크 분말 페이스트는 에탄올 용매에 메틸셀룰로오스(methyl cellulose)와 플레이크 분말이 혼합된 페이스트를 사용하였다. 상기 플레이크 분말은 SUS 316L 분말이 압연되어 납작한 형태를 갖는 분말을 사용하였다.
도 3에 나타낸 바와 같이 공정가스의 투입과 배출이 필터의 일면에서 이뤄지도록 필터를 설계하여 제작하였다.
필터 겉면의 하우징과 필터 바디의 내부 벽면 거칠기는 Ra 0.1㎛ 이하로 제작하였다. 내부 벽면의 거칠기가 불량할 경우 불순물 입자가 흡착되어 있다가 떨어져 나오는 문제가 발생할 수 있는 문제를 해결하였다.
기존의 유사한 유량 특성의 필터(도 9에 나타낸 일반 필터)와 비교 시, 실험예에 따라 제조된 필터(도 10 참조)는 길이 110mm에서 75mm로 35mm 공간을 절약할 수 있었다.
실험예에 따라 제조된 지름 10㎜, 길이 50㎜의 컵 형상의 금속 다공체가 적용된 필터의 유량과 입자 제거 효율을 평가한 결과를 도 11에 나타내었다.
도 11을 참조하면, 0.2Mpa에서 350LPM의 유량이 흐르는 것을 확인하였고, 이때 입자 제거 효율은 0.003㎛ 입자까지 99.9999999% 여과함을 확인하였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (11)

  1. 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체;
    상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징; 및
    가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비되어 있고 상기 금속 다공체의 하부에 결합된 필터 바디를 포함하고,
    상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 이루어지고,
    가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치되어 있으며,
    상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 다공체는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 소결되어 형성된 소결체; 및
    상기 소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트가 코팅되고 소결되어 형성된 플레이크 코팅층을 포함하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터.
  5. 가스를 필터링할 수 있는 금속 다공체를 형성하는 단계; 및
    상기 금속 다공체를 감싸면서 보호하기 위한 하우징을 결합하고 가스가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구가 구비된 필터 바디를 상기 금속 다공체의 하부에 결합하는 단계를 포함하며,
    상기 금속 다공체는 일면이 개방되어 있고 그 반대편의 타면이 밀폐되어 있는 컵 형상으로 형성하고,
    가스의 유로가 형성되게 하기 위하여 상기 금속 다공체와 상기 하우징은 서로 이격되게 배치하며,
    상기 유입구와 상기 배출구는 일면에 함께 구비되게 하는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속 다공체를 형성하는 단계는,
    (a) 금속 분말을 준비하는 단계;
    (b) 상기 금속 분말을 바인더(Binder)와 혼합하는 단계;
    (c) 상기 금속 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용하여 과립화(Granulation) 하는 단계;
    (d) 과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용하여 원하는 형상의 사출물(Green Part)로 제작하는 단계;
    (e) 상기 바인더를 용해할 수 있는 용액에 상기 사출물을 침지시켜 바인더(Binder)를 탈지시키는 단계; 및
    (f) 탈지된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (f) 단계 후에,
    소결체 표면에 플레이크 분말 페이스트를 코팅하고 소결하여 플레이크 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 플레이크 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말이 압연되어 납작한 형태를 띠는 분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 플레이크 코팅층을 형성하는 단계는 900∼1200℃의 온도에서 환원 분위기에서 소결을 수행하는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 금속 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 금속 분말은 표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적인 형상의 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 IGS 모듈용 필터의 제조방법.
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