KR20220037201A - 연마층 조성물 혼합 장치 - Google Patents

연마층 조성물 혼합 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220037201A
KR20220037201A KR1020200119869A KR20200119869A KR20220037201A KR 20220037201 A KR20220037201 A KR 20220037201A KR 1020200119869 A KR1020200119869 A KR 1020200119869A KR 20200119869 A KR20200119869 A KR 20200119869A KR 20220037201 A KR20220037201 A KR 20220037201A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
raw material
unit
filter
material mixing
mixing
Prior art date
Application number
KR1020200119869A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102394749B1 (ko
Inventor
윤성훈
서장원
이정남
권태경
Original Assignee
에스케이씨솔믹스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이씨솔믹스 주식회사 filed Critical 에스케이씨솔믹스 주식회사
Priority to KR1020200119869A priority Critical patent/KR102394749B1/ko
Publication of KR20220037201A publication Critical patent/KR20220037201A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102394749B1 publication Critical patent/KR102394749B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/53—Mixing liquids with solids using driven stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/59—Mixing systems, i.e. flow charts or diagrams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/92—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws
    • B01F27/922—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws with two or more helices, e.g. with intermeshing helices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/181—Preventing generation of dust or dirt; Sieves; Filters
    • B01F35/187—Preventing generation of dust or dirt; Sieves; Filters using filters in mixers, e.g. during venting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B4/00—Separating solids from solids by subjecting their mixture to gas currents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B7/00—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents
    • B07B7/12—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents with pulsating air currents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/27—Mixing ingredients for grinding, polishing or lapping materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0436—Operational information
    • B01F2215/0481—Numerical speed values

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

구현예의 연마층 조성물 혼합장치는 액상원료와 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하는 원료혼합부; 그리고 상기 원료혼합부의 후단이 배치되는 균질화부;를 포함하고, 상기 액상중합체혼합물은 연마층 조성물에 포함된다. 분체원료를 분급하는 분급부, 분체원료나 액상중합체혼합물을 필터링하는 필터유닛을 더 포함할 수 있다. 구현예에 따르면 연마층의 원료를 보다 효율적으로 마련할 수 있고, 원료 자체 또는 이의 혼합 과정에서 원료 중에 발생하는 이물질을 제거할 수 있다.

Description

연마층 조성물 혼합 장치 {MIXING APPARATUS OF POLISHING LAYER RESIN COMPOSITION}
구현예는 연마층 조성물 혼합 장치 등에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 공정은, 화학-기계적으로 웨이퍼 표면 등 연마대상의 요철부분을 평탄화 하는 공정이다. 웨이퍼(wafer)의 경우, 연마대상을 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대 운동시키는 방식으로 진행되는 경우가 많다.
연마패드에 포함된 연마층은 화학 기계적 평탄화 공정에서 중요한 역할을 담당하는 필수적인 원부자재 중 하나이다.
화학적 기계적 연마 공정의 연마 효율, 연마된 피연마물의 품질 등은 화학적 기계적 연마 장비, 슬러리 조성물의 조성, 연마패드의 형상과 물성 등에 의해 큰 영향을 받는다.
연마패드는 폴리우레탄으로 제조되는 경우가 많다. 예를 들어, 프리폴리머(prepolymer), 발포제, 경화제 등을 혼합하여 몰드에 넣고 경화반응을 진행하여 형성된 폴리우레탄을 제조하고 이를 가공하여 연마패드로 적용할 수 있다.
관련 선행기술로, 대한민국 등록특허 제10-0467765호 (2005. 01. 13.), 대한민국 등록특허 제10-1894071호 (2018. 08. 31.)이 있다.
구현예의 목적은 연마층의 원료를 보다 효율적으로 마련할 수 있고, 원료 자체 또는 이의 혼합 과정에서 원료 중에 발생하는 이물질을 제거 가능한 장치를 제공하는 것이다.
구현예의 목적은 보다 우수한 연마 성능을 갖는 연마층을 효율적으로 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는, 액상원료와 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하는 원료혼합부; 그리고 상기 원료혼합부의 후단이 배치되는 균질화부;를 포함한다.
상기 원료혼합부는 유체를 수용하는 원료혼합공간이 배치된 원료혼합용기; 그리고 상기 원료혼합공간에 배치되어 회전수단에 의해 움직이는 원료혼합수단;을 포함한다.
상기 원료혼합부는 상기 액상원료와 상기 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하고, 상기 균질화부는 상기 액상중합체혼합물을 균질화하고, 상기 액상원료는 프리폴리머를 포함하고, 상기 분체원료는 고상발포제를 포함한다.
상기 액상중합체혼합물은 연마층 조성물에 포함된다.
일 구현예에 따르면 상기 균질화부에는 인라인형 균질화부가 배치된다.
상기 인라인형 균질화부는 유입구와 토출구를 갖고 유체를 수용하는 균질화하우징; 그리고 상기 균질화하우징 내에 1 이상 배치된 단위임펠러;를 포함한다.
상기 단위임펠러는 제1부재와 제2부재를 포함하고, 상기 제1부재와 상기 제2부재는 서로 간극을 두고 마주보고, 상기 제1부재와 상기 제2부재 중에서 적어도 하나는 회전 가능하게 배치된다.
상기 제1부재와 제2부재 중에서 적어도 하나는 회전하며 상기 간극을 지나는 유체에 전단력을 발생시킬 수 있고, 상기 균질화부는 상기 전단력을 적용하여 상기 액상중합체혼합물을 균질화할 수 있다.
상기 제1부재에 대한 상기 제2부재의 상대회전속도는 300 rpm 이상일 수 있다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 상기 분체원료를 분급하는 분급부를 더 포함할 수 있다.
상기 분급부는 구체유입구와 가스유입부가 형성된 분급장치하우징; 그리고 상기 분급장치하우징 내부에 위치하는 유동공간;을 포함한다.
상기 가스유입부는 비활성기체 또는 건조공기인 유동가스가 도입될 수 있다.
상기 분급부를 거친 분체원료는 수분율이 3 중량% 이하일 수 있다.
상기 분급부는 상기 유동공간에 진동을 발생시키는 진동회전장치부를 더 포함할 수 있다.
상기 진동회전장치부는 상기 유동공간에 하강진동을 유도한다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 금속성 물질을 분리하는 필터유닛을 더 포함한다.
상기 필터유닛은 상기 원료혼합부의 전단 또는 상기 균질화부의 후단에 배치될 수 있다.
상기 필터유닛은 상기 원료혼합부의 전단에 위치하여 상기 분체원료를 필터링할 수 있다.
상기 필터유닛은 필터링 대상을 크기에 따라 분리하는 제1필터부와 자석에 의해 필터링 대상으로부터 금속성 물질을 분리하는 제2필터부를 포함할 수 있다.
상기 제2필터부는 유입구를 갖고 내부에 필터공간이 형성된 필터 하우징; 상기 필터 하우징의 상면에 분리 가능하게 결합되는 필터 덮개; 그리고 상기 필터 덮개에 배치되고 상기 필터공간과 연결되는 배출구;를 포함할 수 있다.
상기 필터 덮개는 내부 공간을 갖는 1 또는 2 이상의 거치대와 연결될 수 있다.
상기 거치대의 내부는 필터 덮개의 상면을 통해 개방되고, 상기 자석은 상기 거치대의 내부에 배치된다.
상기 필터유닛은 상기 균질화부 후단에 위치하여 상기 액상중합체혼합물을 필터링할 수 있다.
상기 필터유닛은 필터링 대상을 크기에 따라 분리하는 제1필터부와 자석에 의해 필터링 대상으로부터 금속성 물질을 분리하는 제2필터부를 포함할 수 있다.
상기 제2필터부는 입구와 출구를 갖고 내부에 필터공간이 형성된 필터 하우징; 그리고 상기 필터 하우징의 상면에 분리 가능하게 결합되는 필터 덮개;를 포함한다.
상기 입구와 상기 출구는 상기 필터 하우징의 내부 둘레와 접선 방향으로 연결될 수 있다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 상기 액상중합체혼합물과 반응성 원료를 혼합하여 경화성혼합물을 마련하는 원료혼합부 B를 더 포함할 수 있다.
위에서 설명한 원료혼합부는 상기 원료혼합부 B와 구별할 목적으로 원료혼합부 A라 칭한다.
상기 원료혼합부 B는 상기 균질화부 후단에 배치된다.
상기 원료혼합부 B는 유체를 수용하는 원료혼합공간 B가 배치된 원료혼합용기 B; 그리고 상기 원료혼합공간 B에 배치되어 회전수단 B에 의해 움직이는 원료혼합수단 B;를 포함한다.
상기 경화성혼합물은 상기 연마층 조성물에 포함된다.
상기 제1부재와 제2부재의 상대회전속도는 Sin이고, 상기 원료혼합수단 B의 회전속도는 Sb이다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 상기 Sin과 상기 Sb가 1: 2 내지 15의 비율로 회전될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는, 액상원료와 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하는 원료혼합부; 그리고 상기 원료혼합부의 후단이 배치되는 균질화부;를 포함한다.
상기 원료혼합부는 유체를 수용하는 원료혼합공간이 배치된 원료혼합용기; 그리고 상기 원료혼합공간에 배치되어 회전수단에 의해 움직이는 원료혼합수단;을 포함한다.
상기 원료혼합부는 상기 액상원료와 상기 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하고, 상기 균질화부는 상기 액상중합체혼합물을 균질화하고, 상기 액상원료는 프리폴리머를 포함하고, 상기 분체원료는 고상발포제를 포함한다.
상기 액상중합체혼합물은 연마층 조성물에 포함된다.
일 구현예에 따르면 상기 균질화부에는 폴리믹서형 균질화부가 배치된다.
상기 폴리믹서형 균질화부는 유입구와 토출구를 갖고 유체를 수용하는 균질화하우징; 그리고 상기 균질화하우징 내에 길이 방향을 따라 회전 가능하게 배치된 2 이상의 균질플레이트;를 포함한다.
상기 균질플레이트에는 1 이상의 유동홀이 형성되어 있다.
서로 이웃하는 상기 균질플레이트는 회전속도가 서로 다르게 구동되어, 유동홀을 통과하는 유체에 전단력을 가하고, 상기 균질화부는 상기 전단력을 적용하여 상기 액상중합체혼합물을 균질화한다.
상기 균질플레이트의 회전속도는 300 rpm 이상일 수 있다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 상기 분체원료를 분급하는 분급부를 더 포함할 수 있다.
상기 분급부는 구체유입구와 가스유입부가 형성된 분급장치하우징; 그리고 상기 분급장치하우징 내부에 위치하는 유동공간;을 포함한다.
상기 가스유입부는 비활성기체 또는 건조공기인 유동가스가 도입될 수 있다.
상기 분급부를 거친 분체원료는 수분율이 3 중량% 이하일 수 있다.
상기 분급부는 상기 유동공간에 진동을 발생시키는 진동회전장치부를 더 포함할 수 있다.
상기 진동회전장치부는 상기 유동공간에 하강진동을 유도한다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 금속성 물질을 분리하는 필터유닛을 더 포함한다.
상기 필터유닛은 상기 원료혼합부의 전단 또는 상기 균질화부의 후단에 배치될 수 있다.
상기 필터유닛은 상기 원료혼합부의 전단에 위치하여 상기 분체원료를 필터링할 수 있다.
상기 필터유닛은 필터링 대상을 크기에 따라 분리하는 제1필터부와 자석에 의해 필터링 대상으로부터 금속성 물질을 분리하는 제2필터부를 포함할 수 있다.
상기 제2필터부는 유입구를 갖고 내부에 필터공간이 형성된 필터 하우징; 상기 필터 하우징의 상면에 분리 가능하게 결합되는 필터 덮개; 그리고 상기 필터 덮개에 배치되고 상기 필터공간과 연결되는 배출구;를 포함할 수 있다.
상기 필터 덮개는 내부 공간을 갖는 1 또는 2 이상의 거치대와 연결될 수 있다.
상기 거치대의 내부는 필터 덮개의 상면을 통해 개방되고, 상기 자석은 상기 거치대의 내부에 배치된다.
상기 필터유닛은 상기 균질화부 후단에 위치하여 상기 액상중합체혼합물을 필터링할 수 있다.
상기 필터유닛은 필터링 대상을 크기에 따라 분리하는 제1필터부와 자석에 의해 필터링 대상으로부터 금속성 물질을 분리하는 제2필터부를 포함할 수 있다.
상기 제2필터부는 입구와 출구를 갖고 내부에 필터공간이 형성된 필터 하우징; 그리고 상기 필터 하우징의 상면에 분리 가능하게 결합되는 필터 덮개;를 포함한다.
상기 입구와 상기 출구는 상기 필터 하우징의 내부 둘레와 접선 방향으로 연결될 수 있다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 상기 액상중합체혼합물과 반응성 원료를 혼합하여 경화성혼합물을 마련하는 원료혼합부 B를 더 포함할 수 있다.
위에서 설명한 원료혼합부는 상기 원료혼합부 B와 구별할 목적으로 원료혼합부 A라 칭한다.
상기 원료혼합부 B는 상기 균질화부 후단에 배치된다.
상기 원료혼합부 B는 유체를 수용하는 원료혼합공간 B가 배치된 원료혼합용기 B; 그리고 상기 원료혼합공간 B에 배치되어 회전수단 B에 의해 움직이는 원료혼합수단 B;를 포함한다.
상기 경화성혼합물은 상기 연마층 조성물에 포함된다.
상기 균질플레이트의 회전속도 Spo이고, 상기 원료혼합수단 B의 회전속도는 Sb이다.
일 구현예에 따른 연마층 조성물 혼합장치는 상기 Spo와 상기 Sb은 1: 2 내지 18의 비율로 회전될 수 있다.
구현예의 연마층 조성물 혼합 장치 등은 연마층의 원료를 보다 효율적으로 마련할 수 있고, 원료 자체 또는 이의 혼합 과정에서 원료 중에 발생하는 이물질을 제거할 수 있다. 또한, 구현예의 연마층 조성물 혼합 장치 등은 보다 우수한 연마 성능을 갖는 연마층을 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1은 구현예의 연마층 조성물 혼합장치를 설명하는 개념도.
도 2는 구현예에서 적용하는 원료혼합부의 일 예를 설명하는 개념도.
도 3은 구현예의 연마층 조성물 혼합장치를 설명하는 개념도.
도 4는 구현예에서 적용하는 인라인형 균질화부의 일 예를 설명하는 개념도.
도 5는 구현예의 연마층 조성물 혼합장치를 설명하는 개념도.
도 6은 구현예에서 적용하는 폴리믹서형 균질화부의 일 예를 설명하는 개념도.
도 7은 구현예의 필터유닛에서 적용하는 제2필터부(자성필터부)의 단면도.
도 8은 구현예의 필터유닛에서 적용하는 제2필터부(자성필터부)의 분해사시도.
도 9는 구현예의 필터유닛에서 적용하는 제2필터부(자성필터부)의 단면도.
도 10은 구현예의 필터유닛에서 적용하는 제2필터부(자성필터부)의 분해사시도.
도 11은 제1필터부를 나타낸 개략도.
도 12는 구현예의 분급부를 나타낸 개략도.
도 13은 구현예의 분급부를 나타낸 개략도.
도 14는 도 12의 작동 상태도.
도 15 내지 도 17은 각각 연마층 조성물 혼합장치의 일 예를 설명하는 블록도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 구현예의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서 전체에서, "제1", "제2" 또는 "A", "B"와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하거나 할 수 있다는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
본 명세서에서 특별한 표시 없이 적용한 %는 중량%를 의미한다.
본 명세서에서, 도면 각 구성요소들의 크기는 발명의 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
연마패드는 기공을 갖으며 탄성이 있는 발포체(foamed body) 형태인 연마층을 포함한다. 연마층의 제조에는 발포제와 수지 조성물이 적용된다.
기공의 입경을 보다 정밀하게 제어하게 위하여 파우더 형태의 고상발포제(solid foaming agent)가 기상 발포체와 함께 또는 별도로 적용되고 있다. 분체인 발포제를 액상인 고분자 수지 내에 완전히 균질하게 분산시키는 것은 쉽지 않다. 액상인 고분자 수지가 일정 수준 이상의 점도를 갖는 경우에 그 분산은 더욱 어렵다.
발명자들은, 고상발포제의 적어도 일부가 서로 뭉쳐져 혼합원료 내에 응집체 형태로 존재하기 쉽고, 그 크기가 상대적으로 큰 응집체는 연마패드 내에서 이물질처럼 작용하거나 연마시 슬러리의 거동을 변화시키는 등의 영향을 미치며, 이는 연마패드의 품질만이 아니라 피연마물의 연마품질에도 영향을 미친다는 점을 확인했다. 또한, 연마패드를 제조하는 과정에서 의도하지 않게 함입되는 불순물에 의해 피연마물의 품질에 큰 영향을 미칠 수 있고, 그 예 중 하나인 금속성 이물질은 피연마물에 스크레치 등을 발생시키는 원인 중 하나라는 점을 확인했다.
이에, 발명자들은 연마패드를 효율적으로 제조할 수 있는 방법, 제조된 연마패드와 이로 연마된 피연마물의 물성을 향상시킬 수 있는 방법을 연구하여 이하 설명하는 구현예를 제시한다.
도 1, 도 3 및 도 5는 각각 구현예의 연마층 조성물 혼합장치를 설명하는 개념도이다. 도 2는 원료혼합부를, 도 4 및 도 6은 각각 균질화부를 설명하는 개념도이다.
도 7과 도 8은 각각 구현예의 필터유닛에서 적용하는 제2필터부(자성필터부)의 단면도와 분해사시도이다. 도 9와 도 10은 각각 구현예의 필터유닛에서 적용하는 다른 제2필터부(자성필터부)의 단면도와 분해사시도이다. 도 11은 제1필터부를 나타낸 개략도이다.
도 12와 도 13은 각각 구현예의 분급부를 나타낸 개략도이고, 도 14는 도 12의 작동 상태도이다.
도 15 내지 도 17은 각각 연마층 조성물 혼합장치의 일 예를 설명하는 블록도이다.
이들을 참고하여 이하 구현예를 구체적으로 설명한다.
연마층 조성물 혼합장치
실시예에 따른 연마층 조성물 혼합장치(1, 2, 3)는 프로세스 유닛 A(PA); 그리고 프로세스 유닛 B(PB);를 포함한다.
프로세스 유닛 A(PA)는 액상원료와 분체원료를 포함하는 액상중합체혼합물을 마련한다.
프로세스 유닛 B(PB)은 상기 액상중합체혼합물과 반응성 원료를 포함하는 경화성혼합물을 마련한다. 경화성혼합물은 성형부에 도입되어 연마층을 제조할 수 있다.
상기 연마층은 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.
상기 액상원료는 프리폴리머를 포함할 수 있다. 상기 분체원료는 고상발포제를 포함할 수 있다. 상기 반응성 원료는 이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다.
각 조성물 및 원료들에 대해 자세히 설명한다.
액상원료는 프리폴리머를 포함할 수 있다.
프리플리머(prepolymer)는 최종성형품을 제조함에 있어서, 중합도를 중간단계로 유지한 최종성형품과 비교하여 낮은 분자량을 갖는 고분자 수지를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후에 성형될 수 있고, 주로 액상으로 적용된다.
상기 액상인 프리폴리머는 폴리우레탄, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 나일론, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 에폭시, 실리콘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 포함될 수 있고, 폴리우레탄을 형성하는 프리폴리머일 수 있다.
상기 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올이 반응된 프리폴리머일 수 있다. 예시적으로, 이소시아네이트 화합물, 폴리올, 상기 이소시아네이트와 상기 폴리올로 제조된 프리폴리머 등이 적용될 수 있다.
우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라페닐렌 디이소시아네이트(p-phenylene diisocyanate), 토리딘 디이소시아네이트(tolidine diisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenyl methane diisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(dicyclohexylmethane diisocyanate) 및 이소포론 디이소시 아네이트(isoporone diisocyanate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이소시아네이트일 수 있다.
우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용될 수 있는 폴리올은, 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol) 및 아크릴계 폴리올(acryl polyol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 폴리올일 수 있다. 폴리올은 300 내지 3,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물로서 톨루엔 디이소시아네이트가 사용되고, 폴리올로서 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜이 사용하여 중합된 500 내지 3,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 갖는 고분자일 수 있다.
분체원료는 고상발포제를 포함할 수 있다.
고상발포제는, 열팽창된(사이즈 조절된) 마이크로캡슐이고, 5 내지 200 ㎛의 평균 입경을 갖는 마이크로 벌룬 구조체일 수 있다. 열팽창된(사이즈 조절된) 마이크로 캡슐은 열팽창성 마이크로 캡슐을 가열 팽창시켜 얻어진 것일 수 있다.
상기 열팽창성 마이크로 캡슐은 밀도가 100 kg/m3이하일 수 있고, 밀도가 80 kg/m3이하일 수 있다. 또한 상기 열팽창성 마이크로 캡슐은 밀도가 10 내지 80 kg/m3일 수 있고, 밀도가 10 내지 60 kg/m3일 수 있다.
고상발포제는 열 팽창된 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다. 구체적으로, 고상발포제는 5 내지 200 ㎛의 평균 입경을 갖는 마이크로 벌룬 구조체일 수 있고, 평균 입경이 10 내지 50 ㎛인 것일 수도 있다.
열팽창성 마이크로 캡슐은 열가소성 수지를 포함하는 외피 및 상기 외피 내부에 봉입된 발포제를 포함할 수 있다. 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 나아가, 상기 내부에 봉입된 발포제는 탄소수 1 내지 7개의 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
열팽창성 마이크로 캡슐 내부에 봉입된 발포제는 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(nbutane), 이소부탄(isobutene), 부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 등의 저분자량 탄화수소; 트리클로로플로오르메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플로오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 등의 클로로플루오로 탄화수소; 및 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 등의 테트라알킬실란으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 고상발포제는 시판중인 상표명 익스판셀(expancel) 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고상발포제는 적용하고자 하는 포어의 비율에 따라 달리 적용될 수 있다. 구체적으로, 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 상기 발포제는 0.5 내지 40 중량부, 1 내지 35 중량부, 또는 5 내지 30 중량부의 함량으로 적용될 수 있다.
액상원료, 분체원료 또는 액상중합체혼합물은 정포제를 더 포함할 수 있다.
정포제는 액상의 원료(액상원료 또는 액상중합체혼합물)의 표면장력을 낮추어 혼화성을 향상시키고 혼합 과정에서 생성될 수 있는 기포의 크기가 상대적으로 균일하게 되도록 돕는다. 또한, 균질화된 액상중합체혼합물의 안정성을 향상시킬 수 있다. 정포제는 예시적으로 계면활성제가 적용될 수 있다. 정포제는 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부가 적용될 수 있다.
프로세스 유닛 A
프로세스 유닛 A(PA)는 액상원료와 분체원료를 포함하는 액상중합체혼합물을 마련한다.
프로세스 유닛 A(PA)는 원료혼합부(10)를 포함한다.
프로세스 유닛 A(PA)는 원료혼합부(10)와 균질화부를 포함할 수 있다.
원료혼합부 단독 또는 원료혼합부와 균질화부를 통칭해 원료혼합유닛으로 칭한다.
균질화부는 인라인형 균질화부(60)일 수 있다.
균질화부는 폴리믹서형 균질화부(70)일 수 있다.
프로세스 유닛 A(PA)는 필터유닛(20)을 더 포함할 수 있다.
필터유닛 C1(20-C1)은 상기 원료혼합부(10)에 분체원료가 공급되는 이동경로에 배치될 수 있다.
필터유닛 C2(20-C2)는 상기 원료혼합부(10)에서 배출되는 액상중합체혼합물의 이동경로에 배치될 수 있다.
필터유닛 C2(20-C2)는 원료혼합부(10)의 후단에 배치될 수 있다.
필터유닛 C2(20-C2)는 균질화부 후단에 배치될 수 있다.
프로세스 유닛 A(PA)는 공급부 및/또는 저장부를 포함할 수 있다.
액상원료는 액상원료 공급부(10a)에서 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
분체원료는 분체원료 공급부(10b)에서 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
분체원료는 분체원료 공급부에서 필터유닛 C1(20-C1)을 거쳐 원료혼합부로 이동될 수 있다.
분체원료는 분체원료 공급부(10b)에서 필터유닛 C1(20-C1)을 거친 것이 저장부(미도시)에 보관된 후, 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
상기 분체원료는 분급부에서 분급부를 거친 분체원료일 수 있다.
분체원료는 분체원료 공급부(10b)에서 분급부(50)를 거쳐 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
분체원료는 분체원료 공급부(10b)에서 분급부(50)와 필터유닛 C1(20-C1)을 거쳐 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
분체원료는 분체원료 공급부(10b)에서 분급부(50)와 필터유닛 C1(20-C1)을 거친 것이 저장부(미도시)에 보관된 후, 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
원료혼합유닛을 거친 액상중합체혼합물은 프로세스 유닛 B(PB)로 이동될 수 있다.
원료혼합부(10)를 거친 액상중합체혼합물은 저장부에서 보관될 수 있다.
원료혼합부(10) 및 균질화부(60, 70)를 거친 액상중합체혼합물은 저장부에서 보관될 수 있다.
원료혼합부-배치형
원료혼합부(10)는, 내부에 원료혼합공간(111)이 배치된 원료혼합용기(11); 원료혼합공간(111)에 배치되어 있고 복수의 회전수단(12)에 의해 움직이는 원료혼합수단(13); 및 원료혼합수단(13)을 동작 시키며 서로 회전 속도가 상이한 복수의 회전수단(12);을 포함한다.
원료 혼합용기(11)는 액상원료를 공급하는 액상원료 공급부(10a), 그리고 분체원료를 공급하는 분체원료 공급부(10b)와 연결될 수 있다. 원료혼합용기(11)의 원료혼합공간(111)에는 액상원료와 분체원료가 수용될 수 있다.
원료혼합공간(111)은 액상원료와 분체원료를 포함하는 혼합물(또는 액상중합체혼합물)을 압송하기 위한 펌프(도시하지 않음)가 배치될 수 있다. 원료혼합공간(111)은 액상원료와 분체원료를 포함하는 혼합물(또는 액상중합체혼합물)을 압송하기 위한 브로워(blower)가 배치될 수도 있다. 액상원료, 분체원료, 또는 혼합물의 상태(용액 또는 분체)에 따라 펌프와 브로워는 선택 적용될 수 있다.
원료혼합수단(13)은, 회전수단(12)과 연결되어 회전할 수 있는 회전몸체(131); 그리고 원료혼합공간(111)에 위치하고 회전몸체(131)에 연결되어 회전할 수 있는 적어도 하나 이상의 원료혼합부재(132);를 포함한다.
회전수단(12)과 회전몸체(131)는 원료혼합공간(111) 내에 배치될 수 있다. 회전수단(12)과 회전몸체(131)는 원료혼합공간(111) 외에 배치될 수 있다.
상기 회전수단(12)은 원료혼합용기(11)의 위에 배치될 수 있다.
상기 회전몸체(131)은 원료혼합용기(11)의 위에 배치될 수 있다.
복수의 회전수단(12)은 제1구동부재(121)와 제2구동부재(122)를 포함한다.
제1구동부재(121)는 회전몸체(131)와 연결되어 회전몸체(131)를 회전시킬 수 있다.
제2구동부재(122)는 회전몸체(131)에 1 개 또는 2 개 이상이 배치될 수 있다.
제1구동부재(121)는 제2구동부재(122)와 다른 속도 및/또는 다른 방향으로 회전하며 원료 혼합 부재의 회전 운동을 제어할 수 있다. 이를 통해, 원료혼합공간(111)에 위치하는 혼합원료 내에 난류 발생을 유도하여 혼합원료의 균질화를 보다 효율적으로 유도할 수 있다.
제1구동부재(121)는 회전몸체(131)와 연결될 수 있다. 제1구동부재(121)는 회전몸체(131)를 회전시킬 수 있다.
제2구동부재(122)는 회전몸체(131)와 연결될 수 있다. 제2구동부재(122)는 회전몸체(131)에 배치될 수 있다. 제2구동부재(122)는 회전몸체(131)에 2 개 이상이 배치될 수 있고, 2 내지 9개가 배치될 수 있다. 2 이상의 원료 혼합부재(132)는 각각 서로 간섭하지 않도록 배치될 수 있다.
원료혼합부재(132)는 제2구동부재(122)와 연결되어 회전몸체(131)에 의한 회전(제1회전, 공전)과 동시에 제2 구동부재(122)에 의한 회전(제2회전, 자전)을 동시에 할 수 있다. 상기 제1회전(공전)과 상기 제2회전(자전)은 회전의 방향이 서로 반대일 수 있다.
복수의 회전수단(12)은 회전몸체(131)와 연결되어 회전몸체(131)를 회전시키는 제1구동부재(121); 회전몸체(131)에 배치되어 있는 적어도 하나의 제2구동부재(122)를 포함한다.
적어도 하나의 제2구동부재(122)는 제1구동부재(121)와 떨어져 회전몸체(131)에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예시적으로 회전몸체(131)의 가장자리에 배치될 수 있다.
적어도 하나의 제2구동부재(122)는 제1구동부재(121)를 기준으로 회전몸체(131)의 원주 방향을 따라 배열될 수 있다. 도면에서 제2구동부재(122)를 2개로 도시하였으나, 제2구동부재(122)의 개수는 연마패드 제조용 수지 조성물 혼합 장치의 설계에 따라 달라질 수 있다.
제1구동부재(121)와 제2구동부재(122)는 공지의 모터를 포함하며, 제1 구동부재(121)와 제2 구동부재(122)의 회전속도는 서로 같거나 다를 수 있다.
제1 구동부재(121)와 제2 구동부재(122)의 회전방향은 같은 방향이거나 서로 다른 방향일 수 있다.
제1구동부재(121)의 회전수는 10 내지 100 rpm일 수 있다.
제2구동부재(122)의 회전수는 200 내지 800 rpm일 수 있다.
제1구동부재(121)의 회전수와 제2구동부재(122)의 회전수의 비율은 1: 5 내지 20 일 수 있다. 이러한 비율로 원료혼합부를 구동하는 경우 분체원료나 액상원료이 실질적으로 손상되지 않으면서 혼합원료를 마련할 수 있다.
이러한 범위로 회전속도를 제어하여 제1구동부재(121)과 제2구동부재(122)를 회전시켜 혼합원료를 마련하는 경우, 혼합원료가 실질적으로 균질 하며 고상발포제가 뭉쳐 있는 응집체가 감소된 혼합원료를 마련할 수 있다.
상기 혼합원료의 70 ℃에서 측정한 점도는 1000 cps 이상일 수 있고, 1000 내지 2300 cps일 수 있고, 1000 내지 2000 cps일 수 있다. 원료 혼합부는 상기 점도범위를 갖는 혼합원료를 상당한 수준으로 분산, 균질화 시킬 수 있다.
회전몸체(131)는 제1구동부재(121)의 구동으로 원료혼합용기(11)의 위에서 제1구동부재(121)의 구동축(도시하지 않음)을 중심으로 회전한다. 그리고 회전몸체(131)는 액추에이터, 전동 실린더 등의 승강 유닛에 의해 승강할 수 있다. 제2구동부재(122)는 회전하는 회전몸체(131)에 의해 제1구동부재(121)를 기준으로 원주 방향을 따라 움직일 수 있다.
적어도 하나의 원료 혼합부재(132)는 적어도 하나의 제2구동부재(122)와 연결되어 있다. 이에 적어도 하나의 원료혼합부재(132)는, 적어도 하나의 제2구동부재(122)에 의해 회전하면서 회전몸체(131)를 따라 움직인다. 원료혼합부재(132)의 개수는 제2구동부재(122)의 개수와 같은 수로 적용될 수 있다.
원료혼합부재(132)는 원료혼합공간(111)에 위치하고 제2구동부재(122)의 구동축(도시하지 않음)과 연결되어 회전할 수 있는 샤프트(132a); 그리고 샤프트(132a)와 연결되어 있고 원료혼합공간(111)에 수용된 프리폴리머와 발포제를 혼합하는 교반날개(132b)를 포함한다. 원료혼합부재(132)는 제2구동부재(122)에 의해 회전하고 회전몸체(131)에 의해 움직이면서 원료혼합공간(111)의 프리폴리머와 발포제를 혼합할 수 있다. 원료혼합부재(132)는 제2구동부재(122)에 의해 회전하고 회전몸체(131)에 의해 원료 혼합용기(11)의 원주 방향을 따라 움직이면서 원료혼합공간(111)에 위치하는 프리폴리머와 발포제를 혼합할 수 있다.
원료혼합부재(132)는 교반날개를 갖는다. 교반날개는 패들형, 터빈형, 프로펠라형, 앵커형 또는 헤리컬형 형태일 수 있다. 교반날개로 헤리컬형이 적용되는 것이 혼합을 효율화하는 데에 유리하다.
원료혼합부는 2 이상의 구동부재, 2 이상의 원료 혼합부재를 적용하여 실질적으로 균질화된 혼합원료를 효율적으로 마련할 수 있다.
원료혼합부에서 복수의 회전수단에 의해 동작하는 원료 혼합수단이 회전하며 원료혼합용기의 내부에 액상중합체혼합물을 효율적으로 혼합, 균질화하며, 분체원료의 뭉침 현상이 적고 실질적으로 균일하기 분산된 액상중합체혼합물를 효율적으로 제조할 수 있다.
균질화부-인라인형
원료혼합부(10)의 후단에는 균질화부가 더 배치될 수 있다.
상기 균질화부는 인라인형 균질화부(60)일 수 있다.
도 4를 참조하면, 인라인형 균질화부(60)는 유입구(611)와 토출구(612)를 갖고 유체를 수용하는 균질화하우징(61), 균질화하우징(61) 내에 1 이상 배치된 단위임펠러(63)를 포함한다.
상기 단위임펠러(63)는 제1부재(631)와 제2부재(632)를 포함한다.
상기 제1부재와 상기 제2부재는 서로 간극(633)을 두고 마주보고, 상기 제1부재와 상기 제2부재 중에서 적어도 하나는 회전 가능하게 배치된다. 상기 제1부지와 상기 제2부재는 상기 간극을 유지하며 하나만 회전 가능할 수 있고, 상기 제1부재와 상기 제2부재는 상기 간극을 유지하며 함께 회전 가능할 수 있다.
상기 제1부재와 상기 제2부재는 간극을 유지하고 서로 같은 방향으로 속도를 달리하며 회전할 수 있다. 상기 제1부재와 상기 제2부재는 간극을 유지하며 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.
상기 제1부재와 상기 제2부재 중에서 적어도 하나는 회전하며 상기 간극을 지나는 유체에 전단력을 발생시킨다.
상기 균질화부는 상기 전단력을 적용하여 상기 혼합원료를 균질화할 수 있다.
제1부재(631)는 로터일 수 있다.
제2부재(632)를 로터 또는 스테이터일 수 있다.
상기 균질화부는 내부에 회전할 수 있게 배치된 로터를 회전시키는 모터(미도시)를 포함할 수 있다.
로터는 균질화하우징(61)의 내부에서 모터에 의해 회전하면서 유입구(611)를 통해 균질화하우징(61)의 유입된 혼합원료를 유동시키면서 전단력을 통해 효율적인 균질화가 가능하다.
상기 제1부재에 대한 상기 제2부재의 상대회전속도는 300 rpm 이상일 수 있고, 400 rpm 이상일 수 있다. 상기 제1부재에 대한 상기 제2부재의 상대회전속도는 600 rpm 이상일 수 있고, 1,000 rpm 이하일 수 있다.
제1부재의 일면은 동심원을 이루며 제2부재의 방향으로 돌출되도록 제1돌기들이 배치된다. 제2부재의 타면은 동심원을 이루며 제1부재의 방향으로 돌출되도록 제2돌기들이 배치된다. 제1돌기들과 제2돌기들은 서로 옆면이 마주보도록 일정한 간격(간극)을 두고 배치되고 동심원을 이루며 배치되어, 회전시 서로의 부딧치지 않는다.
상기 제1돌기들은 상기 제1부재의 일면에 100 내지 400개가 배치될 수 있다. 상기 제2돌기들은 상기 제2부재의 일면에 100 내지 400개가 배치될 수 있다.
상기 단위임펠러(63)는 1 내지 10개가 나란히 배치될 수 있다. 상기 단위임펠러(63)는 3 내지 8개가 나란히 배치될 수 있다.
상기 간극은 0.1 내지 1 mm으로 적용될 수 있다.
이러한 구성으로 균질화부를 구성하는 경우 프리폴리머와 고상발포체를 포함하는 액상중합체혼합물의 균질화에 보다 유리하다.
인라인형 균질화부는 냉각시스템(미도시) 내에서 구동할 수 있다. 냉각시스템은 상기 인라인형 균질화부(60)의 적어도 일부를 감싸며 냉각수가 흐르는 냉각시스템일 수 있다. 냉각시스템 내에서 인라인형 균질화부를 구동하는 경우, 임펠러의 회전에 의해 발생할 수 있는 열을 최소화할 수 있고, 균질화대상인 유체의 열화 발생을 억제할 수 있다.
균질화된 액상중합체혼합물은 토출구(612)를 통해 배출되어 기설정된 단위로 포장되어 저장될 수 있다.
필요에 따라 인라인형 균질화부를 거친 액상중합체혼합물과 인라인형 균질화부를 거치지 않은 액상중합체혼합물을 믹서를 통해 혼합할 수 있다.
액상중합체혼합물은 후술하는 필터유닛으로 이동될 수 있다.
균질화부-폴리믹서형
원료혼합부(10)의 후단에는 균질화부가 더 배치될 수 있다.
상기 균질화부는 폴리믹서형 균질화부(70)일 수 있다.
도 6를 참조하면, 균질화부(70)는 유입구(711)와 토출구(712)를 갖고 유체를 수용하는 균질화하우징(71); 그리고 상기 균질화하우징(71) 내에 1 이상 배치된 균질플레이트(73)를 포함한다.
균질플레이트(73)은 모터(도시하지 않음)와 동력 연결되어 있고 균질화하우징(71)의 내부에 회전할 수 있게 배치된다. 균질플레이트(73)는 모터와 연결된 샤프트(도시하지 않음)의 길이 방향을 따라 배열되어 있고, 각각의 균질플레이트(73) 에는 1 이상의 유동홀(731)이 형성된다. 유동홀(731)은 균질플레이트(73)의 원주 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 이웃한 균질플레이트(73)는 각각 유동홀(731)이 서로 어긋나게 위치하도록 배치되어 있다.
유입구(711)를 통해 균질화하우징(71)으로 유입된 유체를 배출구(712) 방향으로 밀어내기 위하여 샤프트 또는 균질플레이트(73)는 기설정된 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 별도의 펌프(미도시)가 적용될 수도 있다.
회전하는 균질플레이트(73)의 유동홀(751)을 유체가 통과하면서 상기 유체에는 전단력이 가해진다. 전단력은 상기 유체 중 입자가 뭉쳐있는 부분이나 점도가 상이한 부분들에 힘을 가하여 균질한 상태가 되도록 하며, 전체적으로 균일하게 분체가 분포되면서 혼합된 유체를 형성한다.
균질플레이트(73)의 회전 속도는 300 rpm 이상일 수 있고, 500 내지 700 rpm일 수 있다. 이러한 회전 속도로 균질플레이트가 회전하는 경우 유동홀을 통과하는 유체의 균질화가 보다 효율적으로 진행될 수 있다.
폴리믹서형 균질화부는 냉각시스템(미도시) 내에서 구동할 수 있다. 냉각시스템은 상기 폴리믹서형 균질화부(70)의 적어도 일부를 감싸며 냉각수가 흐르는 냉각시스템일 수 있다. 냉각시스템 내에서 폴리믹서형 균질화부를 구동하는 경우, 균질플레이트의 회전에 의해 발생할 수 있는 열을 최소화할 수 있고, 균질화대상인 유체의 열화 발생을 억제할 수 있다.
상기 균질플레이트(73)의 유동홀(731)을 통과한 유체들은 토출구(712)로 배출될 수 있다.
균질화된 액상중합체혼합물은 토출구(712)를 통해 배출되어 기설정된 단위로 포장되어 저장될 수 있다.
필요에 따라 폴리믹서형 균질화부를 거친 액상중합체혼합물과 폴리믹서형 균질화부를 거치지 않은 액상중합체혼합물을 믹서를 통해 혼합할 수 있다.
액상중합체혼합물은 후술하는 필터유닛으로 이동될 수 있다.
프로세스 유닛 B
프로세스 유닛 B(PB)는 액상중합체혼합물과 반응성 원료를 포함하는 경화성혼합물을 마련한다.
프로세스 유닛 B(PB)는 원료혼합부(10)를 포함한다.
프로세스 유닛 B(PB)는 필터유닛 C3(20-C3)와 원료혼합부(10)를 포함한다.
필터유닛 C3(20-C3)는 액상중합체혼합물이 원료혼합부(10)에 공급되는 이동경로에 배치될 수 있다.
프로세스 유닛 B(PB)는 공급부 및/또는 저장부를 포함할 수 있다.
반응성 원료는 반응성원료 공급부(40)에서 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
액상중합체혼합물은 저장부에 보관된 것이 원료혼합부(10)로 이동될 수 있다.
성형유닛
경화성혼합물은 성형부(미도시)에 도입되어 일정한 형상을 갖도록 제조된다.
경화성혼합물은 폴리우레탄을 형성하는 수지조성물과 포어를 형성하는 고상발포체가 분산되어 비교적 일정한 크기의 포어를 갖는 폴리우레탄 패드를 형성한다.
예시적으로 경화성혼합물을 몰드에 넣고 방치하여 경화시켜 폴리우레탄 성형물을 형성하고, 이를 일정한 형상을 갖도록 가공해 연마층으로 활용할 수 있다.
필터유닛
필터유닛(20)은 분체원료 또는 액상원료를 정제할 수 있다.
필터유닛(20)은 액상중합체 혼합물을 정제할 수 있다.
정제 대상인 분체원료, 액상원료 또는 액상중합체 혼합물에는 제조 과정 또는 운반-제조과정에서 아주 작은 크기의 금속성 불순물(이하, 금속성 물질이라 함)이 섞여 들어갈 수 있다. 또한, 혼합 등의 과정에서도 금속성 물질을 포함하는 이물질이 섞여 들어갈 수 있다. 발명자들은, 금속성 물질은 최종 생산물질의 물성에 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 이를 제거하는 것으로 연마층의 물성을 향상시킬 수 있다는 점을 확인했다. 또한, 보관, 이동, 혼합 등의 과정에서 정제 대상들이 서로 응집되는 등의 이유로 또는 이물질이 함입되어 입자성 불순물이 형성되기도 한다. 이러한 입자성 불순물들은 필터링 과정을 통해 제거하는 것이 필요하다.
필터유닛(20)은 금속성 물질을 분리하는 제2필터부(22, 30);를 포함한다. 필터유닛(20)은 필터링 대상을 크기에 따라 필터링하는 제1필터부(21); 그리고 제1필터부(21)를 통과한 혼합원료에서 금속성 물질을 분리하는 제2필터부(22, 30); 를 포함할 수 있다.
제2필터부는 분체인 원료(분체원료)의 필터링을 목적으로 하는 것과 액체인 원료(액상원료 또는 액상중합체혼합물)의 필터링을 목적으로 하는 것이 구분되어 적용될 수 있다.
분체의 필터링을 목적으로 하는 필터유닛 C1은 도 7과 도 8에서 설명하는 제2필터부(30)을 포함하며, 후술하는 분급부(50) 또는 그 후단에, 구체적으로 분급부 내부 또는 분급부와 원료혼합부(10)의 사이에 배치될 수 있다.
유체의 필터링을 목적으로 하는 필터유닛 C2은 도 9과 도 10에서 설명하는 제2필터부(22)을 포함하며, 원료혼합부(10)의 후단, 필터유닛 C3는 균질화부(인라인형 또는 폴리믹서형)의 후단 및/또는 프로세스 유닛 B의 원료혼합부에 배치될 수 있다.
분급부 또는 분급부의 후단에 배치되어 분체원료를 필터링하는 필터유닛 C1은 제1필터부(21)와 제2필터부(30)을 포함한다. 이들의 배치 순서는 배관의 분체원료의 흐름에 따라 제1필터부(21)-제2필터부(30)의 순서로 배치될 수 있고, 제2필터부(30)-제1필터부(21)의 순서로 배치될 수 있다. 후자의 경우가 보다 효율적이다.
제1필터부(21)는 분체원료 내에 뭉침이나 구형발포제의 깨짐, 외부로부터의 유입 등으로 발생하는 고상의 이물질을 크기로 분류해 제거할 수 있다.
제1필터부(21)는 액상의 혼합원료 내에 고상으로 존재하는 발포제 기타 고상의 이물질을 크기로 분류해 제거할 수 있다.
도 11을 참고해 제1필터부를 설명한다.
제1필터부(21)는 필터링 대상이 이동하는 필터 하우징(211); 그리고 필터 하우징(211)에 배치되어 필터 하우징(211)을 통과하는 분체원료를 기설정된 크기 이하의 것만 통과하는 필터부재(212);를 포함한다.
필터 하우징(211)의 내부에는 필터부재(212)가 위치하고 필터링 대상이 이동하는 필터공간(211a)이 배치된다.
필터 하우징(211)은 상하 길이보다 좌우 길이가 긴 것일 수 있다. 필터링 대상이 필터 하우징(211)의 좌우 길이 방향을 따라 이동될 수 있다.
필터 하우징(211)은 좌우 길이보다 상하 길이가 긴 것일 수 있다. 필터링 대상이 필터 하우징(211)의 상하 길이 방향을 따라 이동될 수 있다.
필터 하우징(211)는 필터링 대상이 유입되는 입구(211b)와 필터부재(212)를 통과한 필터링된 대상이 배출되는 출구(211c)를 포함할 수 있다.
필터 하우징(211)의 일측에는 필터링 대상이 유입되는 입구(211b)가 형성될 수 있고, 타측에는 필터부재(212)를 통과한 필터링 대상이 배출되는 출구(211c)가 형성될 수 있다.
입구(211b)와 출구(211c)는 실질적으로 동일 선상에서 서로 마주할 수 있다.
출구(211c)는 입구(211b)보다 아래에 배치될 수 있다.
필터부재(212)는 단일 또는 복수의 메시(mesh)부재를 포함할 수 있다.
필터부재(212)는 필터 하우징(211)의 내부에 위치하여 0 도 초과 90 도 이하의 각도를 갖도록 배치될 수 있다. 필터부재(212)는 필터 하우징(211)의 내부에 위치하여 45 도 초과 90 도 이하의 각도를 갖도록 배치될 수 있다. 상기 각도는 입구(211b)에서 출구(211c) 방향인 필터링 대상의 이동 방향을 기준으로 한다.
필터부재(212)의 외곽은 필터 하우징(211)의 내부 둘레와 접하고 있다. 이에 필터부재(212)와 필터 하우징(211)의 내부 둘레 사이로 혼합원료가 통과하지 않는다.
메시부재는 금속 또는 섬유로 만들어질 수 있고, 섬유로 만들어진 것이 좋다. 메시부재들의 구멍 지름은 각각 다르다. 필터부재(212)는 50 내지 300 메시(mesh)의 메시부재일 수 있다.
필터부재(212)는 서로 크기가 다른 매시형태의 부재가 필터링 대상의 이동 방향을 따라 순차로 배열된 것일 수 있다.
필터부재(212)가 복수 개의 부재를 포함하는 경우, 메시수가 작은 것부터 큰 것의 순서로 부재를 배치할 수 있다. 이때, 필터 하우징(211)을 통과하는 필터링 대상 중 뭉쳐 덩어리 형태로 형성된 것들이 메시 형태의 부재들을 통과하면서 순차적으로 걸러질 수 있어 효율적인 필터링 진행이 가능하다.
필터링 대상은 기 설정된 크기 이상의 것은 제거되고, 기 설정된 크기 미만인 필터링 대상만 제1필터부(21)를 통과하게 된다.
위에서 제1필터부(21)의 필터부재(212)로 메시부재를 설명하나, 이에 한정하는 것은 아니다. 덩어리 형태로 뭉친 필터링 대상물을 걸러낼 수 있는 것이라면 다양한 형태의 부재가 적용될 수 있다.
필터 하우징(211)은 덮개(미도시)가 분리 가능하게 배치된 개방홀을 포함할 수 있다. 덮개가 분리된 상태에서 필터부재(212)는 개방홀을 통해 필터 하우징(211)에서 분리될 수 있다. 이에 따라 필터부재(212)에 걸린 덩어리 형태의 혼합원료를 제거할 수 있다.
제2필터부를 설명한다.
필터유닛 C1은 필터부(30a)는 연결배관(미도시)에 배치되어 있으며 이송되는 분체원료 중에 포함된 금속성 이물질을 필터링한다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 제2필터부(30a)는 필터 하우징(31), 필터 덮개(32) 및 필터부재(33)를 포함하며, 고상발포제 중에 함유된 금속성 이물질을 필터링한다.
필터 하우징(31)은 기설정된 길이를 가지며 상하 방향으로 세워져 있다.
필터 하우징(31)의 내부에는 상면으로 개방된 필터공간(311)이 형성되어 있다.
필터 하우징(31)의 하부에는 연결배관이 접속되는 유입구(312)가 형성되어 있다. 이에 펌프(미도시)의 작동으로 유동한 분체원료는 유입구(312)를 통해 필터공간(311)으로 유입될 수 있다.
유입구(312)가 필터공간(311)의 둘레와 접선 방향으로 연결되어 있으므로 필터공간(311)으로 유입된 고상발포제는 필터공간(311)의 둘레를 따라 선회운동을 하면서 개방된 상면 방향으로 점차 상승할 수 있다. 필터공간(311)에는 분체원료의 흐름에 와류가 발생할 수 있다.
필터 덮개(32)는 필터 하우징(31)의 상면에 분리할 수 있게 결합되어 필터 하우징(31)의 개방된 상면을 단속한다. 필터 덮개(32)와 필터 하우징(31)의 사이에는 실링부재(도시하지 않음)가 배치되어 있다.
필터 덮개(32)에는 필터공간(311)과 연결된 배출구(321)가 형성되어 있다. 이에 유입구(312)를 통해 필터공간(311)을 경유한 분체원료는 배출구(321)를 통해 필터 하우징(31)의 외부로 배출될 수 있다. 상기 배출구가 필터의 하우징이 아닌 필터 덮개에 형성되는 경우가 가벼운 필터링 대상의 효율적인 필터링이 가능하다.
필터부재(33)는 필터공간(311)에 배치되어 필터 덮개(32)와 연결되어 있다. 필터부재(33)는 필터 덮개(32)의 원주 방향을 따라 간격을 두고 배열되어 있다. 도면에서 필터부재(33)로 4개를 도시하였으나, 1 내지 15개가 적용될 수 있고, 필터 하우징(31)의 규격에 따라 필터부재(33)의 개수는 달라질 수 있다.
필터부재(33)는 거치대(331), 그리고 자석(332)을 포함하며 분체원료 중에 함유된 금속성 이물질이 붙는다.
거치대(331)은 내부가 비어 있으며 필터 덮개(32)와 연결되어 있다.
거치대(331)은 필터 덮개(32)와 일체로 형성되거나 나사 방식으로 분리할 수 있게 결합될 수 있다.
거치대(331)의 내부는 필터 덮개(32)의 상면을 통해 개방되어 있다.
거치대(331)은 필터공간(311)의 둘레와 떨어져 있다. 또한 이웃한 거치대(331) 또한 서로 떨어져 있다.
거치대(331)은 매끄럽게 다듬질 된 외부 표면을 갖는다. 즉, 거치대(331)의 외부 둘레는 매끄럽게 형성되어 있다.
필터공간(311)에서 선회운동을 하는 분체원료는 거치대(331)의 외부 둘레와 접하면서 상승할 수 있다.
자석(332)은 거치대(331)의 내부에 배치되어 있다. 이에 거치대(331)의 주변에는 자기장이 존재하게 된다.
자기장에 의해 필터공간(311)에서 이동하는 분체원료 중에 함유된 금속성 이물질은 거치대(331)의 외부 둘레에 달라붙을 수 있다.
자석(332)은, 상자석 및/또는 전자석일 수 있다.
자석(332)은 전자석; 네오티뮴 자석, 사마륨코발트 자석 등의 희토류 영구자석; 알리코 자석 등이 적용될 수 있고, 구체적으로 희토류 영구자석이 적용될 수 있다. 자석은 네오디뮴(Neodymium) 자석일 수 있다.
자석은 1,500 G 이상의 자속밀도를 갖는 것일 수 있고, 1,500 내지 12,000 G의 자속밀도를 갖는 것일 수 있다. 자석은 10,000 G 내지 12,000 G의 자기력을 갖는 것일 수 있다. 이러한 자속밀도를 갖는 자석을 상기 제2필터부에 적용하는 경우, 미세한 금속성 이물질을 효율적으로 제거할 수 있다.
자기력은 상기 유입구의 유입용량 5L/min를 기준으로 0.5T 내지 1T로 적용될 수 있다. 이러한 경우, 실질적으로 금속성 이물질의 효율적으로 제거할 수 있다(이하, 자석에 대한 설명은 제2필터부에서 동일함.)
자석(332)은 필터 하우징(31)에서 필터 덮개(32)가 분리되면 필터 덮개(32)의 상면에서 거치대(331) 외부로 인출될 수 있다. 이때 거치대(331)의 주변에 자기장이 제거되면서 거치대(331)의 외부 둘레에 달라붙은 금속성 이물질은 거치대(331)에서 떨어질 수 있다.
이에 필터공간(311)에서 선회운동을 하는 분체원료 중에 함유된 금속성 이물질은 거치대(331)에 달라붙고, 거치대(331)에 달라붙지 않은 분체원료는 배출구(321)를 통해 필터 하우징(31)의 외부로 배출되어 배관을 따라 유동한다. 필터링된 분체원료는 이후 설명하는 분급부 또는 프로세스 유닛 A의 원료혼합부로 이동된다.
액상인 유체의 필터링을 목적으로 적용되는 필터유닛 C2는 도 9와 도 10에서 설명하는 제2필터부(22)를 포함한다. 또한, 액상인 유체의 필터링을 목적으로 적용되는 필터유닛 C3는 도 9와 도 10에서 설명하는 제2필터부(22)를 포함한다.
필터유닛 C2는 액상원료와 분체원료의 혼합원료 또는 액상중합체혼합물은 필터링 대상으로 한다.
필터유닛 C3은 액상중합체혼합물은 필터링 대상으로 한다.
필터유닛 C2는 원료혼합부(10)의 후단에 배치될 수 있다.
필터유닛 C3는 균질화부(인라인형 또는 폴리믹서형)의 후단 및/또는 프로세스 유닛 B의 원료혼합부 전단 또는 후단에 배치될 수 있다.
필터유닛(20)은 금속성 물질을 분리하는 제2필터부(30);를 포함한다.
필터유닛(20)은 필터링 대상을 크기에 따라 필터링하는 제1필터부(21); 그리고 제1필터부(21)를 통과한 혼합원료에서 금속성 물질을 분리하는 제2필터부(22, 30); 를 포함할 수 있다.
제1필터부(21)에 대한 구체적인 설명은 필터링 대상이 구분되는 것을 제외하면 동일하므로 그 기재를 생략한다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 제2필터부(22)는 혼합원료가 통과하는 필터 하우징(221); 필터 하우징(211)의 내부에 배치되어 통과하는 혼합원료가 접하는 거치대(222); 및 거치대(222)의 내부에 배치되어 있고 자기력이 발생하는 자석(223); 을 포함한다.
자석(223)에 의해 발생하는 자기력으로 필터링 대상 내에 함입되어 있던 금속성 물질이 거치대(222)의 외부 둘레에 붙어 제거되고, 금속성 물질이 제거된 필터링 대상이 이후 과정에서 연마패드로 제조되면 웨이퍼의 손상을 줄일 수 있다.
필터 하우징(221)은 내부에 거치대(222)가 위치하고 필터링 대상이 통과하는 필터공간(221a)이 형성되어 있다.
필터링 대상은 제1필터부(21)를 통과한 것일 수 있다.
필터링 대상은 원료 혼합부(10)를 통과한 것일 수 있다.
필터 하우징(211)은 상하 길이보다 좌우 길이가 긴 것일 수 있다. 필터링 대상은 필터 하우징(211)의 좌우 길이 방향을 따라 이동될 수 있다.
필터 하우징(211)은 좌우 길이보다 상하 길이가 긴 것일 수 있다. 필터링 대상은 필터 하우징(211)의 상하 길이 방향을 따라 이동될 수 있다.
필터 하우징(211)의 필터링 대상이 유입되는 입구(211b)와 필터부재(212)를 통과한 필터링 대상이 배출되는 출구(211c)가 형성될 수 있다.
필터 하우징(221)의 하부측에는 필터링 대상이 유입되는 입구(221b)가 형성되어 있다.
입구(221b)는 필터 하우징(221)의 내부 둘레와 접선 방향으로 연결되어 있다. 그리고 필터 하우징(221)의 상부측에는 필터공간(221a)을 통과한 필터링 대상이 배출되는 출구(221c)가 형성되어 있다. 출구(221c)는 필터 하우징(221)의 내부 둘레와 접선 방향으로 연결될 수 있다.
필터 하우징(211)을 정면에서 볼 때에는 입구(221b)와 출구(221c)는 거치대(222)를 사이에 두고 대각에서 서로 마주할 수 있다.
원료혼합부(10) 또는 제1필터부(21)에서 배출되어 입구(221b)를 통해 접선 방향으로 필터 하우징(221)의 내부로 유입된 필터링 대상은 거치대(222)와 접하면서 난류를 일으키며 전체적으로 선회 흐름이 되어 나선상으로 출구(221c) 방향으로 이동하여 제2필터부(22)의 외부로 배출된다. 액상의 필터링 대상은 이러한 출구 방향을 적용 시에 보다 효율적인 필터링이 가능하다.
거치대(222)는 필터 하우징(221)의 내부에 배치된다.
거치대(222)는 필터 하우징(221)의 내부에서 상하 방향으로 배치될 수 있다.
거치대(222)는 필터 하우징(221)의 내부에서 좌우 방향으로 배치될 수도 있다.
거치대(222)는 복수 배치될 수 있다. 예시적으로, 거치대(222)는 1개 이상 배치될 수 있고, 1 내지 15개가 배치될 수 있다.
거치대(222)는 외부 둘레가 이동하는 필터링 대상과 접하며 난류를 형성할 수 있다.
거치대(222)에 필터링 대상의 접촉력을 높이기 위하여 거치대(222)의 길이 방향이 필터링 대상의 선회 흐름 방향과 일정한 각도를 이룰 수 있고, 예시적으로 상기 각도는 0 도 초과 90도 이하일 수 있고, 약 45도 내지 약 90도 일 수 있으며, 실질적으로 직각일 수 있다. 거치대(222)의 내부는 수용공간을 가지고 비어 있을 수 있다.
필터 하우징(221)에는 개방홀이 형성될 수 있고, 개방홀은 분리 가능한 덮개(224)에 의해 개폐될 수 있다.
거치대(222)는 덮개(224)와 연결될 수 있다. 이에 덮개(224)의 분리로 거치대(222)는 필터 하우징(221)의 외부로 인출될 수도 있다.
거치대(222)는 필터 하우징(221)에 직접 배치될 수 있다.
거치대(222)의 배치 위치는 연마패드 제조용 수지 조성물 혼합 장치의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
자석(223)은 거치대(222) 마다 위치하여 내부에 분리할 수 있게 배치될 수 있다.
필터공간(221a)을 통과하는 필터링 대상은 자석(223)과 직접 접촉하지 않을 수 있다. 자석(223)의 배치로 거치대(222)의 주변 즉, 필터공간(221a)에는 자기력이 형성된다. 필터공간(221a)에서 선회 흐름하는 필터링 대상에 섞여 있는 금속성 물질은 자석(223)의 자기력에 의해 거치대(222)의 외부 둘레에 붙을 수 있다. 이에 필터 하우징(221)을 통과하는 필터링 대상에서 금속성 물질이 분리될 수 있다. 금속성 물질이 분리된 필터링 대상은 출구(211c)를 통해 제2필터부(22)의 외부로 배출된다.
금속성 물질 분리 후 거치대(222)는 필터 하우징(221)에서 분리되고, 거치대(222)에서는 자석(223)이 분리할 수 있다. 자석(223)의 분리로 거치대(222)의 주변에는 자기력이 상실되고, 자기력에 의해 거치대(222)의 외부 둘레에 붙어 있던 금속성 물질은 거치대(222)의 외부 둘레에서 떨어지게 된다. 이에 금속성 물질의 제거 작업이 용이하다.
거치대(222)의 외부 둘레에는 거치대(222)의 길이 방향을 따라 움직일 수 있는 스크래퍼(CORNE, 미도시)가 배치될 수 있다. 스크래퍼의 움직임으로 거치대(222)에 붙은 금속성 물질은 제거될 수 있다. 자석(223)이 거치대(222)에서 분리된 상태에서 스크래퍼에 움직임이 허용될 수 있고, 자석(223)이 거치대(222)에 배치된 상태에서 스크래퍼에 움직임이 허용될 수 있다.
자기력이 형성되는 제2필터부(22)가 제1필터부(21)의 후방에 위치하므로 제1필터부(21)의 메시부재에서 분리될 수 있는 금속성 물질 또한 제2필터부(22)에서 분리될 수 있다. 이에 자기력이 형성되는 제2필터부(22)가 제1필터부(21)의 후방에 위치하는 것이 금속성 물질 분리에 따른 효율이 증가할 수 있다.
하지만, 위 설명에서 원료 혼합용기(11)에서 배출되는 필터링 대상이 제1필터부(21)를 통과한 후 제2필터부(22)를 통과하는 것으로 하였으나, 제1필터부(21)보다 제2필터부(22)가 먼저 배치되어 원료 혼합용기(11)에서 배출된 필터링 대상이 제2필터부(22)를 통과하여 금속성 물질이 분리된 후 제1필터부(21)를 통과하여 크기에 따라 필터링 될 수 있다.
필터링 대상이 필터유닛을 통과하면서 물리적 필터링 및/또는 자성 필터링되어, 발포제 등이 뭉치거나 불완전하게 균질화되어 형성될 수 있는 고형분이 기설정된 크기 이상인 경우 제거하고 금속성 물질도 제거하여, 필터링된 필터링 대상을 제조할 수 있다.
분급부
분급부는 분체원료를 분급한다.
분체원료는 고형발포제를 포함하고, 상기 고형발포제로는 내부가 비여있는 미세구체가 주로 적용된다.
분체원료는, 뭉침, 깨짐 등 다양한 원인으로 일부에 의도하지 않은 크기의 것이 포함될 수 있고, 이는 제조되는 연마층의 물성이 큰 영향을 미친다. 따라서, 분체원료를 미리 분급하여 원하는 크기의 것을 선별하여 적용하는 것이 좋다.
또한, 발명자들은 분체원료의 표면에서 수분 등을 제거하는 공정도 함께 진행하는 것이 연마층의 물성을 더 향상시킬 수 있다는 점을 확인하고 구체적으로 개시한다.
분급부는 분급장치(500), 가스공급부(미도시) 및 회수부(미도시)를 포함한다.
분급장치(500)는 분급장치하우징(510)과 상기 분급장치하우징(510) 내부에 위치하는 유동공간(520)을 포함한다.
상기 유동공간(520)은 유동가스를 공급받아 분체원료를 분급한다.
상기 유동가스는 분급장치하우징(510)에서 유동가스의 흐름에 따라 상기 분체원료가 상기 유동공간(520) 내에서 부유한다. 상기 유동공간(520) 내에서 중력, 진동 등의 영향에 따라 상기 분체원료가 그 무게와 크기에 따라 다른 속도로 하강하면서, 크기에 따라 분급되어 회수될 수 있다.
분급장치하우징(510)은 중심축(550)의 방향으로 측정한 최대 높이인 유동공간(520)의 내부 높이가 중심축(550)에 수지간 방향으로 측정한 최대 폭인 유동공간(520)의 폭 보다 더 큰 것일 수 있다. 구체적으로, 1.5배 이상 큰 것일 수 있으며, 3배 이상 큰 것일 수 있다. 이렇게 폭에 비해 충분하게 큰 높이를 갖는 경우 분체원료의 분급이 보다 효율적으로 진행될 수 있다.
유동가스는 상기 분급장치하우징(510)의 하단부 또는 밑면에서 유동공간(520)으로 주입될 수 있다.
유동가스는 상기 분급장치하우징(510)의 하단부 또는 밑면에서 주입되어 상기 유동공간(520) 내에서 회전하며 또는 회전하지 않으면서 상승되어 상승기류를 형성한다.
유동가스의 상승은 분체원료가 상승 후 떨어지는 속도에 차이를 만들고, 이에 따라 상기 분체원료가 분급될 수 있다.
분급장치하우징(510)의 외부 둘레에는 상하 길이 방향을 따라 공급부(40)와 연결되어 있는 구체유입구(531)들이 형성되어 있다.
구체유입구(531)은 분급장치하우징(510)의 하부 또는 측면에 형성되어 공급부와 유동공간(520)을 연결한다.
구체유입구(531)은 분급장치하우징(510)의 하면을 기준으로 그 높이의 60% 이하에 위치할 수 있고, 50% 이하에 위치할 수 있으며, 50% 이하의 위치에 1 내지 5개가 기설정된 일정한 간격을 두고 형성될 수 있다.
분급장치하우징(510)의 하면에는 유동공간(520)과 연결된 가스유입부(521)이 형성될 수 있다.
유동가스는 상기 분급장치하우징(510)의 하부측에 위치하는 와류발생부재(560)를 통해 공급될 수 있다.
유동가스가 상기 분급장치하우징(510)으로 주입될 때에 상기 와류발생부재(560)를 통과하면, 상기 중심축(550)에 수직한 단면 전체적으로 일정한 유량과 강도로 유동가스가 주입될 수 있고, 상기 유동공간(520) 전체적으로 고른 분급 효과를 가져올 수 있다.
와류발생부재(560)는 다수의 통공을 갖는 막형 와류발생부재일 수 있다.
통공은 상기 분체원료 직경(D50)의 10% 이하인 직경을 갖는 통공을 가질 수 있고, 15% 이하인 직경을 갖는 통공을 가질 수 있으며, 20% 이하인 직경을 갖는 통공을 가질 수 있다.
와류발생부재(560)는 유동가스의 분산과 분체원료가 가스공급부 또는 이를 위한 연결관 측으로 유입되는 것을 막는 역할을 할 수 있다.
막형 와류발생부재는 10 um 이하 또는 5 um 이하의 통공들이 다수 형성되는 멤브레인 형태의 와류발생부재일 수 있다.
통공이 다수 형성된 멤브레인 형태의 와류발생부재를 상기 와류발생부재(560)로 적용하는 경우, 상기 분체원료가 상기 와류발생부재(560) 아래 빠지지 않아 효율적인 공정 운영이 가능하다.
유동가스는 비활성기체 또는 건조공기가 적용될 수 있고, 구체적으로 상기 유동가스는 질소(N2) 가스 또는 건조공기가 적용될 수 있으며, 더 구체적으로 질소 가스가 적용될 수 있다. 이 때, 상기 건조공기는 습도가 3 중량% 이하인 공기를 의미한다.
유동가스로 질소 가스가 적용되는 경우 상기 분체원료의 표면에 존재할 수 있는 수분을 보다 효과적으로 제거할 수 있고, 특히 수분율이 낮아진 분급부를 거친 분체원료를 제공할 수 있다.
이렇게 수분율이 낮아진 분급부를 거친 분체원료는 분급으로 인하여 얻어지는 결함 감소 효과뿐만 아니라, 분체원료의 표면 등에 포함된 수분으로 인하여 발생할 수 있는 부반응에 의한 결함 감소 효과도 얻을 수 있어, 연마된 기판 상에 보다 디펙 형성이 감소시킬 수 있는 연마층을 제조할 수 있다.
분체원료로 고상발포제가 적용되는 경우, 개별 고상발포제의 무게가 상당히 가볍기 때문에, 상기 유동가스에 의하여 상승된 분체원료가 하강하는 것에 상당히 긴 시간이 걸리거나, 유동가스의 흐름이 존재하는 동안은 실질적으로 잘 하강이 진행되지 않을 수 있고, 이는 분급 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
와류발생부재(560)를 통과한 유동가스는 유동공간(520)의 하부에서 상부로 상승하되 유동공간(520)에서 회전하며 또는 회전하지 않으면서 상승되어 상승기류를 형성할 수 있다. 유동가스의 상승은 분체원료가 상승 후 떨어지는 속도에 차이를 만들고, 이에 따라 분체원료가 입경에 따라 분급될 수 있다.
구현예에서는 상기 하강을 촉진할 수 있는 방법으로 진동을 적용한다.
진동은, 진동회전장치부(540)에 의해 가해질 수 있다. 상기 진동회전장치부(540)는 분급장치하우징(510)과 연결된다. 분급장치하우징(510)의 떨림을 흡수하기 위해 진동흡수부(545)가 별도로 구비될 수 있다.
진동은, 중심축(550)을 중심으로 상하로 움직이는 수직방향진동, 좌우로 움직이는 수평방향진동, 또는 상하좌우로 모두 진동을 가하는 수직수평방향진동이 순차로 또는 동시에 적용될 수 있다.
진동은 회전과 함께 진행될 수 있다. 진동과 회전을 가할 수 있는 수단은 통상의 진동 및/또는 회전을 가하는 수단이라면 적용 가능하므로 구체적인 설명은 생략한다.
회전은 상기 분급장치하우징(510)을 중심축(550)을 기준으로 시계방향으로 회전시키거나 반시계방향으로 회전시키거나 시계방향과 반시계방향의 회전을 반복하여 진행하는 회전시키는 방식이 적용될 수 있다.
진동은 100 내지 10,000 Hz의 진동일 수 있고, 500 내지 5,000 Hz의 진동일 수 있으며, 700 내지 3,500 Hz의 진동일 수 있다. 이러한 범위로 상기 진동을 적용하는 경우, 보다 효율적으로 분체원료를 분급할 수 있다.
작고 가벼운 분체원료 특성상, 유동가스의 상승으로 분체원료가 상승 떨어지는 속도 차이에 의해 분급이 가능하나, 유동가스에 의해 상승하여 쉽게 하강하지 않는 경우 진동에 의해 더 빠른 하강을 유도할 수 있다. 즉, 상기 진동은 상기 분체원료가 상기 유동공간(520) 내에서 하강되는 것을 촉진하는 하강진동(down force vibrating)일 수 있다.
진동이 더 적용되면 보다 효율적이고 효과적인 분급이 진행될 수 있으며, 제조된 연마층은 보다 결함이 적은 웨이퍼를 제조할 수 있다.
분급부를 거친 분체원료는 수분율이 3 중량% 이하일 수 있고, 수분율이 2.8 중량% 이하일 수 있으며, 수분율이 0.01 내지 2.6 중량%일 수 있다. 분급부를 거친 분체원료는 수분율이 2.0 중량% 이하일 수 있고, 수분율이 1.5 중량% 이하일 수 있으며, 0.01 내지 1.5 중량%일 수 있다.
분급부를 거친 분체원료들은 아래 식 (1)로 계산되는 입자분포(P)값으로 0.5 내지 2의 값을 가질 수 있다.
식 (1): P=(D90-D10)/D50
상기 식 (1)에서 DN은 0 내지 100%의 직경 분포에서 N%에서의 상기 분체원료의 직경을 의미한다.
이렇게 분급부를 거친 분체원료들은 실질적으로 미발포입자나 결함이 있는 입자를 포함하지 않아, 보다 우수한 품질의 연마층을 형성할 수 있다.
분급장치하우징(510)은 상기 분급장치하우징의 중심축(550)과 평행 또는 평행하지 않은 회전축을 따라 회전하는 회전유동부(570)를 더 포함할 수 있다.
회전유동부(570)는 상기 유동공간(520) 내를 회전하며 상기 분급장치하우징(510) 내의 공기 등이 회전, 혼합될 수 있도록 하며, 상기 분체원료의 분급이 보다 효율적으로 진행될 수 있도록 돕는다.
회전유동부(570)는 스터러가 적용될 수 있으며, 상기 스터러는 상기 중심축(550)과 평행하게 위치하는 샤프트(573)와 상기 사프트와 연결되어 분급장치하우징(510)의 방향으로 돌출된 다수개의 회전믹서(575)를 포함할 수 있다.
분급장치하우징(510)에는 고상발포제에서 분급된 제1분체원료와 제2분체원료가 각각 배출되는 구체취출구(533a, 533b, 533c, 533d, 533e)가 형성되어 있다. 다수의 구체취출구(533a, 533b 등)은 분급장치하우징(510)의 상하 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 다수의 구체취출구(533a, 533b 등)은 분급장치하우징(510)의 하면에서부터 높이를 달리하여 위치할 수 있다.
다수의 구체취출구들은 분급장치하우징(510)의 하부측과 상부측에 형성되어 분급의 정도나 입자 크기 분포를 달리하는 분체원료를 적절히 회수할 수 있다.
분급장치하우징(510)의 상면에는 유동공간(520)으로 유입된 유동가스가 배출되는 가스배출구(523)이 형성되어 있다. 그리고 가스배출구(523)에는 배출되는 유동가스에 포함된 이물질, 잔여 미소구체 등을 필터링하는 배출필터(525)가 배치되어 있다.
분체원료는 평균 입경이 5 내지 200 ㎛인 제1분체원료와, 평균 입경이 5 ㎛ 미만인 제2분체원료로 분급될 수 있다. 분급되는 분체원료의 입경은 연마패드의 설계에 따라 달라질 수 있다.
회수부(미도시)는 분급장치하우징(510)과 이웃하게 배치되어 있으며, 내부에는 회수공간(미도시)이 형성되어 있다. 회수공간은 구체취출부(533)를 통해 유동공간(520)과 연결되어 있다. 구체취출부(533)를 통해 배출된 제2분체원료는 회수공간에 유입되어 저장될 수 있다.
블록도의 설명
이하 도 15 내지 도 17을 참고해서 연마층 조성물 혼합장치가 연마층 조성물을 제조하고 이를 통해 연마층을 제조하는 과정을 설명한다.
도 15를 참고하면, 연마층 조성물 혼합장치(1)는 프로세스 유닛 A(PA)과 프로세스 유닛 B(PB)를 포함한다.
액상원료(M1)와 분체원료(M2)는 원료혼합부(10)에 도입된다.
상기 분체원료(M2)는 분급부(50)를 거처서 분급된 것일 수 있고, 분급 후 필터유닛(20)를 거쳐서 필터링된 것일 수 있다. 이 때, 필터유닛은 분체원료의 필터링을 위한 필터유닛 C1(20-C1)이 적용될 수 있다.
원료혼합부(10)에서 혼합된 액상원료(M1)와 분체원료(M2)는 액상중합체혼합물로 프로세스 유닛 B(PB)로 이동한다. 그 사이에는 1 또는 2 이상의 필터유닛(20)을 거칠 수 있다.
원료혼합부(10)에서 혼합된 액상중합체혼합물은 프로세스 유닛 A에 포함된 필터유닛(20-C2)에 의해서 필터링될 수 있고, 별도의 저장부(미도시)에 의해 저장될 수 있다.
프로세스 유닛 B(PB)는 액상중합체혼합물을 도입해 반응성원료(M3)과 혼합하여 경화성혼합물(M4)이 제조된다. 이때, 원료혼합부(10)가 적용될 수 있다.
프로세스 유닛 B(PB)의 원료혼합부(10)의 전단에는 액상중합체혼합물을 필터링하는 필터유닛(20-C3)이 포함될 수 있다.
경화성혼합물(M4)은 성형부(미도시)로 배출되고, 성형부에서 다공성폴리머층인 연마층으로 가공된다.
도 16을 참고하면, 연마층 조성물 혼합장치(2)는 프로세스 유닛 A(PA)과 프로세스 유닛 B(PB)를 포함한다.
액상원료(M1)와 분체원료(M2)를 원료혼합부(10)에 도입된다.
상기 분체원료(M2)는 분급부(50)를 거처서 분급된 것일 수 있고, 분급 후 필터유닛(20)를 거쳐서 필터링된 것일 수 있다. 이 때, 필터유닛은 분체원료의 필터링을 위한 필터유닛 C1(20-C1)이 적용될 수 있다.
원료혼합부(10)에서 혼합된 액상원료(M1)와 분체원료(M2)은 혼합원료 또는 액상중합체혼합물을 형성한다. 혼합원료 또는 액상중합체혼합물은 인라인형 균질화부(60)를 거쳐 균질화된 후 프로세스 유닛 B(PB)로 이동한다. 그 사이에는 1 또는 2 이상의 필터유닛(20)을 거칠 수 있다.
원료혼합유닛(원료혼합부와 인라인형 균질화부)에서 혼합된 액상중합체혼합물은 프로세스 유닛 A에 포함된 필터유닛(20-C2)에 의해서 필터링될 수 있고, 별도의 저장부(미도시)에 의해 저장될 수 있다.
프로세스 유닛 B(PB)는 액상중합체혼합물을 도입해 반응성원료(M3)과 혼합하여 경화성혼합물(M4)을 제조한다. 이때, 원료혼합부(10)가 적용될 수 있다.
경화성혼합물(M4)은 성형부(미도시)로 배출되고, 성형부에서 다공성폴리머층인 연마층으로 가공된다.
프로세스 유닛 B(PB)의 원료혼합부(10)의 전단에는 액상중합체혼합물을 필터링하는 필터유닛(20-C3)이 포함될 수 있다.
인라인형 균질화부(60) 내에 포함된 인펠러의 회전속도 Sin(제1부재와 제2부재의 상대회전속도)은 프로세스 유닛 B(PB)의 원료혼합부(10)에 포함된 회전수단(12)의 회전속도 Sb(제1구동부재에 의한 회전수단의 회전속도와 제2구동부재에 의한 회전수단의 회전속도가 다를 경우, 제1구동부재의 회전속도를 의미함)와 일정한 비율을 갖는 것이 공정의 효율화에 좋다.
상기 Sin과 상기 Sb은 1: 2 내지 15의 비율일 수 있고, 1: 4 내지 9의 비율일 수 있다. 이러한 범위의 속도 비율일 때, 프리폴리머와 분체원료를 혼합하는 과정에서 프리폴리머가 열화되거나 분체원료가 손상되지 않으면서도 실질적으로 균질하게 혼합될 수 있다.
도 17을 참고하면, 연마층 조성물 혼합장치(2)는 프로세스 유닛 A(PA)과 프로세스 유닛 B(PB)를 포함한다.
액상원료(M1)와 분체원료(M2)를 원료혼합부(10)에 도입한다.
상기 분체원료(M2)는 분급부(50)를 거처서 분급된 것일 수 있고, 분급 후 필터유닛(20)를 거쳐서 필터링된 것일 수 있다. 이 때, 필터유닛은 분체원료의 필터링을 위한 필터유닛 C1(20-C1)이 적용될 수 있다.
원료혼합부(10)에서 혼합된 액상원료(M1)와 분체원료(M2)은 혼합원료 또는 액상중합체혼합물을 형성한다. 혼합원료 또는 액상중합체혼합물은 폴리믹서형 균질화부(70)를 거쳐 균질화된 후 프로세스 유닛 B(PB)로 이동한다. 그 사이에는 1 또는 2 이상의 필터유닛(20)을 거칠 수 있다.
원료혼합유닛(원료혼합부와 폴리믹서형 균질화부)에서 혼합된 액상중합체혼합물은 프로세스 유닛 A에 포함된 필터유닛(20-C2)에 의해서 필터링될 수 있고, 별도의 저장부(미도시)에 의해 저장될 수 있다.
프로세스 유닛 B(PB)는 액상중합체혼합물을 도입해 반응성원료(M3)과 혼합하여 경화성혼합물(M4)을 제조한다. 이때, 원료혼합부(10)가 적용될 수 있다.
경화성혼합물(M4)은 성형부(미도시)로 배출되고, 성형부에서 다공성폴리머층인 연마층으로 가공된다.
프로세스 유닛 B(PB)의 원료혼합부(10)의 전단에는 액상중합체혼합물을 필터링하는 필터유닛(20-C3)이 포함될 수 있다.
폴리믹서형 균질화부(70) 내에 포함된 균질플레이트의 회전속도 Spo는 프로세스 유닛 B(PB)의 원료혼합부(10)에 포함된 회전수단(12)의 회전속도 Sb(제1구동부재에 의한 회전수단의 회전속도와 제2구동부재에 의한 회전수단의 회전속도가 다를 경우, 제1구동부재의 회전속도를 의미함)와 일정한 비율을 갖는 것이 공정의 효율화에 좋다.
상기 Spo과 상기 Sb은 1: 2 내지 18의 비율일 수 있고, 1: 6 내지 12의 비율일 수 있다. 이러한 범위의 속도 비율일 때, 프리폴리머와 분체원료를 혼합하는 과정에서 프리폴리머가 열화되거나 분체원료가 손상되지 않으면서도 실질적으로 균질하게 혼합될 수 있다.
위에서 설명한 연마층 조성물은 반응성 원료와 혼합되어 경화성 재료가 되고, 이를 이용해 연마층을 형성한다. 필요에 따라 기상발포제가 함께 적용되기도 한다.
성형가공된 연마층은 두께가 1.5 내지 3 mm일 수 있고, 쇼어 D 경도가 55 내지 65일 수 있다. 또한, 기공 크기는 10 내지 30 nm일 수 있다.
연마층은 부직포 또는 스위이드 재질의 서브패드 상에 부착되여 연마패드로 활용될 수 있다. 구현예의 연마층 조성물 혼합장치를 적용하여 제조하는 연마층은 분체원료가 실질적으로 균질하게 분포되고 금속성 이물을 포함한 이물의 유입이 제어되어 우수한 연마품질을 나타낼 수 있고, 특히 디펙 저감 특성이 우수하다.
균질화부를 도입하여 측정한 데이터를 제시한다.
비교예: 원료혼합부로 교반날개를 갖는 원료혼합수단에 NCO%가 8.8 내지 9.2인 원료를 적용하였을 때, 제조된 액상중합체혼합물의 점도가 약 1900(cps, 70 ℃)이었다. 이물 외관 검사에서 평균 6.9개의 이물이 관찰되었고, 성형부에 캐스팅 진행시 스트레이너(눈의 크기 250 um)의 막힘이 발생하는 것이 확인되었다.
실시예A: 원료혼합부로 교반날개를 갖는 원료혼합수단과 인라인형 균질화부가 함께 적용되는 것을 적용하고, NCO%가 9.2인 원료를 적용했다. 균질화부의 임펠러 회전속도와 프로세스 유닛 B의 원료혼합수단의 혼합속도비는 약 1: 7로 적용했다. 제조된 액상중합체혼합물의 점도가 약 1362(cps, 70 ℃)이었다. 이물 외관 검사에서 평균 3개의 이물이 관찰되었고, 성형부에 캐스팅 진행 시 입력이 10 내지 13 bar(스트레이너, 눈의 크기 100 um인 것 적용)로 나타나서 공정이 효율적으로 적용된다는 점을 확인했다. 또한, 제조된 연마층의 디펙 감소 효과도 확인했다.
실시예B: 원료혼합부로 교반날개를 갖는 원료혼합수단과 폴리믹서형 균질화부가 함께 적용되는 것을 적용하고, NCO%가 9.2인 원료를 적용했다. 균질화부의 균질플레이트 회전속도와 프로세스 유닛 B의 원료혼합수단의 혼합속도비는 약 1: 10으로 적용했다. 제조된 액상중합체혼합물의 점도가 약 1362(cps, 70 ℃)이었다. 이물 외관 검사에서 평균 2개의 이물이 관찰되었고, 성형부에 캐스팅 진행 시 입력이 8 내지 10 bar(스트레이너, 눈의 크기 74 um인 것 적용)로 나타나서 공정이 효율적으로 적용된다는 점을 확인했다. 또한, 제조된 연마층의 디펙 감소 효과도 확인했다.
비교예에 비해, 실시예A와 실시예B의 경우 분산성이 향상되고 실질적으로 균질화되어 작업편의성, 공정효율성이 향상될 수 있다는 점을 확인했고, 이물도 감소시켜 디펙이 감소된 연마층을 효율적으로 제조할 수 있다는 점을 확인했다.
분급부를 적용하여 측정한 데이터를 제시한다.
1) 분체원료의 분급
분급부를 통해 분급을 진행하지 않은 분체원료(익스판셀, 평균입도 5.5 um, 수분율 3.5 %, 밀도 47.2 kg/m3)을 비교예 1로, 분급을 진행한 후 회수한 것을 실시예 1 내지 6으로 적용했다. 분급에는 도 12에 따른 유동공간 내에 회전유동부가 장치되어 있지 않은 분급장치와 도 13에 따른 유동공간 내에 회전유동부가 장치되어 있는 분급장치의 두 가지를 적용했으며, 각각 아래 표 1에 나타냈다.
실시예 1 내지 6은 유동가스로 건조가스와 질소가스를 각각 적용했다. 진동회전은, 장치에 설치된 진동회전기를 작동하여 진행했고, 적용 여부는 아래 표 1에 제시했다.
수분율은 HX204 (메트레톨레도社)를 이용하여 샘플 당1 내지 3g 계량하여 120℃의 온도에서 1분30초 동안 가열하여 무게 증감을 확인하여 측정하였다.
밀도는 AccuPyc 1340 (Micromeritics社)를 이용하여 10 cc 셀에 샘플을 넣어 무게 측정한 뒤 밀도를 측정했다.
평균입도는 S3500+(Microtrac社)를 통해 에탄올 용매에 분산하여 입도 측정하였다.
비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
설비 사용 없음 도1 도1 도 1 도 2 도 2 도 2
유동가스 - 건조공기 질소
가스		 질소
가스		 건조
공기		 질소
가스		 질소
가스
진동적용 여부 무 유 무 유 유 무 유
공정 후수분율 (%) 3.50 2.50 1.00 1.10 2.40 1.10 1.00
고상발포제
밀도 (kg/m3)		 47.2 45.1 47.0 45.2 44.9 46.8 45.1
물성
분석		 평균 입도(㎛) 35.5 33.5 36.2 31.5 31.5 35.4 31
입도차이 기준 2 -0.7 4 4 0.1 4.5
상기 표 1을 참고하면, 비교예 1에 비하여 실시예 1 내지 6에서 모두 공정 수 수분율이 감소하는 것을 확인했고, 특히 질소가스를 적용하는 경우에 수분율 감소 효과가 더 분명하게 나타났다. 또한, 평균 입도의 경우에는 진동적용을 한 경우가 하지 않은 경우보다 그 차이가 분명하게 나타나서, 진동을 적용하면서 분급을 진행한 경우가 보다 분급된 분체원료에 입경 차이가 더 분명하게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 분급의 효과가 더 분명하게 나타났기 때문이라 생각된다.
2) 연마층의 제조
우레탄계 프리폴리머(NCO 9.1%, 중량평균분자량 1,200), 경화제(비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄)), 불활성가스(N2), 위에서 분급한 분체원료, 반응속도조절제(3차아민계 화합물) 등을 원료혼합부에 넣고 도 1에 제시된 블록도에 따라 경화성혼합물을 제조하였다. 상기 분체원료는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 2 중량부 적용했다. 상기 경화성혼합물은 혼합된 후 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 3 mm)에 주입하여 시트를 얻었다. 상기 시트는 표면연삭기로 연삭하고 팁을 이용히 그루브하는 과정을 거쳐 평균 두께 2 mm의 연마층을 각각 제조했다.
3) 물성의 측정
CMP polishing 장비를 사용하여, TEOS-플라즈마 CVD법으로 제작한 산화규소막이 형성된 직경 300 ㎜의 실리콘 웨이퍼를 설치한 후, 실리콘 웨이퍼의 산화규소막 면을 아래로 하여 상기 다공성 폴리우레탄 연마패드를 붙인 정반 상에 세팅하였다. 이후, 연마 하중이 1.4 psi가 되도록 조정하고 121 rpm으로 연마패드를 회전시키면서 연마패드 상에 하소 실리카 슬러리를 190 ㎖/분의 속도로 투입하면서 정반을 115 rpm으로 60 초간 회전시켜 산화규소막을 연마하였다.
연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, spin dryer에 장착하여 정제수(DIW)로 세정한 후 공기로 15 초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 광간섭식 두께 측정 장치를 사용하여 연마전후 막 두께 변화를 측정하고 연마율(Remove Rate)을 계산하였다.
건조된 실리콘 웨이퍼를 디펙 측정 장 비(제조사: Tenkor 사, 모델명: XP+)를 사용하여 연마후 디펙 수를 측정하였다.
비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
연마율
(A/min)		 4095 4150 4132 4098 4134 4154 4100
결함수 (개) 300 150 280 120 160 280 110
상기 표 2의 결과를 참고하면, 비교예나 실시예들의 경우 모두 일정한 범위 내의 연마율을 보여서, 분체원료로 분급된 것을 적용하는지 여부가 연마율에 큰 차이를 가져오지는 않는 것으로 평가되었다. 그러나, 결함의 수에는 큰 차이를 보였는데, 특히 분급 과정에서 진동 등을 적용한 경우(실시예 1, 3, 4, 6)의 경우가 그렇지 않은 경우와 비교하여 우수한 디펙 감소 효과를 보여주었다. 또한, 동일하게 진동을 적용한 경우라면 건조공기보다는 질소를 적용한 경우가 디펙 감소 효과가 더 뛰어났다.
분급부 후단에 자성필터를 더 적용하여 측정한 데이터를 제시한다.
1) 분체원료의 분급
분급장치를 통해 분급을 진행하지 않은 분체원료(익스판셀, 평균입도 5.5 um, 수분율 3.5 %, 밀도 47.2 kg/m3)을 고상발포제의 분급 정제 장치에 도입했다. 비교예 1로, 자성필터를 적용하지 않고 분급만 진행한 것을, 비교예 2, 실시예 1과 실시예 2에는 질소가스를 분급과 정제를 진행한 후 회수한 것을 제시했다. 자성필터는 분급부의 후단 저장부와 분급부 사이에 배치해 실험을 진행했다. 진동회전은, 장치에 설치된 진동회전기를 작동하여 진행했고, 적용 여부는 아래 표 3에 제시했다.
수분율은 HX204 (메트레톨레도社)를 이용하여 샘플 당1 내지 3g 계량하여 120℃의 온도에서 1분30초 동안 가열하여 무게 증감을 확인하여 측정하였다.
밀도는 AccuPyc 1340 (Micromeritics社)를 이용하여 10cc 셀에 샘플을 넣어 무게 측정한 뒤 밀도를 측정했다.
평균입도는 S3500+(Microtrac社)를 통해 에탄올 용매에 분산하여 입도 측정하였다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
유동가스 적용 안함 질소 가스 질소 가스 질소 가스
진동적용 유무 O O O O
자성필터 유무 X X O O
공정 후
수분율 (%)		 3.5 1 1.1 1
고상발포제밀도 (kg/m3) 47.2 45.2 45.2 45.1
물성
평균 입도(㎛)		 35.5 31.3 31.5 31.0
금속 제거율(mg/Kg) 0 0 98 106
상기 표 3을 참고하면, 비교예 1에 비하여 비교예 2, 실시예 1 및 2에서 모두 공정 후 수분율이 감소하는 것을 확인했고, 평균입도나 밀도의 경우, 정제 및 분급된 실시예의 경우가 더 낮은 값을 갖는다는 점을 확인했다. 금속 제거율의 경우도 자성필터를 적용하여 제거된 금속의 제거율이 실시예 1과 실시예 2에서 각각 98 mg/Kg 과 106 mg/Kg으로 나타나, 자성필터를 통해 금속성 이물질이 상당수 제거됨을 확인할 수 있었다.
2) 연마층의 제조
우레탄계 프리폴리머(NCO 9.1%, 중량평균분자량 1,200), 경화제(비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄)), 불활성가스(N2), 위에서 분급한 미소구체, 반응속도조절제(3차아민계 화합물) 등을 혼합물제조장치에 넣고 혼합하여 경화성혼합물을 제조하였다. 상기 미소구체는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 2 중량부 적용했다. 상기 경화성혼합물은 혼합된 후 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 3 mm)에 주입하여 시트를 얻었다. 상기 시트는 표면연삭기로 연삭하고 팁을 이용히 그루브하는 과정을 거쳐 평균 두께 2 mm의 연마층을 각각 제조했다.
3) 연마층의 물성평가
CMP polishing 장비를 사용하여, TEOS-플라즈마 CVD법으로 제작한 산화규소막이 형성된 직경 300 ㎜의 실리콘 웨이퍼를 설치한 후, 실리콘 웨이퍼의 산화규소막 면을 아래로 하여 상기 다공성 폴리우레탄 연마패드를 붙인 정반 상에 세팅하였다. 이후, 연마 하중이 1.4 psi가 되도록 조정하고 121 rpm으로 연마패드를 회전시키면서 연마패드 상에 하소 실리카 슬러리를 190 ㎖/분의 속도로 투입하면서 정반을 115 rpm으로 60 초간 회전시켜 산화규소막을 연마하였다.
연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, spin dryer에 장착하여 정제수(DIW)로 세정한 후 공기로 15 초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 광간섭식 두께 측정 장치를 사용하여 연마전후 막 두께 변화를 측정하고 연마율(Remove Rate)을 계산하였다.
건조된 실리콘 웨이퍼를 디펙 측정 장 비(제조사: Tenkor 사, 모델명: XP+)를 사용하여 연마후 디펙 수를 측정하였다. 디펙은 미세 스크레치나 채터마크를 의미한다. 300 mm 직경의 실리콘 웨이퍼를 적용해 평가한 결과로 아래 디펙의 수는 70685.83mm2 면적을 기준으로 평가한 결과이다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
연마율 4095 A/min 4150 A/min 4098 A/min 4100 A/min
결함수 (개) 1550 800 120 110
상기 표 4의 결과를 참고하면, 비교예나 실시예들의 경우 모두 일정한 범위 내의 연마율을 보여서, 미소입자를 분급된 것을 적용하는지 여부가 연마율에 큰 차이를 가져오지는 않는 것으로 평가되었다. 그러나, 결함의 수에는 큰 차이를 보였는데, 특히 분급 과정에서 자성필터를 적용하는 경우 현저하게 결함의 수가 줄어든 것으로 확인되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1, 2, 3: 연마층 조성물 혼합장치
10: 원료혼합부
10a: 액상원료 공급부 10b: 분체원료 공급부
11: 원료혼합용기 111: 원료혼합공간
12: 회전수단
121: 제1구동부재 122: 제2구동부재
13: 원료혼합수단 131: 회전몸체
132: 원료혼합부재 132a: 샤프트
132b: 교반날개
20: 필터유닛, 필터유닛 C1, 필터유닛 C2, 필터유닛 C3
21: 제1필터부 211, 221: 필터 하우징
211a, 221a: 필터공간 211b, 221b: 입구
211c, 221c: 출구 212: 필터부재
22: 제2필터부 222: 거치대
223: 자석 224: 덮개
30, 30a, 30b: 제2필터부
31: 필터 하우징 311: 필터공간
312: 유입구 32: 필터 덮개
321: 배출구 33: 필터부재
331: 거치대 332: 자석
50: 분급부 500: 분급장치
510: 분급장치하우징 520: 유동공간
521: 가스유입부 523: 가스배출구
525: 배출필터 531: 구체유입부
531a, 531b, 531c:구체유입구 533: 구체취출부
533a, 533b, 533c, 533d, 533e:구체취출구
540: 진동회전장치부 545: 진동흡수부
550: 중심축 560: 와류발생부재
570: 회전유동부 573: 샤프트
575: 회전믹서
60: 인라인형 균질화부 61: 균질화하우징
611: 유입구 612: 토출구
63: 단위임펠러 631: 제1부재
632: 제2부재 633: 간극
70: 폴리믹서형 균질화부 71: 균질화하우징
711: 유입구 712: 토출구
73: 균질플레이트 731: 유동홀
PA: 프로세스 유닛 A PB: 프로세스 유닛 B
M1: 액상원료 M2: 분체원료
M3: 반응성원료 M4: 경화성혼합물

Claims (13)

  1. 액상원료와 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하는 원료혼합부; 그리고 상기 원료혼합부의 후단이 배치되는 균질화부;를 포함하고,
    상기 원료혼합부는 유체를 수용하는 원료혼합공간이 배치된 원료혼합용기; 그리고 상기 원료혼합공간에 배치되어 회전수단에 의해 움직이는 원료혼합수단;을 포함하고,
    상기 원료혼합부는 상기 액상원료와 상기 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하고, 상기 균질화부는 상기 액상중합체혼합물을 균질화하고,
    상기 액상원료는 프리폴리머를 포함하고, 상기 분체원료는 고상발포제를 포함하고,
    상기 균질화부에는 인라인형 균질화부가 배치되고,
    상기 인라인형 균질화부는 유입구와 토출구를 갖고 유체를 수용하는 균질화하우징; 그리고 상기 균질화하우징 내에 1 이상 배치된 단위임펠러;를 포함하고,
    상기 단위임펠러는 제1부재와 제2부재를 포함하고, 상기 제1부재와 상기 제2부재는 서로 간극을 두고 마주보고, 상기 제1부재와 상기 제2부재 중에서 적어도 하나는 회전 가능하게 배치되고,
    상기 제1부재와 제2부재 중에서 적어도 하나는 회전하며 상기 간극을 지나는 유체에 전단력을 발생시키고, 상기 균질화부는 상기 전단력을 적용하여 상기 액상중합체혼합물을 균질화하고,
    상기 제1부재에 대한 상기 제2부재의 상대회전속도는 300 rpm 이상이고,
    상기 액상중합체혼합물은 연마층 조성물에 포함되는, 연마층 조성물 혼합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분체원료를 분급하는 분급부를 더 포함하고,
    상기 분급부는 구체유입구와 가스유입부가 형성된 분급장치하우징; 그리고 상기 분급장치하우징 내부에 위치하는 유동공간;을 포함하는, 연마층 조성물 혼합장치.
  3. 제1항에 있어서,
    금속성 물질을 분리하는 필터유닛을 더 포함하고,
    상기 필터유닛은 상기 원료혼합부의 전단 또는 상기 균질화부의 후단에 배치되는, 연마층 조성물 혼합장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터유닛은 상기 원료혼합부의 전단에 위치하여 상기 분체원료를 필터링하고,
    상기 필터유닛은 필터링 대상을 크기에 따라 분리하는 제1필터부와 자석에 의해 필터링 대상으로부터 금속성 물질을 분리하는 제2필터부를 포함하고,
    상기 제2필터부는
    유입구를 갖고 내부에 필터공간이 형성된 필터 하우징; 상기 필터 하우징의 상면에 분리 가능하게 결합되는 필터 덮개; 그리고 상기 필터 덮개에 배치되고 상기 필터공간과 연결되는 배출구;
    를 포함하는, 연마층 조성물 혼합장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 필터 덮개는 내부 공간을 갖는 1 또는 2 이상의 거치대와 연결되고,
    상기 거치대의 내부는 필터 덮개의 상면을 통해 개방되고,
    상기 자석은 상기 거치대의 내부에 배치되는, 연마층 조성물 혼합장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 필터유닛은 상기 균질화부 후단에 위치하여 상기 액상중합체혼합물을 필터링하고,
    상기 필터유닛은 필터링 대상을 크기에 따라 분리하는 제1필터부와 자석에 의해 필터링 대상으로부터 금속성 물질을 분리하는 제2필터부를 포함하고,
    상기 제2필터부는
    입구와 출구를 갖고 내부에 필터공간이 형성된 필터 하우징; 그리고
    상기 필터 하우징의 상면에 분리 가능하게 결합되는 필터 덮개;
    를 포함하고,
    상기 입구와 상기 출구는 상기 필터 하우징의 내부 둘레와 접선 방향으로 연결된, 연마층 조성물 혼합장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원료혼합부는 원료혼합부 A이고,
    상기 액상중합체혼합물과 반응성 원료를 혼합하여 경화성혼합물을 마련하는 원료혼합부 B를 더 포함하고,
    상기 원료혼합부 B는 상기 균질화부 후단에 배치되고,
    상기 원료혼합부 B는 유체를 수용하는 원료혼합공간 B가 배치된 원료혼합용기 B; 그리고 상기 원료혼합공간 B에 배치되어 회전수단 B에 의해 움직이는 원료혼합수단 B;를 포함하고,
    상기 경화성혼합물은 연마층 조성물에 포함되는, 연마층 조성물 혼합장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1부재와 제2부재의 상대회전속도는 Sin이고,
    상기 원료혼합수단 B의 회전속도는 Sb이고,
    상기 Sin과 상기 Sb은 1: 2 내지 15의 비율인, 연마층 조성물 혼합장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 가스유입부는 비활성기체 또는 건조공기인 유동가스가 도입되는 것이고, 상기 분급부를 거친 분체원료는 수분율이 3 중량% 이하인, 연마층 조성물 혼합장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 분급부는 상기 유동공간에 진동을 발생시키는 진동회전장치부를 더 포함하고, 상기 진동회전장치부는 상기 유동공간에 하강진동을 유도하는, 연마층 조성물 혼합장치.
  11. 액상원료와 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하는 원료혼합부; 그리고 상기 원료혼합부의 후단이 배치되는 균질화부;를 포함하고,
    상기 원료혼합부는 유체를 수용하는 원료혼합공간이 배치된 원료혼합용기; 그리고 상기 원료혼합공간에 배치되어 회전수단에 의해 움직이는 원료혼합수단;을 포함하고,
    상기 원료혼합부는 상기 액상원료와 상기 분체원료를 혼합하여 액상중합체혼합물을 마련하고, 상기 균질화부는 상기 액상중합체혼합물을 균질화하고,
    상기 액상원료는 프리폴리머를 포함하고, 상기 분체원료는 고상발포제를 포함하고,
    상기 균질화부에는 폴리믹서형 균질화부가 배치되고,
    상기 폴리믹서형 균질화부는 유입구와 토출구를 갖고 유체를 수용하는 균질화하우징; 그리고 상기 균질화하우징 내에 길이 방향을 따라 회전 가능하게 배치된 2 이상의 균질플레이트;를 포함하고,
    상기 균질플레이트에는 1 이상의 유동홀이 형성되어 있고,
    서로 이웃하는 상기 균질플레이트는 회전속도가 서로 다르게 구동되어, 유동홀을 통과하는 유체에 전단력을 가하고, 상기 균질화부는 상기 전단력을 적용하여 상기 액상중합체혼합물을 균질화하고,
    상기 균질플레이트의 회전속도는 300 rpm 이상이고,
    상기 액상중합체조성물은 연마층 조성물에 포함되는, 연마층 조성물 혼합장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 원료혼합부는 원료혼합부 A이고,
    상기 액상중합체혼합물과 반응성 원료를 혼합하여 경화성혼합물을 마련하는 원료혼합부 B를 더 포함하고,
    상기 원료혼합부 B는 상기 균질화부 후단에 배치되고,
    상기 원료혼합부 B는 유체를 수용하는 원료혼합공간 B가 배치된 원료혼합용기 B; 그리고 상기 원료혼합공간 B에 배치되어 회전수단 B에 의해 움직이는 원료혼합수단 B;를 포함하고,
    상기 경화성혼합물은 연마층 조성물에 포함되는, 연마층 조성물 혼합장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 균질플레이트의 회전속도 Spo이고,
    상기 원료혼합수단 B의 회전속도는 Sb이고,
    상기 Spo와 상기 Sb은 1: 2 내지 18의 비율인, 연마층 조성물 혼합장치.
KR1020200119869A 2020-09-17 2020-09-17 연마층 조성물 혼합 장치 KR102394749B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200119869A KR102394749B1 (ko) 2020-09-17 2020-09-17 연마층 조성물 혼합 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200119869A KR102394749B1 (ko) 2020-09-17 2020-09-17 연마층 조성물 혼합 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220037201A true KR20220037201A (ko) 2022-03-24
KR102394749B1 KR102394749B1 (ko) 2022-05-04

Family

ID=80935768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200119869A KR102394749B1 (ko) 2020-09-17 2020-09-17 연마층 조성물 혼합 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102394749B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150063725A (ko) * 2013-12-02 2015-06-10 박향은 마그네틱 필터 하우징
KR20170015027A (ko) * 2015-07-31 2017-02-08 주식회사 케이엔에스컴퍼니 저점도 유체 분산유화장치
JP2017185565A (ja) * 2016-04-01 2017-10-12 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッドの製造方法
KR20200046536A (ko) * 2018-10-25 2020-05-07 에스케이씨 주식회사 연마패드원료의 여과장치, 이를 포함하는 연마패드의 제조장치 및 연마패드의 제조방법
KR20200075678A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 에스케이씨 주식회사 연마층의 제조방법, 연마층 제조용 분급장치 및 이를 포함하는 연마층의 제조장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150063725A (ko) * 2013-12-02 2015-06-10 박향은 마그네틱 필터 하우징
KR20170015027A (ko) * 2015-07-31 2017-02-08 주식회사 케이엔에스컴퍼니 저점도 유체 분산유화장치
JP2017185565A (ja) * 2016-04-01 2017-10-12 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッドの製造方法
KR20200046536A (ko) * 2018-10-25 2020-05-07 에스케이씨 주식회사 연마패드원료의 여과장치, 이를 포함하는 연마패드의 제조장치 및 연마패드의 제조방법
KR20200075678A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 에스케이씨 주식회사 연마층의 제조방법, 연마층 제조용 분급장치 및 이를 포함하는 연마층의 제조장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102394749B1 (ko) 2022-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI386442B (zh) 包括有裝入聚合物外殼中之液態有機材料核的化學機械拋光墊及其製造方法
US8118897B2 (en) Mix head assembly for forming chemical mechanical polishing pads
TWI515082B (zh) 矽酸鹽複合物研磨墊
US3298618A (en) Dispersing apparatus
CN109971421B (zh) 一种研磨抛光用复合粒子的制作装置及制作方法
KR102394749B1 (ko) 연마층 조성물 혼합 장치
TWI758470B (zh) 製造具有改進均勻性的化學機械拋光層之方法
TWI525138B (zh) 中空聚合物－矽酸鹽複合物
KR102512486B1 (ko) 연마패드 제조용 수지 조성물의 혼합 장치 및 연마패드의 제조방법
JP2004277741A (ja) ポリウレタンフォームの製造プロセス
KR102141743B1 (ko) 연마층의 제조방법, 연마층 제조용 분급장치 및 이를 포함하는 연마층의 제조장치
TWI766447B (zh) 研磨墊、其製備方法及使用其之半導體裝置的製備方法
KR102317123B1 (ko) 고상발포제 분급 정제 장치 및 고상발포제의 분급정제 방법
JP7133683B2 (ja) 研磨パッド、その製造方法およびこれを用いる半導体素子の製造方法
JP6856340B2 (ja) 研磨パッドの製造方法及び研磨パッドの製造装置
CN113814886B (zh) 研磨片、其制造方法以及利用其的半导体器件的制造方法
KR20240109345A (ko) Mof 비드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 mof 비드
CN116262330A (zh) 一种分级设备及抛光垫
JP4471490B2 (ja) 半導体研磨用ポリウレタン研磨パッドを製造する方法
JPS58159838A (ja) 混合装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant