(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) C04B 38/00 (2006.01) C04B 35/505 (2006.01) C04B 35/565 (2006.01) (21) 출원번호 10-2010-0052677 (22) 출원일자 2010 년 06 월 04 일 심사청구일자 2010 년 06 월 04 일 (65) 공개번호 10-2011-0133120 (43) 공개일자 2011 년 12 월 12 일 (56) 선행기술조사문헌 JP2008060232 A* JP2005175179 A KR1020060088015 A JP2008166312 A * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2012 년 05 월 30 일 (11) 등록번호 10-1149350 (24) 등록일자 2012년05월17일 (73) 특허권자 한국기계연구원 대전광역시유성구가정북로 156 ( 장동 ) (72) 발명자 송인혁 경상남도창원시성산구외리로 34 번길 13, 한림푸르지오아파트 102 동 1402 호 ( 성주동 ) 김해두 경상남도창원시반림동현대아파트 107-1304 김영욱 서울특별시도봉구도봉로 136 가길 73, 102 동 60 4 호 ( 창동, 북한산한신휴플러스아파트 ) (74) 대리인 김기문 전체청구항수 : 총 12 항심사관 : 장기완 (54) 발명의명칭이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재및이의제조방법 (57) 요약 다공질세라믹소재를이용한진공척소재에관한것으로서, 진공척소재는높은통기성을가지고있어야하며, 이는조대한열린기공구조를통하여이룰수있다. 그러나진공척의정밀도및피흡착물의변형을억제하기위해서는진공척소재의기공구조미세화가필요하지만, 기공구조의미세화는통기도의저하를유발한다. 이와같은문제를해결하기위하여본발명에서는미세구조를기공크기별로조대한부분과미세한부분으로이층구조화하였다. 특히미세기공구조층을셀룰라기공구조로제조함으로써통기도의저하를최소화할수있는미세구조를만들수있다. 즉이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재는, 다수미세기공을구비하여셀룰라기공구조를가지는흡착층과, 상기흡착층보다큰조대기공을갖는서포터층을포함하여구성되며, 상기미세기공과조대기공은서로연통하는것을특징으로한다. 대표도 - 도 1-1 -
이발명을지원한국가연구개발사업 과제고유번호 F0003026-2009-33 부처명 지식경제부 연구사업명 차세대소재성형기술개발사업 연구과제명 기공제어기술개발및응용 주관기관 한국기계연구원부설재료연구소 연구기간 2009년 07월 01일 ~ 2010년 06월 31일 - 2 -
특허청구의범위청구항 1 흡착층제조용원료분말과구형기공형성제를포함하는슬러리를소성하여흡착층제조용원료분말사이에형성된미세기공과구형기공형성제가제거되어형성된구형의미세기공이서로연통하는이층기공구조를가지는흡착층과, 상기흡착층제조용원료분말보다큰평균입경을가지는서포터제조용원료분말을포함하는슬러리를소성하여조대기공이형성된서포터층을포함하여구성되며, 상기흡착층제조용원료분말사이에형성된미세기공과구형의미세기공및조대기공은서로연통하는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 2 제 1 항에있어서, 상기진공척용다공성세라믹소재는, 20 ~ 50% 의기공율을갖는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 3 제 2 항에있어서, 상기흡착층은서포터층의일면에스핀코팅 (spin-coating), 가압캐스팅 (pressure casting), 슬립캐스팅 (slip casting), 딥코팅 (dip-coating) 공정중어느하나의공정으로형성됨을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 4 제 3 항에있어서, 상기흡착층은 0.1 내지 5.0mm의두께를갖는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 5 제 4 항에있어서, 상기서포터제조용원료분말은 30 ~ 70μm의평균입경을가지는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 6 제 5 항에있어서, 상기진공척용다공성세라믹소재는, 50W/mK 이상의열전도도를갖는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 7 제 6 항에있어서, 상기흡착층은 SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y 2 O 3 -Al 2 O 3 중어느하나로형성됨을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 8 제 7 항에있어서, 상기미세기공은 5 내지 50μm의내경을갖는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재. 청구항 9 흡착층과서포터를제조하기위한원료분말과유기바인더를준비하는재료준비단계와, 상기서포터제조용원료분말을습식혼합한혼합물에유기바인더를첨가한후건조시켜과립분말을제조하는분말제조단계와, 상기과립분말을냉간정수압 (CIP) 공정으로가압하여예비서포터를제조하는제1성형단계와, 상기예비서포터를가열하여조대기공을가지는서포터층을제조하는서포터제조단계와, 상기서포터층의일면에흡착층제조용원료분말과구형기공형성제를포함하는슬러리를도포하는슬러리도포단계와, 상기슬러리를가열하여미세기 - 3 -
공을가지는흡착층을형성하는제2성형단계로이루어지며, 상기제2성형단계는, 상기흡착층제조용원료분말사이에형성된미세기공과, 구형기공형성제가제거되어형성된구형의미세기공을서로연통시켜이층기공구조를형성하는과정임을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재의제조방법. 청구항 10 제 9 항에있어서, 상기재료준비단계에서, 서포터제조용원료분말과흡착층제조용원료분말은 SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y 2 O 3 -Al 2 O 3 중하나이상을포함하여구성되며, 서로상이한입경을갖는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재의제조방법. 청구항 11 제 10 항에있어서, 상기서포터제조단계는, 상기예비서포터를가열하여탈지하는탈지과정과, 탈지된예비서포터를소결하는소결과정으로이루어지는것을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재의제조방법. 청구항 12 제 11 항에있어서, 상기슬러리도포단계는, 스핀코팅 (spin-coating), 가압캐스팅 (pressure casting), 슬립캐스팅 (slip casting), 딥코팅 (dip-coating) 공정중어느하나의공정을실시하여상기서포터층의일면에흡착층제조용원료분말과구형기공형성제를포함하는슬러리를도포하는과정임을특징으로하는이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재의제조방법. 명세서 [0001] 기술분야 본발명은서포터층과흡착층이서로다른기공크기를가짐과동시에연통하도록구성하여흡착성능이향상 되도록한이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재및이의제조방법에관한것이다. [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] 배경기술진공척은반도체 PDP 또는 LCD의제조에사용되는웨이퍼 (wafer) 나평판유리, 전자기판, 필름등의피흡착물을각각의공정에서가공또는이송하거나지지함으로써, 피흡착물에손상을주지않고적정위치로제어할수있게하는구성이다. 이와같이피흡착물들이얇고정밀하기때문에일반적인기계적인척 (chuck) 으로는고정이불가능하며, 상기와같이다공질세라믹스 (porous ceramic) 로이루어진진공척 (Vacuum chuck) 을사용해야한다. 즉다공성세라믹소재의진공척은진공펌프의힘을이용하여열린기공 (open pore) 에공기를흡입하여피흡착물을고정하는방식이다. 다공질세라믹을사용하는진공척은반도체제조시여러공정에서사용된다. 웨이퍼와필름을부착해주는마운트척 (mount chuck) 에서부터웨이퍼를회전시키거나세척시사용하는스피너척 (spinner chuck), 웨이퍼를절단할때고정해주는다이싱척 (dicing chuck), 웨이퍼연마시사용하는백그라인딩척 (back grinding chuck) 과리소그라피척 (lithography chuck) 등이있다. 척의평탄도관점에서보면마운트척이나스피너척은 10μm정도의평탄도 (flatness) 를요구하며, 다이싱척은크기에따라 2~5μm정도의정밀도를요구한다. 그리고백그라인딩척과리소그라피척은 2μm이하의매우정밀한평탄도를요구한다. - 4 -
[0007] [0008] [0009] [0010] [0011] 진공척의정밀도는웨이퍼의정밀도와같이다루어져야한다. 최근의웨이퍼크기의추세는 300mm이상으로대형화가이루어져있어, 더욱집적된제품군을생산하기위해서는정밀화가이루어져야한다. 예컨대현재사용되는 8인치웨이퍼의경우최초약 1.2mm의두께로슬라이스된후에모따기나평탄가공경면가공등이이루어진다. 이렇게전체두께의절반정도가가공되어버려지고, 집적회로가웨이퍼표면에형성된후에 200~300μm까지이면연삭된다. 이것은반도체칩으로서기능상필요한두께가표면의수μm정도이기때문이다. 최근에는진공척과관련된분야중진공척에사용되는세라믹재질자체의종류와입도에관련된연구가진행되었다. 산업체에서는더욱다양한종류와큰직경의웨이퍼에적합한진공척을제작하는데관심을갖고있으며, 더욱정밀한가공방법에대한연구가지속되고있다. 상기와같은다양한분야에사용되는진공척소재는높은통기성을가지고있어야하며, 이는조대한열린기공구조를통하여이룰수있다. 또한, 최근에는진공척의정밀도를향상시키고, 피흡착물의표면에서변형을억제하기위한요구가있으며, 이는진공척소재의기공구조를정밀하게즉, 미세화함으로써이와같은목적을달성할수있을것이다. 그러므로고급의진공척소재를제조하기위해서는평균기공크기를작게함으로써, 표면의거칠기를최소화하여정밀한기공구조를형성하는것이매우중요하나, 기공크기를작게조절하는경우열전도도가낮아지고, 통기도가급격하게저하되는문제점등이발생한다. 발명의내용 [0012] [0013] 해결하려는과제본발명의목적은상기와같은종래기술의문제점을해결하기위한것으로, 서포터층과흡착층이서로다른기공크기를가짐과동시에연통하도록구성하여열전도도를유지하면서흡착성능이향상되도록한이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재및이의제조방법을제공하는것에있다. 본발명의다른목적은, 흡착층이셀룰라기공구조를갖도록함으로써통기도의저하를최소화하며, 표면의거칠기를최소화하여정밀도가향상되도록한이층기공구조를가지는진공척용세라믹소재및이의제조방법을제공하는것에있다. [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] 과제의해결수단본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재는, 다수미세기공을구비하는흡착층과, 상기흡착층보다큰조대기공을갖는서포터층을포함하여구성되며, 상기미세기공과조대기공은서로연통하는것을특징으로한다. 다수의미세기공은셀룰라형태의구형기공구조를가지는것을특징으로한다. 상기흡착층은서포터층의일면에스핀코팅 (spin-coating), 가압캐스팅 (pressure casting), 슬립캐스팅 (slip casting), 딥코팅 (dip-coating) 공정중어느하나의공정으로형성됨을특징으로한다. 상기흡착층은 0.1 내지 5.0mm의두께를갖는것을특징으로한다. 상기미세기공은, 구형의기공형성제가제거되어형성된것임을특징으로한다. 상기서포터층은 20 내지 50% 의기공율을갖는것을특징으로한다. 상기흡착층은 SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y 2 O 3 -Al 2 O 3 중어느하나로형성됨을특징으로한다. 상기미세기공은 5 내지 50μm의내경을갖는것을특징으로한다. 본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재의제조방법은, 원료분말과, 유기바인더를준비하는재료준비단계와, 상기재료가혼합된혼합물에유기바인더를첨가한후과립분말을제조하는분말제조단계와, 상기과립분말을가압하여예비서포터를제조하는제1성형단계와, 상기예비서포터를가열하여조대기공을가지는서포터층을제조하는서포터제조단계와, 상기서포터층의일면에미세기공을구현하기위한슬러리를도포하는슬러리도포단계와, 상기슬러리를가열하여미세기공을가지는흡착층을형성하는제2 성형단계로이루어지는것을특징으로한다. - 5 -
[0023] 상기재료준비단계의분말은, SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y 2 O 3 -Al 2 O 3 등으로구성되며, 서로상이한입경을 가지는흡착층용분말과, 서포터용분말을포함하여구성됨을특징으로한다. [0024] [0025] 상기서포터제조단계는, 상기예비서포터를가열하여탈지하는탈지과정과, 탈지된예비서포터를소결하는소 결과정으로이루어지는것을특징으로한다. 상기슬러리도포단계에서, 상기슬러리에는구형기공형성제가포함됨을특징으로한다. [0026] [0027] [0028] 발명의효과본발명에서는서포터층과흡착층이서로다른기공크기를가짐과동시에연통하도록구성하였으며, 흡착층은셀룰라기공구조를갖도록하였다. 따라서, 열전도도를유지하면서통기도의저하를최소화할수있게되어흡착성능이향상되는이점이있다. 또한, 표면의거칠기를최소화하여정밀한고급흡착층소재를제조할수있으며, 흡착시발생할수있는응력집중현상을억제함으로써사용편의성이향상되는이점이있다. [0029] 도면의간단한설명 도 1 은본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의구성을보인개요도. 도 2 는본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의제조방법을나타낸공정순서도. 도 3 은본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의제조방법에서일단계인서포터제조단계를세부적으로나타낸공정순서도. 도 4 는본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재에서일구성인서포터층의 SEM 사진. 도 5 는본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재에서일구성인흡착층의일실시예의 SEM 사진. 도 6 은본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재에서일구성인흡착층의다른실시예의 SEM 사진. 도 7 은본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의다양한실시예의통기도측정결과를나타낸그래프. [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] 발명을실시하기위한구체적인내용이하첨부된도 1을참조하여본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재 ( 이하 ' 다공성세라믹소재 ' 라칭함 ) 의구성을설명한다. 도 1에는본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의구성을보인개요도가도시되어있다. 이들도면과같이, 다공성세라믹소재 (100) 는, 다수미세기공 (122) 을구비하는흡착층 (120) 과, 상기흡착층 (120) 보다큰조대기공 (142) 을갖는서포터층 (140) 을포함하여구성된다. 따라서, 상기흡착층 (120) 의미세기공 (122) 과서포터층 (140) 의조대기공 (142) 은서로상이한기공크기를가지며, 첨부된도면과같이미세기공 (122) 과조대기공 (142) 은서로연통되도록구성된다. 그리고, 상기미세기공 (122) 은상기미세기공 (122) 은 5 내지 50μm의내경을갖는것이바람직하다. 상기흡착층 (120) 은서포터층 (140) 의일면에스핀코팅 (spin-coating) 또는딥코팅 (dip-coating) 공정으로형성된것으로, 0.1 내지 5.0mm의두께를갖도록구성된다. 그리고, 상기흡착층 (120) 은구형의기공형성제가선택적으로첨가되어다양한형상의미세기공 (122) 형상을갖게된다. 즉, 첨부된도 1의 (a) 는기공형성제를첨가하지않고형성한흡착층 (120) 이며, 도 1의 (b) 는구형의기공형 - 6 -
성제를첨가한후제거하여구형의미세기공 (122) 이형성되도록한흡착층 (120) 을나타낸다. [0038] [0039] 그리고, 상기흡착층 (120) 과서포터층 (140) 은서로다른평균입경을갖는재료로제조된다. 즉, 상기흡착층 (120) 과서포터층 (140) 은질화알루미늄 (AlN), 질화규소 (Si 3 N 4 ), 탄화규소 (SiC), 탄화지르코늄, 탄화텅스텐, 알루미나, 코디어라이트 (Cordierite), 뮬라이트 (Mullite) 등다양하게실시할수있으나, 본발 명의실시예에서는, 높은열전도도를가지며동시에염산, 질산, 황산, 불화수소산, 수산화나트륨등에대한 내약품성이우수한탄화규소 (SiC) 가적용됨이바람직하다. [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] 또한다공질세라믹스로써탄화규소를이용할경우연마시에발생하는마찰열을경감시킬수있다. 그리고상술한세라믹스에금속규소를배합한규소함유세라믹스도이용될수있다. 또한, 상기다공성세라믹소재 (100) 는 50W/mK 이상의열전도도를갖는다. 보다구체적으로는, 예컨대반도체웨이퍼에연마가공을행한다면상기다공성소재가고온이되기쉽기때문에냉매에의해냉각을행하는경우가있지만이냉매에의한냉각효과를향상시키기위해서는열전도도가높은재료가바람직하기때문이다. 또한다공성세라믹소재 (100) 의두께는연마연삭용진공척을구성하는재료의열전도율이나신장탄성률을고려해야하며, 탄화규소 (SiC) 인경우 5-60mm가바람직하다. 즉, 다공성세라믹소재 (100) 의두께가 5mm미만일경우, 흡착공정시흡착층 (120) 이다공성세라믹소재 (100) 의휘어짐이발생하기쉽고, 강도가저하되어파손되기쉬어진다. 한편, 다공성세라믹소재 (100) 의두께가 60mm를넘으면중량이늘고연삭연마용진공척의대형화를초래한다. 따라서, 상기다공성세라믹소재 (100) 는 5 내지 60mm의두께를갖도록형성됨이바람직하다. 상기다공성세라믹소재 (100) 는 20-50% 의기공율을갖는것이바람직하다. 기공율이 20% 미만이면피흡착체의흡입력이약해지고, 연마할때반도체웨이퍼등의피흡착제가이동하거나벗겨진다. 한편기공율이 50% 를넘는다면다공성세라믹소재 (100) 의강도가저하되어파괴되기쉽고그것을방지하기위해서는다공성세라믹소재 (100) 의두께를두껍게할필요가생기게되며, 진공척의대형화를야기하여제조비용이증가하게된다. 따라서, 상기다공성세라믹소재 (100) 는 20 내지 50% 의기공율을갖는것이바람직하다. 상기서포터층 (140) 은본발명의실시예에서 10 내지 40μm의평균기공지름이바람직하며, 평균입경 30 내지 70μm의세라믹분말을원료로사용함이바람직하다. 이러한이유는, 평균입경이클수록열전도율이높아지고비교적조대한기공을형성하여통기도를증가시키기가쉽기때문이다. 이하첨부된도 2 및도 3을참조하여상기다공성세라믹소재 (100) 를제조하는방법을설명한다. 도 2에는본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의제조방법을나타낸공정순서도가도시되어있고, 도 3에는본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의제조방법에서일단계인서포터제조단계를세부적으로나타낸공정순서도가도시되어있다. 먼저도 2를참조하면, 본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재 (100) 의제조방법은, 원료분말과유기바인더를준비하는재료준비단계 (S100) 와, 상기재료가혼합된혼합물에유기바인더를첨가한후과립분말을제조하는분말제조단계 (S200) 와, 상기과립분말을가압하여예비서포터를제조하는제1성형단계 (S300) 와, 상기예비서포터를가열하여조대기공 (142) 을가지는서포터층 (140) 을제조하는서포터제조단계 (S400) 와, 상기서포터층 (140) 의일면에미세기공을구현하기위한슬러리를도포하는슬러리도포단계 (S500) 와, 상기슬러리를가열하여미세기공 (122) 을가지는흡착층 (120) 을형성하는제2성형단계 (S600) 에따라실시된다. 상기재료준비단계 (S100) 는서포터층 (140) 및흡착층 (120) 을제조하는데사용되는분말을준비하는과정으로, SiC, SiC-Si, SiC-Si-Co, SiC-Y 2 O 3 -Al 2 O 3 등으로구성되며, 서로상이한입경을가지는흡착층용분말과, 서포터 용분말을준비하게된다. [0053] [0054] 즉, 상기서포터용분말은평균입경 30 내지 70μm의분말이적용되고, 상기흡착층용분말은서포터용분말보다상대적으로작은입경의분말이준비됨이바람직하다. 그리고, 상기재료준비단계 (S100) 에서는유기바인더가준비된다. 본발명의실시예에서상기유기바인더는메 - 7 -
틸셀룰로우즈가적용되었으나, 다양하게변경적용가능하다. [0055] [0056] [0057] [0058] [0059] [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] [0065] [0066] [0067] [0068] [0069] [0070] [0071] [0072] [0073] 상기재료준비단계 (S100) 이후에는분말제조단계 (S200) 가실시된다. 상기분말제조단계 (S200) 는, 상기한서포터용분말을습식으로혼합하고얻어진혼합물에대하여유기바인더를첨가하고스프레이드라이를실시하여과립상의분말을얻는과정이다. 상기분말제조단계 (S200) 이후에는제1성형단계 (S300) 가실시된다. 상기제1성형단계 (S300) 는분말제조단계 (S200) 에서제조된과립상의분말을가압하여예비서포터를제조하는과정으로냉간정수압 (CIP) 공정을이용하였으며, 상세한설명은아래의실시예에서하기로한다. 상기제1성형단계 (S300) 이후에는서포터제조단계 (S400) 가실시된다. 상기서포터제조단계 (S400) 는, 예비서포트를가열하여서포터층 (140) 을완성하는과정으로, 두개의과정을순차적으로실시하게된다. 즉, 상기서포터제조단계 (S400) 는, 상기예비서포터를가열하여탈지하는탈지과정 (S420) 과, 탈지된예비서포터를소결하는소결과정 (S420) 으로이루어진다. 상기탈지과정은예비서포터를탈지로 ( 도시되지않음 ) 에장입하여아르곤가스분위기하에서가열하여탈지하는과정이며, 상기소결과정은탈지된예비서포터층 (140) 을가열하여소성하는과정이다. 상기서포터제조단계 (S400) 이후에는슬러리도포단계 (S500) 가실시된다. 상기슬러리도포단계 (S500) 는서포터층 (140) 상면에흡착층 (120) 형성을위한슬러리를도포하는과정으로, 상기슬러리는흡착층용분말을첨가하여제조한슬러리를슬립캐스팅 (Slip casting), 가압캐스팅 (pressure casting) 딥코팅 (Dip coating), 스핀코팅 (Spin coating) 등의공정을이용하여서포터층 (140) 상면에도포하는과정이다. 그리고, 상기슬러리도포단계 (S500) 는실시되는시간및횟수에의해흡착층 (120) 의두께조절이가능하다. 상기슬러리도포단계 (S500) 이후에는제2성형단계 (S600) 가실시된다. 상기제2성형단계 (S600) 는서포터층 (140) 상면에도포된슬러리에열을가하여소성시킴으로써흡착층 (120) 을형성하는과정이다. 한편, 서포터제조단계 (S400) 후에흡착층 (120) 을형성하기에적정한표면거칠기를가지도록 600-1200 mesh로가공을하는 1차연마공정이추가될필요가있다. 이것은서포터층 (140) 의거칠기를조절하여향후건전한흡착층 (120) 을제조하기위하여필요하다. 또한필요에따라제2성형단계 (S600) 후에흡착층 (120) 두께를조절하거나, 표면의정밀도를증가시키기위한최종연마단계가필요하다. 이는정량적으로측정하기가어렵기때문에서포터 (support) 층 (120) 의두께를미리확인하는것이중요하며, 또한정해진코팅공정시슬러리점도변화및코팅횟수에따라서후막두께를유추할수있어야최종후막조직을체계적으로조절할수있다. 공정에따라서변화가있을수는있지만통상적으로최종연마공정을거치기전에금속또는세라믹으로이루어진서포트척 (support chuck) 에접착시킨후동시에최종연마를하는것이적합하다. 이하에서는본발명에의한제조방법을실시예를들어설명하기로한다. [ 실시예1] 서포터층 (140) 을제조하기위한원료분말로는 SiC (65μm), Si (47μm), B를사용하였으며, 가소제로 PEG를사용하였다. 측량된원료분말과가소제를습식으로혼합하였고용매는증류수를사용하였다. 원료혼합시분말과볼의부피비는 1:4였으며, 증류수는광우병 ( 폴리프로필렌 ) 에가득채워서시행하였다. 각각의원료조합비는 SiC 68.6%, Si 29.2%, C 0.2%, B 2.0% 등을사용하였으며, PEG를분자량별로각각 2.0wt% 씩총 6.0wt% 를분말대비첨가하였다. 혼합은 2시간동안하였고 evaporator를사용하여물을증발시켜건조된분말을얻었다. 그후에직경 6인치의성형몰드 (mould) 에냉간정수압 (CIP) 공정을이용하여성형체를제조하였다. 소결은아르곤분위기에서승온 / 하강속도 5 /min, 1300 유지 3 시간, 최대열처리온도 1700 에서각각 1 시간과 3 시간동안열처리를실시하였다. 밀도특성을확인하기위하여, 열처리한시편을각각 1) 저울과버니어캘리퍼스를사용하여측정하고, 2) 수은함침법을이용한 porosimeter (AutoPore IV Series, USA) 를사용하여측정하였다. 기공의분포는수은함침법을이용한 porosimeter를사용하였고, 파단면및기공구조는 SEM (JSM-5800, - 8 -
JEOL) 을사용하여측정하였다. 통기도특성은 Capillary Flow Porometer (CFP-1200-AEL, PMI) 를사용하여측 정하였다. [0074] [0075] [0076] [0077] [0078] [0079] [0080] [0081] [0082] [0083] [0084] [0085] [0086] [0087] [0088] [0089] [0090] [0091] [0092] 이와같이제조된서포터층 (140) 은 600mesh로연마한후, 연마면위에슬러리를이용하여 spin coating 하였다. 이때슬러리는평균입도 7μm크기의 SiC 분말과평균입도 5μm크기의 Si 분말을사용하였다. 이때 spin coating 층의두께는 spin coating을실시한횟수가증가함에따라두께가증하였다. 5차례에걸쳐서 spin coating 한결과약 150μm의코팅층을얻을수있었다. [ 실시예2] 실시예 1과동일한방법으로서포터층 (140) 을제조및 1차연마를실시하였다. 이와같이제조된서포터층 (140) 위에 spin coating을하기위한슬러리의제조시구형의기공형성제를혼합하였다. 이때슬러리의원료분말은평균입도 0.5μm크기의 SiC 분말과평균입도 1.2μm크기의 Si 분말을사용하였으며기공형성제는최종소성후 50부피분율이되도록조절한다. 슬러리의농도및딥코팅횟수에따라서흡착층 (120) 의두께를조절할수있었다. 이와같은공정을이용하여흡착층 (120) 의두께를충분히조절한후에최종적으로흡착층 (120) 의두께가 0.1-5.0mm가되도록 1200mesh로이차연삭을실시함으로써최종진공척소재 (100) 를제조할수있다. [ 실시예3] 실시예 1과동일한방법으로서포터층 (140) 을제조하고 1차연마를실시하였다. 이와같이제조된서포터층 (140) 위에딥코팅 (dip-coating) 공정을이용하여흡착층 (120) 을제조하였다. 이때슬러리는평균입도 7μm크기의 SiC 분말과평균입도 5μm크기의 Si 분말을사용하였으며, 슬러리의농도및딥코팅횟수에따라서흡착층 (120) 의두께를조절할수있었다. 이와같은공정을이용하여흡착층 (120) 의두께를충분히조절한후에최종적으로흡착층 (120) 의두께가 0.1-5.0mm가되도록 1200mesh로이차연삭을실시함으로서최종진공척소재 (100) 를제조할수있다. [ 실시예4] 실시예 1과동일한방법으로서포터층 (140) 을제조한후 1차연마를실시하였다. 이와같이제조된서포터층 (140) 위에딥코팅 (dip-coating) 공정을이용하여흡착층 (120) 을제조하였다. 이때슬러리는평균입도 0.5μm크기의 SiC 분말과평균입도 1.2μm크기의 Si 분말을사용하였으며, 슬러리의농도및딥코팅횟수에따라서흡착층 (120) 의두께를조절할수있었다. 흡착층 (120) 을제조하기위한슬러리제조시흡착층 (120) 에기공을 10μm크기의구형 PMMA 입자를 50vol% 혼합함으로써통기도를향상시켰다. 이와같은공정을이용하여흡착층 (120) 의두께를충분히조절한후에최종적으로흡착층 (120) 의두께가 0.1-5.0mm가되도록 1200mesh로이차연삭을실시함으로써최종진공척소재 (100) 를제조할수있다. [ 실시예5] 실시예 1과동일한방법으로서포터층 (140) 을제조한후및 1차연마를실시하여도 4와같은서포터층 (140) 을제조하였다. 상기와같이서포터층 (140) 위에딥코팅 (dip-coating) 공정을이용하여각각의조건에서흡착층 (120) 을제조하였을경우미세구조는도 5 및도 6과같다. 즉도 5는기공형성제를첨가하지않고중간크기의 SiC 분말을이용하여제조된흡착층 (120) 의미세구조를나타낸것이며, 도 6은미세 SiC 분말을이용하되, 구형의기공형성제를첨가하여형성된흡착층 (120) 의미세구조를나타낸것이다. 진공척소재 (100) 로써사용하기위하여가장중요한특성인통기도특성평과결과는도 7과같다. 도 7은본발명에의한이층기공구조를가지는진공척용다공질세라믹소재의다양한실시예의통기도측정결과를나타낸그래프로서, 보다구체적으로는 case 1는서포터층 (140) 을단독측정한결과이며, case 2는기공형성제가포함된흡착층 (120) 을포함한이층기공구조측정결과이다. 그리고, case 3은기공형성제가포함되지않은흡착층 (120) 을포함한이층기공구조측정결과이며, case 4는흡착층 (120) 소재단독측정이다. - 9 -
[0093] [0094] 본측정결과에따르면, 이층기공구조를가지는진공척용다공성세라믹소재소재는통기도의손실이거의없는우수한결과를보여주고있으며, 특히셀룰라형기공이형성된경우우수한통기도특성을보여주고있다. 이러한본발명의범위는상기에서예시한실시예에한정되지않고, 상기와같은기술범위안에서당업계의통상의기술자에게있어서는본발명을기초로하는다른많은변형이가능할것이다. [0095] 부호의설명 100. 다공성세라믹소재 120. 흡착층 122. 미세기공 140. 서포터층 142. 조대기공 S100. 재료준비단계 S200. 분말제조단계 S300. 제1성형단계 S400. 서포터제조단계 S420. 탈지과정 S440. 소결과정 S500. 슬러리도포단계 S600. 제2성형단계 도면 도면 1-10 -
도면 2 도면 3 도면 4-11 -
도면 5 도면 6-12 -
도면 7-13 -