KR20240131594A - 정전척 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 극저온 또는 극고온의 극한의 상황에서 적용 가능하며, All MMC BODY, All Al BODY, All TiAl BODY의 정전척 및 이의 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 정전척 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
정전척(Electrode Static Chuck, ESC)란 반도체 및 디스플레이 제조장비의 진공챔버 내부에 기판(Silicon Wafer)이 놓이는 곳으로, 정전기의 힘을 사용하여 기판을 하부 전극에 고정시켜주는 기능을 하는 핵심 부품이다.
정전척의 종류는 유전체의 종류에 따라 구분되며, 폴리이미드 필름, 아노다이징 플레이트 타입, 세라믹 타입 등 크게 3가지로 나뉘며, 이들 여러 소재에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있으며, 알루미늄이 일반적으로 사용되고 있다.
반도체 생산 공정은 극한의 상황에 이루어질 수 있어 극저온(-100℃), 극고온(+400℃)의 환경에서 버틸수 있는 정전척 개발이 필요한 상태이다.
알루미늄의 열팽창계수는 23.8 X 106/℃정도로 극한의 환경에서는 열팽창으로 인해 안전하게 웨이퍼를 잡아주지 못하는 한계를 보인다. 그러나 금속복합재료(Metal Matrix Composites, 이하 'MMC'라 한다) 소재의 경우 열팽창계수가 3~14 X 106/℃정도로 낮아, 상기 알루미늄을 대체할 수 있는 소재로 주목받고 있다.
MMC는 금속 매트릭스에 인위적으로 제2상의 강화제를 넣어，개개의 구성 재료보다 우수한 특성을 얻을 수 있는 재료로, 반도체 분야뿐만 아니라 군수기기，전자전기 기기，육상 수송기기，항공/우주기기，정밀기기，기반 산업，레저용 제품 등 다양하게 적용되고 있다.
현재 반도체 부품 시장에서 기존 알루미늄 몸체(BODY) 정전척의 한계성을 느끼고 극한의 환경에서 사용가능한 MMC BODY 정전척에 대한 개발이 진행되고 있다.
정전척을 제작하기 위해선 소재 간 접합, 즉 알루미늄과 알루미늄을 접합하거나, MMC와 MMC를 접합하는 공정이 이루어진다.
접합 기술들은 진공 브레이징을 포함하는 브레이징 접합, 삽입금속을 이용한 적외선 용접, 마찰용접, 확산 붙임, 전자빔 용접과 같은 복합용접, 그리고 전기방전용접 등 다양한 방법이 가능하다.
Al BODY 간 접합은 브레이징 접합 공정이 주로 사용되고, 한 쌍의 Al BODY 사이에 용접제를 배치하여 진공 챔버에서 600℃근처의 온도에서 융합하여 하나의 모재로 제작한다. 이러한 브레이징 접합은 형상과 크기의 제한이 거의 없고 정밀한 접합이 가능하며, 상대적으로 낮은 접합온도에서 하나의 공정으로 여러 접합부를 동시에 접합이 가능한 장점이 있다.
브레이징 접합을 위해선 모재에 적합한 브레이징 필러 금속(Brazing filler metal, BFM)을 선택하고, 접합하고자 하는 모재 사이의 공간에 주입하여 용접 조인트를 형성하여 접합을 수행한다.
Al BODY 간 접합 공정이나 브레이징 필러 금속의 선정은 여러 기술이 공지되어 있어 접합 공정이 용이하나, MMC BODY 간 접합 공정의 경우 적절한 브레이징 필러 금속이 존재하지 않는다. 현재 MMC BODY 간의 접합 기술은 거의 알려지지 않고 있으며, 상기 Al BODY 간 접합 공정을 적용할 경우 여러 가지 문제를 야기한다.
일례로, 기존 Al BODY 간 접합 공정 및 이때 사용하는 브레이징 필러 금속을 적용할 경우, 적절한 브레이징 접합 공정을 수행함에도 브레이징 필러 금속이 반응하지 않아 MMC BODY간 접합이 쉽게 이루어지지 않는다. 또한, MMC 내 존재하는 알루미늄이 알루미늄의 융점인 660℃에서 반응하는 것이 아니라 브레이징 필러 금속융점에서 반응하여 MMC 모재 내 침투되어 있는 알루미늄이 모재 밖으로 쉽게 용출되는 문제가 발생한다.
이러한 문제로 인해 MMC BODY 간 접합 공정은 온도 조절이 매우 섬세하게 이루어져야 할 뿐만 아니라 적절한 브레이징 필러 금속의 선정 또한 중요하다. 그러나, 현재 마땅한 MMC 접합법이 존재 하지 않아 이에 대한 연구 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 극한의 조건에서의 반도체 제조 공정에 적용이 가능하며, All MMC BODY, All Al BODY, All TiAl BODY의 정전척의 제작을 가능케하도록 접합 재료에 대한 연구를 수행하였다.
이에 접합이 이루어지는 접합면에 금속층을 형성하고, 브레이징 필러 금속의 종류를 한정하여 브레이징 접합을 수행할 경우 종래 접합이 어려웠던 MMC, 알루미늄, 티타늄알루미늄 합금 재질의 접합을 가능케 하였다.
본 발명의 목적은 정전척 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 기판이 안착될 수 있는 상부 몸체; 및 상기 상부 몸체와 브레이징 접합되며, 상기 기판을 냉각하는 유체가 흐를 수 있는 유로를 포함하는 하부 몸체;를 포함하는 정전척을 제공한다.
상기 브레이징 접합은 상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 일측 면에 각각의 금속층이 형성되고, 이들 사이에 브레이징 필러 금속이 형성되어 접합된다.
상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 모재는 서로 동일하며, 금속복합재료(Metal Matrix Composites, MMC), 티타늄, 또는 티타늄알루미늄 합금 중 어느 하나이다.
상기 금속층은 두께가 1㎛ 내지 20㎛인 알루미늄 증착층이다.
또한, 본 발명은
상부 몸체 및 하부 몸체를 준비하는 단계;
상기 상부 및 하부 몸체의 일측면에 금속층을 형성하는 단계;
상기 금속층이 형성된 상부 및 하부 몸체를 금속층이 대면하도록 배치하고, 이들 사이에 브레이징 필러 금속을 개재하는 단계; 및
브레이징 접합 공정을 수행하여 상기 상부 몸체와 하부 몸체를 브레이징 접합하는 단계;를 포함하는 정전척 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 정전척은 금속층 및 브레이징 필러 금속의 선정에 의해 종래 접합이 어려웠던 MMC, 티타늄, 티타늄알루미늄합금의 브레이징 접합을 용이하게 할 수 있다.
특히 상기 재료는 반도체 생산 공정에 적용될 수 있고, 극저온 또는 극고온의 극한의 상황에서 적용 가능하며, All MMC BODY, All Al BODY, All TiAl BODY의 정전척의 제작을 가능케 한다.
도 1은 본 발명의 정전척의 제조를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명은 정전척 및 이의 제조방법을 개시한다.
정전척은 기판이 안착될 수 있는 상부 몸체; 및 상기 상부 몸체와 브레이징 접합되며, 상기 기판을 냉각하는 유체가 흐를 수 있는 유로를 포함하는 하부 몸체;를 포함한다.
기판은 반도체나 디스플레이 제품을 형성하기 위한 기판을 포함하며, 예를 들어, 실리콘 기판이나 글래스 기판 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 정전척의 제조는 다음 단계를 따른다.
단계 a) 상부 몸체 및 하부 몸체를 준비하는 단계;
단계 b) 상기 상부 및 하부 몸체의 일측면에 금속층을 형성하는 단계;
단계 c) 상기 금속층이 형성된 상부 및 하부 몸체를 금속층이 대면하도록 배치하고, 이들 사이에 브레이징 필러 금속을 개재하는 단계; 및
단계 d) 브레이징 접합 공정을 수행하여 상기 상부 몸체와 하부 몸체를 브레이징 접합하는 단계.
이하 도면을 참조하여 각 단계별로 설명한다. 도 1은 본 발명의 정전척의 제조를 설명하기 위한 단면도이다.
(단계 a)
먼저, 본 발명에 따른 정전척의 제조방법은 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)를 준비한다.
상부 몸체(10)는 기판이 안착될 수 있도록 편평한 기판 형태를 갖는다. 또한, 하부 몸체는 기판을 냉각하는 유체가 흐를 수 있는 냉각유로 및 가스유로를 내장할 수 있고, 열전도를 위한 열전도층 및 기판 온도 조절을 위한 히터를 더욱 구비할 수 있다. 이러한 구조의 정전척은 위에서 바라봤을 때, 정사각형 또는 원형일 수 있으며, 필요에 따라 다양한 형태일 수 있다. 상기 정전척의 구조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며 공지된 바의 구조를 포함할 수 있다.
상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)의 모재는 정전척에 사용되는 공지된 바의 금속, 세라믹, 및 복합 재료 모두 가능하다. 이 중에서도 본 발명은 서로 동일한 재질로 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)를 제작한다.
특히, 본 발명의 정전척은 극저온(-100℃), 극고온(+400℃)의 환경에서 버틸수 있는 반도체 제조 공정에 적용할 수 있도록, 이러한 극한 환경에서도 적용 가능한 재질, 바람직하기로 MMC, 티타늄(Ti) 또는 티타늄알루미늄(TiAl)합금 중 어느 하나를 사용하여 All MMC BODY, All Al BODY, All TiAl BODY의 정전척을 제조한다.
본 명세서에서 'All MMC BODY'란 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)의 모재가 MMC로 이루어지는 것을 의미하고, 'All Al BODY'란 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)의 모재가 알루미늄(Al)로 이루어지는 것을 의미하고, 'All TiAl BODY'란 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)의 모재가 티타늄알루미늄(TiAl)로 이루어지는 것을 의미한다.
MMC는 매트릭스에 강화제가 입자, 위스커 또는 파이버 형태로 분산 강화된 것을 의미한다. 상기 매트릭스 및 강화제는 금속 및 세라믹의 조합으로 이루어지며, Al, Ti, M, Si 등의 매트릭스에 SiC, 알루미나, TiB2, 흑연(graphite), 및 보론(B) 중에서 선택된 1종 이상의 강화제가 입자, 위스커 또는 파이버 형태로 분산 강화된 금속복합재료이다. 그 중에서도, 매트릭스가 Al에 강화제로 SiC가 분산된 복합재료가 알루미나의 경량성과 함께 저열팽창, 고열전도성과 방열성이 뛰어나다.
일 구현예에 따르면, MMC는 SiC 30~40부피%와 Al 60~70부피%를 포함하는 주조형, SiC 70~75부피%와 Al 25~30부피%의 침투형이 있으며, 일례로 SA301, SA401, SA701, 및 SA001 제품이 사용될 수 있다.
| SA301 | SA401 | SA701 | SA001 | |
| 세라믹 종류 | SiC 30 부피% | SiC 40 부피% | SiC 70 부피% | Si 75 부피% |
| 금속 종류 | Al 70 부피% | Al 60 부피% | Al 30 부피% | Al 25 부피% |
| 밀도(g/cm3) | 2.8 | 2.9 | 3.0 | 2.4 |
| 휨강도(MPa) | - | - | 340 | 150 |
| 영율(GPa) | 125 | 150 | 260 | 120 |
| 프아송비(-) | 0.29 | 0.29 | 0.20 | 0.29 |
| 파괴인성(MPa·m1/2) | 15 | 14 | 8 | 3 |
| 열팽창계수(x106) | 14 | 13 | 7 | 9 |
| 열전도율(W/m·K) | 150 | 155 | 160 | 120 |
| 비열(J/g·K) | 0.8 | 0.9 | 0.6 | 0.9 |
| 체적고유저항(Ω·cm) | - | - | 1 x 10-5 | 4 x 10-5 |
| 경도 | HRB 90 | HRB 93 | HRB110 |
SA301는 알루미늄 70 부피%에 SiC를 30 부피%로 함유시킨 것이고, SA401는 알루미늄 60 부피%에 SiC를 40 부피%로 함유시킨 것이다. 이들 재료는 알루미늄과 동일한 무게로 주철 이상의 영율을 갖으며 작은 크기 및 대형 크기의 복잡한 형태에도 제작을 가능케 한다. SA701은 SiC 다공체(70 부피%)에 알루미늄 30 부피%를 침투시킨 복합재료이다. 알루미늄과 동일한 경량화로 스테인레스의 1.3배 영율을 갖고 있으며 열특성에도 매우 뛰어나며, 세라믹보다도 대형화가 쉽고, 금속을 침투시키므로서 파괴 인성을 상승시켜 깨지지 않아 극한의 환경에서 사용가능한 정전척의 몸체로 적합하다.
SA001은 Si 다공체(75 부피%)에 알루미늄 25 부피%를 함침(합쳐 메워짐)시킨 복합재료로, 알루미늄보다 가볍고 주철과 동등한 강성이 있으며 세라믹 재료에 가까운 저열팽창성을 갖는다.
그 중에서도 본 발명은 30 부피%의 Al에 70 부피%의 SiC가 침투된 SA701일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)의 모재는 티타늄 또는 티타늄알루미늄 합금 재질이 사용될 수 있다. 이들 재질은 알루미늄보다 저온 및 고온에서 열변형이 적은 재질로, 극한 환경에서 적용이 가능하다는 이점이 있다.
본 발명의 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)는 브레이징 접합을 통해 접합된다.
일반적인 브레이징 접합은 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20) 사이에 브레이징 필러 금속을 형성한 후 진공 조건 하에 고온에서 압착을 통해 이루어진다. 이러한 방법은 상기 몸체들이 알루미늄 재질인 경우 원활히 이루어질 수 있으나, 본 발명의 MMC, 티타늄 또는 티타늄알루미늄 등의 재질에서는 접합 자체가 이루어지지 않거나, 접합 공정 중 알루미늄의 용출 또는 몸체, 즉 모재의 변형이 일어난다.
이에 본 발명에서는 브레이징 접합이 이루어지는 접합면(접합부, 이음부, 이음면 등)에 금속층을 형성하여 상기 문제를 해소한다.
(단계 b)
일 구현예에 따르면, 상기 금속층(11, 22)은 알루미늄으로 이루어진 층일 수 있다. 통상의 브레이징 접합부는 브레이징 필러 금속과 모재와 반응에 의해 모재의 용융과 모재 및 브레이징 필러 금속 원소의 확산을 통해 접합이 이루어지는데, 이때 모재와 브레이징 필러 금속 간 금속간화합물을 발생시켜 접합 강도가 낮아질 수 있다. 이에, 금속층(11, 22)을 형성할 경우 상부 및 하부 몸체(10, 20)의 모재와 브레이징 필러 금속(30) 간의 직접적인 반응을 억제하고, 금속층(11, 22)과 브레이징 필러 금속(30)과의 용이한 결합으로 인해 상기 접합면에서의 인장 및 전단 강도가 크게 향상될 뿐만 아니라 접합 강도가 더욱 향상된다.
일 구현예에 따르면, 금속층(11, 22)은 그 두께를 1㎛ 내지 20㎛로 형성한다. 만약 상기 금속층(11, 22)의 두께가 상기 범위 미만이면 상기한 문제를 해소할 수 없고, 상기 두께를 초과하면 접합면에서의 용출 문제 또는 접합면에서 브레이징 필러 금속(30)과 반응하여 금속간화합물을 발생시켜 접합 강도를 낮추는 문제가 발생한다. 또한, 상기 금속층(11, 22)의 재질로 Ti, Cu 등 알루미늄이 아닌 다른 금속을 사용할 경우 MMC의 경우 알루미늄 용출 문제, 티타늄 또는 티타늄알루미늄의 경우 고온으로 인한 모재 변형 등의 문제를 해소할 수 없다.
금속층(11, 22)의 형성은 용사법, 물리적기상증착(PVD), 화학적기상증착(CVD), 원자층화학증착(ALD) 등 다양한 방법이 가능하나, 균일한 코팅층을 위해서는 물리적기상증착 방법을 이용한다.
물리적기상증착은 증기(Vapor)를 이용해 증착하는 방법으로, 열증착, 전자빔증착, 이빔(E-beam)증착, 레이저증착, 아크이온플레이팅(Arc Ion Plating) 및 스퍼터링 공정 등이 있으며, 이 중에서도 높은 박막 밀도를 얻고 매끈하면서도 균일한 코팅층을 얻을 수 있는 스퍼터링 공정을 사용한다.
스퍼터링 공정을 이용한 금속층(11, 22)의 형성은 Al 금속층의 경우, DC 마그네트론 구성에 Al 99.9%순도 이상의 모재를 타겟에 부착 한 후 진공챔버의 초기 진공도를 10-7 torr 이상까지 Pumping 한 후 Ar 가스를 주입하여 플라즈마를 형성한다. 이때 플라즈마에 의해 해리된 Ar+ 이온이 Al 타겟에 가속 충돌하게되고, 떨어져 나온 Al 입자는 모재에 증착된다. 상기 스퍼터링 공정시 박막 모니터링을 통해 금속층의 두께를 쉽게 제어할 수 있다.
(단계 c)
본 발명에 따른 정전척의 제조방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 금속층(11, 22)이 형성된 상부 및 하부 몸체(10, 20)를 금속층(11, 22)이 대면하도록 배치하고, 이들 사이에 브레이징 필러 금속(30)을 개재하는 단계를 수행한다.
금속층(11, 22)의 형성 부위는 상부 몸체(10)와 하부 몸체(20)를 접합하는 접합면의 전면에 걸쳐 형성한다. 이때 접합면에 형성되는 브레이징 접합부의 형태는 맞대기 접합(butt joint), 겹치기 접합(lap joint), 혼합 또는 변형 접합(butt-lap or modification joint) 등이 있다.
상기 금속층(11, 22)의 형성에 의해 브레이징 필러 금속(30)의 선정은 금속층(11, 22)이 알루미늄 재질이므로 상대적으로 더욱 자유로와 다양한 종류의 적용이 가능하다. 그러나 극저온이나 극고온 등의 가혹한 환경에서 사용 가능해야하므로, 브레이징 필러 금속(30)의 선정 또한 매우 중요하다. 또한, 브레이징 필러 금속(30)에 의해 접합면에서의 화학 조성 변화가 발생하여 접합부의 접합 강도가 낮아지고 모재의 강도 및 내식성에도 악영향을 미친다.
브레이징 필러 금속(30)은 MMC, 티타늄 또는 티타늄알루미늄 모재의 접합을 위해 고온에서의 브레이징 접합을 위해 고온의 브레이징 필러 금속(30)을 사용해야 한다. 그러나 고온에서의 브레이징 접합은 알루미늄의 용출 또는 모재의 변형 등의 문제가 있어, 융점이 SiC보다 상대적으로 낮은 알루미늄 기반의 브레이징 필러 금속(30)을 사용하는 것이 바람직하다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 브레이징 필러 금속(30)은 4000 시리즈 알루미늄 합금 중 하나인 4047 알루미늄, 또는 4147 알루미늄을 사용한다. 상기 4047 알루미늄은 4047(BAISi-4)로 표시되며, 알루미늄을 잔부로 하며, 여기에 11~13 중량%의 실리콘, 0.8 중량% 이하 철, 0.3 중량% 이하의 구리, 0.05 중량% 이하의 망간, 0.05 중량% 이하의 마그네슘, 0.1 중량% 이하의 아연, 0.01 중량% 이하의 카드뮴, 0.1 중량% 이하의 수은, 0.1 중량% 이하의 납을 함유한 알루미늄 합금이다. 상기 브레이징 필러 금속은 577℃내지 582℃의 융점(melting point)를 갖는다.
4147 알루미늄 4047(BAISi-9)로 표시되며, 알루미늄을 잔부로 하며, 여기에 11~13 중량%의 실리콘, 0.8 중량% 이하 철, 0.1 내지 0.5 중량%의 마그네슘, 0.25 중량% 이하의 구리, 0.2 중량% 이하의 아연, 0.0003 중량% 이하의 베릴륨 및 residual의 금속을 포함하는 알루미늄 합금이다. 상기 브레이징 필러 금속은 580℃내지 600℃의 융점(melting point)를 갖는다.
본 발명의 브레이징 필러 금속(30)은 실리콘 함량이 높고 융점이 낮고 용융 유동성이 우수하며 최종 제품이 깨지지 않기 때문에 브레이징 접합 공정에 적용이 용이하고, 내마모성과 내열성이 높다는 특징이 있다. 실리콘 함량이 높으면 용접 공정 중에 매끄러운 마무리와 감소된 수축으로 유동성이 향상되어, 본 발명에서 언급하는 가혹한 환경에서의 작업을 가능케 한다.
기존 MMC의 경우 알루미늄의 융점인 660℃에서 반응하는 것이 아니라 브레이징 필러 금속(30)의 융점 수준의 온도로 가열할 경우 상기 MMC에 침투법으로 제조된 알루미늄이 모재 밖으로 용출될 뿐만 아니라 MMC 모재 간 접합이 이루어지지 않는다. 이에 MMC 접합을 위해선 온도 조절이 매우 섬세하게 이루어져야 하나, 온도 조절이 이루어지더라도 모재 간 접합이 이루어지지 않는다. 이는 상기 언급한 금속층(11, 22)의 형성과 함께 브레이징 필러 금속(30)의 선정을 통해 해소될 수 있다.
또한, 금속층(11, 22) 및 브레이징 필러 금속(30)의 선정에 의해 브레이징 접합시 온도를 낮춘 상태에서 접합이 가능하기 때문에, 모재가 티타늄 및 티타늄알루미늄 재질의 경우 약 1000℃수준의 고온에서의 브레이징 온도를 낮출 수 있다. 이때 진공도와 온도 상승 곡선 등의 활용을 통해 공정 안정성을 확보할 수 있다.
브레이징 필러 금속(30)은 용융액을 제조 후 도포하는 방법, 브레이징 시트 형태로 제작하는 방법, 또는 증착에 의해 브레이징 필러 금속을 형성하여 금속층 사이에 위치시킬 수 있다. 이때 용융액을 통한 도포 두께 및 브레이징 시트의 두께는 1㎛ 내지 100㎛의 두께일 수 있다. 만약 그 두께가 상기 범위 미만이면 브레이징 필러 금속에 의한 접합 효과를 기대할 수 없고, 너무 두꺼울 경우 접합 공정에서 모재로부터 용출될 수 있다.
(단계 d)
본 발명의 제조방법은 브레이징 접합 공정을 수행하여 상기 상부 몸체(10)와 하부 몸체(20)를 브레이징 접합하는 단계를 수행한다.
본 발명의 브레이징 접합은 고진공 분위기 중에서 브레이징하는 진공 브레이징 접합공정을 사용한다. 상기 진공 브레이징은 접합부의 결함이 적고, 접합부 내 잔사 제거를 위한 세정 처리가 필요하지 않고, 브레이징된 제품의 표면이 미려하며, 다른 브레이징법에 비해 변형이 적은 장점이 있다.
바람직하기로, 브레이징 온도는 브레이징 필러 금속(30)의 융점을 고려하여 570℃내지 630℃에서 5 내지 20분간 수행하며, 압력은 1.0Х10-5 Torr 내지 5.0Х10-5 Torr의 범위에서 수행한다. 상기 브레이징 조건은 접합부에서의 최도의 전단 강도를 얻기 위한 것으로, 온도, 시간 및 압력이 상기 범위를 벗어나는 경우 상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)의 접합이 어려울 수 있다.
상부 몸체(10) 및 하부 몸체(20)는 지그에 의해 가압시켜 브레이징 필러 금속(30)이 금속층(11, 22) 상에 균일하게 분포됨과 동시에 외측으로 이들이 유출되지 않도록 하여 견고한 접합을 이루도록 한다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실시예]
MMC(SA701) 재질의 기판을 상부는 36mm(가로)X40mm(세로)X12mm(두께)로 가공하고, 하부는 40mm(가로)X40mm(세로)X16mm(두께)로 가공한 후, 표면이 일정한 조도를 갖도록 표면에 대해 밀링가공을 수행하였다. 이어서 접합소재의 접합부를 탈지, 산세하여 깨끗한 상태가 되도록 하였다.
상기 상부 기판 및 하부 기판을 증착 챔버로 이송하고, 999%순도 이상의 모재를 타겟에 부착 한 후 진공챔버의 초기 진공도를 10-7 torr 이상까지 Pumping 한 후 Ar 가스를 주입하여 DC-마그네트론 스퍼터링 방식을 이용하여 알루미늄 금속층을 형성하였다.
상부 기판과 하부 기판을 금속층이 대면하도록 배치하고, 여기에 브레이징 필러 금속 시트를 삽입한 후 진공 가열로(진공도 2X10-5 torr 이하)에 장입하여 600℃에서 5분간 브레이징 접합 공정을 수행하였다.
[시험예 1] 브레이징 접합 여부
상부 기판 및 하부 기판, 금속층 및 브레이징 필러의 재질을 달리하여 접합 여부를 평가하였고, 그 결과를 하기 표에 나타내었다. 이때 금속층 두께는 15㎛, 브레이징 필러 금속층의 두께는 약 5㎛이었다.
| 기판재질 | 금속층 | 브레이징필러금속 | 접합여부 |
| MMC | Al | 4047 알루미늄 | O |
| Ti | 4047 알루미늄 | X | |
| - | 4047 알루미늄 | X, 용출 | |
| Al | 알루미늄(순도99%) | X, 용출 | |
| 티타늄 | Al | 4047 알루미늄 | O |
| Ti | 4047 알루미늄 | X | |
| - | 4047 알루미늄 | X | |
| Ti | 티타늄 | X | |
| 티타늄알루미늄합금 | Al | 4047 알루미늄 | O |
| Ti | 4047 알루미늄 | X | |
| - | 4047 알루미늄 | X | |
| Ti | 티타늄 | X |
상기 표를 보면, 금속층의 재질에 따라 접합이 이루어지거나 이루어지지 않음을 알 수 있었다. MMC 기판의 경우 MMC에서의 알루미늄의 용출이 일어났다.또한, 티타늄 기판-티타늄금속층과 같이 동일 재질로 금속층을 형성하더라도 접합이 이루어지지 않음을 알 수 있다.
[시험예 2] 금속층 두께에 따른 접합 강도 평가
접합부의 인장특성을 평가하기 위하여, 와이어 절단법을 이용하여 직경 10mm의 환봉을 가공하고, 환봉을 다시 ASTM E8 규격에 따른 인장시편을 가공한 후, 인스트론사의 인장시험기를 사용하여 인장시험을 수행하였다.
| 기판 재질 | 금속층 두께(㎛) | 인장강도(MPa) | 항복강도(MPa) |
| MMC | 0.5 | 245 | 184 |
| 1.0 | 415 | 335 | |
| 5.0 | 427 | 374 | |
| 15.0 | 458 | 386 | |
| 20.0 | 446 | 365 | |
| 25.0 | 348 | 312 |
상기 표를 보면, 금속층의 두께에 따라 인장강도 및 항복강도에 차이가 있으며, 일정 범위에서의 인장강도 및 항복강도가 높은 수치를 나타내, 특정 두께 범위로 금속층을 형성할 경우 접합강도가 우수함을 알 수 있다. 이러한 경향은 기판 재질로 티타늄 및 티타늄알루미늄 합금에서도 동일하게 나타내었다.
10: 상부 몸체
20: 하부 몸체
11, 20: 금속층 30: 브레이징 필러 금속
11, 20: 금속층 30: 브레이징 필러 금속
Claims (4)
- 기판이 안착될 수 있는 상부 몸체; 및
상기 상부 몸체와 브레이징 접합되며, 상기 기판을 냉각하는 유체가 흐를 수 있는 유로를 포함하는 하부 몸체;를 포함하고,
상기 브레이징 접합은 상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 일측 면에 각각의 금속층이 형성되고, 이들 사이에 브레이징 필러 금속이 형성되어 접합된 것인, 정전척. - 제1항에 있어서,
상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 모재는 서로 동일하며, 금속복합재료(Metal Matrix Composites, MMC), 티타늄, 또는 티타늄알루미늄 합금 중 어느 하나인, 정전척. - 제1항에 있어서,
상기 금속층은 두께가 1㎛ 내지 20㎛인 알루미늄 증착층인, 정전척. - 상부 몸체 및 하부 몸체를 준비하는 단계;
상기 상부 및 하부 몸체의 일측면에 금속층을 형성하는 단계;
상기 금속층이 형성된 상부 및 하부 몸체를 금속층이 대면하도록 배치하고, 이들 사이에 브레이징 필러 금속을 개재하는 단계; 및
브레이징 접합 공정을 수행하여 상기 상부 몸체와 하부 몸체를 브레이징 접합하는 단계;를 포함하는 정전척 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020230024814A KR20240131594A (ko) | 2023-02-24 | 2023-02-24 | 정전척 및 이의 제조방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20240131594A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12237204B1 (en) * | 2023-08-24 | 2025-02-25 | Mico Ceramics Ltd. | Ceramic susceptor and method of manufacturing same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160126924A (ko) | 2015-04-24 | 2016-11-02 | 주식회사 아모센스 | 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판 |
| KR20180017634A (ko) | 2016-08-10 | 2018-02-21 | 주식회사 아모센스 | 고주파 기판과 그 제조 방법 |
-
2023
- 2023-02-24 KR KR1020230024814A patent/KR20240131594A/ko active Pending
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