KR100881162B1 - 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마패드용 컨디셔닝 디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 돌기들을 보다 정밀하게 가공할 수 있는 컨디셔닝 디스크의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 컨디셔닝 디스크의 제조방법은, 세라믹 분말과 열가소성수지 바인더을 3차원 믹싱한 후에 분쇄함으로써 세라믹분말과 열가소성수지 바인더가 균일하게 분산된 피드스탁(feed stock)을 형성하는 피드스탁 형성단계; 상기 피드스탁을 가열연화시키면서 사출금형의 캐비티 내에 주입한 후에 고화시켜 사출성형체를 성형하는 사출성형단계; 상기 사출성형체 내에서 열가소성수지 바인더를 제거하는 탈지단계; 및 상기 탈지된 사출성형체를 소결시키는 소결단계를 포함한다. 상기 피드스탁의 세라믹 분말과 열가소성수지 바인더는 1 : 0.3~0.7의 부피비를 가진다.
연마, 패드, 컨디셔닝, 디스크, 3차원 믹싱
Description
본 발명은 연마패드용 컨디셔닝 디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 돌기들을 보다 정밀하게 가공할 수 있는 컨디셔닝 디스크의 제조방법에 관한 것이다.
1980년대 말 미국 IBM은 기계적 제거가공과 화학적 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함)라는 새로운 연마공정을 개발하였다.
이러한 CMP는 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)과 반응이온에칭(Reactive Ion Etching; RIE)과 더불어 서브 미크론 스케일(submicron scale)의 칩을 제조함에 있어 필수적으로 요구되는 공정이다. 이러한 CMP 중에서 층간절연막(Interlayer Dielectric; ILD) CMP와 금속 CMP의 경우 디스바이스층의 모든 표면에 계속적으로 적용되어야 하는 것으로, 3차원의 형상정도를 얻기 위해 각 층을 광역적으로 평탄화하는 것이 CMP의 주된 역할이다. 이러한 CMP는 기계적인 작용과 화학적인 작용이 동시에 작용하여 서로 상호작용을 일으키는 연마공정이다.
CMP 공정에서 웨이퍼는 연마패드 및 슬러리에 의해 연마되고, 연마패드가 부착된 연마테이블은 단순한 회전운동을 하며, 헤드부는 회전운동과 요동운동을 동시에 수행하면서 일정한 압력으로 가압한다.
웨이퍼는 표면장력 또는 진공에 의해 헤드부에 장착되고, 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면과 연마패드는 접촉한다. 이 접촉면 사이의 미세한 틈새 및/또는 연마패드의 기공부분 사이로 가공액인 슬러리가 유동하고, 슬러리 내부에 있는 연마입자와 연마패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어짐과 더불어 슬러리 내의 화학성분에 의해 화학적 제거작용이 이루어진다.
CMP 공정에서 연마패드와 웨이퍼 사이의 가압력에 의해 디바이스 돌출부의 상부로부터 접촉이 이루어지고, 이 부분에 압력이 집중되어 상대적으로 높은 표면제거속도를 가진다. 그리고, 이러한 가공이 진행될수록 돌출부는 점차 줄어들어 전면적에 걸쳐 균일하게 제거된다.
종래의 기계적인 연마방식에 의하면 가공변질층이 쉽게 형성될 수 있고, 이러한 가공변질층은 반도체칩의 결점이 된다. 또한, 화학적인 연마는 변질층은 생성되지 않지만 평탄화된 형상 즉 형상정밀도를 얻을 수 없으므로, 단순한 평활면(smooth surface)만을 얻을 수 있는 한계가 있었다. 이에 반해, CMP는 가공변질층을 형성하지 않으면서도 높은 형상정밀도를 얻을 수 있는 장점이 있다.
한편, 이러한 화학기계적 연마에 이용되는 연마패드는 웨이퍼 등과 같은 대 상물의 표면을 연마하는 과정에서 그 표면거칠기가 감소된다. 만약 연마패드의 표면거칠기가 원상태로 회복시키지 않는다면 후속하는 연마공정에서 연마속도(removal rate) 및 균일성(uniformity)에 악영향을 끼치게 된다.
이에 따라, 이러한 연마패드의 표면거칠기를 회복시킴과 더불어 새로운 슬러리(slurry)를 공급하기 위한 컨디셔닝 공정(conditioning)이 필수적으로 요구되고, 이러한 컨디셔닝 공정에는 컨디셔닝 디스크가 이용되고, 연마패드측에 새로운 슬러리를 공급하면서 컨디셔닝 디스크를 패드의 표면측에 일정압력으로 누름으로써 컨디셔닝한다.
이 컨디셔닝 공정에 의해 연마패드는 그 기공도를 일정하게 유지할 수 있고, 그 표면거칠기를 회복하며, 불균일 변형을 억제하여 평탄도를 유지할 수 있으며, 연마패드의 기공들에 슬러리(slurry)를 원활하게 공급할 수 있다.
종래의 컨디셔닝 디스크는 100~250㎛ 정도의 크기를 가진 다이아몬드입자를 금속바인더를 이용하여 제조한 다이아몬드 디스크가 일반적이었으나, 이러한 다이아몬드 디스크는 슬러리에 의한 접착부위의 마모 또는 부식 등에 의해 쉽게 탈락될 수 있는 단점이 있었다. 이렇게 탈락한 다이아몬드입자는 연마패드의 표면에 부착되어 웨이퍼의 표면에 심한 스크래치를 발생할 수 있고, 또한 웨이퍼 표면의 회로 단락 등을 일으키는 금속이온의 오염현상의 주된 원인으로 작용하기도 한다.
이에 따라, 다아이아몬드입자의 탈락을 최소화하기 위하여, 다이아몬드입자를 결합시키는 금속바인더의 표면에 크롬이나 팔라듐 등과 같은 내부식성 재료를 코팅하는 방법이 제시되었지만, 그럼에도 불구하고 다이아몬드입자의 탈락 문제를 해결하지 못하였다.
이에 따라, 최근에는 금속바인더를 사용하지 않는 다양한 연구들이 시도되는 데, 다이아몬드입자를 사용하는 대신에 세라믹 재질의 표면에 기계적 가공에 의해 복수의 돌기를 형성하는 방법(국내특허등록 제10-0387954호, 이하 "선행기술1"이라 함) 또는 세라믹 재질의 표면을 용사하는 방법(국내특허등록 제10-0678303호, 이하 "선행기술2"라 함) 등이 제시되고 있다.
선행기술1은, 소정형상으로 성형된 세라믹판을 소결하여 소결체를 만들고, 이 소결체의 양쪽면에 1차 황삭, 2차 중삭, 3차 사상연삭 등을 수행함으로써 세라믹 바디를 만든다. 그리고, 다이아몬드공구를 이용한 기계적인 가공을 통해 세라믹 바디의 한쪽면에 복수의 돌기를 가공하는 방법을 제시한다.
하지만, 선행기술1은 그 가공시간이 매우 오래 걸리고, 그 대량생산화가 용이하지 못한 단점이 있었다. 또한, 기계적 가공에 의한 연삭충격으로 인해 검증할 수 없는 내부크랙이 불규칙적으로 잠재하고, 이에 의해 잠재된 내부크랙의 돌기가 쉽게 탈락하는 단점이 있었다.
선행기술2는, 용사방법에 의해 세라믹 바디의 표면에 복수의 돌기를 일체형으로 형성하는 방법을 제시하고 있다.
하지만, 선행기술2는 용사에 의해 형성된 돌기의 높이가 일정하지 않고, 또한 세라믹 바디의 내부에 불규칙한 기공이 형성된다. 이에 따라 세라믹 바디의 표면 전체에 걸쳐 일정한 접착강도를 가지지 못하므로, 세라믹 바디는 부분적으로 세라믹의 고유강도 이하로 저하되면서 복수의 돌기가 매크로 사이즈(macro size)로 탈락하는 단점이 있었다.
또한, 컨디셔닝 디스크는 그 표면에 구비된 복수의 돌기가 전체적으로 균일한 높이를 가져야 한다. 이에 의해 연마패드의 균일한 컨디셔닝이 용이하다.
그리고, 돌기들의 높이 균일도(편차)는 적어도 30㎛ 이내로 유지되어야 하고, 이에 의해 현재 최적의 조건인 2.5~3.5㎛의 분당 연삭력을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 연삭력의 정밀한 조절, 돌기의 갯수 조절 등을 보다 용이하게 할 수 있다.
하지만, 종래의 컨디셔닝 디스크는 소결 후의 세라믹 바디가 소결 전에 비해 부위 마다 서로 다른 수축율(10~30%) 또는 뒤트림 등으로 인해 돌기의 높이 균일도를 정밀하게 유지할 수 없는 단점이 있었다.
이에 따라, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 연마패드의 컨디셔닝 작업 도중에 일어나는 마모나 화학적 부식에 의한 입자 탈락을 근본적으로 방지할 수 있는 연마패드용 컨디셔닝 디스크를 제공하는 데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 가공정밀도를 대폭 향상시킴으로써 돌기들의 높이 균일도를 보다 정밀하게 유지시킬 수 있는 연마패드용 컨디셔닝 디스크를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 돌기가 일체로 형성된 컨디셔닝 디스크를 제조하는 방법으로,
세라믹 분말과 열가소성수지 바인더을 믹싱한 후에 분쇄함으로써 세라믹분말과 열가소성수지 바인더가 균일하게 분산된 피드스탁(feed stock)을 형성하는 피드스탁 형성단계; 및
상기 피드스탁을 가열연화시키면서 사출금형의 캐비티 내에 주입한 후에 고화시켜 사출성형체를 성형하는 사출성형단계;
상기 사출성형체 내에서 열가소성수지 바인더를 제거하는 탈지단계; 및
상기 탈지된 사출성형체를 소결시키는 소결단계를 포함한다.
상기 피드스탁의 세라믹 분말과 열가소성수지 바인더는 1 : 0.3~0.7의 부피비를 가진다.
이에, 본 발명은 세라믹분말을 고착시키는 바인더를 금속재질 대신에 열가소성수지를 이용함으로써, 물리적 마모 또는 화학적 부식 등에 의해 컨디셔닝 디스크의 돌기들이 탈락되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
상기 피드스탁 형성단계는, 상기 세라믹분말과 열가소성수지 바인더을 3차원 믹싱한 후에 분쇄함으로써 피드스탁을 형성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 세라믹분말과 열가소성수지 바인더를 3차원 믹싱공정을 통해 균일하게 분산되도록 혼합함으로써 돌기의 높이 균일도를 정밀하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
상기 피드스탁 형성단계는,
상기 세라믹분말과 열가소성수지 바인더의 혼합물을 진공분위기 하의 상온 상태에서 일정시간 동안 3차원 믹싱하는 제1믹싱단계;
상기 열가소성수지 바인더에 유동성을 부여할 수 있는 제1설정치까지 온도를 올리면서 3차원 믹싱하는 제2믹싱단계;
상기 제1설정치에서 일정시간 동안 유지시킨 후에 제2설정치까지 서냉시키면서 3차원 믹싱 및 응고시키는 제3믹싱단계; 및
상기 응고된 혼합물을 분쇄하는 분쇄단계를 포함하고,
상기 제2설정치는 상기 제1설정치 보다 낮은 온도인 것을 특징으로 한다.
상기 사출성형단계에서, 상기 피드스탁의 주입압력이 균일하게 분배되는 것을 특징으로 한다.
상기 사출금형은 그 내부에 캐비티를 가지고, 복수의 주입구를 가진 제1금형 및 음각패턴이 형성된 제2금형을 포함하며, 상기 사출금형의 캐비티 치수는 요구하는 컨디셔닝 디스크의 사이즈 보다 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹분말은 지르코니아분말인 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는, 상기 세라믹분말은 부분안정화 지르코니아 분말인 것을 특징으로 한다.
상기 열가소성수지 바인더는 결합제, 팽윤제, 가소제를 포함한다.
상기 피드스탁 형성단계에서, 유동성 보조제를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 유동성 보조제는 우레탄인 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹분말 및 열가소성수지 바인더 각각은 서로 다른 사이즈의 입자들로 이루어진다. 이에 의해, 그 혼합시에 서로 접촉하는 부분의 공극을 최소화할 수 있다.
이상과 같은 본 발명은, 연마패드의 컨디셔닝 작업 도중에 일어나는 마모나 화학적 부식에 의한 입자의 탈락을 근본적으로 방지할 수 있고, 이에 의해 입자 탈락 등으로 인한 금속이온의 오염 내지 웨이퍼의 회로단락 불량 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 가공정밀도를 대폭 향상시킴으로써 돌기의 형상 및 갯수 등을 자유롭게 형성시킬 수 있으며, 이에 의해 그 제거율(removal rate)을 대폴 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크의 제조방법을 도시한다.
본 발명은 한쪽면에 복수의 돌기(110)가 형성된 컨디셔닝 디스크(100)를 제조하기 위한 것으로, 컨디셔닝 디스크(100)의 일 형태가 도 4에 예시되어 있다. 물론 본 발명에 의해 제조되는 컨디셔닝 디스크(100)는 도 4에 예시된 형태에 한정되지 않고 그 외 다양한 형태로 형성될 수 있을 것이다.
컨디셔닝 디스크(100)는 몸체부(200)측에 장착될 수 있다. 몸체부(200)는 내식성 및 내화학성이 우수하고, 형상가공이 용이한 테프론 또는 스테인레스스틸 등의 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 이 몸체부(200)는 그 기능상 필수적으로 요구되는 것이 아니고, 단지 컨디셔닝장치(conditioning equipment)의 모터 회전축에 연결시키는 것이 그 주된 기능이다.
먼저, 사출성형을 위한 피드스탁(feedstock)을 형성한다(S1). 피드스탁(feedstock)은 세라믹분말, 열가소성수지 바인더, 그외의 첨가제 등이 혼합된 후에 냉각된 후에 분쇄됨으로써 형성된다.
세라믹분말, 열가소성수지, 첨가제 등은 그 각각의 비중이 서로 다르기 때문에 중력이 존재하는 공간에서는 100% 균일하게 분산되어 혼합될 수 없고, 또한 내부에 기공 또는 공기의 포함비율이 서로 다르기 때문에 컨디셔닝 디스크(100)의 돌 기(110)들의 높이 균일도를 정밀하게 제어하기 어렵다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명은 진공분위기에서 3차원 믹싱(회전비틀림 믹싱)공정을 통해 세라믹분말, 열가소성수지 바인더 등을 100% 균일하게 분산시켜 혼합하는 것을 일 실시형태로 선택할 수 있다.
하지만, 본 발명은 세라믹분말 및 열가소성수지 바인더의 믹싱공정을 3차원 믹싱공정에 한정하지 않고, 세라믹분말과 열가소성수지 바인더 등을 균일하게 분산시켜 혼합할 수 있다면 12시간 이상의 장시간에 걸친 2차원 믹싱공정 또는 그외의 다양한 믹싱공정을 적용할 수도 있다.
피드스탁 형성단계(S1)의 보다 구체적인 실시형태는 도 2에 도시되어 있다.
먼저, 용기 내에 세라믹분말, 열가소성수지 바인더, 첨가제 등의 혼합물을 용기내에 주입하고, 이 용기의 내부공간을 진공분위기로 만든 후에 이 용기를 3차원믹싱기에 장착한다(S1-1). 여기서, 용기의 내부공간을 진공분위기로 만드는 것은 혼합물의 혼합시에 기포 또는 공기 등이 함유되지 않게 함으로써 혼합물의 분산효율을 향상시키기 위함이다.
그런 다음, 3차원믹싱기를 구동시켜 상온 상태에서 혼합물을 일정시간 동안 3차원 믹싱한다(S1-2).
그후에, 용기 내의 온도를 제1설정치까지 올리면서 3차원 믹싱한다(S1-3). 상기 제1설정치는 150℃ 정도로 열가소성수지 바인더에 유동성을 부여할 수 있을 정도의 온도이다.
이렇게 제1설정치의 온도에 도달하면 10~30분 정도의 일정시간 동안 유지시 킨 후에 서서히 온도를 제2설정치까지 서냉시키면서 3차원 믹싱 및 응고시킨다(S1-4). 상기 제2설정치는 대략 50℃이하의 온도로 열가소성수지 바인더의 유동성을 감소시킬 수 있을 정도의 온도이다.
이에 의해, 세라믹분말과 열가소성수지 바인더가 균일하게 분산된 응고 혼합물이 생성되고, 이 응고 혼합물을 분쇄함으로써 피드스탁(feedstock)을 형성한다(S1-5).
그리고, 세라믹분말, 열가소성수지 바인더 각각은 동일한 크기의 입자로 이루어질 수도 있고, 이와 달리 서로 다른 크기의 입자(예컨대, 0.5㎛ 크기의 지르코니아 입자와 3.0㎛크기의 지르코니아 입자 등)들로 이루어질 수도 있다. 특히, 서로 다른 크기의 입자들리 혼합될 경우에는 서로 접촉되는 부분의 공극을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
상기와 같이 형성된 피드스탁을 가열연화시킨 후에, 이 가열연화된 피드스탁을 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이 사출금형(10)의 캐비티(10a)에 주입하고, 냉각 등에 의해 고화시켜 사출성형체(20)를 성형한다(S2).
사출금형(10)은 복수의 주입구(11a)를 가진 제1금형(11) 및 복수의 홈(12a)이 음각된 제2금형(12)을 구비한다.
제1금형(11)에는 복수의 주입구(11a)들은 일정간격으로 이격되어 배치되고, 이에 의해 피드스탁의 주입압력이 균등하게 배분되어 캐비티(10a) 내에 주입된 용융 피드스탁의 밀도가 균등해진다.
제2금형(12)의 내측면에는 복수의 홈(12a)이 형성되고, 이러한 복수의 홈(12a)은 컨디셔닝 디스크(100)의 돌기(110) 형태에 대응하는 구조로 형성된다.
한편, 사출금형(10)의 캐비티(10a)은 설계된 컨디셔닝 디스크(100)의 사이즈 보다 큰 사이즈로 이루어짐이 바람직할 것이다. 이는 사출성형체(20)의 소결시 그 수축율(20~35%)을 고려한 것이다.
상기의 사출성형단계(S2)는 자동 사출성형프레스를 통해 진행될 수 있고, 이러한 자동 사출성형프레스를 이용할 경우 그 가압력을 컨디셔닝 디스크의 사이즈에 따라 적절히 조절함으로써 사출성형체(20)의 소결시 그 수축율을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 밀도에 의한 변형을 안정화 할 수 있다. 그리고, 최종적으로 복수의 돌기(110)가 형성된 컨디셔닝 디스크(100)는 후가공을 할 필요가 없다.
그런 다음, 탈지공정을 통해 사출성형체(20) 내의 열가소성수지 바인더를 제거하고(S3), 도 3(c)와 같이 열가소성수지 바인더가 제거된 사출성형체(20)를 소결공정을 통해 소결함으로써 원하는 형상의 컨디셔닝 디스크(100)를 형성한다(S4).
특히, 본 발명은 3차원 믹싱공정을 통해 열가소성수지 바인더가 균일하게 분산된 피드스탁을 이용함에 따라, 사출성형체(20)의 소결시 그 수축율(20~35%)을 사출성형체(20)의 전체면에 걸쳐 균등하게 할 수 있다. 이에 의해 복수의 돌기(110)들은 그 높이 균일도가 대략 20~30㎛ 이하의 정밀도를 유지할 수 있므로, 소결후의 컨디셔닝 디스크(100)의 표면 또는 돌기(110)의 평탄화를 위한 별도의 후가공이 요구되지 않는다. 이에 따라, 본 발명은 최소의 설비 및 인원으로 대량 생산을 매우 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명은 금속 바인더 대신에 열가소성수지 바인더를 이용하여 컨 디셔닝 디스크(100)를 제조함으로써, 그 제조된 컨디셔닝 디스크(100)는 마모 또는 부식 등에 의한 돌기(110) 또는 입자들의 탈락을 최소화할 수 있다.
한편, 본 실시예의 세라믹분말에는 내식성, 내산성, 내열성 등이 양호한 지르코니아 분말이 이용될 수 있고, 특히 성형을 용이하게 하기 위하여 지르코니아분말에는 Y2O3 등과 같은 부분안정화제가 첨가될 수 있다.
이러한 부분안정화 지르코니아의 일예가 다음과 같다.
ZrO2+Y2O3+HfO2+Al2O3 wt% : >99.7
Y2O3 wt% : <5.15
Al2O3 wt% : <0.25
SiO2 wt% : <0.02
이 부분안정화 지르코니아는 온도에 따라 결정 구조가 변화하는 데 상온에서는 단사정계(monoclinic) 결정구조를 갖는다. 이 단사정계 결정구조는 약 1,200℃ 이상에서 정방정계(tetragonal) 구조로 변화하는데, 이 상변태는 마르텐사이트 알려져 있다. 또한, 치밀한 지르코니아 소결체를 얻기 위해서 CaO, MgO, CeO2, Y2O3 등의 다양한 산화물을 안정화제로 첨가할 수 있고, 이와 같은 안정화제를 첨가함에 따라 상온에서 안정된 상이(monoclinic) 구조가 아닌 정방정계(tetragonal) 또는 입방정계(cubic) 구조가 되어 냉각 도중에 변태가 일어나지 않아 변형 및 균열을 피할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 세라믹분말은 부분안정화 지르코니아(PSZ, Partially Stabilized Zircornia)이 바람직할 것이다. 그리고, Y2O3와 같은 부분안정화제의 양을 미세 조절하여 성형밀도를 높일 수 있다.
본 실시예의 바인더는 사출성형시 충분한 유동성을 가지고, 금형으로부터 이형성이 좋아야하며, 탈지성이 양호한 재질로 이루어진다. 단일의 열가소성수지로는 이와 같은 성질을 동시에 발휘하는 것은 곤란하기 때문에 여러 종류의 수지를 조합해서 이용하는 것이 좋다. 바인더는 결합제, 팽윤제, 가소제 등으로 이루어진다.
결합제로는 가열시 유동성이 양호한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌작산 비닐 공중합체, 에틸렌아크릴 공중합체, 폴리스틸렌 등을 사용할 수 있고, 또한 탈지성이 양호한 폴리스틸렌, 어태틱 폴리프로필렌, 메탈크릴계수지, 폴리아세타 등을 이용할 수 있다.
팽윤제로는 파라핀왁스, 마이크로크리스탈린왁스, 스테아린산, 아두미왁스등을 이용한다.
가소제로는 부틸산에스테르를 이용할 수 있다.
사출성형단계(S2)에서 바인더를 통해 유동성을 확보하므로 바인더의 조성과 첨가량은 유동성과 이형성, 탈지성 등을 고려하여 조합할 수 있다. 한편, 바인더의 첨가량이 많으면 유동성은 좋아지나 탈지성이 곤란하다든지 소결시 수축이 크게 되어 소결체의 정밀도가 나빠지므로, 세라믹분말과 바인더는 1 : 0.3~0.7로 이루어짐이 바람직할 것이다.
또한, 본 발명은 흐름을 용이하게 하도록 하는 유동성 보조제로서 PP, PE 등과 같은 수지(RESIN) 성분을 더 첨가할 수도 있다. 이러한 유동성 보조제는 그 양에 따라 성형밀도를 조절할 수 있고, 이러한 수지성분의 유동성 보조제를 많이 넣을수록 유동성이 좋아서 사출성형작업을 더욱 원활하게 수행할 수 있으나 성형 후 소결 공정을 거치면서 소결 수축시 휨이 발생할 수 있다. 여기서 수지의 함량을 제품의 크기에 따라 3~25 wt%까지 조절함으로써 수축 휨 정도를 최소화할 수 있다.
본 실시예에서 유동성 보조제로는 우레탄이 바람직하고, 이러한 우레탄을 첨가함에 따라 적은 양으로도 그 어떠한 재료보다 큰 유동성을 확보할 수 있으며, 형상 유지력도 우수하여 성형 밀도의 차이를 보다 쉽게 극복할 수 있었다.
다음은 본 발명의 성형재료인 피드스탁(feedstock)의 일 조성예를 나타낸다.
부분안정화지르코니아(ZrO2+Y2O3+HfO2+Al2O3)----- 84.10 wt%
우레탄 ------------------------------------- 5.17 wt%
폴리스틸렌 --------------------------------- 3.20 wt%
어태틱 폴리프로필렌 ------------------------ 2.93 wt%
스테아린산 --------------------------------- 0.42 wt%
비이온성계면활성제 ------------------------ 4.18 wt%
여기서, Y2O3의 함량은 2~6% 내외에서 컨디셔닝 디스크(100)의 크기에 따라 다양하게 변경가능하다.
<실험예1>
물리적인 방식을 통해 본 발명에 의해 제조된 컨디셔닝 디스크와 종래예의 입자탈락 여부를 비교하는 실험을 진행하였다.
오리피스의 직경이 0.3mm인 워터젯을 이용하고, 타겟제품(본 발명과 종래예)과 대략 30mm의 간격을 두며, 물의 압력은 40,000psi(2.812㎏f/㎠)이고, 오리피스 헤드부를 1,000mm/min, 800mm/min, 500mm/min, 300mm/min 등의 이송속도로 변화시키면서 이송시킨다.
그 결과가 다음의 [결과표 1]과 같다.
[결과표1]
| 이송속도 | 본 발명 | 종래예 |
| 1,000mm/min | 입자 탈락 없음 | 미세한 입자 탈락 발생 |
| 800mm/min | 입자 탈락 없음 | 심한 입자 탈락 발생 |
| 500mm/min | 입자 탈락 없음 | 심한 입자 탈락 발생 |
| 300mm/min | 입자 탈락 발생 | 심한 입자 탈락 발생 |
이로부터, 본 발명에 의해 제조된 컨디셔닝 디스크는 물리적인 외력에 의해 그 입자 탈락이 쉽게 일어나지 않음을 알 수 있다.
<실험예2>
HCl 원액 내에 본 발명에 의한 컨디셔닝 디스크 및 종래예를 담근 후에 일정시간을 경과시킨 후에 돌기 또는 입자의 탈락을 관찰하였다.
먼저, 종래예를 HCl 원액 내에 넣자마자 기포 또는 공기가 발생하기 시작하고, 부식이 시작됨이 관찰되었다. 그리고, 4시간이 경과한 후에는 산과 반응을 하여 다이아몬드입자 전체가 탈락되는 현상이 관찰되었다.
반면에, 본 발명에 의한 컨디셔닝 디스크는 세라믹 재질로 이루어짐으로써 HCl 원액 내에서 산과 전혀 반응하지 않으므로 화학적으로 안정된 것임을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명에 의한 피드스탁 형성단계를 구체적으로 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 의한 사출성형단계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의해 제조된 컨디셔닝 디스크의 일 예시형태를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
10: 사출금형 10a: 캐비티
11: 제1금형 12: 제2금형
20: 사출성형체 100: 컨디셔닝 디스크
110: 돌기
Claims (12)
- 복수의 돌기가 일체로 형성된 컨디셔닝 디스크를 제조하는 방법으로,세라믹 분말과 열가소성수지 바인더을 믹싱한 후에 분쇄함으로써 세라믹분말과 열가소성수지 바인더가 균일하게 분산된 피드스탁(feed stock)을 형성하는 피드스탁 형성단계;상기 피드스탁을 가열연화시키면서 사출금형의 캐비티 내에 주입한 후에 고화시켜 사출성형체를 성형하는 사출성형단계;상기 사출성형체 내에서 열가소성수지 바인더를 제거하는 탈지단계; 및상기 탈지된 사출성형체를 소결시키는 소결단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 피드스탁의 세라믹 분말과 열가소성수지 바인더는 1 : 0.3~0.7의 부피비를 가지는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 피드스탁 형성단계는, 상기 세라믹분말과 열가소성수지 바인더를 회전비틀림방식의 믹싱인 3차원 믹싱을 한 후에 분쇄함으로써 피드스탁을 형성하는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 피드스탁 형성단계는,상기 세라믹분말과 열가소성수지 바인더의 혼합물을 진공분위기 하의 상온 상태에서 일정시간 동안 3차원 믹싱하는 제1믹싱단계;상기 열가소성수지 바인더에 유동성을 부여할 수 있는 제1설정치까지 온도를 올리면서 3차원 믹싱하는 제2믹싱단계;상기 제1설정치에서 일정시간 동안 유지시킨 후에 제2설정치까지 서냉시키면서 3차원 믹싱 및 응고시키는 제3믹싱단계; 및상기 응고된 혼합물을 분쇄하는 분쇄단계를 포함하고,상기 제2설정치는 상기 제1설정치 보다 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 사출성형단계 중 사출금형의 캐비티 내에 피드스탁을 주입하는 과정에서 상기 피드스탁의 주입압력을 균일하게 분배하는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 사출금형은 그 내부에 캐비티를 가지고, 복수의 주입구를 가진 제1금형 및 음각패턴이 형성된 제2금형을 포함하며, 상기 사출금형의 캐비티 치수는 요구하 는 컨디셔닝 디스크의 사이즈 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 세라믹분말은 지르코니아분말인 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 세라믹분말은 부분안정화 지르코니아 분말인 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 열가소성수지 바인더는 결합제, 팽윤제, 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 피드스탁 형성단계에서, 유동성 보조제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 유동성 보조제는 우레탄인 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 세라믹분말의 입자들의 사이즈가 서로 다르고 또한 열가소성수지 바인더의 입자들의 사이즈가 서로 다르게 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 제조방법.
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