Al₂O₃의 광학적 특성에 대한 HIP 공정 변수의 영향

Abstract

반도체/디스플레이 분야의 소재 부품 국산화 필요성이 가속화되는 시점에서 소재기술 응용분야의 고성능화가 되어가고 있다. 초소형, 대형화가 가속화 되고 있는 가운데 주목받는 소재로 투명 알루미나의 소재 개발 및 응용기술 연구에 매진하고 있다. 소재분야의 발전이 요구되는 시점이다. 이런 변화의 중심에 연구기관과 기업 연구소와의 협력이 더욱 중요하다. 대표적으로 개발 진행중인 반도체 공정 장비 안에 Wafer를 고정하는 핵심부품인 세라믹 정전척(ESC, Electrostatic Chuck) 개발에 국내 여러 업체와 국산화를 개발에 진행 중이다. 국내시장에 사용되고 있는 ESC는 일본 제품으로 사용되고 있으며, 국내에서는 Repair 시장만 있는 실정이다. 현재 AlN ESC가 반도체/디스플레이 분야에서 사용되고 있지만, 차세대 ESC로 불리는 사파이어 ESC에 국내기관과 협력하여 개발 중에 있다. 사파이어 ESC는 광학적 특성을 지닌 Al2O3 세라믹 사용하고 있으며, 광학적 투명성은 순도와 밀도에 의해 결정되므로 High Purity Al2O3(99.99%)와 고밀도 향상을 (투명 세라믹스에 유리) 위한 HIP(Hot Isostatic Press) 열처리 공정을 적용 하였다. 널리 사용되고 있는 Al2O3의 특성과 미세구조를 분석하고 소재뿐만 아니라 응용분야 적용될 것이라 판단된다. 본 연구에서는 High Purity Al2O3 제조사별 최적의 공정조건 Test를 실시하고, 각각의 특성 분석을 실시하였다. 세라믹스 공정 설계를 통해 프로세스 확립으로 세라믹사출, 열간가압소결법(hot pressing), Tape Casting 공법이 있으나, 대면적 High Purity Al2O3의 유리하고 기계적 특성을 높이기 위해 분말야금 공정을 선택하였다. HIP 열처리의 공정 변수로 온도를 1400∼1500℃로, 압력을 1100∼1300 Bar로, HIP열처리 시간을 8 ~ 25hr으로 실험을 진행하였다. 본 실험을 통해 High Purity Al2O3의 미세구조를 관찰하기 위해 SEM (Scanning Electron Microscope)을 측정하였고, EDS(Energy Dispersive Spectrometer) 사용하여 입자크기 분포를 비교하였다. 가시광선 투과율은 UV-VIS Spectrometer를 이용하여 파장별 투과율을 측정하였다. 실험을 통해 응용기술에 적용할 소재를 만들 수 있었고, 향후 반도체/디스플레이 세라믹 소재 응용기술에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.