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탄소나노튜브 기반 나노다공성의 3 차원 미세 구조물 제작 및 이를 이용한 표면 연마 특성 분석
제형민(H. Je),김성재(S. J. Kim),김산하(S. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
오늘날 고집적 3D 반도체 소자 제조에 있어 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)는 필수적인 생산공정 기술이지만, 패드의 높은 마모율과 다량의 연마제, 화학제, 컨디셔너와 같은 소모재 사용으로 인해 높은 공정 비용이 발생하고, 많은 후처리 공정을 야기하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 기존 화학적기계연마 공정의 문제점을 개선하기 위해, 표면에 연마제가 증착된 3 차원 형태의 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) 미세 구조물들을 제작하고, 이를 이용한 표면 연마 특성을 분석한다. CNT 기반의 나노다공성 미세구조물들을 활용하면 기계적으로 유연하면서도 연마제에 충분한 힘을 전달할 수 있기 때문에 정밀한 연마가 가능하며, CNT 의 높은 내마모 특성을 통해 높은 수명시간을 기대할 수 있다. 또한 나노연마제를 CNT 에 증착시킴으로써 연마제의 소비량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 컨디셔너의 사용이 필요 없고 세척 등 후처리 공정도 최소화할 것으로 예상된다. 미세 구조물 제작에는 화학기상증착, 기계적 전사, 원자층증착 기술들을 순차적으로 활용하며, 이를 통해 CeO₂ 나노연마제가 증착된 CNT 미세구조물들을 다양한 형태로 제작할 수 있음을 보인다. 연속적인 연마 입자의 공급 없이도 표면연마를 수행함을 실험적으로 검증하고, 구조물의 형상과 길이에 따른 기계적인 특성을 분석하여 이를 연마 성능과 비교한다. 마지막으로 표면의 연마 흔적을 확인하여 새로운 연마 방법의 재료 제거율(Material Removal Rate, MRR)을 정량적으로 평가한다.
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접착력의 능동 제어와 촉각 센싱이 가능한 스마트 그리핑 표면의 적층 제조
김동근(D. G. Kim),제형민(H. Je),김산하(S. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
제조업의 생산기술 패러다임이 변화함에 따라 스마트 팩토리 구축을 위한 첨단화 및 지능화 기술들의 필요성이 증대되고 있으며, 특히 고도의 자동화 생산을 구현하기 위해서는 지능형 로봇 기술 도약이 필수적이다. 로봇 그리핑 시스템은 제조 산업의 다양화로 인하여 적용 범위가 넓어졌으며, 수동적이고 전통적인 그리핑 방법으로는 한계점이 존재한다. 본 연구에서는 기계적으로 유연하면서도 접촉을 감지할 수 있는 촉각 센싱 기능과 접착력을 가역적으로 제어 가능한 3 차원 2-in-1 스마트 그리핑 표면 구조를 제안한다. 광경화성 수지 조형 방식(SLA)의 적층 제조방식을 이용하여 마이크로 미터 크기의 3 차원 접착 표면을 제작하고, 은 나노 와이어로 구성된 전극 패턴 형성과 탄성중합체(Elastomer)를 코팅함으로써 전자접착(Electroadhesion)을 유도하여 그리핑이 가능하다. 이때 형성된 전극은 콘덴서 구조를 가지며, 표면 구조와 접촉될 때 발생하는 전기용량(Capacitance)의 변화율을 측정함으로써 접촉 면적, 접촉력, 접촉 깊이, 재질에 따라 촉각 감지를 구현할 수 있다. 0-3 kV 의 인가되는 외부 전압에 따라 전기접착력의 크기가 변화하며, 이때 인가 전압을 조절하여 접착력 조작한다. 또한, 적층 제조 기술을 활용하면 다양한 형상을 가지는 마이크로 표면 구조를 제작하여 성능을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 각도, 접착 표면의 모양, 스케일의 변화에 따른 기계적 물성을 측정하여, 다양한 조건에서의 측면 접착력(Lateral Adhesion)과 전기용량 변화를 분석한다. 또한 3 차원 접착 표면을 로봇 그리퍼에 적용하여 가용 파지력(Gripping Force)를 정량적으로 평가한다.
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