KR100887126B1 - 도전성 이송 부재 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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다이스께 우찌다
다까시 고바야시
겐이찌 아오야기
신지 야마모또
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
니폰 오일 코포레이션 (신 니혼 세키유 가부시키 가이샤)
이시하라 야쿠힌 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 반도체용 규소 웨이퍼 및 액정 표시 장치용 유리 기판 등의 정밀 장비 재료를 이송하기 위한 도전성 이송 부재뿐만 아니라 그의 제조 방법에 관한 것이다. 이송 부재는 본체의 일부 이상의 탄소 섬유에 접속된 도전성 중합체 부분을 갖는 탄소 섬유 강화 복합 재료 본체를 갖는다. 도전성 이송 부재는 이송 부재에 의해 이송된 구성 요소의 정전기를 제거한다.
이송 부재, 도전성 중합체, 탄소 섬유 강화 복합 재료

Description

도전성 이송 부재 및 그의 제조 방법{TRANSFER MEMBER WITH ELECTRIC CONDUCTIVITY AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 원은 2001년 12월 3일 출원된 미국 가출원 제60/334,587호의 이점을 청구한다.
본 발명은 이송 부재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 액정 표시 장치용 유리 기판 및 반도체용 규소 웨이퍼 등의 정밀 장비 재료를 이송하기에 적합한 이송 부재뿐만 아니라 그의 제조 방법에 관한 것이다.
하기의 명세서는 본 발명의 여러 가지 측면에 관련된 것일 수 있으며 하기와 같이 간략히 요약할 수 있다:
액정 표시 장치 및 반도체 등의 정밀 기계의 제조 공정에서, 이들 구성 요소를 이송하기 위한 이송 부재가 사용된다. 이송 부재를 이동시키기 위한 산업용 로봇 등의 장치에 이러한 이송 부재를 설치할 수 있다. 구성 요소들을 이송 부재상에 위치시키거나 보유시켜 원하는 위치로 이동시킨다.
이송 부재는 통상 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다. 그러나, 대형 액정 표시 장치의 구성 요소 또는 규소 웨이퍼를 이송할 필요성이 높아짐에 따라, 강성이 높고, 편향이 작으며, 내열성이 높은 경량의 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP)으 로 제조한 이송 부품이 바람직하다. 종래 기술에서, 일본 특허 공개 제11-354607호에는 탄소 섬유 및 중합체로 형성된 층 및 금속층의 적층체를 포함하는 이송 부재의 손 (hand)이 개시되어 있고, 일본 특허 공개 제11-354608호에는 탄소 섬유가 단방향성으로 배열된 프리프레그 (prepreg)층의 적층체를 포함하는 이송 부재의 손이 개시되어 있으며, 일본 특허 공개 제2000-343476호에는 CFRP (탄소 섬유 강화 플라스틱)의 표층들 및 코어 (core)층의 3층 구조를 포함하는 이송 부재가 개시되어 있다.
그러나, 액정 표시 장치 및 반도체 등의 정밀 기계의 제조 공정에서, 구성 요소상에 축적되는 정전기를 감소 (또는 제거)시키는 것도 중요하다. 집적 회로 및 액정 장치의 구성 요소상의 정전기는 작업 환경 중 미립자를 발생시키거나 유해한 방전을 야기함으로써 표면을 변색시켜, 생성물에 결함이 있고 생산 수율 손실을 초래하는 것으로 간주된다. 최근, (종래의 전자 구성 요소와 비교하여) 고도로 집적화되고 소형화된 전자 구성 요소가 요구되므로, 종래 기술과 비교하여 이들 구성 요소를 취급하는 제조 공정 중 정전기의 발생을 보다 억제하는 것이 요구된다. 일본 특허 공개 제2000-216215호에는 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판이 위치하고, 탄소 분체 등의 입자가 비산되는 것을 방지하기 위해 이송 부재 표면을 금속으로 코팅한 섬유 강화 탄소 복합 재료로 이루어지는 이송 부재가 개시되어 있다.
일반적으로, 정전기를 제거하는 2 가지의 통상의 방법, 즉 1) 접지에 의해 정전기를 방전시키는 방법 (즉, 접지법) 및 2) 대기 중에 이온을 발생시켜 정전기를 중화시키는 방법 (즉, 이온 중화법)이 있다. 종래 기술에는 접지법을 사용하지 않는 절연성 재료의 사용이 개시되어 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 제9-36207호에는 기판이 위치하는 핑거 (finger)의 형성시 탄소가 함유된 폴리이미드 중합체를 사용하는 기술이 개시되어 있다. 또 다른 예에는 일본 특허 공개 제10-509747호가 포함되며, 여기에는 폴리올레핀 및 폴리아미드로부터 선택되는 기재 중합체 및 특정한 평균 섬유 직경을 갖는 분쇄 탄소 섬유 충전제를 포함하는 비연마 복합 재료의 운반이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제11-106665호에는 소정의 표면 저항률을 갖는 열가소성 중합체 및 소정의 부피 저항률을 갖는 도전성 섬유 충전제로 형성된 이송 부재가 개시되어 있다.
플라스틱 및 세라믹 등의 절연체의 이송 부재에 의해 보유되고 이송되는 구성 요소에서는 접지법을 사용할 수 없다. 따라서, CFRP 등의 이송 부재에 의해 이송되는 구성 요소의 정전기를 제거하기 위해서는 이온 중화법만이 적용된다. 그러나, 이온 중화법도 문제점이 있다. 전자기 노이즈, 미립자 및 오존이 중화용 이온을 발생시키는 데 사용되는 장치로부터 종종 발생하여, 상기 발생된 구성 요소가 제조 공정에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 있다. 또한, 이온 중화법에서, 상당량의 양이온 및 음이온으로 이루어지는 바이어스 (bias)가 종종 발생하며, 부가 정전기가 발생할 가능성도 있다.
이온 중화법 이외에, CFRP 등의 절연체의 이송부에 의해 이송되는 구성 요소에서 발생하는 전하를 제거하는 방법을 개발하기 위한 방법을 찾는 것이 바람직하다.
[발명의 요약]
요약하면, 본 발명의 한 측면에 따라서, 탄소 섬유 강화 복합 재료를 갖는 본체, 및 1종 이상의 물품의 이송시 물품과 접촉하는 부분을 갖고, 상기 본체 중 탄소 섬유 강화 복합 재료의 일부 이상의 탄소 섬유에 전기적으로 접속되어 있는, 상기 본체상에 배치된 도전성 중합체 부분을 포함하는, 1종 이상의 물품을 이송하기 위한 이송 부재가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,
a) 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 본체를 제조하는 단계;
b) 본체의 탄소 섬유 강화 복합 재료의 일부 이상의 탄소 섬유를 노출시키는 단계; 및
c) 노출된 일부 이상의 탄소 섬유가 도전성 중합체 부분과 전기적으로 접속되도록, 상기 본체상에 도전성 중합체 부분을 배치하는 단계
를 포함하는, 탄소 섬유 강화 복합 재료를 갖는 본체 및 상기 본체상에 배치된 도전성 중합체 부분을 포함하는, 1종 이상의 물품을 이송하기 위한 이송 부재의 제조 방법이 제공된다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께, 후술될 발명의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 이송 부재의 일례를 나타내는 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 이송 부재의 또 다른 예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 이송 부재의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 이송 부재의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다.
본 발명은 그의 바람직한 실시양태와 함께 설명되지만, 상기 실시양태로 본 발명을 제한하려는 의도는 아닌 것으로 이해될 것이다. 반면, 첨부된 특허 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 취지 및 범위내에 포함될 수 있는 모든 별법, 변형 및 동등물을 포함하는 것으로 의도된다.
정의:
하기의 정의는 본 명세서 및 첨부된 특허 청구 범위에서 이들이 사용되는 방식에 따라 참조로서 제공되는 것이다.
1. 본체-이송되는 물품을 보유하는 부분을 갖는 이송 부재.
2. 프리프레그-수지가 건조 직물을 함침시키도록 수지 용액으로 적신 건조 직물.
3. M6-공칭 직경이 미터법으로 6 ㎜인 나사 구멍.
본 발명의 주요 요소는 탄소 섬유 기재의 특유한 피치 (pitch)이다. 탄소 섬유 기재의 특유한 피치를 정선한 에폭시 중합체와 배합함으로써, 본 발명은 각종 계수 (예를 들면, 100 GPa 내지 250 GPa 초과), 온도 특성 (예를 들면, 100 ℃ 내지 230 ℃ 초과) 및 고순도의 방수제 선택권을 제공한다.
본 발명에는 이송 물품의 이송성을 향상시키는, 강성, 내열성 및 내약품성이 높은 경량의 이송 부재가 개시되어 있다. 예를 들면, 본 발명의 이송 부재에 의해 이동된 반도체용 규소 웨이퍼 및 액정 유리 기판은 이송 환경에 기인하는 이송 물 품의 손상을 억제하고, 접지법을 사용하여 이송 물품의 정전기를 효과적으로 제거할 것이다. 본 발명은 이온 중화법만 사용하는 종래 기술의 방법과 대조적으로 접지법을 사용할 수 있게 한다.
본 발명은 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 이송 부재 본체 및 본체상에 설치된 도전성 중합체가 장착된, 물품을 이송하기 위한 이송 부재를 갖는다. 이송 부재 본체의 탄소 섬유 강화 복합 재료는 탄소 섬유가 본체의 종방향에 본질적으로 평행하게 배열된, 1층 이상의 단방향성 프리프레그를 포함한다. 본체의 탄소 섬유 강화 복합 재료는 탄소 섬유를 함유하는 1층 이상의 클로쓰 (cloth) 프리프레그를 포함하고, 프리프레그의 일부 이상의 탄소 섬유 및 도전성 중합체 부분은 전기적으로 접속되어 있다.
이송 부재의 탄소 섬유 강화 복합 재료에는 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP) 및 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료 (C/C 복합 재료)가 포함된다. CFRP 재료가 바람직하다. 탄소 섬유 강화 복합 재료의 매트릭스 재료에는 열경화성 중합체, 열가소성 중합체, 탄소, 세라믹, 금속 및 이들의 혼합물이 포함된다. 본 발명에서, 열경화성 중합체, 탄소 또는 이들의 혼합물이 매트릭스로 바람직하다. 열경화성 중합체에는 에폭시, 아라미드, 비스말레이미드, 페놀, 푸란, 요소, 불포화 폴리에스테르, 에폭시 아크릴레이트, 디알릴 프탈레이트, 비닐 에스테르, 열경화성 폴리이미드, 멜라민 및 이러한 다른 재료들이 포함된다.
본 발명의 열가소성 중합체 매트릭스 재료에는 폴리이미드 수지, 나일론, 액상 방향족 폴리아미드, 폴리에스테르, 액상 방향족 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에테르 술폰 중합체, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르 에테르 케톤, PEK, PEKK, LCP, 폴리술폰, 폴리비닐 클로라이드, 비닐론, 아라미드, 플루오로 중합체 및 이러한 다른 재료들이 포함된다. 본 발명의 세라믹스 매트릭스 재료에는 알루미나, 실리카, 탄화티탄, 탄화규소, 질화붕소, 질화규소 및 이러한 다른 재료들이 포함된다. 본 발명의 금속 매트릭스 재료에는 티탄, 알루미늄, 주석, 규소, 구리, 철, 마그네슘, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들 금속을 1종 이상 함유하는 합금이 포함된다.
상기 탄소 섬유 강화 복합 재료에 포함되는 탄소 섬유에는 석유 피치형 탄소 섬유, 석탄 피치형 탄소 섬유, 폴리아크릴로나이트라이드 (PAN) 탄소 섬유 및 이러한 다른 섬유가 포함된다. 탄소 섬유의 전기 저항률은 통상 1 내지 30 μΩㆍm, 바람직하게는 1 내지 20 μΩㆍm이다. 탄소 섬유 강화 복합 재료는 단 1종의 탄소 섬유를 포함할 수 있고, 2종 이상의 이들 탄소 섬유의 혼성 구조물도 포함할 수 있다. 탄소 섬유 강화 복합 재료는 10-5 Pa의 진공하에 10 ℃/분의 경사 상승 속도로 25 ℃로부터 250 ℃로의 온도 조건에서 방출되는, 15 ppm 미만의 물 및 1 ppm 미만의 수소 기체의 순도를 가질 수 있다.
탄소 섬유 강화 복합 재료에 사용되는 탄소 섬유의 형태는 1차원 강화, 2차원 강화, 3차원 강화, 불규칙 강화를 포함하며, 이송 부재의 원하는 목적에 따라 유사한 형태를 적절히 선택하여 채택한다. 예를 들면, 탄소 섬유는 목적에 따라 단섬유, 직포, 부직포, 단방향성 재료, 2차원 직포 및 3차원 직포의 형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄소 섬유는 펠트, 매트 (mat), 브레이드 직물 (braided fabric) (즉, 고온 용융성 중합체와 평행 교차 또는 삼각형 형태로 배열된 탄소 섬유를 포함하는 부직포), 단방향성 재료, 유사 등방성 재료, 평직물, 공단, 능직물, 유사한 얇은 포, 엉킨 포 (entangled fabric) 등의 구조를 갖는 재료에 사용될 수 있는 탄소 섬유를 적층하며, 상기 탄소 섬유 강화 복합 재료에 설치할 수 있다.
도전성 중합체 부분은 본체 중 일부 이상의 탄소 섬유에 전기적으로 접속된다. 본체는 물품이 이송될 때 물품과 접촉한다. 도전성 중합체 부분의 일부가 그위에 위치한 이송 물품과 접촉한다. 물품과 본체 사이의 접촉부는 탄소 섬유를 통해 도전성 중합체 부분과 전기적으로 접속된다. 본 발명은 접지선에 대한 접촉부를 더 제공한다.
도전성 중합체 부분에는 폴리이미드 중합체가 포함된다. 본 발명에서, 중합체 재료는 도전성을 갖는다. 예를 들면, 도전성 충전제인 중합체 재료에 열경화성 또는 열가소성 중합체를 첨가한다. 상기 중합체 재료의 다른 재료에는 플루오로 중합체, PEEK, PEKK, PEK, 폴리아세테이트, 나일론 중합체, 방향족 폴리이미드, 폴리에테르 술폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 액정 중합체, 폴리벤즈이미다졸, 폴리(파라페닐렌 벤조비스악사졸) (PBO), 폴리페닐렌 술파이드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아세탈 또는 이들의 2종 이상의 혼합물이 포함된다. 본 발명에 사용하기 위한 다른 도전성 충전제에는 금속 분체, 카본 블랙, 탄소 섬유, 산화아연, 산화티탄, 티탄산칼륨이 포함된다. 본 발명에 있어서, 중합체 재료가 내마모성, 대전 방지성 및 내약품성이 뛰어나고; 이송 부재 제조를 위한 치수 안정성 및 기계적 가공성을 가지며; 유리 기판 또는 웨이퍼 등의 물품과 접촉하였을 때 이들을 쉽게 손상시키지 않고; 입자를 쉽게 발생시키지 않는 폴리이미드를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 도전성 중합체 부분의 부피 저항률은 통상 101 내지 1012 Ωㆍ㎝, 바람직하게는 104 내지 105 Ωㆍ㎝의 범위이다.
또한, 본 발명은 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 이송 부재 본체의 제조를 포함하는 이송 부재의 제조 방법을 제공한다. 공정은 복합 재료의 일부의 탄소 섬유를 노출시키고, 노출된 탄소 섬유에 전기적으로 접속될 수 있도록 이송 부재 본체상에 도전성 중합체 부분을 설치한다. 도전성 접착제로 이송 부재 본체 및 도전성 중합체 부분을 결합하여 도전성 중합체 부분을 설치한다. 도전성 중합체 부분의 설치를 위한 제조 방법에는 도전성 중합체 부분을 구멍 또는 함몰부로 삽입하는 것이 포함된다. 구멍 및 함몰부는 복합 재료의 내부 탄소 섬유를 노출시키는 방법으로 형성된다.
본 발명의 또 다른 측면은 도전성 이송 부재의 제조 방법이다. 당 업계에 공지된 CFRP 및 C/C 복합 재료 등의 탄소 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 열경화성 중합체로 강화 탄소 섬유를 함침시킨 후, 이들을 적층 및 경화하여 프리프레그를 형성시켜 CFRP를 제조할 수 있다. 그러나, 단방향성 강화 탄소 섬유의 프리프레그, 즉, 단방향성 프리프레그를 적층시켜 섬유의 방향이 이송부의 종방향에 대해 0° 및 90°, 0°, ±45°, 및 90°또는 0°, ±60°, 및 90°가 되도록 하여 소정의 탄성률을 갖는 CFRP을 얻는 것이 바람직하다.
강화 탄소 섬유를 열경화성 중합체로 함침시키는 경우, 통상 중합체를 60 ℃ 내지 90 ℃로 가열하고 이를 강화 섬유에 함침시키는 고온 용융 방법이 바람직하게 적용된다. 프리프레그의 제조 중 열경화성 중합체의 함량은 강화 섬유 전체 중량에 대해 통상 20 내지 50 중량％, 바람직하게는 25 내지 45 중량％이다.
필요한 경우, 프리프레그를 구성하는 중합체에 충전제를 첨가할 수 있다. 충전제 재료에는 운모, 알루미나, 활석, 미분말형 실리카, 규회석, 세피올라이트, 염기성 황산마그네슘, 탄산칼슘, 폴리테트라플루오로에틸렌 분체, 아연 분체, 알루미늄 분체, 아크릴 미립자, 에폭시 중합체 미립자, 폴리아미드 미립자 및 폴리우레탄 미립자 등의 유기 미립자 및 이러한 다른 재료들이 포함된다. 프리프레그는 이송부에 적합한 형태로 적층되고, 오토클레이브내 또는 프레스에 의해 110 ℃ 내지 150 ℃에서 30분 내지 3시간 동안 가열 및 경화하여 CFRP를 얻을 수 있다. 이러한 방법으로, 품질이 안정되고, 공극이 거의 없는 CFRP를 얻을 수 있다.
공지된 방법으로 C/C 복합 재료도 제조할 수 있다. 예를 들면, 상술된 CFRP 제조에 사용된 탄소 섬유와 유사한 형태로 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 예비 성형품 (즉, 공정의 중간 단계에서 형성된 형태)을 열가소성 중합체 및 열경화성 중합체 등의 매트릭스 중합체에 함침시킨 후, 열간 등온 공정 (즉, HIP) 처리 또는 유사한 방법으로 탄화시켜 예비 성형품을 형성하여, 탄화된 매트릭스를 탄소 섬유상에 형성할 수 있다. 상술된 바와 같은 예비 성형품을 불활성 기체 중 500 ℃, 바람직하게는 300 ℃에서 가열하여 탄화를 수행할 수 있다.
C/C 복합물에는 원료로서 석탄 피치, 석유 피치, 합성 피치, 등방성 피치 및 중간상 피치를 사용하는 피치 물질이 포함된다. 또한, 열가소성 중합체에는 폴리이미드 수지, 페놀 중합체, 에폭시 중합체, 푸란 중합체 및 요소 중합체가 포함될 수 있으며, 열경화성 중합체에는 페놀 중합체, 에폭시 중합체, 푸란 중합체, 요소 중합체 및 이러한 다른 재료들이 포함된다.
피치, 열경화성 중합체 또는 열가소성 중합체도 충전제와 혼합되어 매트릭스 형성을 위한 공정에 제공될 수 있다. 충전제 재료의 예에는 탄소 분체, 흑연 분체, 탄화규소 분체, 실리카 분체, 탄소 섬유 위스커 (whisker), 탄소 단섬유 및 탄화규소 단섬유가 포함된다.
C/C 복합 재료의 제조 방법의 또 다른 예는 화학 증착 (CVD), 화학 기상 침투 (CVI)를 사용하여 열분해가능한 탄소를 탄소 섬유에 부착시켜 매트릭스를 형성하는 것이나, C/C 복합 재료를 생성하는 유사한 공정을 사용할 수 있다. 상기 방법으로 얻어진 C/C 복합 재료에 추가로 소형화 처리를 할 수 있다. 특히, 매트릭스 형성 공정을 반복하여 복합 재료의 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 이송 부재의 본체는 탄소 섬유 강화 복합 재료, 또는 탄소 섬유 강화 복합 섬유 및 유리 섬유 강화 플라스틱 (GFRP) 등의 다른 재료의 조합물로부터 형성될 수 있다. 다른 재료에는 벌집, 다공성 본체 또는 파형판 등의 구조가 포함된다.
상술된 방법을 사용하여 얻어진 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 성형체를 원하는 형태로 절삭하는 공정을 실시함으로써 본체를 제조할 수 있다. 이러한 가공으로, 원하는 형태를 갖는 본체를 정확한 작업 정밀성으로 얻을 수 있다. 또한, 탄소 섬유 및 도전성 중합체 부분의 전기적 접속은 후술하는 바와 같이 용이하게 달성된다. 필요한 경우, 본체는 작업 표면으로부터 입자의 발생을 방지하기 위해 도포된 코팅제를 가질 수 있다. 에폭시 중합체 및 실리콘 왁스 등의 열경화성 중합체를 코팅제로 사용할 수 있다.
본 발명의 이송 부재 본체의 예는 판의 양 표면상에 위치한 표층 및 표층 사이에 위치한 코어층을 갖는 직사각형판 형태의 구조이다. 표층은 이송부의 종방향에 대해 -20°내지 +20°의 각도로 배향되고, 인장 탄성률이 500 내지 1,000 GPa인 탄소 섬유를 함유하는 제1 탄소 섬유 강화 복합 재료층을 갖는다. 제2층은 이송부의 종방향에 대해 +75°내지 +90°및(또는) -75°내지 -90°의 각도로 배향되고, 인장 탄성률이 200 내지 400 GPa인 탄소 섬유를 함유하는 탄소 섬유 강화 복합 재료층이다. 표층은 이송부의 종방향에 대해 +30°내지 +60°및(또는) -30°내지 -60°의 각도로 배향되고, 인장 탄성률이 500 내지 1,000 GPa인 제3 탄소 섬유 강화 복합 섬유를 갖는다. 표층 및 코어층의 전체 두께에 대한 3층의 표층의 두께의 비는 20 내지 80 ％, 바람직하게는 60 내지 80 ％이다. 접촉부는 표층의 탄소 섬유를 통해 중합체 도전성 부분에 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 탄소 섬유 강화 복합 재료의 제3 표층 이외에 또는 그 대신에, 코어층이 벌집, 다공성 본체 및(또는) 물결 모양의 판 (파형) 등의 구조를 갖는 또 다른 재료를 포함할 수 있고, 공극도 사용할 수 있다. 탄소 섬유 등의 섬유상 재료로 이루어진 클로쓰층은 그 층이 존재하지 않는 경우보다 이송 부재의 가공을 용이하게 하는 본체의 최표층상에 배치시킬 수 있다. 클로쓰층이 탄소 섬유로 이루어지는 경우, 접촉부 및 도전성 중합체 부분 사이의 전기적 접속이 보다 용이해진다.
본 발명의 이송 부재는 탄소 섬유 강화 복합 재료를 갖는 본체, 및 이송 물 품을 본체상에 위치시킴으로써 이송 물품과 접촉하는 부분을 갖고, 본체 중 일부 이상의 탄소 섬유에 전기적으로 접속되어 있는, 도전성 중합체 부분을 포함한다. 이송 부재가 물품과 접촉하는 면적은 이송 부재의 먼 말단의 표면, 및 도전성 중합체 부분일 수 있다.
본 발명의 이송 부재에서, 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 본체를 제조하고, 복합 재료의 탄소 섬유의 일부를 노출시키고, 본체상에 도전성 중합체 부분을 설치하여 노출된 탄소 섬유와 전기적으로 접촉할 수 있도록 함으로써, 도전성 중합체 부분과 본체의 일부 이상의 탄소 섬유와 전기적 접속을 달성할 수 있다. 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 성형체로서 이송 부재 본체를 형성하고, 그의 일부를 절삭하여 구멍 또는 함몰부를 형성함으로써 탄소 섬유를 노출시킬 수 있다 (예를 들면, 통상, 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 성형체를 제조할 때, 그의 표면을 매트릭스로 코팅하고, 탄소 섬유를 노출시키지 않는다. 따라서, 본체의 일부를 절삭하는 경우, 탄소 섬유는 노출된다).
도전성 중합체 부분의 상이한 부분에서 도전성 접착제로 본체 및 도전성 중합체 부분에 이어서 절삭면을 함유하는 본체의 표면상에서 이송 물품과 접촉하기 위한 부분에서 본체 및 도전성 중합체 부분을 결합하거나, 도전성 중합체 부분을 본체의 탄소 섬유를 노출시키기 위한 공정에서 형성된 구멍 또는 함몰부로 삽입함으로써 노출된 탄소 섬유 및 도전성 중합체 부분을 전기적으로 접속시킬 수 있다. 그러나, 본체 및 도전성 중합체 부분을 결합하는 방법은 결정적이지 않으며, 도전성 중합체 부분은 본체를 형성하는 일부 이상의 탄소 섬유 및 그와 접촉하여 이송 물품이 위치할 수 있는 또 다른 부분과 전기적으로 접속될 수 있는 임의의 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 이송부에 단 하나의 도전성 중합체 부분 또는 몇몇의 도전성 중합체 부분을 장착할 수 있다. 몇몇의 도전성 중합체 부분을 사용하는 경우, 하나 이상의 도전성 중합체 부분이 탄소 섬유에 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명의 이송부에 접지선에 대한 접촉부를 더 장착할 수 있다. 상기 접촉부는 일부 이상의 탄소 섬유를 통해 도전성 중합체 부분과 전기적으로 접속되어, 도전성 중합체 부분과 접촉되는 물품의 정전기를 접지법으로 제거할 수 있다. 상기 접촉부는 간단히 본체를 절삭하여 형성된 탄소 섬유의 노출 표면의 접촉부일 수 있거나, 원하는 금속 전극일 수도 있다.
본 발명의 이송부의 형태는 상술된 바와 같이 직사각형일 수 있지만, 판형, 봉형, 포크형, 벌집형, 중공봉형, T자형, I자형, 곡면형 또는 조합형을 포함하는 여러 가지 형태도 본 발명에서 사용하기 위해 채택될 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 이송 부재는 그의 먼 말단에서 이송 물품과 접촉하는 영역을 가지거나, 그의 인접 말단에서 접촉부를 가질 수 있다. 본 발명의 이송 부재는 도전성 중합체 부분만 이송 물품과 접촉하여 이를 지지하는 형태, 또는 도전성 중합체 부분 및 본체가 둘 다 이송 물품과 접촉하여 이를 지지하는 형태를 가질 수 있다. 인접 말단은 산업용 로봇 등의 이송 부재를 이동시키기 위한 장치에 고정된다. 장치는 물품을 이송시키기 위해 먼 말단에 이송되는 물품을 위치시키거나 보유할 수 있도록 조작된다.
이제 본 발명의 상세한 설명을 위해 도면을 참조한다. 본 발명의 이송부의 예를 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은 본 발명의 이송 부재의 일례를 나타낸다. 도 1은 이송 부재가 종방향을 포함하여 수직 단면으로 절삭된 수직 단면도이다. 본체 (11)은 직사각형판 형태이고, 탄소 섬유 강화 복합 재료로 형성되며, 그의 먼 말단의 상부 표면상에 함몰부 (15)가 있다. 탄소 섬유 강화 복합 재료로 구성된 성형체를 형성하고 이를 나타낸 형태대로 절삭하여 함몰부 (15)를 제조한다. 도전성 중합체 부분 (12)는 함몰부 (15)에 맞는 돌출부를 가지며, 도전성 접착제를 통하거나 도전성 중합체 부분을 함몰부 (15)내로 가압 공급하여 본체 (11)에 적재된다. 본체 (11)의 인접 말단에서, 접지선 (14)로의 접촉부 (16)을 설치하고 접지선 (14)와 접속한다. 실제 사용에서, 접촉부 (16)은 접지선 (14)에 직접 접속되거나, 이송 부재의 이동을 위한 산업용 로봇 등의 장치를 통해 접지될 수 있다. 또한, 접촉부 (16)은 각각의 접지 형태에 맞춰진 구조를 가질 수 있다. 단방향성 프리프레그 시트를 적층하여 본체 (11)을 형성한다. 본체 (11)에서, 탄소 섬유의 일부 또는 전부가 본체 (11)의 종방향, 즉 먼 위치로부터 인접 위치 방향으로 실질적으로 평행하게 배열된다. 따라서, 도전성 중합체 부분 (12) 및 접촉부 (16)은 본체 (11)의 탄소 섬유를 통해 전기적으로 접속되고, 물품의 이송시 물품이 도전성 중합체 부분 (12)와 접촉하여, 전류를 화살표 (13) 방향으로 흘러가도록 하여 전류를 제거한다.
이제 본 발명의 이송부의 또 다른 예의 수직 단면도를 나타내는 도 2를 참조한다. 이송 부재 본체 (21)에서, 본체 (21)의 두께 방향으로 관통하는 구멍 (25) 를 형성하고, 구멍 (25)에 맞는 형태의 도전성 중합체 부분 (22)를 적재한다. 접지선 (24)가 도 1에서 설명된 것과 유사한 방법으로 접촉부 (26)에 접속된다. 도전성 중합체 부분 (22)는 본체 (21)의 종방향, 즉 본체 (21)의 말단 위치-인접 위치 방향으로 실질적으로 평행하게 배열된 탄소 섬유를 통해 접촉부 (26)에 전기적으로 접속된다. 따라서, 물품의 이송시 물품이 도전성 중합체 부분 (22)와 접촉하여, 전류를 화살표 (23) 방향으로 흘러가도록 하여 전류를 제거한다 (즉, 정전기를 방전시킴).
이제 본 발명의 이송 부재의 일례의 평면도를 나타내는 도 3을 참조한다. 본체 (31)은 포크형 구조이며, 도전성 중합체 부분 (32)가 그의 각각의 분지 말단에 적재된다. 클로쓰 프리프레그 시트를 적층하여 본체 (31)을 형성한다. 본체 (31)에서, 클로쓰 프리프레그 중 탄소 섬유는 이송 부재 본체 (31)의 종방향 및 폭 방향으로 교차 및 연장된다. 따라서, 도전성 중합체 부분 (32)는 상기 탄소 섬유를 통해 접촉부 (36)에 전기적으로 접속되며, 물품의 이송시 물품이 도전성 중합체 부분 (32)에 접촉되어, 전류를 화살표 (33) 방향으로 흘러가도록 하여 전류를 제거한다 (즉, 정전기를 방전시킴). 접지선 (34)는 도 1에서 설명된 것과 유사한 방법으로 접촉부 (36)에 접속된다.
이제 본 발명의 이송 부재의 또 다른 예의 평면도를 나타내는 도 4를 참조한다. 본체 (41)은 포크형 구조이다. 본체 (41)에서, 탄소 섬유의 일부 또는 전부가 종방향, 즉 본체 (41)의 말단 위치-인접 위치 방향으로 실질적으로 평행하게 배열된다. 도전성 중합체 부분 (42)는 도 4에 나타낸 위치에 적재되어, 탄소 섬유를 통해 접촉부 (46)에 전기적으로 접속된다. 접지선 (44)는 도 1에서 설명된 것과 유사한 방법으로 접촉부 (46)에 접속된다. 따라서, 물품의 이송시 물품이 도전성 중합체 부분 (42)에 접촉하게 되어, 전류를 화살표 (43) 방향으로 흘러가도록 하여 전류를 제거한다 (즉, 정전기를 방전시킴).
본 발명의 이송 부재는 탄소 섬유 강화 복합 재료를 포함하는 본체, 및 상기 본체 중 일부 이상의 탄소 섬유에 전기적으로 접속되고, 이송 물품을 본체상에 위치시킴으로써 이송 물품과 접촉하는 부분을 갖는 도전성 중합체 부분을 포함하고, 이송 부재에 의해 반도체용 규소 웨이퍼 및 액정 유리 기판 등의 이송 물품의 이송성을 향상시킬 수 있고, 이송 환경에 기인하는 이송 물품의 손상을 억제하며, 용이하게 제조되고, 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 본체 및 이와 결합한 도전성 중합체 부분으로 인해 경량이며, 강성이 높고, 내열성이 높으며, 또한 접지법으로 물품의 정전기를 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 정확한 조작을 요구하는 대형 유리 기판 및 웨이퍼 등의 구성 요소를 그의 품질 및 수율을 저하시키는 일 없이 유리하게 이송할 수 있다. 따라서, 이송부는 정밀 장비 등의 장비의 제조 공정에 매우 유용하다. 또한, 본 발명의 이송 부재의 제조 방법에서, 상기 이송부를 간단한 방법으로 제조할 수 있다.
하기의 적용 실시예 및 비교예는 본 발명을 더 설명하기 위해 제공되며, 기재된 실시예에 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다.
실시예 1
도전성 중합체 부분을 혼입한 이송 부재 및 CFRP로 이루어진 본체를 제조하였다. 우선, 피치 탄소 섬유를 사용하여 표층을 제조하고, 인장 탄성률이 800 GPa인 피치형 탄소 섬유를 단방향으로 잡아 당기고, 정렬한 후 에폭시 중합체로 함침시켜, 단방향성 프리프레그 시트를 제조하였다. 몇몇의 프리프레그를 탄소 섬유의 방향이 이송부의 종방향에 대해 0°(즉, 동일한 방향)가 되도록 적층하였다. 적층된 시트를 오토클레이브내에서 처리하여, 두께가 약 1.3 ㎜인 표층을 제조하였다.
이어서, 코어층을 제조하였다. 인장 탄성률이 600 GPa인 피치형 탄소 섬유를 단방향으로 잡아 당기고, 정렬한 후 에폭시 중합체로 함침시켜, 단방향성 프리프레그 시트를 제조하였다. 몇몇의 프리프레그를 탄소 섬유의 방향이 이송부의 종방향에 대해 90°가 되도록 적층하였다. 적층된 시트를 오토클레이브내에서 처리하여, 두께가 약 1.5 ㎜인 코어층을 제조하였다.
이어서, CFRP로부터 본체를 제조하였다. 상술된 코어층을 상술된 표층의 두 시트 사이에 위치시키고 도전성 열경화성 접착제로 접착시켜, 상부 표면 및 하부 표면상에 표층을 갖고, 그들 사이에 코어층을 갖는 적층체를 얻었다. 두 표층의 표면상에, 인장 탄성률이 230 GPa인 탄소 섬유의 직물 프리프레그 (공단, 두께 약 0.1 ㎜)를 부착하여 클로쓰층을 형성한 후, 가압하에 가열하여 CFRP판을 얻었다. 설치용 M6 나사 구멍을 CFRP판에 형성하여 길이 600 ㎜, 폭 240 ㎜ 및 두께 4.3 ㎜의 본체를 형성하였다.
이어서, 이송 부재를 제조하였다. CFRP 본체 (상술한 바와 같이 제조됨)의 상부 표면의 먼 말단에서, 두께 방향으로 관통하는 내경 3 ㎜의 구멍 3개를 형성하 였다. 이들 구멍에 맞춰진 함몰부를 갖고, 폴리이미드 중합체 (듀퐁사 (DuPont)로부터 입수할 수 있는 베스펠 (등록상표; Vespel) SP-102)를 포함하는, 부피 저항률 104 Ωㆍ㎝의 도전성 중합체로 이루어진 3개의 패드를 가압 공급하여 3개의 구멍 각각에 설치하여 이송 부재를 생성하였다.
실시예 2
실시예 1의 첫 3단계를 본 실시예에 적용하였다. 이어서, 이송 부재의 별법의 실시양태를 제조하였다. 실시예 1에서 형성된 본체의 상부 표면의 먼 말단에서, 내경 3 ㎜ 및 깊이 1 ㎜의 구멍 3개를 형성하였다. 이들 구멍에 맞춰진 함몰부를 갖고, 폴리이미드 중합체 (듀퐁사로부터 입수할 수 있는 베스펠 (등록상표) SP-102)를 포함하는, 부피 저항률 104 Ωㆍ㎝의 도전성 중합체로 이루어진 3개의 패드를 가압 공급하여 3개의 구멍 각각에 설치하여 이송 부재를 형성하였다.
실시예 3
정전기의 대전 제거 검사
실시예 1 및 실시예 2에서 얻어진 이송 부재를 각각 이송 장치에 설치한 후, 이송 부재를 접지시켰다. 이어서, 이송 물품인 직경 약 300 ㎜의 규소 웨이퍼를 강제 충전용 전원을 사용하여 약 2 ㎸로 충전하였다. 이어서, 충전된 규소 웨이퍼가 이송 부재의 3개의 중합체 패드와 접촉할 수 있도록 위치시킨 후, 약 3초의 기간 동안 유지하여 전압 전하가 도전성 이송 부재를 통해 소산될 수 있도록 하였다. 그 후, 웨이퍼의 충전 전압을 정전 전압계 (시시도 일렉트로스태틱스사 (Shishido Electrostatics, Ltd.) 제조의 모델 스태티론 (STATIRON) DZ3)로 측정하여 도전성 이송 부재의 기능을 입증하였다. 전압계로 측정한 결과, 이송 부재와 3초 동안 접촉한 이후에 200 V 미만의 값으로 웨이퍼의 전압 전하를 소산시켰으며, 이는 정전기의 제거가 효과적으로 수행되었음을 증명하였다.
비교예
본 비교예에서 이송 부재는 세라믹으로 이루어졌다. M6 나사 구멍을 길이 600 ㎜, 폭 240 ㎜ 및 두께 4.3 ㎜의 알루미늄판에 형성하여, 본체를 형성하였다. 상기의 실시예 1 및 실시예 2와 유사하게, 폴리이미드 중합체를 포함하고, 부피 저항률이 104 Ωㆍ㎝인 도전성 중합체로 이루어진 3개의 패드를 본체에 설치하여, 이송 부재를 형성하였다. 이들 이송 부재에 검사를 실시하여, 정전기가 상기 실시예 3과 유사하게 제거되는지의 여부를 확인하였다. 실시예 3과 대조적으로, 규소 웨이퍼의 충전 전압은 검사 전후에 변화가 거의 없었고, 3초 측정 후에 정전기가 제거되지 않아 1600 V를 초과하는 값으로 유지된다는 것을 확인하였다 (전압은 시시도 일렉트로스태틱스사 제조의 모델 스태티론 DZ3 정전 전압계를 사용하여 측정됨).
따라서, 본 발명에 따라 상술된 목적 및 이점을 충분히 만족하는 도전성 이송 부재 및 그의 제조 방법이 제공되는 것이 명백하다. 본 발명은 그의 특정한 실시양태를 들어 설명되었으나, 다수의 별법, 변화 및 변형이 당 업계의 숙련인에게는 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항의 취지 및 넓은 범위내에 포함되는 이 러한 모든 별법, 변화 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (9)

  1. 탄소 섬유 강화 복합 재료를 갖는 본체; 및 1종 이상의 물품의 이송시 1종 이상의 물품과 접촉하는 부분을 갖고, 상기 본체 중 탄소 섬유 강화 복합 재료의 일부 이상의 탄소 섬유에 전기적으로 접속되어 있는, 상기 본체상에 배치된 도전성 중합체 부분을 포함하는, 1종 이상의 물품을 이송하기 위한 이송 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 강화 복합 재료가 10-5 Pa의 진공하에 10 ℃/분의 경사 상승 속도로 25 ℃로부터 250 ℃로의 온도 조건에서 방출되는, 15 ppm 미만의 물 및 1 ppm 미만의 수소 기체의 순도를 가지는 이송 부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 본체가 접지선에 대한 접지 접촉부가 제공된 인접 말단을 갖고, 상기 물품의 접촉부는 탄소 섬유 강화 복합 재료의 일부 이상의 탄소 섬유에 의해 도전성 중합체 부분에 전기적으로 접속되는 이송 부재.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 본체의 탄소 섬유 강화 복합 재료가 본체의 종방향에 실질적으로 평행하게 배열된 탄소 섬유를 갖는 1층 이상의 단방향성 프리프레그를 포함하고, 단방향성 프리프레그의 일부 이상의 탄소 섬유 및 상기 도전성 중합체 부분이 전기적으로 접속되어 있는 이송 부재.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 본체의 탄소 섬유 강화 복합 재료가 탄소 섬유를 함유하는 1층 이상의 클로쓰 (cloth) 프리프레그를 포함하고, 프리프레그의 일부 이상의 탄소 섬유 및 상기 도전성 중합체 부분이 전기적으로 접속되어 있는 이송 부재.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 중합체 부분이 폴리이미드, 에폭시, 아라미드, 비스말레이미드, 페놀, 푸란, 요소, 불포화 폴리에스테르, 에폭시 아크릴레이트, 디알릴 프탈레이트, 비닐 에스테르, 멜라민, 나일론 중합체, 액상 방향족 폴리아미드 중합체, 폴리에스테르 중합체, 액상 방향족 폴리에스테르 중합체, 폴리프로필렌 중합체, 폴리에테르 술폰 중합체, 폴리페닐렌 술파이드 중합체, 폴리에테르 에테르 케톤 중합체, 폴리 에테르 케톤 중합체, 폴리 에테르 케톤 중합체, 폴리술폰 중합체, 폴리비닐 클로라이드 중합체, 비닐론 중합체, 아라미드 중합체, 액정 중합체, 폴리(파라페닐렌 벤조비스악사졸) 또는 플루오로 중합체를 1종 이상 포함하는 이송 부재.
  7. a) 탄소 섬유 강화 복합 재료를 함유하는 본체를 제조하는 단계;
    b) 본체의 탄소 섬유 강화 복합 재료의 일부 이상의 탄소 섬유를 노출시키는 단계; 및
    c) 노출된 일부 이상의 탄소 섬유가 도전성 중합체 부분과 전기적으로 접속되도록, 상기 본체상에 도전성 중합체 부분을 배치하는 단계
    를 포함하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 이송 부재의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도전성 중합체 부분을 도전성 접착제를 사용하여 본체상에 배치시키는 이송 부재의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 배치 단계가 도전성 중합체 부분을 일부 이상의 탄소 섬유를 노출시키기 위해 형성된 소정의 개구 또는 함몰부로 삽입하는 것을 포함하는 이송 부재의 제조 방법.
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