KR101381391B1

KR101381391B1 - 불소화합물 코팅막이 형성된 기재 및 이의 형성 방법

Info

Publication number: KR101381391B1
Application number: KR1020110079261A
Authority: KR
Inventors: 길명군; 김동헌; 이현호
Original assignee: 김동헌; 에스앤에프솔루션(주)
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2014-04-14
Also published as: KR20130017017A

Abstract

기재(substrate) 표면에 제 1 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 1 점적(drop)을 형성하는 단계; 상기 제 1 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 1 스팟(spot)을 형성하는 단계; 상기 기재 표면에 제 2 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 2 점적을 형성하는 단계; 및, 상기 제 2 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 2 스팟을 형성하는 단계: 를 포함하며, 상기 제 1 코팅액 및 상기 제 2 코팅액 각각은 동일하거나 상이한 불소화합물을 포함하는 것인, 코팅막 형성 방법, 및 상기 방법에 의하여 제조되는 불소화합물 코팅막이 형성된 기재에 관한 것이다.

Description

불소화합물 코팅막이 형성된 기재 및 이의 형성 방법{SUBSTRATE HAVING FLUORINE COMPOUND COATING LAYER AND FORMING METHOD OF THE SAME}

본원은, 불소화합물 코팅막이 형성된 기재, 및 상기 불소화합물 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

코팅의 원리는 크게 2가지로 설명할 수 있는데, 계면접착력과 젖음 현상(wetting)이 그것이다. 고체인 기재(substrate) 표면에 액체인 코팅액을 이용하여 코팅막을 형성하기 위해서는, 일단 상기 코팅액이 젖음 현상에 의하여 상기 기재 상에 퍼질 수 있어야 하고, 그 후에는 상기 코팅액에 상기 기재 상에 접착발을 이용하여 계면접착될 수 있어야 한다. 그런데, 상기 기재와 상기 코팅액의 종류에 따라서는 상기 계면접착력과 젖음 현상을 유도할 수 없어서 코팅이 어려워지는 경우가 있으며, 대표적으로 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE)과 같은 낮은 표면에너지를 가지는 합성수지를 상기 기재로서 사용하고자 하는 경우에 이러한 문제가 발생하였다.

종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 계면활성제 및 전처리를 이용하였다. 구체적으로, 상기 코팅액에 계면활성제를 처리함으로써 젖음 현상이 유도될 수 있도록 하였다. 또한, 상기 기재에 플라즈마 처리 또는 산-알칼리 처리 등의 전처리를 함으로써 상기 기재에 포함된 탄소 백본을 절단하고, 이로써 하이드록실기 또는 카르복시기 등의 작용기 접착발이 형성되도록 하여, 궁극적으로 코팅을 위한 계면접착력이 향상될 수 있도록 하였다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1050892호 "탄성체 몰드의 표면코팅용 불소계 조성물, 그 조성물을 이용하여 코팅하는 방법 및 그 코팅방법에 의해 제조된 탄성체 몰드"에서는 이러한 전처리 방식을 이용하여 코팅을 수행하고 있다.

그러나, 이처럼 계면활성제 및 전처리를 이용하여 낮은 표면에너지를 가지는 기재에 코팅을 수행하는 방법은, 계면활성제 비용, 전처리 설비 비용 등이 추가적으로 요구됨으로써 제조 단가가 높아진다는 문제점이 있었다. 또한, 코팅 공정에 필수 공정이 추가됨에 따라 코팅을 위해 필요한 시간도 길어진다는 문제점이 있었다.

본 발명자들은, 코팅막을 형성할 기재, 상기 코팅막 형성을 위해 사용할 코팅액, 및 상기 코팅액에 포함된 불소화합물 나노입자의 표면에너지 차이를 이용할 경우, 시간과 비용을 절감하면서 효과적으로 상기 기재 상에 상기 코팅막을 형성할 수 있음을 발견하여 본원을 완성하였다.

이에, 본원은, 불소화합물 코팅막이 형성된 기재, 및 상기 불소화합물 코팅막을 형성하는 방법을 제공하고자 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본원의 제 1 측면은, 하기 (a)단계 내지 (d)단계를 포함하며, 하기 제 1 코팅액 및 하기 제 2 코팅액 각각은 동일하거나 상이한 불소화합물을 포함하는 것인, 코팅막 형성 방법을 제공한다:

(a) 기재(substrate) 표면에 제 1 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 1 점적(drop)을 형성하는 단계;

(b) 상기 제 1 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 1 스팟(spot)을 형성하는 단계;

(c) 상기 기재 표면에 제 2 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 2 점적을 형성하는 단계; 및,

(d) 상기 제 2 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 2 스팟을 형성하는 단계.

본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면의 방법에 의하여 제조되는, 불소화합물 코팅막이 형성된 기재를 제공한다.

본원의 코팅 방법을 이용할 경우, 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE) 등 낮은 표면에너지를 가지는 기재에 코팅막을 형성하고자 하는 경우에도 계면활성제나 전처리 공정 등을 추가하지 않고 용이하게 코팅막을 형성할 수 있다. 본원의 코팅 방법을 이용함으로써 종래 기술에서 사용되어 왔던 상기 계면활성제나 전처리 공정 등의 추가를 생략할 수 있게 됨에 따라, 코팅막 제조 단가를 절감할 수 있고, 코팅을 위해 필요한 시간도 단축할 수 있다는 유리한 효과가 있다.

낮은 표면에너지를 가지는 기재에 코팅막을 형성하고자 하는 경우는, 비제한적인 예시로서, 반도체 제조 공정에 필요한 기구인 포토레지스트 코오터 캐치컵(photoresist coater catch cup)에 포토레지스트 찌꺼기가 증착되는 것을 방지하기 위하여 코팅막을 형성하는 경우를 들 수 있다. 상기 포토레지스트 코오터 캐치컵은 일반적으로 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE) 등 낮은 표면에너지를 가지는 고분자 물질에 성형성 향상을 위한 필러를 첨가하여 제조된다. 종래에는 상기 포토레지스트 코오터 캐치컵에 효과적으로 코팅막을 형성할 수 없어, 주기적으로 상기 포토레지스트 코오터 캐치컵을 세척함으로써 포토레지스트 찌꺼기를 세척하는 방법을 채택하였으나, 이 경우 세척 비용이 소비되고 세척에 따라 상기 포토레지스트 코오터 캐치컵이 손상될 수 있다는 문제점이 있었다. 상기 종래 기술의 문제점은, 본원에 따른 불소화합물 코팅막이 형성된 기재를 성형하여 포토레지스트 코오터 캐치컵으로서 이용함으로써 해결할 수 있다.

도 1은, 본원의 일 실시예에 따른 코팅막 형성 방법의 흐름도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 기재(substrate) 표면에 제 1 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 1 점적(drop)을 형성하는 단계를 수행한 경우의 모식도이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 1 스팟(spot)을 형성하는 단계를 수행한 경우의 모식도이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상기 기재 표면에 제 2 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 2 점적을 형성하는 단계를 수행한 경우의 모식도이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상기 제 2 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 2 스팟을 형성하는 단계를 수행한 경우의 모식도이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 따른 불소화합물 코팅막이 형성된 기재의 모식도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

이하, 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 무기 필러를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 코팅액 및 상기 제 2 코팅액은 각각 독립적으로 점착성분을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불소화합물은 나노입자의 형태로 제조하였을 경우 상기 기재의 표면에너지보다 낮은 표면에너지를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불소화합물은 나노입자 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불소화합물은 하기 구조식 1 또는 구조식 2로써 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:

[구조식 1]

상기 구조식 1에 있어서, R¹은 C₁ _-10-과불화알킬기이고, R²는 C₁ _-10-알킬렌기이고, R³ 내지 R⁵는 각각 독립적으로 아크릴기, 에폭시기, C₁ _-10-알콕시기, C₁ _-10-알킬기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이되, R³ 내지 R⁵ 중 적어도 하나는 아크릴기, 에폭시기, 또는 C₁ _-10-알콕시기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는,

[구조식 2]

상기 구조식 2에 있어서, R¹은 C₁ _-10-과불화알킬기이고, R²는 C₁ _-10-알킬렌기이고, R³ 및 R⁴는 각각 독립적으로 아크릴기, 에폭시기, C₁ _-10-알콕시기, C₁ _-10-알킬기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이되, R³ 및 R⁴ 중 적어도 하나는 아크릴기, 에폭시기, 또는 C₁ _-10-알콕시기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 있어서, "C₁ _-10-알킬기"는, 각각, 선형 또는 분지형의, 포화 또는 불포화의, 탄소수 1 내지 10 의 알킬기일 수 있으며, 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵실, 옥틸, 노닐, 데실, 또는 이들의 이성질체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 있어서, "C₁ _-10-알킬렌기"는, 선형 또는 분지형의, 포화 또는 불포화의, 탄소수 1 내지 10 의 알킬렌기일 수 있으며, 예를 들어, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵실렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 또는 이들의 이성질체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 있어서, "C₁ _-10-알콕시기"는 상기 정의된 "C₁ _-10-알킬기"와 산소 원자가 결합된 알콕시기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 있어서, "C₁ _-10-과불화알킬기"는, 상기 "C₁ _-10-알킬기"와 같은 구조를 가지는 것으로서 수소(H) 원자 대신에 불소(F) 원자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 있어서, "무기 나노입자"는, SiO₂, TiO₂, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기물을 포함하는 나노 크기의 입자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 코팅액 및 상기 제 2 코팅액에 포함된 용매는 상기 기재의 표면에너지보다 높은 표면에너지를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 점적은 기재 표면의 상기 제 1 스팟 외의 부분에 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 (a)단계 내지 (d)단계는 약 2 회 내지 약 7 회 반복적으로 수행될 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불소화합물 코팅막은 프랙탈(fractal) 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불소화합물 코팅막은 자기정화기능을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불소화합물 코팅막은 약 90˚ 내지 약 160˚의 접촉각을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 접촉각은 그 측정에 사용된 액체의 종류에 따라 달라질 수 있는 값이며, 예를 들어, 상기 불소화합물 코팅막의 접촉각을 물을 이용하여 측정하였을 때 약 90˚ 내지 약 160˚의 접촉각 값이 나올 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불소화합물 코팅막이 형성된 기재는 스피너 컵(spinner cup), 또는 배기 덕트(exhaust duct)로서 사용되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 스피너 컵(spinner cup)은 포토레지스트 코오터 캐치 컵(photoresist coater catch cup)을 포함하는 코오터 컵(coater cup), 디벨로퍼 컵(developer cup), 또는 클리너 컵(cleaner cup)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 배기 덕트(exhaust duct)는 가스를 배출하는 덕트를 총칭하는 용어로서, 특별한 구조의 것이나 특별한 가스를 배출하는 덕트에 제한되는 것은 아니다.

이하, 도 1의 흐름도를 바탕으로, 본원의 제 1 측면에 따른 코팅막 형성의 구체적인 방법, 및 본원의 제 2 측면에 따른 불소화합물 코팅막이 형성된 기재에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1의 S11은 기재(11) 표면에 제 1 코팅액을 분사하여, 상기 기재(11) 표면에 제 1 점적(12)을 형성하는 단계이다.

상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)은 나노 입자 형태로 제조하였을 경우 표면에너지가 극히 낮은 물질이다. 예를 들어, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)은 하기 구조식 1 또는 구조식 2로써 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:

[구조식 1]

[구조식 2]

상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)은 나노입자 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)이 나노입자 형태를 가질 경우, 그 입자 크기는, 예를 들어, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 30 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 70 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 700 nm, 약 1 nm 내지 약 1,000 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 70 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 700 nm, 약 10 nm 내지 약 1,000 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 30 nm 내지 약 70 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 300 nm, 약 30 nm 내지 약 500 nm, 약 30 nm 내지 약 700 nm, 약 30 nm 내지 약 1,000 nm, 약 50 nm 내지 약 70 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 50 nm 내지 약 1,000 nm, 약 70 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 300 nm, 약 70 nm 내지 약 500 nm, 약 70 nm 내지 약 700 nm, 약 70 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 1,000 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제 1 코팅액은, 상기 제 1 코팅액에 포함된 용매(122)에 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)이 분산되어 형성된 것으로서, 상기 기재(11)와 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)의 결합을 보다 용이하게 하기 위하여 점착성분을 추가로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 점착성분으로는 로진계, 로진 에스테르계, 또는 테르펜계 점착제를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제 1 코팅액에 포함된 용매(122)는 상기 기재(11)의 표면에너지보다 높은 표면에너지를 가지는 극성의 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 제 1 코팅액에 포함된 용매(122)는, 예를 들어, 물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 코팅액은, 상기 제 1 코팅액에 포함된 용매(122)의 극성에 의하여 상기 기재(11)에 비해 표면에너지가 높다.

상기 기재(11)는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기재(11)로서 사용될 수 있는 폴리프로필렌(PP), 및 폴리에틸렌(PE)은 표면에너지가 상당히 낮은 합성수지로서, 각각의 표면에너지가 약 30 dynes/cm 이다.

또한, 상기 기재(11)는 무기 필러를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 무기 필러는, 예를 들어, 카본블랙 필러, 유리 섬유 필러, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 무기 필러는, 상기 기재(11)가 상업적으로 응용될 경우 성형성을 좋게 하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 무기 필러는, 상기 기재(11)로서 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE) 등 코팅을 위한 접착발이 없는 고분자 물질을 사용하였을 경우, 접착발의 역할을 대신 수행할 수 있다.

상기 기재(11)는 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121) 입자보다는 표면에너지가 크다. 그러나, 상기 기재(11)는 상기 제 1 코팅액보다는 표면에너지가 작다. 본원의 코팅 방법의 원리를 이해하는데 있어서 핵심이 되는 표면에너지 차이를 정리하면, 하기의 부등식으로 표현할 수 있다:

[제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121) 입자의 표면에너지 < 기재(11)의 표면에너지 < 제 1 코팅액의 표면에너지].

상기 기재(11) 표면에 상기 제 1 코팅액을 분사하면, 도 2와 같이 상기 기재(11) 표면에 제 1 점적(12)이 형성된다. 상기 제 1 점적(12)이 넓게 퍼지지 않고 점적(drop)의 형태를 유지하는 이유는, 상기 제 1 코팅액의 표면에너지가 상기 기재(11)의 표면에너지보다 높기 때문이다. 즉, 상기 제 1 점적(12)은 상기 제 1 코팅액에 포함된 용매(122)의 표면장력에 의하여 방울의 형태를 유지할 수 있다.

도 1의 S12는 상기 제 1 점적(12)을 건조하여 상기 제 1 코팅액에 포함된 용매(122)를 증발시키고 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)만 남도록 함으로써, 상기 기재(11) 표면에 코팅된 제 1 스팟(13)을 형성하는 단계이다.

상기 건조 과정은, 건조기를 이용하거나 또는 자연 건조를 통하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 점적(12)의 건조를 통하여 상기 기재(11) 표면에 코팅된 제 1 스팟(13)이 형성된 경우의 모식도는 도 3에 나타낸 바와 같다. 이 때, 상기 제 1 스팟(13)은 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)을 포함하는 것이며, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)은 상기 기재(11) 표면에 점박이 형태로 코팅되어 상기 제 1 스팟(13)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제 1 스팟(13)에서 "스팟(spot)"이라는 용어는, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)이 점박이 형태로 부분적 코팅막을 형성한 것을 의미한다.

상기 S12 공정을 거치면서, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)이 상기 제 1 스팟(13)의 형태로서 상기 기재(11) 표면에 코팅된다. 이와 같이 코팅이 이루어지는 원리는, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)이 가지는 아크릴기, 에폭시기, 또는 알콕시기가 상기 기재(11)에 포함된 무기 필러의 표면에서 가수분해 축합 중합 반응을 일으키기 때문인 것으로 설명할 수 있을 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1의 S13은 상기 기재(11) 표면에 제 2 코팅액을 분사하여, 상기 기재(11) 표면에 제 2 점적(14)을 형성하는 단계이다.

상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)은 나노입자의 형태로 제조하였을 경우 표면에너지가 극히 낮은 물질이다. 예를 들어, 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)은 하기 구조식 1 또는 구조식 2로써 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:

[구조식 1]

[구조식 2]

상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)은 나노입자 형태를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)이 나노입자 형태를 가질 경우, 그 입자 크기는, 예를 들어, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 30 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 70 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 700 nm, 약 1 nm 내지 약 1,000 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 70 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 700 nm, 약 10 nm 내지 약 1,000 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 30 nm 내지 약 70 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 300 nm, 약 30 nm 내지 약 500 nm, 약 30 nm 내지 약 700 nm, 약 30 nm 내지 약 1,000 nm, 약 50 nm 내지 약 70 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 50 nm 내지 약 1,000 nm, 약 70 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 300 nm, 약 70 nm 내지 약 500 nm, 약 70 nm 내지 약 700 nm, 약 70 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 1,000 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 본원에 있어서, 상기 제 1 코팅액에 포합된 불소화합물(121)과 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)은 각각 동일하거나 또는 상이한 것일 수 있다. 본원의 도면에서는 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)과 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)을 다른 도면부호로서 표시하였으나, 이는 설명을 용이하게 하기 위한 것일 뿐이며, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)과 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)은 동일한 성분일 수도 있고 상이한 성분일 수도 있다.

상기 제 2 코팅액은, 상기 제 2 코팅액에 포함된 용매(142)에 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)이 분산되어 형성된 것으로서, 상기 기재(11)와 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)의 결합을 보다 용이하게 하기 위하여 점착성분을 추가로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제 2 코팅액에 포함된 용매(142)는 상기 기재(11)의 표면에너지보다 높은 표면에너지를 가지는 극성의 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 제 2 코팅액에 포함된 용매(142)는, 예를 들어, 물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 코팅액은, 상기 제 2 코팅액에 포함된 용매(142)의 극성에 의하여 상기 기재(11)에 비해 표면에너지가 높다.

상기 S11 및 S12 공정을 거치면서 상기 기재(11) 표면에 형성된 상기 제 1 스팟(13)은 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121)을 포함하는 것이며, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121) 입자의 낮은 표면에너지로 인하여 상기 제 1 스팟(13)의 표면에너지는 상기 기재(11)의 표면에너지보다 낮다. 한편, 상기 제 2 코팅액은, 상기 제 2 코팅액에 포함된 용매(142)의 극성에 의하여 상기 기재(11)에 비해 표면에너지가 높다. 따라서, 상기 S13 공정에서 상기 기재(11)에 분사된 상기 제 2 코팅액은 상기 제 1 스팟(13)이 형성되지 않고 노출된 상기 기재(11)의 표면 부분에 방울 형태로 맺혀 상기 제 2 점적(14)을 형성하게 된다. 이처럼 표면에너지 차이에 의하여 상기 제 1 스팟(13)과 상기 제 2 점적(14)이 중첩적으로 형성되지 않는 것은, 도 4에 나타낸 바와 같다.

본원의 코팅 방법의 원리를 이해하는데 있어서 핵심이 되는 표면에너지 차이를 정리하면, 하기의 부등식으로 표현할 수 있다:

[제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141) 입자의 표면에너지 < 기재(11)의 표면에너지 < 제 2 코팅액의 표면에너지].

다만, 상기 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물(121) 입자의 표면에너지와 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141) 입자의 표면에너지는 경우에 따라 크고 작음이 달라지며 동일한 불소화합물을 사용한 경우 동일할 수도 있다. 또한, 상기 제 1 코팅액의 표면에너지와 상기 제 2 코팅액의 표면에너지는 경우에 따라 크고 작음이 달라지며 동일한 불소화합물을 사용한 경우 동일할 수도 있다.

도 1의 S14는 상기 제 2 점적(14)을 건조하여 상기 제 2 코팅액에 포함된 용매(142)를 증발시키고 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)만 남도록 함으로써, 상기 기재(11) 표면에 코팅된 제 2 스팟(15)을 형성하는 단계이다.

상기 건조 과정은, 건조기를 이용하거나 또는 자연 건조를 통하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 점적(14)의 건조를 통하여 상기 기재(11) 표면에 코팅된 제 2 스팟(15)이 형성된 경우의 모식도는 도 5에 나타낸 바와 같다. 이 때, 상기 제 2 스팟(15)은 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)을 포함하는 것이며, 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)은 상기 기재(11) 표면에 점박이 형태로 코팅되어 상기 제 2 스팟(15)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제 2 스팟(15)에서 "스팟(spot)"이라는 용어는 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)이 점박이 형태로 부분적 코팅막을 형성한 것을 의미한다.

상기 S14 공정을 거치면서, 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)이 상기 제 2 스팟(15)의 형태로서 상기 기재(11) 표면에 코팅된다. 구체적으로, 상기 제 2 스팟(15)은 상기 기재(11) 중 상기 제 1 스팟(13)이 형성되지 않은 부분에 코팅된다. 이와 같이 코팅이 이루어지는 원리는, 상기 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물(141)이 가지는 아크릴기, 에폭시기, 또는 알콕시기가 상기 기재(11)에 포함된 무기 필러와 가수분해 축합중합 반응을 일으키기 때문인 것으로 설명할 수 있을 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 도 1의 S11 내지 S14의 공정을 1회 수행하거나, 또는 복수 회 수행함으로써, 결과적으로 상기 기재(11) 표면에 불소화합물 코팅막(16)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 기재(11) 표면에 불소화합물 코팅막(16)을 형성하기 위하여 상기 도 1의 S11 내지 S14의 공정은 약 2 회 내지 약 7 회 반복적으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도 1의 S11 내지 S14의 공정은 2 회, 3 회, 4 회, 5 회, 6 회, 또는 7 회 반복적으로 수행될 수 있으며, 또는 필요에 따라 8 회 이상 반복적으로 수행될 수도 있다.

상기 도 1의 S11 내지 S14의 공정을 1회 또는 복수 회 수행함으로써 수득한 불소화합물 코팅막(16)이 형성된 기재(11)는, 상기 불소화합물 코팅막(16)에 포함되는 상기 제 1 스팟(13) 및 상기 제 2 스팟(15)의 형태 및 크기가 균일하지 않고 다양하기 때문에, 도 6에 도시한 바와 같이 평탄하지 않고 굴곡이 있는 형태를 가지게 된다. 상기 불소화합물 코팅막(16)의 극히 낮은 표면에너지와 굴곡이 있는 형태 때문에, 상기 불소화합물 코팅막(16) 상에 불순물이 올려질 경우 용이하게 제거될 수 있으며, 물리 화학적인 방수 능력 또한 탁월하게 된다.

상기 불소화합물 코팅막(16)의 미시적인 구조를 관찰해보면, 상기 불소화합물 코팅막(16)이 프랙탈(fractal) 구조를 가진다는 것을 확인할 수 있다. 상기 "프랙탈(fractal) 구조"란, 작은 구조가 전체 구조와 비슷한 형태로 끝없이 되풀이 되는 구조를 의미하는 것으로서, 자기 유사성(Self similarity) 및 순환성(Recursiveness)의 속성을 가진다. 상기 불소화합물 코팅막(16)은 프랙탈 구조를 가짐으로써 연꽃 효과(Lotus effect)를 발현하여 자기정화기능을 가지게 된다.

구체적으로, 상기 "연꽃 효과(Lotus effect)"란, 연꽃잎이 자정작용을 하면서 깨끗한 상태를 유지하고 강한 소나기가 내리는 동안에도 건조한 상태를 유지하게 되는 원리를 설명하는 것으로서, 상기 연꽃 효과는 연꽃잎의 소수성 왁스 결정 코팅 및 돌기구조에서 기인하는 것이다. 연꽃잎은 직경 1 나노미터의 소수성 왁스 결정으로 코팅되어 있어 강한 소수성을 나타낸다. 뿐만 아니라, 연꽃잎은 나노 규모에서 매끄럽지 않고 수많은 돌기로 인한 거친 표면을 가짐으로써 소수성 효과를 극대화하게 된다. 상기 연꽃 효과 발현으로 인한 자기정화는 코팅제, 발수제, 및 코팅방법 연구에 있어서 참조할만한 것이며, 본원에 따른 코팅 방법, 및 본원에 따른 불소화합물 코팅막이 형성된 기재는 상기 연꽃 효과를 인위적으로 발현시켜 자기정화기능을 수행할 수 있도록 한 것이다.

상기 불소화합물 코팅막(16)이 형성된 기재(11)는 코팅막이 요구되는 다양한 분야의 다양한 소재로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 불소화합물 코팅막(16)이 형성된 기재(11)는 반도체 제조 공정에서 필수적으로 필요한 기구인 포토레지스트 코오터 캐치컵(photoresist coater catch cup)의 용도로서 사용될 수 있는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 불소화합물 코팅막(16)이 형성된 기재(11)가 포토레지스트 코오터 캐치컵의 용도로서 사용되는 경우, 종래의 포토레지스트 코오터 캐치컵이 포토레지스트 찌꺼기에 의하여 쉽게 오염됨에 따라 요구되었던 잦은 세척을 회피할 수 있게 됨으로써 세척 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따라 반도체 제조 비용의 절감에도 도움이 된다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

11: 기재(substrate)
12: 제 1 점적(drop)
13: 제 1 스팟(spot)
14: 제 2 점적(drop)
15: 제 2 스팟(spot)
16: 불소화합물 코팅막
121: 제 1 코팅액에 포함된 불소화합물
122: 제 1 코팅액에 포함된 용매
141: 제 2 코팅액에 포함된 불소화합물
142: 제 2 코팅액에 포함된 용매

Claims

(a) 기재(substrate) 표면에 제 1 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 1 점적(drop)을 형성하는 단계;
(b) 상기 제 1 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 1 스팟(spot)을 형성하는 단계;
(c) 상기 기재 표면에 제 2 코팅액을 분사하여, 상기 기재 표면에 제 2 점적을 형성하는 단계; 및,
(d) 상기 제 2 점적을 건조하여, 상기 기재 표면에 코팅된 제 2 스팟을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 제 1 코팅액 및 상기 제 2 코팅액 각각은 동일하거나 상이한 불소화합물을 포함하는 것이고,
상기 제 2 점적은 상기 기재 표면의 상기 제 1 스팟 외의 부분에 형성되는 것인,
코팅막 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기재는 무기 필러를 추가 포함하는 것인, 코팅막 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 코팅액 및 상기 제 2 코팅액은 각각 독립적으로 점착성분을 추가 포함하는 것인, 코팅막 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 불소화합물은 나노입자의 형태로 제조하였을 경우 상기 기재의 표면에너지보다 낮은 표면에너지를 가지는 것인, 코팅막 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 불소화합물은 하기 구조식 1 또는 구조식 2로써 표시되는 화합물을 포함하는 것인, 코팅막 형성 방법:
[구조식 1]

상기 구조식 1에 있어서,
R¹은 C₁ _-10-과불화알킬기이고,
R²는 C₁ _-10-알킬렌기이고,
R³ 내지 R⁵는 각각 독립적으로 아크릴기, 에폭시기, C₁ _-10-알콕시기, C₁ _-10-알킬기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이되, R³ 내지 R⁵ 중 적어도 하나는 아크릴기, 에폭시기, 또는 C₁ _-10-알콕시기임; 또는,
[구조식 2]

상기 구조식 2에 있어서,
R¹은 C₁ _-10-과불화알킬기이고,
R²는 C₁ _-10-알킬렌기이고,
R³ 및 R⁴는 각각 독립적으로 아크릴기, 에폭시기, C₁ _-10-알콕시기, C₁ _-10-알킬기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이되, R³ 및 R⁴ 중 적어도 하나는 아크릴기, 에폭시기, 또는 C₁ _-10-알콕시기임.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 코팅액 및 상기 제 2 코팅액에 포함된 용매는 상기 기재의 표면에너지보다 높은 표면에너지를 가지는 것인, 코팅막 형성 방법.
삭제
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되는 불소화합물 코팅막이 형성된 기재로서, 상기 불소화합물 코팅막은 90˚ 내지 160˚의 접촉각을 가지는 것인, 불소화합물 코팅막이 형성된 기재.
제 8 항에 있어서,
상기 불소화합물 코팅막은 자기정화기능을 가지는 것인, 불소화합물 코팅막이 형성된 기재.
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 불소화합물 코팅막이 형성된 기재는 스피너 컵(spinner cup), 또는 배기 덕트(exhaust duct)로서 사용되는 것을 포함하는, 불소화합물 코팅막이 형성된 기재.