KR20010091935A - 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법 - Google Patents

3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법 Download PDF

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Abstract

3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법이 개시되어 있다.
본 발명에 따른 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법은 고분자 화합물로 제작된 대상물 표면에 가속된 이온을 3차원적으로 주입함으로써 도전영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 대상물 모재의 경량화로 물류 운송비용을 절감하고, 대상물 고유의 투명성을 유지할 수 있도록 하고, 표면에 전체적으로 균일한 도전영역을 형성할 수 있으며, 대상물의 표면 경도를 증가시킬 수 있고, 전량 수입에 의존하고 있는 카본 및 카본 화이버 등을 사용하지 않아 제조 경비를 절감함은 물론이고 수입 대체의 효과가 있다.

Description

3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법{Method for forming a electric region by the three dimensional ion implantation}
본 발명은 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 고분자 화합물로 제작된 대상물 표면에 3차원적인 이온 주입공정에 의해서 도전영역을 형성하는 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법에 관한 것이다.
통상, 고집적회로가 형성된 전자소자, 반도체소자 등은 이송 과정에 정전기에 치명적인 손상을 받게 됨으로써 이를 이송하는 이송도구는 정전기 발생이 억제되도록 전도성이 가미된 고분자 화합물로써 제작하고 있다. 여기서 상기 이송도구는 CSP타입 반도체 캐리어 테이프(Chip scale package type Semiconductor carrier tape), 반도체 웨이퍼 이송용 캐리어, 인쇄회로기판 운반치구, 전자모듈제품 운반치구, LCD(Liquid Crystal Display)와 LCD박막 필름 및 LCD모듈 운반치구, 전자소자 및 반도체소자 포장용기, 트레이(Tray) 등이 있다.
또한, 고유의 기능을 유지하도록 전자파에 의한 영향이 배제되어야 하는 필름, 시트, 판재, 진공 성형물 및 플라스틱 사출물 등도 전도성이 가미된 고분자 화합물로서 제작하고 있다.
종래의 전자소자 및 반도체소자의 이송도구와 시트, 판재, 진공 성형물 및 플라스틱 사출물 등은 이송의 편의성을 위해서 하중이 가볍고 성형이 간편한 투명한 수지계통의 고분자 화합물에 전도성을 가미하기 위하여 전량 수입되는 고가의 카본 (Cabon) 및 카본 화이버(Carbon fiber) 등을 혼합하여 압축 성형함으로써 제작된다. 상기 고분자 화합물은 정전기를 발생시키는 물질이므로 고분자 화합물로만 이송도구를 제작하게 되면 이송제품이 정전기에 의해서 치명적인 영향을 받을 수 있다. 그리고, 상기 카본 및 카본 화이버 등의 혼합에 의해서 이송도구의 하중은 무거워지고 그 재질은 불투명해진다.
또한, 전자파에 의한 영향이 배제되어야 하는 필름 등은 그 상부에 전도성 물질을 증착하여 도전막을 형성함으로써 이루어진다.
그런데, 상기 카본 및 카본 화이버 등이 혼합된 이송도구는 카본이 혼합됨으로써 전체 하중이 무거워 물류 운송비용이 높은 문제점이 있었다.
그리고, 카본 및 카본 화이버 등이 혼합됨으로써 고분자 화합물이 불투명해져 이송도구에 적재된 제품 표면에 기재된 그 제품의 규격, 형상, 특성 등이 기재되어 있는 부분이 보이지 않으므로 하부만 전도성 불투명 재료로 사용하고 상부는 비전도성인 일반 투명 재료를 사용하고 있어 이송제품이 정전기에 의해 손상을 받을 우려가 있다.
그리고, 고분자 화합물에 카본(carbon) 및 카본 화이버(carbon fiber) 등을 혼합하여 전도성을 가미함으로써 카본 및 카본 화이버 등의 혼합비율이 이송도구의 부위별로 상이하여 특정부위와 다른 특정부위의 전도성이 상이함으로써 이송도구에 가미된 전도성에 의해서 이송도구에 적재된 제품이 오히려 치명적인 정전기를 받는문제점이 있었다.
또한, 현재 국내에서 전량 수입에 의존하는 고가의 카본 및 카본 화이버 등을 이용하여 전도성을 가미함으로써 이송도구 제작비용이 비싼 문제점이 있었다.
그리고, 카본 및 카본 화이버 등이 혼합된 이송도구는 카본 및 카본 화이버 등의 혼합에 따라 용이하게 재활용할 수 없었고, 종래의 이송도구는 카본 및 카본 화이버 등이 혼합됨으로써 사용 과정에 다량의 파티클을 발생시켜 이송제품을 오염시키는 문제점이 있었다.
또한, 증착(evaporation)에 의해서 도전막이 형성된 필름 등의 증착품은 원재료에 전도성 물질을 증착함으로써 필름의 계면과 도전막 사이의 접착력 저하에 의해서 도전막이 벗겨지고, 증착 물질의 화학반응으로 그 표면이 화학적으로 변성되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 고분자 화합물로 제작된 이송도구, 필름 등의 대상물에 3차원적인 이온 주입공정을 수행하여 도전 영역을 형성함으로써 대상물의 하중을 종래보다 한층 경량화할 수 있는 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 고분자 화합물로 제작된 이송도구, 필름 등의 대상물에 3차원적인 이온 주입공정을 수행하여 도전 영역을 형성함으로써 대상물이 고유의 투명성을 유지할 수 있도록 하는 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고분자 화합물로 제작된 이송도구, 필름 등의 대상물에 3차원적인 이온 주입공정을 수행함으로써 대상물 표면에 전체적으로 균일한 도전 영역을 형성할 수 있는 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고분자 화합물로 제작된 이송도구, 필름(film) 등의 대상물에 3차원적인 이온 주입공정을 수행하여 도전 영역을 형성함으로써 대상물 표면에 증착된 도전막이 벗겨지고, 그 성질이 변성되는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고분자 화합물로 제작된 이송도구, 필름 등의 대상물에 단일 공정으로써 간편하게 3차원적으로 도전 영역을 형성할 수 있는 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법을 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명에 따른 3차원적인 플라즈마 이온 주입에 의해서 도전영역을 형성하는 방법을 설명하기 위한 이온 주입장치를 나타낸 개략도이다.
도2a 및 도2b는 도1에 도시된 내부 챔버와 외부 챔버의 여러 실시예를 나타낸 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 3차원적인 플라즈마 이온 주입에 의해서 LCD모듈 운반치구 표면에 도전 영역을 형성하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 공정도이다.
도4는 본 발명에 따라 LCD모듈 운반치구에 3차원적인 플라즈마 이온 주입공정을 수행함으로서 나타나는 LCD모듈 운반치구 표면 분자사슬의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
2 : 로딩부 4 : LCD모듈 운반치구
6 : 제1예비챔버 8 : 제1고진공펌프
10,32 : 게이트 밸브 11 : 공정 챔버
12 : 외부 챔버 14 : 내부 챔버(grid or screen)
15 : 유통홀 16 : 초고진공펌프
20 : 가스 공급원 22 : 이온원
26 : 홀더 지그 28 : 고압펄스 전원
30 : 제2예비챔버 34 : 제2고진공펌프
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법은, 고분자 화합물로 제작된 대상물 표면에 가속된 이온을 3차원적으로 주입함으로써 도전 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 대상물에 주입되는 이온은, 냉플라즈마(cold plasma) 상태의 이온인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 고분자 화합물로 투명성 폴리머(polymer), 범용 폴리머, 엔지니어링 플라스틱, 상기 범용 폴리머 및 엔지니어링 플라스틱에 휠러(filler) 등의 첨가물을 첨가하여 기능성을 부여한 기능성 컴파운드 플라스틱 중에서 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 상기 대상물은 LCD모듈 운반치구, 칩 트레이(chip tray), 반도체 캐리어용 테이프, 반도체 웨이퍼 이송용 캐리어, 인쇄회로기판 운반치구, 전자모듈제품 운반치구, LCD, LCD박막 필름, 시트 및 반도체 운반용 소켓 중에서 어느 하나일 수 있다.
상기 3차원 이온주입을 위한 내부 챔버 및 외부 챔버는 원통 형상이거나 또는 상기 3차원 이온주입을 위한 외부 챔버는 사각 형상이고, 상기 외부 챔버에 내설된 내부 챔버는 서로 마주보고 서 있는 평면 형상인 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입에 의해서 LCD모듈 운반치구 표면에 도전 영역을 형성하는 방법을 설명하기 위한 장치의 개략도이고, 도2a와 도2b는 도1에 도시된 내부 챔버와 외부 챔버의 여러 실시예를 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입에 의해 LCD모듈 운반치구 즉, 대상물에 도전 영역을 형성하는 장치는 파티클(Particle)의 개수가 제한되는 클린룸(Clean room) 내부에 설치되며 도1에 도시된 바와 같이, 고분자 화합물로 제작된 LCD모듈 운반치구(4)가 순차적으로 적재된 로딩부(2)를 구비한다. 상기 고분자 화합물로 투명성 폴리머, PE(Polyethylene), PP (Polypropylene), HIPS(High-Impact-Polystyrene), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 등의 범용 폴리머, PC(Polycarbonate), N6(Nylon6), N66(Nylon66), MPPO(Modified Polypenylene Oxide), PSU(Polysulfon),PES(Polyethersulfon) , PEEK(Polyether-etherketone) 등의 엔지니어링 플라스틱 및 상기 범용 폴리머 또는 엔지니어링 플라스틱에 기능성을 부여하기 위한 휠러 (Filler) 등을 혼합한 기능성 컴파운드 플라스틱 등을 사용할 수 있다.
또한, 로딩부(2)(loading part)의 LCD모듈 운반치구(4)가 이송수단에 의해서 투입되어 공정 진행을 위해 소정시간 대기하는 제1예비챔버(6)를 구비한다. 상기 제1예비챔버(6)는 제1고진공펌프(8)의 펌핑(pumping)에 의해서 10E-4 Torr정도의 내부 압력을 유지한다.
그리고, 상기 제1예비챔버(6)와 냉플라즈마 상태에서 이온 주입공정(융단 폭격형)이 진행되는 공정 챔버(11)가 게이트 밸브(10)(gate valve)를 사이에 두고 서로 연결되어 있다. 상기 공정 챔버(11)는 도2a와 도2b에 도시된 바와 같이 원통형상 또는 다각형상의 외부 챔버(12)와 이에 수용된 스텐레스강, 텅스텐강 및 탄탈륨(Ta) 등과 같은 특수 재질로서 특수 형상을 가진 내부 챔버(14)로 이루어진다. 여기서, 상기 내부 챔버(14) 표면에는 복수의 유통홀(15)이 형성되어 있고, 그 내부에는 제1예비챔버(6)에서 투입된 LCD모듈 운반치구(4)의 양끝 단부를 잡아 90。회전할 수 있는 홀더 지그(Holder zig:26)가 구비되어 있다.
또한, 상기 공정 챔버(11)의 외부 챔버(12)에는 외부 챔버(12)와 내부 챔버(14) 사이의 이격공간의 내부압력을 10E-6 Torr정도로 형성할 수 있는 초고진공펌프(16)가 연결되어 있다.
그리고, 공정 챔버(11)의 외부 챔버(12) 일측에는 질소가스, 아르곤가스, 헬륨가스, 수소가스 등의 반응가스와 그 혼합가스를 외부 챔버(12)와 내부 챔버(14) 사이의 이격공간으로 공급할 수 있는 가스 공급원(20)이 연결되어 있고, 상기 공정 챔버(11)의 외부 챔버(12) 다른 일측에는 질소가스, 아르곤가스, 헬륨가스, 수소가스 등에 의해서 발생된 이온을 역시 외부 챔버(12)와 내부 챔버(14) 사이의 이격공간으로 공급할 수 있는 이온원(22)이 연결되어 있다.
또한, 공정 챔버(11)의 내부 챔버(14)에는 고전압펄스 제너레이터(Pulse generator : 도시되지 않음)에 의해서 조절된 고전압 순간전력을 인가할 수 있는 고압펄스 전원(28)이 연결되어 있고, 상기 외부 챔버(12)는 접지되어 있다.
그리고, 공정 챔버(11)와 제2예비챔버(30)가 게이트 밸브(32)를 사이에 두고 서로 연결되어 있다. 상기 제2예비챔버(30)는 제2고진공펌프(34)의 펌핑에 의해서 10E-4 Torr정도의 내부 압력을 유지한다.
이하, 전술한 구조로 이루어지는 플라즈마 이온 주입설비를 이용하여 LCD모듈 운반치구에 도전 영역을 형성하는 방법을 도3을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 3차원적인 플라즈마 이온주입에 의한 도전 영역을 형성하는 방법은 S2단계에서 공정 챔버(11)의 내부 챔버(14)에 도전영역 형성 대상물인 LCD모듈 운반치구(4)를 투입하는 것으로 시작된다. 상기 LCD모듈 운반치구 (4)의 투입은 이송수단에 의해서 로딩부(2)에서 제1고진공펌프(8)에 의해서 10E-4 Torr 정도의 내부 압력을 유지하고 있는 제1예비챔버(6)로 이송된 후, 다시 이송수단에 의해서 게이트 밸브(10)를 통해서 내부 챔버(14)로 이송됨으로 이루어진다. 이때, 공정 챔버 (11)는 초고진공펌프(16)에 의해서 10E-6 Torr정도의 내부 압력을 유지하게 된다.
이어서, S4단계에서 가스 공급원(20)은 외부 챔버(12)와 내부 챔버(14)의 이격공간내부로 반응가스를 공급하고, 이온원(22)은 질소가스, 아르곤가스, 헬륨가스, 수소가스 등을 이온으로 만들어 그 이온을 외부 챔버(12)와 내부 챔버(14) 사이의 이격공간에 자기장을 형성함에 따라 반응가스는 자기장에 의해서 에너지를 받아 냉플라즈마(Cold plasma) 상태로 공급한다.
다음으로, S6단계에서 고압펄스 전원(28)에서는 펄스 제너레이터(pulse generator)에 의해서 조절된 특정 전류, 전압, 및 주파수 등을 가진 고전압 순간전력을 내부 챔버(14)에 인가하여 계속해서, S8단계에서는 S6단계에서 외부 챔버(12)와 내부 챔버(14) 사이로 냉플라즈마 상태의 이온이 가속되어 공급된 내부 챔버(14)의 유통홀(15)을 통해서 내부 챔버(14) 내부로 공급되어 LCD모듈 운반치구(4)의 전표면에 3차원적으로 1차 이온 주입되어 도전 영역을 형성한다. 상기 1차 이온 주입공정을 진행함에 있어서 이온 에너지(ion energy)는 30 KeV 내지 2 GeV이며, 상기 이온은 수백 Å 내지 수 ㎛의 두께로 10E4 Ω/Square 내지 10E13 Ω/Square의 영역에서 표면 저항을 예를 들면 10E8 Ω/Square 내지 10E9 Ω/Square와 같이 정밀하게 제어되어 주입되며, 이온 도즈(dose)량은 1 ×10E2ions/㎠ 내지 5 ×10E20ions/㎠ 이상도 가능하다.
다음으로, S10단계에서 LCD모듈 운반치구(4)를 홀더 지그(26)를 이용하여 90。회전한다.
이어서, S12단계에서 다시 LCD모듈 운반치구(4)의 전표면에 3차원적으로 이온을 주입하는 2차 이온 주입공정을 수행하여 다시 도전 영역을 강화한다. 상기 S12단계는 생략할 수 있으나, 상기 1차 이온주입에 의해서 LCD모듈 운반치구(4)의 일부 표면에 이온 주입량이 일정하지 않을 수 있으므로 다시 대상물을 회전시켜 이온 주입공정을 수행함으로써 LCD모듈 운반치구(4)의 전표면에 이온 주입량이 균일하도록 한다.
이때, LCD모듈 운반치구(4) 전표면은 전술한 1차 및 2차 이온 주입공정에 의해서 도4a에 도시된 바와 같이 본드(Bond)가 포화되거나, 도4b에 도시된 바와 같이 체인(Chain)의 분열이 발생하거나, 도4c에 도시된 바와 같이 각 체인의 크로스링킹 (Cross-linking)이 발생하는 등에 의해서 원하는 전기 전도성을 뛰는 도전 영역이 형성되며, 또한 부가적으로 표면의 경도는 한층 더 향상된다.
그리고, 이온의 종류, 이온 에너지 등을 조절함으로써 LCD모듈 운반치구(4)의 표면이 친수성 또는 소수성을 가지도록 조절할 수 있으며, 이온 주입에 의해서 방염 처리도 향상시킬 수 있다.
그리고, 이온 주입공정에 도전 영역이 형성됨으로써 LCD모듈 운반치구(4)가 고유의 투명성을 유지하여 작업자가 LCD모듈 운반치구(4)에 적재되는 LCD모듈의 기재사항을 용이하게 판독할 수 있다. 또한, 본 실시예의 LCD모듈 운반치구(4)는 자체의 하중을 유지함으로써 종래의 LCD모듈 운반치구보다 가볍다.
마지막으로, S14단계에서 공정 챔버(11)의 내부 챔버(14) 내부에서 도전 영역이 형성된 LCD모듈 운반치구(4)를 외부로 방출한다. 상기 LCD모듈 운반치구(4)의 방출은 LCD모듈 운반치구(4)가 이송수단에 의해서 게이트 밸브(32)를 통해서 제2고진공펌프(34)에 의해서 10E-4 Torr정도의 내부 압력을 유지하는 제2예비챔버(30)로 이송됨으로써 이루어진다.
본 실시예에서는 LDC모듈 운반치구에 한정하여 설명하였으나 당업자는 투명성 폴리머, PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), HIPS(High-Impact-Polystyrene), ABS (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 등의 범용 폴리머, PC (Polycarbonate), N6(Nylon6), N66(Nylon66), MPPO(Modified Polypenylene Oxide), PSU(Polysulfon), PES (Polyethersulfon), PEEK(Polyether-etherketone) 등의 엔지니어링 플라스틱 및 상기 범용 폴리머 또는 엔지니어링 플라스틱에 기능성을 부여하기 위한 휠러 (Filler) 등을 혼합한 기능성 컴파운드 플라스틱 등의 고분자 화합물을 사용하여 제작된 칩 트레이, 반도체 캐리어용 테이프, 반도체 웨이퍼 이송용 캐리어, 인쇄회로기판 운반치구, 전자모듈제품 운반치구, LCD, LCD박막필름, LCD모듈 운반치구, 시트 및 반도체 운반용 소켓 등에 광범위하게 응용하여 실시할 수 있음은 명백하다.
따라서, 본 발명에 의하면 고분자 화합물로 제작된 대상물의 표면에 가속된 이온을 냉플라즈마 영역에서 3차원적으로 주입하여 도전 영역을 균일하게 형성함으로써 기존의 카본 및 카본 화이버 등의 혼합물 보다 모재를 경량화함으로써 물류 운송비용을 절감하고, 대상물 고유의 투명성을 유지할 수 있도록 하고, 표면에 전체적으로 균일한 도전 영역을 형성할 수 있도록 하는 효과가 있다.
그리고, 대상물이 필름일 경우 종래와 같이 필름 상에 증착된 도전막이 벗겨지거나 그 성질이 화학적으로 변성되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 대상물의 표면 경도를 증가시킬 수 있고, 현재 국내에서 전량 수입에 의존하는 고가의 카본 및 카본 화이버 등을 전혀 사용하지 않아 제조 경비를 절감할 수 있음은 물론 수입 대체 효과가 있다.
그리고, 카본 및 카본 화이버 등의 혼합물을 모재로 사용하지 않아서 카본 및 카본 화이버를 혼합한 모재가 갖고 있는 취성 및 가공성, 불투명성 및 낮은 재활용율 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 표면의 카본 파티클이 이송제품의 오염원으로 작용하는 것을 방지하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

  1. 고분자 화합물로 제작된 대상물 표면에 가속된 이온을 3차원적으로 주입함으로써 도전 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대상물에 주입되는 이온은, 냉플라즈마 상태의 이온인 것을 특징으로 하는 상기 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 화합물로 투명성 폴리머, 범용 폴리머, 엔지니어링 플라스틱, 상기 범용 폴리머 및 엔지니어링 플라스틱에 휠러(Filler) 등의 첨가물을 첨가하여 기능성을 부여한 기능성 컴파운드 플라스틱 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대상물은, LCD모듈 운반치구, 칩 트레이, 반도체 캐리어용 테이프, 반도체 웨이퍼 이송용 캐리어, 인쇄회로기판 운반치구, 전자모듈제품 운반치구, LCD, LCD박막필름, 시트 및 반도체 운반용 소켓 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 이온주입을 위한 내부 챔버 및 외부 챔버는, 원통 형상인 것을 특징으로 하는 상기 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 이온주입을 위한 외부 챔버는 사각 형상이고, 상기 외부 챔버에 내설된 내부 챔버는 서로 마주보고 서 있는 평면 형상인 것을 특징으로 하는 상기 3차원적인 이온 주입에 의한 도전영역 형성방법.
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