KR20120066753A - 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물 - Google Patents

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KR20120066753A
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 케리어용 조성물에 있어서, 베이스폴리머에 탄소나노튜브를 포함하여, 충격강도, 인장강도가 우수하고, 높은 전기전도도에 의한 정전기 방지 능력이 향상되며, 내산성 및 내변형성이 뛰어난 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물{Composition of complex material for wafer carrier}
본 발명은 웨이퍼 캐리어용 복합소재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충격강도, 인장강도가 우수하고, 높은 전기전도도에 의한 정전기 방지 능력이 향상되며, 내산성 및 내변형성이 뛰어난 웨이퍼 캐리어용 복합소재 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, LCD, 태양전지, LED 소자를 생산하는 공정은 노광, 식각, 확산, 증착 등의 공정을 선택적으로 수행하는 일련의 과정에 의하여 이루어지고, 확산 및 증착 공정은 고온의 분위기에서 공정가스를 주입하여 실리콘 웨이퍼상에서 반응을 일으켜서 이루어지는 공정이다. 이러한 공정을 진행하기 위한 반도체 및 태양전지 제조 설비로 튜브(Tube) 형태의 노(furnace) 장비가 많이 사용되는데, 일반적으로 이런 형태의 장비는 대량의 웨이퍼를 한꺼번에 로딩하여 공정을 진행하는 배치(batch) 방식을 적용하고, 반도체 및 태양전지 소자의 제조 공정상 박막을 형성하거나 불순물 이온을 확산시키는 장비로 이용되고 있다. 이러한 장비 가운데 종형 확산로(vertical type furnace)가 많이 사용되고 있는데 종형 확산로는 화학기상 증착장비로서 고온진공분위기에서 공정챔버로 공정가스를 투입하면 공정가스가 서로 반응하여 반응물질을 형성하면서 동시에 압력이 낮은 공간에서 확산되어 웨이퍼 표면에 박막을 적층하는 현상을 이용한다.
이러한 웨이퍼를 대량으로 수용 이송시키기 위한 수단으로 케리어를 이용하게 된다. 기존에 케리어는 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트와 같은 베이스 폴리머에 카본화이버를 함침 혼합하여 제조한 것으로, 태양전지 및 반도체 공정중의 질산, 황산 등의 강산성액에 취약하여 수명이 짧아지고 충격강도와 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 충격강도, 인장강도가 우수하고, 높은 전기전도도에 의한 정전기 방지 능력이 향상되며, 내산성 및 내변형성이 뛰어난 웨이퍼 캐리어용 복합소재 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에서는 웨이퍼 캐리어용 조성물에 있어서, 기존의 카본화이버가 분산된 베이스 폴리머에 탄소나노튜브를 첨가하여 안전성이 향상된 웨이퍼 캐리어용 복합소재 조성물을 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 충격강도, 인장강도가 우수하고, 높은 전기전도도에 의한 정전기 방지 능력이 향상되며, 내산성 및 내변형성이 뛰어난 웨이퍼 캐리어용 복합소재 조성물을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 웨이퍼 케리어를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명은 웨이퍼 케리어용 조성물에 있어서, 폴리프로필렌에 탄소나노튜브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어용 복합소재 조성물에 관한 것이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 보다 구체적으로 베이스 폴리머 100 중량부, 탄소나노튜브 0.5 ~ 20 중량부 및 카본화이버 또는 카본 블랙 10 ~ 30 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 베이스 폴리머는 통상의 비정질 및 결정질 고분자를 모두 사용하나, 일반적으로 상기 베이스 폴리머는 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리염화비닐(PVC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에틸렌, 변성폴리페닐렌옥사이드(MPPO), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 열가소성플라스틱탄성체(TPE), 폴리비닐아세테이트(PVA), 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 및 폴리아미드(PA) 등 중에서 선택한 1 종 또는 이들의 중합체를 사용한다.
본 발명의 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있으며, 관의 지름이 수 ~ 수십 나노미터에 불과하여 탄소나노튜브라고 일컬어지게 되었다. 상기 나노미터는 10억 분의 1m로 보통 머리카락의 10만 분의 1 굵기이다. 상기 탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 탄소섬유는 1％만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15％가 변형되어도 견딜 수 있다. 본 발명의 탄소나노튜브는 구체적으로 단일벽(singlewall) 탄소나노튜브 또는 다중벽(multiwall) 탄소나노튜브를 사용하며, 탄소나노튜브의 함량은 상기 베이스폴리머 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 20 중량부를 사용하는 바, 이 범위 내에서는 기존의 제품에서 발생하는 정전기 방지특성을 확보하면서 충격강도, 굴곡탄성율, 열변형, 인장강도 등의 물성이 좋은 장점이 있다.
본 발명의 카본화이버 또는 카본블랙은 전도도와 강성을 유지하기 위해 사용하며 구체적으로 상기 카본화이버로는 흑연 또는 활성탄 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용하고, 상기 카본 블랙은 구체적으로 표준형카본블랙(Chopped carbon black, 우신켐텍社 C-493 제품) 또는 밀링하여 분산한 카본블랙(Milled carbon black, 우신켐텍社 M-100 제품)을 사용한다. 상기 카본화이버 또는 카본블랙의 함량은 상기 베이스폴리머 100 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부를 사용하는 바, 이 범위 내에서는 플라스틱 모재에 기계적인 강성을 부여하여 고강도, 고탄성율을 제공하는 장점이 있다.
본 발명은 이외에 추가적으로 가소제, 충격완화제, 이형제, 난연제 및 대전방지제를 더 포함할 수 있다.
상기 가소제의 사용량은 상기 베이스폴리머 100 중량부에 대하여 0 ~ 2 중량부 범위로 사용하며 이 범위에서는 분자유동성이 높아 수지와의 상용성이 좋은 장점이 있다. 상기 가소제로는 디옥틸프탈레이트(DOP), 디부틸프탈레이트(DBP) 및 아디프산디옥틸(DOA) 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용한다.
상기 충격완화제의 사용량은 상기 베이스폴리머 100 중량부에 대하여 0 ~ 2 중량부 범위로 사용하며 이 범위에서는 고무 혼합에 의한 충격강도를 보강하여 충격강도 개선에 좋다. 상기 충격완화제로는 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM), 스티렌에틸렌부타디엔스티렌(SEBS) 및 메틸메타크릴레이드 부타디엔스티렌(MBS) 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용한다.
상기 이형제의 사용량은 상기 베이스폴리머 100 중량부에 대하여 0 ~ 1 중량부 범위로 사용하며 이 범위에서는 금형형성중 제품과의 이형성을 개선시켜주는 장점이 있다. 상기 이형제로는 당 분야에서 사용하는 통상의 계면활성제를 사용한다.
상기 난연제의 사용량은 상기 베이스폴리머 100 중량부에 대하여 0 ~ 1 중량부 범위로 사용하며 이 범위에서는 고온공정중에 사용되는 폴리머의 화재안정성을 증가시켜주기 위하여 첨가시켜준다. 상기 난연제로는 테트라브롬 비스페놀A (TBBA), 브롬화 폴리스티렌(BPS) 및 브롬화 에폭시올리고머(BEO) 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용한다.
상기 대전방지제의 사용량은 상기 베이스폴리머 100 중량부에 대하여 0 ~ 1 중량부 범위로 사용하며 이 범위에서는 플라스틱의 전화방전을 도와 정전기에 의한 스파크 및 변성을 방지하는 점이 좋다. 상기 대전방지제로는 폴리에틸렌그리콜 에스터, 소르비탄모노스테아레이트 (Sorbitanmonostearate) 및 소르비탄모노라우레이트(Sorbitanmonolaurate) 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용한다.
본 발명의 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물의 제조 방법은 구체적으로 a) 베이스 폴리머와 카본 화이버, 카본나노튜브를 믹싱(mixing) 혼화 하는 단계, b) 사출성형기에 샤프트를 장착하는 단계 c) 혼화된 폴리머와 카본화이버, 카본나노튜브를 이축압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 사출성형을 완료하는 단계 및 d) 사출된 케리어 바(carrier bar)를 측면 플레이트(side plate)에 고주파 융착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 베이스폴리머, 카본화이버, 탄소나노튜브를 혼화하는 단계에서 기본 베이스 메트릭스(base matrix) 폴리머 내부에 전도성 소재인 카본 화이버와 탄소나노튜브가 고르게 고분자 분산되도록 하는 과정이며, 상기 범위 내에서는 사출 압출기의 4 니들 블록(kneading block)을 통하여 분산성을 향상시킨다. 본 단계에서, 혼화 시간, rpm, 온도 등의 조건은 당 분야의 통상적인 것에 따른다.
상기 사출성형기에 샤프트를 장착하는 단계에서는 각 샤프트 바(shaft bar)의 내부에 기계적인 강성과 지지대 역할을 하기 위하여 내부에 서스(SUS)를 테프론 테이프로 감아 사출성형기에 고정하는 단계를 일컫는다.
상기 혼화된 폴리머와 카본화이버, 카본나노튜브를 이축압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 사출성형을 완료하는 단계에서는 용융되고 분산된 베이스 폴리머, 카본화이버, 탄소나노튜브를 1000 ~ 2000 kgf/㎠ 의 압력 크기로 게이트를 통과하여 입사하는 단계이다.
상기 사출된 케리어 바(carrier bar)를 측면 플레이트(side plate)에 융착하여 웨이퍼 캐리어를 완성하게 된다. 이 공정에서 케리어 바와 측면 플레이트 접합부에 약 200 ~ 300 ℃의 고온에서 열융착을 하여 케리어를 완성한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
상기 베이스 폴리머로 폴리프로필렌 100 중량부, 카본화이버 20 중량부, 다중벽 탄소나노튜브 0.5 중량부, 충격 완화제로 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM) 1 중량부, 가소제로 디옥틸프탈레이트(DOP) 0.5 중량부를 첨가하여 조성물을 믹싱혼화하여 이축압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 사출성형을 완료하고 측면 플레이트(side plate)에 고온 열융착하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다중벽 탄소나노튜브를 1 중량부 함유한 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다중벽 탄소나노튜브를 2 중량부 함유한 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다중벽 탄소나노튜브를 5 중량부 함유한 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다중벽 탄소나노튜브를 10 중량부 함유한 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다중벽 탄소나노튜브를 15 중량부 함유한 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
실시예 7
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다중벽 탄소나노튜브를 20 중량부 함유한 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 탄소나노튜브를 25 중량부 함유한 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 탄소나노튜브를 함유하지 않고, 카본화이버 20 중량부 함유하여 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 탄소나노튜브를 함유하지 않고, 카본블랙(에보닉카본블랙社 HIBLACK 41Y)을 20 중량부 함유하여 조성물을 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제작하였다.
시험예
상기에서 제조한 조성물을 아래에 제시된 방법에 의해 시험하였으며, 그 측정 결과를 아래 표 1 에 나타내었다.
1) 충격강도 (Izod impact) : ASTM D256 방법에 의해 측정하였다.
2) 인장강도 (tensile strength) : ASTM D638 방법에 의해 측정하였다.
3) 휨강도 (Flexural strength) : ASTM D790 방법에 의해 측정하였다.
4) 굴곡탄성률 (Flexural Modulus) : ASTM D790 방법에 의해 측정하였다.
5) 열변형 (HDT) : ASTM D648 방법에 의해 측정하였다.
6) 로크웰경도 : 로크웰경도 측정법에 의해 측정하였다.
7) 내산성 : 내산성은 H2SO4와 HNO3 의 약액에 100 ℃ 온도에서 72시간동안 방치한 후 탈이온수(DI water)로 세정한 후의 기계적인 변화, 육안적인 변화를 관찰하여 하기와 같은 기준에 의해 결정한다.
Ο : 변화 없음
Δ : 변색이 되거나 표면 거칠기 등의 미소한 변화가 있다.
Χ : 표면이 갈라지고 융착이 떨어지는 중증이상의 변화가 있다.
구분 충격강도
(㎏f ?㎝/㎝)		 인장강도
(㎏f/㎠)		 휨강도
(㎏f/㎠)		 굴곡탄성률
(㎏f/㎠)		 열변형
(℃)		 로크웰경도 내산성
실시예 1 5.0 580 615 62000 160 106.3 Δ
실시예 2 6.2 650 685 75000 189 120.7 Ο
실시예 3 6.5 670 700 74000 195 121.3 Ο
실시예 4 6.4 670 710 77000 194 118.5 Ο
실시예 5 5.8 600 710 68000 168 109.3 Ο
실시예 6 5.7 610 650 68000 166 110.1 Ο
실시예 7 5.7 600 625 68000 165 108.8 Ο
비교예 1 4.8 520 590 60000 155 105.8 Ο
비교예 2 4.2 580 530 58000 153 102.3 Ο
비교예 3 3.0 240 400 43000 148 90.0 Δ
상기 표 1에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 캐리어용 복합소재 조성물은 충격강도, 인장강도, 휨강도, 열변형 온도, 로크웰경도 및 내산성이 비교예에 비하여 우수한 것으로 확인할 수 있었으며, 이는 웨이퍼 케리어용으로 적용 가능함을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 웨이퍼 케리어용 조성물에 있어서,
    베이스폴리머에 탄소나노튜브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  2. a) 베이스 폴리머 100 중량부;
    b) 탄소나노튜브 0.5 ~ 20 중량부; 및
    c) 카본화이버 또는 카본블랙 10 ~ 30 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 폴리머는 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리염화비닐(PVC), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에틸렌, 변성폴리페닐렌옥사이드(MPPO), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 열가소성플라스틱탄성체(TPE), 폴리비닐아세테이트(PVA), 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 및 폴리아미드(PA) 중에서 선택한 1 종 또는 이들의 중합체인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 단일벽(singlewall) 탄소나노튜브 또는 다중벽(multiwall) 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 카본블랙은 표준형 카본블랙(Chopped carbon black) 또는 밀링하여 분산한 카본블랙(Milled carbon black)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물에 가소제, 충격완화제, 이형제, 난연제 및 대전방지제 중에서 선택한 1 종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가소제는 디옥틸프탈레이트(DOP), 디부틸프탈레이트(DBP) 및 아디프산디옥틸(DOA) 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 충격완화제는 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM), 스티렌에틸렌부타디엔스티렌(SEBS) 및 메틸메타크릴레이드 부타디엔스티렌(MBS) 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 난연제는 테트라브롬 비스페놀A (TBBA), 브롬화 폴리스티렌(BPS) 및 브롬화 에폭시올리고머(BEO) 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 대전방지제는 폴리에틸렌그리콜 에스터, 소르비탄모노스테아레이트 (Sorbitanmonostearate) 및 소르비탄모노라우레이트(Sorbitanmonolaurate) 중에서 선택한 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어용 복합소재 조성물.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중에서 선택한 어느 한 항의 조성물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 케리어.
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