WO2013187675A1 - 탄소나노튜브 코팅막 및 상기 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물 - Google Patents

탄소나노튜브 코팅막 및 상기 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물 Download PDF

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carbon nanotube
coating film
sol
antistatic
solution
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김두종
이재덕
강용필
김승렬
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(주)탑나노시스
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    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/017—Additives being an antistatic agent

Definitions

  • the present invention is to solve various problems including the above problems, and to provide a carbon nanotube solution composition excellent in antistatic performance and excellent durability.
  • Another object of the present invention is to provide a carbon nanotube coating film which is coated on a working stage as a carbon nanotube coating film made of a carbon nanotube solution having the composition.
  • the carbon nanotube coating film of the present invention is coated on at least one surface of the work stage work surface on which the work is to be seated, thereby preventing charging between the substrate and the work stage.
  • the carbon nanotube coating film includes an inorganic gel and carbon nanotubes, has a sheet resistance of 10 5 to 10 10 ⁇ / sq, and the inorganic gel is formed by curing an inorganic sol.
  • the inorganic sol may be at least one selected from alumina sol, zirconia sol, titania sol, and silica sol.
  • the carbon nanotubes may be single layer, double layer, or multi-layered carbon nanotubes.
  • the carbon nanotube solution composition forming the carbon nanotube coating film according to another aspect of the present invention is a composition of the carbon nanotube solution coated on the upper surface of the work stage so as to form an antistatic film on the upper surface of the work stage.
  • the carbon nanotube solution composition contains a solvent, carbon nanotubes mixed with the solvent, a dispersant, and an inorganic sol.
  • the dispersant disperses the carbon nanotubes.
  • the inorganic sol binds between the carbon nanotubes and has a weight ratio of 0.1 wt% to 10 wt% with respect to the total solution.
  • the inorganic sol may be any one selected from alumina sol, titania sol, and silica sol.
  • the sheet resistance of the carbon nanotube solution may be 10 5 ⁇ 10 10 ⁇ / ⁇ .
  • the carbon nanotube coating film including the carbon nanotubes is coated on the upper surface of the work stage, so that the friction coefficient of the work stage is low and the wear resistance is excellent.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a modification of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a step of coating a carbon nanotube coating film on a work stage working surface.
  • An example of the workpiece may be a wafer substrate or a display substrate.
  • the apparatus to which the work stage is applied may be a semiconductor manufacturing apparatus, a dispensing apparatus, or a scriber apparatus.
  • the present invention is not limited to this, but it is obvious that the present invention is applied to all work stages that require antistatic.
  • reference numeral 15 is a rail that can move the work device for a separate work on the workpiece.
  • An antistatic film 30 is coated on at least one surface of the work stage working surface on which the substrate is seated.
  • the antistatic film 30 functions to prevent the charge between the workpiece and the work stage work surface 20.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1. As shown in FIG. 2, an antistatic film 30 is coated on one surface of the work stage working surface 20.
  • the antistatic film 30 includes a carbon nanotube 31 (CNT, Carbon Nano Tube).
  • the carbon nanotubes 31 form a tube in which one carbon is combined with a hexagonal honeycomb pattern with another carbon atom, and the diameter of the tube is extremely small at the nanometer level, thereby showing unique electrochemical characteristics.
  • Carbon nanotubes 31 have excellent mechanical properties, electrical selectivity, excellent field emission characteristics. When the carbon nanotubes 31 are formed in a thin conductive film on the stage, the carbon nanotubes 31 have high conductivity and thus have an antistatic effect. In addition, since the carbon nanotubes 31 constitute a network with each other in a tube shape instead of a spherical shape, there is little possibility of dust and excellent durability.
  • a carbon nanotube 31 having a surface modified by an acid treatment or the like, or a carbon nanotube 31 having different attributes such as metallicity and semiconductivity may be selected.
  • the inorganic gel 36 preferably has 50 to 90 parts by weight based on the total amount of the antistatic film 30. If the content of the inorganic gel 36 is less than 50 parts by weight of the total amount of the antistatic film 30, corrosion resistance is lowered, and durability to ultraviolet rays (UV) is reduced. If the inorganic gel 36 content is more than 90 parts by weight of the total amount of the antistatic film 30, the corrosion resistance is improved, but the antistatic effect is deteriorated.
  • the antistatic film 30 may further include a fluororesin.
  • the fluororesin generally refers to a resin containing fluorine in a molecule, and is one of polytetra fluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF). .
  • the surface energy can be lowered to increase the pollution prevention effect.
  • the fluorine coating layer is not hard by fluorine coating alone, a thin coating causes marks or peeling of the coating. According to the present invention, however, the thickness of the antistatic film can be reduced by adding the fluorine resin together with the carbon nanotubes to form the antistatic film 30.
  • an adhesion promoting layer 40 may be formed between the antistatic film 30 and the work stage working surface 20.
  • the adhesion promoting layer 40 functions to improve the adhesion between the antistatic film 30 and the work stage working surface 20.
  • the adhesion promotion layer 40 may be formed as a single molecule, oligomer, or polymer material having a carboxylic acid group, anhydride group, or phosphonic acid group capable of chemisorption with the aluminum oxide surface.
  • the thickness D2 of the adhesion promotion layer 40 may be 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the protective layer 50 may be made of a fluororesin.
  • the fluorine resin is a generic term for a resin containing fluorine in a molecule, and is selected from polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF). It can be one.
  • the thickness of the protective layer 50 is inevitably thickened. Due to the thickness, flatness may be distorted, and scratches and particles are more likely to occur.
  • the antistatic film 30 is excellent in abrasion resistance and the bonding force with the protective layer 50 is excellent, the thickness thereof can be made to a minimum thickness.
  • the protective layer 50 may be made of a ceramic series, because the ceramic-based protective layer 50 has high chemical resistance, and thus has strong durability in acetone, alcohols, and the like.
  • the antistatic film 30 may be made by coating and curing the antistatic coating liquid on the work stage working surface.
  • the solvent 131 is preferably at least one selected from the group consisting of water, ethanol, methanol, isopropanol, 1,2-dichlorobenzene, chloroform, dimethylformamide and acetone. Most of the solvent 131 is removed by volatilization or evaporation after the antistatic film 30 is completed.
  • the carbon nanotubes 31 may be single-walled, double-walled or multi-walled carbon nanotubes.
  • the dispersant 51 is mixed with the solvent 131 and functions to disperse the carbon nanotubes 31.
  • Specific examples of the dispersant 51 include sodium dodecyl sulfate (SDS), Triton X (Sigma), Tween 20 (Polyoxyethyelene Sorbitan Monooleate), CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide), PVP (Polyvinylpyrrolidone) Can be.
  • the carbon nanotubes 31 are dispersed by the dispersant 51 and mixed with the solvent 131 to form a carbon nanotube dispersion 132.
  • an organic binder is applied without using the inorganic sol 56 as a binder. This is because it is difficult to uniformly disperse the carbon nanotubes and the inorganic sol, so that aggregation of the carbon nanotubes is likely to occur, whereas the organic binder is easy to uniformly disperse.
  • the antistatic film 30 is prevented from being charged by binding the carbon nanotubes 31 with only the inorganic sol 56 without using an organic binder as a binder, without agglomeration of the carbon nanotubes. Ensure that the function is met.
  • the carbon nanotubes 31 are multi-wall nanotubes, and the multi-walled carbon nanotubes 31 have excellent mechanical properties and aggregate by uniform dispersion with an inorganic sol. Not only can it be prevented, but also durability can be improved.
  • binder breakage is likely to occur due to ultraviolet (UV) exposure, but when the carbon nanotubes 31 are bound to the inorganic sol 56, binder breakage due to ultraviolet (UV) exposure is prevented. Does not occur.
  • the water-soluble dispersant 51 includes sodium dodecyl sulphate (SDS), triton x-100 (tx-100), sodium dodecylbenzene sulfonate (NaDDBS), gum arabic, polyvinylpyrrolidone, and the like.
  • SDS sodium dodecyl sulphate
  • tx-100 triton x-100
  • NaDDBS sodium dodecylbenzene sulfonate
  • gum arabic polyvinylpyrrolidone, and the like.
  • the water-soluble dispersant 51 has advantages such as the most stable solution and maximum solubility, and thus has the advantage of effectively dispersing the carbon nanotubes 31.
  • the use of the water-soluble dispersant 51 is advantageous in order to suppress the occurrence of aggregation and maintain a stable dispersion state when mixing with the inorganic sol.
  • a small amount of additive may be added together to the solvent.
  • the additive may be added to 0.01wt% to 0.1wt% of the antistatic coating solution to improve the performance so that the antistatic solution is uniformly and flatly applied.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating steps of preparing an antistatic solution according to an embodiment of the present invention and coating the antistatic solution on a work stage working surface.
  • the inorganic sol 56 preferably has a weight ratio of 0.1wt% to 10wt% relative to the total solution. This is because when the weight ratio of the inorganic sol 56 is less than 0.1 wt%, the durability performance is deteriorated, and when the weight ratio of the inorganic sol 56 exceeds 10 wt%, the sheet resistance is too high and the antistatic effect is deteriorated. . In this case, the weight ratio of the inorganic sol 56 is more preferably 1wt% to 5wt%.
  • the method of coating the antistatic solution on the work stage working surface 20 may be applied using bar coating, slit die coating, dip coating, spin coating, spray coating, screen coating, ink jet coating, or the like.
  • the work stage working surface serves as an adhesion promoting layer, and the antistatic solution may be coated on the adhesion promoting layer.
  • the work stage working surface 20 is thermally cured with a hardener R.
  • the thermosetting temperature is 80 °C to 150 °C, it can be cured for 10 minutes or more. If the thermal curing temperature is higher than 150 °C is difficult to apply the work stage and peripherals due to the heat, there is a problem that the curing is not excellent when the thermal curing temperature is lower than 80 °C.
  • the present invention is applicable to a work stage for seating a work requiring antistatic, such as a semiconductor manufacturing device, a dispensing device, or a scriber device.

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 코팅막 및 상기 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물을 제공한다. 따라서, 본 발명의 탄소나노튜브 코팅막은, 작업물이 안착되는 작업 스테이지 작업면의 적어도 상기 기판이 안착되는 일면에 코팅되어서, 상기 기판과 작업 스테이지 사이에 대전을 방지하는 대전방지막을 포함한다. 이 경우, 상기 대전방지막은 무기겔 및 탄소나노튜브를 포함하고, 105~1010Ω/sq의 면저항을 가지며, 상기 무기겔은 무기졸이 경화되어서 이루어진다.

Description

탄소나노튜브 코팅막 및 상기 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물
본 발명은 탄소나노튜브 코팅막 및 상기 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 등의 편평한 작업물이 안착되는 작업 스테이지 상에 상기 작업물을 정전기로부터 보호할 수 있는 탄소나노튜브 코팅막 및 상기 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에 사용되는 작업 스테이지나, FPD(Flat Panel Display)용 작업 스테이지 상에는 대전방지를 위한 물질이 코팅될 수 있다.
종래에는 통상적으로 불소수지로 코팅(일명, 테프론 코팅)을 하였다. 상기 불소수지는 다른 물질과의 흡착에너지가 작고, 비점착성이 우수하며, 마찰계수가 작다. 따라서, 불소수지는 유리기판과의 상관관계가 작아져, 박리에 의한 정전기의 발생량이 작아진다. 이 경우 통상의 불소 성분은 절연성을 가지므로, 테프론 코팅에는 상기 불소 성분에 대전물질을 함유시킨다. 즉, 작업 스테이지를 아노다이징(anodizing) 후 테프론 코팅을 행함으로써, 상기 작업 스테이지의 정전기 발생을 방지하도록 하였다.
그러나, 상기 테프론 코팅 방법은 제조 비용이 상대적으로 많이 든다. 특히 디스플레이에 사용되는 디스펜서의 경우 디스플레이 기판의 대형화됨에 따라서, 상기 작업 스테이지의 사이즈 또한 증가 하게 됨으로써, 상기 제조 비용은 더욱더 많이 들 수 밖에 없다.
또한, 불소 자체의 경도가 낮다. 따라서 상기 불소로 이루어진 코팅막도 경도가 낮을 수 밖에 없어서, 작업 스테이지 상의 불소수지에 쉽게 스크래치가 발생한다. 이로 인하여 스크래치가 발생한 부분의 평탄도 유지가 어려우며, 파티클이 발생하는 요인이 된다.
또한, 불소는 절연성을 가지고 있으므로 카본 블랙이나 전도성 폴리머 등의 필러를 추가하여 대전 방지용의 면저항을 갖도록 하여야 하는데, 카본 블랙은 구형으로서 분진이 발생한다는 문제점이 있고, 전도성 폴리머의 경우에는 내용제성이 약하고, 과량의 바인더를 사용하여야 하며, 박막 형성이 어렵다는 문제점이 있다.
이런 문제점을 해결하기 위하여, 작업 스테이지 상면에 탄소나노튜브 코팅을 행할 수 있다. 전도성 물질인 탄소나노튜브를 주 재료로 한 도포막을 작업 스테이지 작업면에 코팅함으로써 상기 도포막의 면저항이 낮아져서 정전기 방지 효과가 우수하여 기판의 신뢰성이 향상된다.
또한, 대전방지막은 탄소나노튜브 자체의 물리적 성질에 기인하여 마찰계수가 낮고 내마모성이 높아 스크래치 발생이 일어나지 않거나 극소수로 일어나며, 파티클 발생이 적다는 장점이 있다.
그러나, 상기 대전방지막은 자외선(UV) 노광에 의하여 코팅막에 포함된 유기바인더가 손상된다는 문제점이 있다. 상기 코팅막이 손상되면 대전방지 효과가 열화된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 비롯한 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대전방지 성능이 우수한 동시에, 내구성이 우수한 탄소나노튜브 용액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 가진 탄소나노튜브 용액으로 이루어진 탄소나노튜브 코팅막으로서, 작업 스테이지에 코팅되는 탄소나노튜브 코팅막을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 탄소나노튜브 코팅막은, 작업물이 안착되는 작업 스테이지 작업면의 적어도 상기 기판이 안착되는 일면에 코팅되어서, 상기 기판과 작업 스테이지 사이에 대전을 방지한다. 상기 탄소나노튜브 코팅막은 무기겔 및 탄소나노튜브를 포함하고, 105~1010Ω/sq의 면저항을 가지며, 상기 무기겔은 무기졸이 경화되어서 이루어진다.
상기 무기졸은 알루미나졸, 지르코니아졸, 티타니아졸, 및 실리카졸 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 단일막, 이중막 또는 다중막 탄소나노튜브일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에서의 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물은, 작업 스테이지의 상면에 대전방지막을 이루도록, 상기 작업 스테이지의 상면에 코팅되는 탄소나노튜브 용액의 조성물이다 이 경우, 탄소나노튜브 용액 조성물은, 용매와, 상기 용매에 섞이는 탄소나노튜브와, 분산제와, 무기졸을 포함한다. 분산제는 상기 탄소나노튜브를 분산시킨다. 무기졸은 상기 탄소나노튜브 사이를 바인딩하며, 전체 용액 대비 0.1wt% 내지 10wt%의 중량비를 가진다.
이 경우, 상기 무기졸은 알루미나졸, 티타니아졸, 및 실리카졸 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브 용액의 면저항은 105~1010Ω/□일 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브를 포함하여 탄소나노튜브 코팅막을 작업 스테이지 상면에 코팅함으로써 작업 스테이지의 마찰계수가 낮고 내마모성이 우수하여 진다.
또한, 무기졸을 사용하여 탄소나노튜브 가닥들 사이를 바인딩함으로써 내구성이 우수하며, 자외선 노광에 의해 코팅막이 손상되지 않아서 대전방지 성능이 우수하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 코팅막이 코팅된 작업 스테이지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ부를 잘라서 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 작업 스테이지 작업면에 탄소나노튜브 코팅막을 코팅하는 단계를 도시한 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 의한 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 코팅막이 코팅된 작업 스테이지를 도시한 사시도이다. 이 경우, 상기 탄소나노튜브 코팅막은 대전방지 기능을 가지고 있으므로, 이하에서는 탄소나노튜브 코팅막을 대전방지막으로도 기재한다.
대전방지막이 코팅된 작업 스테이지(1)는, 작업 스테이지 작업면(20)과, 대전방지막을 포함한다.
작업 스테이지 작업면(20)은 베이스 프레임(10)에 지지된다. 이 경우, 상기 작업 스테이지 작업면(20)과 베이스 프레임(10)은 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부품으로 서로 결합될 수 있다. 상기 작업 스테이지 작업면(20) 상에는 전자부품을 포함하는 작업물(4)이 안착될 수 있다.
상기 작업물의 일 예로 웨이퍼 기판이거나, 디스플레이 기판일 수 있다. 이 경우, 작업 스테이지가 적용되는 장치로는, 반도체 제조 장치이거나, 디스펜싱 장치이거나, 스크라이버 장치일 수 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 대전방지가 필요한 작업 스테이지에는 모두 적용되는 것은 명확하다. 한편, 미 설명된 부호(15)은 상기 작업물 상에 별도의 작업을 위한 작업장치를 이동시킬 수 있는 레일이다.
상기 작업 스테이지 작업면(20)은 통상 알루미늄 등의 금속 소재로 이루어진다. 또한 석정반, 세라믹 소재 등 일 수도 있다. 이 경우, 상기 작업 스테이지 작업면(20) 상면에는 아노다이징(Anodizing) 처리가 되어 있을 수도 있다. 아노다이징은 전기-화학반응을 이용하여 표면처리되지 않은 알루미늄의 표면에 인위적인 산화물 도장을 입히는 것이다. 상기 아노다이징 처리에 의하여 표면 마모가 방지되고, 부식방지의 효과가 있다.
상기 작업 스테이지 작업면의 적어도 상기 기판이 안착되는 일면에 대전방지막(30)이 코팅된다. 상기 대전방지막(30)은 상기 작업물과 작업 스테이지 작업면(20) 사이에 대전을 방지하는 기능을 한다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ부를 잘라서 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 작업 스테이지 작업면(20) 일면에는 대전방지막(30)이 코팅되어 있다.
대전방지막(30)은 탄소나노튜브(31)(CNT, Carbon Nano Tube)를 포함한다. 탄소나노튜브(31)는 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있고, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작아서 특유의 전기 화학적 특성을 나타낸다.
탄소나노튜브(31)는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성을 가진다. 이러한 탄소나노튜브(31)를 스테이지에 얇은 도전막으로 형성하면 높은 전도성을 가지므로 정전기 방지효과가 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브(31)들은 구형 형상이 아닌 튜브 형상으로 서로 네트웍을 구성하고 있기 때문에 분진 가능성이 적으며, 내구성이 우수하다.
상기 탄소나노튜브(31)로는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 다발형 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
또한 산처리 등에 의해 표면이 개질된 탄소나노튜브(31)나, 금속성 및 반도체성 등 서로 다른 속성이 분리된 탄소나노튜브(31)가 선택될 수 있다.
상기 대전방지막(30)은 무기겔(36)을 포함한다. 상기 무기겔(36)은 무기졸이 경화되어서 이루어진다. 상기 무기졸은 알루미나졸, 실리카졸, 티타니아졸 및 지르코니아졸 등과 같은 금속계통의 졸을 단독으로 또는 둘 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 무기겔(36)은 대전방지막(30)의 내식성을 부여한다. 또한, 상기 무기겔(36)은 자외선에 의하여 파손되지 않는다.
상기 대전방지막(30)은 105내지 1010Ω/sq의 면저항을 가지는 것이 바람직하다. 상기 면저항이 작업 스테이지에서 정전기 발생을 방지하기 위한 적절한 수준이다. 만약 그 면저항이 1010Ω/□를 초과하면, 전기 전도도가 우수하지 못하여 상기 작업 스테이지 상의 정전기를 외부로 방출하는 효과가 작으며, 그 면저항이 105Ω/□이하이라면 그 자체의 전기 전도성이 너무 커서 인접하는 전자부품에 영향을 미칠 수 있다.
이 경우, 상기 무기겔(36)은 대전방지막(30) 총량을 기준으로 50 내지 90중량부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 무기겔(36) 함량이 대전방지막(30) 총량의 50중량부 미만이면 내식성이 저하되고, 자외선(UV)에 대한 내구성이 저하된다. 상기 무기겔(36) 함량이 대전방지막(30) 총량의 90 중량부 이상이면 내식성은 향상되나 대전방지효과가 열화된다는 문제점이 있기 때문이다.
한편, 상기 대전방지막(30)은 불소 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 불소 수지는 분자 안에 불소를 함유한 수지를 총칭하는 것으로, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetra fluoroethylene), 폴리크로로트리플루오로에틸렌(PCTFE; polychlorotrifluoroethylene), 폴리비니리덴포르라이드(PVDF) 중의 하나이다.
상기 불소 수지를 포함함으로써, 표면에너지를 낮추어 오염 방지 효과를 높일수 있다.
통상적으로 불소 코팅만으로는 불소코팅막이 딱딱하지 않으므로, 얇게 코팅하면 찍힘 등의 자국이나 벗겨짐이 발생하게 된다. 그러나 본 발명에 따르면, 불소 수지를 탄소나노튜브와 함께 첨가하여서 대전방지막(30)을 형성시킴으로써 대전방지막의 두께를 얇게 할 수 있다.
상기 대전방지막(30)의 두께(D1)는 0.1μm 내지 10μm일 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 대전방지막(30)과 작업 스테이지 작업면(20) 사이에는 접착 촉진층(40)이 형성될 수 있다. 상기 접착 촉진층(40)은 상기 대전방지막(30)과 작업 스테이지 작업면(20) 사이의 접착력을 향상시키는 기능을 한다. 이 경우, 접착 촉진층(40)은 산화 알루미늄 표면과 화학흡착을 할 수 있는 carboxylic acid group, anhydride group 또는 phosphonic acid group을 가지는 단분자, 올리고머, 폴리머 소재로서 이루어질 수 있다. 상기 접착 촉진층(40)의 두께(D2)는 0.1μm 내지 5μm일 수 있다.
상기 대전방지막(30) 외측면에는 보호층(50)이 형성될 수 있다. 상기 보호층(50)은 정전기 방지성능을 유지하면서도 대전방지막(30) 표면을 외부로부터 보호하면서 대전방지막(30)의 내구성과 내마모성을 더욱더 향상시킨다. 이 경우, 보호층(50)은 무기물, 유기 단분자 및 고분자 화합물, 혹은 유, 무기 하이브리드 재료를 사용할 수 있으며, 그 두께(D3)는 0.1μm 내지 10μm일 수 있다.
이 경우, 상기 보호층(50)은 불소 수지로 이루어질 수 있다. 상기불소수지는분자 안에 불소 를함유한 수지를 총칭하 는것으로, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetra fluoroethylene), 폴리크로로트리플루오로에틸렌(PCTFE; polychlorotrifluoroethylene), 폴리비니리덴포르라이드(PVDF) 중의 하나일 수 있다.
종래의 불소 소재의 대전방지용 코팅의 경우, 불소의 경도가 약하기 때문에 상기 보호층(50)의 두께가 두꺼워질 수 밖에 없다. 상기 두께로 인하여 평탄도가 틀어질 수 있으며 스크래치의 발생 및 파티클의 발생 가능성이 높다. 그러나, 본 발명의 경우에는 대전방지막(30)의 내마모성이 우수하고, 보호층(50)과의 결합력이 우수하므로, 그 두께를 최소한으로 얇게 할 수 있다. 이 경우, 상기 보호층(50)은 세라믹 계열로 이루어질 수 있는데, 이는 상기 세라믹 계열의 보호층(50)이 높은 내화학성을 가져서, 아세톤, 알콜류 등에 강한 내구성을 가지기 때문이다.
한편, 상기 대전방지막(30)은 대전방지 코팅액을 작업 스테이지 작업면에 코팅하고 경화시킴으로써 이루어질 수 있다.
이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 대전방지 코팅액(133)의 조성물은, 용매(131)와, 분산제(51)와, 무기졸(56)과, 탄소나노튜브(31)와 첨가제를 포함한다.
용매(131)는 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 1,2-디 클로로 벤젠(1,2-Dichlorobenzene), 클로로포름, 디메틸포름아미드 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다. 상기 용매(131)의 대부분은 후에 대전방지막(30)이 완성되면 휘발 또는 증발되어서 제거된다.
탄소나노튜브(31)는 단일벽, 이중벽 또는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다.
분산제(51)는 상기 용매(131)에 섞이는 것으로, 상기 탄소나노튜브(31)를 분산시키는 기능을 한다. 상기 분산제(51)의 구체적인 예로서, 소듐 도데실 설페이트(SDS), 트리톤 X(Triton X)(Sigma사), Tween20(Polyoxyethyelene Sorbitan Monooleate), CTAB(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide),PVP(Polyvinylpyrrolidone)를 들 수 있다.
탄소나노튜브(31)가 분산제(51)에 의하여 분산되어, 상기 용매(131)에 섞여서 탄소나노튜브 분산액(132)을 이루게 된다.
무기졸(56)은 상기 탄소나노튜브(31)들 사이를 바인딩하는 기능을 한다. 상기 무기졸(56)은 전체 용액 대비 0.1wt% 내지 10wt%의 중량비를가진다. 상기 무기졸(56)은 알루미나졸, 지르코니아졸, 티타니아졸, 및 실리카졸 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 무기졸(56)은 경화가 되면 무기겔(36)로 변화한다.
통상적으로, 탄소나노튜브(31) 도전막을 형성시키기 위해서 바인더로 무기졸(56)을 사용하지 않고, 유기물 바인더를 적용한다. 이는 탄소나노튜브와 무기졸의 균일한 분산이 어려워 탄소나노튜브의 응집(aggregation)이 발생할 가능성이 높은 반면, 유기바인더는 균일한 분산이 용이하기 때문이다.
그러나, 본 발명은 바인더를 유기바인더를 사용하지 않고, 상기 무기졸(56)만으로도 탄소나노튜브(31)를 바인딩시키면서, 탄소나노튜브의 응집이 발생하지 않고 완성된 대전방지막(30)이 대전방지 기능을 충족하도록 한다.
한편, 바인더로, 불소 수지를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 불소 수지는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetra fluoroethylene), 폴리크로로트리플루오로에틸렌(PCTFE; polychlorotrifluoroethylene), 폴리비니리덴포르라이드(PVDF) 중의 하나일 수 있다. 이 경우, 불소 수지의 함량은 전체 용액 대비 0.5wt% 내지 1.5wt%인 것이 바람직하다. 상기 불소 수지의 함량이 1.5wt%를 초과하는 경우에는 면저항을 조절하기 쉽지 않다.
상기 탄소나노튜브(31)는 다중벽 나노튜브(Multi-wall Nanotube)인 것이 보다 바람직한데, 상기 다중벽 탄소나노튜브(31)는 기계적 특성이 우수하고, 무기 졸과의 균일한 분산으로 응집을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내구성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 탄소나노튜브(31)를 유기물 바인더로 바인딩시에, 자외선(UV) 노광에 의해 바인더 파손이 발생할 가능성이 크나, 무기졸(56)로 바인딩시킬 경우 자외선(UV) 노광에 의한 바인더 파손이 발생하지 않는다.
한편, 분산제(51)로는 수용성 분산제를 적용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 수용성 분산제(51)로는 SDS (Sodium Dodecyl Sulfate), Triton X-100(TX-100), NaDDBS(Sodium Dodecylbenzene Sulfonate), Gum Arabic, Polyvinylpyrrolidone등이 있다. 상기 수용성 분산제(51)는 가장 안정된 용액과 최대 용해도 등의 장점을 가지고 있으며, 따라서 탄소나노튜브(31)의 분산을 효과적으로 행할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 무기졸과의 혼합 시 응집 발생을 억제하고 안정적인 분산상태를 유지하기 위해서는 수용성 분산제(51)의 사용이 유리하다.
상기 대전방지용액 형성단계에는 미량의 첨가제가 용매에 함께 투입될 수 있다. 첨가제는 대전방지용액이 균일하고 편평하게 도포되도록 성능을 개선하는 것으로 대전방지 코팅용액의 0.01wt%내지 0.1wt% 투입될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대전방지 용액을 제조하여, 상기 대전방지용액을 작업 스테이지 작업면에 코팅하는 단계들을 도시한 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 대전방지 용액을 제조하는 단계는, 용매(131)를 준비하는 단계와, 상기 용매(131)에 탄소나노튜브(31) 및 분산제(51)를 섞어서 탄소나노튜브 분산액(132)을 제조하는 단계와, 상기 탄소나노튜브 분산액(132)에 무기졸(56)을 투입하여서 탄소나노튜브(31)를 바인딩하여 대전방지 용액(133)을 완성하는 단계와, 작업스테이지 작업면(20) 상에 대전방지 용액(133)을 도포하는 단계와, 상기 작업 스테이지 작업면을 열 경화하는 단계를 거친다.
이 경우, 상기 무기졸(56)은 전체 용액 대비 0.1wt% 내지 10wt%의 중량비를 가지는 것이 바람직하다. 상기 무기졸(56)의 중량비가 0.1wt% 미만인 경우, 내구성 성능이 열화되고, 상기 무기졸(56)의 중량비가 10wt%를 초과하는 경우에는, 면저항이 너무 높아서 대전방지효과가 떨어지기 때문이다. 이 경우, 상기 무기졸(56)의 중량비는 1wt% 내지 5wt%인 것이 보다 바람직하다.
상기 대전방지 용액을 작업 스테이지 작업면(20)에 코팅하는 방법은, 바코팅, 슬릿다이코팅, 딥코팅, 스핀코팅, 스프레이코팅, 스크린코팅, 잉크젯코팅법 등을 사용하여 도포할 수 있다. 이 경우, 작업 스테이지 작업면에는 접착 촉진층이 되어 있고, 상기 접착 촉진층 상면에 대전방지 용액을 코팅할 수 있다.
상기 대전방지 용액(133)을 작업 스테이지 작업면(20) 상면에 코팅한 후에는, 상기 작업 스테이지 작업면(20)을 경화기(R)로 열경화시키는 공정을 거친다. 이 경우, 상기 열경화온도는 80℃ 내지 150℃로, 10분 이상 경화시킬 수 있다. 열경화온도가 150℃보다 높게 되면 작업스테이지 및 주변기기들이 열에 의한 영향을 받아 적용이 어려우며, 열경화온도가 80℃보다 낮게 되면 경화가 우수하게 되지 않는다는 문제점이 있다.
이 경우, 상기 열경화온도는 90℃ 내지 120℃로, 20분 내지 60분 정도로 행하는 것이 보다 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 반도체 제조 장치이거나, 디스펜싱 장치이거나, 스크라이버 장치등 정전기 방지가 필요한 작업물을 안착시키는 작업스테이지에 적용 가능하다.

Claims (8)

  1. 작업물이 안착되는 작업 스테이지 작업면의 적어도 상기 기판이 안착되는 일면에 코팅되어서, 상기 기판과 작업 스테이지 사이에 대전을 방지하는 대전방지막으로서,
    상기 대전방지막은 무기겔 및 탄소나노튜브를 포함하고, 105~1010Ω/sq의 면저항을 가지며,
    상기 무기겔은 무기졸이 경화되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기졸은 알루미나졸, 지르코니아졸, 티타니아졸, 및 실리카졸 중 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 다중막 탄소나노튜브 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대전방지막은 상기 탄소나노튜브와 혼합된 불소 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막.
  5. 작업 스테이지의 상면에 대전방지막인 탄소나노튜브 코팅막을 이루도록, 상기 작업 스테이지의 상면에 코팅되는 대전방지용액의 조성물로서,
    전체 용액 의85wt% 내지 99wt%의 중량비를 가지는 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 1,2-디클로로벤젠(1,2-Dichlorobenzene), 클로로포름, 디메틸포름아미드 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 용매와;
    상기 용매에 섞이는 것으로, 전체 용액대비 0.01wt% 내지 2.0wt%의 중량비를 가지는탄소나노튜브와;
    상기 용매에 섞이는 것으로, 상기 탄소나노튜브를 분산시키며, 전체 용액대비 0.01wt% 내지 2.0wt%의 중량비를 가지는 분산제와;
    상기 용매에 섞이는 것으로, 상기 탄소나노튜브 사이를 바인딩하며, 전체 용액 대비 0.1wt% 내지 10wt%의 중량비를 가지는 무기졸과;
    상기 용매에 섞이는 것으로, 상기 용액이 균일하게 도포 되도록 하며, 전체 용액 대비 0.01wt% 내지 0.1wt%의 중량비를 가지는 첨가제;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 무기졸은 알루미나졸, 티타니아졸, 및 실리카졸 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 대전방지용액의 면저항은 105~1010Ω/□인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 바인더는, 전체 용액 대비 0.5wt% 내지 1.5wt%의 중량비를 가지는 불소 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 코팅막을 형성하는 탄소나노튜브 용액 조성물.
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