KR101237869B1 - 작업 스테이지 표면의 대전방지 처리 방법 및 표면이 대전방지된 작업 스테이지 - Google Patents

작업 스테이지 표면의 대전방지 처리 방법 및 표면이 대전방지된 작업 스테이지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법 및 표면이 대전방지된 작업 스테이지에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법은, 금속 소재의 작업 스테이지 표면을 아노다이징 처리하여, 복수의 산화표면 홀들을 형성시키는 단계와, 상기 각각의 산화표면 홀들 내에 탄소나노튜브를 삽입하는 단계와, 상기 탄소나노튜브를 경화시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브 경화 후에, 상기 작업 스테이지 표면을 봉공 처리하는 단계를 포함한다.

Description

작업 스테이지 표면의 대전방지 처리 방법 및 표면이 대전방지된 작업 스테이지{Method for manufacturing working stage with CNT antistatic treatment and the working stage with CNT antistatic treatment}
본 발명은 작업 스테이지 표면의 대전방지처리 방법 및 표면이 대전방지 처리된 작업 스테이지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조 장비, 디스플레이 장치, 및 테스트 장치 등의 대전방지가 필요한 작업 스테이지에 적용 가능한 스테이지 표면의 대전방지처리 방법 및 표면이 대전방지 처리된 작업 스테이지에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서 사용되는 작업 스테이지는 웨이퍼 기판이 안착되는 것으로 통상 금속 및 세라믹 재질로 제작된다. 상기 작업 스테이지를 사용하는 반도체 제조 장치에서, 핸들러가 웨이퍼 기판을 고정하여 상기 작업 스테이지로 이동시킨 이후, 상기 웨이퍼 기판을 작업 스테이지에 올려놓을 때 상기 작업 스테이지와 웨이퍼 기판 간에 마찰 정전기가 발생한다.
또한, FPD(Flat Panel Display)용 디스펜서(dispenser)에 사용되는 작업 스테이지는 통상 진공 방식으로 디스플레이 기판을 흡착한다. 이 경우의 작업 스테이지 또한 통상 금속성의 재질로 제작되며, 상기 디스플레이 기판이 작업 스테이지 상에 흡착될 때 또는 상기 흡착 고정되었던 디스플레이 기판이 작업 스테이지로부터 박리될 때, 상기 작업 스테이지에는 대전이 발생하여, 디스플레이 기판에 대전된다. 최근에는 디스플레이 기판이 대형화됨에 따라서 대전량이 증가되어서, 정전기 대전 문제가 커지는 경향이다.
상기 웨이퍼 기판 및 디스플레이 기판에는 반도체 소자 등의 복수의 전자부품들이 배치되어 있다. 따라서, 정전기가 발생하게 되면 상기 전자부품에 인가되어서 그 내부회로에 전달될 수 있다. 이는 결과적으로 전자부품의 신뢰성에 치명적인 손상을 주게 된다. 또한, 정전기의 대전으로 인하여 상기 기판에 파티클이 부착되거나, 기판을 리프트 업(lift up)시에 기판이 깨어지는 문제점이 있다.
종래에는 상기 정전기의 대전을 방지하기 위하여, 작업 스테이지에 이오나이저를 설치하여 대전 전위를 중화하도록 하였다. 그러나, 이 경우에는 리프트 업이 불가능하며 이오나이저의 이온풍이 도달하지 않고, 리프트 업이 되어도 중화가 필요한 곳에 이온풍이 도달하기 전에 방전 등의 트러블이 발생하는 등 작업 스테이지와 기판 사이에서 발생한 정전기가 순간적으로 일으키는 박리대전문제를 해결할 수 없다.
이런 문제점을 해결하기 위하여, 상기 작업 스테이지의 정전기 방지를 위하여 불소수지로 코팅(일명, 테프론 코팅)을 할 수 있다. 불소수지는 다른 물질과의 흡착에너지가 작고, 비점착성이 우수하며, 마찰계수가 작기 때문에, 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 테프론 코팅을 행함으로써, 상기 작업 스테이지의 정전기 발생을 방지하도록 하였다.
그러나, 상기 테프론 코팅 방법은 제조 비용이 상대적으로 많이 든다. 특히 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 낮아, 상기 불소로 이루어진 코팅막의 경도가 낮을 수 밖에 없어서 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 도전성 필러를 추가하여 대전 방지용의 면저항을 갖도록 하여야 하는데, 카본 블랙의 경우 구형으로서 분진이 발생한다는 문제점이 있고, 전도성 폴리머를 사용할 경우에는 내용제성이 약하고, 과량의 바인더를 사용하여야 하며, 박막 형성이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 불소의 낮은 경도를 보완하기 위해서 아노다이징 처리를 하는 경우는 이후에 별도의 코팅과정을 거쳐야 함으로써, 공정비가 증가하게 되고, 제조 시간이 증가하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 비롯한 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스테이지의 기판과 만나는 면에 정전기 발생을 최소화 시킴과 동시에, 그 제조 비용이 저감되고, 적절히 면저항을 조절할 수 있으며, 마찰계수가 낮고 내마모성이 향상된 스테이지 표면의 대전방지처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 공정이 간단하고, 신속한 공정작업이 이루어지는 작업 스테이지 표면의 대전방지처리 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법은, 금속 소재의 작업 스테이지 표면을 아노다이징 처리하여, 복수의 산화표면 홀들을 형성시키는 단계와, 상기 각각의 산화표면 홀들 내에 탄소나노튜브의 적어도 일부를 삽입하는 단계와, 상기 탄소나노튜브를 경화시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브 경화 후에, 상기 작업 스테이지 표면을 봉공 처리하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브를 상기 산화표면 홀 내에 삽입시키는 단계는, 상기 탄소나노튜브를 포함한 용액을 전해 흡착시킴으로써 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 탄소나노튜브를 상기 산화표면 홀 내에 삽입시키는 단계는, 상기 탄소나노튜브를 포함한 용액을 정전 도장시킴으로써 이루어질 수도 있다.
상기 작업 스테이지 표면은 106 내지 109 Ω/sq 의 면저항을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 작업 스테이지 표면에 산화표면 홀들을 형성시키는 단계에서, 상기 산화표면 홀 각각은 직경이 30nm 내지 900nm이고, 깊이가 100nm 내지 900nm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 각각의 산화표면 홀들 내에 탄소나노튜브를 삽입하는 단계 이전에, 상기 작업 스테이지 표면을 50℃ 내지 100℃의 온도로 20분 내지 1시간 예열하는 단계를 더 거칠 수가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법은, 금속 소재의 작업 스테이지 표면을 아노다이징 처리하여, 복수의 산화표면 홀들을 형성시키는 단계와, 상기 각각의 산화표면 홀들을 표면에 걸쳐지도록, 탄소나노튜브를 상기 아노다이징 처리된 작업 스테이지 표면에 코팅하는 단계와, 상기 탄소나노튜브를 경화시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브 경화 후에, 상기 작업 스테이지 표면을 봉공 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서의 표면이 대전방지된 작업 스테이지는, 양극산화 처리가 가능한 금속 소재로 이루어진 작업 스테이지 본체와, 상기 작업 스테이지 본체 표면에 형성된 것으로, 상기 금속 소재의 양극 산화물 및 탄소나노튜브가 혼재되어 이루어진 대전방지층과, 상기 대전방지층 표면에 형성된 보호층을 포함한다.
이 경우, 상기 양극산화물은, 직경이 30nm 내지 900nm이고, 깊이가 100nm 내지 900nm 복수의 산화표면 홀들을 포함하고, 상기 탄소나노튜브는 상기 산화표면 홀 내에 삽입될 수 있다.
또한, 상기 대전방지층은, 상기 탄소나노튜브와 양극 산화물이 혼재된 혼합층과, 상기 혼합층 표면 상면에 형성된 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브층을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 보호층은 베마이트와 탄소나노튜브의 혼합 소재로 이루어지고, 상기 대전방지층은, 베마이트 소재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브를 포함한 대전 방지 물질을 코팅함으로써 작업 스테이지의 정전기 발생이 저감되고, 마찰계수가 낮아지며, 내마모성이 우수하여 진다.
또한, 대전방지층 형성을 위하여 별도의 코팅 공정이 불필요하므로, 공정 비용이 저감되고, 공정 시간이 단축된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스테이지 표면의 대전방지처리방법의 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 스테이지 표면의 대전방지처리방법의 각 단계를 도시한 단면도로서, 도 2a는 작업 스테이지 표면에 산화표면 홀을 형성시키는 단계를 도시한 단면도이다.
도 2b는 상기 산화표면 홀들 내에 탄소나노튜브를 삽입시키는 단계를 도시한 단면도이다.
도 2c는 상기 탄소나노튜브를 경화시키는 단계를 도시한 단면도이다.
도 2d는 상기 작업 스테이지 표면을 봉공처리하는 단계를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 도 2b의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면이 대전방지된 작업 스테이지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면이 대전방지된 작업 스테이지를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 의한 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스테이지 표면의 대전방지처리 방법의 각 단계를 도시한 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스테이지 표면의 대전방지처리 방법은, 금속 소재의 작업 스테이지(10) 표면을 아노다이징 처리하여, 복수의 산화표면 홀(22)들을 형성시키는 단계(S10)와, 상기 각각의 산화표면 홀(22)들 내에 탄소나노튜브의 적어도 일부를 삽입하는 단계(S20)와, 상기 탄소나노튜브를 경화시키는 단계(S30)와, 상기 탄소나노튜브 경화 후에, 상기 작업 스테이지(10) 표면을 봉공 처리하는 단계(S40)를 포함한다.
각각의 단계를 도 2a 내지 도 2d를 참조하여, 상세히 설명하면, 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 금속 소재의 작업 스테이지(10) 표면을 아노다이징 처리하여, 복수의 산화표면 홀(22)들을 형성시키는 단계를 거친다.
작업 스테이지(10)는 베이스 프레임(미도시)의 상측에 장착된다. 상기 작업 스테이지(10)와 베이스 프레임은 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부품으로 서로 결합될 수 있다.
상기 작업 스테이지(10) 상에는 상기 작업 스테이지(10)와 대전 가능한, 예를 들어 전자부품을 포함하는 작업물이 안착된다. 상기 작업물의 일 예로 웨이퍼 기판이거나, 디스플레이용 유리 기판일 수 있다. 이 경우, 작업 스테이지(10)가 적용되는 장치로는, 상기 웨이퍼 기판이 안착되는 반도체 제조 장치이거나, 디스플레이용 유리 기판이 안착되는 디스펜서 등을 들 수 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 대전방지가 필요한 작업 스테이지(10)에는 모두 적용되는 것은 명확하다.
아노다이징 처리를 위한 가장 대표적인 금속 소재는 알루미늄(Al)이고, 그 외에 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 등의 금속소재에도 아노다이징 처리를 하고 있다. 최근에는 마그네슘과 티타늄 소재의 아노다이징 처리도 점차 그 용도가 늘어나는 추세이다. 따라서 본 발명의 금속 소재는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 및 티타늄(Ti) 소재 등일 수 있다.
본 발명에서는 알루미늄 합금을 예를 들어서 설명한다. 알루미늄 소재는 가벼우며, 일정 강도를 가지고 있으며, 가공성이 우수하다.
상기 작업 스테이지(10) 상면에 아노다이징(Anodizing) 처리를 한다. 아노다이징(Anodizing; 양극산화) 처리는 금속이나 부품 등을 양극에 걸고 희석-산의 전해액에서 전해하면, 양극에서 발생하는 산소에 의해서 소지금속과 대단한 밀착력을 가진 산화피막(20)(예를 들어, 산화알미늄: Al2O3)이 형성된다. 양극산화라고 하는 것은 양극(Anode)과 산화(Oxidizing)의 합성어(Ano-dizing)이다. 통상의 전기도금에서 금속부품을 음극에 걸고 도금하는 것과는 차이가 있다.
이 경우, 상기 알루미늄 소재의 작업스테이지 표면에 산화피막(20)을 처리하는 아노다이징(Anodizing on Aluminum Alloys)은 금속 표면에 산화 알루미늄(Al2O3)의 피막을 형성시키는 것으로, 알루미늄 부품을 전해액에서 양극으로 하고 통전(通電)하면 양극에 발생하는 산소에 의해서 알루미늄 표면이 산화되어 산화 알루미늄의 피막이 생긴다.
아노다이징 공정에서 사용되는 전해액은 여러 가지가 있으며, 예를 들어 수산화 나트륨 등의 수산과 황산이 사용될 수 있다.
아노다이징 처리로 인하여 형성된 산화피막(20)에는 복수의 산화표면 홀(22)들(기공들)이 형성된다.
상기 단계에서 수산화 나트륨의 농도를 20% 내지 50%로 하고, 공급 전압을 DC 5V 내지 200V로 하며, 공급 전류를 1 내지 5A로서, 10분 내지 200분 동안 통전시킬 수 있다.
상기 수산화나트륨의 농도, 공급 전압, 공급 전류 및 공급시간 등의 조건을 조절하면 상기 산화표면 홀(22)들의 크기(D)와 깊이(L)를 조절할 수 있다. 상기 산화표면 홀(22)들의 크기와 깊이에 따라서 대전방지 효과나, 내구성, 및 표면경도 조절이 가능하다.
상기 작업 스테이지(10) 표면에 산화표면 홀(22)들을 형성시키는 단계에서, 상기 산화표면 홀(22) 각각은 직경(D)이 30nm 내지 900nm이고, 깊이(L)가 100nm 내지 900nm인 것이 바람직하다. 그 이유는 직경(D)이 30nm 미만인 경우에는 탄소나노튜브의 삽입공정이 잘 이루어지지 않으며, 균일한 산화표면 홀 제작이 용이하지 않다. 또한, 상기 직경(D)이 900nm를 초과하는 경우에는 표면경도가 떨어지고, 평탄도 구현이 어렵다. 또한, 깊이(L)가 100nm 미만인 경우에는, 탄소나노튜브의 삽입이 원활히 이루어지지 않으며, 내구성과 면저항 균일도가 나빠지고, 그 깊이(L)가 900nm를 초과하는 경우에는 탄소나노튜브의 삽입이 깊이 충진 되지 않아서 내부 기포층을 가지게 되고, 표면경도 역시 낮아지게 되기 때문이다.
한편, 도시되지는 않으나, 상기 아노다이징 공정 전에 상기 아노다이징 공정을 위한 전처리 공정을 거치는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 전처리 공정으로는 탈지 공정, 중화 공정 등이 필요하며 각각의 공정 사이에 수세 공정을 더 거칠 수 있다.
상기 산화표면 홀(22)들을 형성시키는 단계 이후에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 산화표면 홀(22)들 내에 탄소나노튜브(30)를 삽입하는 단계를 거친다.
탄소나노튜브(30)(CNT, Carbon Nano Tube)는 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있고, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작아서 특유의 전기 화학적 특성을 나타낸다.
탄소나노튜브(30)는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성을 가진다. 이러한 탄소나노튜브(30)를 작업 스테이지에 얇은 도전막으로 형성하면 높은 전도성을 가지므로 정전기 방지효과가 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브(30)는 구형 형상이 아닌 튜브 형상으로 서로 네트웍을 구성하고 있기 때문에 분진 가능성이 적으며, 내습성이 우수하다.
상기 탄소나노튜브(30)로는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 다발형 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 탄소나노튜브(30)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 산화표면 홀(22) 내에 삽입될 뿐만 아니라, 상기 산화피막(20) 상면에도 코팅될 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브(30)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 산화표면 홀 내에만 삽입될 수도 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브(30)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 산화표면 홀 내에서 상측을 향하여 배향되도록 형성될 수도 있다.
또한, 도시되지는 않으나, 탄소나노튜브가 상기 산화표면 홀의 일부에만 삽입된 형상일 수도 있다.
한편, 상기 탄소나노튜브(30)는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 산화표면 홀 상측면에 매트릭스 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 탄소나노튜브(30)의 일부가 상기 산화피막 표면에 코팅됨으로써, 내마모성 및 도전성이 우수하게 되어서, 그 두께를 최소한으로 얇게 할 수 있다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브(30)는 분산제를 포함하는 탄소나노튜브 용액으로 코팅될 수 있다. 이 경우, 상기 분산제의 구체적인 예로서, 소듐 도데실 설페이트(SDS), 트리톤 X(Triton X)(Sigma사), Tween20(Polyoxyethyelene Sorbitan Monooleate), CTAB(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)를 들 수 있다.
상기 탄소나노튜브(30)의 면저항을 106~ 1010Ω/□가 되도록 조절할 수 있다. 상기 면저항이 스테이지에서 정전기 발생을 방지하기 위한 적절한 수준이다. 만약 그 면저항이 1010Ω/□를 초과하면, 전기 전도도가 우수하지 못하여 상기 스테이지 상의 정전기를 외부로 방출하는 효과가 작으며, 그 면저항이 106Ω/□ 미만이라면 그 자체의 전기 전도성이 너무 커서 인접하는 전자부품에 영향을 미칠 수 있다.
상기 탄소나노튜브 용액은 바인더(binder)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 바인더는 아크릴계, 우레탄계, 폴리에스테르계, 에폭시계, 폴리이미드계, 멜라민계, 전도성고분자계 또는 유무기 하이브리드계 바인더일 수 있다. 상기 바인더는 열경화형수지 혹은 광경화형 수지 일 수 있다.
상기 탄소나노튜브(30)를 상기 산화표면 홀(22) 내에 삽입시키는 단계는, 상기 탄소나노튜브(30)를 전해 흡착시킴으로써 이루어질 수 있다. 즉, 탄소나노튜브(30)를 양극으로 하고, 스테이지 산화 표면을 음극으로 하여서, CNT의 이온을 함유한 전해액 속에 넣고, 통전하여 전해 함으로써, 탄소나노튜브(30)가 상기 산화표면 홀(22) 및 상기 산화 표면에 전해 석출 될 수 있다.
상기 탄소나노튜브(30)를 상기 산화표면 홀(22) 내에 삽입시키는 단계는, 정전 도장을 통해서도 이루어질 수 있다. 즉, 탄소나노튜브 용액과, 작업 스테이지(10)의 산화표면에 서로 다른 전하를 부여하여서, 상기 탄소나노튜브 용액 입자를 전기 이동시킬 수 있다.
본 발명에서, 상기 탄소나노튜브(30)를 상기 산화표면 홀(22) 내에 삽입시키는 방법으로서 상기한 전해 흡착법이나, 정전 도장법에 한정되지 않으며, 스프레이 코팅 등의 공지된 기술로도 산화표면 홀(22) 내에 탄소나노튜브(30)를 삽입한다면 본 발명에 포함되는 것은 명확하다.
종래의 불소 소재의 대전방지용 코팅의 경우, 불소의 경도가 약하기 때문에 불소 코팅층의 두께가 두꺼워질 수 밖에 없다. 상기 두께로 인하여 대전방지 효과가 떨어지게 된다. 그러나, 본 발명의 경우에는 탄소나노튜브(30)가 상기 산화피막(20) 홀 내에 삽입되고 일부는 상기 산화피막(20) 표면에 코팅됨으로써, 내마모성 및 도전성이 우수하게 되어서, 그 두께를 최소한으로 얇게 할 수 있다.
상기 탄소나노튜브(30)를 상기 산화표면 홀(22)들에 삽입시키는 단계 이후에는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 탄소나노튜브(30)를 경화시키는 단계를 거친다. 상기 경화 단계는 상기 탄소나노튜브(30)가 작업 스테이지(10)의 산화표면 홀 내부 및 산화표면 상에 단단히 접착될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 경화 단계는 자외선 히터(IR heater) 혹은 드라이 히터(Dry heater)로 코팅 부위를 바인더의 종류에 따라 70℃ 내지 200℃가 되도록 가열하고, 이를 일정시간(예를 들어, 30분)동안 유지시킴으로써 이루어질 수 있다. 작업 스테이지(10)를 200℃ 이상 가열하는 경우에는 작업 스테이지(10)에 열 변형이 발생할 가능성이 있다. 예를 들어 디스펜서인 경우에는 작업 스테이지(10)가10㎛ 이상의 변형이 발생할 경우에는 작업에 문제가 발생하는데, 200℃ 이상 가열할 경우에 열 변형으로 인하여 10㎛ 이상의 스테이지의 변형이 발생하기 때문이다.
상기 탄소나노튜브(30) 경화 후에, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 작업 스테이지(10) 표면을 봉공 처리하여 보호층(40)을 형성시키는 단계를 거친다.
봉공처리라고 함은 산화표면 홀(22)들 및 산화피막(20)을 봉공하여, 내식성 등의 여러 성질을 향상시켜서 보호층을 형성하는 것이다. 상기 봉공 공정을 크게 나누면 비등수, 가압 증기에 의한 봉공 방법인 수화(水和) 봉공, 금속염을 포함한 열수(熱水)에 의한 봉공 방법인 금속염(金屬염) 봉공, 오일 등을 도포하거나 여기에 침적하는 방법인 유기물(有機物) 봉공, 양극산화 피막층의 표면에 도장하는 방법인 도장에 의한 봉공 등이 있다.
그 하나의 예로 수화 봉공 공정에 의하여 산화표면 홀들을 산화알루미늄 수화물로 채우게 된다. 이는 양극산화 처리에 의해 형성된 Al2O3가 베마이트로 변화하는 것으로서, Al2O3가 결정수를 포함하여서 그 체적이 팽창하여서 산화표면 홀(22)을 막음으로써 봉공되거나, 산화알루미늄이 산화된 Al2O3·H2O가 부피가 커져서 기공을 막을 수 있다.
한편 수화 봉공에 있어서 pH를 5.5 ~ 6.5 범위로 관리할 수 있는데, 이것은 베마이트 형성은 pH에 강하게 영향을 받기 때문이며, pH가 5.5 보다 낮으면 급격히 봉공도가 떨어지고 4이하에서 처리하는 것은 피해야 하기 때문이다.
한편, 상기 각각의 산화표면 홀(22)들 내에 탄소나노튜브(30)를 삽입하는 단계 이전에, 상기 작업 스테이지(10) 표면을 예열하는 단계를 더 거칠 수 있다.
상기 예열 단계는 상기 탄소나노튜브(30)의 코팅력을 우수하게 하기 위함으로써, 50℃ 내지 100℃의 온도로 20분 내지 1시간 예열함이 바람직한데, 이는 코팅면의 온도를 요구온도까지 빠르게 도달하도록 하고, 이로 인하여 코팅입자에 포함된 불필요한 바인더 및 분산제를 빠르게 제거하면서 코팅이 이루어지도록 하기 위함이다.
본 발명에 따르면 탄소나노튜브(30)를 작업 스테이지(10) 표면에 코팅함으로써 대전방지효과를 극대화 시킨다. 이와 더불어, 아노다이징 처리 및 봉공 처리에 의하여 탄소나노튜브(30)를 삽입시킨 상태에서 보호층(40)을 형성시킬 수 있음으로써, 우수한 내식성을 가진다. 또한, 대전방지효과를 가지기 위하여 별도의 코팅 공정을 하지 않아도 되므로 공정비용이 저감된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대전방지된 작업 스테이지(100)를 도시한 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 대전방지된 작업 스테이지(100)는 작업 스테이지 본체(110)와, 대전방지층(200)과, 보호층(40)을 포함한다.
작업 스테이지 본체(110)는 양극산화 처리가 가능한 금속 소재로 이루어진다. 따라서, 본 발명의 금속 소재는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 및 티타늄(Ti) 소재 중 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 상기 금속 소재로서는 알루미늄 합금이 보다 바람직하다.
대전방지층(200)은 상기 작업 스테이지 본체(110) 표면에 형성된 것으로, 상기 금속 소재의 양극산화물(120) 및 탄소나노튜브(30)가 혼재되어 이루어진다. 따라서, 금속 소재가 알루미늄이라면, 상기 금속 소재의 양극산화물(120)은 산화 알루미늄(Al2O3)일 수 있다. 탄소나노튜브(30)는 상기 양극산화물(120)에 혼재된다. 이 경우, 상기 대전방지층(200)이 106 내지 109 Ω/sq 의 면저항을 가지도록, 상기 탄소나노튜브(30)가 혼재되는 것이 바람직하다.
이를 위하여 상기 양극산화물(120)은 금속 소재를 양극산화 처리(아노다이징 처리)를 통하여 형성될 수 있다. 상기 양극산화 처리를 통하여, 상기 양극산화물로 이루어진 피막에는 다수의 기공(산화표면 홀)들이 형성될 수 있고, 상기 산화표면 홀(22; 도 2a 참조)에 상기 탄소나노튜브(30)가 삽입 배치됨으로써 혼재될 수 있다.
상기 산화표면 홀들의 크기와 깊이를 조절함으로써, 대전방지 효과나, 내구성, 및 표면경도 조절이 가능하다.
보호층(40)은 상기 대전방지층(200) 표면에 형성된다. 상기 보호층(40)은 탄소나노튜브(30) 및 양극산화물이 마모되는 것을 방지하고, 부착성을 좋게 하여 내식성을 향상시킨다.
이 경우 상기 보호층(40)은 베마이트 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 베마이트는 양극산화 처리에 의해 형성된 Al2O3가 변화하는 것으로서, Al2O3가 결정수를 포함하여서 그 체적이 팽창하여서 산화표면 홀(22, 도 2a 참조)을 막음으로써 봉공되거나, 산화알루미늄이 산화된 Al2O3·H2O가 부피가 커져서 상기 산화표면 홀을 막을 수 있다. 이에 따라서 상기 베마이트 소재는 탄소나노튜브(30) 및 양극산화물(120)과 함께, 상기 대전방지층(200)을 이룰 수도 있다.
상기 탄소나노튜브(30)는 상기 보호층(40)의 상측면 외측까지 돌출되도록 형성될 수도 있다. 이는 상기 보호층(40)의 두께가 수 내지 수백 nm이고, 상기 산화표면 홀 위에 배치된 탄소나노튜브의 두께는 수 내지 수백 μm일 수 있기 때문에, 상기 탄소나노튜브가 보호층 상에 돌출되도록 연장형성될 수도 있기 때문이다.
이에 따라서 본 발명에 따른 표면이 대전방지된 작업 스테이지(100)는 탄소나노튜브(30)를 이용하여 대전방지함으로써, 면저항을 낮출 수 있게 되어서 대전방지효과가 우수하다.
이와 더불어 탄소나노튜브(30)가 내식성이 우수한 양극산화물(120)과 혼재됨으로써, 내식성이 우수하게 된다.
도 5는 도 4의 변형예를 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 대전방지된 작업 스테이지(1000)는 작업 스테이지 본체(1100)와, 봉공처리층(1200)과, 대전방지층(1300)을 포함한다.
작업 스테이지 본체(1100)는 양극산화 처리가 가능한 금속 소재로 이루어진다. 따라서, 본 발명의 금속 소재는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 및 티타늄(Ti) 소재 중 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 상기 금속 소재로서는 알루미늄 합금이 보다 바람직하다.
봉공처리층(1200)은 상기 작업 스테이지 본체(1100) 상면에 형성된 것으로, 상기 금속 소재의 양극산화물(1210) 및 베마이트(1220) 소재로 이루어진다. 상기 양극산화 처리를 통하여, 상기 양극산화물로 이루어진 피막에는 다수의 기공(산화표면 홀)들이 형성될 수 있고, 상기 기공들에 봉공처리를 행하여서 베마이트를 형성시킬 수 있다.
상기 베마이트 소재는 양극산화 처리에 의해 형성된 Al2O3가 변화하는 것으로서, Al2O3가 결정수를 포함하여서 그 체적이 팽창하여서 산화표면 홀을 막음으로써 봉공되거나, 산화알루미늄이 산화된 Al2O3·H2O가 부피가 커져서 상기 산화표면 홀을 막을 수 있다.
대전방지층(1300)은 상기 봉공처리층(1200) 표면에 형성된 것으로, 상기 금속 소재의 봉공 처리 생성물(1320) 및 탄소나노튜브(1310)가 혼재되어 이루어진다. 따라서, 금속 소재가 알루미늄이라면, 봉공 처리 생성물은 상기 봉공처리층(1200)의 구성요소인 베마이트 소재로 이루어지는 것이 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.
10, 100, 1000: 작업 스테이지
20: 산화피막
22: 산화표면 홀
30: 탄소나노튜브
40: 보호층
110: 작업 스테이지 본체
200: 대전방지층

Claims (12)

  1. 금속 소재의 작업 스테이지 표면을 아노다이징 처리하여, 복수의 산화표면 홀들을 형성시키는 단계;
    상기 각각의 산화표면 홀들 내에 탄소나노튜브의 적어도 일부를 삽입하는 단계;
    상기 탄소나노튜브를 경화시키는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 경화 후에, 상기 작업 스테이지 표면을 봉공 처리하는 단계;
    를 포함하는 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브를 상기 산화표면 홀 내에 삽입시키는 단계는, 상기 탄소나노튜브를 포함한 용액을 전해 흡착시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브를 상기 산화표면 홀 내에 삽입시키는 단계는, 상기 탄소나노튜브를 포함한 용액을 정전 도장시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법.
  4. 금속 소재의 작업 스테이지 표면을 아노다이징 처리하여, 복수의 산화표면 홀들을 형성시키는 단계;
    상기 각각의 산화표면 홀을 덮도록, 탄소나노튜브를 상기 아노다이징 처리된 작업 스테이지 표면에 코팅하는 단계;
    상기 탄소나노튜브를 경화시키는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 경화 후에, 상기 작업 스테이지 표면을 봉공 처리하는 단계;
    를 포함하는 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 작업 스테이지 표면은 106 내지 109 Ω/sq 의 면저항을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 작업 스테이지 표면에 산화표면 홀들을 형성시키는 단계에서, 상기 산화표면 홀 각각은 직경이 30nm 내지 900nm이고, 깊이가 100nm 내지 900nm인 것을 특징으로 하는 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 각각의 산화표면 홀들 내에 탄소나노튜브를 삽입하는 단계 이전에, 상기 작업 스테이지 표면을 50℃ 내지 100℃의 온도로 20분 내지 1시간 예열하는 단계를 더 거치는 것을 특징으로 하는 금속 소재의 작업 스테이지 표면 대전방지처리 방법.
  8. 삭제
  9. 양극산화 처리가 가능한 금속 소재로 이루어진 작업 스테이지 본체;
    상기 작업 스테이지 표면에 형성된 것으로, 상기 작업 스테이지 본체를 이루는 금속이 양극 산화되어 이루어진 양극 산화물 및 탄소나노튜브가 혼재되어 이루어진 대전방지층; 및
    상기 대전방지층 표면에 형성된 보호층;을 포함하는 것으로,
    상기 양극산화물은, 직경이 30nm 내지 900nm이고, 깊이가 100nm 내지 900nm 복수의 산화표면 홀들을 포함하고,
    상기 탄소나노튜브는 상기 산화표면 홀 내에 삽입된 것을 특징으로 하는 표면이 대전방지된 작업 스테이지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 대전방지층은, 상기 탄소나노튜브와 양극산화물이 혼재된 혼합층과, 상기 혼합층 표면 상면에 형성된 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 대전방지된 작업 스테이지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 보호층은 베마이트 소재로 이루어지고,
    상기 대전방지층은 베마이트 소재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 대전방지된 작업 스테이지.
  12. 양극산화 처리가 가능한 금속 소재로 이루어진 작업 스테이지 본체;
    상기 작업 스테이지 표면에 형성된 것으로, 상기 작업 스테이지 본체를 이루는 금속 소재가 양극산화되어 이루어진 것으로 다수의 산화표면 홀을 가지는 양극 산화물 및 상기 산화표면 홀을 막는 베마이트 소재가 혼재되어 이루어진 봉공 처리층; 및
    상기 봉공 처리층 표면에 형성된 것으로, 탄소나노튜브 및 베마이트 소재가 혼재되어 이루어진 대전 방지층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 대전방지된 작업 스테이지.
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