KR101235350B1 - 금속 모재의 표면 처리 방법 - Google Patents

금속 모재의 표면 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 모재의 표면 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 금속 모재를 제1 전해액 내에서 1차 양극 산화 공정을 수행하여 제1 양극 산화 피막을 형성하고, 제2 전해액 내에서 2차 양극 산화 공정을 수행하여 제2 양극 산화 피막을 형성하는 단계를 포함하는 금속 모재의 표면 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명은 알루미늄 재질의 금속 모재 표면에 2차에 걸친 양극 산화 공정을 수행하여 양극 산화 피막을 형성하고, 상기 피막의 기공 특성을 제어함에 따라 금속의 내플라즈마성, 내열균열성 및 내부식성을 향상시킨다.

Description

금속 모재의 표면 처리 방법{SURFACE TREATMENT METHOD OF MOTHER METAL}
본 발명은 반도체 및 TFT-LCD 제조 장비의 진공 챔버 및 진공 챔버 내부에서 사용되는 히터 및 샤워헤드(디퓨져)와 같은 각종 부자재의 표면 처리에 사용하여 금속의 내플라즈마성, 내열균열성 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 금속 모재의 표면 처리 방법에 관한 것이다.
현재 반도체 및 TFT-LCD 공정의 기술 발달로 인해 각 공정은 극청정 공정 환경을 요구하게 되고, 공정 중 약간의 오염 물질의 발생으로 제품이 손상되어 발생하는 피해는 매우 크다. 이러한 공정에서 발생하는 오염물은 외부로부터 유입되어 들어오는 입자나 공정 순환 과정 중 역류해 들어오는 오염 입자들이 있다.
그러나 현재 가장 큰 오염물질 발생지는 공정에 사용되는 부품이다. 공정용 부품이 공정환경에 지속적으로 노출되면 표면이 손상이 되어 코팅막 또는 산화 피막이 파괴되어 아웃개싱(Outgassing) 또는 입자가 발생한다. 이에 진공 챔버 내 열악한 분위기 하에서 견딜 수 있도록 내플라즈마성과 내열균열성을 갖도록 알루미늄 부자재의 표면을 다양한 방식으로 처리하기 위한 기술들이 제안되고 있다.
미합중국특허 제5,641,375호는 알루미늄 챔버 벽의 플라즈마 부식 및 벽의 마모(wear)를 줄이기 위하여 양극 산화처리(anodized)를 수행하여 양극 산화 피막을 형성하는 기술을 제시하고 있다.
대한민국 특허공개 제2005-65497호는 0.5∼10% 농도의 구연산과 0.2∼10%의 옥살산으로 이루어진 전해액을 이용하여 알루미늄 합금의 표면에 산화 피막층을 형성하고, 상기 산화 피막층이 규칙적인 다공질 구조의 미세기공을 가진다고 언급하고 있다.
대한민국 특허등록 제10-081918호는 전자사진 감광용 알루미늄 드럼 제조시 황산 13∼17 중량%, 옥살산 0.01∼1 중량% 및 탈이온수로 이루어진 전해액을 이용하여 알루미늄 기재의 표면을 양극 산화를 수행하여 다공성 피막을 형성하여 물성 향상을 도모한 바 있다.
그러나 이러한 양극 산화 공정을 통해 형성된 산화 피막층은 자체 미세 기공에 의해 내플라즈마성이나 내열균열성을 어느 정도 확보가 가능하나 플라즈마 가스에 의한 부식으로 인한 피막 손상이라는 심각한 문제가 발생하였다.
미합중국특허 제5,641,375호 대한민국 특허공개 제2005-65497호 대한민국 특허등록 제10-081918호
본 발명은 내플라즈마성이나 내열균열성뿐만 아니라 내식성을 향상시켜 제품의 수명을 향상시킬 수 있는 금속 모재의 표면 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은
알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 금속 모재를 제1 전해액 내에서 1차 양극 산화 공정을 수행하여 제1 양극 산화 피막을 형성하고,
제2 전해액 내에서 2차 양극 산화 공정을 수행하여 제2 양극 산화 피막을 형성하는 단계를 포함하는 금속 모재의 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 알루미늄 재질의 금속 모재 표면에 2차에 걸친 양극 산화 공정을 수행하여 양극 산화 피막을 형성하고, 상기 피막의 기공 특성을 제어함에 따라 금속의 내플라즈마성, 내열균열성 및 내부식성을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 모재의 코팅방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 모재의 코팅방법을 보여주는 모식도이다.
도 3은 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(a)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(b)의 표면을 보여주는 SEM 사진이다(10만배율).
도 4 및 도 5는 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(a)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(b)의 내전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 실시예 1에서 제1 및 제2 양극 산화를 수행한 기판의 내화학 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 (a) reference, 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(b)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(c)의 내플라즈마 특성을 보여주는 SEM 사진이다.
도 8은 실시예 1에서 제1 및 제2 양극 산화를 수행한 기판의 내플라즈마 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 (a) reference, 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(b)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(c)의 내부식성 특성을 보여주는 SEM 사진이다.
도 10 및 도 11의 (a)는 실시예 1에서 얻어진 기판의 표면을, (b)는 비교예 1, (c)는 비교예 2에서 얻어진 기판의 표면을 보여준다.
도 4의 (a)는 실시예 1에서 얻어진 기판의 표면을, (b)는 비교예 1, (c)는 비교예 2에서 얻어진 기판의 표면을 보여주는 주사전자현미경 사진이다..
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 각 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 이때 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층의 "상"에 있다 라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제3의 층이 개재되어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 모재의 코팅방법을 보여주는 순서도이고, 도 2의 (a) 내지 (d)는 이의 모식도이다.
먼저, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 금속 모재(11)를 준비한다(도 2의 (a) 참조).
상기 금속 모재(11)는 탈지 공정, 수세 공정, 에칭 공정 및 전해 탈지 공정으로 이루어진 전처리 공정을 거친다.
먼저, 전처리 공정으로 금속 모재(11)를 피막이 잘 형성되도록 표면의 기름때를 없애기 위해 60∼80℃의 탈지액에 넣고 처리하는 탈지(Cleaning, Degreesing) 공정을 수행한 다음, 이어 탈지액 및 이물질을 제거하기 위해 공기교반, 강제대류, 온수 수세, 스프레이 수세 등 수세 공정을 수행한다.
다음으로, 표면적을 넓히기 위해 에칭(etching) 공정을 수행하고, 전해 탈지(electrocleaning)를 수행한다. 이러한 전처리 공정은 상기 공정 외에 초음파 인가와 같은 공지된 전처리 공정들이 추가 또는 대체 사용할 수 있다.
다음으로, 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 금속 모재(11)를 제1 전해액 내에서 1차 양극 산화 공정을 수행하여 제1 양극 산화 피막(13)을 형성한다(도 2의 (b) 참조).
양극 산화 공정은 알루미늄 재질의 금속 모재(11)를 양극(positive electrode)으로 하고, 이를 제1 전해액 용액에 침지한 후 전압을 인가하여 양극화(Anodization)가 발생하도록 한다.
이때 인가된 전압에 의해 금속 모재(11)가 표면에서부터 전기적으로 산화되어 상기 금속 모재(11)의 표면이 제1 양극 산화 피막(13)인 알루미늄 산화막(Al2O3)으로 전환된다. 이어 지속적으로 전압이 인가되면 금속 모재(11)에 대해 수직 방향으로 제1 양극 산화 피막(13)에 기공이 형성된다.
1차 양극 산화 공정에 사용되는 제1화 전해액은 15∼18 중량%의 황산 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
본 1차 양극 산화 공정시 전압은 0.1∼100V, 바람직하기로 10∼40V로 인가한다. 만약 상기 전압이 상기 범위 미만이면 충분한 양극 산화가 이루어지지 않거나 장시간 동안 양극 산화 공정을 수행하여야 하고, 반대로 상기 범위를 초과하면 급작스런 산화로 인해 형성된 양극 산화 피막의 미세 기공의 정렬도가 크게 저하되고 미세 기공의 크기 분포 또한 넓어지는 문제가 발생한다.
본 1차 양극 산화 공정의 온도는 -5∼100℃, 바람직하기로 25∼50℃에서 수행한다. 만약 온도가 상기 범위 미만이면 양극 산화 속도가 떨어지는 문제가 발생하고, 반대로 상기 범위를 초과하면 전해액의 농도가 달라져(물의 끓는점 근처) 불균일한 양극 산화 피막이 형성되는 문제가 발생한다.
또한, 본 1차 양극 산화 공정은 0.5∼5시간, 바람직하기로 1∼2시간 동안 수행한다. 만약 시간이 상기 범위 미만이면 시간이 짧아 충분한 양극 산화를 이룰 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과하면 과도한 양극 산화로 인해 양극 산화 피막 하부의 알루미늄 재질의 두께가 과도하게 줄어들어 제품 적용에 문제가 발생한다.
상기 양극 산화 공정의 조건은 미세 기공의 직경 및 정렬도, 양극 산화 피막의 두께 등의 여러 요인을 고려하여 상기 범위 내에서 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 충분히 변경 가능하다.
이렇게 형성된 제1 양극 산화 피막(13)은 비정형의 Al2O3 피막으로 다수의 미세 기공을 가진다.
상기 1차 양극 산화 공정 이후 후속의 공정을 위해 세척 공정을 수행한다.
다음으로, 상기 제1 양극 산화 피막(13)이 형성된 금속 모재(11)를 제2 전해액 내에서 2차 양극 산화 공정을 수행하여 제2 양극 산화 피막(15)을 형성한다(도 2의 (c) 참조).
본 발명에서는 2차에 걸친 양극 산화 공정을 수행함으로써 제1 양극 산화 피막(13)의 미세 기공수를 최소화하여 기공도가 낮은 제2 양극 산화 피막(15)을 형성한다. 상기 제2 양극 산화 피막(15)은 알루미늄 재질로 이루어진 금속 모재(11)의 내플라즈마성과 내열균열성을 향상시킬 뿐만 아니라 낮은 기공도로 인해 화학물질 또는 가스의 유입에 의한 부식을 억제하여 금속 모재(11)의 내부식성을 향상시키는 효과가 있다.
제2 양극 산화 피막(15)의 형성은 2차 양극 산화 공정에 의해 형성되는데(즉, 제1 양극 산화 피막이 전환), 이때 수행하는 공정 조건 중 전해액의 조성에 가장 큰 영향을 받는다.
본 발명의 실험예 1에 따르면, 전해액으로 본 발명에서 제시하는 전해액과 황산 또는 옥살산을 사용하여 양극 산화 피막을 형성한 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이 미세 기공의 직경 및 기공도, 특히 미세 기공의 수에서 큰 차이가 있음을 알 수 있다.
본 발명에서 사용하는 제2 전해액은 옥살산, 구연산, 포름산 및 붕산으로 이루어진 수용액을 사용하며, 바람직하기로 옥살산(5∼30g/l), 구연산(5∼30g/l), 포름산(5∼30g/l) 및 붕산(5∼30g/l), 더욱 바람직하기로 옥살산(15∼25g/l), 구연산(15∼25g/l), 포름산(15∼25g/l) 및 붕산(15∼25g/l)으로 이루어진 수용액인 것을 사용한다. 이러한 조성을 갖는 제2 전해액을 사용하여 2차 양극 산화 공정을 수행함에 따라 제1 양극 산화 피막(13)의 기공수를 현격히 줄일 수 있다.
본 2차 양극 산화 공정시 전압은 0.1∼100V, 바람직하기로 10∼40V로 인가한다. 만약 상기 전압이 상기 범위 미만이면 충분한 양극 산화가 이루어지지 않아 제1 양극 산화 피막(13) 상에 제2 양극 산화 피막(15)이 형성된 구조를 갖고, 반대로 상기 범위를 초과하면 급작스런 산화로 인해 제2 양극 산화 피막(15)의 미세 기공의 크기 및 기공도 제어가 용이하지 않다.
본 2차 양극 산화 공정의 온도는 -5∼100℃, 바람직하기로 25∼50℃에서 수행한다. 만약 온도가 상기 범위 미만이면 양극 산화 속도가 낮아 제2 양극 산화 피막으로의 전환이 너무 느리고, 반대로 상기 범위를 초과하면 전해액의 농도가 달라져(물의 끓는점 근처) 제2 양극 산화 피막(15)의 미세 기공의 크기 및 기공도 제어가 용이하지 않다.
또한, 본 2차 양극 산화 공정은 0.5∼5시간, 바람직하기로 1∼2시간 동안 수행한다. 만약 시간이 상기 범위 미만이면 시간이 짧아 충분한 2차 양극 산화 공정을 이룰 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과하면 과도한 양극 산화로 인해 제2 양극 산화 피막(15) 하부의 알루미늄 재질의 두께가 과도하게 줄어들어 제품 적용에 문제가 발생한다.
이와 같은 2차 양극 산화 공정의 조건은 제1 양극 산화 피막(13) 내 기공의 수를 최소화하고 기공의 직경을 줄여 내식성을 향상시키는 방향으로 각 조건을 고려하여 상기 범위 내에서 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 충분히 변경 가능하다.
이렇게 형성된 제2 양극 산화 피막(15)은 비정형의 Al2O3 피막으로 미세 기공이 거의 없어진다.
상기 2차 양극 산화 공정에 의해 제2 양극 산화 피막을 형성한 후 수세 공정 및 건조 공정을 수행한다.
추가로, 상기 2차 양극 산화 처리 후 실링 공정, 수세 공정 및 건조 공정으로 이루어진 후처리 공정을 수행한다.
상기 실링은 알루미늄의 봉공 처리를 위한 작업으로서, 농도 4∼6 g/ℓ, 온도는 85∼90℃의 고온으로 약 30분 동안 고온실링제(제품명 DN1508)에 침적시켜 실링막(미도시)을 형성한다.
상기 수세 및 건조는 통상적인 방법으로 수행한다.
상기한 단계를 거쳐 본 발명에 의해 금속 모재의 표면에 기공수가 현격히 줄어든 양극 산화 피막이 형성된다.
본 발명에 따른 금속 모재의 표면 처리는 반도체 및 TFT-LCD 제조 장비의 진공 챔버 및 그 내부에 사용하는 히터 및 샤워헤드(디퓨져)와 같은 각종 부자재의 표면 처리에 응용된다.
상기 부자재는 주로 그 재질이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어져 있는데, 이러한 부자재의 표면은 제2 양극 산화 피막으로 인해 내부식성, 내플라즈마성 및 내열균열성이 향상되는 효과가 있어 상기 언급한 장비의 수명을 증가시킨다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
알루미늄 기판을 공지의 방법으로 탈지, 수세, 에칭 및 전해 탈지를 수행하여 전처리를 하였다.
이어 15% 농도의 황산 수용액에 담근 후 이를 양극으로 하여 0.2A/㎠의 전류를 28℃에서 60분간 공급하여 제1 양극 산화 피막을 형성하였다.
얻어진 기판을 탈이온수로 깨끗이 수세한 후 옥살산(20g/l), 구연산(20g/l), 포름산(20g/l) 및 붕산(20g/l)을 포함하는 수용액에 담근 후, 이를 양극으로 하여 0.2A/㎠의 전류를 28℃에서 60분간 공급하여 제2 양극 산화 피막을 형성하였다.
이어 탈이온수로 깨끗이 수세한 후 5 g/l, 온도는 85℃에서 30분 동안 고온실링제(제품명 DN1508) 내 침지시켜 실링 공정을 수행하였다. 다시 탈이온수로 수세하고 상온에서 1시간 건조하였다.
실험예 1
본 발명에 따른 2차에 걸친 양극 산화 공정으로 처리된 기판의 물성 향상을 알아보기 위해, SEM 사진, 내전압 특성, 내화학 특성, 내플라즈마 특성 및 내부식성 시험을 수행하였고, 얻어진 결과를 하기에 나타내었다.
(1) SEM 사진 관찰
도 3은 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(a)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(b)의 표면을 보여주는 SEM 사진이다(10만배율).
도 3을 참조하면, 제1 양극 산화만을 수행한 경우 기공의 깊이와 분포도가 매우 컸지만, 추가 제2 양극 산화 처리를 한 결과 기공의 대부분 제거되었으며 기공의 형태만 남아있을 뿐 그 깊이가 깊지 않아 특성 면에서 매우 우수하다고 판단된다.
(2) 내전압 특성 분석
도 4 및 도 5는 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(a)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(b)의 내전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 양극 산화된 기판의 내전압 측정 결과 기공에 의한 절연 파괴가 제2 양극 산화된 기판에 비해 쉽게 일어남을 알 수 있다.
즉, 도 4를 참조하면, 황산 전해액을 이용하여 양극 산화를 수행한 경우 기판 표면에 존재하는 다수의 기공들로 인해 전기 절연 특성이 낮고, 본 발명에 의해 양극 산화를 수행한 경우 황산 전해액에 의해 형성된 기판의 기공이 거의 존재하지 않아 전기 절연 특성이 황산 전해액만을 사용한 경우에 비해 약 1.5~2 배 이상 향상된 수치를 나타낸다.
또한, 도 5는 실제 TFT-LCD 공정에서 사용되는 부품이 손상되었을 경우 나타내는 절연특성을 기준으로 하여 각 샘플에 동일한 공정영향을 주었을 경우 어떻게 변화하는지를 관찰하기 위해 측정한 실험결과이다. 도 5를 참조하면, 실제 황산 전해액을 사용하여 만든 부품의 경우 기존에 사용되던 부품과 마찬가지로 손상이 되었지만, 본 발명에 의해 제1, 2 양극 산화 공정을 수행한 경우 이러한 손상 기준점까지 미치지 않음을 알 수 있다.
(3) 내화학성 분석
도 6은 실시예 1에서 제1 및 제2 양극 산화를 수행한 기판의 내화학 특성을 보여주는 그래프이다. 내화학 실험은 용기에 순수 100% HCl 만 사용하여 발생한 HCl 가스로 산화 피막에 인위적인 손상을 가한 경우 나타난 결과를 관찰하였다. 이때 그래프의 맨 위에 있는 화살표는 실제 공정에서 사용하는 부품에서 샘플을 채취하여 평가를 한 결과이며, 가운데 화살표는 황산 전해액을 사용해 만든 샘플에 대한 실험 결과를, 마지막은 본 발명에 따른 제2 양극 산화를 수행한 결과를 보여준다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따라 제2 양극 산화를 수행한 경우 내화학 특성이 보다 더 향상됨을 알 수 있다.
(4) 내플라즈마성 분석
도 7은 (a) reference, 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(b)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(c)의 내플라즈마 특성을 보여주는 SEM 사진이다. 기판의 내플라즈마성은 PECVD 챔버에 주입한 후 380℃에서 NF3 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 SEM 사진기로 측정하였다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의해 제2 양극 산화를 수행하여 내플라즈마 특성이 보다 향상됨을 알 수 있다.
도 8은 실시예 1에서 제1 및 제2 양극 산화를 수행한 기판의 내플라즈마 특성을 보여주는 그래프이다. 구체적으로, TFT-LCD 공정에서 플라즈마에 의한 손상정도를 평가하기 위해 한 실험으로서, 도 8에서 맨 위에 화살표는 실제 공정에서 사용되던 부품에서 샘플을 채취하여 플라즈마 영향을 준 결과를 보여주고, 가운데 화살표는 황산 전해액을 사용한 경우, 마지막 화살표는 본 발명에 따른 제2 양극 산화를 수행한 경우의 특성을 보여준다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따라 제2 양극 산화를 수행한 경우 황산 전해액만을 사용한 경우보다 내플라즈마 특성이 훨씬 우수함을 알 수 있다.
(5) 내부식성 분석
도 9는 (a) reference, 실시예 1에서 제1 양극 산화를 수행한 기판(b)과 제2 양극 산화를 수행한 기판(c)의 내부식성 특성을 보여주는 SEM 사진이다. 기판의 내부식성은 기판을 HCl 10% 용액(25℃)에 침적한 기판의 표면을 SEM 사진기로 측정하였다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 의해 제2 양극 산화를 수행하여 내부식성 특성이 보다 향상됨을 알 수 있다.
실험예 2
양극 산화 공정시 전해액의 종류, 공정의 순서 및 공정 수에 따른 특성을 확인하기 위해 하기 표 1에 나타낸 바의 조성을 이용하여 알루미늄 기판의 표면 처리를 수행하였다. 전해액의 조성을 제외하고, 나머지 공정은 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
제1 전해액 (1차 양극 산화) 제2 전해액 (2차 양극 산화)
실시예 1 황산 옥살산/구연산/포름산/붕산
비교예 1 황산 황산
비교예 2 황산 옥살산
비교예 3 옥살산/구연산/포름산/붕산 황산
비교예 4 황산 -
비교예 5 옥살산/구연산/포름산/붕산 -
(1) SEM 사진 분석
상기 표 1의 조성으로 처리된 알루미늄 기판의 표면을 SEM으로 측정하였으며, 얻어진 결과를 도 10에 나타내었고, 이의 입체 모식도를 도 11에 나타내었다.
도 10 및 도 11의 (a)는 실시예 1에서 얻어진 기판의 표면을, (b)는 비교예 1, (c)는 비교예 2에서 얻어진 기판의 표면을 보여준다. 도 10 및 11을 참조하면, 황산으로만 양극 산화 처리한(비교예 1, b) 경우 비교적 큰 기공이 기판 상에 형성되었으며, 이어 옥살산으로 2차 양극 산화를 수행한 경우(비교예 2, c) 상기 기공이 줄어드는 경향을 보였다. 그러나 여전이 기판 상에 기공이 확인되었으며, 본 발명에 따라 옥살산/구연산/포름산/붕산으로 2차 양극 산화를 수행한 경우(실시예 1), 기판 상에 기공이 최소화됨을 확인하였다.
비록 첨부하지는 않았으나, 황산 및 옥살산 등으로 양극 산화를 수행한 비교예 3 및 비교예 4의 기판은 비교적 큰 기공이 형성되었으며, 비교예 5의 옥살산/구연산/포름산/붕산으로 1차 양극 산화를 수행한 경우 미세 기공이 형성됨을 확인하였다.
(2) 내열균열성 분석
기판의 내열균열성을 측정하기 위해 500 ℃로 가열 후 상온의 물에 냉각시키는 과정을 10번 수행한 후 주사전자현미경으로 표면을 측정하여 균열 정도를 확인하였고, 얻어진 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
균열
실시예 1 미발생
비교예 1 발생
비교예 2 발생
비교예 3 발생
비교예 4 발생
비교예 5 발생
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1의 기판을 제외하고, 비교예 1 내지 5의 기판의 경우 균열이 발생하였다.
(3) 내화학성 분석
기판의 내화학성을 측정하기 위해 HCl 10% 용액(25℃)에 침적한 후 시간에 따른 부식정도를 측정하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
부식
실시예 1 미발생
비교예 1 발생
비교예 2 발생
비교예 3 발생
비교예 4 발생
비교예 5 발생
상기 표 3을 참조하면, 실시예 1의 기판을 제외하고, 비교예 1 내지 5의 기판의 경우 부식이 발생하였다.
(4) 내플라즈마성 분석
기판의 내플라즈마성을 측정하기 위해 PECVD 챔버에 주입한 후 380℃에서 NF3 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 표면 손상 여부를 확인하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

24 시간 48 시간 96 시간
실시예 1 손상 없음 손상 없음 손상 없음
비교예 1 손상 없음 약간의 손상 약간의 손상
비교예 2 손상 없음 약간의 손상 약간의 손상
비교예 3 손상 없음 약간의 손상 심각한 손상
비교예 4 약간의 손상 심각한 손상 심각한 손상
비교예 5 약간의 손상 심각한 손상 심각한 손상
상기 표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 기판을 제외하고, 비교예 1 내지 5의 기판의 경우 손상이 발생하였다.
실험예 3
2차 양극 산화 공정의 공정 조건에 따른 특성을 확인하기 위해 하기 표 5에 나타낸 바의 조성을 이용하여 알루미늄 기판의 표면 처리를 수행하였다. 이때 하기 표 5를 제외한 나머지 공정은 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
제2 전해액 조성 전압 온도 시간
실시예 1 옥살산/구연산/포름산/붕산 5V 25 30초
비교예 6 옥살산/구연산/포름산/붕산 120V 10 30초
비교예 7 옥살산/구연산/포름산/붕산 5V -10 30초
비교예 8 옥살산/구연산/포름산/붕산 5V 25 10초
비교예 9 옥살산/구연산/포름산/붕산 50 50 6시간
비교예 10 옥살산/구연산/포름산/붕산
(고농도)		 5V 25 30초
(1) 내열균열성 분석
기판의 내열균열성을 측정하기 위해 500 ℃로 가열 후 상온의 물에 냉각시키는 과정을 10번 수행한 후 주사전자현미경으로 표면을 측정하여 균열 정도를 확인하였고, 얻어진 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
균열
실시예 1 미발생
비교예 6 발생
비교예 7 발생
비교예 8 발생
비교예 9 발생
비교예 10 발생
상기 표 6을 참조하면, 실시예 1의 기판을 제외하고, 비교예 6 내지 10의 기판의 경우 균열이 발생하였다.
(2) 내화학성 분석
기판의 내화학성을 측정하기 위해 HCl 10% 용액(25℃)에 침적한 후 시간에 따른 부식 정도를 측정하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
부식
실시예 1 미발생
비교예 6 발생
비교예 7 발생
비교예 8 발생
비교예 9 발생
비교예 10 발생
상기 표 7을 참조하면, 실시예 1의 기판을 제외하고, 비교예 6 내지 10의 기판의 경우 부식이 발생하였다.
(3) 내플라즈마성 분석
기판의 내플라즈마성을 측정하기 위해 PECVD 챔버에 주입한 후 380℃에서 NF3 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 표면 손상 여부를 확인하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 8에 나타내었다.

 24 시간 48 시간 96 시간
실시예 1 손상 없음 손상 없음 손상 없음
비교예 6 손상 없음 약간의 손상 약간의 손상
비교예 7 손상 없음 약간의 손상 약간의 손상
비교예 8 손상 없음 약간의 손상 심각한 손상
비교예 9 약간의 손상 심각한 손상 심각한 손상
비교예 10 약간의 손상 심각한 손상 심각한 손상
상기 표 8을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 기판을 제외하고, 비교예 6 내지 10의 기판의 경우 손상이 발생하였다.
본 발명에 따른 표면 처리 방법은 반도체 및 TFT-LCD 제조 장비의 진공 챔버 및 진공 챔버 내부에서 사용되는 히터 및 샤워헤드(디퓨져)와 같은 각종 부자재의 표면 처리에 응용된다.
11: 금속 모재 13: 제1 양극 산화 피막
15: 제2 양극 산화 피막

Claims (7)

  1. 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 금속 모재를 제1 전해액 내에서 1차 양극 산화 공정을 수행하여 제1 양극 산화 피막을 형성하고,
    제2 전해액 내에서 2차 양극 산화 공정을 수행하여 제2 양극 산화 피막을 형성하는 단계를 포함하고,
    이때 상기 제2 전해액은 옥살산(5∼30g/l), 구연산(5∼30g/l), 포름산(5∼30g/l) 및 붕산(5∼30g/l)으로 이루어진 수용액인 것인 금속 모재의 표면 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전해액은 15∼18% 농도(중량)의 황산 수용액인 것인 금속 모재의 표면 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 양극 산화 공정은 0.1∼100 V의 전압을 인가하고, -5∼100 ℃의 온도에서 0.5∼5 시간 동안 수행하는 것인 금속 모재의 표면 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 2차 양극 산화 공정은 0.1∼100 V의 전압을 인가하고, -5∼100 ℃의 온도에서 0.5∼5 시간 동안 수행하는 것인 금속 모재의 표면 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 1차 양극 산화 공정 전에 금속 모재를 탈지, 수세, 에칭 및 전해 탈지 공정으로 이루어지는 전처리를 수행하는 것인 금속 모재의 표면 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 2차 양극 산화 공정 후에 실링, 수세, 및 건조 공정으로 이루어지는 후처리를 수행하는 것인 금속 모재의 표면 처리 방법.
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