KR101290539B1 - 아노다이징 필름 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LCD 장비 부품의 공정에서 기존의 고온 실링 공정이나 고온 봉공 공정에서 발생하는 크랙이나 보이드를 억제할 수 있는 아노다이징 필름 제조 공정 기술에 관한 것으로, 기존의 아노다이징 필름층 표면에 실링하는 공정이나 홀하는 공정을 배제하고, 아노다이징 필름층에 직접 박막의 세라믹 코팅층을 형성하여 LCD 장비 부품에 대한 공정 중 발생할 수 있는 크랙의 발생을 억제하고, CVD, 드라이 에칭 공정 중에 발생할 수 있는 아킹 방전을 억제하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 크랙이나 보이드를 억제함으로써, LCD 장비 부품의 제조 공정에서 내부식성을 향상시킬 수 있고, CVD 또는 드라이 에칭 공정에서 내플라즈마성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해, 공정을 마친 LCD 장비 부품의 수명이 길어지는 장점이 있다.

Description

아노다이징 필름 제조 방법{Method of anodizing film fabrication process}

본 발명은 LCD 공정 중 CVD, 드라이 에칭 공정에 적용되는 제품의 아노다이징 필름층에 대한 내부식성을 향상시키기 위한 기술이다.

더욱 상세하게는, 기존의 아노다이징 필름층 표면에 실링하는 공정이나 홀하는 공정을 배제하고, 아노다이징 필름층에 직접 박막의 세라믹 코팅층을 형성하여 LCD 공정 중 발생할 수 있는 크랙의 발생을 억제하고, CVD, 드라이 에칭 공정 중에 발생할 수 있는 아킹 방전을 억제할 수 있는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 TFT-LCD 제조 공정에 있어서 CVD 공정에 의해 형성된 박막(SiNx Film)을 드라이 에칭하는 파트(Upper Electrode)는 드라이 에칭 공정에서 중요한 역할(Flow Gas 분배, Uniformity Etch)을 한다.

이 파트(Upper Electrode)는 알루미늄의 표면에 미세 홀을 가공하는 아노다이징 처리에 사용되고 있다. 그런데, 아노다이징 필름(Anodizing Film) 특성상 고온 공정으로 진행되는 아노다이징 공정 중에 마이크로 크랙, 코너부의 보이드(void)를 생성하게 되므로 아노다이징 공정 중에도 마이크로 크랙, 코너부의 보이드로 인한 파티클의 발생을 수반한다. 또한, 이러한 마이크로 크랙이나 코너부의 보이드는 플라즈마 발생 환경인 CVD, 드라이 에칭 공정 중에 아킹(arcing) 발생의 원인이 되기도 한다.

위와 같은 문제들을 방지하기 위하여 최근에 [도 1] 내지 [도 6]에서 보는 바와 같이, 아노다이징 필름층을 형성하는 과정에서 생성되는 홀을 실링(sealing)하는 봉공 기술이 개시되었다. 그러나, 이와 같은 봉공 처리 방식은 100~120℃ 정도의 높은 온도에서 공정이 진행되므로 아노다이징 필름층 내에서 마이크로 크랙 부분의 크랙이 심화되는 문제를 야기하고 오히려 LCD 장비 부품의 수명을 단축하게 되는 단점이 있다.

좀더 상세하게 살펴보면, [도 1]은 일반적인 아노다이징 필름층을 확대하여 도시한 예시도이고, [도 2]는 일반적인 아노다이징 필름층의 단면을 확대하여 도시한 예시도이다. [도 1]과 [도 2]는 모재(10)의 표면에 아노다이징 과정을 거쳐 아노다이징 필름층(20)을 형성하고, 아노다이징 필름층(20)에 홀(21)이 형성됨을 나타낸다.

그리고, [도 3]은 [도 2]의 홀에 실링을 거친 예시도로서, 아노다이징 필름층(20) 표면의 홀(21)에 스팀 실링 또는 금속염 실링을 수행하여 아노다이징 필름층(21)의 표면과 홀(21)의 내벽에 수화물 염(22)이 달라붙은 형상을 나타낸다. 이어서, [도 4] 내지 [도 6]은 [도 3]으로부터 순차적인 후처리 공정을 나타낸 예시도를 나타낸다. 이와 같은 공정은 고온 환경에서 이루어지므로 봉공된 홀(21)과 홀(21)을 잇는 배리어(barrior)와 아노다이징 필름층(20)의 표면에 크랙의 발생을 야기하는 문제가 있다.

한편, [도 8]은 일반적인 아노다이징 필름층을 촬영한 전자현미경 사진이다. [도 8]을 참조하면, 아노다이징 필름층(20)의 표면 모서리에 보이드가 형성되고, 보이드가 형성된 모서리의 상하방향으로 크랙이 발생하는 문제가 있음을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 LCD 장비 부품의 공정에서 기존의 고온 실링 공정이나 고온 봉공 공정에서 종래로부터 발생해왔던 크랙이나 보이드를 억제할 수 있는 아노다이징 필름 제조 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아노다이징 필름 제조 방법은, (a) NaOH 용액을 도포하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 모재의 표면을 에칭하는 단계; (b) 모재의 표면에 다수의 홀을 갖는 아노다이징 필름층을 형성하는 단계; (c) 아노다이징 필름층의 표면에 졸 상태의 세라믹을 분사하여 세라믹 필름층을 형성하는 단계; (d) 고열의 퍼니스 내에서 세라믹 필름층을 겔 상태로 경화시키는 단계;를 포함하여 구성된다.

이때, 단계 (a)와 단계 (b) 사이에, 모재의 표면에 잔존하는 NaOH 용액을 제거하는 제 1 린싱 단계; 모재의 표면에 HNO3을 도포하여 모재에 잔존하는 스멋을 제거하는 디스멋 단계; 모재의 표면에 잔존하는 HNO₃를 제거하는 제 2 린싱 단계;를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.

단계 (b)에서의 아노다이징 필름층은 모재를 전해질 수용액인 H₂SO₄에 담가 양극 산화를 거쳐 성형되는 것이 바람직하고, 단계 (b)와 단계 (c) 사이에, 고압세척기를 이용하여 아노다이징 필름층에 형성된 홀 내에 잔존하는 전해질 수용액인 H₂SO₄를 제거하는 단계; 아노다이징 필름층에 형성된 홀 내에 잔존하는 수분을 제거하는 열처리 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 열처리 단계와 단계 (c) 사이에, 아노다이징 필름층의 표면에 이소프로필 알코올을 도포하여 아노다이징 필름층 표면의 파티클을 제거하는 제 1 클린징 단계를 더 포함하여 구성됨이 바람직하고, 단계 (d) 이후에, 세라믹 필름층의 표면에 이소프로필 알코올을 도포하여 세라믹 필름층 표면의 파티클을 제거하는 제 2 클린징 단계를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.

본 발명에 따른 아노다이징 필름 제조 방법은,

(1) LCD 장비 부품의 공정에서 기존의 고온 실링 공정이나 고온 봉공 공정에서 발생하는 크랙이나 보이드를 억제할 수 있는 장점이 있다.

(2) 크랙이나 보이드를 억제함으로써, LCD 장비 부품의 제조 공정에서 내부식성을 향상시킬 수 있고, CVD 또는 드라이 에칭 공정에서 내플라즈마성을 향상시킬 수 있다.

(3) 내부식성의 향상과 내플라즈마성의 향상으로 공정을 마친 LCD 장비 부품의 수명이 길어지는 장점이 있고, 이로 인한 PM(Preventive maintenance)주기 연장으로 비용절감의 장점도 있다.

(4) 크랙이나 보이드의 생성을 억제함으로써 크랙이나 보이드 생성시 발생될 수 있는 파티클을 차단할 수 있다.

(5) 모재에 아노다이징 필름층을 형성하는 과정에서 모재의 표면에 제 1 린싱, 디스멋, 제 2 린싱 과정을 거쳐 효율적인 화학적 반응으로 아노다이징 필름층을 구현할 수 있다. 또한, 아노다이징 필름층에 세라믹 필름층을 코팅하는 과정에서 아노다이징 필름층 표면의 이물과 수분을 완전히 제거하는 과정을 거쳐 여기서도 효율적인 화학적 반응으로 결합을 수행할 수 있다. 이와 같은 장점은 레이어(층)간 결합을 위한 물리적인 충격으로부터 발생할 수 있는 제품의 변형을 원천적으로 차단하면서 정교한 내부식성을 향상시킬 수 있다.

[도 1]은 일반적인 아노다이징 필름층을 확대하여 도시한 예시도.
[도 2]는 일반적인 아노다이징 필름층의 단면을 확대하여 도시한 예시도.
[도 3]은 [도 2]의 홀에 실링을 거친 예시도.
[도 4] 내지 [도 6]은 순차적인 후처리 공정을 나타낸 예시도.
[도 7]은 일반적인 아노다이징 필름층을 촬영한 전자현미경 사진
[도 8]은 본 발명에 따라 제조된 아노다이징 필름의 단면을 개략적으로 도시한 예시도.
[도 9]는 본 발명에 따른 아노다이징 필름 제조 공정 과정을 도시한 순서도.

[도 1]은 일반적인 아노다이징 필름층을 확대하여 도시한 예시도이고, [도 2]는 일반적인 아노다이징 필름층의 단면을 확대하여 도시한 예시도이다. [도 1]과 [도 2]를 참조하여 아노다이징(Anodizing)의 일반적인 개념에 대해 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 아노다이징은 수화 상태의 양극 산화(Anodic Oxide) 방식으로 이루어지는데, 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어진 모재(10)의 표면을 양극 산화시킴으로써 새로운 레이어를 형성하는 과정을 말한다. 이때, 양극 산화로 모재(10)의 표면에는 다수의 홀(21)이 형성된 레이어로서 아노다이징 필름층(20)을 구현한다.

이와 같이, 양극 산화로 모재(10)의 표면에 다수의 홀(21)을 갖는 아노다이징 필름층(20)이 형성된 상태에서 아노다이징 필름층(20)의 표면에 세라믹 필름층(30)을 도포함으로써 내부식성과 내플라즈마성을 향상시키는 기술이 본 발명의 핵심이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, [도 8]은 본 발명에 따라 제조된 아노다이징 필름의 단면을 개략적으로 도시한 예시도를 나타낸다. [도 8]을 참조하면, 모재(10)의 표면에 다수의 홀(21)이 형성된 아노다이징 필름층(20)을 구현하는 과정은 기존의 과정과 사실상 동일하다. 그러나, 본 발명에서는 종래기술에서의 아노다이징 필름층(20)에 실링을 하거나 홀(21)을 실링하는 봉공 처리 공정을 배제하고, 아노다이징 필름층(20)에 바로 세라믹 필름층(30)을 정교하게 코팅함으로써 LCD 제조 공정에서 부품의 내부식성을 향상시키고, 동시에 CVD 공정이나 드라이 에칭 공정에서 내플라즈마성을 향상시킬 수 있다.

[도 9]는 본 발명에 따른 아노다이징 필름 제조 공정 과정을 도시한 순서도이다. [도 9]를 참조하여 아노다이징 필름 제조 공정 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

S100 : 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 모재의 표면에 NaOH 용액을 도포하여 에칭을 수행한다. 이와 같은 애칭 과정에서 모재 표면의 이물을 1차적으로 제거한다.

S110, S120, S130 : 이어서, 모재의 표면에 에칭 과정 중에 도포되어 잔존하는 NaOH 용액을 제거하는 제 1 린싱 과정을 거친다. 그리고 나서, 모재 표면의 잔존 스멋(smut)을 제거하는 디스멋(de-smut) 과정을 거치는데, 바람직하게는 HNO₃을 모재의 표면에 도포한 후 스멋을 씻어낸다. 이때, 디스멋 과정을 거친 후 모재의 표면에는 HNO₃의 잔존물이 남게 되는데, 아노다이징 필름층을 형성하기 전에 이러한 이물이 남지 않도록 제거함이 중요하다. 즉, 수화 상태의 양극 산화를 양호하게 하기 위함이다.

S140 : 이와 같이 모재의 표면에 있는 이물을 완전히 제거한 후, 모재 표면에 다수의 홀을 갖는 아노다이징 필름층을 형성한다. 아노다이징 필름층은 전해질 수용액을 이용한 양극 산화를 거쳐 산화알루미늄으로 이루어지는데, 이때의 전해질은 아노다이징이 가능하도록 바람직하게는 H₂SO₄를 채용할 수 있다.

S150, S160 : 이어서, 수화 상태의 양극 산화 과정에서 아노다이징 필름층에 형성된 홀에는 전해질 수용액인 H₂SO₄ 잔존물이 남게 되는데, 이후 아노다이징 필름층에 도포될 세라믹 필름층과의 미세한 이격공간을 없애고 아노다이징 필름층에 대한 세라믹 필름층의 정교하고 견고한 코팅이 가능하도록 아노다이징 필름층의 홀의 H₂SO₄ 잔존물을 완전히 제거한다. 바람직하게는 300bar 이상의 압력을 갖는 고압세척기를 이용하여 전해질 수용액인 H₂SO₄ 잔존물을 완전히 제거한다.

그리고, 고압세척기를 이용한 세척 과정으로 H₂SO₄ 잔존물은 완전히 제거되어도 홀에는 일정한 수분이 남아 있을 수 있는데, 아노다이징 필름층에 대한 세라믹 필름층의 견고한 코팅이 가능하도록 열처리(baking)를 통해 홀의 수분을 완전히 제거한다.

S170, S180 : 이어서, 아노다이징의 필름층 표면에 휘발성 알코올(이소프로필 알코올)을 도포하여 아노다이징 필름층 표면의 파티클을 제거하는 제 1 클린징 과정을 거친다. 그리고, 졸(sol) 상태의 세라믹(SiO₄)을 고압의 스프레이로 분사하여 세라믹 필름층을 형성한다. 위와 같은 과정을 거침으로써 아노다이징 필름층과 세라믹 필름층 사이에는 미세한 공극도 발생하지 않고 정교하게 일체로 밀착 결합된다.

S190 : 아노다이징 필름층에 세라믹 필름층을 도포한 후에 세라믹 필름층을 겔(gel) 상태로 경화시킨다. 세라믹 필름층을 겔 상태로 경화시키기 위해서는 세라믹 필름층에 분사되는 졸 상태의 세라믹 성분 함량을 조정할 수도 있고, 경화시키는 시간이나 공정온도를 조정할 수도 있다. 세라믹 필름층을 겔 상태로 경화시키는 적정온도는 대략 150℃ 정도가 바람직하다.

S200 : 세라믹 필름층을 경화시킴으로써 아노다이징 필름에 표면에 세라믹 필름층이 일체로 정교하게 코팅된 상태에서 세라믹 필름층의 표면에 휘발성 알코올(이소프로필 알코올)을 도포하여 세라믹 필름층 표면의 파티클을 제거하는 제 2 클린징 과정을 거친다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 모재에 아노다이징 필름층을 형성하는 과정에서 모재의 표면에 제 1 린싱, 디스멋, 제 2 린싱 과정을 거쳐 효율적인 화학적 반응으로 모재에 아노다이징 필름층을 형성할 수 있다. 또한, 아노다이징 필름층에 세라믹 필름층을 코팅하는 과정에서 아노다이징 필름층 표면의 이물과 수분을 완전히 제거하는 과정을 거쳐 여기서도 효율적인 화학적 반응으로 결합을 수행할 수 있다. 이와 같은 장점은 레이어(층)간 결합을 위한 물리적인 충격으로부터 발생할 수 있는 제품의 변형을 원천적으로 차단하면서 정교한 내부식성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예가 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

10 : 모재
20 : 아노다이징 필름층
21 : 홀
22 : 수화물 염
30 : 세라믹 필름층

Claims (6)

1. (a) NaOH 용액을 도포하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 모재 표면의 이물을 제거하는 에칭 단계;
   상기 모재의 표면에 잔존하는 NaOH 용액을 제거하는 제 1 린싱 단계;
   상기 모재의 표면에 HNO₃을 도포하여 상기 모재에 잔존하는 스멋을 제거하는 디스멋 단계;
   상기 모재의 표면에 잔존하는 HNO₃를 제거하는 제 2 린싱 단계;
   (b) 상기 모재의 표면에 다수의 홀을 갖는 아노다이징 필름층을 형성하는 단계;
   (c) 상기 아노다이징 필름층의 표면에 졸 상태의 세라믹을 분사하여 세라믹 필름층을 형성하는 단계;
   (d) 고열의 퍼니스 내에서 상기 세라믹 필름층을 겔 상태로 경화시키는 단계;
   를 포함하여 구성되는 아노다이징 필름 제조 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계 (b)에서,
   상기 아노다이징 필름층은 상기 모재를 전해질 수용액에 담가 양극 산화를 거쳐 성형되는 특징으로 하는 아노다이징 필름 제조 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 단계 (b)와 상기 단계 (c) 사이에,
   고압세척기를 이용하여 상기 아노다이징 필름층에 형성된 상기 홀 내에 잔존하는 상기 전해질 수용액을 제거하는 단계;
   상기 아노다이징 필름층에 형성된 상기 홀 내에 잔존하는 수분을 제거하는 열처리 단계;
   를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 아노다이징 필름 제조 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 열처리 단계와 상기 단계 (c) 사이에,
   상기 아노다이징 필름층의 표면에 이소프로필 알코올을 도포하여 상기 아노다이징 필름층 표면의 파티클을 제거하는 제 1 클린징 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아노다이징 필름 제조 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 단계 (d) 이후,
   상기 세라믹 필름층의 표면에 이소프로필 알코올을 도포하여 상기 세라믹 필름층 표면의 파티클을 제거하는 제 2 클린징 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아노다이징 필름 제조 방법.

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