KR20050065911A - Metal preparations and processing method of a coating film thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용사재와 이를 이용한 용사 피막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 및/또는 LCD 제조용 박막 증착 공정에 있어서 증착막을 손쉽게 제거하고 모재 부식을 방지할 수 있는 용사막 처리 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal spraying material and a method for forming a thermal spray coating using the same, and more particularly, to a thermal spraying treatment technology capable of easily removing a deposition film and preventing a base material corrosion in a thin film deposition process for semiconductor and / or LCD manufacturing.
본 발명은 구리 및 구리합금을 용사재로 사용하여, 플레임 용사 공법, 아크 용사 공법, 또는 플라즈마 용사법을 이용하여 용사함으로써, 용사 피막을 빠른 속도(∼ 0.1mm/min)로 처리할 수 있으며, 피처리체의 치수 제한없이 모재 변형을 주지 않고 용사 형성을 가능하게 하며, 세정 시간을 상당히(2배 이상) 단축하는 장점이 있다.In the present invention, the thermal spray coating can be treated at a high speed (˜0.1 mm / min) by using copper and a copper alloy as a thermal spraying material, and thermal spraying using a flame spraying method, an arc spraying method, or a plasma spraying method. It is possible to form a spray without deforming the base material without restricting the size of the rib, and has an advantage of significantly reducing the cleaning time (more than twice).
Description
본 발명은 용사재와 이를 이용한 용사 피막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 및/또는 LCD 제조용 박막 증착 공정에 있어서 증착막을 손쉽게 제거하고 모재 부식을 방지할 수 있는 용사막 처리 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal spraying material and a method for forming a thermal spray coating using the same, and more particularly, to a thermal spraying treatment technology capable of easily removing a deposition film and preventing a base material corrosion in a thin film deposition process for semiconductor and / or LCD manufacturing.
반도체 및 LCD 제조 공정에 있어서 스퍼터(sputter) 또는 기타 화학 기상 증착(CVD) 등의 방식으로 박막을 형성하게 되는데, 모재 위에 직접 증착막을 형성하는 경우에는 형성된 증착막을 제거하고자 할 경우에 쉽게 제거되지 않으며, 세정 시간이 길어지고 모재가 부식되는 기술적 결함이 있다.In the semiconductor and LCD manufacturing process, a thin film is formed by sputtering or other chemical vapor deposition (CVD). In the case of forming a deposited film directly on a base material, it is not easily removed when the formed deposited film is to be removed. In addition, there is a technical defect that the cleaning time is long and the base metal is corroded.
도1은 종래 기술에 따라 모재(5) 위에 증착막을 직접 형성한 경우를 나타낸 단면도이다. 전술한 문제점을 해결하기 위하여 용사 피막이 사용된다. 도2는 종래 기술에 따라 증착막(10) 형성 이전에 용사 피막(20)을 형성함으로써 세정 단계에서 세정 시간을 단축하는 특징을 나타낸 도면이다. 금속 분말을 모재 위에 용사하는 종래 기술로서 가스식 용사 방법과 전기식 용사 방법이 있다.1 is a cross-sectional view showing a case where a deposition film is directly formed on a base material 5 according to the prior art. A thermal spray coating is used to solve the above problem. 2 is a view showing a feature of reducing the cleaning time in the cleaning step by forming the thermal spray coating 20 before the deposition film 10 in accordance with the prior art. As a conventional technique of spraying a metal powder on a base material, there are a gas spray method and an electric spray method.
가스식 용사법의 대표적 종래 기술로서, 용선식 플레임 용사 방법이 있는데, 산소-아세틸렌 또는 산소-프로판 등에 의해 연소 불꽃(flame) 속에서 와이어 상태의 용사 재료를 연속적으로 송급 용융시켜 진행되며, 용사 재료로서 아연, 알루미늄과 같은 정융점 재료에서 탄소강, 스테인레스강, 몰리브덴에 이르기까지 와이어 상태로 가공 가능한 금속 재료는 용사가 가능하다.As a representative conventional technique of the gas spraying method, there is a molten flame spraying method, which proceeds by continuously supplying and melting a wire spraying material in a combustion flame by oxygen-acetylene or oxygen-propane, and the like as a spraying material. Metallic materials that can be processed in a wire state from melting point materials such as aluminum to carbon steel, stainless steel, and molybdenum can be sprayed.
그런데, 종래 기술에 따라 알루미늄 와이어를 이용하여 용사 과정을 진행하는 경우 세정 시간이 여전히 장시간( ∼ 40시간 이상)이 걸리는 기술적 문제가 있다.By the way, when the thermal spraying process using an aluminum wire according to the prior art there is a technical problem that the cleaning time still takes a long time (-40 hours or more).
따라서, 본 발명의 목적은 모재에 증착막을 손쉽게 제거하고 세정 시간을 단축할 수 있는 새로운 용사 기술을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a new thermal spraying technology that can easily remove the deposited film on the base material and shorten the cleaning time.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모재 표면에 구리 또는 구리합금을 용사재로 하여 용사 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 용사 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a thermal spraying method, characterized in that the thermal spraying coating on the surface of the base material to form a thermal spray coating using copper or copper alloy.
이하에서는, 첨부 도면 도3 내지 도4를 참조하여 본 발명에 따른 용사재 및 용사 방법을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 용사재는 구리(Cu) 또는 구리합금을 사용하는 것을 특징으로 한다.Hereinafter, the thermal spraying material and the thermal spraying method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 4. The thermal spraying material according to the present invention is characterized by using copper (Cu) or a copper alloy.
도3은 본 발명에 따른 구리합금 용사재의 조성비의 양호한 실시예를 나타낸 도표이다. 도3을 참조하면, 본 발명은 용사재로서 구리(Cu) 또는 구리의 합금이 이용될 수 있으며, 구리합금의 실시예로서 알루미늄(Al)(1 ∼ 50％), 철(Fe)(1 ∼ 50％), 아연(Zn)(1 ∼ 60％), 주석(Sn)(0 ∼ 10％), 망간(Mn)(0 ∼ 10％), 실리콘( Si)(0 ∼ 10％), 니켈(Ni)(0 ∼ 20％)이 사용될 수 있다.3 is a diagram showing a preferred embodiment of the composition ratio of the copper alloy thermal spraying material according to the present invention. Referring to FIG. 3, the present invention may use copper (Cu) or an alloy of copper as a thermal spraying material, and include aluminum (Al) (1-50%) and iron (Fe) (1∼) as examples of the copper alloy. 50%), zinc (Zn) (1 to 60%), tin (Sn) (0 to 10%), manganese (Mn) (0 to 10%), silicon (Si) (0 to 10%), nickel ( Ni) (0-20%) can be used.
본 발명에 따른 용사 공정은 플레임 용사법, 아크 용사법, 플라즈마 용사법이 적용될 수 있으며, 이하에서는 상세히 설명한다. 즉, 플레임 용사법은 산소-아세틸렌 또는 산소-프로판 등에 의한 연소 불꽃에서 와이어 상태의 용사 재료(구리 또는 구리합금)를 송급 용융시켜 용사한다.The spraying process according to the present invention may be applied to the flame spraying method, arc spraying method, plasma spraying method, will be described in detail below. That is, the flame spraying method sprays and sprays the thermal spraying material (copper or copper alloy) of the wire state from the combustion flame by oxygen-acetylene, oxygen-propane, etc.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 지름이 2.0 ∼ 5.0mm 정도가 되게 구리 또는 전술한 구리합금을 봉으로 가공한 산화물 세라믹을 산소-아세틸렌 불꽃 중에서 연속적으로 공급하여 용융시켜 압축 공기에 의해 미립화한 용융입자의 투사로 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 완전히 용융된 재료만 용사되므로 용사 피막은 미용융입자를 포함한 입자간의 결합력이 높은 장점이 있다.In still another embodiment of the present invention, molten copper or the above-described oxide ceramic processed with a rod of copper alloy so as to have a diameter of about 2.0 to 5.0 mm is continuously supplied in an oxygen-acetylene flame and melted to be atomized by compressed air. It can be formed by projection of particles. In the embodiment of the present invention, since only the completely molten material is thermally sprayed, the thermal spray coating has a high bonding strength between particles including unmelted particles.
본 발명에 따른 구리 또는 구리합금을 용사시키는 또 다른 실시예로서 분말식 플레임 용사법이 채용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 산소-아세틸렌 또는 산소-프로판 불꽃에 구리 또는 구리합금 분말 상의 용사재를 투입하여 플레임 중에 용융시켜 연소가스 속도에 의해 가속된 용융 분말을 모재에 충돌시켜 성형할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예는 대부분의 구리 금속 합금 서밋(cermet) 등 용사가 가능하다.As another embodiment of the thermal spraying of copper or copper alloy according to the present invention, a powder flame spraying method may be employed. In the embodiment of the present invention, a spray material on a copper or copper alloy powder is injected into an oxygen-acetylene or oxygen-propane flame and melted in a flame to impart a molten powder accelerated by a combustion gas velocity to a base material. As a result, embodiments of the present invention are capable of thermal spraying of most copper metal alloy cermets and the like.
본 발명에 따른 구리 또는 구리합금의 용사재료 분말을 고속화 비행을 통해 강한 충격력을 실현시켜, 치밀하고 밀착력이 강한 용사 피막을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 구리 또는 구리합금을 용사하는 또 다른 실시예로서, 산소-프로필렌, 산소-수소, 산소-등유, 공기-등유 등을 이용하여 고온 연소가스를 가늘고 긴 노즐(nozzle) 속으로 통과시켜 고속류를 만든다.The spray material powder of copper or copper alloy according to the present invention can realize a strong impact force through a high-speed flight, it is possible to obtain a compact and strong spray coating. That is, as another embodiment of the thermal spraying copper or copper alloy according to the present invention, by using oxygen-propylene, oxygen-hydrogen, oxygen-kerosene, air-kerosene, etc., the hot combustion gas into an elongated nozzle Pass through to create a high velocity flow.
이어서, 구리 또는 구리합금 용사 분말은 노즐 속으로 용융되어 고속 가스와 합류하여 가속된다. 그 결과, 음속을 초과한 고속류를 모재에 충돌시켜 용사 피막이 형성된다.The copper or copper alloy spray powder is then melted into the nozzle and joined with the high velocity gas to accelerate. As a result, the high speed | flow exceeding the sound velocity collides with a base material, and a thermal sprayed coating is formed.
본 발명에 따른 또 다른 실시예로서 아크(arc) 용사법이 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 구리 또는 구리합금으로 제작된 금속 와이어에 아크 방전(전기 스퍼터)을 발생시켜서, 이 방전 에너지에 의해 구리 또는 구리합금의 와이어를 용융시켜, 용융 속도에 맞추어 와이어를 송급함으로써 압축 공기에 의해 용융 금속을 미립화시켜 모재에 연속적으로 성형할 수 있다.As another embodiment according to the present invention, arc spraying may be applied. That is, arc discharge (electric sputter) is generated in a metal wire made of copper or a copper alloy according to the present invention, the copper or copper alloy wire is melted by this discharge energy, and the wire is fed in accordance with the melting rate. The molten metal can be atomized by air and continuously formed in the base metal.
본 발명의 실시예는 전술한 플레임 용사 공정법에 비하여 용사 능력이 크고, 용사 재료가 고온으로 충분히 용융되므로 모재에 대한 밀착성이 뛰어난 장점이 있다. 본 발명에 따른 구리 또는 구리합금을 용사하는 공정에서, 바람직한 용사 거리는 5 ∼ 500mm로 할 수 있으며, 용사 조건은 대기 용사 또는 VPS 용사를 실시할 수 있다. 본 발명에 따른 구리 또는 구리합금 용사 피막 두께의 양호한 실시예로서, 그 두께를 10 ∼ 500㎛으로 할 수 있다.Embodiment of the present invention has the advantage of greater spraying capacity than the flame spraying process described above, and because the thermal spraying material is sufficiently melted at a high temperature, excellent adhesion to the base material. In the process of spraying copper or copper alloy according to the present invention, the preferred spraying distance may be 5 to 500 mm, and the spraying conditions may be air spraying or VPS spraying. As a preferable example of the copper or copper alloy sprayed coating thickness which concerns on this invention, the thickness can be 10-500 micrometers.
도4는 본 발명에 따른 구리 또는 구리합금을 용사재로 사용한 경우와 종래 기술을 대비한 도면이다. 도4를 참조하면, 본 발명에 따른 구리(55 ∼ 99.9％) 또는 구리합금을 사용한 경우 세정 시간이 약 2배 이상 경감됨을 알 수 있다.4 is a view comparing the prior art and the case of using the copper or copper alloy according to the invention as a thermal spraying material. Referring to Figure 4, it can be seen that when using the copper (55 to 99.9%) or the copper alloy according to the present invention the cleaning time is reduced by about twice or more.
도5는 본 발명에 따른 용사 재료 형태의 양호한 실시예를 나타낸 도면이다. 도5를 참조하면, 프레임용 와이어의 경우에는 직경을 2 ∼ 5mm로 하고 아크용 와이어의 경우 1 ∼ 4mm의 직경을 갖도록 하는 것이 바람직히다. 또한, 분말용 재료의 경우에는 직경을 0 ∼ 80㎛로 하는 것이 바람직하다.5 shows a preferred embodiment of a spray material form according to the present invention. Referring to Fig. 5, the diameter of the frame wire is preferably 2 to 5 mm, and the arc wire is preferably 1 to 4 mm in diameter. Moreover, in the case of powder material, it is preferable to make diameter into 0-80 micrometer.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention to better understand the claims of the invention which will be described later. Additional features and advantages that make up the claims of the present invention will be described below. It should be appreciated by those skilled in the art that the conception and specific embodiments of the invention disclosed may be readily used as a basis for designing or modifying other structures for carrying out similar purposes to the invention.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.In addition, the inventive concepts and embodiments disclosed herein may be used by those skilled in the art as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention. In addition, such modifications or altered equivalent structures by those skilled in the art may be variously changed, substituted, and changed without departing from the spirit or scope of the invention described in the claims.
이상과 같이, 본 발명은 구리 및 구리합금을 용사재로 사용하여, 플레임 용사 공법, 아크 용사 공법, 또는 플라즈마 용사법을 이용하여 용사함으로써, 용사 피막을 빠른 속도(∼ 0.1mm/min)로 처리할 수 있으며, 피처리체의 치수 제한없이 모재 변형을 주지 않고 용사 형성을 가능하게 하며, 세정 시간을 상당히(2배 이상) 단축하는 장점이 있다. As described above, in the present invention, the thermal spray coating can be treated at a high speed (˜0.1 mm / min) by using copper and a copper alloy as a thermal spraying material, and thermal spraying using a flame spraying method, an arc spraying method, or a plasma spraying method. It is possible to form a spray without deformation of the base material without limiting the size of the workpiece, and has an advantage of significantly (more than two times) shortening the cleaning time.
도1은 종래 기술에 따라 모재 위에 증착막을 직접 형성한 경우를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a case where a deposition film is directly formed on a base material according to the prior art.
도2는 종래 기술에 따라 증착막 형성 이전에 용사 피막을 형성함으로써 세정 단계에서 세정 시간을 단축하는 특징을 나타낸 도면.2 is a view showing a feature of shortening the cleaning time in the cleaning step by forming a thermal spray coating before the deposition film formation according to the prior art.
도3은 본 발명에 따른 구리합금 용사재의 조성비의 양호한 실시예를 나타낸 도표.Figure 3 is a diagram showing a preferred embodiment of the composition ratio of the copper alloy thermal spraying material according to the present invention.
도4는 본 발명에 따른 구리 또는 구리합금을 용사재로 사용한 경우와 종래 기술을 대비한 도면.4 is a view comparing the prior art and the case of using copper or copper alloy according to the invention as a spray material.
도5는 본 발명에 따른 용사 재료 형태의 양호한 실시예를 나타낸 도면.5 shows a preferred embodiment of a spray material form according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
5 : 모재5: base material
10 : 증착막10: vapor deposition film
20 : 용사피막20: thermal spray coating
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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