KR20220062697A - 내부식성 및 절연특성이 우수한 알루미늄 합금 부재의 제조방법 및 표면처리된 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재의 표면에 내부식성 및 절연특성이 우수한 양극산화피막을 형성하는 방법 및 이 방법으로 제조된 양극산화 피막이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극산화 코팅층의 내부결함이 없이 고경도의 산화 피막이 형성되고, 내부식성 및 절연특성이 우수한 양극산화 피막의 형성 방법 및 이 방법으로 제조된 양극산화 피막이 코팅된 반도체 또는 디스플레이 제조 장치용 내부재에 관한 것이다.
Description
본 발명은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재의 표면에 내부식성 및 절연특성이 우수한 양극산화피막을 형성하는 방법 및 이 방법으로 제조된 양극산화 피막이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극산화 코팅층의 내부결함이 없이 고경도의 산화 피막이 형성되고, 내부식성 및 절연특성이 우수한 양극산화 피막의 형성 방법 및 이 방법으로 제조된 양극산화 피막이 코팅된 반도체 또는 디스플레이 제조장치용 내부재에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 기타 초미세 형상 구현을 위한 공정 분야에서 진공 플라즈마 장비가 널리 사용되고 있다. 진공 플라즈마 장비가 사용되는 예로서 기판 위에 플라즈마를 이용한 화학적 증착법으로 증착막을 형성하는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 장비, 물리적인 방법으로 증착막을 형성하는 스퍼터링 장비 그리고 기판 또는 기판 위의 코팅된 물질을 원하는 패턴으로 식각하기 위한 건식 식각 장비 등이 있으며, 진공 플라즈마 장비는 고온의 플라즈마를 이용하여 반도체 소자의 식각 또는 초미세 형상을 구현하게 된다. 따라서 진공 플라즈마 장비의 내부에서는 고온의 플라즈마가 발생하므로 챔버 및 그 내부 부품이 손상되며, 챔버 및 그 부품의 표면으로부터 특정 원소 및 오염 입자가 발생하여 챔버 내부를 오염시킬 가능성이 크다. 한편, 반도체 제조 장치에 사용되는 반응 가스로써, Cl, F, Br등의 할로겐 원소나 O, N, H, S, C 등의 원소를 포함하는 부식성의 가스가 도입되기 때문에 챔버 혹은 챔버 내의 부재들은 상기 가스들에 대한 내부식성이 요구되며, 반도체나 액정 제조 장치의 공정 중에는 할로겐계의 플라즈마도 발생하기 때문에 내플라즈마성 또한 요구된다. 뿐만 아니라, 반도체 에칭 공정 등 일부 챔버 내의 일부 부재들 중 고전압 전원부와 연결되어 절연특성이 취약할 경우 아킹이 발생되기 때문에 우수한 비전도성 또한 요구된다. 한편, 반도체 장비에 사용되는 재료로는 전도성, 제조의 용이성 및 합리적인 가격에서의 이용가능성 때문에 알루미늄이 주로 사용되고 있다. 그러나, 알루미늄은 염소, 불소 및 브롬과 같은 할로겐과 쉽게 반응하여 AlCl3, Al2Cl6, AlF3 또는 AlBr3를 생성한다. 알루미늄-불소 화합물은 처리 장치 부품의 표면으로부터 박리되어 부품 자체의 부식을 유발할 수 있으며, 처리 챔버(및 챔버내에 제조된 부품)의 미립자 오염원 역할을 할 수 있다. 또한, 알루미늄과 염소를 함유한 많은 화합물, 알루미늄과 브롬을 함유한 많은 화합물은 휘발성이 있으며, 반도체 처리 조건하에서 가스를 생성하고, 이들 가스는 알루미늄 기판을 떠나게 된다. 이로 인해 구조내에 공간이 형성되고, 상기 공간은 구조를 불안정하게 만들며 완전성에 문제가 있는 표면을 생성한다. 따라서 반도체 장치내에서 알루미늄 표면을 보호하는 바람직한 수단으로는 양극산화 알루미나 코팅방법이 있으며, 양극산화 처리법은 알루미늄 표면에 상대적으로 다공성인 알루미늄 산화물로 이루어진 일체형 코팅을 형성하는 전해 산화 공정이다. 양극산화 피막을 형성하는 방법으로는, 양극산화 피막을 형성할 때의 전해액을 저온으로 제어 하는 방법이나, 고전류 밀도로 전해(電解)하는 방법이 채용되어 있지만, 이들 방법으로 양극산화 피막을 형성하면, 양극산화 피막의 크랙의 발생을 증가시키는 방향이 되고, 또한 이들 방법에는 고에너지가 필요한 문제도 있었다. 양극산화 피막을 형성하는 방법의 종래기술로는, 일본등록특허공보 제4660760호(2011.01.14.)에서는 알코올을 첨가한 황산계 전해액을 이용하여 고경질의 양극산화 피막을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 상기 선행문헌은 양극산화 처리에 의한 전해액 중의 알코올의 농도 변화의 관리가 번잡해지는 문제가 있었다. 또한, 한국등록특허공보 제10-0664900호(2007.01.04.)에서는 황산에 수산을 소량 첨가한 전해액을 이용하여 양극산화 표면처리를 진행하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 상기 선행문헌은 반도체 제조장치에 50~60 ㎛의 산화 피막 두께를 얻기 위한 양극산화 처리 조건이지만, 원하는 두께의 피막을 형성하기 위해서는 높은 인가 전류를 가해야 하기 때문에 코팅층 내에 다수의 결함이 발생되고, 내부식성을 저하시키는 문제가 있었다. 따라서, 상기와 같은 기술개발에도 불구하고, 반도체 장치의 내부식성 및 절연특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재 반도체 장치의 표면처리 방법 개발의 필요성이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 주된 목적은 반도체 제조 공정 중에 사용되는 가스들에 대한 내부식성 및 절연특성이 우수한, 양극산화된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재의 제조방법 및 표면처리된 반도체 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극산화 피막이 그 표면상에 형성된, 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재의 산화피막 형성방법으로서, a) 황산, 수산 및 주석산을 혼합하여 전해액을 제조하는 단계 및 b) 상기 a) 단계에서 제조된 전해액을 이용하여 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재 표면에 양극산화피막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재의 산화피막 형성방법을 제공한다. 일 실시예에 따라, 상기 a) 단계에서 상기 황산, 수산 및 주석산의 함량은 중량비로서, 9 ~ 11 : 2.5 ~ 3.5 : 0.3 ~ 0.7일 수 있다. 또한 일 실시예에 따라, 상기 전해액의 농도는 1 내지 10 wt%일 수 있다. 또한 일 실시예에 따라, 상기 b) 단계에서 양극산화피막을 형성시 인가전류는 0.8 내지 1.7 A/dm2 이고, 전해액의 온도는 8 내지 22℃일 수 있다. 또한 일 실시예에 따라, 상기 양극산화피막 두께는 50 ㎛ 내지 60 ㎛일 수 있다. 한편, 본 발명은 상기 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재의 산화피막 형성방법으로 제조된 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재를 제공한다. 본 발명은 경도가 370 ~ 425 Hv, 내전압이 1500 ~ 2000 V인 양극산화피막이 코팅된 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재를 제공하며, 이는 내부식성이 120분 이상일 수 있다. 또한, 본 발명은 경도가 370 ~ 425 Hv, 내부식성이 120분 이상인 양극산화피막이 코팅된 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 내전압이 1500 ~ 2000 V, 내부식성이 120분 이상인 양극산화피막이 코팅된 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재를 제공할 수도 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재의 표면에 내부식성 및 절연특성이 우수한 양극산화피막을 형성하는 방법은 양극산화 코팅층 내부결함이 없이 50 ㎛ 이상의 코팅 두께를 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 반도체 제조 장치에 사용되는 가스들에 대한 내부식성이 우수하며, 반도체 제조 장치 챔버 내의 고전압에 대한 절연특성이 우수한 효과가 있다
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명은 양극산화 피막이 그 표면상에 형성된, 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재의 제조방법에 관한 것으로, a) 황산, 수산 및 주석산을 혼합하여 전해액을 제조하는 단계 및 b) 상기 a) 단계에서 제조된 전해액을 이용하여 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재 표면에 양극산화피막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다. 본 발명에 따른 양극산화 피막이 형성된 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재를 제조하기 위해서는 황산, 수산 및 주석산을 혼합한 전해액을 사용하며, 이는 종래의 황산, 수산, 유기물 등이 첨가된 혼합욕을 이용한 황산욕에 비해 낮은 인가전류를 사용해도 50 ㎛ 이상의 양극산화 피막을 형성할 수 있고, 상기 황산욕에 비해 낮은 인가 전류를 사용함으로써 양극산화 피막의 내부결함이 발생하지 않아 내부식성을 높일 수 있다. 또한, 수산, 주석산, 유기물 등이 첨가된 혼합욕을 이용한 수산욕은 황산욕과 달리 낮은 인가 전류를 가해 양극산화 피막 내부의 결함이 발생되지 않는 피막을 형성하여 높은 내부식성을 갖지만, 낮은 두께로 인해 경도 및 절연특성이 낮다. 반면에, 본 발명에서는 낮은 인가 전류를 사용하지만 50 ㎛이상의 두께의 코팅층을 형성할 수 있어, 종래의 양극산화 피막 형성방법에 비해 내부식성, 경도, 절연특성 등이 우수한 효과를 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 양극산화 피막이 형성된 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재는 황산, 수산, 주석산을 소정의 비율로 혼합하여 양극산화 피막을 형성하기 때문에 낮은 인가전류를 사용하여 50 ㎛이상의 두께의 코팅층을 형성하며, 상기 코팅층의 내부식성이 향상되어 제품 사용 수명이 연장될 수 있고, 절연특성이 우수하기 때문에 고전압 전원부에 연결되는 반도체 장치 또는 디스플레이 제조장치의 아킹 현상의 발생율을 줄일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라 상기 a) 단계에서 상기 황산, 수산 및 주석산의 함량은 중량비로서, 9 ~ 11 : 2.5 ~ 3.5 : 0.3 ~ 0.7이며, 상기 전해액의 농도는 1 내지 10 wt%일 수 있다. 여기서 황산, 수산 및 주석산이 상기 비율과 상이할 경우, 저전류에서 내식성 및 내전압 특성이 우수한 50 ㎛ 이상의 양극산화 피막을 코팅하기 어렵다. 황산의 함량이 상기 비율에 비해 많을 경우 50 ㎛이상 코팅하기 위해서는 고전류 및 낮은 전해액 온도가 필요하나 내부식성 특성이 저하될 수 있으며, 수산 및 주석산의 함량이 상기 비율에 비해 많을 경우 또한 저전류에서 50 ㎛ 이상의 양극산화 피막의 코팅이 어렵고, 내부식성이 우수한 코팅은 가능하나 내전압 및 경도가 저하될 수 있다. 한편, 상기 b) 단계에서 양극산화피막을 형성시 인가전류는 0.8 내지 1.7 A/dm2 이 바람직하고, 전해액의 온도는 8 내지 22℃일 수 있다. 여기서, 인가전류가 0.8 A/dm2 미만인 경우에는 50 ㎛ 이상의 코팅 두께 형성이 어렵고, 코팅층의 경도, 내전압 및 내부식성이 저하되고, 1.7 A/dm2를 초과한 경우에는 코팅층의 내전압 및 내부식성이 저하될 수 있다. 또한, 전해액의 온도가 8℃ 내지 22℃를 벗어난 경우에는 코팅층의 내전압 및 내부식성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 양극산화피막 두께는 50 ㎛ 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 50㎛ 내지 60 ㎛일 수 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재를 전해액에 침지하여 전류를 인가하면, 가장 먼저 기공이 없는 배리어(Barrier)층이 형성된다. 배리어층이 형성된 부재에 지속적으로 전류를 인가하면 기공이 있는 다공질층이 성장을 하게 되며, 이때 전해액과 접해있는 최상부 다공질층계면과 배리어층에서 전해액의 조성, 온도, 인가전류에 따라 성장 및 침식에 의한 다공질층의 기공 및 셀의 성장구조의 요인이 된다. 따라서, 본 발명은 종래기술에서 발생되는 문제점을 황산, 수산 및 주석산이 소정의 비율로 혼합된 전해액에서 산화 피막의 기공 및 셀을 결함 없이 성장시켜 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 우수한 내부식성 및 절연특성을 갖는 양극산화 피막을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 양극산화 피막이 그 표면상에 형성된, 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재의 제조방법으로 제조된 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재를 제공한다. 더불어, 본 발명에 의해서, 경도가 370 ~ 425 Hv, 내전압이 1500 ~ 2000 V인 양극산화피막이 코팅된 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재를 제조할 수 있으며, 이때 알루미늄이 포함된 부재의 내부 식성이 120분 이상일 수도 있다. 또한, 경도가 370 ~ 425 Hv, 내부식성이 120분 이상인 양극산화피막이 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 부재에 코팅될 수 있을 뿐만 아니라, 내전압이 1500 ~ 2000 V, 내부식성이 120분 이상인 양극산화피막이 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 부재에 코팅될 수도 있다.
Claims (1)
- 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재의 산화피막 형성방법에 있어서, a) 황산, 수산 및 주석산을 혼합하여 전해액을 제조하는 단계 및 b) 상기 a) 단계에서 제조된 전해액을 이용하여 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 부재 표면에 양극산화피막을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 또는 디스플레이 제조 장치의 알루미늄이 포함된 부재의 산화피막 형성방법.
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