금속막 에칭 용액 및 이를 이용한 금속막 에칭 방법 document_id A220623071084

알루미늄을 포함하는 금속은 다양한 응용분야에 적용되고 있으며, 특히 알루미늄은 다른 금속에 비하여 가벼운 특성을 가지고 있으므로, 항공기, 선박,차량의 주요재료로 사용되고 전기의 양도체인 점을 이용하여 송전선을 만드는데 사용된다. 또한 산화가 잘 일어나지 않으므로 식품공업이나 식기류 등을 만들기도 하며 그 밖에도 페인트, 건축재료 및 원자재 등의 용도로 사용하기도 한다. 또한 잘 늘어나는 성질(연성)이 있어서 매우 얇게 만들 수 있으므로 주방용 호일이나 인쇄판, 고급포장용지, 통신장비, 반도체 및 컴퓨터의 전기, 전자부품, 레저용품 등을 만드는 등 다양하게 이용하고 있다. 이와 같은 알루미늄 및 알루미늄 합금(이하 알루미늄재라 한다)과 같은 금속재를 메탈 키패드 등에 적용하는 경우 제품의 형상에 대한 마스터 필름을 제작하여 소재에 접착시킨 후, 다시 노광 및 현상단계를 거쳐 패턴을 형성시키고, 다시 필요한 부분만 남기고 필요 없는 부분을 화학적 또는 물리적 반응으로 제거하는 에칭 공정이 진행된다. 즉, 금속 박막을 원하는 형상으로 패터닝하기 위해서는 에칭(식각) 공정이 필수적으로 수반되며, 종래의 알려진 에칭 공정은 일반적으로 플라즈마를 이용한 건식 에칭 기법과 에칭 용액을 사용하는 습식 에칭 기법으로 나누어진다. 상기 에칭 기법 중 습식 에칭 기법이 주로 사용되는데, 그 이유는 습식 에칭 기법이 생산성이 높고 공정비용이 저렴하기 때문이다. 특히 알루미늄의 경우 에칭 용액을 사용한 일반적인 습식 에칭 공정은 두 단계로 나뉘어지는데, 첫 번째 단계는 알루미늄의 표면에 알루미늄 금속을 보호하는 역할을 하는 수십 Å의 치밀한 산화막(Al2O3)을 용해시키는 단계이고, 이후 알루미늄 금속을 에칭하는 공정이 후속된다. 하지만, 얇고 치밀한 산화막 때문에 에칭용액의 종류 및 에칭 조건(농도, 온도, 시간)에 따른 에칭 특성이 달라지게 되므로, 최근에는 알루미늄 판재의 습식 에칭으로 알칼리 에칭이나 산 에칭 용액을 사용하는 단일 방법이 사용되기도 한다. 이러한 경우 균일하고 빠른 에칭 속도를 얻기 위해서는 에칭 용액 및 에칭 공정 조건의 확립이 요구되는데, 예를 들면 산 에칭 용액을 사용하는 경우 에칭 용액에 의해 표면에 접착된 필름이 녹거나 탈리되는 현상을 방지하기 위해 필름의 종류를 내산성이 있는 소재로 대체할 수 있지만, 이 경우 제조원가의 상승을 초래하여 경쟁력 저하를 야기시키게 된다. 상기 단일방법 중 최근 염화제2철(FeCl3)을 알루미늄 및 알루미늄 합금의 에칭 용액으로 사용하는 방법이 있다. 하지만, 염화제2철의 충분한 에칭 속도를 달성하기 위해서는 온도를 40℃이상으로 상승시켜야 하는데, 이 경우 플라스틱 배관 등에 변형 또는 손상을 일으키게 되어, 주기적인 배관 등의 유지, 보수가 요구되므로 생산 공정의 경제성을 떨어뜨리게 된다. 또한 충분한 에칭속도를 달성하기 위하여 과도한 양의 염화제2철을 사용하는 경우 반응 시 발생하는 반응열에 의한 급격한 온도 상승이 발생하여 생산 공정의 효율적인 제어가 불가능하다는 문제가 있다. 더 나아가, 염화제2철로부터 발생하는 염소이온은 알루미늄 산화막의 약한 부분을 파괴 용해시켜 피트(pit)를 만든 후 그 내부에 존재하면서 피트(pit)의 크기 및 형상을 변형시키지만, 산화막의 치밀한 부분은 전혀 파괴되지 않으므로 에칭 후 표면은 고밀도의 피트가 존재하는 거친 표면으로 변화하게 되고, 그 결과 표면의 균일도, 즉, 조도가 저하되는 문제가 있다. 더 나아가, 습식 에칭 공정의 등방성 에칭 특성에 따라 절단되는 두께면의 중앙부에는 표면으로부터 돌출된 금속(이하 버(bur)라 지칭한다)이 존재하게 된다. 에지(edge) 부분 또한 습식 에칭 공정의 등방성 에칭에 의하여 상당히 큰 곡률반경을 나타내는 원형 프로파일을 나타내게 되는데, 이러한 에지 프로파일은 다양한 문제, 예를 들면 장기 사용 시의 접착력 저하, 부식 등을 발생시키게 되므로, 낮은 곡률반경 및 버의 높이를 구현할 수 있는 에칭용액이 절실한 상황이다.