표면처리기술사 제90회 기출문제

진공기술이 발전함에 따라 다양한 산업분야에서 진공기술이 적용되고 있다. 이 때 진공기술에서 평균자유행정(mean free path) 개념이 중요하다. 평균자유행정에 대한 정의를 쓰고, 진공압력과 평균자유행정과의 관계식을 설명하시오.

최근 고진공 영역 ( < 1torr )을 형성하는 진공 pump 로 산업계에서 가장 많이 사용되고 있는 진공 pump 인 cryogenic pump 와 turbo-molecular pump 의 장단점을 비교 설명하시오.

박막의 밀도, 밀착력 및 표면조도를 향상하기 위해 PVD 공법의 경우에는 ion gun 을 많이 적용하고 있다. 대표적인 ion gun 인 kafmann gun 과 end-hall gun 의 장단점을 각각 2 가지 이상을 비교 설명하시오.

Oxide 나 nitride 계 박막(예; SnO2, TiN)을 약 100nm 정도 성막한 후 깊이방향 (depth-profile)으로 각 원소의 분포 분석이 가능한 표면분석 기술이 있다. 대표적인 분석장치가 무엇인지 쓰고, 분석원리를 간단히 설명하시오.

진공박막증착이나 침탄, 질화 등 표면처리를 위하여 가스가 많이 사용된다. 이러한 공정가스를 저장하는 가스용기는 관리를 위하여 색깔을 달리하여 구분한다. 산소가스, 질소가스, 수소가스의 가스용기 색상에 대하여 설명하시오.

진공공정을 이용하여 박막이 증착될 때 기체상에서 기판표면으로 원자나 분자가 이동하여 박막을 형성하는 과정에는 표면확산, 박막성장, 흡착, 표면경계층 확산, 핵생성 등이 포함된다. 이러한 과정을 순서대로 나열하고 박막이 형성되는 과정을 설명하시오.

스퍼터링 공정에서 각 금속의 스퍼터율은 상이하다. 500eV 의 Ar 이온충격에 의해 금속인 Cu, Al, Ag, Ti 를 스퍼터링할 때 스퍼터율이 큰 금속부터 순서대로 나열하시오.

박막의 형성상 및 우선성장방위를 측정하는 방법으로 XRD(X-ray diffraction)법을 사용한다. 시료에 주사된 X-ray 가 결정에 의하여 회절되어 회절패턴을 형성한다. 회절패턴이 형성되는 조건인 Bragg's law 에 대하여 설명하시오.

염산(HCl)이 0.1M 일때의 pH 값을 구하시오. (단, 수소이온의 활동도계수와 농도는 같다고 가정한다.)

Zn, Mg, Ni, Ag 을 이온화경향이 가장 큰 금속부터 순서대로 쓰시오.

니켈도금액 건욕시 사용되는 황산니켈(NiSO4·6H2O)이 300g/L 라면, 이 중 니켈의 양을 구하시오. (단, Ni 의 분자량은 59, S 는 32, O 는 16, H 는 1 이다.)

전기를 전혀 사용하지 않고 있는 상태에서 철 시편을 황산동도금용액에 침적하였을 때 철 표면에 동이 석출된다. 이 현상을 무엇이라 하는지 쓰시오.

화성처리(化成處理, Chemical Conversion Treatment)에 대하여 설명하고, 화성처리의 종류를 2 가지 이상 쓰시오.

PVD 공법 중 가장 많이 이용되고 스퍼터링법에서 metal target 을 활용하여 oxide 계 박막을 만들기 위해서는 반응성 gas 를 이용한 reactive 스퍼터링법을 이용하여야 한다. 이 때 plasma power 가 일정하다고 할 때, reactive gas 의 공급량에 따라 metallic mode 와 reactive mode 로 나누어지는데, 이 관계를 reactive gas 공급량을 기준으로 deposition rate 와 연관하여 그래프를 도시한 후 왜 이런 현상이 발생하는지 설명하시오.

최근 display 사업에서 OLED(organic light emitting display)가 각광을 받고 있다. OLED 의 경우에는 유기물질을 진공증착기술을 이용하여 유기층을 정밀하게 제어하여 기판에 증착을 하고 있다. 이 때 증착되는 유기물을 정밀하게 제어하는 방법에 대해 간단히 도식한 후 설명하시오. 또, 진공증착의 경우에는 증착 flux 가 중요한데, 이 때 증착원의 모양이 깊고 좁아질수록(lobe-shaped vapor clouds) 증착 flux 분포가 어떻게 변화되는지 간단히 도시한 후 설명하시오.

진공도를 측정하는 진공게이지 중 열전대(thermocouple)게이지와 고온음극이온(hot cathode ion)게이지에 대하여 각각 설명하시오.

플라즈마는 중성입자와 전하를 띤 입자들이 집단 행동하는 준 중성 기체로 정의된다. 플라즈마의 이온화율을 식으로 쓰고, 이온화율을 높이기 위한 방법을 예를 들어 설명하시오. 또한 마그네트론 스퍼터링과 활성이온식각공정에 사용되는 플라즈마의 이온화율 범위를 비교 설명하시오. (단, 이온화율은 α, 이온입자밀도는 ni, 중성입자밀도는 n 으로 표시한다.)

스테인리스강은 질산수용액에서 부동태 구간이 잘 나타난다. 부동태에 대하여 설명하고, 분극곡선에서 어떻게 나타나는지 구간을 표시하시오.

니켈도금액(Watt 욕)에서 5A 로 1 시간 흘렸을 때의 전기량(쿨롱)을 구하고, 음극면적이 2 10cm 일 때의 도금두께를 구하시오. (단, 도금두께가 일정하다고 가정하며, faraday 상수는 96500 coulomb, Ni 의 분자량은 59, 밀도는 9g/cm 이다.)

LCD 구동을 위해서는 AM-TFT(active matrix thin film transistor)를 채택하고 있다. 이 경우 TFT 를 형성하기 위해 반도체층으로 a-Si:H (수소화처리된 비정질 실리콘)을 PECVD 로 형성하고 있다. 왜 thermal CVD 대신 PECVD 를 채택하고 있는지 설명하시오. 그리고 반도체 산업에서는 최근 고유전율 물질 적용을 위해 ALD (atomic layer deposition)를 연구하고 있는데, ALD 와 CVD 기술의 장단점을 비교 설명하시오.

경박단소화되는 부품소재산업의 경우 최근 반도체 공정기술이 많이 적용되고 있다. 특히 patterning 공정에서 중요한 공정으로 식각(etching)공정이 있다. 이 etching 공정은 dry etching 과 wet etching 으로 크게 나누어진다. 각각의 경우 etching 하는 과정을 도시하고, dry etching 의 우수한 점을 wet etching 과 비교하여 설명하시오.

진공장비의 누설 원인을 설명하고, 누설을 측정하는 방법 중 헬륨가스와 mass spectrometer 를 이용하는 방법에 대하여 설명하시오.

강의 플라즈마 질화법에 대하여 설명하시오.

펄스도금에서의 Duty 비의 의미를 쓰고, 결정성장에 미치는 영향을 설명하시오.

부식 환경에 심하게 노출되어 있는 철소재에 니켈도금으로 2 중 니켈 및 3 중 니켈이 실시되고 있다. 이와 같이 2 중 니켈, 3 중 니켈도금을 하는 이유를 쓰고, 금속부식과정을 그림으로 나타내시오.

부식의 종류를 5 가지 열거하고, 각각의 부식에 대해 발생 원인을 설명하시오.

반도체 산업분야에서 집적도가 증가함에 따라 Al 전극층을 형성하는 공정을 기존의 스퍼터링법에서 electro-plating 법으로 변경하여 적용하고 있다. 전극층이 Al 에서 Cu 로 변경된 이유를 4 가지 이상 설명하고, Cu 공정을 적용하고 있는 Cu dual demanscence 공정의 공정도를 크게 3 가지로 나누어 도시하시오.

진공박막증착공정법의 하나인 분자선 에피텍시(molecular beam epitaxy)법의 공정원리 및 특징을 설명하시오.

박막의 성분분석법 중의 하나인 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)법에 대하여 설명하시오.

양극산화(Anodizing)처리 후 실시되는 봉공(Sealing)처리의 목적과 방법에 대하여 2 가지 이상 쓰시오.

전기화학적방식(防蝕)방법 중 강제통전법(Impressed current method)에 대하여 설명하시오.