KR100298599B1 - Titanium Compound Coating - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시계와 같은 대인 장식용 제품의 장식성 향상 및 공구나 기계류 그리고 금형제품과 같은 제품의 수명향상을 위하여 이에 이용되는 부속판 등에 스퍼터링 증발원을 이용하여 반응성 스퍼터링에 의한 티타늄 화합물 피막을 형성시키는 방법에 관한 것으로, 불활성가스와 반응성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 증발원으로 티타늄 타겟이 장착된 스퍼터링 증발원을 이용하고 글로우 방전을 이용하여 이루어지는 티타늄 화합물 피막의 제조방법에 있어서, 증발원으로 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 이용하되, 전자석의 전류를 2~5A로 하고, 기판전류를 1.5mA/cm2이상으로 조절하여 제조하는 것을 특징으로 하여, 밀착력과 색상의 밝기 등과, 피막의 특성이 대폭 향상될 뿐만 아니라, 150℃ 이하의 저온에서도 피막제조가 가능하여 기존 방식으로 불가능하였던 플라스틱과 같은 온도에 민감한 소재에도 코팅이 가능하기 때문에 소재의 선택 폭을 넓힐 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method of forming a titanium compound film by reactive sputtering using a sputtering evaporation source on an accessory plate used for improving the decorativeness of a decorative product, such as a watch, and the life of a product such as tools, machinery, and mold products. A method of manufacturing a titanium compound film comprising a sputtering evaporation source equipped with a titanium target as an evaporation source in a gas atmosphere mixed with an inert gas and a reactive gas, and using a glow discharge, wherein the non-equilibrium magnetron sputtering evaporation source is used as the evaporation source. However, the current of the electromagnet is set to 2 ~ 5A, and the substrate current is adjusted to 1.5mA / cm 2 or more, characterized in that the adhesion and the brightness of the color, and the film properties significantly improved, as well as 150 ℃ The film can be manufactured even at low temperature The coating can be applied to temperature-sensitive materials, such as plastics, which could not be achieved, thereby increasing the choice of materials.

Description

티타늄 화합물 피막의 제조방법Method for producing titanium compound film

본 발명은 시계와 같은 대인 장식용 제품의 장식성 향상 및 공구나 기계류 그리고 금형 제품과 같은 제품의 수명향상을 위하여 이에 이용되는 부속판 등에 스퍼터링 증발원을 이용하여 반응성 스퍼터링에 의한 티타늄 화합물 피막을 형성시키는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 비평형 마그네트론 방식의 스퍼터링 증발원을 이용하되 적정 이온화율 및 비평형도를 선정하여 반사도가 높고 피막 특성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 티타늄 화합물 피막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a titanium compound film by reactive sputtering using a sputtering evaporation source on an accessory plate used for improving the decorativeness of a decorative product, such as a watch, and the life of a product such as tools, machinery, and mold products. In more detail, the present invention relates to a method for producing a titanium compound film, characterized in that the non-equilibrium magnetron type sputtering evaporation source is used, but an appropriate ionization rate and non-equilibrium degree are selected to have high reflectivity and to improve film properties.

티타늄 화합물(질화티타늄, 탄화티타늄, 탄질화티타늄 등)의 피막은 고강도, 고내식성, 고용융점 등의 우수한 각종 기계적 성질을 갖고 있기 때문에, 경질코팅 및 공구의 표면경화처리에 이용될 뿐만 아니라, 다양한 색상을 띠고 있기 때문에, 각종 부품의 장식용 코팅 등에 널리 사용되고 있다.Since the film of titanium compound (titanium nitride, titanium carbide, titanium carbide, etc.) has excellent mechanical properties such as high strength, high corrosion resistance, and high melting point, it is not only used for hard coating and surface hardening of tools, but also for various purposes. Because of its color, it is widely used for decorative coating of various parts.

또한, 티타늄 화합물 피막은 금속과 같은 전기전도성과 치밀한 조직을 가지고 있어 확산장벽으로서 반도체의 제조에도 사용되고 있는 등 그 이용범위가 매우 넓다.In addition, the titanium compound film has an electrical conductivity similar to that of metal and has a dense structure, and thus is widely used in the manufacture of semiconductors as diffusion barriers.

지금까지 티타늄 화합물 박막의 제조에는 물리적 증착법(PVD)과, 화학적 증착법(CVD)이 많이 사용되어 오고 있다.Until now, physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) have been widely used in the production of titanium compound thin films.

물리적 증착법에는 스퍼터링과 이온플레이팅이 있는데, 이중에서 스퍼터링은 불활성가스 분위기에서 타겟에 고전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시킨 후, 방전관내에 존재하는 불활성가스 이온이 티타늄 타겟에 충돌하여 티타늄 원자를 떼어낸 후 반응용기에 들어 있는 반응성 가스(질소, 산소, 또는 탄소 등)와 반응시켜 기판에 피막을 증착시키는 방법이다.Physical vapor deposition includes sputtering and ion plating, in which sputtering generates a glow discharge by applying a high voltage to a target in an inert gas atmosphere, and inert gas ions present in the discharge tube collide with the titanium target to remove titanium atoms. It is a method of depositing a film on a substrate by reacting with a reactive gas (nitrogen, oxygen, carbon, etc.) in the reaction vessel.

이온플레이팅은 질소분위기에서 증발물질을 이온화시키면서 동시에 기판에 음의 전압을 인가하여 높은 에너지로 가속시켜 기판에 티타늄 화합물 피막을 형성시키는 방법이다.Ion plating is a method of forming a titanium compound film on a substrate by ionizing evaporation material in a nitrogen atmosphere and simultaneously applying a negative voltage to the substrate to accelerate the energy.

따라서, 지금까지는 이와 같은 물리적 증착법으로 질화티타늄과 같은 금색을 띠는 물질을 코팅하여 장식용 및 내마모성의 피막제조(JP-61288162, JP-6362865)에 널리 이용하고 있다.Thus, until now, such a physical vapor deposition method is coated with a gold-like material such as titanium nitride and widely used in the production of decorative and wear-resistant coatings (JP-61288162, JP-6362865).

그러나, 상기 스퍼터링의 경우 몇가지 단점이 있는데, 그 중의 하나는 이온화율이 상대적으로 낮기 때문에 밀착성 및 막의 치밀성 그리고 내식성 등이 충분하지 못하다는 것이며, 또 다른 단점으로는 기판온도가 높다는 것이다.However, the sputtering has some disadvantages, one of which is that since the ionization rate is relatively low, the adhesion and film density and corrosion resistance is not sufficient, and another disadvantage is that the substrate temperature is high.

다시 말하면 밀착성이 우수하고 화학양론이 잘 정의된 피막의 제조를 위해서는 기판을 통상 200℃ 이상으로 가열해야 하는데, 이 경우 기판재질의 선정에 문제가 발생하게 된다. 즉, 플라스틱과 같이 온도에 민감한 기판은 스퍼터링법에 의한 티타늄 화합물 피막의 제조가 불가능하다.In other words, in order to produce a film having excellent adhesion and well-defined stoichiometry, the substrate should be heated to 200 ° C. or more, in which case, a problem arises in the selection of the substrate material. That is, a substrate sensitive to temperature, such as plastic, cannot be manufactured from a titanium compound film by the sputtering method.

최근에는 이들 단점을 해결하기 위한 수단으로 이온플레이팅 장치에 별도의 이온빔원을 붙여 질소 이온빔을 조사하여 양질의 피막을 얻는 방법(JP-2294470)이 제시되고 있으나, 이 방법은 기본적으로 이온플레이팅 방법을 그대로 이용하면서 별도의 이온빔원을 이용하고 있기 때문에, 장치가 복잡해지고 플라즈마 내에 이온빔이 존재하여 이상 방전과 같은 현상의 발생 가능성이 높다는 단점이 있다.Recently, as a means to solve these shortcomings, a method of obtaining a high quality coating by attaching a separate ion beam source to the ion plating apparatus and irradiating a nitrogen ion beam (JP-2294470) has been proposed. Since a separate ion beam source is used while the method is used as it is, a device is complicated and an ion beam is present in the plasma, and thus there is a high possibility of occurrence of a phenomenon such as an abnormal discharge.

한편, 화학적 증착법은 티타늄 금속을 함유하는 가스와 반응성 가스를 고온의 용기에서 반응시켜 기판에 피막을 형성시키는 방법으로, 이 방법 역시 기판을 고온으로 가열해야 한다는 단점이 있기 때문에, 공구강과 같이 고온으로 가열하여도 변형이 가지 않는 재료 이외에는 그다지 널리 사용되고 있지 않다.On the other hand, chemical vapor deposition is a method of forming a film on a substrate by reacting a gas containing titanium metal and a reactive gas in a high temperature container, which also has a disadvantage that the substrate must be heated to a high temperature, such as tool steel It is not widely used except for materials that do not deform even when heated.

본 발면은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스퍼터링 증발원으로 개량된 비평형ㆍ마그네트론 스퍼터링 증발원을 이용하되, 적정의 비평형도와 이온화율을 선정하여 피막 특성이 향상되며, 낮은 기판온도에서도 제조가 가능한 티타늄 화합물 피막의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.This aspect is to solve the above problems, using the non-equilibrium magnetron sputtering evaporation source improved as a sputtering evaporation source, the coating properties are improved by selecting the appropriate non-equilibrium and ionization rate, it is possible to manufacture at low substrate temperature It is an object to provide a method for producing a titanium compound film.

제1도는 본 발명을 설명하기 위한 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of an apparatus for illustrating the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 진공실 2 : 스퍼터링 증발원1: vacuum chamber 2: sputtering evaporation source

3 : 전자석 4 : 기판3: electromagnet 4: substrate

5 : 기판홀더 6 : 히터5: substrate holder 6: heater

7 : 가스도입구 8 : 스퍼터링 전원7: gas introduction port 8: sputtering power supply

9 : 기판 바이어스 전원 10 : 티타늄 타겟9: substrate bias power supply 10: titanium target

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 불활성가스와 반응성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 증발원으로 티타늄 타겟이 장착된 스퍼터링 증발원을 이용하고 글로우방전을 이용하여 이루어지는 티타늄 화합물 피막의 제조방법에 있어서, 증발원으로 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 이용하되, 전자석의 전류를 2~5A로 하고, 기판전류를 1.5mA/cm2이상으로 조절하여 제조하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a titanium compound film using a sputtering evaporation source equipped with a titanium target as a evaporation source in a gas atmosphere in which an inert gas and a reactive gas are mixed and using glow discharge. By using a non-equilibrium magnetron sputtering evaporation source, the current of the electromagnet is 2 ~ 5A, characterized in that the manufacturing by controlling the substrate current to 1.5mA / cm 2 or more.

전자석의 전류와 기판전류를 이와 같이 한정하여 티타늄 화합물 피막을 제조하는 이유는 적정의 비평형도와 이온화율을 선정하여 피막 특성을 향상시키고, 낮은 기판온도에서도 우수한 피막의 제조가 가능하도록 하기 위한 것이다.The reason for producing the titanium compound film by limiting the current of the electromagnet and the substrate current in this way is to select the proper equilibrium and the ionization rate to improve the film properties and to enable the production of an excellent film even at a low substrate temperature.

전자석의 전류가 2A 이하가 되면 화합물 피막의 기판에 대한 결합력이 떨어져서 기판이 냉각되면서 피막이 벗겨지는 현상이 발생하고, 5A 이상이 되면 전자석에 열이 발생하여 시간이 지나면서 비평형의 정도가 변하기 때문에 전자석의 전류를 이와 같이 한정한 것이다.When the current of the electromagnet is 2A or less, the bonding force of the compound film to the substrate is dropped, and the film is peeled off as the substrate cools. When the electromagnet is more than 5A, heat is generated in the electromagnet, and the degree of non-equilibrium changes over time. The electric current of the electromagnet is thus limited.

한편, 기판전류를 1.5mA/cm2이상으로 조절하는 것은, 그 이하에서는 피막의 색상이 밝지 못하고, 색상의 편차가 발생하기 때문이다.On the other hand, the reason why the substrate current is adjusted to 1.5 mA / cm 2 or more is because the color of the film becomes less bright and color variations occur below.

또한, 본 발명은 상기 티타늄 화합물 피막의 제조방법에 있어서, 티타늄 화합물이 TiN, TiC 또는 TiCN 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the titanium compound is any one of TiN, TiC or TiCN in the method for producing the titanium compound film.

따라서, 본 발명의 제조방법으로 티타늄 화합물 피막을 제조하면, 밀착력과 색상의 밝기 등과 피막의 특성이 대폭 향상될 뿐만 아니라, 150℃이하의 저온에서도 피막제조가 가능하여 기존 방식으로는 불가능하였던 플라스틱과 같은 온도에 민감한 소재로 그 선택 폭을 넓힐 수 있게 된다.Therefore, when the titanium compound film is manufactured by the manufacturing method of the present invention, not only the adhesion and the brightness of the color and the properties of the film are greatly improved, but also the film can be manufactured at a low temperature of 150 ° C. or below. The same temperature-sensitive material gives you more choice.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원이 부착된 통상의 스퍼터링 장치에서 이루어진다.The present invention is made in a conventional sputtering apparatus to which an unbalanced magnetron sputtering evaporation source is attached.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an apparatus for explaining the present invention.

장치의 구성을 보면, 진공실(1)내의 바닥의 일측면에 스퍼터링 증발원(2)이 설치되어 있고, 그 스퍼터링 증발원(2)의 양측에 전자석(3)이 설치되어 있고, 진공실 내부에는 기판(4)과, 기판을 지지하기 위한 기판홀더(5) 그리고 기판을 가열하기 위한 히터(6)가 설치되어 있다.In the structure of the apparatus, the sputtering evaporation source 2 is provided on one side of the bottom in the vacuum chamber 1, the electromagnets 3 are provided on both sides of the sputtering evaporation source 2, and the substrate 4 inside the vacuum chamber. ), A substrate holder 5 for supporting the substrate, and a heater 6 for heating the substrate.

그 외에 스퍼터링 공정용 가스를 주입하기 위한 가스도입구(7)와 스퍼터링 증발원(2)에 전원을 인가하기 위한 스퍼터링 전원(8) 및 기판 바이어스 전원(9)이 표시되어 있다.In addition, a sputtering power supply 8 and a substrate bias power supply 9 for applying power to the gas inlet 7 for injecting the gas for the sputtering process and the sputtering evaporation source 2 are shown.

상기 가스도입구(7)에는 각각 아르곤(Ar)가스, 질소(N2)가스, 그리고 아세틸렌(C2H2)가스가 공급될 수 있도록 연결되어 있다.Argon (Ar) gas, nitrogen (N2) gas, and acetylene (C2H2) gas are respectively connected to the gas inlet 7.

여기서, 아르곤가스는 불활성 가스로서 스퍼터링시 방전을 유도하기 위한 것이며, 질소가스는 질화티타늄 제조시 그리고 아세틸렌가스는 탄화티타늄 제조시 각각 반응성 가스로 사용된다. 한편, 탄질화-티타늄의 경우는 질소와 아세틸렌가스를 동시에 주입하여 제조하게 된다.Here, argon gas is an inert gas for inducing discharge during sputtering, nitrogen gas is used as a reactive gas when producing titanium nitride and acetylene gas when producing titanium carbide, respectively. On the other hand, in the case of carbonitride-titanium is prepared by injecting nitrogen and acetylene gas at the same time.

본 발명의 목적을 이루기 위한 피막의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the film for achieving the objective of this invention is as follows.

우선, 스퍼터링 증발원(2)에 티타늄 타겟(10)을 설치하고, 기판(4)을 장착한 다음, 진공펌프(도면에 표시하지 않음)를 이용하여 배기 시킨다.First, the titanium target 10 is installed in the sputtering evaporation source 2, the substrate 4 is mounted, and then evacuated using a vacuum pump (not shown).

진공도가 10-6 Torr 이하가 되면 기판(4)을 청정 시키는데, 이때는 대략 10-2 Torr의 아르곤가스 분위기에서 기판(4)에 수백 V의 전압을 인가하여 실시한다.When the vacuum degree is 10-6 Torr or less, the substrate 4 is cleaned. In this case, a voltage of several hundred V is applied to the substrate 4 in an argon gas atmosphere of approximately 10-2 Torr.

기판(4)의 청정이 끝나면 다시 진공도를 원상태로 복구시킨 뒤, 아르곤가스를 주입하여 스퍼터링을 위해 필요한 진공도(약 10-3 Torr)를 만들어 본격적으로 피막을 형성시킬 수 있도록 준비한다.After the substrate 4 is cleaned, the vacuum degree is restored to its original state, and argon gas is injected to prepare a vacuum degree (about 10-3 Torr) necessary for sputtering to form a film in earnest.

기판(4)을 적당한 온도로 유지되도록 히터(6)를 이용하여 가열시킨 후, 스퍼터링 전원(8)에 전압을 인가하여 글로우 방전을 유도시킨 후, 플라즈마가 안정되기를 기다려 전자석(3)에 전류를 흘려 비평형 방식의 증발이 되도록 조절한다.After heating the substrate 4 by using the heater 6 to maintain the proper temperature, applying a voltage to the sputtering power source 8 to induce glow discharge, wait for the plasma to stabilize, and the current to the electromagnet 3 Flow to adjust for non-equilibrium evaporation.

마지막으로 기판(4)에 기판 바이어스 전원(9)을 통하여 적당한 바이어스 전압을 인가하여 피막을 형성시키면 된다.Finally, an appropriate bias voltage is applied to the substrate 4 through the substrate bias power supply 9 to form a film.

이하, 본 발명을 실시 예와 비교 예를 통해 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

발명예 1은 본 발명의 목적을 이루기 위해 본 발명의 방법으로 황금색의 질화티타늄 피막을 제조한 경우이다.Inventive Example 1 is a case where a golden titanium nitride film was produced by the method of the present invention to achieve the object of the present invention.

이때 사용된 기판(4)은 거울처럼 연마된 스테인레스(SUS 304)강판으로, 진공실(1)에 장입하기 전에 아세톤과 알콜을 이용하여 충분한 전처리를 거쳤다. 전처리를 거친 기판(4)은 진공실(1)의 내부에 설치된 기판홀더(5)에 부착시키고, 티타늄타겟(10)을 장착한 다음, 진공펌프(도면에 표시하지 않음)를 이용하여 배기시켰다.At this time, the substrate 4 used was a mirror polished stainless steel (SUS 304) steel plate, which had undergone sufficient pretreatment using acetone and alcohol before being charged into the vacuum chamber 1. The substrate 4 subjected to the pretreatment was attached to the substrate holder 5 installed in the vacuum chamber 1, the titanium target 10 was mounted, and then evacuated using a vacuum pump (not shown).

진공도가 10-6 Torr 이하가 되면, 기판(4)의 청정을 위해 아르곤가스를 가스 도입구(7)를 통해 6× 10-2 Torr가 되도록 조절한 후, 기판 바이어스 전원(9)에 800V의 전압을 인가하여 15분간 기판(4)을 청정시켰다.When the vacuum degree is 10-6 Torr or less, the argon gas is adjusted to 6 × 10-2 Torr through the gas inlet 7 to clean the substrate 4, and then 800V The substrate 4 was cleaned for 15 minutes by applying a voltage.

기판(4)의 청정이 완료된 후, 히터(6)를 이용하여 기판(4)의 온도를 200℃로 유지시킨 후, 가스도입구(7)를 통해 아르곤가스를 주입하여 진공실(1)이 진공도를 3× 10-3 Torr로 맞추고 질화티타늄 제조를 위한 반응성 가스인 질소가스를 10 SCCM 주입하였다.After the cleaning of the substrate 4 is completed, the temperature of the substrate 4 is maintained at 200 ° C. using the heater 6, and then argon gas is injected through the gas inlet 7 so that the vacuum chamber 1 has a vacuum degree. Was adjusted to 3 × 10 −3 Torr and 10 SCCM of nitrogen gas, a reactive gas for producing titanium nitride, was injected.

다음 단계로 스퍼터링 전원(8)에 450V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 유도시킨 후, 타겟(10)에 흐르는 전류가 2A가 되도록 조절하고, 전자석(3)에 4.5V의 전류를 흘려 기판(4)에 흐르는 이온의 전류를 증가시킨 다음, 기판 바이어스 전원(9)에 75V의 전압을 인가하여 피막을 형성시켰다.In the next step, after applying a voltage of 450 V to the sputtering power supply 8 to induce glow discharge, the current flowing through the target 10 is adjusted to be 2 A, and a current of 4.5 V is supplied to the electromagnet 3 to supply the substrate 4. After increasing the current of ions flowing in the C), a voltage of 75 V was applied to the substrate bias power supply 9 to form a film.

여기서, 전자석(3) 전류를 2A 이하로 하면, 화합물 피막의 밀착성이 떨어져 기판이 냉각되면서 벗겨지는 현상이 발생하고, 5A 이상으로 하면, 전자석에 열이 발생하여 시간이 지나면서 비평형의 정도가 변하기 때문에 전자석의 전류는 2~5A 로 하는 것이 바람직하다.Here, when the current of the electromagnet 3 is 2 A or less, a phenomenon in which the adhesion of the compound film is peeled off and the substrate is cooled while peeling off occurs, and when it is 5 A or more, heat is generated in the electromagnet and the degree of non-equilibrium is increased over time. Since it changes, it is preferable that the electric current of an electromagnet shall be 2-5 A.

이렇게 하면 티타늄 증기가 타겟(10)으로부터 증발된 후 분위기가스 중의 질소가스와 반응하여 기판(4)에 질화티타늄 피막을 형성하게 된다.In this way, titanium vapor is evaporated from the target 10 and then reacted with nitrogen gas in the atmosphere gas to form a titanium nitride film on the substrate 4.

다음의 표 1에서는 전자석 전류 이외에 기판전압 및 전류, 기판온도 그리고 화합물의 종류 등을 변화시켜 가면서 실시한 결과를 나타내고, 이 중 밀착력은 스크래치 테스터를 이용하여 다이아몬드 팁에 연속적으로 힘을 가하면서 코팅층이 기판에서 떨어지면서 발생하는 음파신호를 측정하고 음파신호가 발생할 때 가한 힘을 기준으로 상대적으로 평가한 것이며. 색상의 밝기 및 편차는 육안으로 관찰한 것이다. 종합판정은 피막의 특성을 여러 가지로 종합하여 우수할 경우에는 ◎로, 보통일 경우에는 0 로, 나쁠 경우에는 × 로 나타내었다.Table 1 below shows the results obtained by changing the substrate voltage, current, substrate temperature, and the type of the compound in addition to the electromagnet current. Among them, the adhesion is continuously applied to the diamond tip by using a scratch tester. It measures the sound wave signal generated by falling from and relatively evaluated based on the force applied when the sound wave signal occurs. The brightness and the deviation of the color are observed with the naked eye. The overall decision was made by combining various properties of the film with ◎ when excellent, 0 when normal, and × when bad.

발명예 2 내지 발명예 5는 기본적으로 발명예 1과 동일한 상태에서 다른 공정조건만을 변화시킨 것이다.Inventive Examples 2 to 5 basically changed only different process conditions in the same state as Inventive Example 1.

비교예 1 내지 비교예 4는 기존의 평형 마그네트론 방식을 이용하여 코팅한 후 코팅층의 특성을 비교한 것이며, 비교예 5와 비교예 6은 본 발명의 비평형 마그네트론 방식을 이용하되 전자석의 전류를 각각 1, 10A로 변화시킨 것이다.Comparative Examples 1 to 4 are to compare the characteristics of the coating layer after coating by using the conventional balanced magnetron method, Comparative Example 5 and Comparative Example 6 using the non-balanced magnetron method of the present invention, respectively, the current of the electromagnet It was changed to 1 and 10A.

본 발명의 방법으로 티타늄 화합물 피막을 제조하면 밀착력과 색상의 밝기 등과, 피막의 특성이 대폭 향상될 뿐만 아니라, 150℃ 이하의 저온에서도 피막제조가 가능하여 기존 방식으로 불가능하였던 플라스틱과 같은 온도에 민감한 소재에도 코팅이 가능하기 때문에 소재의 선택 폭을 넓힐 수 있는 효과가 있다.When the titanium compound film is manufactured by the method of the present invention, not only the adhesion and the brightness of the color, and the film properties are greatly improved, but also the film is possible at a low temperature of 150 ° C. or lower, which is sensitive to temperature such as plastic, which was impossible in the conventional manner. Since the coating can be applied to the material, it is possible to expand the selection of the material.

Claims (2)

불활성가스와 반응성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 증발원으로 티타늄 타겟이 장착된 스퍼터링 증발원을 이용하고 글로우 방전을 이용하여 이루어지는 티타늄 화합물 피막의 제조방법에 있어서, 증발원으로 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원(2)을 이용하되, 전자석(3)에 인가하는 전류를 2 ~ 5A로 조절하고, 기판(4)에 인가하는 전류를 1.5mA/cm2이상으로 조절하여 기판(2)에 티타늄 화합물 피막을 형성시켜 줄 수 있도록 함을 특징으로 하는 티타늄 화합물 피막의 제조 방법.In the method for producing a titanium compound film formed by using a sputtering evaporation source equipped with a titanium target as an evaporation source in a gas atmosphere in which an inert gas and a reactive gas are mixed, and using a glow discharge, an unbalanced magnetron sputtering evaporation source (2) is used as the evaporation source. However, the current applied to the electromagnet 3 is adjusted to 2 to 5 A, and the current applied to the substrate 4 is adjusted to 1.5 mA / cm 2 or more to form a titanium compound film on the substrate 2. The manufacturing method of the titanium compound film characterized by the above-mentioned. 제1항에 있어서, 티타늄 화합물은 TiN, TiC 또는 TiCN 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 티타늄 화합물 피막의 제조 방법.The method for producing a titanium compound film according to claim 1, wherein the titanium compound is any one of TiN, TiC or TiCN.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06101036A (en) * 1992-02-28 1994-04-12 Ube Ind Ltd Ion assist control type sputtering method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06101036A (en) * 1992-02-28 1994-04-12 Ube Ind Ltd Ion assist control type sputtering method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100838847B1 (en) * 2006-09-07 2008-06-17 재단법인 포항산업과학연구원 Manufacturing method of hard coating with black color of titanium compound

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