KR100671422B1 - Forming method of Aluminum coatings by sputtering - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법에 관한 것으로서, The present invention relates to a method for forming an aluminum film by sputtering,

스퍼터링에 의해 기판에 알루미늄 피막을 형성하되, 불활성 가스 분위기 하에서 스퍼터링 증발원에 부착된 알루미늄 타겟으로부터 알루미늄을 증발시켜 기판에 알루미늄층을 형성하는 단계; 알루미늄을 스퍼터링하면서 동시에 산소 가스를 주입하여 이루어지는 반응성 스퍼터링에 의해 상기 알루미늄층 위에 산화 알루미늄층을 형성하는 단계; 상기 단계를 반복하여 알루미늄층과 산화 알루미늄층이 번갈아 층을 이루는 다층막 형태의 피막을 형성하는 단계;를 포함하여 이뤄진다. Forming an aluminum film on the substrate by sputtering, but evaporating aluminum from the aluminum target attached to the sputtering evaporation source under an inert gas atmosphere to form an aluminum layer on the substrate; Forming an aluminum oxide layer on the aluminum layer by reactive sputtering by sputtering aluminum and simultaneously injecting oxygen gas; Repeating the above steps to form a film in the form of a multilayer film in which the aluminum layer and the aluminum oxide layer alternately form a layer.

스퍼터링, 알루미늄 피막Sputtering, Aluminum Film

Description

스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법 {Forming method of Aluminum coatings by sputtering}Forming method of Aluminum coatings by sputtering

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 알루미늄 피막 형성을 위한 피막 형성장치의 개략 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus for forming an aluminum film according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의해 형성된 알루미늄 피막을 나타낸 코팅층 구성도,2 is a schematic view illustrating a coating layer showing an aluminum film formed by an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일실시예에 의해 형성된 코팅층을 나타낸 사진이다. Figure 3 is a photograph showing a coating layer formed by an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

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

3: 알루미늄 타겟 4: 기판3: aluminum target 4: substrate

5: 기판홀더 6: 기판가열장치5: Substrate holder 6: Substrate heating device

7a,7b: 셔터 8: 기판 회전장치7a, 7b: Shutter 8: Substrate Rotator

9: 기판 바이어스 전원 10: 두께 측정기9: Substrate Bias Supply 10: Thickness Meter

11: 가스 도입구 12: 진공 게이지11: gas inlet 12: vacuum gauge

21: 모재 22: 알루미늄층21: base material 22: aluminum layer

23: 산화 알루미늄층 M: 다층막 형태의 피막23: aluminum oxide layer M: a film in the form of a multilayer film

본 발명은 스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 소재의 내식성을 향상시키고 미려한 외관을 제공하며 코팅층의 경도를 높여 내구성을 향상시키는데 사용되는 알루미늄 피막의 형성방법으로서, 특히 스퍼터링을 이용하여 알루미늄과 산화 알루미늄을 다층으로 코팅하여 피막의 조직을 제어하고 동시에 경도를 높여 내 스크래치성을 향상시킨 알루미늄 피막 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming an aluminum film by sputtering, and more particularly, to a method of forming an aluminum film used to improve corrosion resistance of various materials, provide a beautiful appearance, and improve durability by increasing the hardness of a coating layer. The present invention relates to a method for forming an aluminum film by coating aluminum and aluminum oxide in a multi-layer by controlling the structure of the film and at the same time increasing the hardness to improve scratch resistance.

알루미늄은 색상이 미려하고 내식성 및 내열성이 우수하여 화장품 케이스나 악세서리 등의 장식용 피막은 물론 반도체의 도전막, 자성재료나 강판의 보호피막, 온열 계통의 가전제품, 자동차용 머플러 등에 매우 폭 넓게 이용되고 있다. Aluminum is beautiful in color and has excellent corrosion resistance and heat resistance, so it is widely used for decorative films such as cosmetic cases and accessories, as well as conductive films for semiconductors, protective films for magnetic materials and steel sheets, home appliances in thermal systems, and automotive mufflers. have.

또한 알루미늄은 금속 특성상 밀도가 낮고, 가공성, 반사도 및 열전도성이 우수하므로 산업상 응용분야가 매우 다양하다. In addition, aluminum has a low density, excellent workability, reflectivity, and thermal conductivity due to metal properties, and thus has a wide variety of industrial applications.

최근 항공우주산업이 크게 발달하면서 각종 소재에 알루미늄을 피막처리하여 내식성 및 기계적 성질을 향상시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다. Recently, as the aerospace industry is greatly developed, researches to improve the corrosion resistance and mechanical properties by coating aluminum on various materials have been actively conducted.

예를 들어, 비행기에 사용되는 각종 부품에 알루미늄을 코팅하여 내부식성 및 내마모성을 향상시킨 재료를 제조하거나, 강판상에 알루미늄을 진공증착하여 각종 용기 및 가전제품의 소재로 사용하는 등, 그 응용 분야가 다양하다. For example, various materials used in airplanes are coated with aluminum to produce materials having improved corrosion resistance and wear resistance, or aluminum is vacuum deposited on steel sheets to be used as materials for various containers and home appliances. Is diverse.

한편, 알루미늄은 전기도금으로 코팅할 경우 그 효율이 낮아 생산성이 떨어지기 때문에 대부분 물리증착법을 이용하고 있다. 물리증착에는 크게 진공증착, 스퍼터링 그리고 이온플레이팅이 있으며 내식성 향상을 위한 목적의 경우는 일반적으로 이온플레이팅 방법을 이용하고 있다. On the other hand, aluminum is most commonly used physical vapor deposition because the efficiency is low when the coating is electroplated due to low efficiency. Physical vapor deposition includes vacuum deposition, sputtering and ion plating. In order to improve corrosion resistance, ion plating is generally used.

그런데, 알루미늄 피막은 대체로 피막층에 많은 구멍(pore)을 포함하고 있을 뿐만 아니라 기판과의 밀착성이 열악한 단점도 가지고 있는바, 이를 해결하기 위해서 진공증착의 경우는 기판을 고온으로 가열하여야 하며 이온플레이팅에서는 기판에 인가되는 전압을 증가 시키거나 이온화율을 증대 시키기 위해 더 많은 양의 방전 가스를 도입할 필요가 있게 된다. However, aluminum coatings generally contain many pores in the coating layer and also have disadvantages of poor adhesion to the substrate. In order to solve this problem, in order to solve the vacuum deposition, the substrate must be heated to a high temperature and ion plated. In order to increase the voltage applied to the substrate or to increase the ionization rate it is necessary to introduce a larger amount of discharge gas.

그러나, 기판을 고온으로 가열할 경우에는 기판에 손상이 발생될 수 있을뿐만 아니라 기판이 고온이 될수록 부착량이 감소하여 경제성이 저하되며, 기판에 고전압을 인가하는 방법 또한 기판에 손상을 줄 우려가 있다. However, when the substrate is heated to a high temperature, not only may the damage be caused to the substrate, but also the adhesion amount decreases as the substrate becomes a high temperature, thereby reducing economic efficiency, and a method of applying a high voltage to the substrate may also damage the substrate. .

또한, 방전가스 도입량을 증대하여 이온화율을 높이려 하면 방전가스가 피막에 혼입되어 피막을 손상시키게 되며, 방전가스와 증발되는 알루미늄 사이에 산란이 일어나 역시 부착량의 감소를 초래하게 된다. In addition, when the amount of discharge gas is increased to increase the ionization rate, the discharge gas is mixed into the film to damage the film, and scattering occurs between the discharge gas and the evaporated aluminum, which also causes a decrease in adhesion amount.

이들 문제점을 해결하기 위해서 여러 가지 방법의 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅 장치나 방법이 제안된바 있으며, 이들 기술은 주로 피막의 균일성 및 피막과 기판간의 밀착성, 발생된 플라즈마의 안정성, 증발원의 재질 및 구조, 높은 이온화율 등에 관하여 제안하였다. In order to solve these problems, various methods of vacuum deposition, sputtering, ion plating apparatus or method have been proposed, and these techniques mainly include uniformity of film and adhesion between film and substrate, stability of generated plasma, and evaporation source. Material and structure, high ionization rate, etc. are proposed.

한편, 스퍼터링은 불활성가스 분위기에서 타겟에 고전압을 인가하여 플라즈 마 방전을 발생시킨 후 방전내에 존재하는 불활성가스 이온이 타겟에 충돌하여 타겟 물질을 떼어낸 후 기판에 피막을 형성시키는 공정이다. On the other hand, sputtering is a process of applying a high voltage to a target in an inert gas atmosphere to generate plasma discharge, and then inert gas ions present in the discharge collide with the target to remove the target material and form a film on the substrate.

이러한 스퍼터링 공정에서는 스퍼터링 도중에 각종 반응가스를 주입하면 산화물과 같은 화합물을 쉽게 형성시킬 수 있다는 장점이 있다. In such a sputtering process, when various reaction gases are injected during sputtering, compounds such as oxides can be easily formed.

이와 관련하여, 금속과 산화물을 이용하여 내식성 등의 피막 특성을 향상시키는 방법이 일본특허 특공평5-15043 등을 통해 제안된 바 있으나, 산화물을 단독으로 코팅할 경우 밀착불량이나 피막 자체가 파손되는 등의 문제가 야기될 수 있다는 한계가 있었다. In this regard, a method of improving coating properties such as corrosion resistance using metals and oxides has been proposed through Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-15043. However, when coating oxides alone, poor adhesion or damage to the coating itself may occur. There was a limit that problems such as can be caused.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 주상정 조직으로 성장하는 특징이 있는 알루미늄 피막의 성장조직을 제어하고 동시에 고내식성을 실현하기 위해 고안된 것으로서, 초기에 일정 두께의 알루미늄 피막을 형성시키되 그 위에 알루미늄과 산화 알루미늄을 다층으로 형성하여 경도 및 내식성을 크게 향상시킨 스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been made in view of the above problems, and is designed to control the growth structure of the aluminum film having the characteristic of growing into columnar tissue and at the same time to realize high corrosion resistance, and initially to form an aluminum film of a predetermined thickness. The purpose of the present invention is to provide a method for forming an aluminum film by sputtering, in which aluminum and aluminum oxide are formed in multiple layers thereon, thereby greatly improving hardness and corrosion resistance.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스퍼터링에 의해 기판에 알루미늄 피막을 형성하되, 불활성 가스 분위기 하에서 스퍼터링 증발원에 부착된 알루미늄 타겟으로부터 알루미늄을 증발시켜 기판에 알루미늄층을 형성하는 단계; 알루미늄을 스퍼터링하면서 동시에 산소 가스를 주입하여 이루어지는 반응성 스퍼터링에 의해 상기 알루미늄층 위에 산화 알루미늄층을 형성하는 단계; 상기 단계를 반복하여 알루미늄층과 산화 알루미늄층이 번갈아 층을 이루는 다층막 형태의 피막을 형성하는 단계;를 포함하여 이뤄진다. The present invention for achieving the above object, forming an aluminum film on the substrate by sputtering, evaporating aluminum from the aluminum target attached to the sputtering evaporation source in an inert gas atmosphere to form an aluminum layer on the substrate; Forming an aluminum oxide layer on the aluminum layer by reactive sputtering by sputtering aluminum and simultaneously injecting oxygen gas; Repeating the above steps to form a film in the form of a multilayer film in which the aluminum layer and the aluminum oxide layer alternately form a layer.

보다 바람직하게, 상기 피막을 형성하는 알루미늄층의 두께는 0.5~2㎛이고, 산화 알루미늄층의 두께는 0.1~0.5㎛인 것을 특징으로 한다. More preferably, the thickness of the aluminum layer which forms the said film is 0.5-2 micrometers, and the thickness of an aluminum oxide layer is 0.1-0.5 micrometer.

보다 바람직하게, 상기 다층막 형태의 피막은 층수가 5층 이상으로 형성되는 것을 특징으로 한다. More preferably, the film in the form of a multilayer film is characterized in that the number of layers is formed of five or more layers.

보다 바람직하게 본 발명은, 상기 스퍼터링 증발원으로서 비평형 마그네트론을 이용하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the present invention is characterized by using a non-balanced magnetron as the sputtering evaporation source.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 알루미늄 피막 형성을 위한 피막 형성장치의 개략 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus for forming an aluminum film according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 스퍼터링은 스퍼터링 증발원이 구비된 통상의 스퍼터링 장치에서 이뤄지며, 도 1에 이러한 장치의 일예가 도시되어 있다. The sputtering of this embodiment takes place in a conventional sputtering apparatus equipped with a sputtering evaporation source, an example of such apparatus is shown in FIG.

진공실(1) 내에는 스퍼터링 증발원(2)과 알루미늄 타겟(3) 및 기판(4)이 설치되며, 또한 기판홀더(5)와 기판가열장치(6), 셔터(7a,7b), 두께 모니터(10), 가스를 주입하는 가스 도입구(11) 그리고 진공도를 측정할 수 있는 진공게이지(12) 등이 설치된다. In the vacuum chamber 1, a sputtering evaporation source 2, an aluminum target 3 and a substrate 4 are installed, and the substrate holder 5, the substrate heating apparatus 6, the shutters 7a and 7b, the thickness monitor ( 10), a gas inlet 11 for injecting gas and a vacuum gauge 12 for measuring the degree of vacuum are provided.

스퍼터링 증발원(2)으로서는 비평형 마그네트론 방식이 이용되는 것이 바람직하다. 비평형 마그네트론 방식은 마그네트론 스퍼터링 증발원의 외부에 별도의 자장을 인가하여 기판의 이온화율을 증대시켜 피막의 특성을 향상시키는 방식으로서, 비평형을 유지하기 위한 수단으로 전자석(도면 미도시)이 이용된다. As the sputtering evaporation source 2, it is preferable that a non-equilibrium magnetron system is used. The non-equilibrium magnetron method increases the ionization rate of the substrate by applying a separate magnetic field to the outside of the magnetron sputtering evaporation source, and improves the characteristics of the film. An electromagnet (not shown) is used as a means for maintaining the non-equilibrium. .

스퍼터링 증발원(2)으로서 비평형 마그네트론 방식이 이용되는 경우, 후술하는 바와 같이 산화 알루미늄층의 형성시에 알루미늄과 산소의 반응성이 우수하므로 화학양론이 잘 정의된 산화 알루미늄을 제조할 수 있는 장점이 있다. When the non-equilibrium magnetron method is used as the sputtering evaporation source 2, since the reactivity of aluminum and oxygen is excellent in forming the aluminum oxide layer as described below, there is an advantage in that aluminum oxide having a well-defined stoichiometry can be manufactured. .

기판(4)은 용기내에 장입하기 전과 장입한 후에 전처리를 실시하여야 하는데, 용기내에 장입하기 전의 전처리 방법으로 예를 들어 초음파 세척을 이용한다. The substrate 4 should be pretreated before and after being loaded into the container. For example, ultrasonic cleaning is used as a pretreatment method before loading into the container.

고정구나 공구, 베어링 등의 부품에 전형적으로 존재하는 오염물질로는 윤활유, 절삭유, 산화물 그리고 지문 등이 있으며, 이들을 전처리를 통해 제거하게 된다. Contaminants typically present in components such as fixtures, tools, and bearings include lubricating oils, cutting oils, oxides and fingerprints, which are removed by pretreatment.

이러한 기판(4)의 전처리 방법은 처리되는 기판(4)의 특성, 제거하려는 오염물질 등에 따라 적절한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 실험실적으로는 가벼운 연마를 거친 후 청정제나 용매를 이용한 초음파 세척이 적당하며, 산업상으로는 샌드브라스트나 화학세정 등의 방식을 이용한다. Such a pretreatment method of the substrate 4 may be appropriately applied depending on the characteristics of the substrate 4 to be processed, the contaminants to be removed, and the like. For example, in the laboratory, ultrasonic cleaning using a cleaning agent or a solvent after light polishing is appropriate, and industrially, sandblasting or chemical cleaning is used.

전처리를 거친 기판(4)을 기판홀더(5)에 장착하고, 스퍼터링 증발원(2)에 알루미늄 타겟(3)을 고정한 다음 용기를 닫고 진공펌프(도면 미도시)를 이용하여 요구되는 진공도까지 배기한다. Mount the pretreated substrate 4 to the substrate holder 5, fix the aluminum target 3 to the sputtering evaporation source 2, close the container and evacuate to the required degree of vacuum using a vacuum pump (not shown). .

진공도가 10-6 토르 이하가 되면 기판(4)의 청정을 위해 불활성 가스(본 실시예의 경우 아르곤 가스)를 주입하고, 기판(4)에 음의 전압을 인가하여 기판(4)을 청정화 한다. When the vacuum degree is 10 −6 Torr or less, an inert gas (argon gas in this embodiment) is injected to clean the substrate 4, and a negative voltage is applied to the substrate 4 to clean the substrate 4.

기판(4)의 청정은 기판(4)에 존재하는 유기물과 같은 불순물뿐만 아니라 자연적으로 존재하는 산화막을 제거하는 과정을 포함한다. 이들 불순물이 충분히 제거되지 않으면 밀착성에 영향을 주므로 충분히 청정을 해주어야 한다. The cleaning of the substrate 4 includes a process of removing not only impurities such as organic matter present in the substrate 4, but also naturally occurring oxide films. If these impurities are not removed sufficiently, it will affect the adhesion and should be sufficiently cleaned.

기판(4)의 청정은 10-2 토르 정도의 아르곤 가스 분위기에서 기판(4)에 400~1000 V의 음의 전압을 인가하여 글로방전을 유도시켜 실시한다. 이렇게 하면 방전영역에 존재하는 아르곤 이온이 기판(4)에 충돌하여 기판(4)에 존재하는 불순물을 제거하게 된다. 이때, 아크에 의한 기판 손상을 방지하기 위해 기판에 인가하는 전원으로 펄스 전원을 이용하는 것이 바람직하다. The substrate 4 is cleaned by inducing a glow discharge by applying a negative voltage of 400 to 1000 V to the substrate 4 in an argon gas atmosphere of about 10 −2 Torr. In this way, argon ions present in the discharge region collide with the substrate 4 to remove impurities present in the substrate 4. In this case, it is preferable to use a pulse power source as a power source applied to the substrate in order to prevent damage to the substrate by the arc.

기판(4)의 청정이 끝나면 다음 단계로 타겟(3)을 청정한다. After the substrate 4 is cleaned, the target 3 is cleaned in the next step.

타겟(3)의 청정은 타겟(3) 표면에 존재하는 불순물을 제거하기 위한 것으로서 스퍼터링 공정의 바로 전에 실시한다. 이를 위하여 스퍼터링 증발원(2)에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨 후 약 3분간 스퍼터링을 시켜 타겟(3)을 청정화 한다. The cleaning of the target 3 is to remove impurities present on the surface of the target 3 and is performed immediately before the sputtering process. To this end, the target 3 is cleaned by sputtering for about 3 minutes after generating a plasma by applying power to the sputtering evaporation source 2.

타겟(3) 청정이 끝나면 기판측에 부착된 셔터(7a)와 증발원측에 부착된 셔터(7b)를 동시에 열어 알루미늄과 산화 알루미늄을 다층으로 형성시키게 된다. When the target 3 is cleaned, the shutter 7a attached to the substrate side and the shutter 7b attached to the evaporation source side are simultaneously opened to form aluminum and aluminum oxide in multiple layers.

먼저 기판(4)에 알루미늄을 소정 두께로 증착한 후, 다음으로 산화 알루미늄 을 증착하고, 그 위에 다시 알루미늄을 증착하는 과정을 반복한다. First, aluminum is deposited on the substrate 4 to a predetermined thickness, and then aluminum oxide is deposited, and the process of depositing aluminum again thereon is repeated.

산화 알루미늄의 증착시에는 가스 도입구(11)를 통해 아르곤 가스와 산소 가스를 동시에 주입하면서 알루미늄을 스퍼터링하여 이루어지는 소위 반응성 스퍼터링 방법을 이용한다. In the deposition of aluminum oxide, a so-called reactive sputtering method formed by sputtering aluminum while simultaneously injecting argon gas and oxygen gas through the gas inlet 11 is used.

산화 알루미늄 피막이 소정 두께로 형성되면 다시 산소 가스 주입을 중지하고 아르곤 가스만을 주입하여 알루미늄을 소정 두께로 증착하며, 이러한 과정을 수차례 반복하여 다층의 코팅층을 형성시키게 된다. 도 2는 이러한 과정을 통해 형성된 알루미늄 피막을 나타낸 코팅층 구성도이다. When the aluminum oxide film is formed to a predetermined thickness, the injection of oxygen gas is stopped again, and only the argon gas is injected to deposit aluminum to a predetermined thickness, and this process is repeated several times to form a multilayer coating layer. 2 is a schematic view showing a coating layer showing an aluminum film formed through this process.

산화 알루미늄층의 두께는 0.1~0.5㎛ 정도가 적당한데, 이는 산화 알루미늄층의 두께가 너무 얇을 경우에는 조직 제어 및 피막의 강도 증가 효과가 나타나지 못하며, 너무 두꺼울 경우에는 피막이 쉽게 깨져나가 밀착 불량의 원인이 되기 때문이다. The thickness of the aluminum oxide layer is appropriately about 0.1 ~ 0.5㎛, when the thickness of the aluminum oxide layer is too thin does not show the effect of tissue control and increase the strength of the coating, if too thick, the coating easily breaks the cause of poor adhesion Because it becomes.

알루미늄층의 두께는 0.5~2㎛ 정도가 적당한데, 이는 알루미늄층의 두께가 너무 얇을 경우에는 알루미늄에 의한 내식성 향상 효과가 미미하며, 너무 두꺼울 경우에는 피막의 경도가 저하되기 때문이다. The thickness of the aluminum layer is suitably about 0.5 to 2㎛, because when the thickness of the aluminum layer is too thin, the effect of improving the corrosion resistance by aluminum is insignificant, and when too thick, the hardness of the film is reduced.

다층막의 층수는 최소 5층이상으로 구성되는 것이 바람직하며, 그 이유는 5층 보다 작은 경우에는 코팅층에 의한 경도 및 내식성 증대 효과가 미미하기 때문이다. The number of layers of the multilayer film is preferably composed of at least five layers, because when the thickness is smaller than five layers, the effect of increasing the hardness and corrosion resistance by the coating layer is insignificant.

상기와 같은 조건으로 알루미늄과 산화 알루미늄을 다층으로 형성시키게 되면, 주상정(columnar) 조직으로 성장하는 특징이 있는 알루미늄 피막의 성장조직을 제어할 수 있게 되므로, 피막층에 구멍(pore)이 발생되는 것을 방지하게 되어 피막층의 코팅 효과를 향상시킬 수 있게 된다. When the aluminum and aluminum oxide are formed in multiple layers under the above conditions, it is possible to control the growth structure of the aluminum film, which is characterized by the growth of columnar tissue, so that pores are generated in the coating layer. It can be prevented to improve the coating effect of the coating layer.

<실시예><Example>

발명예는 가로, 세로가 각각 10cm이고 두께가 1mmT인 냉연 강판상에 알루미늄 피막을 제조하되 초기에 알루미늄을 2㎛ 증착한 후 그 위에 알루미늄과 산화 알루미늄을 번갈아가면서 증착시킨 경우이다. The invention is an example of manufacturing an aluminum film on a cold rolled steel sheet having a width of 10 cm and a thickness of 1 mmT, and initially depositing 2 μm of aluminum and then alternately depositing aluminum and aluminum oxide thereon.

기판(4)은 진공용기(1)에 장입하기 전에 아센톤과 알코올을 이용하여 각각 10분간 초음파 세척을 실시하였다. 다음에 알루미늄 타겟(3)을 설치하고 기판(4)을 장착한 다음 진공실(1)을 닫고 진공펌프를 이용하여 배기하였다. The substrate 4 was ultrasonically cleaned for 10 minutes using acetone and alcohol before charging to the vacuum container 1. Next, the aluminum target 3 was installed, the board | substrate 4 was mounted, the vacuum chamber 1 was closed, and it exhausted using the vacuum pump.

진공도가 10-6토르 이하가 되었을 때 기판(4)의 청정을 위해 가스 도입구(11)를 통해 1.2 x 10-2토르의 아르곤 가스를 주입하여 글로방전에 의한 기판(4)의 이차 청정을 실시하였다. 이때 기판(4)에 인가한 전압은 700 V 였고, 전류는 200~400 mA로 하여 30분간 청정을 실시하였다. When the degree of vacuum reaches 10 −6 Torr or less, 1.2 × 10 −2 Torr of argon gas is injected through the gas inlet 11 to clean the substrate 4, thereby performing secondary cleaning of the substrate 4 by glow discharge. Was carried out. At this time, the voltage applied to the board | substrate 4 was 700V, and the electric current was 200-400 mA, and it cleaned for 30 minutes.

기판(4)의 청정이 끝나고 진공도가 다시 10-6토르 이하가 되었을 때 아르곤 가스를 3x10-3 토르가 되도록 주입하고 스퍼터링 증발원(2)에 300 V의 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨 후 3분간 타겟(3)을 청정하였다. When cleaning of the substrate 4 is completed and the vacuum degree is again 10 −6 Torr or lower, inject argon gas to be 3 × 10 −3 Torr and apply a 300 V power source to the sputtering evaporation source 2 to generate plasma for 3 minutes. The target 3 was cleaned.

다음에 셔터(7a,7b)를 열고 기판(4)에 알루미늄을 2㎛ 두께로 증착하였다. Next, shutters 7a and 7b were opened and aluminum was deposited on the substrate 4 to a thickness of 2 占 퐉.

다음, 산화 알루미늄과 알루미늄을 다층으로 형성시키되, 산화 알루미늄을 먼저 증착하고 그 위에 다시 알루미늄을 증착시키는 단계가 이루어졌다. Next, aluminum oxide and aluminum were formed in multiple layers, and aluminum oxide was first deposited and aluminum was deposited thereon.

산화 알루미늄은 가스 도입구(11)를 통해 아르곤과 산소 가스를 동시에 주입하면서 알루미늄을 스퍼터링하여 이루어지는 소위 반응성 스퍼터링 방법을 이용하였다. 이렇게 하여 우선 산화 알루미늄을 30분간 증착하여 두께 약 0.3㎛의 산화 알루미늄을 형성시켰다. As the aluminum oxide, a so-called reactive sputtering method formed by sputtering aluminum while simultaneously injecting argon and oxygen gas through the gas inlet 11 was used. In this way, aluminum oxide was first deposited for 30 minutes to form aluminum oxide having a thickness of about 0.3 m.

산화 알루미늄 피막 제조가 완료된 후 다시 산소 가스 주입을 중지하고 아르곤 가스만을 주입하여 알루미늄을 1㎛ 두께로 증착시켰다. 이러한 과정을 10번 반복하여 다층의 코팅층을 형성시켰다.After the aluminum oxide film production was completed, oxygen gas injection was stopped again, and only argon gas was injected to deposit aluminum to a thickness of 1 μm. This process was repeated 10 times to form a multilayer coating layer.

도 3은 이렇게 형성된 코팅층을 주사전자현미경을 이용하여 3000배로 확대하여 촬영한 사진으로서, 다층막이 잘 형성되어 있음을 볼 수 있다. 3 is a photograph taken by enlarging a magnification of 3000 times using a scanning electron microscope, and it can be seen that a multilayer film is well formed.

본 실시예의 방법으로 코팅한 기판(4)에 대해 염수분무 시험과 가압내습 시험을 하고 경도를 측정하였다. On the substrate 4 coated by the method of this example, a salt spray test and a pressure resistance test were performed, and hardness thereof was measured.

염수분무 시험은 5% NaCl용액에서 8시간 분무한 후 16시간 동안 휴지하는 것을 1 사이클로 하여 24 사이클까지 실시하였다. 가압내습시험은 125℃, 2기압에서 습도를 100%로 조절하여 13시간 동안 유지하는 것을 1 사이클로 하여 피막의 박리가 발생하는 시점까지 연속 시험하였다. The salt spray test was performed up to 24 cycles with 1 cycle of spraying for 5 hours in 5% NaCl solution and 16 hours rest. Pressurized moisture test was conducted continuously at the time of peeling of the film with one cycle to control the humidity to 100% at 125 ℃, 2 atm for 13 hours.

염수분무 시험에서 동일 두께의 알루미늄 피막이 약 300시간에서 적청이 발생한 반면 본 발명에 의한 발명재의 경우 약 500시간을 유지하였다. 가압내습 시험에서는 동일 두께의 알루미늄 피막이 2~3 사이클에서 적청이 발생한 반면 본 발명 에 의한 발명재의 경우 5 사이클에서 경미한 발청이 발생하였다. In the salt spray test, the aluminum film of the same thickness generated red blue in about 300 hours, while the invention according to the present invention maintained about 500 hours. In the pressure and humidity test, the blue film of the same thickness produced red blue in two to three cycles, while the invention according to the present invention had a slight rust in five cycles.

코팅층의 경도는 마이크로 비커스 경도계를 이용하여 미소경도를 측정하였다. 하중은 50g이었고 비교를 위해 코팅되지 않은 자석의 경도도 동시에 측정하였다. The hardness of the coating layer was measured by using a micro Vickers hardness tester. The load was 50 g and the hardness of the uncoated magnet was also measured for comparison.

일반 알루미늄 피막의 경우 평균 60 정도를 나타낸 반면, 본 발명에 의한 발명재의 경우 100 정도로 나타나 경도가 대폭 향상되었음이 확인되었다. In the case of the general aluminum film, the average was about 60, while in the case of the invention according to the present invention, the hardness was about 100.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.The present invention described above can be embodied in many different forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above embodiments are merely examples in all respects and should not be construed as limiting.

이와 같은 본 발명의 방법에 의하면, 피막의 조직을 제어하여 밀도가 높은 피막을 제조할 수 있게 되며, 각종 재료의 표면처리에 따른 내식성 향상은 물론 경도를 대폭 증가시킬 수 있어 제품의 특성 및 수명 향상 등의 효과를 얻게 된다.

According to the method of the present invention, it is possible to manufacture a high-density coating by controlling the structure of the coating, and to improve the corrosion resistance and the hardness of the various materials, as well as to significantly increase the hardness of the product characteristics and lifetime You will get the effect.

Claims (4)

스퍼터링에 의해 기판에 알루미늄 피막을 형성하되, Sputtering to form an aluminum film on the substrate, 불활성 가스 분위기 하에서 스퍼터링 증발원에 부착된 알루미늄 타겟으로부터 알루미늄을 증발시켜 기판에 알루미늄층을 형성하는 단계; Evaporating aluminum from an aluminum target attached to the sputtering evaporation source under an inert gas atmosphere to form an aluminum layer on the substrate; 알루미늄을 스퍼터링하면서 동시에 산소 가스를 주입하여 이루어지는 반응성 스퍼터링에 의해 상기 알루미늄층 위에 산화 알루미늄층을 형성하는 단계; Forming an aluminum oxide layer on the aluminum layer by reactive sputtering by sputtering aluminum and simultaneously injecting oxygen gas; 상기 단계를 반복하여 알루미늄층과 산화 알루미늄층이 번갈아 층을 이루는 다층막 형태의 피막을 형성하는 단계;를 포함하여 이뤄진 스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법.Repeating the above steps to form a film in the form of a multi-layer film consisting of alternating layers of aluminum and aluminum oxide layer; sputtering aluminum film forming method comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 피막을 형성하는 알루미늄층의 두께는 0.5~2㎛이고, 산화 알루미늄층의 두께는 0.1~0.5㎛인 것을 특징으로 하는 스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법.The thickness of the aluminum layer which forms the said film is 0.5-2 micrometers, The thickness of an aluminum oxide layer is 0.1-0.5 micrometer, The aluminum film formation method by sputtering characterized by the above-mentioned. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 다층막 형태의 피막은 층수가 5층 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법. The multi-layered film is formed by sputtering the aluminum film, characterized in that the number of layers is formed in five or more layers. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 스퍼터링 증발원으로서 비평형 마그네트론을 이용하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링에 의한 알루미늄 피막 형성방법. A non-equilibrium magnetron is used as said sputtering evaporation source, The aluminum film formation method by sputtering.
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