KR101354433B1 - The thin film and method for manufacturing thin film containing fluorine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플루오린화물을 사용하여 박막의 물성을 제어하여, 제품의 사용 환경에 맞추어 내식성 및 내마모성 등의 물성의 향상시킬 수 있도록 한 플루오린이 함유된 박막 제조방법 및 그 박막에 관한 것이다.
이를 위해, 기재의 표면에 DLC층을 코팅한 후, 상기 DLC층의 표면에 플루오린화물의 가스를 이용하여 플루오린층을 코팅하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 플루오린의 함유에 의해 다공성 조직이 형성되어 박막의 표면이 소수성화되면서 표면에 대한 젖음성이 적어지게 되어 내식성이 증가하며, 특히 오일의 포켓 역할을 하는 표면층에 의해 마찰계수를 향상시켜 내구성을 요하는 자동차 부품의 적용이 가능한 효과가 있다.
The present invention relates to a fluorine-containing thin film production method and a thin film which control the physical properties of the thin film by using a fluoride to improve physical properties such as corrosion resistance and abrasion resistance according to the environment of use of the product.
To this end, after coating the DLC layer on the surface of the substrate, the surface of the DLC layer is characterized by coating the fluorine layer using a gas of fluoride.
According to the above configuration, the porous structure is formed by the inclusion of fluorine, the surface of the thin film becomes hydrophobic, and the wettability of the surface is reduced, thereby increasing the corrosion resistance. In particular, the friction coefficient is increased by the surface layer serving as a pocket of oil. There is an effect that can be applied to the automotive parts that require improved durability.

Description

플루오린이 함유된 박막 제조방법 및 그 박막{THE THIN FILM AND METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM CONTAINING FLUORINE}Fluorine-containing thin film manufacturing method and thin film {THE THIN FILM AND METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM CONTAINING FLUORINE}

본 발명은 플루오린이 함유된 박막 제조방법 및 그 박막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DLC코팅층의 표면에 플루오린화물을 사용하여 막의 물성을 제어함으로써, 제품의 사용 환경에 맞추어 내식성 및 내마모성 등의 물성의 향상시킬 수 있도록 한 플루오린이 함유된 박막 제조방법 및 그 박막에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a thin film containing fluorine and a thin film thereof, and more particularly, by controlling the properties of the film by using a fluoride on the surface of the DLC coating layer, according to the environment of use of the product, such as corrosion resistance and wear resistance It relates to a thin film manufacturing method and a thin film containing fluorine to improve the.

일반적으로, DLC(Diamond-Like Carbon) 코팅은 1970년대 이온주입기술을 통하여 개발된 것이 처음으로 알려져 있으며, 현재 40 GPa 이상의 고경도와, 0.2 이하의 고 윤활성의 특성으로 보호피막으로서 각광을 받고 있다.In general, DLC (Diamond-Like Carbon) coating is known for the first time developed through the ion implantation technology in the 1970s, and is currently in the spotlight as a protective film due to its high hardness of 40 GPa or more and the high lubricity of 0.2 or less.

DLC는 다이아몬드 구조인 SP3구조와 그라파이트의 SP2 구조가 혼재되어 있으면서 제조 방법에 따라 수소와 Si 및 다양한 금속을 내재시킬 수 있는 코팅 물질이다. 즉, 다이아몬드의 단단한 특성과 그라파이트의 윤활성을 동시에 가지고 있으므로 DLC 코팅의 응용분야는 금형, 기계부품, 자동차, 절삭공구 등 윤활성과 고경도성이 필요한 부품에 적용되고 있으며, 현재까지 파악이 안 된 물성에 대한 정립 및 응용분야 연구를 통해 향후 그 사용 범위가 넓어질 것으로 기대하고 있다.DLC is a coating material capable of incorporating hydrogen, Si and various metals according to the manufacturing method while the SP3 structure of the diamond structure and the SP2 structure of graphite are mixed. In other words, the diamond's solid properties and graphite's lubricity at the same time, the application field of DLC coating is applied to parts requiring lubrication and high hardness such as molds, machine parts, automobiles, cutting tools, and so on. It is expected that the scope of use will be extended in the future through the establishment of research and application fields.

특히, DLC는 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 표면조도 등 뛰어난 기계적 특성과 전기절연성, 화학적 안정성 그리고 높은 광학적 투과성을 가져 산업적 활용 잠재력이 높은 재료로 평가되고 있으며, 이 외에도 낮은 공정 온도에서 증착할 수 있고, 고경도와 낮은 마찰계수를 가지고 있는 장점이 있다.In particular, DLC has been evaluated as a material with high industrial potential because of its excellent mechanical properties such as high hardness, wear resistance, lubricity, surface roughness, electrical insulation, chemical stability, and high optical transmittance, and can be deposited at low process temperatures. This has the advantage of high hardness and low coefficient of friction.

그러나, DLC가 열적으로 불안정하기 때문에 사용되는 환경이 500℃ 이상이 되면 DLC는 자체의 성질을 잃고 거의 흑연에 가까운 물질이 되어버리는 문제가 있고, 또한 높은 압축응력과 기재와의 낮은 밀착력이 단점으로 나타나고 있다.However, when DLC is thermally unstable and the environment used is over 500 ℃, DLC loses its properties and becomes a nearly graphite material, and high compression stress and low adhesion to the substrate are disadvantages. Appearing.

한편, DLC박막의 증착방법에는 이온 증착법, 스퍼터링 법, 아크 이온 플레이팅법, PECVD 법 등이 있는데, 현재 상용화되어 있는 방법 중에는 스퍼터링을 이용한 코팅방법이 주로 사용되고 있다.On the other hand, the deposition method of the DLC thin film includes an ion deposition method, sputtering method, arc ion plating method, PECVD method, etc. Among the commercially available methods, the coating method using sputtering is mainly used.

스퍼터링 공정은 음의 전압이 인가된 타겟에 아르곤 이온 등을 고속으로 충돌시켜 타겟원자를 이탈시키고, 이를 모재에 공급함으로써 모재의 표면에 박막을 형성한다. 이러한 스퍼터링 공정은 반도체 제조공정분야, MEMS 등과 같은 미세소자의 제조에는 물론 각종 공구, 금형, 자동차용 부품의 내마모 향상 등을 위한 코팅 분야에도 이용되고 있다.In the sputtering process, argon ions or the like are collided with a target to which a negative voltage is applied at high speed to release target atoms, and the thin film is formed on the surface of the base material by supplying them to the base material. The sputtering process is used in the field of semiconductor manufacturing process, coating for improving the wear resistance of various tools, molds, automotive parts, as well as the manufacture of micro devices such as MEMS.

상기한 스퍼터 방식을 통해 DLC 코팅층을 적용중인 자동차 제조업체들의 경우, SP3와 SP2 구조의 비와 수소의 함량 차이에 따라 코팅층의 물성이 달라지게 된다.In the case of automobile manufacturers applying the DLC coating layer through the sputtering method, the physical properties of the coating layer vary according to the difference between the ratio of the SP3 and SP2 structures and the hydrogen content.

이러한, 코팅층의 물성을 살펴보면, 마찰계수를 0.05 이하로 줄일 수 있으며, 경도는 3000Hv을 넘는다. 현재 단품 적용을 통해 얻어진 효과가 0.8% 연비 절감과 100억의 연료비용 감소의 효과가 보고되고 있으며, 이는 경량화를 이용하였을 때 알루미늄 합금을 50kg을 사용할 때와 비슷한 효과로서 비용적인 측면에서도 1/40 수준의 비용으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.Looking at the physical properties of the coating layer, the friction coefficient can be reduced to 0.05 or less, the hardness is more than 3000Hv. Currently, the effects obtained through the application of single products have been reported to reduce fuel consumption by 0.8% and reduce fuel costs by 10 billion, which is similar to the cost of using 50kg of aluminum alloy when light weighted. The same effect can be achieved at a level cost.

그러나, 코팅특성이 우수하다고 해도 가격적인 측면과 적용 대상 부품의 형상 측면에 모두 만족되어야 하며, 사용자의 측면에서는 가격경쟁력이 우수하여야 한다는 문제로 PVD DLC 코팅기술보다는 PECVD를 이용하여 공정단순화와 우수한 특성을 동시에 가지게 하고자 하는 연구들이 진행되고 있는 실정에 있다.However, even though the coating characteristics are excellent, both the price and shape of the part to be applied must be satisfied and the price competitiveness must be excellent from the user's point of view. There is a lot of research going on to have both.

또한, 자동차 업체에서는 기존에 사용되던 엔진 오일을 GF3 (또는 A로 표시)에서 GF4 오일 (또는 B로 표시)로 대체하고자 하고 있는데, GF4 오일에서 DLC내구성에 문제가 발생하는 것으로 나타나고 있다. 즉, 도 1은 자동차 엔진 오일을 이용한 윤활환경에서 마찰 마모 특성을 측정하는 도중 코팅막이 완전히 벗겨진 상태를 나타내고 있다.In addition, automakers are trying to replace the existing engine oil from GF3 (or A) to GF4 oil (or B), which has been shown to cause problems with DLC durability in GF4 oil. That is, FIG. 1 shows a state in which the coating film is completely peeled off while measuring frictional wear characteristics in a lubricating environment using automobile engine oil.

아울러, 아래의 표 1에서는 주요 엔진부품에 적용중인 상용 코팅의 물성을 정리하였다.In addition, Table 1 below summarizes the physical properties of commercial coatings applied to the main engine parts.

코팅 물질Coating material 마 찰friction 경 도Hardness 인성(잔류응력)Toughness (residual stress) 내열성Heat resistance Cr-NCr-N ++ ++ ++++++ ++++++ W-C:HW-C: H ++++ ++++ ++++ ++++ DLCDLC ++++++ ++++++ ++ ++

(+부족, ++보통, +++우수)(+ Lack, ++ moderate, +++ excellent)

위의 표 1과 같이, 다른 코팅 기술과 비교하여 우수한 물성을 갖는 DLC의 가장 큰 약점은 고온 특성이 낮은 것으로 나타나고 있다. 따라서 이러한 DLC 물성의 약점을 개선하기 위한 코팅층의 개발이 필요한 실정에 있으며, DLC의 고온 물성이 향상될 경우, 다양한 분야에 적용이 기대되고, 대표적으로 자동차 실린더 라이너, 피스톤 링 등의 자동차 부품 분야이며, 각종 반도체 장비 지그에 대해서도 적용이 가능할 것으로 예상된다.As shown in Table 1 above, the biggest drawback of DLC having excellent physical properties compared to other coating techniques is shown to be low temperature properties. Therefore, it is necessary to develop a coating layer to improve the weakness of the DLC properties, and when the high temperature properties of the DLC are improved, it is expected to be applied to various fields, and is an automotive parts field such as an automobile cylinder liner and a piston ring. In addition, it is expected to be applicable to various semiconductor equipment jigs.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기재의 표면에 형성된 DLC코팅층의 표면에 플루오린화물을 사용하여 막의 물성을 제어함으로써, 제품의 사용 환경에 맞추어 내식성 및 내마모성 등의 물성의 향상시킬 수 있도록 한 플루오린이 함유된 박막 제조방법 및 그 박막을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, by controlling the physical properties of the film using a fluoride on the surface of the DLC coating layer formed on the surface of the substrate, corrosion resistance and abrasion resistance, etc. according to the environment of use of the product The present invention provides a method for producing a thin film containing fluorine and a thin film for improving the physical properties of the film.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 제조방법은, 기재의 표면에 DLC층을 코팅한 후, 상기 DLC층의 표면에 플루오린화물의 가스를 이용하여 플루오린층을 코팅하는 것을 특징으로 한다.The thin film manufacturing method of the present invention for achieving the above object is, after coating the DLC layer on the surface of the substrate, characterized in that for coating the fluorine layer using a fluoride gas on the surface of the DLC layer. .

상기 플루오린화물은 CF4가 사용될 수 있다.CF 4 may be used as the fluoride.

본 발명의 박막 제조방법은, 챔버의 내부에 기재 표면을 활성화하고 잔류 유기물을 제거하기 위한 반응가스를 투입하여 기재의 표면을 전처리하는 전처리단계와; 상기 챔버의 내부에 밀착성 향상을 위해 Si가 함유된 반응가스를 투입하여 상기 기재 표면에 중간층을 코팅하는 중간층 형성단계와; 상기 챔버의 내부에 탄화수소가스를 투입하여 상기 중간층 표면에 DLC층을 코팅하는 DLC층 형성단계; 및 상기 챔버의 내부에 내식성 및 내마모성 향상을 위해 플루오린화물 가스를 투입하여 상기 DLC층의 표면에 플루오린층을 코팅하는 플루오린층 형성단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The thin film manufacturing method of the present invention includes a pretreatment step of pretreating the surface of the substrate by inputting a reaction gas for activating the surface of the substrate and removing residual organic matters in the chamber; An intermediate layer forming step of coating an intermediate layer on the surface of the substrate by injecting a reaction gas containing Si to improve adhesion within the chamber; A DLC layer forming step of coating a DLC layer on the surface of the intermediate layer by injecting hydrocarbon gas into the chamber; And a fluorine layer forming step of coating a fluorine layer on the surface of the DLC layer by injecting a fluoride gas to improve corrosion resistance and abrasion resistance inside the chamber.

상기 전처리단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 H2를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 기재의 표면을 10~30분 동안 이온 활성화할 수 있다.In the pretreatment step, the pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and H 2 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, and a pulsed voltage is applied to the substrate to plasma the surroundings. The surface of the substrate may be ion activated for 10 to 30 minutes in the state where it is generated and maintained.

상기 중간층 형성단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 테트라메틸실란(TMS)을 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 활성화된 기재의 표면에 10-30분 동안 규소(Si)가 함유된 중간층을 증착 형성할 수 있다.In the intermediate layer forming step, the pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and tetramethylsilane (TMS) are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1-5, but a pulsed voltage is applied to the substrate. Thus, an intermediate layer containing silicon (Si) may be deposited on the surface of the activated substrate for 10-30 minutes while the plasma is generated and maintained around it.

상기 DLC층 형성단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 C2H2를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 중간층의 표면에 30~120분 동안 탄소(C)가 함유된 DLC층을 증착 형성할 수 있다.In the DLC layer forming step, the pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and C 2 H 2 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, by applying a pulsed voltage to the substrate. While the plasma is generated and maintained around the DLC layer containing carbon (C) for 30 to 120 minutes on the surface of the intermediate layer may be deposited.

상기 플루오린층 형성단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 CF4를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 DLC층의 표면에 10~30분 동안 플루오린(F)이 함유된 플루오린층을 증착 형성할 수 있다.In the fluorine layer forming step, the pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and CF 4 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, but a pulsed voltage is applied to the substrate to The fluorine layer containing fluorine (F) may be deposited on the surface of the DLC layer for 10 to 30 minutes while the plasma is generated and maintained.

상기 DLC층 형성단계에서 탄화수소가스는 수소의 함량이 최소화된 탄화수소가스가 사용될 수 있다.In the DLC layer forming step, the hydrocarbon gas may be a hydrocarbon gas having a minimum content of hydrogen.

상기 플루오린층 형성단계에서는, 플루오린이 첨가되는 함량에 따라 박막의 마찰계수와 내식성의 물성이 제어될 수 있다.In the fluorine layer forming step, the coefficient of friction and the corrosion resistance of the thin film can be controlled according to the amount of fluorine is added.

본 발명의 박막 구성은, 기재의 표면에 밀착성 향상을 위해 규소(Si)가 함유되어 코팅된 중간층과; 상기 중간층의 표면에 탄소(C)가 함유되어 코팅된 DLC층; 및 상기 DLC층의 표면에 플루오린(F)이 함유되어 코팅된 플루오린층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The thin film structure of the present invention comprises: an intermediate layer coated with silicon (Si) to improve adhesion on the surface of the substrate; DLC layer containing the carbon (C) is coated on the surface of the intermediate layer; And a fluorine layer coated with fluorine (F) on the surface of the DLC layer.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, DLC막을 증착한 후 플루오린 첨가량을 조절하여 사용하고자 하는 제품에 대한 환경에 맞게 박막 표면의 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention through the above problem solving means, there is an effect that can improve the physical properties of the surface of the thin film according to the environment for the product to be used by controlling the amount of fluorine after depositing the DLC film.

특히, 자동차 부품과 같이 경도와 내구성을 요하는 부품의 경우, Si가 함유된 중간층 코팅을 통해 밀착력을 높이며, 상대적으로 적은 함량의 플루오린을 첨가하여 표면층에 의해 마찰계수를 향상시켜, 경도와 내구성을 요하는 부품에 적용이 가능한 효과가 있다.In particular, in the case of parts requiring hardness and durability, such as automobile parts, the adhesion is enhanced through the interlayer coating containing Si, and the friction coefficient is improved by the surface layer by adding a relatively small amount of fluorine, thereby improving hardness and durability. It can be applied to parts that require.

또한, 극한환경으로 인해 내식성이 요구되는 제품의 경우, 상대적으로 높은 함량의 플루오린을 첨가하여 표면이 소수성화되도록 함으로써, 표면에 대한 젖음성이 적어지도록 하여 반도체 지그와 같이 고내식성이 요구되는 제품에 적용이 가능한 효과도 있다.In addition, in the case of products requiring corrosion resistance due to the extreme environment, by adding a relatively high content of fluorine to make the surface hydrophobic, so that the wettability to the surface is reduced to products that require high corrosion resistance such as semiconductor jig There is also an effect that can be applied.

도 1은 자동차 엔진 오일을 이용한 윤활환경에서 마찰 마모 특성을 측정하는 도중 코팅막이 완전히 벗겨진 상태를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 박막 제조방법에 의해 기재에 박막이 코팅된 형태의 전체 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 의한 박막 제조방법에 의해 제조된 샘플의 코팅 사진을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 의한 CF4 가스 첨가량에 따른 Raman 측정 결과를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 의해 코팅된 시편의 SEM 표면 및 단면 사진을 분석하여 나타낸 도면,
도 6과 도 7은 본 발명에 의한 CF₄가스 첨가에 따른 박막의 경도값 변화와 탄성계수 그리고 그에 따른 H/E지수를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 의한 CF₄가스 첨가에 따른 DLC 박막의 밀착력 실험결과를 나타낸 도면,
도 9은 본 발명에 의한 CF₄가스 첨가량에 따른 건식 환경과 습식환경에서 측정된 마모 특성 평가를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 의한 CF₄가스 첨가량에 따른 접촉각 측정 결과를 나타낸 도면,
도 11는 본 발명에서 DLC 코팅층에 플루오린의 함량과, Si, F 첨가에 따른 동전위 측정 결과를 나타낸 도면,
도 12은 본 발명에서 DLC박막에 대한 염수 분무 측정 결과를 나타낸 도면,
도 13은 본 발명에 의한 박막을 메탈 마스크에 적용한 사례를 나타낸 도면,
도 14는 본 발명에 의한 박막이 적용된 땜납 스크린 프린팅시의 제품의 적용 전후 특성을 비교하여 나타낸 도면.
1 is a view showing a state in which the coating film is completely peeled off during the measurement of friction wear characteristics in a lubricating environment using automotive engine oil,
2 is a view showing the overall structure of a thin film coated on the substrate by the method for manufacturing a thin film of the present invention,
3 is a view showing a coating picture of a sample produced by the thin film manufacturing method according to the present invention,
4 is a view showing a Raman measurement result according to the CF 4 gas addition amount according to the present invention,
5 is a view showing the analysis of the SEM surface and cross-sectional photograph of the specimen coated by the present invention,
6 and 7 is a view showing the change in hardness value and elastic modulus of the thin film according to the addition of CF ₄ gas according to the present invention and the corresponding H / E index,
8 is a view showing the adhesion test results of the DLC thin film according to the CF₄ gas addition according to the present invention,
9 is a view showing the evaluation of wear characteristics measured in a dry environment and a wet environment according to the amount of CF₄ gas according to the present invention,
10 is a view showing a contact angle measurement results according to the CF₄ gas addition amount according to the present invention,
11 is a view showing the content of fluorine in the DLC coating layer in the present invention, and the results of the coin position according to the addition of Si, F,
12 is a view showing the salt spray measurement results for DLC thin film in the present invention,
13 is a view showing an example in which the thin film according to the present invention is applied to a metal mask,
14 is a view showing a comparison of the characteristics before and after the application of the product at the time of solder screen printing with a thin film according to the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 기재에 박막이 코팅된 형태의 전체적인 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the overall structure of a thin film coated on the substrate according to the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 의한 플루오린이 함유된 박막 제조방법은, 챔버의 내부에 기재(10) 표면을 활성화하고 잔류 유기물을 제거하기 위한 반응가스를 투입하여 기재(10)의 표면을 전처리하는 전처리단계와, 상기 챔버의 내부에 밀착성 향상을 위해 Si가 함유된 반응가스를 투입하여 상기 기재(10) 표면에 중간층(20)을 코팅하는 중간층 형성단계와, 상기 챔버의 내부에 탄화수소가스를 투입하여 상기 중간층(20) 표면에 DLC층(30)을 코팅하는 DLC층 형성단계 및, 상기 챔버의 내부에 내식성 및 내마모성 향상을 위해 플루오린화물 가스를 투입하여 상기 DLC층(30)의 표면에 플루오린층(40)을 코팅하는 플루오린층 형성단계로 이루어진다.Referring to the drawings, the method for producing a thin film containing fluorine according to the present invention is to pretreat the surface of the substrate 10 by injecting a reaction gas for activating the surface of the substrate 10 and removing residual organic matters inside the chamber. A pretreatment step and an intermediate layer forming step of coating the intermediate layer 20 on the surface of the substrate 10 by adding a reaction gas containing Si to improve the adhesion inside the chamber, and a hydrocarbon gas is introduced into the chamber. DLC layer forming step of coating the DLC layer 30 on the surface of the intermediate layer 20 and a fluoride gas is added to the inside of the chamber to improve corrosion resistance and abrasion resistance to fluorine on the surface of the DLC layer 30. It consists of a fluorine layer forming step of coating the lean layer (40).

즉, 기재(10)의 표면에 DLC층(30)을 코팅한 후, 상기 DLC층(30)의 표면에 플루오린화물의 가스를 이용하여 플루오린층(40)을 코팅함으로써, 플루오린(F)의 함유에 따라 포러스한 조직이 형성되고, 이로 인해 표면이 소수성(hydrophobic)화 되면서 표면에 대한 젖음성이 적으므로 내식성이 증가하게 된다.That is, after coating the DLC layer 30 on the surface of the substrate 10, by coating the fluorine layer 40 using a fluoride gas on the surface of the DLC layer 30, fluorine (F) As a result of the formation of a porous tissue, due to the hydrophobic (hydrophobic) surface is due to the low wettability to the surface is increased corrosion resistance.

특히, 차세대 자동차 윤활유인 MoDTC(GF4) 오일에 대해 내구성이 있으면서 오일의 포겟 역할을 하는 표면층에 의해 마찰계수를 향상시켜 내구성을 요하는 자동차 부품의 적용이 가능하게 된다.In particular, it is possible to apply the automotive parts that require durability by improving the coefficient of friction by the surface layer that acts as a forge of the oil while having durability against MoDTC (GF4) oil, which is a next-generation automotive lubricating oil.

본 발명에서, 상기 전처리단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 H2를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 기재(10)의 표면을 10~30분 동안 이온 활성화할 수 있다.In the present invention, the pre-treatment step, while maintaining the pressure in the chamber to 10mTorr ~ 500mTorr, while putting Ar and H 2 in a volume ratio of 1: 0.1 to 5 inside the chamber, the pulse type voltage to the substrate 10 The surface of the substrate 10 may be ion-activated for 10 to 30 minutes in a state where plasma is generated and maintained therebetween.

구체적으로, 챔버의 내부에 기재(10)를 장입한 후, 로터리 펌프와 부스터 펌프 등의 진공펌프(41)를 이용하여 챔버 내부의 압력을 3×10-3 Torr까지 진공을 배기한다.Specifically, after the base 10 is charged into the chamber, the vacuum inside the chamber is evacuated to a vacuum of 3 x 10 -3 Torr using a vacuum pump 41 such as a rotary pump and a booster pump.

이 후, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr 사이의 공정압력으로 유지시킨 상태에서, 가스 인입장치부를 통해 상기 챔버 내부에 Ar과 H2의 반응가스를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입한다. 이때, 상기 기재(10)에는 파워서플라이를 통해 펄스형 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 생성 유지함으로써, 상기 플라즈마 내에서 화학적 반응을 일으켜 기재(10) 표면을 활성화(에칭)하는 동시에 유기세정에 의해 처리하지 못한 기재(10) 표면의 잔류 유기물을 제거(크리닝)하게 된다.Thereafter, while maintaining the pressure inside the chamber at a process pressure between 10 mTorr and 500 mTorr, a reaction gas of Ar and H 2 is introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5 through a gas inlet device. . At this time, the substrate 10 is subjected to a pulsed bias voltage through a power supply to generate and maintain a plasma, thereby causing a chemical reaction in the plasma to activate (etch) the surface of the substrate 10 and simultaneously process it by organic cleaning. The remaining organic matter on the surface of the substrate 10 that is not obtained is removed (cleaned).

상기 중간층 형성단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 테트라메틸실란(TMS)을 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 활성화된 기재(10)의 표면에 10-30분 동안 규소(Si)가 함유된 중간층(20)을 증착 형성할 수 있다.In the intermediate layer forming step, the pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and tetramethylsilane (TMS) are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, but the pulse type is applied to the substrate 10. By applying a voltage, the intermediate layer 20 containing silicon (Si) may be deposited on the surface of the activated substrate 10 for 10-30 minutes while the plasma is generated and maintained around the voltage.

구체적으로, 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr 사이의 공정압력으로 유지시킨 상태에서, 가스 인입장치부를 통해 상기 챔버 내부에 Ar과 테트라메틸실란(TMS : Si(CH3)4)의 반응가스를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입한다. 이때, 상기 기재(10)에는 파워서플라이를 통해 펄스형 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 생성 유지한 상태로 중간층(20)을 코팅하게 된다.Specifically, in a state in which the pressure inside the chamber is maintained at a process pressure between 10 mTorr and 500 mTorr, a reaction gas of Ar and tetramethylsilane (TMS: Si (CH 3 ) 4 ) 1 is introduced into the chamber through a gas inlet unit. : Insert in volume ratio of 0.1 ~ 5. In this case, the intermediate layer 20 is coated on the substrate 10 in a state in which a plasma is generated by applying a pulsed bias voltage through a power supply.

여기서, 상기 중간층(20)에 사용되는 가스가 테트라메틸실란에 한정되는 것은 아니며, Si가 함유된 다른 화합물가스가 적용될 수도 있을 것이다.Here, the gas used in the intermediate layer 20 is not limited to tetramethylsilane, and other compound gas containing Si may be applied.

상기 DLC층 형성단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 C2H2를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 중간층(20)의 표면에 30~120분 동안 탄소(C)가 함유된 DLC층(30)을 증착 형성할 수 있다.In the DLC layer forming step, the pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and C 2 H 2 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, but the pulse type voltage is applied to the substrate 10. It is possible to deposit and form a DLC layer 30 containing carbon (C) for 30 to 120 minutes on the surface of the intermediate layer 20 in a state where the plasma is generated and maintained around it.

구체적으로, 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr 사이의 공정압력으로 유지시킨 상태에서, 가스 인입장치부를 통해 상기 챔버 내부에 Ar과 C2H2의 반응가스를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입한다. 이때, 상기 기재(10)에는 파워서플라이를 통해 펄스형 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 생성 유지한 상태로 DLC층(30)을 코팅하게 된다.Specifically, while maintaining the pressure inside the chamber at a process pressure between 10 mTorr and 500 mTorr, a reaction gas of Ar and C 2 H 2 is introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1-5 through a gas inlet unit. do. In this case, the substrate 10 is coated with the DLC layer 30 while generating and maintaining a plasma by applying a pulsed bias voltage through a power supply.

여기서, 상기 중간층(20)에 사용되는 가스가 C2H2에 한정되는 것은 아니며, 이 외에 다른 탄화수소가스 적용될 수도 있을 것이다. 다만, 본 발명에서는 수소의 함량을 최소화하는 것이 유리하므로, 바람직하게는 C2H2가 사용되어야 할 것이다.Here, the gas used in the intermediate layer 20 is not limited to C 2 H 2 , but other hydrocarbon gases may be applied. However, in the present invention, it is advantageous to minimize the content of hydrogen, and preferably C 2 H 2 should be used.

상기 플루오린층 형성단계는, 상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 CF4를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 DLC층(30)의 표면에 10~30분 동안 플루오린(F)이 함유된 플루오린층(40)을 증착 형성될 수 있다.In the fluorine layer forming step, the pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and CF 4 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, but a pulsed voltage is applied to the substrate 10. Thus, the fluorine layer 40 containing fluorine (F) may be deposited on the surface of the DLC layer 30 for 10 to 30 minutes while the plasma is generated and maintained around it.

구체적으로, 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr 사이의 공정압력으로 유지시킨 상태에서, 가스 인입장치부를 통해 상기 챔버 내부에 Ar과 CF4의 반응가스를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입한다. 이때, 상기 기재(10)에는 파워서플라이를 통해 펄스형 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 생성 유지한 상태로 플루오린층(40)을 코팅하게 된다.Specifically, while maintaining the pressure inside the chamber at a process pressure between 10 mTorr and 500 mTorr, a reaction gas of Ar and CF 4 is introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5 through a gas inlet device. In this case, the substrate 10 is coated with the fluorine layer 40 while generating and maintaining a plasma by applying a pulsed bias voltage through a power supply.

여기서, 상기 중간층(20)에 사용되는 가스가 CF4에 한정되는 것은 아니며, 이 외에 다른 플루오린화물의 가스가 적용될 수도 있을 것이다.Here, the gas used in the intermediate layer 20 is not limited to CF 4 , and other gases of fluoride may be applied.

그리고, 상기 플루오린층 형성단계에서는, 플루오린(F)이 첨가되는 함량에 따라 박막의 마찰계수와 내식성의 물성이 제어될 수 있다.In the fluorine layer forming step, the coefficient of friction and the corrosion resistance of the thin film may be controlled according to the amount of fluorine (F) added.

즉, 자동차 부품의 경우 최적 Si-Interlayer층을 증착시켜 밀착력을 높였으며, 이때 플루오린(F)을 3~5% 넣어 오일의 포겟 역할을 하는 표면층에 의해 마찰계수를 향상시키므로, 경도와 내구성을 요하는 자동차 부품의 적용이 가능하도록 한다.In other words, in the case of automotive parts, an optimum Si-Interlayer layer was deposited to increase adhesion. At this time, the coefficient of friction is improved by the surface layer acting as a forge of oil by adding 3 to 5% of fluorine (F), thereby improving hardness and durability. Make it possible to apply the necessary automotive parts.

이때, 박막의 총 두께가 2.3㎛인 경우, 이 중 Si-Interlayer를 0.5㎛정도의 두께로 설계하여 밀착력을 높이고, 또한 DLC코팅층의 두께는 1㎛두께로 설계하였으며, 플루오린층(40)의 경우 0.8㎛정도의 두께로 설계하여 경도는 유지시키고 플루오린(F)을 통한 마찰계수를 향상시키게 된다.At this time, when the total thickness of the thin film is 2.3㎛, among them, the Si-Interlayer is designed to a thickness of about 0.5㎛ to increase the adhesion, and the thickness of the DLC coating layer was based on a thickness of 1㎛, in the case of the fluorine layer 40 Designed to a thickness of about 0.8㎛ to maintain the hardness and improve the coefficient of friction through fluorine (F).

반면, 극한환경으로 인해 내식성이 요구되는 반도체 지그 같은 경우 플루오린(F)의 양을 10~20% 넣어 표면이 소수성(hydrophobic)화 되면서 표면에 대한 젖음성이 적으므로(접촉각 약 126°) 내식성이 증가하게 된다.On the other hand, in the case of a semiconductor jig that requires corrosion resistance due to the extreme environment, the surface becomes hydrophobic by adding 10 to 20% of fluorine (F), and thus the surface is not wetted (contact angle about 126 °). Will increase.

이때, 박막의 총 두께는 플루오린(F)의 함량 증가에 따라 표면이 식각되는 현상을 나타내어 2.3㎛보다 작은 1.8㎛의 두께를 나타냈으며, 이는 경도저하와 밀착력 저하의 원인이 된다. 그러나, 반도체 지그의 경우 경도와 밀착력 보다는 내식성이 우수하여야 하기 때문에 플루오린(F)의 양을 늘려 접촉각이 126°가 되도록 함으로써, 표면이 소수성(hydrophobic)화 되면서 내식성이 증가하는 막을 만들 수 있게 된다.At this time, the total thickness of the thin film showed a phenomenon that the surface is etched as the content of fluorine (F) increased, which represented a thickness of 1.8 μm, which is smaller than 2.3 μm, which causes a decrease in hardness and adhesion. However, in the case of semiconductor jig, corrosion resistance should be better than hardness and adhesion, so that the contact angle is increased to 126 ° by increasing the amount of fluorine (F), thereby making the film hydrophobic and increasing the corrosion resistance. .

따라서, 플루오린(F)의 양을 조절하여 제품의 사용환경을 고려하여 막을 설계하면 최적의 다층막을 만들어 낼 수 있어 여러 분야에 적용시킬 수 있게 된다.Therefore, if the membrane is designed in consideration of the environment of use of the product by adjusting the amount of fluorine (F), it is possible to make an optimal multilayer film and to apply it to various fields.

한편, 본 발명의 플루오린(F)이 함유된 박막은, 기재(10)의 표면에 밀착성 향상을 위해 규소(Si)가 함유되어 코팅된 중간층(20)과, 상기 중간층(20)의 표면에 탄소(C)가 함유되어 코팅된 DLC층(30) 및, 상기 DLC층(30)의 표면에 플루오린(F)이 함유되어 코팅된 플루오린층(40)을 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the thin film containing the fluorine (F) of the present invention, on the surface of the substrate 10, the silicon (Si) is contained and coated to improve the adhesion to the surface of the intermediate layer 20, It may be configured to include a DLC layer 30 coated with carbon (C), and a fluorine layer 40 coated with fluorine (F) on the surface of the DLC layer 30.

아울러, 상기와 같은 박막 코팅 기술이 적용되는 분야들에는 저마찰 코팅뿐만이 아니라, 자동차 부품의 내구성을 위한 질화, 산질화, PVD등 다양한 기술이 요구되고 있다.In addition, in the fields to which the above thin film coating technology is applied, not only low friction coating, but also various technologies such as nitriding, oxynitride, and PVD for durability of automobile parts are required.

따라서, DLC막을 형성하기 위한 PECVD장비에 질화 및 산질화 등의 공정이 가능한 장비가 포함되는 것이 유리하며, 또한 건설기계 분야에서 요구하는 침류 질화 및 고인성 코팅 기술에 대해 적용하도록 개선할 수도 있을 것이다.Therefore, it is advantageous to include equipment capable of nitriding and oxynitridation in PECVD equipment for forming DLC film, and may be improved to apply to the immersion nitriding and high toughness coating technology required in the field of construction machinery. .

이같은, PECVD 장비의 대표적인 특성은 가스상의 원료 물질을 사용하기 때문에 기존 고상의 타겟을 사용하는 PVD 공정과 비교하여 균일성 확보가 용이하다는 것과 복잡하고 다양한 형상의 제품을 동시에 그리고 균일하게 처리가 가능하다는데 있으며, 또한 가스상의 원료 물질의 확보가 가능하다면, 다양한 물질의 적용이 한 챔버 내에서 동시에 가능할 수 있다.As such, the typical characteristics of PECVD equipment are gaseous raw materials, which makes it easier to secure uniformity compared to PVD processes using solid targets, and it is possible to simultaneously and uniformly process complex and various products. In addition, if it is possible to secure gaseous raw materials, the application of various materials may be possible simultaneously in one chamber.

본 발명에 의한 박막 제조장치로서, 대면적 공정 플라즈마를 이용한 최적의 물성 DLC 코팅층의 도출을 위하여 대형의 PECVD 장비를 이용하여 진행하며, 장비의 크기는 유효공간이 1.5m X 1.5m로서 대형 금형을 균일하게 처리할 수 있는 크기로 제작되는 것이 바람직할 것이다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 박막 제조장치는 질화와 DLC 코팅이 가능한 이원(DUPLEX)의 코팅 장비가 적용되는 것이 적절하다.In the thin film manufacturing apparatus according to the present invention, a large-scale PECVD equipment is used to derive the optimal physical property DLC coating layer using a large-area process plasma, and the size of the equipment is 1.5m X 1.5m with an effective space of 1.5m x 1.5m. It would be desirable to have a size that can be processed uniformly. In addition, as described above, the thin film manufacturing apparatus is appropriately applied to the coating equipment of the dual (DUPLEX) capable of nitriding and DLC coating.

본 발명의 작용 및 효과를 첨부된 도면에 의해 살펴본다.The operation and effects of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 박막 제조방법을 위한 실시예를 살펴보면, 챔버 내부에 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지한 상태에서 Ar 1~500sccm과 H2 1~500sccm을 투입하고, 히터에 의해 전처리에 적절한 온도를 가한다. 그리고, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 기재(10)의 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 기재(10)의 표면을 20분 동안 이온 활성화한다.Looking at the embodiment for the thin film manufacturing method of the present invention, Ar 1 ~ 500sccm and H 2 1 ~ 500sccm in the state of maintaining the pressure to 10mTorr ~ 500mTorr inside the chamber, and the appropriate temperature for pretreatment by the heater is added. . Then, a pulsed voltage is applied to the substrate 10 to ion-activate the surface of the substrate 10 for 20 minutes while the plasma is generated and maintained around the substrate 10.

이 후, 챔버 내부에 Ar 1~500sccm과 테트라메틸실란(TMS) 1~100sccm을 투입하고, 기재(10)의 주위에 플라즈마가 생성된 상태에서 이온 활성화된 기재(10)의 표면에 15분 동안 중간층(20)을 코팅한다.Thereafter, Ar 1 to 500 sccm and tetramethylsilane (TMS) 1 to 100 sccm were introduced into the chamber, and plasma was generated around the substrate 10 for 15 minutes on the surface of the ion-activated substrate 10. The intermediate layer 20 is coated.

이어서, 챔버 내부에 Ar 1~500sccm과 C2H2 1~500sccm을 투입하고, 기재(10)의 주위에 플라즈마가 생성된 상태에서 중간층(20)의 표면에 1시간 동안 DLC층(30)을 증착 형성한다.Subsequently, Ar 1 to 500 sccm and C 2 H 2 1 to 500 sccm are introduced into the chamber, and the DLC layer 30 is applied to the surface of the intermediate layer 20 for 1 hour while a plasma is generated around the substrate 10. Vapor deposition.

그리고, 챔버 내부에 Ar 1~500sccm과 CF4 1~100sccm을 투입하고, 기재(10)의 주위에 플라즈마가 생성된 상태에서 DLC층(30)의 표면에 10분 동안 플루오린층(40)을 증착 형성한다.Then, Ar 1 to 500 sccm and CF 4 1 to 100 sccm are introduced into the chamber, and the fluorine layer 40 is deposited on the surface of the DLC layer 30 for 10 minutes while a plasma is generated around the substrate 10. Form.

도 3에서는 상기한 박막 제조방법에 의해 제조된 샘플의 코팅 사진을 도시하였으며, 아래의 표 2는 본 발명에 의해 제조된 박막의 물성치를 정리하였다.3 shows a coating picture of the sample prepared by the above-described thin film manufacturing method, Table 2 below summarizes the physical properties of the thin film prepared by the present invention.

경도(GPa)Hardness (GPa) 마찰계수Coefficient of friction 밀착력(N)Adhesion (N) 접촉각(°)Contact angle (°) 두께(㎛)Thickness (㎛) 18~2118-21 0.04~0.20.04-0.2 18~3218 ~ 32 69~12669-126 1~31-3

도 4에서는 플루오린층 형성단계에서의 CF4 가스 첨가량에 따른 Raman 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도면을 참조하면, CF4 가스량이 증가함에 따라 G peak의 강도(intensity)가 증가하는 것으로 나타나고, Peak position도 증가하는 것으로 나타났다.4 is a graph showing a Raman measurement result according to the amount of CF 4 gas added in the fluorine layer forming step. Referring to the drawings, as the amount of CF4 gas increases, the intensity (intensity) of the G peak appears to increase and the peak position also increases.

또한, ERD(Elastic Recoil Detection) 측정결과에 근거하여 계산된 DLC내에 존재하는 각 원소의 함량 변화를 아래의 표 3에 정리하였다.In addition, the change in the content of each element present in the DLC calculated based on the results of the Elastic Recoil Detection (ERD) is summarized in Table 3 below.

CF4 가스량CF 4 gas volume 원소 함량(%)Element content (%) CC HH FF 0 sccm0 sccm 93.9093.90 6.106.10 00 10 sccm10 sccm 80.9880.98 16.6016.60 2.432.43 20 sccm20 sccm 81.3081.30 13.0113.01 5.695.69 30 sccm30 sccm 83.6883.68 9.639.63 6.696.69 40 sccm40 sccm 80.6680.66 9.679.67 9.679.67 50 sccm50 sccm 77.5277.52 6.986.98 15.5015.50

플루오린(F)의 함량은 사용된 CF4 가스 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타나고 있다.The content of fluorine (F) is shown to increase in proportion to the CF 4 gas content used.

도 5는 본 발명에 의해 코팅된 시편의 SEM 표면 및 단면 사진을 분석하여 나타낸 결과이다.5 is a result of analyzing the SEM surface and cross-sectional photograph of the specimen coated by the present invention.

도면을 참조하면, 사용된 가스 조성에 따라서 형성된 층의 두께가 다르게 나타나는 것으로 관찰되고 있다. 또한, 코팅층의 두께는 플루오린(F)이 함유되지 않은 박막에서 가장 낮은 두께가 관찰되었으며, CF4가 함유된 박막에서는 더 높은 두께가 나타나고 있다.Referring to the drawings, it is observed that the thickness of the formed layer is different depending on the gas composition used. In addition, the thickness of the coating layer was the lowest thickness observed in the thin film containing no fluorine (F), the higher thickness is shown in the thin film containing CF 4 .

그 이유는 DLC층(30) 코팅 후 추가로 플루오린층(40)을 증착하여 증착율을 높인 결과로, CF₄가스 함유량에 따른 박막 두께의 변화를 살펴보면 CF4 가스 유량이 증가하면서 박막의 두께는 점차 감소하는 것을 알 수 있고, 이는 플루오린(F)의 첨가로 인하여 박막이 다공성 구조(Porous)와 취한 성질의 조직으로 변화되면서 두께가 감소하기 때문이며, 이로 인해 경도 역시 감소하는 경향을 나타내고 있다.The reason for this is that the deposition rate is increased by further depositing the fluorine layer 40 after the DLC layer 30 is coated. As a result, when the flow rate of CF4 gas increases, the thickness of the thin film decreases gradually as the CF4 gas flow rate increases. It can be seen that this is because the thickness of the thin film is reduced due to the addition of fluorine (F) to the porous structure (porous) and the structure of the ingested properties, thereby showing a tendency to decrease the hardness.

도 6과 도 7은 CF₄가스 첨가에 따른 DLC 박막의 경도값의 변화와 탄성계수 그리고 그에 따른 H/E지수를 나타낸 것이다.6 and 7 show the change in hardness value and modulus of elasticity of the DLC thin film according to the addition of CF₄ gas and the H / E index accordingly.

첨부된 도 6과 도 7을 참조하면, 플루오린(F)의 함유량이 10% 함유된 박막에서 21.4GPa의 가장 높은 경도값을 나타내었으며, 플루오린(F)의 함유량이 증가함에 따라 18.2GPa까지 감소하는 경향을 보이고 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, the highest hardness value of 21.4 GPa was shown in the thin film containing 10% of fluorine (F), and the content of fluorine (F) was increased to 18.2 GPa. The trend is decreasing.

이는 앞서 설명한 바와 같이, 표면조직이 다공성 구조(Porous)이고 취한 성질의 조직으로 변화하면서 경도가 감소한 것으로 나타나게 된다. 또한, 플루오린(F)이 함유되지 않은 박막은 20GPa 정도로 측정되었으며, 이는 PECVD로 만들 수 있는 최대 경도값에 해당하는 결과이다.As described above, the hardness is reduced as the surface tissue is porous and changes to the tissue of the ingested properties. In addition, the thin film without fluorine (F) was measured at about 20 GPa, which corresponds to the maximum hardness value that can be produced by PECVD.

일반적으로 H/E값에 의해 코팅층의 내구성 또는 내마모 특성에 대한 예측이 가능한 것으로 알려져 있는데, 도 7과 같이 CF4유량이 증가하는 경우가 동일 경도값에서 E값이 낮은 것으로 나타나고 있다.In general, it is known that the durability or wear resistance of the coating layer can be predicted by the H / E value. However, when the flow rate of CF 4 increases as shown in FIG. 7, the E value is low at the same hardness value.

도 8은 CF₄가스 첨가에 따른 DLC 박막의 밀착력 실험결과를 나타낸 것이다.Figure 8 shows the adhesion test results of the DLC thin film according to the CF₄ gas addition.

도면을 참조하여 설명하면, 밀착력에 대한 영향 평가에서 플루오린(F)이 첨가하지 않은 경우, 32.7 N의 높은 밀착력을 보였으나, 플루오린(F)의 첨가에 의해 18.4 ~ 29.5 N의 밀착력을 보이는 것으로 나타났다. 다만, 본 발명에 의해 제조된 박막의 밀착력은 자동차 구동부품에 적용이 가능한 정도의 높은 값으로, 18 N 정도의 밀착력을 보인 공정 조건의 시편도 기능성 시편으로서 사용이 가능한 충분한 밀착력을 갖는 것이다.Referring to the drawings, when fluorine (F) was not added in the evaluation of the effect on the adhesion, showed a high adhesion of 32.7 N, but the adhesion of 18.4 ~ 29.5 N by the addition of fluorine (F) Appeared. However, the adhesive force of the thin film manufactured by the present invention is a high value that can be applied to automobile driving parts, and the specimen under the process conditions showing the adhesion force of about 18 N also has sufficient adhesion force that can be used as the functional specimen.

도 9은 CF₄가스 첨가량에 따라 ball on disc 법에 의하여 건식 환경과 습식환경에서 측정된 마모 특성 평가를 나타낸 도면이다.9 is a view showing the evaluation of wear characteristics measured in a dry environment and a wet environment by the ball on disc method according to the amount of CF₄ gas.

도면을 참조하여 설명하면, 건식환경에서 마찰 계수는 플루오린(F) 함량의 증가에 따라 증가하는 경향을 보이는 반면, 자동차 윤활유인 GF3 오일에서는 거의 동일한 마찰계수를 보이고 있다. 그러나, GF4 오일에서 마찰 계수 측정시 일반적인 PECVD 방법으로 제조된 DLC 코팅의 경우, 마모 트랙사진 중에서 왼쪽 그림에서 보듯이 마모 실험중 완전히 박리되는 것으로 알려져 있는데, 플루오린(F)의 첨가에 의해 오히려 마찰 계수도 우수하고 마찰 실험후 마찰 트랙의 폭도 매우 좋은 결과를 보이는 것으로 나타나고 있다.Referring to the drawings, in the dry environment, the coefficient of friction tends to increase with increasing fluorine (F) content, while GF3 oil, which is an automobile lubricant, shows almost the same coefficient of friction. However, DLC coatings prepared by the general PECVD method for measuring the friction coefficient in GF4 oil are known to be completely peeled off during the abrasion test, as shown in the left figure in the wear track picture, but rather by the addition of fluorine (F). The coefficient is good and the width of the friction track after the friction test is very good.

결국, 플루오린(F) 가스 첨가에 의해 형성된 다공성 조직이 GF4 오일에 대해 내구성이 있으면서 오일의 포겟 역할을 하는 표면층에 의해 마찰 계수도 우수한 것으로 확인되고 있다.As a result, it has been confirmed that the porous structure formed by the addition of fluorine (F) gas is excellent in the coefficient of friction by the surface layer serving as the oil forge while being durable against GF4 oil.

도 10은 여러 증착방법에 따른 저마찰 오일(MO-DTC)(GF4) 환경에서 측정된 마찰계수 평가 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a friction coefficient evaluation result measured in a low friction oil (MO-DTC) (GF4) environment according to various deposition methods.

도면을 참조하면, 본 발명의 플루오린이 첨가되어 DLC코팅된 것이, PVD 또는 PECVD에 의해 DLC 코팅된 것에 비해 저마찰계수 특성을 보이고 있어, 일반적인 DLC제조방법에 의해 코팅되는 DLC보다 더욱 우수한 마찰계수를 확보할 수 있게 된다.Referring to the drawings, DLC coated with the fluorine of the present invention shows a low coefficient of friction characteristics compared to DLC coated by PVD or PECVD, and has a better coefficient of friction than DLC coated by a general DLC manufacturing method. It can be secured.

도 11은 CF₄가스 첨가량에 따른 접촉각 측정 결과를 나타낸 것이다.11 shows the contact angle measurement results according to the amount of CF₄ gas added.

도면을 참조하면, 플루오린(F)의 함량이 증가함에 따라 접촉각이 플루오린(F)이 없는 경우, 69°에서 126°까지 거의 비례적으로 증가하는 것으로 나타나고 있다. 이러한 소수성(hydrophobic)화 특성이 윤활 환경에서 우수한 마찰계수로 나타나게 됨을 알 수 있다.Referring to the drawings, as the content of fluorine (F) increases the contact angle in the absence of fluorine (F), it appears to increase almost proportionally from 69 ° to 126 °. It can be seen that this hydrophobic property is shown as an excellent coefficient of friction in the lubrication environment.

도 12는 DLC 코팅층에 CF4 가스량과 Si, CF4 첨가에 따른 동전위 측정 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 12 is a graph showing the results of a coincidence measurement according to the amount of CF 4 gas and Si, CF 4 added to the DLC coating layer.

도면을 참조하면, 플루오린(F)의 함량이 증가함에 따라 내식성이 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 젖음성이 적으므로 염수와의 반응이 최소화되기 때문으로 확인된다. 반면, 원소가 없는 일반 DLC와, Si가 첨가된 시편, 그리고, 플루오린(F)이 첨가된 시편과의 비교시, Si 첨가된 시편의 경우 내식성이 다소 떨어지는 것으로 나타났으며, 플루오린(F)이 첨가된 경우가 다른 두 경우보다 5 배 이상 내식성이 우수한 것으로 나타나고 있다.Referring to the drawings, it was found that the corrosion resistance increases as the content of fluorine (F) increases, which is confirmed because the reaction with brine is minimized because of less wettability. On the other hand, when comparing the DLC with no element, the Si-added specimen, and the fluorine (F) -added specimen, the Si-added specimen was found to be somewhat poor in corrosion resistance. ) Is more than five times better corrosion resistance than the other two cases.

특히, 최적 조건으로 코팅된 DLC 층의 경우 도 13에서 보듯이 2000시간 이상까지 부식이 없이 안정한 것으로 확인되었는바, 플루오린(F)이 첨가된 시편의 경우 이보다도 우수한 내식성을 기대할 수 있게 된다.In particular, the DLC layer coated under optimum conditions was found to be stable without corrosion, as shown in FIG. 13, for at least 2000 hours. Thus, in the case of the specimen to which fluorine (F) was added, excellent corrosion resistance can be expected.

한편, 본 발명에 의해 제조된 박막의 응용 분야로서, 대표적으로 자동차 분야 주요 부품들을 들 수 있다.On the other hand, as an application field of the thin film manufactured by the present invention, the main parts of the automotive field are representative.

도 14는 자동차에서 코팅 기술이 적용되는 대표적인 부분(왼쪽)과, DLC 코팅이 적용되는 구동부품(오른쪽)을 도시한 것이며, 도 15는 자동차에 사용되는 실린더 라이너의 DLC코팅 공정을 위한 전, 중, 후 사진을 나타낸 것이다.FIG. 14 illustrates a representative part (left) to which a coating technology is applied in a vehicle and a driving part (right) to which a DLC coating is applied, and FIG. After, the picture is shown.

첨부된 도면과 같이, 본 발명에 의한 박막은 향후 자동차 분야에 저마찰 오일에 대한 사용이 필요한 실정에서, 태핏, 밸브, 피스톤링, 실린더 라이너 등과 같은 보다 다양한 자동차 부품에 적용될 수 있는바, 그 활용범위가 매우 광범위하며, 특히 최근 CO2 배출 규제와 같은 환경 문제, 고유가 대응을 위한 대응책 마련에 대한 필요성이 증가하면서, 자동차 연비를 향상시키는 방안으로서의 코팅기술로 본 발명의 박막을 적용할 수 있는 특장점이 있다.As shown in the accompanying drawings, the thin film according to the present invention can be applied to more various automotive parts, such as tappets, valves, piston rings, cylinder liners, etc. in the situation where the use of low friction oil in the future automotive field is required, the use thereof The scope of the present invention is very broad, and in particular, as the need for preparing a countermeasure to cope with high environmental costs such as the recent CO 2 emission regulation, and the coating technology as a way to improve the fuel economy of the car can be applied to the thin film of the present invention There is this.

아울러, 본 발명에 의한 제조된 박막의 또 다른 응용 분야로서, 상기한 자동차분야 외에도 메탈 마스크(Metal mask), 반도체 금형 및 내식성이 요구되는 다양한 부품들에 대해 적용할 수 있다.In addition, as another application field of the thin film manufactured according to the present invention, in addition to the above-described automotive field, it can be applied to a metal mask, a semiconductor mold, and various components requiring corrosion resistance.

도 16을 참조하면, 기존에 코팅 없이 사용되었던 메탈 마스크 제품에 본 발명의 박막 적용을 통해 마찰계수를 10배 이상 향상시켰으며, 이를 통해 땜납의 젖음성을 개선하여 관련 제품의 수명(사용시간 기준)을 5배 이상 향상시키게 된다.Referring to FIG. 16, the coefficient of friction was improved by at least 10 times through the application of the thin film of the present invention to a metal mask product which was previously used without coating, thereby improving the wettability of the solder and thus the lifetime of the related product (based on the usage time). It is improved by 5 times.

또한, 도 17에서 보여지듯이, 본 발명 박막의 우수한 물성 때문에 균일한 땜납 분포와 정확성을 향상시키게 된다.In addition, as shown in Figure 17, because of the excellent physical properties of the thin film of the present invention to improve the uniform solder distribution and accuracy.

이 밖에 LED용 반도체 칩을 만드는 데 사용되는 반도체 지그인 30 ㎛ 두께의 인바(invar) 소재에 대해 DLC 코팅처리하여 100 × 30 cm에 대한 두께의 균일성을 확인하였다. 또한, 얇은 시편에 대해 손상없이 DLC 코팅층을 효과적으로 생성함으로서, 기존 지그 소재의 가격 및 가공 경비 등을 최소화시킬 수 있게 된다.In addition, DLC coating was performed on an invar material having a thickness of 30 μm, which is a semiconductor jig used to make a semiconductor chip for LEDs, and a uniformity of thickness about 100 × 30 cm was confirmed. In addition, by effectively generating a DLC coating layer without damage to the thin specimen, it is possible to minimize the cost and processing cost of the existing jig material.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.On the other hand, the present invention has been described in detail only with respect to the specific examples described above it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims. .

10 : 기재 20 : 중간층
30 : DLC층 40 : 플루오린층
10: base material 20: intermediate layer
30: DLC layer 40: fluorine layer

Claims (10)

기재(10)의 표면에 DLC층(30)을 코팅한 후, 상기 DLC층(30)의 표면에 플루오린화물의 가스를 이용하여 플루오린층(40)을 코팅하며;
상기 플루오린화물은 CF4가 사용되는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막 제조방법.
After the DLC layer 30 is coated on the surface of the substrate 10, the fluorine layer 40 is coated on the surface of the DLC layer 30 using a gas of fluoride;
The fluoride is a thin film manufacturing method containing fluorine, characterized in that CF 4 is used.
삭제delete 챔버의 내부에 기재(10) 표면을 활성화하고 잔류 유기물을 제거하기 위한 반응가스를 투입하여 기재(10)의 표면을 전처리하는 전처리단계와;
상기 챔버의 내부에 밀착성 향상을 위해 Si가 함유된 반응가스를 투입하여 상기 기재(10) 표면에 중간층(20)을 코팅하는 중간층 형성단계와;
상기 챔버의 내부에 탄화수소가스를 투입하여 상기 중간층(20) 표면에 DLC층(30)을 코팅하는 DLC층 형성단계; 및
상기 챔버의 내부에 내식성 및 내마모성 향상을 위해 플루오린화물 가스를 투입하여 상기 DLC층(30)의 표면에 플루오린층(40)을 코팅하는 플루오린층 형성단계;를 포함하여 구성되며,
상기 플루오린층 형성단계는,
상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 CF4를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 DLC층(30)의 표면에 10~30분 동안 플루오린(F)이 함유된 플루오린층(40)을 증착 형성하는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막 제조방법.
A pretreatment step of pretreating the surface of the substrate 10 by injecting a reaction gas for activating the surface of the substrate 10 and removing residual organic materials in the chamber;
An intermediate layer forming step of coating the intermediate layer 20 on the surface of the substrate 10 by injecting a reaction gas containing Si to improve adhesion within the chamber;
DLC layer forming step of coating the DLC layer 30 on the surface of the intermediate layer 20 by injecting hydrocarbon gas into the chamber; And
And a fluorine layer forming step of coating a fluorine layer 40 on the surface of the DLC layer 30 by injecting a fluoride gas to improve corrosion resistance and abrasion resistance inside the chamber.
The fluorine layer forming step,
The pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and CF 4 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, and a plasma is generated around the substrate 10 by applying a pulsed voltage. The fluorine-containing thin film manufacturing method characterized in that the deposition of a fluorine layer (40) containing fluorine (F) for 10 to 30 minutes on the surface of the DLC layer 30 in the maintained state.
제 3항에 있어서,
상기 전처리단계는,
상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 H2를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 기재(10)의 표면을 10~30분 동안 이온 활성화하는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막 제조방법.
The method of claim 3, wherein
The pre-
The pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and H 2 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, and a plasma voltage is generated around the substrate 10 by applying a pulsed voltage. Method for producing a thin film containing fluorine, characterized in that the surface of the substrate 10 is ion-activated for 10 to 30 minutes in a maintained state.
제 3항에 있어서,
상기 중간층 형성단계는,
상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 테트라메틸실란(TMS)을 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 활성화된 기재(10)의 표면에 10-30분 동안 규소(Si)가 함유된 중간층(20)을 증착 형성하는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막 제조방법.
The method of claim 3, wherein
The intermediate layer forming step,
The pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and tetramethylsilane (TMS) are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, and a pulsed voltage is applied to the substrate 10 to thereby surround the chamber. Fluorine-containing thin film manufacturing method characterized in that the deposition of the intermediate layer (20) containing silicon (Si) for 10-30 minutes on the surface of the activated substrate (10) while the plasma is generated and maintained.
제 3항에 있어서,
상기 DLC층 형성단계는,
상기 챔버 내부의 압력을 10mTorr~500mTorr로 유지하며, 챔버 내부에 Ar과 C2H2를 1 : 0.1~5의 부피비율로 투입하되, 기재(10)에 펄스형 전압을 인가하여 그 주위에 플라즈마가 생성 유지된 상태에서 중간층(20)의 표면에 30~120분 동안 탄소(C)가 함유된 DLC층(30)을 증착 형성하는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막 제조방법.
The method of claim 3, wherein
The DLC layer forming step,
The pressure inside the chamber is maintained at 10 mTorr to 500 mTorr, and Ar and C 2 H 2 are introduced into the chamber at a volume ratio of 1: 0.1 to 5, and a pulsed voltage is applied to the substrate 10 to plasma the surroundings. The fluorine-containing thin film manufacturing method, characterized in that by depositing to form a DLC layer (30) containing carbon (C) for 30 to 120 minutes on the surface of the intermediate layer 20 in the state maintained.
삭제delete 제 3항에 있어서,
상기 DLC층 형성단계에서 탄화수소가스는 수소의 함량이 최소화된 탄화수소가스가 사용되는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막 제조방법.
The method of claim 3, wherein
In the DLC layer forming step, the hydrocarbon gas is a fluorine-containing thin film manufacturing method, characterized in that the hydrocarbon gas is used to minimize the content of hydrogen.
제 3항에 있어서,
상기 플루오린층 형성단계에서는, 플루오린(F)이 첨가되는 함량에 따라 박막의 마찰계수와 내식성의 물성이 제어되는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막 제조방법.
The method of claim 3, wherein
In the fluorine layer forming step, the fluorine-containing thin film manufacturing method, characterized in that the friction coefficient and the corrosion resistance of the thin film is controlled according to the amount of fluorine (F) is added.
기재(10)의 표면에 밀착성 향상을 위해 규소(Si)가 함유되어 코팅된 중간층(20)과;
상기 중간층(20)의 표면에 탄소(C)가 함유되어 코팅된 DLC층(30); 및
상기 DLC층(30)의 표면에 플루오린화물의 가스에 의해 플루오린(F)이 함유되어 코팅된 플루오린층(40);을 포함하여 구성하며,
상기 플루오린화물은 CF4가 사용되어 코팅되는 것을 특징으로 하는 플루오린이 함유된 박막.
An intermediate layer 20 coated with silicon (Si) to improve adhesion to the surface of the substrate 10;
DLC layer 30 is coated by containing the carbon (C) on the surface of the intermediate layer 20; And
And a fluorine layer 40 coated with fluorine (F) by the gas of fluoride on the surface of the DLC layer 30.
The fluoride is a thin film containing fluorine characterized in that the coating using CF 4 .
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