KR102185957B1 - 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 dlc코팅층을 포함하는 dlc코팅제품 - Google Patents

고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 dlc코팅층을 포함하는 dlc코팅제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DLC코팅방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 9-14GPa 이상의 내부 압축 응력하에서도 코팅이 박리되지 않도록 밀착력이 향상된 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 DLC코팅층을 포함하는 DLC코팅제품에 관한 것이다.

Description

고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 DLC코팅층을 포함하는 DLC코팅제품{DLC coating product including DLC coating layer obtained by coating method for highly adherent graphite}
본 발명은 DLC코팅방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 9-14GPa 이상의 내부 압축 응력하에서도 코팅이 박리되지 않도록 밀착력이 향상된 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 DLC코팅층을 포함하는 DLC코팅제품에 관한 것이다.
DLC(Diamond-Like Carbon)는 높은 경도(hardness)와 내마모성(wear resistance) 및 낮은 마찰(low friction)과 같은 우수한 기계적 성질들을 갖는 것에 기해, 특히 마찰공학적(tribological) 응용 분야에서 부품의 수명 연장을 위해 널리 사용되고 있다. DLC코팅은 주로 PECVD 방식으로 연구 개발되어 응용되어 왔다.
PECVD 방식은 C2H2 또는 CH4와 같은 하이드로카본 가스를 사용하며, 기판에 인가하는 마이너스의 전압으로 강하게 하이드로 카본 가스를 분해하여 +로 대전된 기체이온이 음으로 대전된 기판부로 강한 에너지와 가속도를 갖도록 끌어당겨 DLC박막을 형성시키는 과정이 이루어지고, 이로 인해 발생하는 강한 에너지 스파이크(energy spike)가 박막의 내부 밀도와 경도를 높이는 효과가 발생하는 것으로 알려져 있다. 하지만 이와 더불어 발생하는 내부 잔류응력이 커지는 현상으로 인해 코팅의 내부압축응력이 2-10GPa 이상되는 특성을 갖게 되어 통상 기판과의 밀착력이 좋지 않을 경우 박리가 발생하게 되는 문제점이 있었다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 기판에 그라파이트(graphite) 타겟을 이용하여 DLC를 형성시 강한 압축응력이 코팅에 존재하며 이로 인해 실리콘 기판과 밀착력이 나빠서 코팅의 박리가 쉽게 발생하는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위한 여러 가지 방법이 모색되는데 스퍼터링 방식은 PECVD 방식에 비해 내부 오염을 줄일 수 있고, 배치형 방식의 대량 생산도 가능해 주목받고 있지만, 밀착력을 높이는 것은 단순한 버퍼층의 도입이나 기판의 클리닝만으로는 쉽게 해결이 어렵고 특히 강한 내부 압축응력이 존재하는 상태에서는 1㎛ 이상의 두꺼운 박막을 코팅하는 것이 매우 어려운 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 내부응력으로 적용이 어려운 DLC 코팅을 용이하게 수행할 수 있는 코팅방법으로서, 보다 간편하고 대량생산이 가능하며, 챔버 내부의 오염을 줄일 수 있고 유지운영이 보다 편리한 스퍼터링 방식을 이용하여 내부의 높은 압축응력에도 견디는 밀착력을 DLC코팅막에 부여할 수 있는 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 DLC코팅막이 형성된 DLC코팅제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 그 표면에 순차적으로 버퍼층 및 DLC박막층이 적층되어 형성된 DLC코팅층을 포함하는데, 내부 압축응력이 11GPa이상에서도 상기 표면과 상기 DLC 코팅층 사이의 밀착력이 유지되는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 DLC코팅층은 1um이상의 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 버퍼층은 티탄, Cr, Mo 또는 텅스텐소재로 이루어지는 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 DLC코팅층은 진공챔버에 DLC(Diamond like carbon)박막을 코팅하고자 하는 실리콘, 세라믹 또는 금속 재질로 된 피코팅용 제품인 모재 및 티탄, Cr, Mo 또는 텅스텐소재인 금속타겟과 그라파이트 타겟을 배치하는 단계; 상기 모재를 클리닝 처리하는 모재클리닝단계; 타겟을 클리닝 처리하는 타겟클리닝단계; 상기 모재에 상기 금속타겟을 증착시켜 버퍼층을 형성하는 버퍼층형성단계; 및 상기 버퍼층 상에 상기 그라파이트를 증착시켜 DLC박막층을 형성하는 DLC박막층형성단계;를 포함하는 고밀착 그라파이트 코팅방법을 통해 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 모재클리닝단계는 4 ~ 8mTorr의 압력하에서 상기 모재에 400W미만의 RF바이어스 파워를 60분 이하로 처리한 다음 400W이상의 RF바이어스파워를 10분 이하로 처리하여 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 타겟클리닝단계는 1~ 3mTorr의 압력하에서 상기 모재에 100W미만의 RF바이어스 파워를 가하고 80 ~ 150W의 DC파워로 15분이하로 처리하여 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 버퍼층형성단계는 1~ 3mTorr의 압력하에서 30W이하의 DC파워를 인가한 후 상기 모재에 서로 다른 RF바이어스파워를 인가하여 2단계로 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 2단계는 상기 RF바이어스파워를 200W이상으로 인가하여 30분이상 처리하는 1단계 및 상기 RF바이어스파워를 150W이하로 인가하여 20분 이상 처리하는 2단계로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 DLC박막층형성단계는 3~7mTorr의 압력하에서 DC파워 및 RF바이어스파워가 다른 조건으로 1단계에서 3단계까지 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 1단계는 상기 DC파워가 100W이하로 인가되고 상기 RF바이어스파워는 200W이상 인가되며 10분 이하로 처리되어 수행되고, 상기 2단계는 상기 DC파워가 400W이상으로 인가되고 상기 RF바이어스파워는 인가되지 않고 120분 이하로 처리되어 수행되며, 상기 3단계는 상기 DC파워가 500W이상으로 인가되고 상기 RF바이어스파워는 200W이하로 인가되고 240분 이하로 처리되어 수행된다.
상술된 본 발명에 의하면 높은 내부응력으로 적용이 어려운 DLC 코팅을 용이하게 수행할 수 있는 코팅방법으로서, 보다 간편하고 대량생산이 가능하며, 챔버 내부의 오염을 줄일 수 있고 유지운영이 보다 편리한 스퍼터링 방식을 이용하여 내부의 높은 압축응력에도 견디는 밀착력을 DLC코팅막에 부여할 수 있다.
본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 알려진 스퍼터링방식으로 그라파이트 코팅하여 얻어진 DLC코팅층의 FE-SEM 관찰 표면 및 단면 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 DLC코팅제품의 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 DLC코팅제품의 표면에 형성된 DLC코팅층의 FE-SEM 관찰 표면 및 단면 이미지이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 기술적 특징은 높은 내부응력으로 적용이 어려운 DLC 코팅을 용이하게 수행할 수 있는 코팅방법으로서, 보다 간편하고 대량생산이 가능하며, 챔버 내부의 오염을 줄일 수 있고 유지운영이 보다 편리한 스퍼터링 방식을 이용하여 내부의 높은 압축응력에도 견디는 밀착력을 DLC코팅막에 부여할 수 있는 고밀착 그라파이트 코팅방법 및 상기 코팅방법으로 코팅된 DLC코팅막이 형성된 DLC코팅제품에 있다.
즉, DLC코팅막 형성시 스퍼터링 방식은 PECVD 방식에 비해 내부 오염을 줄일 수 있고, 배치형 방식의 대량 생산도 가능해 주목받고 있지만, 밀착력을 높이는 것은 단순한 버퍼층의 도입이나 기판의 클리닝만으로는 쉽게 해결이 어렵고 특히 강한 내부 압축응력이 존재하는 상태에서는 1㎛ 이상의 두꺼운 박막을 코팅하는 것이 곤란했기 때문이다.
따라서, 본 발명의 고밀착 그라파이트 코팅방법은 진공챔버에 DLC(Diamond like carbon)박막을 코팅하고자 하는 모재 및 금속타겟과 그라파이트 타겟을 배치하는 단계; 상기 모재를 클리닝 처리하는 모재클리닝단계; 타겟을 클리닝 처리하는 타겟클리닝단계; 상기 모재에 상기 금속타겟을 증착시켜 버퍼층을 형성하는 버퍼층형성단계; 및 상기 버퍼층 상에 상기 그라파이트를 증착시켜 DLC박막층을 형성하는 DLC박막층형성단계;를 포함한다. 여기서, 모재는 피코팅용 제품으로서 실리콘, 세라믹 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
특히, 모재클리닝단계는 4 ~ 8mTorr의 압력하에서 모재에 400W미만의 RF바이어스 파워를 60분 이하로 처리한 다음 400W이상의 RF바이어스파워를 10분 이하로 처리하여 수행되는데, 이와 같이 RF바이어스파워를 달리하여 모재를 처리하는 것은 처음에는 어느정도 강한 파워로 60분간 진행후 2단계때는 그보다 높은 파워에서 짧은 시간 한 것은 이렇게 높은 파워에는 장시간 견딜 수 있는 장치의 지그나 유닛이 손상되는 것을 막기 위함도 있고, 그정도면 기판의 클리닝이 가능할 것으로 생각한 이유 때문이다. 한편 모재클리닝단계의 수행조건은 실험적으로 결정된 것으로 압력범위가 설정된 범위를 벗어나면 더 높은 압력에서는 이온충격 에너지의 세기가 달라지거나 약해질 우려가 있고, 더 낮은 압력에서는 플라즈마의 생성과 유지가 어렵거나 너무 강한 에너지로 기판에 코팅되어 박리의 우려가 큰 문제가 있고, RF바이어스파워도 적절한 크기로 충분히 기판의 오염과 산화물을 제거할 정도의 파워를 인가한 이유로 결정된 것이다. 너무 높은 파워는 RF 파워의 한계치에 다다르고 장치에 손상의 우려가 있기 때문이다. 모재로는 실리콘웨이퍼 기판이나 세라믹 기판, 금속 기판이 존재한다. DLC의 밀착력은 기판의 재질과 표면상태에 영향을 받기 때문에 어려운 기판일수록 더욱 철저한 모재 클리닝을 해야한다. RF 파워를 달리하여 처음은 약한 RF 파워로 바이어스를 60분의 긴시간 인가하고 그후 더 높은 파워인 400W 이상으로 짧은 시간 10분간 강하게 이온 충격을 주어 기판의 산화물을 더 확실히 제거하고 기판의 내부 성분이 드러나도록 하기 위함이다.
타겟클리닝단계는 1~ 3mTorr의 압력하에서 모재에 100W미만의 RF바이어스 파워를 가하고 80 ~ 150W의 DC파워로 15분이하로 처리하여 수행되는데, 타겟클리닝을 수행하는 것은 기존 앞선 공정에서 생긴 산화물을 제거하고 챔버를 열고나서 생긴 오염물질을 제거하기 위한 이유 때문이다. 한편 타겟클리닝단계의 수행조건은 실험적으로 결정된 것으로 압력범위가 설정된 범위를 벗어나면 더 높은 압력에서는 잔류가스로 산소 등이 더 많이 존재하여 산화층이 타겟 표면에 생길 우려가 있고 다른 가스의 영향도 있기 때문이고, 너무 압력이 적으면 플라즈마의 생성과 유지가 어렵거나 너무 강한 입자 에너지로 인해 박리의 우려가 큰 문제가 있고, RF바이어스파워도 기판클리닝을 해서 더 이상 할 이유는 없지만 타겟클리닝시 발생하는 타겟표면의 입자가 날라와 달라붙는 것을 제거하는 정도로 RF 바이어스 파워를 유지하도록 하는 이유로 결정된 것이다.
버퍼층형성단계는 1~ 3mTorr의 압력하에서 30W이하의 DC파워를 인가한 후 상기 모재에 서로 다른 RF바이어스파워를 인가하여 2단계로 수행되는데, 일 구현예로서 2단계는 상기 RF바이어스파워를 200W이상으로 인가하여 30분이상 처리하는 1단계 및 상기 RF바이어스파워를 150W이하로 인가하여 20분 이상 처리하는 2단계로 구성될 수 있다. 이와 같이 RF바이어스파워를 달리하여 2단계로 버퍼층을 형성하는 것은 DC 파워는 20W로 약하게 하여 기판에 충돌하는 텅스텐 입자의 에너지를 낮추고자 한 것이다. 단 바이어스를 200W로 처음에 높게 한 것은 기판에 세정효과를 부여하기 위한 것이고, 2단계 100W로는 버퍼층 형성이 되도록 유도하기 위한 것이다. 초기에는 강한 바이어스로 끌어당겨 버퍼층 형성이 거의 안될 정도로 바이어스를 높여서 기판 세정이 이뤄지고 이로 인해 더욱 밀착력이 높아지도록 하면서 2단계 버퍼층 형성시는 바이어스를 100W로 낮춰 낮은 DC 파워인 20W에서 두께는 그다지 두껍지 않지만 기판과 강한 결합을 갖는 버퍼층을 형성하도록 하였다. 한편 버퍼층형성단계의 수행조건은 실험적으로 결정된 것으로 압력범위가 설정된 범위를 벗어나면 순수한 금속층으로 버퍼층을 형성하는데 잔류가스가 포함되어 pure metal 상태가 안될 수 있고, 또한 너무 낮은 파워로 스퍼터링시 플라즈마 생성 및 유지에 어려운 문제가 있고, RF바이어스파워도 낮은 DC 파워에서 스퍼터링 될 때 여러번 실험을 통하여 적절한 RF 바이어스 파워에 근접하도록 한 이유로 결정된 것이다. 또한, 버퍼층의 소재는 다양한 금속소재가 사용될 수 있는데 티탄 또는 텅스텐 소재는 실리콘 웨이퍼와 DLC 코팅과 친화력이 높고 밀착력이 우수한 이유로 티탄 또는 텅스텐소재가 유리할 수 있다. 한편 Cr, Mo 등의 금속도 실리콘과의 친화력이나 DLC와의 친화력이 높다고 판단되므로 사용이 가능하다.
DLC박막층형성단계는 3~7mTorr의 압력하에서 DC파워 및 RF바이어스파워가 다른 조건으로 1단계에서 3단계까지 수행될 수 있는데, 일 구현예로서 1단계는 DC파워가 100W이하로 인가되고 RF바이어스파워는 200W이상 인가되며 10분 이하로 처리되어 수행되고, 2단계는 DC파워가 400W이상으로 인가되고 RF바이어스파워는 인가되지 않고 120분 이하로 처리되어 수행되며, 3단계는 DC파워가 500W이상으로 인가되고 RF바이어스파워는 200W이하로 인가되며 240분 이하로 처리되어 수행될 수 있다. 이와 같이 DC파워 및 RF바이어스파워를 달리하여 3단계로 DLC박막층을 형성하는 것은 버퍼층의 손상을 줄이고 점진적으로 파워를 높여서 이온충격으로 박리가 발생하지 않도록 하고 2단계에서 DC 파워를 높인 것은 어느정도 높은 파워에서 DLC 형성이 가능하기 때문이고, 또한 바이어스를 인가하지 않은 것은 높은 DC 파워로 코팅층의 손상과 박리를 RF 바이어스를 노바이어스 즉 0W로 함으로 완화시킬 수 있음을 확인한 이유 때문이다. 특히, 1단계에서 DC파워를 100W이하로 인가한 것은 버퍼층을 깔고 기초 박막 증착 상태로 만든 상태에서 너무 높은 DC 파워를 인가시 버퍼층에 손상을 주거나 박리를 유도할 수 있어 비교적 낮은 DC 파워인 100W를 사용하는 것이 바람직한 이유때문이고, RF바이어스파워를 200W로 높게 한 것은 버퍼층인 텅스텐층과의 결합층을 유도하기 위하여 강한 에너지로 텅스텐과 DLC 층이 서로 결합되도록 하기 위한 것이다. 또한, 2단계에서 DC파워를 400W이상으로 높게 인가한 것은 강한 에너지로 DLC 층이 형성되면서 하부 버퍼층위에 1단계 형성된 DLC 층과 밀접한 결합이 이뤄지되 박리가 안되게 RF 기판 바이어스는 노바이어스 상태로한 이유때문이고, RF바이어스파워 0 즉 바이어스 파워를 인가하지 않은 것은 RF 기판 바이어스를 너무 높게 인가하면 박막의 박리가 발생할 우려가 크고 스트레스가 높아질 수 있기 때문이다. 또한, 3단계에서 DC파워를 500W이상으로 인가한 것은 일단 강한 상부층으로 경도를 높이기 위해선 강한 DC 파워하에서 RF 기판 바이어스로 코팅층에 충격(이온충격)을 가하기 위한 이유때문이고, RF바이어스파워는 노바이어스에서 200W이하로 바이어스를 인가하는데 특히 10W이하로 아주 적은 바이어스를 줄 수도 있는데, 바이어스를 높여서 200W로 RF 바이어스를 인가한 이유는 어느정도 밀착력이 2단계를 통해 확보한 상태에서 보다 강한 에너지로 2단계까지 완성된 코팅층에 결합하고 DLC 코팅층의 경도를 높이기 위한 이유 때문이다. 스퍼터링 시간 또한 단계별로 특성에 맞게 설계하여 초기 하부층의 DLC 코팅층이 버퍼층과 잘 결합되도록 하였으며 이때 너무 장시간 코팅시 1,2단계에서 코팅의 연화가 발생할 수 있고, 3단계 강한 에너지로 코팅하고 바이어스를 200W로 유지하면 어느정도 경도가 높은 층이 증착될 시간을 늘릴수 있기 때문에 이러한 이유로 각 단계마다 달라진 것이다.
한편 DLC박막층형성단계의 수행조건은 실험적으로 결정된 것으로 압력범위가 설정된 범위를 벗어나면 코팅의 경도와 밀착력에 불리한 문제가 있고, RF바이어스파워도 코팅의 박리가 발생하지 않고 DLC 코팅의 경도를 확보할 수 있는 조건으로 생각한 이유로 결정된 것이다.
본 발명의 DLC코팅제품은 그 표면에 순차적으로 버퍼층 및 DLC박막층이 적층되어 형성된 DLC코팅층을 포함하는데, 내부 압축응력이 11GPa이상에서도 상기 표면과 상기 DLC 코팅층 사이의 밀착력이 유지되는 특성을 갖고, 1um이상의 두께를 갖는다. 이러한 밀착특성과 두께를 유지하기 위해서는 DLC코팅방법 및 버퍼층의 소재가 중요한데 일 구현예로서 버퍼층은 티탄 또는 텅스텐소재로 이루어질 수 있다. 여기서, DLC박막층은 a-C, n-C, i-C, ta-C, sp2, sp3, hydrogen free 등 수소가 포함되지 않은 고경도 막일 수 있다.
실시예 1
진공챔버에 DLC(Diamond like carbon)박막을 코팅하고자 하는 모재인 기판 및 텅스텐타겟과 그라파이트 타겟을 배치하고 하기 표 1 내지 표4의 스퍼터링 조건에 따라, 기판클리닝, 타겟클리닝, 버퍼층코팅 및 DLC박막코팅을 각각 수행하여 DLC코팅층1(HSC-46)을 형성하였다.
기판클리닝조건
구분 RF기판바이어스파워(W) 시간(min) 압력(mTorr) Ar(SCCM)
1단계 300 60 5 130
2단계 400 10 5 130
타겟클리닝조건
RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)
100 100 10 2 50
버퍼층코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)
1단계 200 20 30 2 50
2단계 100 20 20 2 50
DCL박막코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)		 스트레스(GPa)
1단계 200 100 10 5 130 14.570
2단계 0 400 120 5 130
3단계 200 500 240 5 130
실시예 2
하기 표 5와 같은 스퍼터링조건으로 DLC박막코팅을 수행한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 DLC코팅층2(HSC-24)을 형성하였다.
DCL박막코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)		 스트레스(GPa)
1단계 200 100 10 5 130 2.702
2단계 0 400 60 5 130
3단계 10 500 60 5 130
실시예 3
하기 표 6과 같은 스퍼터링조건으로 DLC박막코팅을 수행한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 DLC코팅층3(HSC-25)을 형성하였다.
DCL박막코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)		 스트레스(GPa)
1단계 200 100 10 5 130 5.072
2단계 0 400 120 5 130
3단계 10 500 120 5 130
실시예 4
하기 표 7과 같은 스퍼터링조건으로 DLC박막코팅을 수행한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 DLC코팅층4(HSC-39)를 형성하였다.
DCL박막코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)		 스트레스(GPa)
1단계 200 100 10 5 130 5.056
2단계 0 400 120 5 130
3단계 10 500 240 5 130
실시예 5
하기 표 8과 같은 스퍼터링조건으로 DLC박막코팅을 수행한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 DLC코팅층5(HSC-40)를 형성하였다.
DCL박막코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)		 스트레스(GPa)
1단계 200 100 10 5 130 11.658
2단계 0 400 120 5 130
3단계 20 500 240 5 130
실시예 6
하기 표 9와 같은 스퍼터링조건으로 DLC박막코팅을 수행한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 DLC코팅층6(HSC-41)을 형성하였다.
DCL박막코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)		 스트레스(GPa)
1단계 200 100 10 5 130 13.310
2단계 0 400 120 5 130
3단계 30 500 240 5 130
비교예
하기 표 10과 같은 기판클리닝조건 및 DLC박막코팅조건으로 스퍼터링을 실시한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 비교예코팅막(HSC-23)을 얻었다.
기판클리닝조건
RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)
300 120 5 130
DLC박막코팅조건
구분 RF기판바이어스파워(W) DC파워(W) 시간
(min)		 압력
(mTorr)		 Ar
(SCCM)
1단계 200 10 30 5 130
2단계 100 20 30 5 130
3단계 50 50 30 5 130
4단계 20 100 30 5 130
5단계 15 200 30 5 130
6단계 10 300 30 5 130
실험예 1
본 발명의 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 실시예1, 실시예3 내지6에서 각각 얻어진 DLC코팅층1(HSC-46), DLC코팅층3(HSC-25) 내지 DLC코팅층6(HSC-41)이 형성된 DLC코팅제품의 증착직후 사진 및 비교예에서 얻어진 비교예코팅막이 형성된 비교예코팅제품의 증착직후 사진을 도 2a 내지 도 2f에 각각 나타내었다.
도 2a 내지 도 2e에 도시된 바와 같이 본 발명의 고밀착 그라파이트코팅방법으로 형성된 DLC코팅층이 형성된 DLC제품은 밀착력이 비교적 양호하여 박리가 되지 않지만, 도 2f에 도시된 바와 같이 비교예조건으로 코팅된 비교예제품에서는 DLC코팅층이 박리된 것을 알 수 있다.
실험예 2
본 발명의 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 코팅된 실시예1, 실시예3 내지6에서 각각 얻어진 DLC코팅층1(HSC-46), DLC코팅층4(HSC-39) 내지 DLC코팅층6(HSC-41)의 FE-SEM 관찰사진을 도 3a 내지 도 3e에 나타내었다.
DLC코팅층1(HSC-46)의 표면 이미지가 도시된 도 3a로부터, 표면이 깨끗하고 매끈한 상태를 보여주므로, DLC코팅층과 기판사이의 밀착력이 상당히 양호한 것을 알 수 있다. 또한, DLC코팅층1(HSC-46), DLC코팅층4(HSC-39) 내지 DLC코팅층6(HSC-41)각각의 단면이미지를 보여주는 도 3b 내지 도 3e은 버퍼층과 DLC박막 사이의 경계가 불명확하면서도 미끈하게 연결되어 있는 것을 보여줄 뿐만 아니라, DLC코팅층의 두께가 1um이상임을 보여주는 것을 확인할 수 있다.
특히, 종래 알려진 스퍼터링방식으로 그라파이트 코팅하여 얻어진 DLC코팅층의 FE-SEM 관찰 표면 및 단면 이미지를 보여주는 도 1a 및 도 1b와 비교하면 본원 발명의 고밀착 그라파이트 코팅방법으로 얻어진 DLC코팅층의 우수성을 명백하게 알 수 있다.
특히, 실시예1은 스트레스가 14GPa이상인 상태에서 증착되어도 밀착력이 유지된다는 것을 보여주고 있으므로, 본 발명의 고밀착 그라파이트 코팅방법은 밀착력 향상 효과가 있음을 알 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 그 표면에 순차적으로 버퍼층 및 DLC박막층이 적층되어 형성된 DLC코팅층을 포함하는데,
    상기 DLC코팅층은 진공챔버에 DLC(Diamond like carbon)박막을 코팅하고자 하는 실리콘, 세라믹 또는 금속 재질로 된 피코팅용 제품인 모재 및 티탄, Cr, Mo 또는 텅스텐소재인 금속타겟과 그라파이트 타겟을 배치하는 단계; 상기 모재를 클리닝 처리하는 모재클리닝단계; 타겟을 클리닝 처리하는 타겟클리닝단계; 상기 모재에 상기 금속타겟을 증착시켜 버퍼층을 형성하는 버퍼층형성단계; 및 상기 버퍼층 상에 상기 그라파이트를 증착시켜 DLC박막층을 형성하는 DLC박막층형성단계;를 포함하고, 상기 버퍼층형성단계는 1~ 3mTorr의 압력하에서 30W이하의 DC파워를 인가한 후 상기 모재에 서로 다른 RF바이어스파워를 인가하여 2단계로 수행되어,
    내부 압축응력이 11GPa이상에서도 상기 표면과 상기 DLC 코팅층 사이의 밀착력이 유지되는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DLC코팅층은 1um이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 티탄, Cr, Mo 또는 텅스텐소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모재클리닝단계는 4 ~ 8mTorr의 압력하에서 상기 모재에 400W미만의 RF바이어스 파워를 60분 이하로 처리한 다음 400W이상의 RF바이어스파워를 10분 이하로 처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟클리닝단계는 1~ 3mTorr의 압력하에서 상기 모재에 100W미만의 RF바이어스 파워를 가하고 80 ~ 150W의 DC파워로 15분이하로 처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼층형성단계에서 2단계는 상기 RF바이어스파워를 200W이상으로 인가하여 30분이상 처리하는 1단계 및 상기 RF바이어스파워를 150W이하로 인가하여 20분 이상 처리하는 2단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
  9. 그 표면에 순차적으로 버퍼층 및 DLC박막층이 적층되어 형성된 DLC코팅층을 포함하는데,
    상기 DLC코팅층은 진공챔버에 DLC(Diamond like carbon)박막을 코팅하고자 하는 실리콘, 세라믹 또는 금속 재질로 된 피코팅용 제품인 모재 및 티탄, Cr, Mo 또는 텅스텐소재인 금속타겟과 그라파이트 타겟을 배치하는 단계; 상기 모재를 클리닝 처리하는 모재클리닝단계; 타겟을 클리닝 처리하는 타겟클리닝단계; 상기 모재에 상기 금속타겟을 증착시켜 버퍼층을 형성하는 버퍼층형성단계; 및 상기 버퍼층 상에 상기 그라파이트를 증착시켜 DLC박막층을 형성하는 DLC박막층형성단계;를 포함하고, 상기 DLC박막층형성단계는 3~7mTorr의 압력하에서 DC파워 및 RF바이어스파워가 다른 조건으로 1단계에서 3단계까지 수행되어,
    내부 압축응력이 11GPa이상에서도 상기 표면과 상기 DLC 코팅층 사이의 밀착력이 유지되는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 1단계는 상기 DC파워가 100W이하로 인가되고 상기 RF바이어스파워는 200W이상 인가되며 10분 이하로 처리되어 수행되고,
    상기 2단계는 상기 DC파워가 400W이상으로 인가되고 상기 RF바이어스파워는 인가되지 않고 120분 이하로 처리되어 수행되며,
    상기 3단계는 상기 DC파워가 500W이상으로 인가되고 상기 RF바이어스파워는 200W이하로 인가되고 240분 이하로 처리되어 수행되는 것을 특징으로 하는 DLC코팅제품.
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