KR102382779B1 - 박막증착장치 및 이를 이용한 dlc 박막 코팅 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 물리적 기상증착방법(PVD)의 박막 코팅 공정과 화학적 기상증착방법(CVD)을 함께 접목하여 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 함으로써 저마찰의 물리적 특성을 유지하면서도 표면 조도가 매우 우수한 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 하는 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법{Thin film depostion apparatus and DLC thin film coating methos using the appartus}
본 발명은 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 물리적 기상증착방법(PVD)의 박막 코팅 공정과 화학적 기상증착방법(CVD)을 함께 접목하여 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 함으로써 저마찰의 물리적 특성을 유지하면서도 표면 조도가 매우 우수한 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 하는 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법에 관한 것이다.
DLC는 Diamond Like Carbon의 약자로, 주로 탄소와 수소로 구성된 비정질의 탄소막을 의미한다.
DLC 박막은 표면에 고경도 뿐만 아니라 저마찰의 특성을 갖는 표면 증착 기술로써 각종 소재의 표면 개질에 큰 효과가 있어, 자동차 엔진 내부의 정밀 부품이나, 조선, 항공, 우주, 의료 등 전반적인 산업 부품으로 사용되고 있으며, 그에 따라 다양한 방식의 표면처리 기술 및 증착 방식들이 개발되고 있다.
기존에 행해지고 있는 표면처리 방식은 크게 화학적 기상증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition, 이하 'CVD'라 한다), 물리적 기상증착법(PVD; Physical Vapor Deposition, 이하 'PVD'라 한다)과 같은 박막코팅 및 침탄, 질화법과 같은 표면개질 등이 있다.
이러한 기존의 표면처리 방식은 접합력 및 경도 등 기계적 특성 향상을 목적으로 하여 약 400 ~ 1,000℃의 고온에서 공정이 이루어지는데, 고온에서의 공정을 적용할 경우, 고온에 의한 열변형 때문에 치수변형에 예민한 유리, 금속 및 플라스틱 제품의 형상가공용으로 사용되고 있는 열간 금형, 초정밀 금형 등에 코팅을 적용하는데 한계를 가지고 있으며, 열적 산화 및 마멸에 의한 손상으로 생산성 및 제품의 품질 향상 측면에서 상당한 애로점이 있다.
한편, 상기 DLC 박막을 형성시키기 위한 코팅 방법으로는 CVD 공법과 PVD 공법이 주로 사용되는데, 상기 CVD 공법은 챔버 내에 가스를 공급하고 열(heating), 플라즈마(Plasma), 빔(Beam)의 에너지에 의해 가스를 분해하여 코팅하는 방식으로, 표면 조도가 우수하고, 복잡한 형태 위에도 균일한 코팅이 가능하다는 장점이 있으나, 코팅 속도 및 박막의 두께 조절이 어렵고, 열팽창계수의 차이에 의해 박막이 변형될 수 있는 등의 단점이 있다.
그리고, 상기 PVD 공법은 기판에 박막을 증착하기 위해 빔, 가스의 흐름을 만들어 증발(evaporation) 및 스퍼터링(sputtering)에 의해 코팅하는 방식으로 저온 코팅이 가능하고, 공정이 단순하며, 모재의 열적, 화학적 변형이 적은 장점이 있으나, 접착력이 다소 떨어지고, 공정 시간이 길어지면 대형 입자(Macro particle)로 인한 제품의 표면 조도가 떨어질 가능성이 있으며 이에 따라 시스템의 관리가 어렵다는 단점이 있다.
이와 같이, 상기 CVD 공법과 PVD 공법은 그 장점과 단점이 서로 상반되는 경향을 보이므로 CVD 공법과 PVD 공법의 장점을 모두 살릴 수 있도록 하는 새로운 방식의 박막증착장치 및 DLC 박막 코팅 방법에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0960852호(2010. 06. 07. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 물리적 기상증착방법(PVD)의 박막 코팅 공정과 화학적 기상증착방법(CVD)을 함께 접목하여 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 함으로써 저마찰의 물리적 특성을 유지하면서도 표면 조도가 매우 우수한 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 하는 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
박막증착장치에 있어서, 목적물을 설치하기 위한 고정지그와, 이온빔소스 및 스퍼터링 타겟이 구비되고, 다수의 반응가스 유입구와 반응가스 배출구가 형성된 반응챔버와, 상기 반응가스 유입구에 연결 설치되어 반응챔버의 내측으로 반응가스를 공급할 수 있도록 하는 가스공급부와, 상기 반응챔버에 전원을 공급하기 위한 전원공급부 및 상기 반응가스 배출구에 연결 설치되어 반응챔버 내부를 진공상태로 만드는 진공발생부를 포함하여 이루어져, 상기 반응챔버 내부에서 목적물에 물리적 기상증착과 화학적 기상증착을 동시에 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 가스공급부는 반응챔버의 내부로 Ar 가스를 공급하는 제1가스공급부와, 반응챔버의 내부로 C2H2 가스를 공급하는 제2가스공급부, 반응챔버의 내부로 N2 가스를 공급하는 제3가스공급부 및 반응챔버의 내부로 외부 공기를 공급하는 제4가스공급부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원공급부는 반응챔버 내부로 전원을 공급하는 제1전원공급장치와, 이온빔소스에 전원을 공급하는 제2전원공급장치 및 스퍼터링 타겟에 전원을 공급하는 제3전원공급장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 진공발생부는 반응챔버 내부의 기압을 대기압으로 감압시키는 저진공펌프와, 상기 저진공펌프와 반응가스 배출구의 사이에 연결 설치되는 고진공펌프, 상기 저진공펌프와 고진공펌프의 사이에 설치되는 보조펌프 및 반응챔버 내의 진공도를 측정하여 각 펌프의 구동을 제어하는 진공제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 DLC 박막 코팅방법은,
박막증착장치를 이용하여 목적물의 표면에 DLC 박막을 코팅하는 방법에 관한 것으로, 반응챔버 내에 설치된 목적물 표면의 산화막을 제거하여 표면을 개질시키는 전처리 단계와, 전처리된 목적물의 표면에 화학적 기상증착법을 이용하여 버퍼층을 형성시키는 버퍼층 형성단계와, 물리적 기상증착과 화학적 기상증착을 동시에 수행하여 상기 버퍼층의 상부에 DLC 박막 코팅을 형성시키는 DLC 박막 코팅단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전처리 단계에서는 가스공급부를 이용하여 이온빔소스에 Ar 가스를 공급하고, 전원공급부를 통해 이온빔소스에 전원을 공급하여 이온빔소스로부터 방출되는 이온에 의해 고정지그에 고정 설치된 목적물의 표면을 개질시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버퍼층 형성단계는, 개질된 목적물의 표면에 Cr 층을 형성시키는 제1버퍼층 형성단계와, 상기 Cr 층의 상부에 CrN 층을 형성시키는 제2버퍼층 형성단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, PVD 공법과 CVD 공법을 동시에 적용하여 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 함으로써 각 공법이 갖는 단점을 최소화하고, 장점 만을 살릴 수 있게 되어 저마찰의 물리적 특성을 유지하면서도 표면 조도가 매우 우수한 DLC 박막을 코팅할 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치를 개념적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 챔버의 평면 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 DLC 박막 코팅 방법에 의해 형성된 DLC 박막을 포함하는 계층 구성을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 DLC 박막 코팅 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치를 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 챔버의 평면 형상을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 DLC 박막 코팅 방법에 의해 형성된 DLC 박막을 포함하는 계층 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 DLC 박막 코팅 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 물리적 기상증착방법(PVD)의 박막 코팅 공정과 화학적 기상증착방법(CVD)을 함께 접목하여 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 함으로써 저마찰의 물리적 특성을 유지하면서도 표면 조도가 매우 우수한 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 하는 박막증착장치(100) 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 반응챔버(110), 가스공급부(120), 전원공급부(130) 및 진공발생부(140)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 반응챔버(110)는 내부에 수용되는 목적물(10)에 DLC 박막을 증착시킬 수 있도록 하는 것으로, 그 내부에는 목적물(10)을 고정시키기 위한 고정지그(112)와, PVD 공법 수행을 위한 이온빔소스(Ion-Beam Source)(114)와 스퍼터링 타겟(Sputtering Target)(116)이 설치되어 있다.
이때, 상기 이온빔소스(114)는 음극과 양극을 이용하여 폐쇄형 순환공간(Closed drift loop)을 형성하고, 이 순환공간을 따라 전자를 고속으로 이동시키는 구조로 이루어진 것으로 목적물(10)의 표면 개질이나 박막 증착에 사용된다.
즉, 전자가 이동하는 폐쇄공간 내에는 반응챔버(110) 외부로부터 이온 생성용 가스, 즉 Ar 가스(아르곤 가스) 등의 이온화 가스가 연속적으로 공급되도록 구성되어 있으며, 이렇게 공급된 가스에 의해 이온빔소스(114) 내부에서 플라즈마가 발생되며, 내,외부 사이의 압력차에 의한 확산으로 이온을 분출할 수 있도록 구성된 것으로, 이와 같은 과정에 의해 분출된 이온은 약 500 ~ 3,000 eV로 이온에너지가 높고, 이온빔의 직진성이 좋은 장점을 갖는다.
보다 상세히 설명하면, 상기 이온빔소스(114)는 이온화 영역에서 양극(anode)의 높은 전압과 자기장에 의해 이온화된 이온이 내부의 자기력 강화가 된 자기장에 의해 형성된 플라즈마로부터 추출되고, 이와 같이 이온화된 물질에 따라 후술할 전원공급부(130)에 의해 1,000 ~ 3,000V의 높은 전압이 양극에 인가되어 높은 전압에 의해 가속된 이온 입자들이 고속으로 목적물(10)에 충돌하면서 표면을 개질시키거나 또는 코팅할 수 있도록 구성된 것이다.
다음, 상기 스퍼터링 타겟(116)은 마찬가지로 PVD 공법에 사용되는 것으로, 그라파이트 타겟 등이 사용될 수 있다.
즉, 진공 상태의 반응챔버(110) 내로 Ar 가스를 투입한 상태에서 후술할 전압공급부에 의해 반응챔버(110) 내로 강한 전압을 가하면, 가속화된 자유전자가 Ar 가스와 충돌하여 플라즈마가 발생되고, 이때 이온화된 Ar+ 가 마찬가지로 전압공급부에 의해 (-)전압이 가해진 스퍼터링 타겟(116)과 충돌하여 튀어나온 증착 물질들이 목적물(10)에 증착될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 이온빔소스(114)와 스퍼터링 타겟(116)은 기존의 PVD 공법을 수행하기 위한 박막증착장치에서도 사용되고 있는 것이므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 상기 반응챔버(110)에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 다수의 반응가스 유입구(113)와, 1개의 반응가스 배출구(115)가 형성되는데, 상기 반응가스 유입구(113)에는 후술할 가스공급부(120)가 연결 설치되어 반응챔버(110) 내에서의 PVD 공정 및 CVD 공정에서 사용될 반응가스들을 반응챔버(110) 내부로 공급시킬 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 상기 반응가스 배출구(115)는 반응챔버(110) 내부로 투입되는 반응가스들을 배출시키는 역할을 하는 것으로, 반응가스 배출구(115)에는 후술할 진공발생부(140)가 연결 설치되어 반응챔버(110)의 내부를 진공상태로 유지할 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 상기 반응챔버(110)에는 내부로 외부 전력을 공급할 수 있도록 하는 피드스루(feedthrough,미도시)와, 반응챔버(110) 내부를 진공상태로 유지시킬 수 있도록 하는 구성들이 추가적으로 설치될 수 있다.
다음, 상기 가스공급부(120)는 반응챔버(110)의 내부로 PVD 공정 및 CVD 공정에서 사용될 반응가스들을 공급시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 반응챔버(110)에 형성된 다수의 반응가스 유입구(113)에 연결 설치된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 가스공급부(120)는 제1 내지 제4가스공급부(122,124,126,128)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 제1가스공급부(122)는 반응챔버(110)의 내부로 Ar(아르곤) 가스를 공급할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, Ar 가스는 후술할 DLC 박막 코팅 방법 중 전처리 단계(S10) 및 DLC 박막 코팅단계(S30)에서 목적물(10)의 표면 개질 및 PVD 공법에 의한 DLC 박막 코팅에 사용된다.
다음, 상기 제2가스공급부(124)는 반응챔버(110)의 내부로 C2H2(아세틸렌) 가스를 공급하는 역할을 하는 것으로, C2H2 가스는 후술할 DLC 박막 코팅 방법 중 DLC 박막 코팅단계(S30)에서 CVD 공법에 의한 DLC 박막 코팅에 사용된다.
이때, 상기 제2가스공급부(124)에서 반응챔버(110) 내부로 공급되는 가스로는 C2H2 가스 대신에 다른 메탄 가스류가 사용될 수도 있다.
다음, 상기 제3가스공급부(126)는 반응챔버(110)의 내부로 N2(질소) 가스를 공급하는 역할을 하는 것으로, N2 가스는 후술할 제2버퍼층 형성단계(S24)에서 사용된다.
이때, 상기 제1 내지 제3가스공급부(122,124,126)는 반응챔버(110) 내부로 공급할 가스를 저장하기 위한 저장탱크(미도시)와, 상기 저장탱크와 반응챔버(110)의 반응가스 유입구(113) 사이에 연결 설치되는 배관 및 반응가스의 흐름을 발생시키기 위한 펌프(미도시) 등을 포함하여 이루어지고, 각 배관에는 밸브(121) 및 유량제어기(MFC; Mass Flow Controller)(125)가 설치되어, 밸브(121)의 조절을 통해 반응챔버(110)로의 가스 공급 여부를 제어하고, 상기 유량제어기(125)의 제어에 의해 반응챔버(110)로 공급되는 가스의 유량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 상기 제4가스공급부(128)는 반응챔버(110)의 내부로 외부 공기를 공급할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 모든 공정 전후 제품, 즉 목적물(10)의 장착과 분리를 위해 진공 상태에서 대기압 상태로 맞추기 위한 공기 공급장치이다.
다음, 상기 전원공급부(130)는 반응챔버(110)에 연결 설치되어 DLC 박막 코팅을 위한 CVD 공법 및 PVD 공법에서 사용될 전원을 공급하는 역할을 하는 것으로, 제1 내지 제3전원공급장치(132,134,136)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 제1전원공급장치(132)는 반응챔버(110)의 내부로 전원을 공급하는 것으로, 반응챔버(110)에 구비된 피드스루를 통해 반응챔버(110)의 내부로 공급된 전원은 플라즈마를 형성시킴으로써 CVD 공법에 의해 목적물(10)에 박막을 형성시킬 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
다음, 상기 제2전원공급장치(134)는 반응챔버(110)에 구비된 이온빔소스(114)에 전원을 공급하는 것으로, 상기 이온빔소스(114)에 공급된 전원은 전술한 바와 같이, 이온빔소스(114)로부터 이온을 방출시킬 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 제3전원공급장치(136)는 반응챔버(110)에 구비된 스퍼터링 타겟(116)에 전원을 공급하는 것으로, 스퍼터링 타겟(116)에 음극을 걸어 전기장을 형성시킴으로써 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
이때, 도시하지는 않았지만, 상기 전원공급부(130)는 제1 내지 제3전원공급장치(132,134,136)로부터 공급되는 전원의 크기를 가변시킬 수 있도록 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
다음, 상기 진공발생부(140)는 반응챔버(110)의 반응가스 배출구(115)에 연결 설치되어 반응챔버(110) 내부의 반응가스들이 외부로 배출될 수 있도록 함과 동시에 반응챔버(110) 내부를 진공상태로 유지시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 저진공펌프(142), 고진공펌프(144), 보조펌프(146) 및 진공제어부(148)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 저진공펌프(142)는 반응챔버(110) 내부의 기압을 대기압으로 감압시키는 역할을 하는 것이고, 상기 고진공펌프(144)는 반응챔버(110) 내부의 기압을 진공상태로 유지시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이며, 상기 보조펌프(146)는 고진공펌프(144)의 배압을 임계치 이하로 유지시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 반응챔버(110)의 내부를 진공 상태로 하기 위해서는 먼저 저진공펌프(142)를 이용하여 반응챔버(110) 내부의 기압을 어느 정도 낮춘 후에 고진공펌프(144)를 구동하여 반응챔버(110) 내부가 진공상태가 되도록 한다.
이때, 상기 고진공펌프(144)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 저진공펌프(142)와 반응가스 배출구(115)의 사이에 설치되고, 보조펌프(146)는 저진공펌프(142)와 고진공펌프(144)의 사이에 연결 설치되는데, 각 펌프는 배관에 의해 서로 연결 설치되고, 보조펌프(146)와 고진공펌프(144)의 사이에는 분기관이 형성되며, 상기 분기관에는 릴리프밸브(relief valve)(145)가 설치되어 배관 내의 가스 압력을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 진공제어부(148)는 진공발생부(140)의 구동을 제어하는 역할을 하는 것으로, 반응챔버(110)의 반응가스 배출구(115) 주변에 설치되어 반응챔버(110) 내부의 진공도를 측정하고, 측정 결과에 따라 각 펌프(142,144,146)의 구동을 제어하는 역할을 하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 DLC 박막 코팅 방법은 전술한 박막증착장치(100)를 이용하여 목적물(10)의 표면에 DLC 박막을 코팅하기 위한 방법에 관한 것으로, 이하에서는 표면에 경질크롬도금이 형성된 목적물(10)을 대상으로 하여 본 발명에 따른 DLC 박막 코팅 방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 DLC 박막 코팅 방법은 도 4에 나타낸 바와 같이, 전처리 단계(S10), 버퍼층 형성단계(S20) 및 DLC 박막 코팅단계(S30)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 전처리 단계(S10)는 박막증착장치(100)를 이용하여 목적물(10)의 표면의 산화막을 제거하는 등 목적물(10)의 표면을 개질시키는 단계로, 이온빔소스(114)로부터 방출되는 이온을 이용하여 목적물(10)의 표면을 개질시킨다.
보다 상세히 설명하면, 상기 전처리 단계(S10)에서는 DLC 박막을 형성시킬 목적물(10)을 반응챔버(110)의 고정지그(112) 내에 장착시킨 상태에서 진공발생부(140)를 구동하여 반응챔버(110)의 내부가 진공상태가 되도록 한 후, 제1가스공급부(122)를 구동하여 Ar 가스를 반응챔버(110) 내부로 공급하면서 제2전원공급장치(134)를 통해 이온빔소스(114)로 전원을 공급한다.
상기 반응챔버(110) 내부로 공급된 Ar 가스는 이온빔소스(114)로 투입되어 이온화되어 방출되고, 이온빔소스(114)로부터 방출되는 Ar 이온에 의해 목적물(10)의 표면이 개질된다.
다음, 상기 버퍼층 형성단계(S20)는 CVD 공법에 의해 표면이 개질된 목적물(10)의 표면에 버퍼층(Buffer layer)을 형성시키는 단계에 관한 것으로, 제1버퍼층 형성단계(S22)와 제2버퍼층 형성단계(S24)로 이루어진다.
먼저, 상기 제1버퍼층 형성단계(S22)는 목적물(10)의 표면에 제1버퍼층(20)을 형성시키는 단계로, 상기 제1버퍼층(20)으로는 약 0.2 ~ 1 ㎛ 두께의 Cr(크롬)층이 형성된다.
즉, 목적물(10)이 고정지그(112)에 장착된 진공상태의 반응챔버(110)에 고순도의 비활성가스, 즉 Ar 가스를 주입하면서 제1전원공급장치(132)를 통해 반응챔버(110) 내부에 고전압(Bias power)을 공급하면 플라즈마가 형성되고, 상기 플라즈마에 의해 Ar 가스가 분해되면서 목적물(10)의 표면에 증착하여 Cr 층이 형성된다.
다음, 상기 제2버퍼층 형성단계(S24)는 제1버퍼층 형성단계(S22)에서 형성된 제1버퍼층(20), 즉 Cr 층의 상부에 제2버퍼층(30)을 형성시키는 단계에 관한 것으로, 마찬가지로 CVD 공법을 사용하여 Cr 층의 상부에 약 1 ~ 5 ㎛ 두께의 CrN(질화크롬)층이 형성시킨다.
즉, 제3가스공급부(126)를 이용하여 반응챔버(110) 내에 고순도의 반응성가스 즉, N2 가스를 공급하여 CVD 공법에 의해 목적물(10)의 Cr 층 상부에 CrN 층을 형성시킨다.
이때, 상기 N2 가스는 도 2에 나타낸 바와 같이, 반응챔버(110)의 상부에 방사상으로 형성되는 다수의 가스주입공(117)을 통해 공급될 수 있는데, 이는 고순도의 N2 가스가 반응챔버(110) 내에 보다 고르게 공급될 수 있도록 하여 제1전원공급장치(132)에 의해 반응챔버(110)로 공급되는 전원에 의해 플라즈마를 형성시킬 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이 형성된 버퍼층은 목적물(10)과 DLC 박막 사이의 친화력을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 종래부터 사용되고 있는 구성이므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음, 상기 DLC 박막 코팅단계(S30)는 버퍼층, 즉 CrN 층의 상부에 약 0.5 ~ 1.5 ㎛ 두께의 DLC 박막 코팅층(40)을 형성시키는 단계에 관한 것으로, 본 발명에서는 반응챔버(110) 내부에서 PVD 공법에 의한 플라즈마와, CVD 공법에 의한 플라즈마가 동시에 형성되도록 하여 목적물(10)의 CrN 층 상부에 DLC 박막 코팅층(40)을 형성시킨다.
보다 상세히 설명하면, 진공발생부(140)를 이용하여 반응챔버(110) 내부의 진공 상태를 유지하도록 하면서, 제2가스공급부(124)를 이용하여 반응챔버(110)의 내부로 C2H2 가스를 공급하고, 전원공급부(130)의 제1 내지 제3전원공급장치(132,134,136)를 이용하여 반응챔버(110) 내부와, 이온빔소스(114) 및 스퍼터링 타겟(116)에 각각 전원을 공급하면, 반응챔버(110)의 내부에서 PVD에 의한 플라즈마와 CVD에 의한 플라즈마가 동시에 생성되면서 목적물(10)의 CrN 층 상부에 DLC 박막 코팅층(40)을 형성시킬 수 있게 된다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 박막증착장치(100) 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅방법에 의하면 박막증착장치(100)를 구성하는 반응챔버(110)의 내부에서 PVD 공법과 CVD 공법을 동시에 적용하여 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 함으로써 각 공법이 갖는 단점을 최소화하고, 장점 만을 살릴 수 있게 되어 저마찰의 물리적 특성을 유지하면서도 표면 조도가 매우 우수한 DLC 박막을 코팅할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 물리적 기상증착방법(PVD)의 박막 코팅 공정과 화학적 기상증착방법(CVD)을 함께 접목하여 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 함으로써 저마찰의 물리적 특성을 유지하면서도 표면 조도가 매우 우수한 DLC 박막을 코팅할 수 있도록 하는 박막증착장치 및 이를 이용한 DLC 박막 코팅 방법에 관한 것이다.
10 : 목적물 20 : 제1버퍼층
30 : 제2버퍼층 40 : DLC 박막 코팅층
100 : 박막증착장치 110 : 반응챔버
112 : 고정지그 113 : 반응가스 유입구
114 : 이온빔소스 115 : 반응가스 배출구
116 : 스퍼터링 타겟 117 : 가스주입공
120 : 가스공급부 121 : 밸브
122 : 제1가스공급부 124 : 제2가스공급부
125 : 유량제어기 126 : 제3가스공급부
130 : 전원공급부 132 : 제1전원공급장치
134 : 제2전원공급장치 136 : 제3전원공급장치
140 : 진공발생부 142 : 저진공펌프
144 : 고진공펌프 145 : 릴리프밸브
146 : 보조펌프 148 : 진공제어부
S10 : 전처리 단계 S20 : 버퍼층 형성단계
S22 : 제1버퍼층 형성단계 S24 : 제2버퍼층 형성단계
S30 : DLC 박막 코팅단계

Claims (7)

  1. 박막증착장치에 있어서,
    목적물을 설치하기 위한 고정지그와, 이온빔소스 및 스퍼터링 타겟이 구비되고, 다수의 반응가스 유입구와 반응가스 배출구가 형성된 반응챔버와,
    상기 반응가스 유입구에 연결 설치되어 반응챔버의 내측으로 반응가스를 공급할 수 있도록 하는 가스공급부와,
    상기 반응챔버에 전원을 공급하기 위한 전원공급부 및
    상기 반응가스 배출구에 연결 설치되어 반응챔버 내부를 진공상태로 만드는 진공발생부를 포함하되,
    상기 가스공급부는 반응챔버의 내부로 Ar 가스를 공급하는 제1가스공급부와, 반응챔버의 내부로 C2H2 가스를 공급하는 제2가스공급부, 반응챔버의 내부로 N2 가스를 공급하는 제3가스공급부 및 반응챔버의 내부로 외부 공기를 공급하는 제4가스공급부를 포함하고,
    상기 진공발생부는 반응챔버 내부의 기압을 대기압으로 감압시키는 저진공펌프와, 상기 저진공펌프와 반응가스 배출구의 사이에 연결 설치되는 고진공펌프, 상기 저진공펌프와 고진공펌프의 사이에 설치되는 보조펌프 및 반응챔버 내의 진공도를 측정하여 각 펌프의 구동을 제어하는 진공제어부를 포함하여,
    상기 진공발생부를 이용하여 반응챔버 내부의 진공 상태를 유지하도록 하면서, 제1 및 제2가스공급부를 이용하여 반응챔버의 내부로 Ar 가스 및 C2H2 가스를 각각 공급하고, 전원공급부를 이용하여 반응챔버 내부와, 이온빔소스 및 스퍼터링 타겟에 각각 전원을 공급하면, 반응챔버의 내부에서 PVD에 의한 플라즈마와 CVD에 의한 플라즈마가 동시에 생성되면서 목적물의 상부에 DLC 박막 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전원공급부는 반응챔버 내부로 전원을 공급하는 제1전원공급장치와, 이온빔소스에 전원을 공급하는 제2전원공급장치 및 스퍼터링 타겟에 전원을 공급하는 제3전원공급장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 3항에 해당하는 박막증착장치를 이용하여 목적물의 표면에 DLC 박막을 코팅하는 방법에 관한 것으로,
    반응챔버 내에 설치된 목적물 표면의 산화막을 제거하여 표면을 개질시키는 전처리 단계와,
    전처리된 목적물의 표면에 화학적 기상증착법을 이용하여 버퍼층을 형성시키는 버퍼층 형성단계와,
    물리적 기상증착과 화학적 기상증착을 동시에 수행하여 상기 버퍼층의 상부에 DLC 박막 코팅을 형성시키는 DLC 박막 코팅단계를 포함하되,
    상기 DLC 박막 코팅단계에서는,
    진공발생부를 이용하여 반응챔버 내부의 진공 상태를 유지하도록 하면서, 제1 및 제2가스공급부를 이용하여 반응챔버의 내부로 Ar 가스 및 C2H2 가스를 각각 공급하고, 전원공급부를 이용하여 반응챔버 내부와, 이온빔소스 및 스퍼터링 타겟에 각각 전원을 공급하면, 반응챔버의 내부에서 PVD에 의한 플라즈마와 CVD에 의한 플라즈마가 동시에 생성되면서 목적물의 상부에 DLC 박막 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 DLC 박막 코팅 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전처리 단계에서는,
    가스공급부를 이용하여 이온빔소스에 Ar 가스를 공급하고, 전원공급부를 통해 이온빔소스에 전원을 공급하여 이온빔소스로부터 방출되는 이온에 의해 고정지그에 고정 설치된 목적물의 표면을 개질시키는 것을 특징으로 하는 DLC 박막 코팅 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 버퍼층 형성단계는,
    개질된 목적물의 표면에 Cr 층을 형성시키는 제1버퍼층 형성단계와,
    상기 Cr 층의 상부에 CrN 층을 형성시키는 제2버퍼층 형성단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 DLC 박막 코팅 방법.
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