KR19980024366A

KR19980024366A - 경질 탄소막 및 그 형성 방법

Info

Publication number: KR19980024366A
Application number: KR1019970045928A
Authority: KR
Inventors: 히또시 히라노; 요이찌 도모또; 게이찌 구라모또; 히사끼 다루이; 세이찌 기야마
Original assignee: 다까노 야스아끼; 상요 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1998-07-06
Also published as: EP0828014A2; CN1109775C; JPH1087397A; CN1182806A; EP0828014A3

Abstract

기판 상에 형성되는 경질 탄소막은 1 × 10⁵㎝^-1이하가 되는 가시광 흡수 계수를 가지며, 그 색조는 경질 탄소막의 두께에 의해 제어 가능하다.

Description

경질 탄소막 및 그 형성 방법

본 발명은 전기 면도기의 내부 및 외부 날, 광자기 디스크, 박막 자기 헤드 및 압축기의 슬라이딩(sliding) 표면과 같은 보호막으로서 사용하기 위한 경질 탄소막; 리소그라피(lithography) 방법에서의 노출 동안 이용되는 반사 방지막; 태양 전지의 구성층들, 장식용 물품, 광학적 부분들과 같은 코팅막; 혹은 표면 코팅막에 관한 것이다.

경질 탄소막은 다이아몬드와 비교될 만한 뛰어난 경도, 저항성, 화학적 안정성 및 그 밖의 다른 것들을 나타내기 때문에 기판의 표면을 변형하기 위한 코팅 재료로서 제공될 수 있다는 커다란 가능성의 기대를 받고 있다.

기판에 대한 경질 탄소막의 접착력을 향상시키기 위하여, 플라즈마 CVD 방법이 일본 특허 공개 제 1989-317197호에 공개된 것과 같이, 경질 탄소막이 형성되는 실리콘으로 주로 이루어진 중간층을 기판 상에 형성하기 위하여 사용되어 왔다.

일본 특허 공개 제 1990-133573호는 증가된 막 경도를 나타내는 경질 탄소막을 기판상에 형성하기 위하여 플라즈마 CVD 방법에서 기판의 양단에 네가티브 셀프 바이어스 전압을 인가하도록 한다.

그러나, 경질 탄소막이 보호 코딩용으로서 제공하기 위한 전기 면도기의 외부 날에 적용되는 경우에 있어서, 경질 탄소막의 결과치는 사용된 제조 상태 및 그 밖의 다른 상태에 따라 불리하게 변화되는 색조(color tone)를 나타낸다. 따라서, 바람직한 색조를 가지는 전기 면도기의 외부 날을 제조하는 것은 힘든 일이다.

따라서, 본 발명의 목적은 동일한 형성을 위한 방법 및 미리 설정된 색조로 제어되는 경질 탄소막을 제공하는 것이다.

본 발명은 1 × 10⁵㎝^-1보다 크지 않은 가시광 흡수 계수 및 경질 탄소막의 두께에 의해 제어된 색조를 가짐에 의해 특정지워지는 기판 상에 형성되는 경질 탄소막을 제공한다.

또한, 본 발명은 1 × 10⁵㎝^-1보다 크지 않은 가시광 흡수 계수 및 적어도 2000 Hv의 비커스(vickers) 경도를 가짐에 의해 특정지워지는 기판 상에 형성되는 경질 탄소막을 제공한다.

본 발명의 경질 탄소막에 있어서, 가시광 흡수의 계수는 경질 탄소막의 형성 동안 상기 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압을 조절함에 의해 제어할 수 있다.

또한, 경질 탄소막의 경도는 경질 탄소막의 형성 동안 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압을 조절함에 의해 제어할 수 있다.

기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압은 고주파수 전원으로 부터 기판에 공급되도록 RF 전압을 조절함에 의해 제어할 수 있다.

본 발명에 있어서, 경질 탄소막의 색조는 경질 탄소막의 두께를 변화시킴에 의해 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 중간층은 기판과 경질 탄소막 사이에 형성된다. 그러한 중간층의 준비는 기판과 경질 탄소막 간의 접착력을 향상시킨다. 그 중간층의 바람직한 두께는 50Å∼8000Å의 범위 내이다. 중간층의 바람직한 재료는 Si, Zr, Ti, Ru, Ge, 산화물, 질화물 및 탄화물을 포함한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 중간층은 Si, Zr, Ti, Ru, Ge 의 탄화물, 산화물, 질화물을 포함하며, 그 두께 방향으로 산소, 질소 혹은 탄소의 함유 성분을 가진다. 중간층 내의 산소, 질소 혹은 탄소의 함유 성분은 기판으로 부터 멀리 떨어진 두께 부분에서 더 크게 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 경질 탄소막의 두께는 50Å∼5000Å의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 경질 탄소막은 플라즈마 CVD 방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 경질 탄소막은 예를 들면, 결정 부분이나 결정막을 함유하는 다이아몬드계 탄소막, 비정질 다이아몬드계 탄소막이다.

본 발명에 따른 구성 부분은 기판상에 직간접적으로 제공되는 본 발명의 하드 탄소막과 기판을 포함한다.

본 발명의 구성 부분은 예를 들면, 전기 면도기용 외부 혹은 내부 날이다. 또한, 본 발명은 광자기 디스크, 박막 자기 헤드 및 압축기의 슬라이딩(sliding) 표면용 보호막; 리소그라피 방법에서의 노출 동안 이용되는 반사 방지막; 태양 전지의 구성층들, 장식용 물품, 광학적 부분들과 같은 코팅막; 및 표면 코팅막에 적용가능하다.

본 발명에 따라 하드 탄소막을 형성하는 방법은, 형성될 하드 탄소막의 가시광 흡수 계수가 1 × 10⁵㎝^-1보다 크지 않도록 기판내에서 생성된 셀프 바이어스 전압을 조절하는 단계와 미리 설정된 색조가 경질 탄소막에 주어지는 그러한 두께로 경질 탄소막을 기판상에 형성하는 단계를 포함한다.

기판 내에서 셀프 바이어스 전압을 생성하는 통상적인 방법은 고주파수 전원으로 부터의 RF 전압을 기판에 공급하는 것이다. 기판 내에서 생성된 이 셀프 바이어스 전압은 RF 전압을 조절함에 의해 제어될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 경질 탄소막을 형성하기 위한 장치의 일 예를 나타낸 개략적인 블럭도.

도 2는 도 1의 장치의 반응 가스 인입 라인 및 그 인접 부분을 나타낸 사시도.

도 3은 셀프 바이어스 전압이 변화됨에 따라 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압과 결과물인 다이아몬드계 탄소막의 경도 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 4는 결과물인 다이아몬드계 탄소막의 경도와 그 가시광 흡수 계수 간의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 기판내에서 생성된 셀프 바이어스 전압의 변화에 따라 결과물인 다이아몬드계 탄소막의 가시광 흡수 계수와 파장 간의 관계를 나타낸 그래프.

도 6은 그 두께 방향으로 함유 성분을 가지는 중간층이 본 발명의 일 실시예에 따라 형성될 때 막 형성 주기와 CH₄유량(feed rate) 간의 관계를 나타낸 그래프.

도 7은 그 두께 방향으로 함유 성분을 가지는 중간층이 본 발명의 일 실시예에 따라 형성될 때 막 형성 주기와 전원 간의 관계를 나타낸 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 마이크로파 공급 수단

2 : 도파관

3 : 마이크로파 인입창

4 : 플라즈마 발생 챔버

5 : 방전 가스 인입 라인

6 : 플라즈마 자계 발생기

7 : 전극

8 : 진공 챔버

12 : 드럼형 기판 홀더

13 : 기판

도 1은 경질 탄소막을 형성하기 위한 장치의 일예를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 진공 챔버(8)의 내부에 배치되는 것은 도파관(2)의 일측 끝단이 연결되는 플라즈마 발생 챔버(4)이다. 도파관(2)는 마이크로파 공급 수단(1)이 장착되는 타측 끝단을 가진다.

마이크로파 공급 수단(1) 내에서 발생된 마이크로파는 도파관(2)와 마이크로파 인입창(3)을 통하여 플라즈마 발생 챔버(4)로 통과되도록 안내된다. 플라즈마 발생 챔버(4)에 연결되는 것은 아르곤(Ar)과 같은 방전 가스를 플라즈마 발생 챔버(4)로 유입하기 위한 방전 가스 인입 라인(5)이다.

복수개의 플라즈마 자계 발생기(6)은 플라즈마 발생 챔버(4)의 주변에 장착된다. 고밀도 플라즈마는 마이크로파에 의해 생성된 고주파수 자계가 플라즈마 자계 발생기(6)에 의해 생성된 자계에 영향을 미쳐 플라즈마 발생 챔버(4) 내에서 생성될 수 있다.

드럼형 기판 홀더(12)는 진공 챔버(8)의 벽 표면에 수직적으로 배열된 (도시되지 않은) 축으로 회전되도록 진공 챔버(8) 내에 배치된다. 다수의 기판들(13)은 규칙적인 간격으로 기판 홀더(12)의 주변에 배열된다.

이 특정 실시예에 있어서, 전기 면도기용 Ni 외부 날은 기판(13)으로서 사용되고, 24개의 Ni 외부 날은 기판 홀더(12)의 주변에 장착된다.

적절한 수단으로 진공 챔버(8)에 고정된 브러쉬(9)는 플라즈마 발생 챔버(4) 쪽의 맞은 편 위치에 도달되도록 회전 기판 홀더(12)를 이동할 때 전극(7)이 브러쉬(9)와 슬라이딩 접촉되도록 기판 홀더(12)에 배열된다. 브러쉬는 제1 고주파수 전원(10)에 연결된다.

따라서, 기판 홀더(12)가 회전될 때, 전극(7)은 제1 고주파 전원(10)으로 부터의 RF 전압은 전극(7)에 인가되는 것을 통하여 브러쉬(9)와 슬라이딩 콘택을 하기 위한 위치로 이동한다.

메탈로 이루어진 중공 원통형 차폐 커버(14)는 미리 설정된 간격으로 그 사이를 정의하도록 기판 홀더(12)를 방사상으로 둘러싼다. 차폐 커버(14)는 접지 전극에 연결된다. 이 차폐 커버(14)는 그 안에서 타겟 막 형성 위치를 배제시킨 진공 챔버(8)과 기판 홀더(12) 간의 방전 발생을 방지하는 기능이 있는데, 이 방전은 (RF로서 언급되어진) 무선 주파수 전압이 막 형성 동안 기판 홀더(12)에 인가될 때 발생될 것이다. 기판 홀더(12)와 차폐 커버(14) 간의 간격은 가스 분자의 평균 자유 경로 보다 작도록 설정될 수 있다. 가스 분자의 평균 자유 경로는 전계에 의해 가속된 이온이나 전자가 충돌없이 이동할 수 있는 평균 거리와 동일하거나 더 작다.

따라서, 가스 분자와 이온 혹은 전자 간의 충돌 가능성은 기판 홀더(12)와 차폐 커버(14) 간의 간격이 가스 분자의 평균 자유 경로를 초과하지 않도록 설정하여 분자들이 체인 전해질 분해를 겪는 것을 방지함에 의해 낮아질 수 있다.

기판 홀더(12)와 차폐 커버(14) 간의 간격이 가스 분자의 평균 자유 경로의 1/10을 초과하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 전술한 장치의 특정 실시예에 있어서, 기판 홀더(12)와 차폐 커버(14) 간의 간격은 가스 분자의 평균 자유 경로의 1/10을 초과하지 않도록 하기 위해 약 5 ㎜가 되도록 설정된다.

차폐 커버(14)는 그 상부에 제1 개구부(15)를 가진다. 플라즈마 발생 챔버(4)로 부터의 플라즈마는 기판 홀더(12) 상에 장착된 기판(13)에 충격을 가하기 위하여 제1 개구부(15)를 통하여 통과되도록 배치된다.

진공 챔버(8)은 반응 가스 인입 라인(16)을 구비한다. 반응 가스 인입 라인(16)의 선단부 끝은 제1 개구부(15) 상에 위치된다.

도 2는 반응 가스 인입 라인(16)의 선단부 끝과 그 근방을 나타낸 사시도이다.

도 2를 참조하면, 반응 가스 인입 라인(16)은 CH₄가스를 진공 챔버(8)로 유입하기 위한 가스 인입부(16a)와 가스 방전부(16b)와 수직적으로 연결하기 위한 가스 방전부(16b)를 포함한다.

가스 방전부(16b)는 기판 홀더(12)의 회전 방향 A를 수직적으로 가로질러 배열되고 제1 개구부(15) 상에 위치된다. 평면도에 있어서, 가스 방전부(16b)는 제1 개구부(15) 내에서 방향 A를 따라 상류에 배치된다. 가스 방전부(16b)는 약 45도의 각도로 각기 하향 배치된 복수개의 홀(21)을 가진다.

이 특정 실시예에 있어서, 가스 방전부(16b)는 도 2에 나타난 바와 같이, 8개의 홀들(21)을 가진다. 이들 홀들(21)은 가스 방전부(16b)의 각 끝단 쪽으로 더 작게 되는 거리로 서로 이격된다. 그러한 간격에서의 홀들(21)의 준비는 가스 인입부(16a)로 부터 유입된 CH₄가스가 가스 방전부(16b)의 길이를 따라 실질적으로 균일한 분배로 방전되도록 한다.

다시 도 1을 참조하면, 차폐 커버(14)는 제1 개구부(15)에 수직적으로 맞은 편에 있는 제2 개구부(43)를 그 하부에 가진다. 타겟(46)은 제2 개구부(43)의 상부로 향하도록 제2 개구부(43)의 하부에 배치된다.

타겟(46)은 타겟(46)에 RF 전압을 인가하는 제2 고주파 전원(47)에 연결된다.

다이아몬드계 탄소막이 더 형성되는 중간층을 형성하기 위한 단일 요소를 이용하는 방법에 대한 예제가 주어질 것이다.

진공 챔버(8)은 먼저 기판 홀더(12)의 회전을 약 10 rpm의 속도로 하여 10^-5∼10^-7Torr의 압력으로 진공 상태가 된다. 1.5 × 10^-3Torr 에서 Ar 가스는 제2 고주파수 전원(47)으로 부터의 13.56 ㎒ RF 전압이 S1 타겟(46)에 인가되는 동안 방전 가스 인입 라인(5)을 통하여 공급된다. 여기서, 타겟(46)에 공급된 전원은 200W로 설정되고, 기판(13) 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압은 50V로 설정된다.

전술한 공정은 약 30 분 동안 연속된다. 그 결과, Si 중간층은 기판(13)의 표면 상에 0.05 ㎛의 두께로 형성된다.

제2 고주파수 전원(47)에 의한 RF 전압 적용은 연속되지 않는다. 결과적으로, 5.7 × 10^-4Torr에서 Ar 가스는 2.45 ㎓, 100 W 마이크로파가 마이크로파 공급 수단(1)으로 부터 공급되는 동안 Ar 플라즈마가 각 기판(13)의 표면에 충격을 가하는 플라즈마 발생 챔버(4) 내에서 발생되도록 ECR 플라즈마 발생 장치의 방전 가스 인입 라인(5)으로 부터 공급된다. 이 단계와 함께, 1.3 × 10^-3Torr에서 CH₄가스는 -50V의 셀프 바이어스 전압이 기판(13) 내에서 발생되도록 고주파수 전원(10)으로 부터의 13.56 ㎒ RF 전원이 기판 홀더(12)에 공급되는 동안 반응 가스 인입 라인(16)을 통하여 공급된다.

전술한 단계는 약 15 분 동안 연속된다. 그 결과, 다이아몬드계 탄소막은 기판(13) 상에 놓여지는 중간층 상에 1000Å의 두께로 형성된다.

이하에 사용되는 것과 같이, 용어 경질 탄소막(hard carbon film)은 결정 부분이나 결정막을 함유하는 다이아몬드계 탄소막, 비정질 다이아몬드계 탄소막을 포함하는 것을 의미한다.

기판(13) 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압은 각각의 중간층 상에 중간층 및 다이아몬드계 탄소막을 형성하기 위해 -20V, -100V 및 -150V로 변화된다. 결과물인 다이아몬드계 탄소막의 경도와 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압 간의 관계는 도 3에 나타난다.

도 3으로 부터 명백해지는 바와 같이, 결과물인 다이아몬드계 탄소막의 경도는 셀프 바이어스 전압이 -20V에 도달할 때 까지 급속하게 증가하고, -20V 내지 -150 까지의 셀프 바이어스 전압 처럼 점차적으로 증가한다.

전술한 바와 같이 얻어진 다이아몬드계 탄소막은 그들의 접착력 수준에 대해 평가된다. 접착력 평가는 비커스 인덴터(vickers indenter)가 일정한 하중(하중 = 1kg)으로 막 표면에 영향을 미치는 인덴테이션(indentation) 테스트에 의해 이루어진다. 50개의 샘플은 Ni 기판이 코팅된 다이아몬드계 탄소막 각각에 대하여 취해지고, 다이아몬드계 탄소막의 벗겨짐을 나타내는 샘플들의 수는 경질 탄소막의 접착력 수준의 지표로서 카운트된다. 이 결과치는 표 1에 나타내었다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 적어도 -20V의 기판 셀프 바이어스 전압에서 형성된 Ni 기판이 코팅된 다이아몬드계 탄소막은 다이아몬드계 탄소막의 벗겨짐을 겪지 않는다.

셀프바이어스 전압	0V	-20V	-50V	-100V	-150V	-500V
^*샘플들의 수	5	0	0	0	0	0

^*다이아몬드계 막의 갈라짐(delamination)을 실험한 샘플들

도 4는 결과물인 다이아몬드계 탄소막의 경도와 그 가시광 흡수 계수 간의 관계를 나타낸다.

표 1로 부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 다이아몬드계 탄소막의 비커스 경도는 1.2 × 10³㎝^-1의 흡수 계수를 가지는 동안 2000 Hv를 나타내고, 그 흡수 계수가 1 × 10⁵㎝^-1에 도달할 때 까지 점차적으로 증가하고, 그 흡수 계수가 1 × 10⁵㎝^-1에 도달할 때 2300 Hv에 달하며, 그 흡수 계수가 1 × 10⁵㎝^-1를 초과함에 따라 급속하게 증가한다.

도 5는 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압의 변화치의 각각에 대해 가시광 흡수 계수와 다이아몬드계 탄소막의 파장 간의 관계를 나타낸다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 흡수 계수는 파장에 대해 선형적인 관계가 있다. 현시점에서 알 수 있듯이, 기판 상에 제공된 다이아몬드계 탄소막의 흡수 계수는 다이아몬드계 탄소막을 제공하기 위해 기판 내에서 발생되는 셀프 바이어스 전압을 변화시켜 제어된 패션으로 변화될 수 있다.

그것이 과도하게 얇기 때문에 다이아몬드계 탄소막의 색조를 제어하는 것은 어렵다. 한편, 투과율은 다이아몬드계 탄소막이 더 두껍게 됨에 따라 불리하게 감소된다. 따라서, 다이아몬드계 탄소막의 두께가 50Å∼3000Å의 범위내에 있다면 중간층의 두께는 50Å∼8000Å의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하기로는, 중간층 및 다이아몬드계 탄소막의 두께는 각기 50Å∼2000Å 및 50Å∼2000Å의 범위내에 있다.

다이아몬드계 박막의 색조는 빛의 간섭에 의해 생성되기 때문에, 박막의 두께에 따라 변화한다. 따라서, 이러한 특정 실시예에 있어서, 다이아몬드계 탄소막의 두께가 점차적으로 증가함에 따라, 그 색조는 노랑, 빨강, 자주, 파랑, 청녹(blue-green), 초록 및 노랑, . . . 의 순서로 순환적으로 변화한다. Ni로 이루어진 전기 면도기 외부 날이 기판으로서 사용되고, Si 중간층이 0.05 ㎛의 두께로 기판 상에 형성되는 경우에 있어서, 색조는 한 사이클, 예를 들면 특정 색으로 부터 시작하여 중간층 상에 형성된 다이아몬드계 탄소막의 두께가 300Å∼2000Å의 범위 내에서 변화됨에 의해 특정 색으로 귀환되도록 바뀔수 있다.

혼합된 층, 예를 들면 중간층 상에 형성된 다이아몬드계 탄소막을 형성하기 위하여 기판과 탄소의 재료 원자를 이용하는 일 예가 주어질 것이다. 도 1의 장치에 아날로그를 적용하는 장치가 이 예에서 사용된다.

먼저, 24개의 기판들(13)이 일정 간격으로 기판 홀더(12)의 주변에 배열되어 장착된다. 진공 챔버(8)은 기판 홀더(12)의 회전을 약 10rpm의 속도로 하여 10^-5∼10^-7Torr의 압력으로 진공 상태가 된다.

1.5 × 10^-3Torr에서 아르곤 가스는 2.45 ㎓, 100 W 마이크로파가 마이크로파 공급 수단(1)으로 부터 공급되는 동안 아르곤 플라즈마가 각 기판(13)의 표면에 충격을 가하는 플라즈마 발생 챔버(4) 내에서 발생되도록 방전 가스 인입 라인(5)으로 부터 공급된다.

이러한 단계와 함께, 제1 고주파수 전원(10)으로 부터의 13.56 ㎒ RF 전압은 전극이 브러쉬(9)와 슬라이딩 콘택을 할 때 -50V의 셀프 바이어스 전압이 전극(7) 상의 기판(13) 내에서 발생되도록 브러쉬(9)에 인가된다.

동일 시점에서, CH₄가스는 반응 가스 인입 라인(16)을 통하여 공급된다. CH₄가스 공급은 100 sccm, 예를 들면 시작으로 부터 10분이 경과하여 1.3 × 10^-3Torr 에 도달되도록 도 6에 나타난 것과 같이, 제어된 패션으로 선형적으로 증가된다.

이 예제에서, 중간층은 박막 형성이 ECR 플라즈마 CVD 장치에 의해 수행되는 동안 고주파수 스퍼터링 장치에 의해 형성된다.

특히, 제2 고주파수 전원(47)으로 부터의 13.56 ㎒ RF 전압이 Si 타겟(46)에 공급된다. RF 전원은 시작으로 부터 10분이 경과하여 0V에 도달되도록 도 7에 나타난 것 처럼 선형적으로 감소된다. 또한, 기판(13)내에서 발생된 셀프 바이어스 전압은 전술한 바와 같이, -50V에서 제어된다.

전술한 단계가 약 30분 동안 연속된다. 그 결과, 중간층, 예를 들면 Si-C 혼합층은 0.05 ㎛ 의 두께로 기판의 표면상에 형성된다.

도 6과 도 7에 나타난 바와 같이, 결과물인 중간층 내의 Si 농도는 C 농도가 증가하는 동안 시간과 함께 감소된다. 그 결과, 농도 경사도는 기판(13)의 표면으로 부터 멀리 떨어진 중간층의 두께 부분에서 Si 농도가 더 낮게 되고 C 농도는 더 높게 되도록 중간층의 두께 방향으로 생성된다.

다이아몬드계 탄소막은 전술한 바와 같이 형성된 중간층 상에 형성된다. 반응 가스 인입 라인(16)으로 부터의 CH₄가스의 부분적인 압력은 1.3 × 10^-3Torr에서 상수값을 유지하고 박막 형성은 ECR 플라즈마 발생 장치를 사용하여 계속된다. 이 단계는 기판 상에 놓여지는 중간층 상에 1200Å의 두께로 다이아몬드계 탄소막을 형성하기 위하여 약 15분 동안 계속된다.

그 결과, 전술한 농도 기울기를 가지는 Si-C 중간층과 다이아몬드계 탄소막은 다층막을 형성하기 위하여 기판(13) 상에 적층된다. 그러한 농도 기울기를 가지는 중간층은 단일 요소로 구성된 전술한 중간층에 비해 기판(13)과 다이아몬드계 탄소막 간의 향상된 접착력을 제공한다.

각각의 Ni 기판 상에 변화된 두께로 Si의 중간층을 주로 형성하며, 각각의 중간층 상에 다이아몬드계 탄소막을 형성하는 일예가 이하에 주어질 것이다.

진공 챔버(8)은 약 10 rpm의 속도로 회전하는 기판 홀더(12)에 의해 10^-5∼10^-7Torr의 압력으로 1차 진공 상태가 된다. 아르곤 가스가 Si 타겟(46)의 표면으로 향하도록 이온 건(ion gun; 47)에 아르곤 가스가 공급된다.

아르곤 가스의 가속 전압과 전류 밀도는 각기 900 eV 와 0.4 ㎃/㎠ 으로 제어된다. 기판상에 스퍼터(sputter)되었을 때 Si의 증착 비율은 30Å/min 이다.

Si 스퍼터링의 공정 시간은 30Å, 50Å, 100Å, 500Å, 1000Å, 2000Å, 4000Å, 6000Å, 8000Å(실시예 1)의 두께를 가지는 Si 중간층을 형성하는데 따라 변화된다.

다이아몬드계 탄소막은 전술한 예제와 유사하게, 1200Å의 두께로 다른 두께를 가지는 전술한 중간층 각각의 상부에 형성된다.

전술한 바와 같이 형성된 다이아몬드계 탄소막 각각은 전술한 바와 같은 동일 방법으로 Ni 기판에 대한 그 밀착성이 평가된다. 비교의 목적으로, 다이아몬드계 탄소막은 중간층의 삽입없이 Ni 기판 상에 직접적으로 형성된다(비교예 1). 또한, 이 비교상의 다이아몬드계 탄소막도 Ni 기판에 대한 그 밀착성이 평가된다.

결과치는 표 2에 표시된다.

	비교예	실시예 1
	비교예	30Å	50Å	100Å	500Å
^*샘플들의 수	43	16	0	0	0

	실시예 1
	1000Å	2000Å	4000Å	6000Å	8000Å
^*샘플들의 수	0	0	0	0	0

^*다이아몬드계 막의 갈라짐을 실험한 샘플들

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 중간층의 하부 놓여지는 것이 적어도 50Å의 두께를 가진다면 다이아몬드계 탄소막이 Ni 기판으로 부터 갈라짐을 겪지 않는다. 그러나, 갈라짐은 50Å 이하의 두께를 가지는 중간층 상에 놓여지는 다이아몬드계 탄소막에 대하여 확인할 수 있다.

다음 실시예는 변화된 두께를 가지는 Si-C 혼합층의 형성을 기술한다. Si-C 혼합층은 전술한 실시예에서와 같은 방법으로 형성되는데, 여기서 Si-C 혼합층은 중간층으로서 제공되도록 형성된다. 따라서, 이들 각각의 혼합된 층은 그 두께 방향으로 혼합물 기울기를 가진다. 중간층의 두께, 예를 들면 Si-C 혼합층은 30Å, 50Å, 100Å, 500Å, 1000Å, 2000Å, 4000Å, 6000Å, 8000Å(실시예 2)의 범위 내에서 변화된다. 다이아몬드계 탄소막은 이들 각각의 중간층들 상에 1200Å의 두께로 형성된다.

전술한 바와 같이 형성된 다이아몬드계 탄소막들 각각은 실시예 1에서와 같은 방법으로 Ni 기판에 대한 그 밀착성이 평가된다.

결과치는 표 3에 표시된다.

	비교예	실시예 2
	비교예	30Å	50Å	100Å	500Å
^*샘플들의 수	43	14	0	0	0

	실시예 2
	1000Å	2000Å	4000Å	6000Å	8000Å
^*샘플들의 수	0	0	0	0	0

^*다이아몬드계 막의 갈라짐을 실험한 샘플들

표 3에서 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 중간층, 예를 들면 Si-C 혼합층의 하부 놓여지는 것이 적어도 50Å의 두께를 가진다면 다이아몬드계 탄소막이 Ni 기판으로 부터 갈라짐 겪지 않는다. 그러나, 갈라짐은 50Å 이하의 두께를 가지는 중간층 상에 놓여지는 다이아몬드계 탄소막에 대하여 확인할 수 있다.

이것은 중간층의 바람직한 두께가 Si-C 혼합층이 중간층으로서 제공되도록 형성되는 경우에 적어도 50Å를 가져야된다는 것을 입증한다.

다음으로, 질소를 함유하는 반응 가스로서의 질소 가스는 중간층으로서 제공되는 Si-N 혼합층을 형성하기 위하여 도 1의 가스 인입 라인(16)으로 부터 진공 챔버(8)로 공급된다.

상기 공급된 질소의 부분적인 압력은 1.8 × 10^-4Torr 에서 제어된다. 다른 상태들은 Si-N 중간층 상에 다이아몬드계 탄소막을 형성하기 위하여 실시예 2의 것들에 따라 조절된다. 이렇게 구해진 결과들은 표 3에서의 값에서 나타난 것들과 유사하다.

Si-O 혼합층은 다이아몬드계 탄소막이 형성되는 중간층으로서 제공되도록 형성된다. 산소 가스는 Si-O 혼합층을 형성할 때 산소를 함유하는 반응 가스로서 사용된다. 상기 공급된 산소 가스의 부분적인 압력은 1.8 × 10^-4Torr 에서 제어된다. 다른 상태들은 Si-O 중간층 상에 다이아몬드계 탄소막을 형성하기 위하여 실시예 2의 것들에 따라 조절된다. 전술한 바와 같이 얻어진 결과들은 표 3에서의 값에서 나타난 것들과 유사하다.

Si은 다이아몬드계 탄소막이 형성되는 다양한 혼합층을 형성하기 위하여 중간층, 예를 들면 Zr, Ti, Ru, Ge에 대한 다른 재료 원자로서 대체된다.

결과물인 다이아몬드계 탄소막 각각은 실시예 1 및 실시예 2에서와 같은 방법으로 Ni 기판에 대한 그 접착력이 평가된다.

본 발명의 전술한 실시예에 있어서, 중간층은 스퍼터링에 의해 형성된다. 대안으로서, 플라즈마 CVD 방법은 중간층을 형성하는데 사용될 수 있다. 그러한 실례에 있어서, 중간층은 상기 플라즈마를 형성하기 위해 반응 가스 인입 라인(16)으로 부터 진공 챔버(8)로 중간층의 재료 원자를 함유하는 가스를 공급하여 상기 플라즈마를 기판(13)으로 배향함에 의해 기판(13) 상에 형성될 수 있다.

또한, 이온 빔 스퍼터링 방법은 중간층을 형성하는데 사용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

ECR 플라즈마 발생 장치가 본 발명의 전술한 실시예에서 플라즈마를 발생하기 위한 수단으로서 묘사되었지만, 본 발명의 범위를 한정하는 것을 의미하지는 않는다. 다른 플라즈마 CVD 장치는 RF 플라즈마 CVD 및 DC arc 플라즈마 CVD 장치를 포함하여 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 전술한 설명으로 부터 이해할 수 있듯이, 기판 상에 제공된 경질 탄소막의 색조는 원하는 것으로 제어할 수 있다. 게다가, 결과물인 경질 탄소막은 기판에 대한 향상된 접착력 뿐만 아니라 증가된 경도를 나타낸다.

Claims

기판 상에 형성되는 경질 탄소막에 있어서:

상기 경질 탄소막의 가시광 흡수 계수가 1 ×10⁵㎝^-1이하이고, 상기 경질 탄소막의 색조가 상기 경질 탄소막의 두께에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
기판 상에 형성되는 경질 탄소막에 있어서:

상기 경질 탄소막의 가시광 흡수 계수가 1 ×10⁵㎝^-1이하이고, 비커스 경도가 적어도 2000 Hv인 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제2항에 있어서, 상기 경질 탄소막의 가시광 흡수 계수는 상기 경질 탄소막을 형성하는 동안 상기 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압을 조절하여 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 경질 탄소막의 색조는 상기 경질 탄소막의 두께를 변화시킴에 의해 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막의 경도는 상기 경질 탄소막을 형성하는 동안 상기 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압을 조절하여 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 중간층이 상기 기판과 상기 경질 탄소막 사이에 50Å∼8000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제6항에 있어서, 상기 중간층은 Si, Zr, Ti, Ru 및 Ge, 이들의 산화물, 질화물, 및 탄화물로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 적어도 한가지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제7항에 있어서, 상기 중간층은 Si, Zr, Ti, Ru 또는 Ge의 산화물, 질화물 또는 탄화물을 포함하고 그 두께 방향으로 산소, 질소, 탄소의 농도 기울기(content gradient)를 가지는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제8항에 있어서, 상기 중간층 내에서 산소, 질소 또는 탄소의 상기 농도 기울기는 상기 기판으로 부터 멀리 떨어진 두께 부분에서 더 크게 되는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막의 두께는 50Å∼5000Å의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 플라즈마 CVD 방법에 의해 형성됨을 특징으로 하는 경질 탄소막.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 탄소막은 비정질 다이아몬드계 탄소막이고, 다이아몬드계 탄소막은 결정 부분이나 결정막을 포함하는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막.
기판과, 상기 기판 상에 직간접적으로 제공되는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 상기 경질 탄소막을 포함하는 부재.
제13항에 있어서, 상기 부재는 전기 면도기용의 외부 혹은 내부 날임을 특징으로 하는 부재.
미리 설정된 색조를 가지도록 제어된 경질 탄소막을 기판 상에 형성하는 방법에 있어서:

형성될 상기 경질 탄소막의 가시광 흡수 계수가 1 × 10⁵㎝^-1이하가 되도록 상기 기판 내에서 생성된 셀프 바이어스 전압을 조절하는 단계와;

상기 미리 설정된 색조가 상기 경질 탄소막에 적용되는 두께로 상기 경질 탄소막을 상기 기판 상에 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 경질 탄소막 형성 방법.