KR20080081827A - 성형 금형 - Google Patents

Abstract

다이아몬드 라이크 카본막(이하, DLC막이라고 함)으로 이루어지는 피복층을 갖는 성형 금형이며, DLC막의 제막, 재생 공정에서의 DLC막의 제막 시에, 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어려운 성형 금형을 제공한다.

DLC막으로 이루어지는 피복층을 갖는 성형 금형이며, 이 피복층과 성형 금형 기재 사이에 하기의 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 성형 금형.

중간층 : (Cr_{1 - a}Si_a)(B_xC_yN_{1 -x-y})으로 이루어지고, 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 충족시키는 피막층이며, 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa에서 성막된 피막층.

<수학식 1>

<수학식 2>

<수학식 3>

단, 상기 수학식 1 내지 수학식 3에서, a는 Si의 원자비, x는 B의 원자비, y는 C의 원자비를 나타내는 것이다.

성형 금형, 피복층, 조면화, 성형 금형, 중간층

Description

성형 금형{MOLDING TOOL}

본 발명은, 성형 금형에 관한 기술 분야에 속하는 것이며, 특히 글래스 렌즈 혹은 수지 성형용의 성형 금형에 관한 기술 분야에 속하는 것이다.

일본 특허 공개 제2005-342922호 공보에는 수지 성형용의 성형 금형에 있어서 다이아몬드상 탄소막을 이용함으로써 이형재를 도포하지 않고 성형 가능한 것이 기재되어 있다. 즉, 다이아몬드상 탄소막을 피복한 수지 성형용 성형 금형에 의하면 이형재를 도포하지 않고 성형 가능한 것이 기재되어 있다.

또한, 다이아몬드상 탄소막과 다이아몬드 라이크 카본막은 동의의 것이다. 이하, 다이아몬드 라이크 카본막을 DLC막이라고 한다.

<특허 문헌1> 일본 특허 공개 제2005-342922호 공보

DLC막(다이아몬드 라이크 카본막)을 피복한 성형 금형에서는, 피복(코팅)이 없는 성형 금형에 비교하여 내구성이 향상되지만, DLC막의 내구성의 관점에서 성형 금형의 고수명화를 위한 주기적인 DLC막의 제막, 재생 작업이 필요하다.

이 DLC막의 제막은, 직류 그로우 방전 방식의 에칭 방법 등에 의해 DLC막을 에칭하여 제거함으로써 행해진다. 이 때, 성형 금형 기재까지 에칭될 가능성이 있다. 즉, 성형 금형 기재 내의 성분이 선택적으로 에칭되어 성형 금형 기재의 표면이 거칠어질 가능성이 있다.

이와 같이 조면화된 성형 금형 기재의 표면에 DLC막을 피복하면, 성형 금형 기재의 표면 상태의 영향을 받아 DLC막의 표면 조도가 거칠어진다(조면화된다). 이 때문에, 성형 금형 기재가 조면화되면, 이 기재의 표면 조도를 조정할 필요가 있다. 이 표면 조도 조정에는 많은 시간과 코스트가 든다. 특히, 글래스 렌즈 혹은 수지 성형용의 성형 금형에서는 표면 평활성이 매우 우수한 것이 필요하므로, 성형 금형 기재의 표면 조도 조정에는 특히 많은 시간과 코스트가 든다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, DLC막으로 이루어지는 피복층을 갖는 성형 금형이며, DLC막의 제막, 재생 공정에서의 DLC막의 제막 시에, 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어려운 성형 금형을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 예의 검토한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명에 의하면 상기 목적을 달성할 수 있다.

이렇게 하여 완성되어 상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명은, 성형 금형에 관한 것으로, 청구항 1 내지 2에 기재된 성형 금형(제1 내지 제2 발명에 따른 성형 금형)이며, 그것은 다음과 같은 구성으로 한 것이다.

즉, 청구항 1에 기재된 성형 금형은, 다이아몬드 라이크 카본막으로 이루어지는 피복층을 갖는 성형 금형이며, 이 피복층과 성형 금형 기재 사이에 하기의 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 성형 금형이다〔제1 발명〕.

중간층 :

(Cr_{1 - a}Si_a)(B_xC_yN_{1 -x-y})으로 이루어지고, 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 충족시키는 피막층이며, 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa에서 성막된 피막층.

단, 상기 수학식 1 내지 수학식 3에 있어서, a는 Si의 원자비, x는 B의 원자비, y는 C의 원자비를 나타내는 것이다.

청구항 2에 기재된 성형 금형은, 상기 중간막의 두께가 20 내지 1000㎚인 청구항 1에 기재된 성형 금형이다〔제2 발명〕.

본 발명에 따른 성형 금형은, DLC막의 제막, 재생 공정에서의 DLC막의 제막 시에, 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어렵고, 이로 인해 DLC막 재 생 전의 성형 금형 기재의 표면 조도 조정을 하지 않아도 된다.

본 발명에 따른 성형 금형은, 전술한 바와 같이, 다이아몬드 라이크 카본막(DLC막)으로 이루어지는 피복층을 갖는 성형 금형이며, 이 피복층과 성형 금형 기재 사이에 하기의 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 성형 금형이다.

중간층 :

(Cr_{1 - a}Si_a)(B_xC_yN_{1 -x-y})으로 이루어지고, 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 충족시키는 피막층이며, 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa에서 성막된 피막층.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

단, 상기 수학식 1 내지 수학식 3에서, a는 Si의 원자비, x는 B의 원자비, y는 C의 원자비를 나타내는 것이다.

상기 중간층은, DLC막의 제막을 할 경우의 금형 보호막으로서 작용한다. 즉, DLC막의 제막 시에, 상기 중간층은 성형 금형 기재까지 에칭되는 것을 방지하기 위한 배리어가 된다. 이 때문에, 성형 금형 기재는 에칭되기 어려워진다. 나 아가서는, 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어려워진다.

따라서, 본 발명에 따른 성형 금형은, DLC막의 제막, 재생 공정에서의 DLC막의 제막 시에, 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어렵다. 이 때문에, DLC막 재생 전의 성형 금형 기재의 표면 조도 조정을 하지 않아도 된다.

성형 금형으로서는, 표면 품질이 우수한 성형품을 효율적으로 제조할 수 있게 하기 위해, 표면 평활성이 우수한 것, 경도가 높은 것 등이 필요하다. 상기 DLC막의 제막 시에 성형 금형 기재까지 에칭되는 것을 방지하기 위한 것뿐이면, 배리어 효과를 갖는 중간층을 설치하면 되므로, 상기 중간층(본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층) 이외의 중간층을 설치해도 된다. 그러나, 중간층의 표면 평활성이 나쁘면, DLC막의 표면 평활성, 즉 성형 금형의 표면 평활성이 나빠진다. 또한, 중간층의 경도가 낮으면, 성형 금형으로서의 경도가 낮아진다. 따라서, 중간층으로서는, 배리어 효과를 가질 뿐만 아니라, 표면 평활성이 우수하며, 또한 경도가 높은 것이 필요하다. 본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층은, 이러한 점도 고려한 것이며, 배리어 효과를 가질 뿐만 아니라, 표면 평활성이 우수하며, 또한 경도가 높다. 이 상세 내용을 이하에 설명한다.

본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층은, 그 조성 및 성막 조건(성막 시의 가스 압력)에 기인하여, 표면 평활성이 우수하고, 또한 고경도이어서 내마모성이 우수하다. 이 때문에, 상기 중간층 상의 DLC막은 표면 평활성이 우수한 것이 되며, 또한 성형 금형으로서 경도가 높아 내마모성이 우수한 것으로 된다.

즉, DLC막을 성막하였을 때, 그 표면 평활성은 DLC막 아래의 층의 표면 평활 성의 영향을 받는다. 이 아래의 층의 표면 평활성이 우수할 수록, 그 위에 성막된 DLC막은 표면 평활성이 우수한 것으로 된다. 본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층은, 상기한 바와 같이, 표면 평활성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 성형 금형에서의 DLC막은 표면 평활성이 우수하다. 즉, 본 발명에 따른 성형 금형은 표면 평활성이 우수하다.

DLC막의 경도는 높지만, 중간층의 경도가 낮으면, 성형 금형으로서의 경도가 낮아진다. 본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층은, 상기한 바와 같이, 경도가 높다. 따라서, 성형 금형으로서 경도가 높아 내마모성이 우수하다.

이상에서, 본 발명에 따른 성형 금형은, 표면 평활성이 우수함과 동시에 경도가 높아 내마모성이 우수하며, 또한 DLC막의 제막, 재생 공정에서의 DLC막의 제막 시에, 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어렵고, 이로 인해 DLC막 재생 전의 성형 금형 기재의 표면 조도 조정을 하지 않아도 된다. 즉, 성형 금형이 갖는 기본 특성을 손상시키지 않고, DLC막의 제막 시에서의 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화를 생기기 어렵게 할 수 있다.

본 발명에서의 수치 한정 이유 등을, 이하에 설명한다.

중간층에서의 Si 양 : a(원자비)가 0.5 이상인 영역에 있어서 아몰퍼스 구조가 얻어지고, 아몰퍼스 구조를 나타냄으로써 중간층은 평활한 표면으로 된다. 이 때문에, Si 양 : a(원자비)의 하한값을 0.5로 하였다. 한편, Si 양 : a이 큰 영역에서는 중간층이 절연성이 되어 중간층 및 DLC막의 성막이 곤란해지고, 또한 성형 금형 기재에 대한 중간층의 밀착성이 저하되기 때문에, Si 양 : a(원자비)의 상한 값을 0.95로 하였다. 따라서, 0.5≤a≤0.95로 하였다. 더 바람직하게는, 0.7≤a≤0.9이다.

Cr은 중간층의 경도를 높인다. 즉, 경도를 높이는 금속 원소로서는 Cr 이외에도 있지만, 경도를 높임으로써 글래스 성형 시의 중간층 및 DLC막의 열화를 저감하기 위하여 특히 Cr이 유효하다는 점에서 Cr로 하였다.

B는 Cr와 결합하여 CrB 화합물을 생성하여, 중간층을 고경도화한다. 그러나, B의 첨가량이 많아지면 중간층이 무르게 된다는 점에서, B 첨가의 경우에는 B 양 : x(원자비)는 0.2 이하로 하였다. 더 바람직하게는 0.1 이하이다.

C는 Cr과 결합하여 CrC 화합물을 생성하여, 중간층을 고경도화한다. 그러나, C의 첨가량이 많아지면 중간층이 무르게 된다는 점에서, C 첨가의 경우에는 C 양 : y(원자비)는 0.5 이하로 하였다. 더 바람직하게는 0.3 이하이다.

N은 Cr와 결합하여 경질 질화물을 형성하여, 중간층의 고경도화에 특히 유효하므로, 필수적인 원소이다. N은 CrN, SiN을 형성하고, 이에 의해 중간층은 아몰퍼스 구조로 되어, 중간층의 표면 평활성에 기여하기 때문에, N 양 : 1-x-y(원자비)는 0.3 내지 1.0인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.5 내지 0.7이다.

이상에 기초하여, 본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층은, 조성으로서는 (Cr_1-aSi_a)(B_xC_yN_1-x-y)로 이루어지고, 전술한 수학식 1 내지 수학식 3을 충족시키는 것으로 하고 있다.

본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층은, 이러한 조성만으로 특정되는 것 은 아니며, 성막 조건에 따라서도 특정되는 것으로, 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa에서 성막된 것으로 하고 있다. 이것은, 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa에서 성막된 중간층은 표면 평활성이 우수함과 동시에 경도가 높기 때문이다. 즉, 성막 시의 가스 압력 : 0.5Pa초과에서 성막하면, 성막되는 중간층의 경도가 낮아지는 동시에, 표면 평활성이 낮아지고, 한편 성막 시의 가스 압력 : 0.2Pa 미만으로 하면, 성막 시의 플라즈마 발생이 불안정해져 성막할 수 없게 될 가능성이 있다. 이러한 점에서, 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa로 하고 있다. 바람직하게는 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.4Pa이다.

렌즈 성형 시의 면 조도 향상을 위해서는 성형 금형 최외측 표면의 Ra값이 3㎚ 이하인 것이 바람직하다. 아몰퍼스 구조를 갖는 중간층에서도, 그 두께가 1000㎚을 초과할 경우에는 중간층의 평활성이 저하되고, 나아가서는 성형 금형 최외측 표면의 Ra값이 3㎚ 이하로 안되게 된다. 또한, 중간층의 두께가 20㎚ 미만인 경우에는 보호막으로서의 효과가 저하되어, DLC막의 제막 시에 중간층도 박리되는 경우가 있으며, 중간층이 박리된 경우에는 중간층의 재성막이 필요해진다. 이러한 점에서, 본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간막의 두께는 20 내지 1000㎚인 것이 바람직하다〔제2 발명〕.

종래의 성형 금형의 경우, 전술한 바와 같이, DLC막의 제막 시에 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생겨, DLC막 재생 전에 표면 조도 조정을 할 필요가 있어, 이 표면 조도 조정에는 많은 시간과 코스트가 든다. 특히, 글래스 렌즈 혹은 수지 성형용의 성형 금형에 있어서는 표면 평활성이 매우 우수한 것이 필요하므 로, 성형 금형 기재의 표면 조도 조정에는 특히 많은 시간과 코스트가 든다. 본 발명에 따른 성형 금형은, 전술한 바와 같이, DLC막의 제막 시에 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어렵기 때문에, DLC막 재생 전의 성형 금형 기재의 표면 조도 조정을 하지 않아도 된다. 따라서, 본 발명에 따른 성형 금형은 글래스 렌즈 혹은 수지 성형용의 성형 금형에 적용하여 특히 의의를 갖는 것이라고 할 수 있다.

본 발명에 따른 성형 금형에서의 DLC막의 제막, 재생은, 예를 들어 다음과 같이 하여 행한다. 직류 그로우 방전 방식의 에칭 방법에 의해 DLC막을 에칭하여 제거(제막)한다. 이 때, 바이어스 : 400V, 분위기 가스 압력 : 4Pa, 분위기 가스 : Ar(50％) + N₂(50％)의 조건, 시간 : 4시간으로 한다. 이러한 방법에 의해 DLC막의 제막을 할 경우, DLC막이 제거된 후, DLC막의 하층인 중간층이 노출된 단계에서는, 중간층은 그 표면으로부터 균질하게 에칭되기 때문에, 중간층의 표면이 거칠어지는(조면화되는) 일은 없다. 따라서, 이 단계에서 에칭을 중지하는 한, 재차 중간층을 성막할 필요는 없고, DLC막의 제막 후에는 DLC막을 성막하여 재생한다. 만약 에칭 시간이 소정 시간을 초과하거나 하는 등의 오류 조작에 의해, 중간층이 지나치게 에칭되어 성형 금형 기재 표면이 노출되어, 성형 금형 기재까지 에칭되어 버리면, 성형 금형 기재 표면이 조면화되기 때문에, DLC막의 재생 시에, 이 성형 금형 기재의 표면 조도를 조정하고, 이 후 재차 중간층을 성막할 필요가 있으므로, 오조작에 의해 성형 금형 기재까지 에칭되지 않도록 주의할 필요가 있다. 또한, 성형 금형 기재가 에칭되면 성형 금형 기재 표면이 조면화되는 것은, 성형 금형 기재의 성형 금형 기재 내의 성분이 선택적으로 에칭되기 때문이다. 성형 금형 기재가 SKD재(Co를 함유)로 이루어지는 경우, Co가 선택적으로 에칭된다.

또한, 일본 특허 공개 제2004-292835호 공보에는, 수환경화(水環境化)에서의 윤활성 및 내마모성이 우수한 경질 피막으로서 (M_{1 - x}Si_x)(C_{1 - d}N_d)로 이루어지는 경질 피막이며, M은 3A, 4A, 5A, 6A족의 원소 및 Al로부터 선택되는 1종 이상의 원소임과 동시에, 0.45≤x≤0.95, 0≤d≤1인 경질 피막이 기재되어 있고, 이 공보에 기재된 경질 피막에 있어서 M이 Cr인 것 중에는, 본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층과 조성이 동일한 것이 있다. 그러나, 이 공보에 기재된 경질 피막은, 작동 매체가 물인 미끄럼 이동 부재의 윤활성 및 내마모성을 향상시키기 위한 것이고, 경질 피막을 성형 금형에 이용하는 것을 고려하지 않는다는 점에서, 표면 평활성에 관한 검토는 이루어지고 있지 않으며, 더구나 성형 금형에 필요한 표면 평활성을 얻기 위한 수단에 대해서는 전혀 검토된 바 없다. 따라서, 수환경화(水環境化)에서의 윤활성 및 내마모성이 우수한 것을 필요로 하는 부재나 경도가 높은 것을 필요로 하는 부재에는, 상기 공보에 기재된 경질 피막을 적용하는 것은 용이하게 상도할 수 있는 것이며, 상기 공보에 기재된 경질 피막은 적합하게 이용할 수 있다고 생각되지만, 경도가 높고 또한 표면 평활성이 우수한 것을 필요로 하는 성형 금형에는, 상기 공보에 기재된 경질 피막을 적용하는 것은 용이하게 상도할 수 있는 것은 아니며, 더구나 DLC막과 성형 금형 기재 사이의 중간층으로서 상기 공보에 기재 된 경질 피막을 적용하는 것은 용이하게 상도할 수 있는 것은 아니고, 비록 이러한 적용을 상도할 수 있었다고 해도 상기 공보에 기재된 경질 피막을 단순히 적용하는(단순한 치환 또는 단순한 부가를 하는) 것으로는 본 발명에 따른 성형 금형과 같이 경도가 높고 또한 표면 평활성이 우수한 성형 금형을 얻을 수는 없다. 본 발명에 따른 성형 금형에서의 중간층은, 경도, 밀착성 및 표면 평활성면에서 전술한 바와 같은 조성의 것으로 하고 있을 뿐만 아니라, 표면 평활성의 향상면에서 상기한 바와 같은 특정한 성막 조건(성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa)에서 성막된 것으로 하고 있다. 따라서, 본 발명은 상기 공보나 전술한 일본 특허 공개 제2005-342922호 공보에 기재된 발명에 기초하여 용이하게 발명할 수 있는 것은 아니라고 할 수 있다.

<실시예>

본 발명의 실시예 및 비교예를 이하에 설명한다. 또한, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당하게 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하며, 이들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

〔예1〕

스퍼터 증발원을 갖는 장치에서 2원 동시 스퍼터를 행함으로써 표1에 나타내는 조성의 피막을 제작하였다. 이 때, 기재로서는, 조성, 밀착성 평가용에는 경면 연마한 초경합금을 사용하고 있다. 기재를 장치 내에 도입 후 1×10^-3Pa 이하로 배 기하고, 기재를 약 400℃로 가열한 후, Ar 이온을 이용하여 스퍼터 클리닝을 실시하였다. 스퍼터 성막은 φ6 인치의 타깃을 이용하여, Cr 혹은 Cr, B를 포함하는 타깃을 0.5 내지 3.0㎾의 범위에서 변화시키고, Si을 포함하는 타깃측의 투입 전력을 0.5 내지 2㎾의 범위에서 변화시켜 조성의 조정을 행하였다. 성막 시에는 Ar : N₂=65 : 35의 혼합 가스, 혹은 C를 첨가할 때는 Ar : N₂ : CH₄의 혼합 가스를 이용하여 전체 압력 0.2Pa로 하고, 성막 시의 기판 인가 바이어스는 -50V로 고정하여 성막을 실시하였다. 막 두께는 약 600㎚로 일정하게 하였다. 또한, 상기한 압력 0.2Pa는, 본 발명에 따른 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa를 충족시키는 것이다.

피막 조성은 SEM(HITACHI제, 코드 번호S-3500N)의 EDX를 이용하여, 초경 기재(超硬 基材) 상에 성막한 막으로 조성 분석을 하였다. 피막의 경도는, 나노 인덴테이션법에 의해 측정하였다. 이 경도의 측정에는 HYSITRON사제 TRIBOSCOPE를 이용하고, 다이아몬드제의 Berkovich 압자를 이용하여, 측정 하중 1000μN에서 부하-제하 곡선을 측정하여, 경도를 산출하였다. 표면 조도(Ra)의 측정에는 나노 오더에서의 표면의 미세한 요철을 평가하기 위해, AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 2㎛×2㎛의 주사 영역에서 표면의 3차원 형상의 측정을 실시하여, 산출하였다. 결정 구조의 동정(同定)은 초경 기재 상에 막을 성막한 것에 대하여 X선 회절 장치(XRD)를 이용해 행하였다. 이 때, 2θ=30° 내지 50°의 범위에서 XRD 측정을 실시하여, 기재로부터 유래된 회절선 이외의 회절선이 보이는 경우에는 결정 질의 피막이 형성되어 있는 것으로 하고, 기재한 회절선 이외의 회절선이 보이지 않는 경우에는 아몰퍼스 구조를 나타내는 것으로 하였다.

상기 피막 조성 분석, 피막 경도 측정, 피막 표면 조도(Ra)의 측정의 결과, 및 피막 결정 구조 측정의 결과를 표1에 기재한다. 표1에 기재하는 피막은, 모두 성막 시의 가스 압력 : 0.2Pa에서 성막된 것이므로, 본 발명에 따른 중간층의 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa에서 성막된 것이라는 요건은 충족시키는 것이다. 그러나, 이들의 피막 중에는, 본 발명에 따른 중간층의 조성적 요건을 충족시키는 피막(No.4 내지 6, 14, 16)과, 충족시키지 않는 피막(No.1 내지 3, 7, 15, 17, 18)이 있다. 본 발명에 따른 중간층의 조성적 요건을 충족시키지 않는 피막은, 결정질이며, 피막 표면 조도(Ra)의 값이 크고 표면 평활성이 낮으며, 또한 피막 경도가 낮은 것이 있다. 이에 대하여 본 발명에 따른 중간층의 조성적 요건을 충족시키는 피막은, 비정질(아몰퍼스 구조)이며, 피막 표면 조도(Ra)의 값이 매우 작아 표면 평활성이 우수하며, 또한 피막 경도가 낮은 것이 없고, 모두 피막 경도가 높다.

또한, 상기 피막 위에 DLC막을 성막하여 얻어지는 것(피복재)에 있어서, 상기 피막의 표면 평활성이 낮을 경우, 피복재의 표면, 즉 DLC막의 표면의 조도(Ra)의 값이 커서 표면 평활성이 낮아진다. 상기 피막의 표면 평활성이 우수할 경우, 피복재의 표면, 즉 DLC막의 표면의 조도(Ra)의 값이 작아 표면 평활성이 우수하다. 상기 피막의 경도가 낮을 경우, 피복재의 경도가 낮아진다. 상기 피막의 경도가 높을 경우, 피복재의 경도가 높아진다. 상기 피막의 표면 평활성이 우수하고, 또한 피막 경도가 높을 경우, 피복재의 표면, 즉 DLC막의 표면의 조도(Ra)의 값이 작 아 표면 평활성이 우수하며, 또한 피복재의 경도가 높다.

〔예2〕

조성이 (Cr_{0 .1}Si_{0 .9}) N의 피막에 대해서, 그 성막 조건과 표면 거칠기 및 경도와의 관계에 대하여 조사하였다. 이 때, 기재로서는, 피막의 조성 분석, 밀착성 평가에는 경면 연마한 초경 합금을 사용하고 있다. 기재를 장치 내에 도입 후 1×10^-3Pa 이하로 배기하고, 기재를 약 400℃로 가열한 후, Ar 이온을 이용하여 스퍼터 클리닝을 실시하였다. 성막 시에는 Ar : N₂=65 : 35의 혼합 가스를 이용하여, 전체 압력을 0.2pa부터 0.6pa까지 변화시켰다. 또한, 성막 시의 기판 인가 바이어스에 관해서도 0부터 -200V까지 변화시켰다. 막 두께는 약 600㎚로 일정하게 하였다. 또한, 상기 피막의 조성은 본 발명에 따른 피막(중간층)의 조성을 충족시키는 것이다.

피막의 표면 거칠기 및 경도의 측정은 상기 예1의 경우와 마찬가지의 방법으로 행하였다. 상기 피막의 성막 조건과 표면 거칠기 및 경도의 측정의 결과에 기초하여 도면을 작성하였다. 이것을 도1 내지 도2에 도시한다. 도1은 성막 시의 가스 압력과 인가 바이어스와 성막된 피막의 표면 거칠기의 관계를 도시하는 도면이다. 도2는 성막 시의 가스 압력과 인가 바이어스와 성막된 피막의 경도의 관계를 나타내는 도면이다. 이들 도1 내지 도2로부터 알 수 있는 바와 같이, 성막 시의 가스 압력이 0.6Pa인 경우에는 바이어스를 인가하지 않으면 평활한 표면이 얻어지지 않고, 또한 경도도 낮은 것에 비하여, 성막 시의 가스 압력이 0.5Pa 이하인 경우에는 바이어스를 인가하지 않는 경우에도 Ra가 1.5㎚ 이하이며, 또한 경도도 20GPa 이상으로, 평활하고 고경도의 막이 얻어진다.

또한, 상기 피막 위에 DLC막을 성막하여 얻어지는 것(피복재)에 있어서, 상기 피막의 표면 평활성이 낮은 경우에는, 피복재의 표면, 즉 DLC막의 표면의 조도(Ra)의 값이 커서 표면 평활성이 낮아진다. 상기 피막의 경도가 낮은 경우에는, 피복재의 경도가 낮아진다. 상기 피막이 표면 평활성이 우수하고, 또한 피막 경도가 높은 경우에는, 피복재의 표면, 즉 DLC막의 표면의 조도(Ra)의 값이 작아 표면 평활성이 우수하며, 또한 피복재의 경도가 높다.

〔예3〕

10 내지 1500㎚의 CrSiN으로 이루어지는 중간층(층1)을 성막하고, 그 후 연속하여 DLC막(층2)을 두께 1000㎚로 성막한 후, 이것에 대하여 밀착성 및 표면 조도를 조사하였다. 이 때, 기재로서는, 밀착성 평가에는 경면 연마한 초경 합금을 사용하고, 표면 조도 측정용에는 Si 기판을 이용하였다. 기재를 장치 내로 도입 후 1×10^-3Pa 이하로 배기하고, 기재를 약 400℃로 가열한 후, Ar 이온을 이용하여 스퍼터 클리닝을 행하였다. 중간층의 스퍼터 성막은 φ6 인치의 타깃을 이용하여, Cr 타깃측의 투입 전력을 0.2㎾로 하고 Si 타깃측의 투입 전력을 2.0㎾로 하여 성막을 행하였다. 이 성막 시에는 Ar : N2=65 : 35의 혼합 가스를 이용하여, 전체 압력을0.2pa로 하고 성막 시의 기판 인가 바이어스는 -100V로 하여 성막을 행하였다. 또한, 이에 의해 얻어진 중간층은, 조성이 (Cr_{0 .1}Si_{0 .9})N이며, 또한 성막 시의 가스 압력 : 0.2Pa에서 성막된 피막층이므로, 본 발명의 제1 발명에서의 중간층의 요건을 충족시키는 것이다.

DLC막의 성막은 Φ6 인치의 C 타깃을 이용해 행하였다. 이 타깃으로의 투입 전력은 1.0㎾로 하였다. 성막 시에는 Ar : CH₂=90 : 10의 혼합 가스를 이용하여, 전체 압력을 0.6Pa로 하고 성막 시의 인가 바이어스는 -50V로 하였다. 성막하는 DLC막의 막 두께는 1000㎚로 일정하게 하였다. 이렇게 하여 중간층(층1) 및 DLC막(층2)이 성막 된 것(피복재)을 도3에 도시한다. 또한, 이들 피복재는 어느 것이나 본 발명의 제1 발명에서의 요건을 충족시키는 것이지만, 이 중에는 본 발명의 제2 발명에서의 요건을 충족시키는 것과 그렇지 않는 것이 있다.

이렇게 하여 얻어진 피복재에 대하여 피막(중간층 및 DLC막)의 기재와의 밀착성을 평가하였다. 이 밀착성은 스크래치 테스트에 의해 측정하였다. 즉, 200㎛R의 다이아몬드 압자를 이용하여, 하중 0 내지 1000N의 범위에서, 스크래치 속도 1.0cm/min이고, 하중 속도를 100N/min라는 조건에서 스크래치 테스트을 행하여, 피막이 박리되기 시작한 하중을 Lc1로 하여 구하고, 이 Lc1에 의해 밀착성을 평가하였다. 또한, DLC막의 표면 조도의 측정을 상기 예1의 경우와 마찬가지의 방법으로 행하였다.

상기 피막의 밀착성 및 DLC막의 표면 조도의 측정의 결과를 표2에 기재한다. 표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 중간층(층1)의 막 두께가 10㎚인 경우에는, 피막 표면 조도(Ra)의 값이 작아 표면 평활성이 우수하지만, Lc1값이 작아 피막의 밀착 성이 낮다. 중간층(층1)의 막 두께가 1500㎚인 경우에는, 피막 표면 조도(Ra)의 값이 커서 표면 평활성이 낮고, 또한 Lc1값이 작아 피막의 밀착성이 낮다. 이에 대하여 중간층(층1)의 막 두께가 20 내지 1000㎚을 충족하는 경우에는, 피막 표면 조도(Ra)의 값이 작아 표면 평활성이 우수함과 동시에, Lc1값이 커서 피막의 밀착성이 우수하다.

본 발명에 따른 성형 금형은, DLC막의 제막, 재생 공정에서의 DLC막의 제막 시에, 에칭에 의한 성형 금형 기재의 조면화가 생기기 어렵고, 이로 인해 DLC막 재생 전의 성형 금형 기재의 표면 조도 조정을 하지 않아도 되므로, DLC막의 제막, 재생을 간단히 할 수 있어, DLC막의 제막, 재생을 위한 소요 시간을 단축할 수 있고, DLC막의 제막, 재생 공정에서의 비용 절감을 도모할 수 있어 유용하다.

도1은 실시예 및 비교예에 따른 피막의 성막 시의 인가 바이어스와 피막의 Ra의 관계를 나타내는 도면.

도2는 실시예 및 비교예에 따른 피막의 성막 시의 인가 바이어스와 피막의 경도와의 관계를 나타내는 도면.

도3은 초경 합금 또는 Si 웨이퍼 상에 층1 및 층2를 형성한 것을 도시하는 모식도.

Claims (2)

1. 다이아몬드 라이크 카본막으로 이루어지는 피복층을 갖는 성형 금형이며, 이 피복층과 성형 금형 기재와의 사이에 하기의 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 성형 금형.

   중간층 :

   (Cr_{1 - a}Si_a)(B_xC_yN_{1 -x-y})로 이루어지고, 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 충족시키는 피막층이며, 성막 시의 가스 압력 : 0.2 내지 0.5Pa에서 성막된 피막층.

   <수학식 1>

   

   <수학식 2>

   

   <수학식 3>

   

   단, 상기 수학식 1 내지 수학식 3에서, a는 Si의 원자비, x는 B의 원자비, y는 C의 원자비를 나타내는 것이다.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간막의 두께가 20 내지 1000㎚인 성형 금형.

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