일반기술

크롬도금 대체용 텅스텐카바이드 박막의 제조방법

본 기술은 마그네트론 반응성 스퍼터링법을 이용한 텅스텐카바이드 박막의 제조에 관한 것으로, 종래 스퍼터링법인 마그네트론 스퍼터링법 및 반응성 스퍼터링법을 결합한 것이다. 마그네트론 스퍼터링법은 마그네트론 음극 상에 타게트를 장착하여 스퍼터링하는 것이며, 반응성 스퍼터링법은 스퍼터링가스 외에 반응성 스퍼터링 존재하에 스퍼터링하는 것으로, 이를 결합하여 마그네트론 음극 상에 단일 텅스텐 타게트를 장착하고, 방전가스로서 Ar/CH4 혼합가스를 사용하여 스퍼터링을 수행한다. 이때 기질로는 탄소 기질을 사용하여 텅스텐카바이드 박막을 증착되게 한다. 또한, 마그네트론 반응성 스퍼터링법을 이용한 높은 증착율을 갖는 텅스텐카바이드(WC)의 제조하기 위한 최적의 조건을 제공한다.스퍼터링은 기본적으로 공정압력에 영향을 크게 받는다. 공정압력은 진공과 내에 잔류하는 방전가스의 양과 비례하는데, 이 가스의 양이 너무 적으면 이온화되는 원자의 양이 감소하며, 너무 많으면 스퍼터링된 원자들이 방전가스에 의해 산란되어 기질까지 도달하는 양이 줄어들기 때문에 증착율이 감소하게 된다. 본 기술에서는 박막 증착 전의 초기진공도를 5 ×10-5 torr를 유지하고, 공정압력을 40～60 mTorr, 바람직하게는 50 mTorr로 일정하게 유지하여 스퍼터링을 수행한다. 또한, 탄소 기질은 최적의 증착율을 얻기 위해 일정한 온도를 유지하여야 하는데, 본 기술에서는 300～400℃의 온도로 유지한다. 특히, 본 기술은 반응성 스퍼터링법을 포함하는 것으로, 방전가스로서 Ar/CH4 혼합가스를 사용한다. 이때, Ar/CH4 혼합가스의 CH4 가스 비율이 10～30 %이다.또한, 일정한 rf-파워에서 수행하여 우수한 증착율, 표면거칠기, 조성 및 경도를 얻을 수 있으며, 200～500 W의 rf-파워에서 수행하는 것이 바람직하다. 본 기술은 텅스텐카바이드 박막의 제조에 있어서, 진공관 내부에 스퍼티링 소스로서, 마그네트론 음극 상에 단일 텅스텐 타게트(W target)를 장착하고, 기질로서 탄소 기질을 사용하고, 방전가스로 Ar/CH4 혼합가스를 사용하는 것을 특징으로 한다. 본 기술은 종래 스퍼터링법으로 제조시 낮은 증착율의 문제를 극복하였고, 높은 증착율을 가진 텅스텐카바이드(WC) 박막을 제조함으로써, 독성 때문에 문제가 있지만, 현재 상용되는 있는 크로도금을 대체하여 사용하는 것을 기대할 수 있다. 본 기술은 현재 대표적인 고기능성 박막인 크롬도금을 대체할 수 있는 텅스텐 카바이드 박막 제조방법으로서 자동차, 항공기, 선박부품, 섬유/인쇄/화공용 산업기계부품, 공구 및 금형 등에 광범위하게 사용될 수 있으며, 이 분야의 시장은 꾸준한 성장성과 시장규모가 있는 분야로서, 향후 시장성이 있을 것으로 판단된다. 본 기술은 항공기, 자동차 등에 사용되는 박막이지만, 본 기술이 반도체 공정 및 장비기술의 특정이 있으므로 반도체 박막 장비 기술을 보유하고 있는 반도체 장비업체와의 기술협력을 통하여 사업화 진행을 검토하는 것도 필요할 것으로 판단된다.