초록 ▼

재료의 諸般특성을 提高하여 제품의 성능을 향상시키고 부가가치를 높이는 방법 으로 현재 수많은 표면 공정 기술이 사용되고 있다. 이 기술 중의 하나인 진공 건식 도금법은 습식도금의 단점인 환경공해 문제가 점차 심각해짐에 따라 그 중요성이 더 욱 커지고 있는 추세이다. 게다가 반도체 공정기술 및 표면 처리 기술의 발달과 함께 최근 다양한 진공 건식도금 방법들이 개발되고 있으며, 그에 따라 응용범위도 확대되 는 추세이다. 건식도금의 주종인 화학증착법(CVD)과 물리증착법(PVD)은 플라즈마의 도입으로 혁신적인 기술의 진보를 이룩할 수 있

재료의 諸般특성을 提高하여 제품의 성능을 향상시키고 부가가치를 높이는 방법 으로 현재 수많은 표면 공정 기술이 사용되고 있다. 이 기술 중의 하나인 진공 건식 도금법은 습식도금의 단점인 환경공해 문제가 점차 심각해짐에 따라 그 중요성이 더 욱 커지고 있는 추세이다. 게다가 반도체 공정기술 및 표면 처리 기술의 발달과 함께 최근 다양한 진공 건식도금 방법들이 개발되고 있으며, 그에 따라 응용범위도 확대되 는 추세이다. 건식도금의 주종인 화학증착법(CVD)과 물리증착법(PVD)은 플라즈마의 도입으로 혁신적인 기술의 진보를 이룩할 수 있었다.플라즈마 기술을CVD에 도입한 PECVD(plasma enhanced CVD)법은 공정온도를 대폭 낮춤으로써 기판선택의 제한조 건을 크게 완화시킬 수 있었으며, PVD법 중에서도 스퍼터링(Sputtering)법은 플라즈 마 기술의 도입으로 가능해진 진공 건식도금 기술이다.최근에는 스퍼터링법도r.f. 또 는 d.c. pulsed plasma를 이용하는 기술, unbalanced magnetron sputtering 등 다양한 새 기법이 등장하고 있다. 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma: ICP)는 기존의 증착장치에 유도결 합식 플라즈마(이하 ICP로 기술)를 추가로 발생시켜 증착막의 특성을 획기적으로 개 선시킬 수 잇는 가장 최근에 개발된 기술이며, 이 후에 기술한 바와 같이 여러 방면 에서 응용이 가능한 장점이 있다. ICP법은 다른 에너지 소스를 통해 이온에너지를 증 가시키지 않고도 이온밀도를 높이고 이온입자들에 방향성을 가할 수 있는 새로운 플 라즈마 기술로, 지금까지는 주로 반도체 집적회로 제조공정에 응용하는 연구만 이루 어지고 있었으나, 본 연구실에서 처음으로 경질박막에 응용하여 지금까지 알려진 값 중 가장 큰 경도(7000 H$K_{0.01}$)를 갖는 TiN의 제조에 성공한 바 있다. 게다가 ICP 발생 장치는 구조가 복잡하지 않아서 기존의 장치를 간단히 변형시켜 장착을 할 수 있기 때문에 PECVD, ARE(Activated Reactive Evaporation) 등 대부분의 플라즈마를 이용 하는 공정에 응용될 수 있어 앞으로의 전망이 매우 밝다. 고밀도의 ICP를 이러한 여 러 표면공정에 응용하면 지금까지의 기술로는 제조가 매우 어려웠던 많은 재료의 생 산이 가능해질 수 있을 뿐 아니라 더욱 경제적인 공정법이 될 수 있다는데 그 의의 가 있다.예를 들어 본 연구실에서는DLC, CN, MgO, CrN 등의 코팅을 본 연구 결 과를 이용하여 낮은 온도에서 증착하였으며 기존에 비해 뛰어난 특성의 박막을 증착 하였다. 아울러 ICP를 CVD에 응용하여 지금까지도 불가능한 것으로 알려진 상온 TiN코팅을 실현시켰다. 반도체,전자 산업을 제외한 공구,금형, 자동차?항공 고기능 부품 산업, 정밀 기계 요소 부품 등에 이르는 플라즈마 진공증착 제품 시장은 1990년 약 20조원, 2000년 약 45조원, 플라즈마 진공 증착 장비 시장은 2000년 약 1조 3000억원에 달하고 있으며 그 시장은 계속 확대 추세에 있다. 현재 국내 업체 현황을 보면 경질 및 금형 코팅 분야는 모두 중소기업에서 담당하고 있으며, 기술개발의 여력이 없는 업체가 대부분 이다. 새로운 공정 장비의 개발에 대한 기술은 매우 미약한 수준이어서 많은 진공 증 착 공정 제조 장비들(PVD, CVD 장비)을 거액을 들여 외국 회사에서 수입해 사용하 고 있다. 그러나 극히 일부지만 플라즈마 증착장비를 일본에 수출하는 등 기술력이 있고 발전가능성이 있는 업체들도 있다. 그러나 새로운 기술의 혁신 및 끊임없는 첨 단 기술의 지원이 없이는 유수의 외국 진공 장비 제조 업체와의 경쟁에서 이기기 힘 든 상황이다.이러한 중소기업체에 본 연구실의ICP 연구개발 기술을 전수한다면 일 부 분야에서는 세계적으로 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다.

Abstract ▼

The surface engineering technique has been significantly developed in the last quarter century to cope with the technology needs in the semiconductor processing. Coated tools with super hard hardness and high wear resistance as well as with very high corrosion and oxidation resistances can be produc

The surface engineering technique has been significantly developed in the last quarter century to cope with the technology needs in the semiconductor processing. Coated tools with super hard hardness and high wear resistance as well as with very high corrosion and oxidation resistances can be produced with the help of newly developed surface processing technologies. Wear-resistant coatings, applied to high-speed steel or cemented carbide tools are greatly enhancing tool lifetime and reducing manufacturing cost. The deposition of wear-resistant coating also offers a way to increase the service life of the die-casting tools. Thermal barrier ceramic coatings are successfully used for applications in vane and blades for engine, aircraft compressor blade, inner wall of hallow objects, and the electricity supply industry system. Automobile industries with a huge market potential are also gaining great attraction for the surface treatment and coatings. The need for the development of clean technologies increases. This is initiated by environmental laws and national programs all around the world. Among the major sources of environmental pollution are technologies and processes used in conventional metal finishing operations such as electroless and electroplating of protective and decorative coatings. The disposal of waste and exhaust, such as lubricants in aluminum die-casting is also ecologically risky. Dry coating processes also generate wastes such as vacuum pump oil and liquid ring pump water that must be disposed properly. Now, the development of environmentally friendly process became very important issues in wear and protective coatings. Vacuum and plasma technology have significantly contributed to the rapid progress of the surface processing technology. Along with vacuum production and control, there has been a tremendous progress in the plasma technology, which is used for the activation of reaction species in evaporation, sputtering, CVD, and etching.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...19
• 제 1 절 연구개발의 개요...19
• 제 2 절 연구개발의 필요성...20
• 제 3 절 연구개발의 목표 및 내용...23
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...27
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...30
• 제 1 절 습식 Cr 도금법 대체를 위한 ICP-Thermal Evaporation 공정개발...30
• 제 2 절 ICP-Sputtering을 통한 장식용 코팅 기술 개발...37
• 제 3 절 ICP-Thermal Evaporation Cr 도금 기술 최적화...51
• 제 4 절 ICP-Sputtering을 이용한 TiN 코팅 기술 개발...68
• 제 5 절 저온 TiN 코팅 공정 확립을 위한 플라즈마 분석...110
• 제 6 절 시작품 제작 및 평가...119
• 제 7 절 ICP-Sputtering을 이용한 (Ti,Al)N 박막 증착 기술...126
• 제 8 절 ICP Sputtering으로 제조된 (Ti,Cr)N 박막의 기계적 특성평가...152
• 제 9 절 ICP-Sputtering을 이용한 TiB2및TiBN코팅...178
• 제10절ICP-Sputtering을이용한Ti-B-N코팅의개발...182
• 제 11 절 Duplex 공정을 이용한 TiB2 코팅의 접착력 향상...189
• 제 12 절 ICP-Sputtering을 이용한 친환경적 광촉매제로서의 TiO2 코팅...205
• 제 13 절 PDP 보호피막으로서 MgO 박막제조...216
• 제 14 절 투명 전도성 ITO박막의 저온증착...222
• 제 15 절 ICP-CVD에 의해 증착된 상온 및 저온 TiN 박막의 특성...231
• 제 16 절 ICP-CVD공정으로 경질보호막 Carbon Nitride 증착...246
• 제 17 절 ICP-CVD를 이용한 DLC 증착...258
• 제 18 절 ICP-CVD를 이용한 Cubic Boron Nitride 박막제조...263
• 제19절SnO2 박막의 증착기술 개발 및 Heat Mirror 응용...265
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...272
• 제 1 절 계획대비 달성도...272
• 제 2 절 관련분야 기술 발전에의 대외 기여도...285
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...293
• 제6장참고문헌...296