KR100633083B1

KR100633083B1 - 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법

Info

Publication number: KR100633083B1
Application number: KR1020040105086A
Authority: KR
Inventors: 박종극; 백영준
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2006-10-11
Also published as: KR20060066470A

Abstract

본 발명은 크롬질화물(CrN) 박막단위체와 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체로 이루어진 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 질소(N₂) 가스와 아르곤(Ar) 가스가 유입되는 조건하에서, 크롬(Cr)원자를 물리증착하여 크롬질화물(CrN) 박막단위체를 형성하고, 상기 박막단위체 상부에 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al) 원자를 물리증착하여 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체를 형성하는 과정을 교대로 반복 증착을 실시하여 수행함으로써, N₂/Ar 가스의 부피비와 크롬질화물(CrN) 박막단위체 형성을 위한 크롬(Cr)원자의 증착 과정에서 N/Cr의 원자수 비 등이 비교적 넓은 범위로 유지되더라도 제조되는 금속질화물 나노박막의 경도 또는 마찰계수가 크게 변동되지 않으므로 균일한 물성의 금속질화물 나노박막을 재현성 있게 제조할 수 있어 제품안정성, 내마모 및 윤활 특성이 요구되는 각종 기계, 전기, 전자 부품 등의 대량 생산이 요구되는 분야에 적용 가능한 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법에 관한 것이다.

질소, 아르곤 가스, 크롬질화물(CrN) 박막단위체, 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체, 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막

Description

크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법{Method of manufacturing CrN-based multi-layer film}

도 1은 본 발명에 따른 크롬질화물계 다층막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 스퍼터링 장치의 개략도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 M2 HSS(고속도강) 위에 증착된 CrN-TiAlN 다층막의 박막 단위체 두께(주기) 변화에 따른 저각 X선 회절 패턴을 나타낸 것이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 챔버 2 : 타겟 스퍼터링용 건(GUN) 3 : 지그(jig)

4 : 증착용 시편 5 : 타겟 플라즈마

기계 산업의 발달로 최근 각종 공구류, 기계 부품 등의 성능, 수명 향상을 위해 보호 코팅층으로 응용될 수 있는 내마모, 내부식 등의 물성이 우수한 소재 개발에 관한 연구가 광범위하게 이루어지고 있는 실정이다. 이 같은 보호 코팅 소재로 대표적인 것이 금속질화물이며, 이중 크롬질화물(CrN)은 경도, 내마모, 윤활특성 등의 기계적 물성 뿐 아니라 내부식성 등과 같은 화학적 안정성이 우수하여 이에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다.

크롬질화물(CrN)을 이용한 박막은 크롬원자(Cr)에 따른 질소원자(N)의 농도(N/Cr)에 따라 막의 결정 구조와 막의 우선 성장 방향 등에 따라 경도, 마찰계수 등의 물성이 다르게 나타나므로 실제 생산 공정에서는 공정 변수를 정확하게 조절 하여 원하는 물성을 나타내도록 주의를 기울여야 한다[Thin Solid Films 398-399 (2001) 501, Surface and Coatings Technology 162 (2003) 189, J. Vac. Sci. Technol. A, 18 (2000) 30] .

보통 크롬질화물(CrN)과 같은 금속질화물의 박막은 금속 타겟을 아르곤과 질소 등의 반응 가스를 이용해 스퍼터링(sputtering)시키는 PVD(physical vapor deposition)으로 증착한다. 이때, 금속질화물의 물성에 큰 영향을 미치는 금속 대 질소 비율은 증착공정 수행 시 반응챔버 내로 투입하는 반응가스인 아르곤과 질소 비율에 따라 크게 달라진다.

특히, 증착되는 크롬질화물(CrN) 박막은 반응 가스내의 질소 비율에 따라 금속 Cr, Cr₂N, CrN 등의 다양한 상과 이들 상의 조합으로 이루어지므로, 공정 변수 중 특히 반응가스내의 아르곤과 질소 비율의 적절한 조절에 의해 목적으로 하는 물성치를 얻을 수 있다. 그러나, 실제 이를 대량 생산에 도입할 경우 챔버 내 모든 시편의 코팅층을 금속과 질소의 비가 일정하게 유지되도록 증착하는 것은 어려우며, 배치(batch)별로 같은 공정 조건이라도 증착되는 코팅층의 조성이 달라질 수 있고, 또한 매 생산시에 동일한 공정 조건을 조절하기는 쉽지 않다.

한편, 크롬질화물(CrN)은 코팅의 윤활 특성이 우수하나, 이와 함께 대부분의 표면 코팅의 경우 우수한 내마모 특성을 동시에 요구한다. 내마모 특성은 경도와 밀접한 연관성이 있으므로 동일한 마찰계수를 가진 막이라도 경도가 높을 수록 내마모 특성이 우수하게 된다. 따라서, 크롬질화물(CrN) 코팅의 경도를 향상시 킬 수 있는 미세구조제어 기술이 매우 중요하다.

이에 대한 여러 가지 방법이 소개되고 있으며, 최근에는 기존의 서로 다른 소재들을 나노 두께를 갖도록 다층화(nanosclae multilayer)시킨 미세 구조 변화에 의해 경도값 및 내마모, 내부식 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있음이 보고 되고 있다[J. Appl. Phys., 62, (1987) 482, J. Mater. Res. 7, (1992) 901, Surf. Coat. Technol., 133-134 (2000) 166, Thin Solid Films 370 (2000) 45]. 또한 이러한 나노 다층막의 물성에 있어서 경도값 뿐만 아니라 인성(균열 저항성)[Surf. Coat. Technol., 36 (1988) 707], 고온 안정성(내산화성)[MRS Bulletin 28 (2003) 169, Surf. Coat. Technol., 36 (1988) 707]등도 연구되어 왔다. 이는 서로 다른 질화물 박막의 다층화에 따른 기계적 물성 향상를 보여주는 것으로써, 단순히 다층화에 의한 계면 형성과 이에 따른 미세 구조 변화에 의해서 소재의 물성을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

최근 나노 다층막의 내마모 특성이나 이를 공구에 응용하였을 경우, 나노 다층화(nanoscale multilayer)에 따른 경도증가에 따라 마모량의 현저한 감소현상이 보고되었고[Surface and Coatings Technology 153 (2002) 79, Surface and Coatings Technology 106 (1998) 234]. 이러한 경도 값 증가에 따른 내마모 특성 향상, 마찰계수의 감소효과, 고온 내산화성의 향상은 공구의 수명 향상과 직접 연관됨이 보고되었다[Surface and Coatings Technology, 133-134 (2000) 166, Wear 236 (1999) 159, Thin Solid Films 397 (2001) 203]. 따라서, 이러한 나노다층막을 응용한 경우에 물성 향상의 효과도 매우 뛰어나다는 것을 확인 할 수 있다.

이와 같은 서로 다른 소재의 다층화에 의한 물성 향상은 각각의 소재가 가지고 있는 고유한 특성 이외에, 두 소재 다층화에 의해 형성되는 소재 사이의 계면(interface)이 중요한 역할을 하는 것으로, 이러한 계면 형성에 의해 각각 소재 고유의 특성을 뛰어넘는 물성이 발현된다.

이에 본 발명자들은 일정한 물성 범위를 갖는 크롬질화물(CrN)계 다층 금속질화물 나노박막을 재현성 있게 제조하고자 연구 노력하였다. 그 결과, 크롬질화물(CrN) 박막단위체와 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체가 교대로 적층된 다층박막으로 증착할 경우, 반응가스로서 유입되는 N₂/Ar의 부피비와 N/Cr의 원자수비 등의 반응조건에 크게 구애받지 않더라고 일정 물성의 박막 제조가 가능하다는 것을 알게됨으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 크롬질화물(CrN) 박막단위체와 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체의 반복 증착된 다층구조의 금속질화물 나노박막으로서, 마찰계수, 경도 등의 물성이 요구되는 범위내에서 재현성 있게 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 질소(N₂) 가스와 아르곤(Ar) 가스가 유입되는 조건하에서,
크롬(Cr)원자를 물리증착하여 N/Cr의 원자수 비가 0.85 ∼ 1.1 범위로 유지된 크롬질화물(CrN) 박막단위체를 형성하는 단계,
상기 크롬질화물(CrN) 박막단위체 상부에, 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al) 원자를 물리증착하여 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체가 형성하여 크롬질화물(CrN) 박막단위체에 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체가 증착된 적층단위체를 제조하는 단계로 구성되어 있으며,
상기 적층단위체를 0.5 ∼ 10 ㎚ 두께 범위로 2회 이상 반복 증착되어 이루어진 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법에 그 특징이 있다.

삭제

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 물리기상 증착(PVD)반응으로 금속질화물 나노박막을 제조하는 공정의 수행 시 질소(N₂), 아르곤(Ar) 등의 가스는 스퍼터링 하기 위해 사용되며, 상기 가스의 종류, 유입량, 시기 등의 조절에 의해 제조되는 금속질화물 나노박막의 물성이 매우 다양하게 나타나므로 반응가스의 적절한 조절은 물리증착 공정에서의 가장 중요시되는 반응조건이다. 크롬질화물(CrN)계 금속질화물 나노박막의 경우는, 상기한 반응가스의 조절 이외에 N/Cr의 원자수비를 1 : 1의 이상적인 범위로 제어하는 것이 중요시된다. 그러나, 이러한 반응가스와 N/Cr의 원자수비 등의 조절이 작업상에 용이하지 않아 일관적으로 유지하는 것은 쉬운 일이 아니며, 좁은 범위내에서 적절히 유지한다 하여도 요구되는 물성의 박막을 재현성 있게 얻기란 매우 어려운 일이다.

하지만, 본 발명에 따른 제조방법에 의거하여 크롬질화물(CrN) 박막단위체와 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체가 교대로 적층된 다층 금속질화물 나노박막으로 제조하게 되면, 반응가스의 부피비나 N/Cr의 원자수 등의 변화에 크게 구애받지 않으므로 비교적 넓은 범위의 반응조건하에서도 재현성 있는 물성의 금속질화물 나노박막의 제조가 가능해졌다는 점에 본 발명의 기술적 의의가 있다.

이하, 본 발명에 따른 크롬질화물계 금속질화물 나노박막의 제조방법을 다음 도 1에 나타낸 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 스퍼터링 장치의 개략도를 이용하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 도 1의 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 스퍼터링 장치는반응원료인 질화물을 모재에 증착시키기 위한 장치인 UBM(unbalanced magnetron) 소스(=ARC 스퍼터링)를 사용하며, 이러한 UBM 소스는 증착공정이 이루어지는 챔버(1)와, 모재의 나노 다층막을 균일하게 코팅시키기 위한 지그(jig) 시스템으로 구성된다. 상기 지그 시스템은 타겟 스퍼터링용 건(2), 지그(3), 증착용 시편(4) 및 타겟 플라즈마(5)으로 나뉘어 진다.

UBM 소스는 주로 금속이 사용되고 이들 금속의 스퍼터링을 위한 전원이 공급되고, 모재는 증착 시 바이어스를 인가하기 위하여 바이어스용 전원(직류 또는 교류)과 연결된다. 모재를 장착시키는 홀더 뒤 부분에는 온도를 올리기 위한 열원 소스가 장착되어 있다.

본 발명에 따른 크롬질화물계 금속질화물 나노박막의 제조방법을 살펴보면, 먼저, 상기 챔버(1) 내에 설치된 지그(3)에 질화물을 증착시킬 모재를 장착하고, 반응가스인 질소와 아르곤 가스를 유입시킨다. 이후에, 대향관계에 있는 서로 다른 두 종류의 UBM 소스에 전원을 가하여, 스퍼터링된 금속 이온, 원자와 공정 가스의 반응에 의해 질화물을 증착시킨다. 이때 모재가 장착된 지그(jig)가 공전을 함으로써 서로 다른 두 질화물이 반복적으로 적층되게 되며, 또한 지그의 자전에 의해 3차원적인 모재의 표면 전체에 균일하게 금속질화물 나노박막이 증착된다. 상기 증착되는 나노 다층막의 주기 즉, 서로 다른 두 질화물 막 두께의 합은 지그의 공전 속도 및, 스퍼터링되는 금속 소스에 공급되는 전원크기로 조절할 수 있다.

본 발명에서는 모재 즉 베이스 층을 형성할 금속질화물로 크롬질화물을 박막단위체로 사용하고, 상기 크롬질화물 상부 표면에 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)을 증착시켜 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체를 형성한다.

상기 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)는 30 GPa 이상의 비교적 높은 경도값과 내산화성 등의 우수한 물성을 가져 코팅소재로 널리 사용되어져 왔던 티타늄 질화물(TiN) 소재를 완벽하게 대체하는 것으로 많이 사용되고 있다. 이러한 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)은 알루미늄(Al)이 20 ∼ 100 원자%이고, 티타늄(Ti)이 0 ∼ 80 원자%를 함유하는 것이 좋은데 티타늄이 전혀 함유되지 않은 알루미늄(AlN)막의 경우에도 본 발명에 따른 효과 발현이 가능하다.

상기한 바와 같이 하나의 크롬질화물 박막단위체와 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체가 증착된 반복 적층단위는 두께가 0.5 ∼ 10 ㎚ 범위의 나노크기가 되도록 적층되며, 상기한 두께의 반복 적층단위는 교대로 반복 증착하여 다층의 금속질화물 나노박막을 형성한다. 상기 반복 적층단위의 두께는 목적으로 하는 물성 발현을 위해 적의 실시할 수 있다.

이때, 반응가스인 질소(N₂) 가스와 아르곤(Ar) 가스를 유입하면서 물리증착법에 의해 크롬질화물 박막단위체와 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체를 형성하여 마찰계수 변화없이 경도를 향상시키는 데 기술 구성상의 큰 특징이 있다. 상기 반응가스는 질소(N₂) 가스를 단독으로 사용하여도 무방하나, 반응의 원활성을 위하여 캐리어(carrier) 가스인 아르곤(Ar) 가스를 혼합하여 사용할 수 있다. 만약, 질소(N₂) 가스와 아르곤(Ar) 가스를 혼합하여 사용하는 경우에는 혼합비는 증착 시의 타겟 파워밀도, 온도 등에 따라 변할 수 있으나, 바람직하기로 질소(N₂) 가스 1에 대하여 아르곤(Ar) 가스를 3.5 부피비 미만을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 상기 아르곤(Ar) 가스의 부피비가 3.5를 초과하는 경우에는 질소(N₂) 가스의 부족으로 CrN 구조를 형성하지 못하고 Cr₂N 구조, Cr금속이 증착되어 본 발명이 목적으로 하는 물성치의 재현성을 얻을 수 없으므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.

또한, 본 발명은 크롬질화물 박막단위체 형성 시 N/Cr는 1 : 1의 범위를 유지하여 B1 구조를 갖는 CrN를 형성하는 것이 가장 이상적인 조건이나, 0.85 ∼ 1.1 원자수비 범위내에서도 본 발명이 목적으로 하는 금속질화물 나노박막을 형성하여 일정한 물성값의 재현성을 얻을 수 있다. 이때, N/Cr이 0.85 원자수비 미만으로 소량 사용되면 Cr₂N 구조, Cr 금속과 같은 다른 상이 생성되고, 1.1 원자수비를 초과하는 과량의 질소 첨가가 이루어지기 어려우므로, 상기와 같은 범위내에서 적절히 조절하는 것이 좋다.

상기와 같이 크롬질화물 박막단위체와 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체 교대로 반복 증착된 본 발명의 다층 구조를 형성하는 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막은 일관성이 있게 재현성을 가지는 물성치 발현이 가능한 금속질화물 나노박막을 제조할 수 있는 바, 이는 각 층 사이에 형성된 막의 계면의 작용에 의해 이루어진다. 본 발명에서 구현된 예에 의하면 마찰계수는 0.39 정도로 일정하게 유지하면서 30 GPa 이상의 경도값을 나타낸다.

또한, 본 명에 따른 물성에 영향을 주지 않는 범위내에서 요구되는 물성에 따라 상기 크롬질화물계 다층박막에 추가로 주기율표상의 Ⅳ-A족 금속의 질화물 또는 탄화물의 금속박막층을 적층한 금속질화물 나노박막을 제조 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 물리기상 증착에 의한 금속질화물 나노박막의 제조시 반응가스 및 N/Cr의 원자수비 등의 반응조건의 변화에 크게 구애받지 않고 특정의 박막단위체를 교대로 반복 증착하여 마찰계수 및 경도 등의 물성의 유지가 가능하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

다음 도 1에 나타낸 바와 같이, 챔버내의 지그 시스템에 비커스(Vickers) 경도 값이 631 HRC인 SKH 9(AISI M2) 고속도 공구강을 1 ㎛ 다이아몬드 페이스트(diamond paste)까지 연마한 기판을 장착하였다. 이후에, 챔버(Chamber) 내부 진공을 1.0 × 10^-6 torr 이하의 베이스 압력(base pressure)까지 얻은 다음, 기판에 -500 V를 30 분 동안 인가하여 Ar 플라즈마를 이용하여 기판 클리닝(cleaning)을 실시한 후, 크롬 버퍼 층(Cr buffer layer), CrN 베이스 층(base layer), CrN-TiAlN 다층막 순으로 증착하였다. 아르곤과 질소를 이용하여 증착 중의 챔버내 반응기체의 압력을 2 ∼ 8 mtorr로 조정하고 기판 온도는 300 ℃로 유지한 상태에서 기판에 -150 V의 바이어스 전압을 인가하면서 막 전체의 두께가 2 ∼ 3 ㎛이 되도록 증착하여 다층박막을 제조하였다.

다음 표 1은 상기과 같은 스퍼터링에 의한 물리증착법을 이용하여 질소(N₂) 가스와 아르곤(Ar) 가스의 부피비 및 N/Cr의 원자수비 변화에 따른 크롬질화물 단일막의 마찰계수 및 경도 변화량을 측정한 것이다.

이때, 질소(N₂) 가스와 아르곤(Ar) 가스의 유입량을 각각 66 : 4 (sccm), 59 : 11 (sccm), 55 : 15 (sccm)및 42 : 28 (sccm)로 변화시키고, RBS(Rutheford back-scattering)법으로 측정한 질소(N)/금속(Cr) 비를 제어하면서 스퍼터링에 의해 물리증착하여 크롬질화물(CrN) 단일막을 제조하였다. 상기 제조된 크롬질화물(CrN) 단일막의 경도는 나노 압입법(nanoindentation)을 이용하고, 마찰계수는 4N의 로드(load)로 볼-온 디스크(ball-on disk) 형태의 마찰계(tribometer)를 이용하여 측정한 후, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

아르곤:질소가스의 유입량 (sccm)	N/Cr (원자수비)	경도 (GPa)	마찰계수
66 : 4	0.37	26.4	0.40
59 : 11	0.85	27.7	0.36
55 : 15	0.95	23.1	0.55
42 : 28	1.03	26.7	0.38

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 아르곤과 질소의 부피비와 N/Cr의 원자수비를 변화시켜 제조한 크롬질화물(CrN) 단일막의 마찰계수는 0.36 ∼ 0.55 범위, 경도값은 23 ∼ 28 GPa 범위로 불규칙하게 넓은 범위를 형성하고 있음을 보여준다.

즉, 반응가스의 사용량 및 크롬과 질소와의 미세한 비의 차이에 따라 제조되는 크롬질화물 단일막의 상 변화가 생기고, 또한 이에 따른 매우 불규칙한 물성의 변화가 발생한다는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 지그(Jig)를 공전 및 자전시켜 TiAlN 막과 CrN 막이 교대로 반복 증착된 다층박막을 형성하였다. 이때, 지그의 회전 속도를 조절하여 박막 단위체(한 층의 TiAlN 막과 한 층의 CrN 막)의 두께(주기)를 5.0 ㎚ 내외가 되도록 조절하였으며, 증착 수행 시 반응 가스로 이용되는 아르곤과 질소의 부피비와 N/Cr의 원자수비를 다음 표 1과 같이 변화시켰다.

상기에서 제조된 TiAlN막과 CrN막이 교대로 반복 증착된 다층박막의 X-ray 회절를 측정하여 다음 도 2에 나타내었으며, 반응가스인 아르곤과 질소의 유입량에 따른 TiAlN-CrN 다층막의 경도와 마찰 계수 변화를 측정하여 다음 표 2에 나타내었다.

아르곤-질소가스의 유입량 (sccm)	N/Cr (원자%)	경도 (GPa)	마찰계수
66Ar-4N₂	0.37	31.9	0.40
59Ar-11N₂	0.85	33.9	0.39
55Ar-15N₂	0.95	37.2	0.39
42Ar-28N₂	1.03	37.1	0.38

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 2은 상기 크롬질화물(CrN) 단일막과 같은 아르곤과 질소의 부피비 및 N/Cr의 원자수비의 조건하에서 반복 증착하여 제조한 TiAlN-CrN의 다층박막으로, 아르곤과 질소의 부피비 및 N/Cr의 원자수비 차이에 따라 경도 및 마찰계수치가 매우 불규칙하게 변하는 크롬질화물(CrN) 단일막과는 달리 균일한 값을 가진다는 것을 확인할 수 있었다.

특히, 도 2는 실시예 2에서 제조된 TiAlN-CrN의 다층박막의 박막 단위체 두께(주기) 변화에 따른 저각 X선 회절 패턴을 나타낸 것으로, 0.38 ∼ 0.4 정도로 일정한 값을 가지는 마찰계수를 유지하면서 경도값은 크롬질화물(CrN) 단일막에 비해 50% 이상 증가하였음을 보여주고 있다. 이는 반복증착에 의해 막 사이에 계면이 형성되어 반응조건의 차이에 따른 물성의 변화를 감소시킨 것으로 볼 수 있다.

따라서, 본 발명은 반복 증착으로 형성된 TiAlN-CrN 다층 금속박막 사이에 형성된 계면에 의해 반응가스의 부피비 등의 반응조건 변화에도 일정한 마찰계수를 유지하면서 경도값을 향상시켜 마찰, 마모 등의 물성을 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 물리증착 방법에 의해 제조된 TiAlN-CrN 다층구조의 금속질화물 나노박막은 특정의 박막단위체를 반복 증착으로 반응가스 및 N/Cr의 원자수비 등의 반응조건에 크게 구애받지 않고 재현성 있는 물성의 박막 제조가 가능하여 공정변화에 따른 제품 특성의 변화를 방지할 수 있어, 제품생산의 안정성을 제공하며, 내마모 및 윤활 특성을 보여 각종 기계, 전기, 전자 부품 등의 대량 생산 시 유리한 환경의 제공이 가능하다.

Claims

질소(N₂) 가스와 아르곤(Ar) 가스가 유입되는 조건하에서,

크롬(Cr)원자를 물리증착하여 N/Cr의 원자수 비가 0.85 ∼ 1.1 범위로 유지된 크롬질화물(CrN) 박막단위체를 형성하는 단계,

상기 크롬질화물(CrN) 박막단위체 상부에, 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al) 원자를 물리증착하여 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체가 형성하여 크롬질화물(CrN) 박막단위체에 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체가 증착된 적층단위체를 제조하는 단계로 구성되어 있으며,

상기 적층단위체를 0.5 ∼ 10 ㎚ 두께 범위로 2회 이상 반복 증착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법.
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제 1 항에 있어서, 상기 Al/Ti의 원자비가 20 ∼ 100/0 ∼ 80 원자%를 유지하는 것을 특징으로 하는 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막단위체는,

주기율표상의 Ⅳ-A족 금속의 질화물 또는 탄화물의 금속박막층이 추가로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 크롬질화물계 다층 금속질화물 나노박막의 제조방법.