DE19544123A1 - Das Verfahren der plasmachemischen Beschichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Plasma­ technik, insbesondere auf die Verfahren der Vakuummetalli­ sierung von Oberflächen und der Synthese von anorganischen Filmen in einer Plasmabündelentladung. Bekannt sind plasmachemische Beschichtungsverfahren (s. z. B. BRD- Patentanmeldung Nr. 27 02 120, IPK H 05 H 1/00, Publ. 1977), die Unterbringung von Erzeugnis und Festkörper in der Arbeitskammer, Vakuumierung der Kammer und Formierung des durch das Festkörpertargetverdampfen erhaltenen Dampf­ stromes auf die Oberfläche des Erzeugnis einschließen.

Bekannt ist auch das Verfahren der plasmachemischen Be­ schichtung, das Unterbringung von Transport- und Posi­ tionierungseinrichtung mit Substrat und Festkörpertarget in der Arbeitskammer, Vakuumierung der Kammer, Einlassen des Arbeitsgases in die Kammer und Formierung in der zu be­ arbeitenden Zone der Erzeugnisoberfläche eines Dampf­ stromes, der durch Festkörpertargetverdampfung mittels eines stationären Elektronenbündels entsteht ("K-EQUIPMENT 750" - Anlage für die Ionenbeschichtung von Oberflächen mit Titannitrid und Titankarbid. Prospekt der Fa. "KYMMENE-STROMBERG CORPORATION") einschließt.

Aber Filmwachstumsgeschwindigkeit der vorgegebenen bzw. stöchiometrischen Zusammensetzung und die Klasse der im Prototypverfahren realisierbaren chemischen Reaktionen sind beschränkt, insofern auf die Erzeugnisoberfläche nur ein Dampfstrom formiert wird, wobei Stoffauswahl für Target be­ grenzt ist und es nicht gestattet, eine zusammengesetzte Beschichtung zu erhalten.

Die Erfindung ist auf Aufgabenlösung der Erhöhung von Wachstumsgeschwindigkeit der Filme mit vorgegebener stöchiometrischer Zusammensetzung unter Erweiterung der Klasse von plasmachemischen Reaktionen, die bei Beschich­ tung verwendet werden, gerichtet.

Das technische Ergebnis, das bei der Realisierung des Ver­ fahrens erzielt werden kann, besteht in der Verringerung der Beschichtungszeit, ohne die Qualität der physikalisch­ chemischen und mechanischen Eigenschaften des Überzuges zu mindern.

Das angegebene technische Ergebnis wird dadurch erzielt, daß das Verfahren der plasmachemischen Beschichtung, das einschließt: Unterbringung des zu bearbeitenden Erzeug­ nisses und des anorganischen Festkörpers in der Arbeits­ kammer, Vakuumierung der Kammer, Einlasses des Arbeitsgases in die Kammer, Formierung in der zu bearbeitenden Zone der Erzeugnisoberfläche eines Dampfstromes, der durch Verdamp­ fung eines anorganischen Festkörpers mittels eines statio­ nären Elektronenbündels erhalten wird vor, in der Kammer wenigstens noch ein Elektronenbündel zu formieren und es in die zu bearbeitende Zone der Erzeugnisfläche zu richten, wobei das zusätzliche Elektronenbündel den Dampfstrom überschneidet, was die mit Möglichkeit der Ge­ währleistung des Brennens der Plasmabündelentladung. Das gestattet, ein Plasma mit erhöhtem, im Unterschied zur im Prototypverfahren angewendeten Hochfrequenzentladung, Ioni­ sierungsgrad zu erhalten.

Durch das Einführen und Verdampfen eines zusätzlichen Festkörpers im zusätzlichen Elektronenbündel und durch die Ausrichtung auf die Erzeugnis-Oberfläche eines Stromes von chemisch aktiven Teilchen, bestehend aus Mischung von Dampfen des anorganischen Festkörpers und Arbeitsgas, er­ zielt man neben der Verringerung der Beschichtungszeit auch eine Erweiterung der Klasse der plasmachemischen Reaktio­ nen, die bei der Beschichtung und bei Gewinnung eines Überzuges mit komplizierter Zusammensetzung verwendet wer­ den.

Das angegebene technische Ergebnis wird verstärkt durch Formierung eines zusätzlichen Elektronenbündels der Band­ konfiguration, wessen Ebene die Achse des Dampfstroms überschneidet, der durch Verdampfen des anorganischen Festkörpers erhalten wird, wobei zusätzlich eine gleichmäßigere Beschichtung des Erzeugnis gewährleistet wird.

Auf der Zeichn. 1 ist das Schema der Anlage, die das Ver­ fahren realisiert, dargestellt. Die Anlage enthält Arbeits­ kammer 1, Arbeitsgaszufuhrstutzen 2, Stutzen 3, der das Innenvolumen der Arbeitskammer 1 mit Vakuumpumpe (auf der Zeichnung nicht vorhanden) verbindet, Target des anorganischen Festkörpers 4, Quelle 5, die das Elektronenbündel auf das Festkörpertarget 4 erzeugt, Quelle 6, die ein zusätz­ liches Elektronenbündel erzeugt, das in die zu bearbei­ tende Zone der Erzeugnisoberfläche gerichtet wird, zu­ sätlicher Festkörper 7, Transport- und Positionierungs­ einrichtung mit Erzeugnis 8.

Die Anlage für Realisierung des Verfahrens funktioniert folgenderweise. In der Arbeitskammer 1 wird Fest­ körpertarget 4 und Transport- und Positionierungseinrich­ tung mit Erzeugnis 8 untergebracht. Arbeitskammer 1 wird hermetisch abgedichtet und danach wird vakuumiert, wobei die Luft über Stutzen 3 bis zum Restdruck 1,33 · 10^-4 Pa ab­ gepumpt wird, danach wird Arbeitskammer über Stutzen 2 mit Arbeitsgas Stickstoff gefüllt, dabei erhöht sich der Druck in Kammer 1 bis 4 · 10^-22 Pa. Stationäres Elektronenbündel wird, mit Hilfe der Quelle 5, auf Festkörpertarget 4 ge­ richtet, Bündelparameter werden bis zum Anzünden der Bündelplasmaentladung reguliert (Energie des Elektronen­ bündels - 2 keV und Bündelstromdichte - 0,2 A/cm²). Dabei erfolgt das Verdampfen des Targets des anorganischen Fest­ körpers 4 - des Titans, es reagiert mit Arbeitsgas und die gewonnenen Titandämpfe werden auf Erzeugnis 8 gerichtet.

Gleichzeitig wird, mit Hilfe der Quelle 7, zweites statio­ näres Elektronenbündel der Bandkonfiguration formiert und in die zu bearbeitende Zone der Erzeugnisoberfläche ge­ richtet, dabei werden die Parameter des zweiten (zusätzlichen) Bündels wie folgt eingestellt: Energie des Elektronenbündels - 2 keV, Bündelstromdichte - 0,3 A/cm, was stabiles Brennen der Bündelplasmaentladung in Arbeits­ zone der Kammer 1 gewährleistet, dabei beträgt die Be­ schichtungsgeschwindigkeit des Titannitrides 1800 Å/min.

Im Falle, wenn eine kompliziertere, z. B. eine Zweistoffbe­ schichtung benötigt wird, führt man in das zweite (zusätzliche) Bündel das zusätzliche Festkörper 7, z. B. Zirkonium ein. Mit Hilfe des zusätzlichen Elektronen­ bündels (von der Quelle 7) wird Zirkoniumschmelzetropfen formiert, verdampft, und auf die Erzeugnisoberfläche wird schon ein Strom chemisch aktiver Teilchen zusammengesetzt aus Mischung von Festkörperdämpfen und Arbeitsgas sowie aus Reaktionsprodukten gerichtet.

Die Verwendung der Erfindung ermöglicht Beschichtungszeit ohne Qualitätsminderung bei Erweiterung der Klasse der plasmachemischen Reaktionen zu verringern, die bei der Be­ schichtung verwendet werden.

Claims (3)

1. Das Verfahren der plasmachemischen Beschichtung, wobei mit Erzeugnis und des anorganische Festkörpers in der Arbeitskammer untergebracht werden, die Kammer vakuumiert und mit Arbeitsgas gefüllt wird, in der zu bearbeitenden Zone der Erzeugnisoberfläche der durch Verdampfen des anorganische Festkörpers mit stationärem Elektronenbündel gewonnene Dampfstrom geformt wird, das sich dadurch unterscheidet, das wenigstens ein zusätzliches stationäres Elektronenbündel formiert wird und in die zu bearbeitende Zone das Erzeugnisoberfläche gerichtet wird, wobei das zusätzlichen Elektronenbündels die Dampfstrom überschneidet mit Versehungsmöglichkeit der Verbrennung der bündigen Plasmaentladung.

2. Das Verfahren der plasmachemischen Beschichtung gemäß Anspruch 1, das sich dadurch unterscheidet, das ein zusätzlicher Festkörper anorganische ins zusätzliche stationärem Elektronenbündel eingeführt und verdampft wird und ein Strom chemisch additiver Teilchen aus Mischung von anorganischen Festkörperkämpfen und Arbeitsgas auf Erzeugnisoberfläche gerichtet wird.

3. Das Verfahren der plasmachemischen Beschichtung gemäß Anspruch 1, das sich dadurch unterscheidet, das ein zusätzliches stationären Elektronenbündel der Bandkonfiguration formiert wird.