EP2646596A1 - Verfahren zur herstellung eines kohlenstoffhaltigen schichtsystems sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kohlenstoffhaltigen schichtsystems sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens

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Publication number
EP2646596A1
EP2646596A1 EP11788773.7A EP11788773A EP2646596A1 EP 2646596 A1 EP2646596 A1 EP 2646596A1 EP 11788773 A EP11788773 A EP 11788773A EP 2646596 A1 EP2646596 A1 EP 2646596A1
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EP
European Patent Office
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layer
plasma
chamber
deposited
deposition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11788773.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Meier
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2646596A1 publication Critical patent/EP2646596A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a carbon-containing layer system, in particular for increasing the wear resistance of tools or components, in which a diamond layer by means of plasma deposition on the
  • the invention also relates to a device for carrying out the method.
  • diamond-coated ceramics (polycrystalline diamond in layer form) represent a significant advance in innovative mechanical seals, which are used in the fields of energy, chemical, pharmaceutical and pharmaceutical industry
  • Components or tools can be significantly reduced by amorphous or semi-crystalline hydrocarbon layers (DLC), since they have comparatively low coefficients of friction of typically 0.1.
  • DLC amorphous or semi-crystalline hydrocarbon layers
  • these layers are not tough enough to permanently improve tool life and durability
  • the layers produced are not only too thin, but wise also not the appropriate ratio of hardness to
  • Elasticity module (modulus of elasticity) on.
  • EP 1 272 683 B1 discloses a method for producing a DLC layer system in which, after the deposition of a DLC layer on a suitable adhesion and transition layer, an amorphous carbon-containing layer is applied as a sliding layer which has a different chemical composition than the DLC layer. Layer has. The layers are applied by means of plasma deposition in the middle frequency range. This allows the deposition of DLC layers but not of
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a carbon-containing layer system and an apparatus for carrying out the method, with which a layer system can be produced, which significantly increases the wear resistance of components
  • the task is with the method, the
  • Embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment.
  • the proposed method is a
  • Diamond layer preferably with a hardness> 6000 HV (Vickers hardness) and an E modulus> 800 GPa, deposited by means of plasma deposition. Subsequently, a transition layer and an amorphous carbonaceous layer are deposited on this first layer by means of plasma deposition. The deposition of the layers is carried out successively under vacuum conditions, without the vacuum and the continuous or pulsed plasma required for the layer deposition between the
  • An interruption here means a period during which, due to the missing
  • this layer system has improved insert properties, in particular high wear resistance and high forming quality. This could be done on the basis of simulation data
  • Diamond layer preferably with an E-modulus of about 900 GPa, and a DLC-like layer (diamond-like amorphous carbon) with an E-modulus ⁇ 200 GPa, preferably about 120 GPa produced.
  • This layer system fulfills the requirements for increasing the E-modulus
  • Method is that the two layers with the intervening transition or transfer Layer under vacuum by means of plasma deposition
  • the device essentially comprises an inert gas chamber and a separate reactive gas chamber, which are connected to one another via an electron gate.
  • a slide is arranged, which is designed as an electrode for the generation of a high-frequency plasmas.
  • the counter electrode is arranged in the inert gas chamber.
  • the reactive gas chamber is designed as a microwave ring resonator.
  • the diamond layer is deposited here with a microwave plasma, while the amorphous carbonaceous layer is deposited with a capacitively coupled high-frequency plasma.
  • the Microwave power is reduced continuously or stepwise while increasing the high frequency power continuously or stepwise.
  • the diamond layer deposited with the microwave plasma may have any thickness and shape of the crystals.
  • This diamond layer is then overcoated with the amorphous carbonaceous layer without process interruption.
  • the capacitive high-frequency plasma source which during the diamond deposition becomes only a passive high-temperature capable
  • Deposition conditions switched from diamond growth to DLC growth. This creates an ideal thermodynamic transfer layer between the diamond and the DLC. This between the diamond layer and the DLC (a-C: H)
  • lying transfer layer (nanocrystalline diamond and ta-C: H) determines the properties, but especially the inner cohesion of the multi-phase layer, i. of the present layer system, decisively with.
  • the DLC layer is to realize a particularly high wear resistance preferably with a
  • the layer system produced by the method thus consists of at least two carbon-based Layers that are connected by a transition layer.
  • the lower layer is a diamond layer, which preferably has a high hardness> 6000 HV and an E-modulus of preferably> 800 GPa.
  • the upper layer is an amorphous carbonaceous
  • This layer system combines the positive properties of crystalline and amorphous carbon-based layers.
  • the lower layer ie the crystalline diamond layer
  • a layer of carbon nanotubes is deposited as an adhesive layer.
  • This layer considerably increases the adhesion of the layer system to the component, especially in the case of hard metal components, and can advantageously be deposited with the microwave plasma of the microwave ring resonator. Also in this case, therefore, all layers including the adhesive layer are deposited on the device without interrupting the vacuum as well as the continuous or pulsed plasma.
  • the proposed device which is suitable for carrying out the method, has a plasma chamber in which at least one electrode is arranged as a slide and at least one wall region and / or at least one arranged in the plasma chamber component forms a counter electrode, and one connected to the electrode High-frequency unit with which a plasma is generated in the plasma by applying a high-frequency alternating voltage between the electrode and the counter electrode. chamber is generated.
  • the plasma chamber of the pre ⁇ chosen device is divided by a separator into at least two partial volumes of which contain a first partial volume for a reactive gas, the electrode and a second partial volume for an inert gas an active at the plasma generating region of the counter electrode.
  • the separating device is suitable for enabling a plasma exchange of electrons in the plasma between the partial volumes required for the generation of the plasma and for providing a diffusion barrier for the plasma
  • the separating device is also referred to in the present patent application as an electron gate.
  • Microwave ring resonator designed to be a
  • the device allows multi-phase carbon based
  • the device corresponds to a combination of a known from DE 10 2005 049 266 A device for the deposition of DLC coatings with a device for deposition of diamond layers, as is known for example under the name Cyrannus ®.
  • the known apparatus for depositing DLC layers enables the process-technical separation of plasma density and ion energy. Only with this device and the associated
  • Coating method it is possible, particularly thick DLC layers (typically> 50 ⁇ ) and selectively microstructured or ultra-smooth surfaces to produce almost all metal, ceramic and plastic substrates. Due to the design, the two-chamber configuration present in this device enables the integration of a further microwave-based deposition technology for the production of crystalline diamond layers, which is known as a single process from the prior art. In the
  • the electron gate of the proposed device is preferably also used as a plasma source
  • a downstream plasma source in particular as a downstream plasma source.
  • This may be, for example, an inductively coupled high-frequency plasma source or a
  • FIG. 1 shows an example of a device
  • Fig. 2 is a schematic representation
  • Fig. 3 is a schematic representation of
  • Fig. 1 shows schematically an example of a device for plasma separation (PECVD technology), which can be configured according to the present patent application.
  • the plasma chamber 1 is divided into two and is supplied with process gases by two separate gas systems.
  • the structural design of the plasma chamber 1 and the supply and pumping system for the gases is designed so that the in Reactive gas (eg CH 4 ) which has flowed into the reactive gas chamber 3 can not enter the inert gas chamber 2 or only to a small extent.
  • the reactive gas chamber 3 has a feed 6 for reactive gases and an outlet 7 for a pump.
  • the inert gas chamber 2 accordingly has a feed 8 for inert gases (eg argon).
  • inert gases eg argon
  • the non-RF-acted parts of the reactive gas chamber 3 are electrically isolated. Alternatively, they can be removed or removed from the RF ground an electrical insulator, for example made of glass or ceramic, be made. For the latter two options must be an RF technical
  • matching network can be realized.
  • the walls of the reactive gas chamber 3 are covered with electrical insulation 9, so that the active region of the counterelectrode, which is formed by the metallic walls of the inert gas chamber 2, lies only in the inert gas region.
  • the neutral plasma column burns in the upper and lower combustion chamber in the form of a dumbbell.
  • the active biasable electrode is made high-temperature capable, in particular of high-temperature-resistant metals and alloys, e.g. made of molybdenum.
  • Reactive gas chamber is replaced by a microwave ring resonator. Of course, this must not be connected to the RF ground of the capacitive plasma source. If the passage between the two combustion chambers or chambers designed so that a
  • Reactive gas chamber lower combustion chamber only the slide active (passive chamber areas are either isolated for RF currents from the plasma or removed from the RF ground) and in the inert gas (upper combustion chamber) only the electrically conductive
  • the counter electrode and the volume of the recipient are made flexible.
  • the lower isolated area of the plant can be adapted to the different size of possible components.
  • the upper area which is responsible for creating the necessary DC bias, is designed to preserve the area ratios of possible previous processes.
  • Combustion chambers are designed in such a way that neither charged nor neutral portions of the reactive gas can reach the inert gas range. This is achieved by the electronic gate 5 present between the two areas.
  • the task of the electron gate is to connect the two plasma columns and to allow unimpeded electron exchange without any back diffusion of neutral and charged reactive gases into the inert gas region.
  • the processes responsible for this are the ambipolar diffusion, through which the largely stationary ions reach the respective other combustion chamber without such an electron gate, as well as diffusion and diffusion
  • the permanent supply of an inert gas flow in the inert gas region (upper combustion chamber) without its own pump opening acts as a barrier gas flow in the passage region and, if suitably executed, reduces the entry of neutral reactive gases into the inert gas region
  • the electron gate may be a simple hole in the partition wall of the two combustion chambers. This has the dark space distance as the theoretically smallest diameter. To avoid the gas exchange or the back diffusion of reactive gas into the inert gas, however, the hole would have to be made very small and elongated or the inert gas stream would have to be very big. However, both do not meet the requirements of a real PECVD litigation.
  • the electrical resistance in the passage region should be as small as possible so that the capacitive coupling over the reactor walls in the reactive gas region is suppressed as much as possible.
  • this requires the largest possible opening between the separated
  • the electron gate is therefore used as the downstream
  • Plasma source carried out, which is mounted or disposed above the opening in the partition wall and a
  • a Helmholtz coil 11 see Fig. 1
  • a system of Helmholtz coils coated The coils must be arranged so that the resulting magnetic field lines between electrode and electron gate parallel to the floating chamber wall of the reactive gas region or the active walls of the ring resonator.
  • Fig. 2 shows again an example of the structure of the proposed device in a schematic representation.
  • Reactive gas chamber 3 and inert gas chamber 2 are connected to each other via the electron gate 5.
  • the electron gate 5 itself is an inductive plasma source or microwave downstream plasma source
  • the reactive gas chamber 3 is designed as a microwave ring resonator 13, which is connected via an E / H tuner 14 and a circulator 15 with a magnetron 16.
  • the reactive gas chamber 3 is further surrounded by Helmholtz coils 11.
  • the generation of the capacitively coupled RF plasma for the production of DLC layers takes place via the coupling of RF power via the electrode (slide 10), which is connected via a match box 17 to an RF generator 18.
  • this device can also be used exclusively polycrystalline
  • Diamond layers or only DLC layers produce.
  • the plasma source between the chamber regions (in the region of the electron gate 5) and the active object carrier 10 as a capacitive RF plasma source together or alone supportive to influence the layer growth.
  • the sole operation of the capacitive RF plasma source is sufficient. Supportive operation of all other plasma sources is optional.
  • SchichtSystems is on the component 19 first using the microwave ring resonator 13 a
  • Diamond layer 20 deposited can also support the two other plasma sources
  • Downstream plasma source at the electron gate and capacitively coupled high-frequency plasma are switched supportive. After deposition of this layer, the microwave power is reduced while increasing the power of the capacitive high-frequency plasma. This results in a transfer layer 22, which finally passes into a DLC layer (a-C: H) 21 after setting the appropriate plasma parameters.
  • This DLC layer 21 is preferably deposited on the diamond layer 20 with a thickness of> 50 ⁇ m. This is shown very schematically in FIG.
  • the following table shows an example of parameters and process times for depositing the layers.
  • an intermediate layer 23 of carbon nanotubes, which lies between the component 19 and the diamond layer 20, is additionally indicated in FIG.
  • This intermediate layer is deposited with the microwave plasma of the microwave ring resonator 13 directly on the component 19 and increases the adhesion of the diamond layer 20 on the component 19, in particular in the case of components made of hard metal.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems, insbesondere zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Bauteilen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei dem Verfahren werden mittels Plasmaabscheidung zunächst eine Diamantschicht (20) und anschließend darauf, unter Bildung einer Übergangsschicht (22), eine amorphe kohlenstoffhaltige Schicht (21) abgeschieden. Die Schichten werden nacheinander abgeschieden, ohne das Vakuum und das für die Schichtabscheidung erforderliche kontinuierliche oder gepulste Plasma zwischen der Abscheidung der Schichten zu unterbrechen. Die Kombination der beiden Schichten in Verbindung mit der verwendeten Abscheidetechnik ermöglicht die Herstellung von Schichtsystemen, die zu einer hohen Verschleißfestigkeit der Bauteile führen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems, insbesondere zur Erhöhung der Verschleiß- festigkeit von Werkzeugen oder Bauteilen, bei dem eine Diamantschicht mittels Plasmaabscheidung auf dem
Werkzeug oder Bauteil abgeschieden wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Beim Kalt- und Warmumformen sowie beim Trennen und Schneiden von Blechbauteilen und Fräsen von Verbundwerkstoffen kommt es an den Werkzeugen zu starkem
Verschleiß, welcher zu geringen Werkzeugstandzeiten und schlechter Bauteilqualität führt. Der Verschleiß ist auf die hohen lokalen mechanischen Beanspruchungen, vor allem durch ScherSpannungen und die zurückgelegten Gleitwege an den Kanten der Werkzeuge, zurückzuführen. Unter Blechbauteilen sind in diesem Zusammenhang
Komponenten aus allen industriell verwendeten Metallen und metallischen Legierungen zu verstehen, welche üblicherweise kalt- oder warm-umgeformt , getrennt oder geschnitten werden. Auch bei der Bearbeitung nicht metallischer Bauteile können derartige Probleme
auftreten. Beispiele für die genannten Bauteile sind Aluminiumbleche, Edelstahlbleche, Kupferbleche, Zinkbleche, kohlenfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) , glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) usw. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung. Ein weiteres technisches Gebiet, bei dem Bauteile hohen lokalen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, stellt der Einsatz hochbelastbarer Gleitringdichtungen (Flüssigkeits- und Gasdichtungen) dar.
Stand der Technik
Zur Erhöhung der Belastbarkeit bzw. Verschleißfestigkeit von derartigen Bauteilen ist es üblich, eine kohlenstoffhaltige Schicht mit einer hohen Härte auf die Bauteile aufzubringen. So stellen beispielsweise diamantbeschichtete Keramiken (polykristalliner Diamant in Schichtform) einen wesentlichen Fortschritt bei innovativen Gleitringdichtungen dar, welche in den Bereichen Energie-, Chemie-, Pharmazie- und
Lebensmitteltechnik von großer Bedeutung sind, da sie den Übergang zu dauerhaft berührenden
Gleitringdichtungen ermöglichen können.
Zahlreiche Versuche haben gezeigt, dass die
Scherkräfte, die zu dem hohen Verschleiß an den
Bauteilen bzw. Werkzeugen führen, durch amorphe bzw. teilkristalline Kohlenwasserstoff-Schichten (DLC) deutlich reduziert werden können, da diese vergleichsweise niedrige Reibungskoeffizienten von typischerweise 0,1 besitzen. Allerdings sind diese Schichten für die vorher genannten Einsatzzwecke nicht zäh genug, um eine dauerhafte Verbesserung der Werkzeugstandzeiten und des
Einsatzverhaltens zu gewährleisten. Hierfür sind die erzeugten Schichten nicht nur zu dünn, sondern weisen auch nicht das geeignete Verhältnis von Härte zu
Elastizitäts-Modul (E-Modul) auf.
Die bisher verfügbaren kohlenstoffhaltigen
Schichten können daher in vielen Anwendungen noch keine ausreichend hohe Verschleißfestigkeit der Werkzeuge bzw. Bauteile gewährleisten.
Die EP 1 272 683 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines DLC-Schichtsystems , bei dem nach dem Abscheiden einer DLC-Schicht auf einer geeigneten Haft- und Übergangsschicht eine amorphe kohlenstoffhaltige Schicht als Gleitschicht aufgebracht wird, die eine andere chemische Zusammensetzung als die DLC-Schicht hat . Die Schichten werden mittels Plasmaabscheidung im Mittelfreguenzbereich aufgebracht. Dies ermöglicht die Abscheidung von DLC-Schichten, nicht jedoch von
Diamantschichten .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen sich ein Schichtsystem erzeugen lässt, das eine deutliche Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Bauteilen
ermöglicht. Unter den Bauteilen sind hierbei die weiter oben genannten Bauteile zu verstehen, wobei sich die mit dem Verfahren hergestellten Schichten selbstver- ständlich auch auf andere Bauteile anwenden lässt, die einem mechanischen Verschleiß unterworfen sind. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren, dem
Schichtsystem sowie der Vorrichtung gemäß den
Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine
Diamantschicht, vorzugsweise mit einer Härte > 6000 HV (Vickershärte) und einem E-Modul > 800 GPa, mittels Plasmaabscheidung abgeschieden. Auf diese erste Schicht werden anschließend mittels Plasmaabscheidung eine Übergangsschicht sowie eine amorphe kohlenstoffhaltige Schicht abgeschieden. Die Abscheidung der Schichten erfolgt nacheinander unter Vakuumbedingungen, ohne das Vakuum und das für die Schichtabscheidung erforderliche kontinuierliche oder gepulste Plasma zwischen der
Abscheidung der einzelnen Schichten zu unterbrechen. Unter einer Unterbrechung ist hierbei ein Zeitraum zu verstehen, während dessen aufgrund des fehlenden
Plasmas kein Schichtwachstum mehr stattfindet. Auf diese Weise wird ein Schichtsystem aus zwei kohlen- stoffhaltigen Schichten mit einer dazwischen liegenden Transfer- oder Übergangsschicht erhalten, das den
Anforderungen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit des Bauteils, auf dem das Schichtsystem abgeschieden wurde, deutlich besser genügen als die bisher hierzu
eingesetzten Schichten.
Hierbei wurde erkannt, dass ein ideales Schichtsystem für die in der Beschreibungseinleitung genannten Anwendungen ein Mehrlagenschichtsystem mit völlig unterschiedlichen Schichteigenschaften ist, welche nicht allein durch eine einzige Schicht erfüllt werden können. Oberhalb der Grenzfläche zum Bauteil bzw.
Werkzeug sollte eine möglichst harte (Vickershärte vorzugsweise > 6000 HV) und vorzugsweise dicke Schicht (Schichtdicke > 10 μπι) mit sehr hohem E- odul (vorzugsweise > 800 GPa) aufgebracht werden, welche von einer Schicht mit niedrigerem E-Modul, vorzugsweise < 250 GPa, überdeckt ist. Diese zweite Schicht im Sinne einer Funktionsschicht sollte idealerweise gegenüber dem umzuformenden bzw. zu trennenden Material einen
möglichst geringen Reibkoeffizienten von ^ 0,1
aufweisen. Dieses Schichtsystem weist unabhängig vom Verhältnis Kantenradius des Werkzeugs zur Schichtdicke verbesserte Einsatzeigenschaften, insbesondere eine hohe Verschleißbeständigkeit und hohe Umformqualität, auf. Dies konnte auf Basis von Simulationsdaten
ermittelt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Kombination aus einer polykristallinen
Diamantschicht, vorzugsweise mit einem E-Modul von ca. 900 GPa, und einer DLC-artigen Schicht (diamant- ähnlicher amorpher Kohlenstoff) mit einem E-Modul < 200 GPa, vorzugsweise ca. 120 GPa, hergestellt. Dieses Schichtsystem erfüllt die für die Erhöhung der
Verschleißfestigkeit geforderten Eigenschaften
besonders gut .
Ein wesentliches Merkmal des vorgeschlagenen
Verfahrens besteht darin, dass die beiden Schichten mit der dazwischen liegenden Übergangs- oder Transfer- Schicht unter Vakuum mittels Plasmaabscheidung
abgeschieden werden, ohne zwischenzeitlich das Vakuum oder das kontinuierliche oder gepulste Plasma zu unterbrechen. Nur dadurch wird eine für die genannten Anwendungen ausreichend starke Verbindung zwischen der Diamantschicht und amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht erreicht . Ein Überbeschichten einer Diamantschicht mit einer DLC-Schicht nach einem Transfer von der Anlage für die Diamantbeschichtung in die Anlage für die DLC- Beschichtung führt zu einer Unterbrechung der Vakuum- und Plasmabedingungen, durch die die Verbindung
zwischen den beiden Schichten ohne die dafür nötigen Übergangs- bzw. Transferschichten völlig unzureichend ist. Diamantschichten und DLC-Schichten erfordern bisher allerdings unterschiedliche Beschichtungs- anlagen, so dass für die Realisierung des vorgeschlagenen Verfahrens eine besonders ausgestaltete Vorrichtung zur Plasmaabscheidung entwickelt wurde . Die Vorrichtung weist im wesentlichen eine Inertgaskammer und eine davon getrennte Reaktivgaskammer auf, die über ein Elektronengate miteinander verbunden sind. In der Reaktivgaskammer ist ein Objektträger angeordnet, der als Elektrode für die Erzeugung eines Hochfrequenz- plasmas ausgeführt ist . Die Gegenelektrode ist in der Inertgaskammer angeordnet. Bei der vorgeschlagenen
Vorrichtung ist die Reaktivgaskammer als Mikrowellen- Ringresonator ausgebildet.
Die Diamantschicht wird hierbei mit einem Mikro- wellen-Plasma, die amorphe kohlenstoffhaltige Schicht mit einem kapazitiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasma abgeschieden. Für den Übergang von der Diamantschicht zur amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht wird die Mikrowellenleistung kontinuierlich oder schrittweise verringert und gleichzeitig die Hochfrequenzleistung kontinuierlich oder schrittweise erhöht. Die mit dem Mikrowellen-Plasma abgeschiedene Diamantschicht kann eine beliebige Dicke und Form der Kristalle aufweisen. Diese Diamantschicht wird anschließend mit der amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht ohne Prozessunterbrechung überbeschichtet. Während des Übergangs vom kristallinen Diamant zur amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht, vorzugsweise DLC-Schicht, wird die kapazitive Hochfrequenz-Plasmaquelle, die während der Diamant- deposition nur ein passiver hochtemperaturfähiger
Objektträger ist, in Betrieb genommen. Durch die schrittweise Reduzierung der Mikrowellenleistung und die damit verbundene Temperatursenkung (von ca. 800°C bis 900°C auf ca. 100°C) bei gleichzeitiger Erhöhung der über den jetzt aktiven Objektträger kapazitiv eingekoppelten Hochfrequenzleistung werden die
Depositionsbedingungen vom Diamantwachstum zum DLC- Wachstum umgestellt. Dadurch entsteht eine unter thermodynamischen Gesichtspunkten ideal ausgeprägte Transferschicht zwischen dem Diamant und dem DLC. Diese zwischen der Diamantschicht und dem DLC (a-C:H)
liegende Transferschicht (nanokristalliner Diamant und ta-C: H) bestimmt die Eigenschaften, vor allem aber den inneren Zusammenhalt der Multiphasenschicht , d.h. des vorliegenden SchichtSystems, maßgeblich mit. Die DLC- Schicht wird zur Realisierung einer besonders hohen Verschleißfestigkeit vorzugsweise mit einer
Schichtdicke > 50 μπι abgeschieden.
Das mit dem Verfahren hergestellte Schichtsystem besteht somit aus mindestens zwei kohlenstoffbasierten Schichten, die über eine Übergangsschicht miteinander verbunden sind. Die untere Schicht ist eine Diamant- schicht, die vorzugsweise eine hohe Härte > 6000 HV und ein E-Modul von vorzugsweise > 800 GPa aufweist. Die obere Schicht ist eine amorphe kohlenstoffhaltige
Schicht mit einem kleineren E-Modul von vorzugsweise < 250 GPa. Dieses Schichtsystem verbindet die positiven Eigenschaften von kristallinen und amorphen kohlen- stoffbasierten Schichten. Die untere Schicht, d.h. die kristalline Diamantschicht, wird vorzugsweise über eine geeignete Haftschicht auf dem Substrat abgeschieden, welche an die Art des Substrats angepasst ist und dem Stand der Technik entsprechen kann. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird als Haftschicht eine Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhren abgeschieden. Diese Schicht erhöht die Haftung des Schichtsystems auf dem Bauteil besonders bei Bauteilen aus Hartmetall erheblich und lässt sich vorteilhaft mit dem Mikrowellenplasma des Mikrowellen-Ringresonators abscheiden. Auch in diesem Fall werden daher alle Schichten einschließlich der Haftschicht ohne Unterbrechung des Vakuums sowie des kontinuierlichen oder gepulsten Plasmas auf dem Bauteil abgeschieden. Die vorgeschlagene Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, weist eine Plasmakammer auf, in der zumindest eine Elektrode als Objektträger angeordnet ist und zumindest ein Wandbereich und/oder zumindest ein in der Plasmakammer angeordnetes Bauteil eine Gegenelektrode bildet, sowie eine mit der Elektrode verbundene Hochfrequenzeinheit, mit der durch Anlegen einer hochfrequenten WechselSpannung zwischen Elektrode und Gegenelektrode ein Plasma in der Plasma- kammer erzeugbar ist. Die Plasmakammer der vorge¬ schlagenen Vorrichtung ist durch eine Trenneinrichtung in mindestens zwei Teilvolumina aufgeteilt, von denen ein erstes Teilvolumen für ein Reaktivgas die Elektrode und ein zweites Teilvolumen für ein Inertgas einen bei der Plasmaerzeugung aktiven Bereich der Gegenelektrode beinhalten. Die Trenneinrichtung ist dabei geeignet, einen für die Erzeugung des Plasmas erforderlichen Elektronenaustausch im Plasma zwischen den Teilvolumina zu ermöglichen und eine Diffusionssperre für das
Reaktivgas zu bilden. Die Trenneinrichtung wird in der vorliegenden Patentanmeldung auch als Elektronengate bezeichnet. Das Teilvolumen für das Reaktivgas
(Reaktivgaskammer) ist bei dieser Vorrichtung als
Mikrowellen-Ringresonator ausgebildet, um ein
Mikrowellen- lasma erzeugen zu können.
Mit dieser Vorrichtung wird die Abscheidung des hier vorgeschlagenen Schichtsystems ermöglicht. Die Vorrichtung erlaubt es, mehrphasige kohlenstoffbasierte
Schichtsysteme in einem Prozess, d.h. ohne Vakuum und Plasma zu unterbrechen, abzuscheiden. Die Vorrichtung entspricht dabei einer Kombination einer aus der DE 10 2005 049 266 A bekannten Vorrichtung zur Abscheidung von DLC-Schichten mit einer Vorrichtung zur Abscheidung von Diamantschichten, wie sie beispielsweise unter dem Namen Cyrannus® bekannt ist. Die bekannte Vorrichtung zur Abscheidung von DLC-Schichten ermöglicht die prozesstechnische Trennung von Plasmadichte und Ionen- energie. Nur mit dieser Vorrichtung und dem zugehörigen
Beschichtungsverfahren ist es möglich, besonders dicke DLC-Schichten (typischerweise > 50 μπι) sowie gezielt mikrostrukturierte oder ultraglatte Oberflächen auf nahezu allen Metall-, Keramik- und KunststoffSubstraten zu erzeugen. Die bei dieser Vorrichtung vorliegende Zweikammer-Konfiguration ermöglicht konstruktions- bedingt die Integration einer weiteren mikrowellen- basierten Depositionstechnologie zur Herstellung von kristallinen Diamantschichten, welche als Einzelprozess aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bei der
Kombination der bekannten Plasmavorrichtung zur
Abscheidung von DLC-Schichten mit einem Mikrowellen- Ringresonator zur Herstellung von Diamantschichten ist es lediglich erforderlich, die bislang vorhandene kapazitive Quelle im inneren des jetzt als Reaktivgaskessel fungierenden Mikrowellen-Ringresonators hoch- temperaturfähig auszuführen.
Das Elektronengate der vorgeschlagenen Vorrichtung wird vorzugsweise ebenfalls als Plasmaquelle,
insbesondere als Downstream-Plasmaquelle, ausgeführt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Plasmaquelle oder um eine
Mikrowellen-Plasmaquelle handeln. Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft die Funktion des Elektronengates realisiert und gleichzeitig die unerwünschte Diffusion von reaktiven Neutralteilchen zwischen den beiden
Kammern wirksam unterdrückt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 ein Beispiel für eine Vorrichtung
Abscheidung von DLC-Schichten;
Fig. 2 eine schematische Darstellung
Beispiels der vorgeschlagenen
Vorrichtung; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der
Abscheidung eines Schichtsystems.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Vorrichtung zur PIasmaabScheidung (PECVD-Technologie) , die gemäß der vorliegenden Patentanmeldung ausgestaltet werden kann. Die Plasmakammer 1 ist zweigeteilt und wird durch zwei getrennte Gassysteme mit Prozessgasen versorgt. Die Zweiteilung in einen Inertgasbereich bzw. eine Inertgaskammer 2 und einen Reaktivgasbereich bzw. eine Reaktivgaskammer 3 erfolgt über eine Trennwand 4 mit einem Elektronengate 5. Die konstruktive Ausgestaltung der Plasmakammer 1 sowie des Zuführungs- und Pumpsystems für die Gase ist so ausgeführt, dass das in die Reaktivgaskammer 3 eingeströmte Reaktivgas (z.B. CH4) nicht oder nur zu einem geringen Anteil in die Inertgaskammer 2 gelangen kann. Die Reaktivgaskammer 3 weist hierzu eine Zuführung 6 für Reaktivgase sowie eine Abführung 7 zu einer Pumpe auf. Die Inertgaskammer 2 weist dementsprechend eine Zuführung 8 für Inertgase (z.B. Argon) auf. Die nicht RF-beaufschlagten Teile der Reaktivgaskammer 3 sind elektrisch isoliert . Sie können alternativ auch aus der HF-Masse entfernt oder aus einem elektrischen Isolator, beispielsweise aus Glas oder Keramik, gefertigt sein. Für die beiden letztgenannten Möglichkeiten muss eine HF-technisch
geeignete und geschirmte Masseleitung von der Inertgas- kanuner 2 zur Innenseite des in der Figur nicht
dargestellten Anpassnetzwerks (Matchbox) realisiert werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Wände der Reaktivgaskammer 3 mit einer elektrischen Isolierung 9 bedeckt, so dass der aktive Bereich der Gegenelektrode, die durch die metallischen Wände der Inertgaskammer 2 gebildet wird, lediglich im Inertgasbereich liegt. Wird jetzt durch Anlegen einer hochfrequenten Spannung an die Elektrode, die durch den Objektträger 10 für die zu beschichtenden Proben 24 gebildet wird, ein Plasma gezündet, so brennt die neutrale Plasmasäule im oberen und unteren Brennraum in der Form einer Hantel . Zur Funktionsweise einer derartigen Vorrichtung wird auf die DE 10 2005 049 266 AI verwiesen. Um in dieser Anlagentechnik auch Diamant herstellen zu können, wird die aktive biasfähige Elektrode hochtemperaturfähig ausgeführt, insbesondere aus hochtemperaturfesten Metallen und Legierungen, z.B. aus Molybdän. Die in Fig. 1 als Isolator ausgeführte
Reaktivgaskammer wird durch einen Mikrowellen- Ringresonator ersetzt. Dieser darf selbstverständlich nicht mit der HF-Masse der kapazitiven Plasmaquelle verbunden sein. Wird der Durchgang zwischen den beiden Brennräumen bzw. Kammern so gestaltet, dass ein
ungehinderter Austausch zwischen den beiden Teilen der neutralen Plasmasäule möglich ist, so ist in der
Reaktivgaskammer (unterer Brennraum) lediglich der Objektträger aktiv (passive Kammerbereiche sind entweder für HF-Ströme aus dem Plasma isoliert oder aus der HF-Masse entfernt) und im Inertgasbereich (oberer Brennraum) lediglich die elektrisch leitfähige
Gegenelektrode. Im Reaktivgasbereich fliegen die beschichtungswirksamen Ionen nur auf den aktiven
Objektträger und im Inertgasbereich nur Edelgasionen auf die leitfähig ausgeführten Kammerwände. Die vor den aktiven Flächen zusätzlich erzeugten Plasmadichten führen im Bereich der Gegenelektrode nicht zu
Ablagerungen, wodurch Aufladeeffekte vermieden werden. Lediglich die das Reaktivgasplasma begrenzenden
floatenden Flächen werden von Ionen belegt, die durch die ambipolare Diffusion geliefert werden. Eine dünne elektrisch isolierende Patina auf einer passiven und elektrisch isolierenden Kammerwand beeinflusst die Entladung jedoch nicht nachhaltig.
Um konstante Plasmadichten unabhängig von der Substratfläche zu realisieren, werden die Gegen- elektrode und das Volumen des Rezipienten flexibel ausgeführt. Hierzu wird ein Zwischenringprinzip
vorgeschlagen. Der untere isolierte Bereich der Anlage kann dadurch an die unterschiedliche Größe möglicher Bauteile angepasst werden. Der obere Bereich, der für die Erzeugung der notwendigen DC-Bias verantwortlich ist, wird so ausgeführt, dass die Flächenverhältnisse möglicher vorhergehender Prozesse erhalten bleiben.
Damit ist ein gewisses Maß an Hochskaiierungs-Fähigkeit vorhanden, da in erster Näherung nur die Leistung entsprechend der vergrößerten/verkleinerten beglimmten Fläche und der Gasstrom für konstante Plasmaverweil - zeiten der beteiligten Spezies verändert werden müssen. Die für den Prozess notwendige Biasspannung ist damit unabhängig von der für den Prozess notwendigen Plasma¬ verweildauer reaktiver Spezies einstellbar.
Die Verbindungsstelle zwischen den beiden
Brennräumen wird so gestaltet, dass weder geladene noch neutrale Anteile des Reaktivgases in den Inertgas- bereich gelangen können. Dies wird durch das zwischen den beiden Bereichen vorhandene Elektronengate 5 erreicht . Die Aufgabe des Elektronengates besteht darin, die beiden Plasmasäulen zu verbinden und einen ungehinderten Elektronenaustausch zu ermöglichen, ohne dass eine Rückdiffusion von neutralen und geladenen Reaktivgasen in den Inertgasbereich stattfindet. Die hierfür verantwortlichen Prozesse sind die ambipolare Diffusion, durch die ohne ein derartiges Elektronengate die weitestgehend ortsfesten Ionen in den jeweils anderen Brennraum gelangen, sowie Diffusions- und
Strömungsprozesse zwischen den Kammern, über die neutrale Teile des Gases ausgetauscht werden können.
Die permanente Zuführung eines Inertgasflusses im Inertgasbereich (oberer Brennraum) ohne eigene Pumpöffnung wirkt im Durchgangsbereich als Sperrgasstrom und vermindert bei geeigneter Ausführung das Eintreten von neutralen Reaktivgasen in den Inertgasbereich
(oberer Brennraum) . Im einfachsten Fall kann es sich bei dem Elektronengate um ein einfaches Loch in der Trennwand der beiden Brennräume handeln. Dieses hat als theoretisch kleinsten Durchmesser den Dunkelraum- abstand. Zur Vermeidung des Gasaustausches bzw. der Rückdiffusion von Reaktivgasanteilen in den Inertgasbereich müsste das Loch jedoch sehr klein und langgestreckt ausgeführt werden oder der Inertgasstrom müsste sehr groß sein. Beides entspricht jedoch nicht den Forderungen einer realen PECVD-Prozessführung .
Hierbei sollte der elektrische Widerstand im Durchgangsbereich möglichst klein sein, damit die kapazitive Kopplung über die Reaktorwände im Reaktivgasbereich möglichst unterdrückt wird. Dies verlangt jedoch eine möglichst große Öffnung zwischen den getrennten
Bereichen, typischerweise mit ca. 5 cm Durchmesser. Weiterhin beträgt der Inertgasanteil an den Prozess- gasen selten mehr als 50% und kann daher nicht beliebig gesteigert werden.
Um die Rückdiffusion von Neutralteilchen aus dem Reaktivgasbereich in den Inertgasbereich zu verhindern, wird daher das Elektronengate als Downstream-
Plasmaquelle ausgeführt, die über der Öffnung in der Trennwand montiert bzw. angeordnet wird und ein
induktiv oder mikrowellengekoppeltes Plasma aufrechterhält .
Da die ambipolare Diffusion eine physikalische Gegebenheit eines jeden Plasmas ist, wird jede das Plasma begrenzende Fläche auch außerhalb der aktiven Flächen mit einem Ionenbeschuss belegt. Die einzige Möglichkeit dies zu verhindern besteht darin, die
Bewegung von allen das Plasma verlassenden
Ladungsträgern (positiv und negativ) durch ein
Magnetfeld so zu manipulieren, dass sie die floatende Fläche nicht erreichen können. Alle nicht aktiven
Flächen des Reaktivgasbereichs werden daher im
vorliegenden Beispiel mit dem homogenen Magnetfeld einer Helmholtzspule 11 (vgl. Fig. 1) bzw. mit einem System aus Helmholtzspulen überzogen. Die Spulen müssen so angeordnet werden, dass die resultierenden Magnet- feldlinien zwischen Elektrode und Elektronengate parallel zur floatenden Kammerwand des Reaktivgas- bereichs bzw. den aktiven Wänden des Ringresonators verlaufen.
Fig. 2 zeigt nochmals ein Beispiel für den Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung in schematisierter Darstellung. Reaktivgaskammer 3 und Inertgaskammer 2 sind über das Elektronengate 5 miteinander verbunden. Das Elektronengate 5 selbst ist als induktive Plasmaquelle oder Mikrowellen-Downstream- Plasmaquelle
ausgeführt und mit einem HF-Generator/Matchbox für die induktive Plasmaquelle bzw. einem Magnetron der
Mikrowellen-Downstream-Plasmaquelle verbunden (Bezugs- zeichen 12) . Die Reaktivgaskammer 3 ist als Mikrowellen-Ringresonator 13 ausgeführt, der über einen E/H- Tuner 14 und einen Zirkulator 15 mit einem Magnetron 16 verbunden ist . Die Reaktivgaskammer 3 ist weiterhin von Helmholtzspulen 11 umgeben. Die Erzeugung des kapazitiv gekoppelten HF-Plasmas zur Herstellung von DLC- Schichten erfolgt über die Einkopplung von HF-Leistung über die Elektrode (Objektträger 10) , die über eine Matchbox 17 mit einem HF-Generator 18 verbunden ist .
Grundsätzlich kann diese Vorrichtung auch dazu verwendet werden, ausschließlich polykristalline
Diamantschichten oder nur DLC-Schichten herzustellen. Zur Herstellung von allein stehenden polykristallinen Diamantschichten ist es ausreichend, nur den Ringresonator 13 in Betrieb zu haben. Optional können aber auch die Plasmaquelle zwischen den Kammerbereichen (im Bereich des Elektronengates 5) und der aktive Objekt- träger 10 als kapazitive HF-Plasmaquelle zusammen oder allein unterstützend mitwirken, um das Schichtwachstum zu beeinflussen. Für die Herstellung von DLC-Schichten ist der alleinige Betrieb der kapazitiven HF-Plasma- quelle ausreichend. Der unterstützende Betrieb aller anderen Plasmaquellen ist optional möglich.
Für die Herstellung des hier vorgeschlagenen
SchichtSystems wird auf dem Bauteil 19 zunächst unter Verwendung des Mikrowellen-Ringresonators 13 eine
Diamantschicht 20 abgeschieden. Hierbei können unterstützend auch die beiden anderen Plasmaquellen
(Downstream-Plasmaquelle am Elektronengate sowie kapazitiv gekoppeltes Hochfrequenzplasma) unterstützend zugeschaltet werden. Nach Abscheidung dieser Schicht wird die Mikrowellenleistung verringert und gleichzeitig die Leistung des kapazitiven Hochfrequenzplasmas erhöht. Hierdurch entsteht eine Transferschicht 22, die schließlich nach Einstellung der geeigneten Plasma- parameter in eine DLC-Schicht (a-C:H) 21 übergeht.
Diese DLC-Schicht 21 wird vorzugsweise mit einer Dicke von > 50 μπι auf der Diamantschicht 20 abgeschieden. Dies ist stark schematisiert in Fig. 3 dargestellt. Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für Parameter und Prozesszeiten zur Abscheidung der Schichten.
ProzessDiamantschicht Transfera-C:H
parameter schicht
Druck 70 hPa -> 1 Pa
Gas 1 - -» 50 sccm Argon
Gas 2 400 sccm H2 -» 20 sccm TMS
Gas 3 20 sccm CH4 - 50 sccm C2H2
RF-Leistung 0 -» 150 W M -Leistung 2, 5 kW - 0 kW
Biasspannung 0 V - 450 V
Zeit 180 min 5 min 60 min
Temperatur 900 °C - 120 °C
In Figur 3 ist zusätzlich noch eine Zwischenschicht 23 aus Kohlenstoff-Nanoröhren angedeutet, die zwischen dem Bauteil 19 und der DiamantSchicht 20 liegt. Diese Zwischenschicht wird mit dem Mikrowellenplasma des Mikrowellen-Ringresonators 13 direkt auf dem Bauteil 19 abgeschieden und erhöht die Haftung der Diamantschicht 20 auf dem Bauteil 19, insbesondere im Falle von Bauteilen aus Hartmetall.
Bezugszeichenliste
I Plasmakammer
2 Inertgaskammer/Inertgasbereich
3 Reaktivgaskammer/Reaktivgasbereich
4 Trennwand
5 Elektronengate
6 Reaktivgaszuführung
7 Reaktivgasabführung
8 InertgasZuführung
9 Isolation
10 Objektträger (Elektrode)
II Helmholtzspulen
12 Hochfrequenz-Generator/Matchbox für die induktive Plasmaquelle oder Magnetron der Mikrowellen-Downstream-Quelle
13 Mikrowellen-Ringresonator
14 E/H-Tuner
15 Zirkulator
16 Magnetron
17 Matchbox
18 Hochfrequenzgenerator der kapazitiven
Plasmaquelle
19 Bauteil
20 Diamantschicht
21 DLC-Schicht
22 Transferschicht
23 Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhren
24 Proben

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems, insbesondere zur Erhöhung der
Verschleißfestigkeit von Bauteilen, mit folgenden Schritten:
- Abscheiden einer Diamantschicht (20) mittels Plasmaabscheidung ,
- Abscheiden einer Übergangsschicht (22) sowie einer amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht (21) auf der Diamantschicht (20) mittels Plasmaabscheidung,
- wobei die Schichten (20, 21, 22) nacheinander unter einem Vakuum abgeschieden werden, ohne das Vakuum und das für die Schichtabscheidung
erforderliche kontinuierliche oder gepulste Plasma zwischen der Abscheidung der Schichten (20, 21, 22) zu unterbrechen.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als amorphe kohlenstoffhaltige Schicht (21) eine a-C:H -Schicht abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Diamantschicht (20) mit einem Mikrowellenplasma und die amorphe kohlenstoffhaltige Schicht (21) mit einem kapazitiv gekoppelten Hochfrequenz- Plasma abgeschieden werden. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass für den Übergang von der DiamantSchicht (20) zur amorphen kohlenstoffhaltigen Schicht (21) die Mikrowellenleistung kontinuierlich oder schritt¬ weise verringert und die Hochfrequenz-Leistung gleichzeitig kontinuierlich oder schrittweise erhöht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die amorphe kohlenstoffhaltige Schicht (21) mit einer Schichtdicke > 50 μτα abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Abscheiden der DiamantSchicht (20) eine Schicht (23) aus Kohlenstoff-Nanoröhren abgeschieden wird, auf die anschließend die
Diamantschicht (20) direkt oder über eine weitere Übergangsschicht abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Plasmaabscheidung der Schichten (20-23) mit einer Plasmaanlage erfolgt, die eine
Inertgaskammer (2) und eine davon getrennte
Reaktivgaskammer (3) aufweist, die über ein
Elektronengate (5) miteinander verbunden sind, wobei in der Reaktivgaskammer (3) ein Objektträger (10) angeordnet ist, der als Elektrode für die Erzeugung eines Hochfrequenzplasmas ausgeführt ist, in der Inertgaskammer (2) eine Gegenelektrode ange- ordnet ist und die Reaktivgaskammer (3) als Mikrowellen-Ringresonator (13) ausgebildet ist.
Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist, mit einer Plasmakammer (1) , in der zumindest eine
Elektrode als Objektträger (10) angeordnet ist und zumindest ein Wandbereich der Plasmakammer (1) und/oder zumindest ein in der Plasmakammer (1) angeordnetes Bauteil eine Gegenelektrode bildet, und einer mit der Elektrode verbundenen Hochfrequenzeinheit (18) , mit der durch Anlegen einer hochfrequenten WechselSpannung zwischen Elektrode und Gegenelektrode ein Hochfrequenz-Plasma in der Plasmakammer (1) erzeugbar ist,
wobei die Plasmakammer (1) durch eine Trenneinrichtung (4, 5) in zumindest zwei Teilvolumina aufgeteilt ist, von denen ein erstes Teilvolumen (3) für ein Reaktivgas die Elektrode und ein zweites Teilvolumen (2) für ein Inertgas einen bei der Hochfrequenz-Plasmaerzeugung aktiven Bereich der Gegenelektrode beinhalten, wobei das erste Teilvolumen (3) als Mikrowellen-Ringresonator (13) ausgeführt und zur Erzeugung eines Mikrowellen- Plasmas mit einem Magnetron (16) verbunden ist, und wobei die Trenneinrichtung (4, 5) geeignet ist, einen für die Erzeugung des Hochfrequenz-Plasmas erforderlichen Elektronenaustausch im Hochfrequenz- Plasma zwischen den Teilvolumina (2, 3) zu
ermöglichen und eine Diffusionssperre für das
Reaktivgas zu bilden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das die
Trenneinrichtung ein Elektronengate (5) aufweist, das als Plasmaquelle ausgeführt ist.
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