EP1362931B2

Method and apparatus for fabrication of a DLC layer system

Abstract

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EP1362931B2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 12

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Expired 27 December 2020, 5.7 years ago.

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17 claims: 1 independent, 16 dependent

  1. 1
    Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:a) Einbringen des Substrates in eine Vakuumkammer und Abpumpen bis ein Vakuum mit einem Druck von weniger als 10 -4 mbar, vorzugweise 10 -5 mbar erreicht ist. b) Reinigen der Substratoberfläche c) plasmagestütztes Aufdampfen der Haftschicht auf das Substrat d) Aufbringen der Übergangsschicht auf die Haftschicht durch gleichzeitiges plasmagestütztes Aufdampfen der Haftschichtkomponenten und Abscheiden von Kohlenstoff aus der Gasphase e) Aufbringen der diamantähnlichen Kohlenstoffschicht auf die Übergangsschicht durch plasmagestütztes Abscheiden von Kohlenstoff aus der Gasphase, wobei die die Deckschicht bildende diamantähnliche Kohlenstoffschicht durch Plasma-CVD-Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase erzeugt wird, wobei als Reaktionsgas ein kohlenstoffhaltiges Gas, vorzugsweise ein Kohlenwasserstoffgas, insbesondere Acetylen verwendet wird, wobei zumindest während der Verfahrensschritte c), d) und e) am Substrat eine unipolare oder bipolare Substratbiasspannung angelegt wird, die in einem Mittelfrequenzbereich von 1 bis 10.000 kHz, vorzugsweise 20 bis 250 kHz, gepulst ist, und zumindest während der Verfahrensschritte d) und e) das Plasma durch ein Magnetfeld stabilisiert wird, wobei während des Aufbringens der Übergangsschicht und der Deckschicht aus diamantähnlichen Kohlenstoff dem Substrat ein longitudinales Magnetfeld mit gleichmäßigem Feldlinienverlauf überlagert wird, wobei das Magnetfeld räumlich kontinuierlich oder schrittweise veränderbar ist.
  2. 2
    Verfahren nach Merkmalssatz 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigen der Substratoberfläche einen Heizschritt und/oder Ätzschritt umfasst.
  3. 3
    Verfahren nach Merkmalssatz 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt durch Strahlungsheizen, induktives Heizen und/oder durch Elektronenbeschuss erfolgt.
  4. 4
    Verfahren nach Merkmalssatz 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenbeschuss durch das Zünden eines Niedervoltbogens und das gleichzeitige Anlegen einer kontinuierlichen, einer AC- oder AC überlagerten Biasspannung, wie insbesondere einer gepulsten positiven Substratbiasspannung bewirkt wird.
  5. 5
    Verfahren nach Merkmalssatz 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzschritt durch Ionenätzen durchgeführt wird, wobei mit einem Edelgas, vorzugsweise Argon, und/oder Wasserstoff als Prozessgas eine Niedervoltlichtbogen gezündet wird und an das Substrat eine kontinuierliche Substratbiasspannung angelegt wird.
  6. 6
    Verfahren nach Merkmalssatz 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzschritt durch Ionenätzen mit einem Edelgas vorzugsweise Argon, und/oder Wasserstoff als Prozessgas durchgeführt wird, wobei eine AC- oder AC überlagerte Biasspannung, wie insbesondere eine gepulste, vorzugsweise mittelfrequente Substratbiasspannung angelegt wird.
  7. 7
    Verfahren nach einem der Merkmalssätze 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufdampfen der Haftschicht durch Plasma-CVD-Verfahren, PVD-Verfahren, insbesondere Arcverdampfung, katodisches Sputtern, Verdampfen aus einem Tiegel mittels Niedervoltbogen, bevorzugt mittels einem Ionplatingverfahren erfolgt.
  8. 8
    Verfahren nach Merkmalssatz 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufdampfen der Haftschicht durch eine zusätzliche Niedervoltlichtbogenentladung unterstützt wird und an das Substrat eine negative Substratbiasspannung angelegt wird.
  9. 9
    Verfahren nach Merkmalssatz 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufdampfen der Haftschicht durch eine zusätzliche gepulste Substratbiasspannung, wobei eine AC- oder AC überlagerte Biasspannung, wie insbesondere eine gepulste Substratbiasspannung in einem Mittelfrequenzbereich von 1 bis 20.000 kHz, vorzugsweise 20 bis 250 kHz unterstützt wird.
  10. 10
    Verfahren nach einem der Merkmalssätze 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für das Zünden eines Plasmas ein Edelgas oder ein Edelgas/Wasserstoff-Gemisch, vorzugsweise Argon/Wasserstoff-Gemisch in die Vakuumkammer eingebracht wird.
  11. 11
    Verfahren nach einem der Merkmalssätze 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschicht durch zeitgleiches Aufdampfen von mindestens einem Element aus der Gruppe, die die Elemente der 4., 5. und 6. Nebengruppe und Silizium enthält, nach einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 7 bis 10 und plasmagestütztes Abscheiden von Kohlenstoff aus der Gasphase gebildet wird, wobei zusätzlich als Reaktionsgas ein kohlenstoffhaltiges Gas, vorzugsweise ein Kohlenwasserstoffgas, insbesondere Acetylen verwendet wird.
  12. 12
    Verfahren nach Merkmalssatz 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Dicke der Übergangsschicht der Anteil der Kohlenstoffabscheidung schrittweise oder kontinuierlich erhöht wird.
  13. 13
    Verfahren nach einem der Merkmalssätze 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgas zur Abscheidung von Kohlenstoff neben dem kohlenstoffhaltigen Gas Wasserstoff und/oder Edelgas, vorzugsweise Argon oder/und Xenon umfasst.
  14. 14
    Verfahren nach Merkmalssatz 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abscheidens der Deckschicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff der Anteil des kohlenstoffhaltigen Gases erhöht und/oder der Anteil des Edelgases, insbesondere Argon, gesenkt wird.
  15. 15
    Verfahren nach Merkmalssatz 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratbiasspannung sinusförmig oder derart gepulst ist, dass lange negative und kurze positive Impulszeiten oder große negative und geringe positive Amplituden angelegt werden.
  16. 16
    Verfahren nach einem der Merkmalssätze 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während des Reinigen und/oder des Aufbringens der Haftschicht dem Substrat ein longitudinales Magnetfeld mit gleichmäßigem Feldlinienverlauf überlagert wird, wobei das Magnetfeld zeitlich und/oder räumlich kontinuierlich oder schrittweise veränderbar ist.
  17. 17
    Verfahren nach einem der Merkmalssätze 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Haftschicht und/oder Übergangsschicht und/oder Deckschicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff unter einem Druck von 10 -4 mbar bis 10 -2 mbar erfolgt.
Independent claims17