Entwicklung und Optimierung von Prozeßkomponenten zur by Walter Olbrich

By Walter Olbrich

Die physikalische Abscheidung aus der Gasphase (Physical Vapor Deposition, PVD) ist ein junges Fertigungsverfahren der Obertliichentechnik. Mit PVD-Verfahren lassen sich diinne Schichten im Bereich einiger Nanometer bis zu einigen Mikrometem aufvielen Werkstiicken erzeugen. Durch die Beschichtung lassen sich gezielt die Eigenschaften der Werkstiickober flache veriindem. Die Oberflache dient bei allen Bauteilen als Schnittstelle zu ihrer Umwelt und wird folglich vielfliltig beansprucht. Sie mull chemischen, mechanischen oder thermischen Be lastungen standhalten und iibernimmt oft eine zusatzliche Funktion, die dekorativ, tribologisch oder optisch wirksam ist. Diese Aufgabenfelder lassen sich in vielen Fallen mit PVD-Beschich tungen abdecken. Der Beginn der PVD-Verfahrenstechnik warfare die Entwicklung des thermischen Aufdampfens. Dabei wird ein fester Stoff verdampft, der Dampf schlagt sich auf dem Beschichtungsgut (Substrat) als diinne Schicht nieder in poor health. Dem Einsatzgebiet dieses einfachen Verfahrens waren jedoch schnell Grenzen gesetzt, da der Niederschlag fur viele Anwendungen unzureichende Ei genschaften wie beispieisweise eine ungemlgende Haftung oder eine wenig kompakte Schicht struktur aufWies. Ein groBer Fortschritt bei den PVD-Verfahren, vor aHem in der Werkzeugbe schichtung, wurde erreicht, indem das Abscheiden plasmagestiitzt erfolgt. Auch andere Ferti gungsverfahren verwenden ein Plasma als "Werkzeug" das Plasmaschneiden, das Plasma schweillen, das Plasmaaktivieren und das Plasmareinigen. 1m Plasma sind angeregte und ioni sierte Atome und Molekiile vorhanden. Dadurch werden die chemischen Reaktionen im Plas maraum und an der Substratoberfliiche beschleunigt. Durch ein Beschleunigen der im Plasma entstehenden ionisierten Teilchen in Richtung zur Substratoberfliiche wird dort ein Teilchen beschuB ennoglicht.

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9 sind die oben aufgefiihrten Teilprozesse des PVD-Prozesses weiter untergliedert und ihre Abhiingigkeiten dargesteUt. Bei der Teilstufe "Wachstumsbedingungen" fallt die Querbeziehung zwischen Teilchenbeschu6 und Temperatur auf Solch eine Querbeziehung schrankt die Freiheitsgrade bei der Prozefifiihrung ein, da sich die Parameter Temperatur und Teilchenbeschufi immer gegenseitig beeinflussen und folglich nicht unabhiingig voneinander einstellen lassen. J - Arbeitsges Plasmacharakteristik - lonisationsgrad - lonen- I Neutralteiichenenergie - Dampfdichte - Damptzusammensetzung - Ausbreltungsrichtung _----J Anlagengeometrie Wachstumsbedingungen - Teilchenenergie ~ B h· hi _ Materialstrom - esc IC ungs_TeilchenbeschuB temperatur Schichteigenschaften Grundmaterial - Mikrostruktur - Harte - Haftung etc.

Urn quasi eine DC-Ent1adung auszubilden. SCHILLER 1911 entwickelte das alternierende Ionenplattieren. ein Verfahren. bei dem abwechselnd eine Abscheidung aus der Gasphase und ein IonenbeschuB stattfindet. Die Frequenz des Verfahrens betriigt nur einige Hertz. Schon diese niedere Frequenz eines zusiitzlich erzeugten Ionenbeschusses reicht aus, urn den Schichtaufbau und somit auch die Schichteigenschaften zu verbessern. 4 MeBverfahren Verbundfestigkeit - Scratch-Test Der Scratch-Test (Ritz-Test) ist eine gebriiuchliche Methode zur Charakterisierung der Haftfestigkeit von diinnen Hartstoffschichten /92 - 95/.

Kiirzlich wurde von CONRAD 1891 ein Verfahren entwickelt, das mit Hilfe von Hochspannungspulsen eine aHseitige Ionenirnplantation ermoglicht. Dort wurde die Moglichkeit entwikkelt, die Implantation im Gegensatz zu Ionenstrahlverfahren aHseitig durchzufuhren. DHALI 1901 beschreibt, daB der Einsatz von Spannungspulsen im Millisekundenbereich eine optimale Ausnutzung der verwendeten Energie ergibt. In 1211 wird beschrieben, daB bei einer Pulsfiequenz von ca. 50 kHz die Ionen eine gegeniiber der Pulsdauer geniigend lange Lebensdauer besitzen.

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