DE2736514C2

DE2736514C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Oberflächen mit Kohlenstoff

Info

Publication number: DE2736514C2
Application number: DE2736514A
Authority: DE
Inventors: Leslie Arthur Pound Hill Crawley Sussex Holland
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: BTG International Ltd
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4382100A; JPS6117907B2; DE2736514A1; GB1582231A; JPS5328576A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit Kohlenstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Aus der US-PS 34 85 657 sind ein Verfahren sowie eine entsprechende kompliziert aufgebaut: Vorrichtung bekannt bei denen Kohlenstoff durch Hochfrequenzplasma/.crsetzung einer gasförmigen kohlenstoffhaltigen Verbindung, nämlich Kohlenstoffmonoxid, auf ein zu beschichtendes Substrat abgeschieden wird. Dabei wird Hochfrequenzenergie mit 13 MHz und 300 W induktiv oder kapazitiv eingekoppclt. Die Ausbeute an niedergc schlagenem Kohlenstoff ist allerdings außerordentlich gering. Ferner wird keine Plasmapolymerisation von organischen Monomeren angegeben oder angeregt.

Andere Verfahren weisen ebenfalls Nachteile auf. Falls Kohlenstoff mittels Vakuumverdampfung auf einen elektrischen Leiter oder Isolator aufgetragen wird, ist die Auftragsgeschwindigkeit gering, wobei der Kohlenstoffüberzug nicht fest haftet. Falls Kohlenstoff einer Kohleelektrode in einer Argonglimmentladung auf ein Substrat zerstäubt wird, wird nur eine geringe Menge an Kohlenstoff pro positivem Einfallsion abgestäubt, so daß nur eine geringe Wachstumsgeschwindigkeit in der Größenordnung einer Monoschicht pro Sekunde, erzielbar ist. Wird ein Kohlenwasserstoffgas Elektronen aus einer Hcißdrahtquelle oder einer Kaltkathodcn- oder einer Hochfrequenzglimmentladung ausgesetzt, kann ein kohlenstoffhaltiger Film aufgetragen werden, wobei jedoch, wenn der sich bildende polymerartige Film hohen Kohlenstoffanleil aufweist, das Haftvermögen an dem Substrat gering ist. Wenn eine Metallkathodc in einer Gleichstromglimmentladung einem Kohlenwasserstoffgas ausgesetzt wird, so daß Kohlenstoff auf der Kathode aufwächst, weist der niedergeschlagene Kohlenstoff geringe elektrische Leitfähigkeit auf, was den Stromfluß begrenzt und die Akkumulierung positiver Ladung auf dem beschichteten Substrat ermöglicht. Es ist auch bekannt, ein Hochfrequenzsystem zum Auftragen eines kohlenstoffhaltigen Materials auf ein

b5 Substrat zu verwenden. Gemäß der Zeitschrift lapanesc journal of Applied Physics, Band 12(1973) Nr. 5, S. 69, verwenden Tekeda und Saito eine Hochfrcquenzentladung, die durch eine Induktionsspule erregt wird, um einen Polystyrolfilm aus Styrolmonomer zu bilden. In Thin Solid l'ilnis, Bund 23 (1974) S. 45, verwenden Ando und Aozasa ein Triodensystem, wobei eine Elektrode mit einem I lochfrcqucnzsysicm gekoppelt ist; eine Glimmcnt-

|| ladung wird in einem Gas, wie z. B. Styrol, erreicht, wobei ein Film aus z. B. Polystyrol, auf die mit der Jg Hochfrequenz gekoppelte Elektrode aufgetragen wird. Es wird jedenfalls eine Frequenz von 100 KHz verwen-II det, wobei angenommen wird, daß nur Material, das einen hohen Anteil von Kohlenstoff/Wasserstoffbindungen ** enthält, aufgetragen wird.

In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck »kohlenstoffhaltig« ein Material, das entweder s reiner Kohlenstoff ist oder aber Kohlenstoff, der einen geringen Anteil von Wasserstoff oder einem anderen f Element enthält.

! 3 Die Anzahl der Kohlenstoff/Wasserstoffbindungen ist daher kleiner als die Zahl in der (Chh^-Aligemeinstruk-

Il tür eines hochpolymeren Materials oder Kunststoffes.

ä Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die hohe Ausbeute bei

Il guter Haftung ermöglichen.

fDie Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Die Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des

f| Anspruchs 11 gelöst.

% Die Erfindung wird durch die Merkmale der Untcransprüche weitergebildet.

ff Die Fxfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Sauerstoff in dem Gas geeignet ist, die Abscheidung von

Kohlenstoff auf dem Substrtat zu verhindern, ja sogar mit der gleichen Geschwindigkeit wieder entfernen kann, i| mit der er niedergeschlagen wird. Überraschend kann die Vorrichtung sehr einfach aufgebaut sein, weshalb auch % großflächige Substrate sowie solche mit beliebiger Oberflächenform sehr gleichmäßig mit Kohlenstoff beschich-' let werden können.

; Das Substrat kann aus leitendem oder halbleitendem Werkstoff bestehen, wenn die kapazitive Einrichtung

einen gesonderten Kondensator aufweist, oder aber aus einem Isolierstoff bestehen, wenn die aus dem Material bestehenden Körper selbst die kapazitive Einrichtung aufweisen bzw. bilden.

Die ionisierte Gasatmosphäre, ein Plasma, enthält normalerweise eine Kohlenwassertoffverbindurtg, ggf. mit der Zugabe eines kleinen Anteiles eines anderen Gases, wenn eine dotierte kohlenstoffhaltige Schicht auf der Oberfläche bzw. dem Substrat gewünscht wird.

Das Plasma kann in einem Zwei-Elektroden-System durch die Hochfrequenzquelle oder in einem Drei-Elektroden-System durch eine gesonderte Einrichtung, beispielsweise durch eine zusätzliche Hochfrequenzquelle oder eine Heißkathoden- oder Kaltkathodenglimmentiadungsanordnung, erzeugt werden.

Eine Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das Substrat kapazitiv mit einem Anschluß einer Hochfrequenzquelle bei einer Frequenz von 0,5 bis 100 MHz verbunden wird, und der andere Anschluß mit einer Elektrode verbunden wird, die von dem Substrat in Abstand liegt, wodurch eine Atmosphäre ionisierten Gases in der Nachbarschaft der Oberfläche erzeugt wird.

Eine andere Ausführungsform des Verfahrens zum Beschichten von zwei in Abstand voneinander befindlichen Substraten besteht darin, daß jedes Substrat kapazitiv mit einem anderen Anschluß einer Hochfrequenzquelle mit einer Frequenz von 0,5 bis 100 MHz verbunden wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Abschetdens eines kohlenstoffhaltigen Materials auf ein Substrat weist eine Einrichtung zum Abstützen des Substrats eine Einrichtung zum Verbinden des Substrats durch kapazitive Kopplung mit einer Hochfrequenzquelle sowie eine Einrichtung zur Erzeugung einer ionisierten Gasatmosphäre in der Nachbarschaft des Substrats auf.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein kohlenstoffhaltiges Material auf das Substrat aufgetragen. Die herkömmliche Zerstäubung wird normalerweise in einer Atmoshpäre aus Argon oder aus Argon und Sauerstoff durchgeführt, wobei die Gegenwart eines Kohlenwasserstoffgases als schädlich angesehen wird. Bei der Erfindung wird dagegen Kohlenwasscrstoffgas absichtlich eingeführt, wobei die Gegenwart von Argon oder Sauerstoff oder Wasser, sogar in geringen Konzentrationen, das Wachsen kohlenstoffhaltigen Materials auf der Oberfläche (des Substrats) durch Herabsetzung der Wachstumsgeschwindigkeit hemmt.

Bei einem herkömmlichen Zerstäubungsverfahren, bei dem ein Material auf ein Isolierstoffsubstrat aufgetragen wird, wird gewöhnlich das Hochfrequenzsignal an das Substrat angelegt, um den Aufbau einer Schicht mit positiver Ladung zu verhindern. Da sich Elektronen schneller als die viel schwereren positiven Ionen bewegen, besteht die Wirkung darin, dem Substrat eine negative Restladung zu erteilen, vorausgesetzt, daß die Frequenz zwischen 0,5 MHz und 100 MHz liegt. Diese Wi-kung tritt auch beim erfindungsgemäßen Verfahren auf, wobei das zu beschichtende Substrat in Bezug auf das Plasma auf negativem Potential liegt. Das ist eine wesentliche Bedingung für das Auftragen kohlenstoffhaltigen Materials auf das Substrat.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; darin zeigt:

F i g. 1 eine Vorrichtung zum Auftragen von Kohlenstoff auf ein Isolierstoffsubstrat nach einem erfindungsgemäßen Verfahren,

F i g. 2 im Einzelnen die elektrischen Verbindungen, die verwendet werden, wenn der Kohlenstoff auf ein elektrisch leitendes Substrat aufgetragen werden soll,

F i g. 3 eine andere Hochfrequenzzuführanordnung,

F i g. 4(a), 4(b) eine Vorrichtung, durch die Kohlenstoff auf die Innenseite einer leitenden bzw. einer (im Schnitt gezeigten) isolierenden Röhre aufgetragen werden kann, F i g. 5(a), 5(b) schematisch eine Ansicht einer anderen Mögichkeit zur Erzeugung von Plasma.

F i g. 1 zeigt eine Glasplatte 10, die durch eine Metallelektrode 11 gestützt wird, die bei 12 von der geerdeten Grundplatte 13 einer Vakuumkammer 14 isoliert ist. Die Elektrode 11 ist durch eine Koaxialleitung 12,4 mit einem Anschluß einer 1'3,5b-MHz-Quelle und dem dazu passenden Netzwerk, kurz Stromquelle 15, verbunden, wobei der andere Anschluß geerdet ist. Eine durch die Grundplatte 13 gestützte dünne Metallabschirmuna 8 ist

um die Oberfläche des Substrats herum angeordnet, die beschichtet werden soll.

Die Grundplatte 13 trägt auch ein Rohr 16, das wie durch einen Pfeil 17 angedeutet, mit einer Vakuumpumpe oder mit einem Lufteinlaßventil 18 verbunden wird, ein Vakuummetcr 19 und eine Rohrverbindung mit einem Nadelventil 20, durch das eine Gasquelle, wie durch einen Pfeil 21 angedeutet, angeschlossen werden kann.

!m Arbeitszustand wird die Kammer 14 auf 1,33· 10 ' nibar evakuiert, worauf Dutangas durch das Nadelventil 20 bei einem Druck von zwischen 1.33· 10 ² und 10 ' mbar eingelassen wird. Durch Verbindung der Stromquelle 15 mit der Elektrode 11 bildet sich Plasma 22 in der Kammer 14 /wischen der Elektrode 11 und der geerdeten Grundplatte 13 (die eine Hochfrequenzelcktrode bildet). Unter diesen Bedingungen wird in einigen Minuten eine Kohlenstoffschicht 23 über der ganzen Oberfläche der Gasplane 10 gebildet. Diese Schicht 23 hatte eine

ίο Dicke von mehreren Mikrometern, die hart, haftend und widerstandsfähig gegen Kratzen durch Glas aus derselben Beschaffenheit wie das Substrat war. Die Abschirmung 8 verhindert das Auftragen auf andere Oberflächen durch räumliche Begrenzung des Mantels positiver Ionen in dem Plasma.

F i g. 2 zeigt die Verbindung mit der Elektrode 11. wenn ein leitendes oder halbleitendes Substrat 24 überzogen werden soll. Die Elektrode 11 wird mit der I lochfrequcn/quelle 15 über einen Koppelkondensator 26 von 600 pF verbunden. Unter Bedingungen, die den zuvor beschriebenen ähnlich sind, wird eine Kohlcnstoffschichi 25 auf dem Substraat aufgetragen. Γ·'ig. 2 zeigt auch ein Wasserumwül/.syslem 9 im Verbindung mit der Elektrode 11 zur Erzielung einer Temperatursteuerung.

Fi g. 3 zeigt eine andere Anordnung statt der geerdeten Stromquelle 15, der I'ig. I und 2. In einem angepaßten System sind zwei ähnliche, in Absland voneinander befindliche Elektroden 27, 28. deren jede der Elektrode 11 äquivalent ist, jeweils mit einem Anschluß der Stromquelle 15 verbunden. Die Elektroden 27. 28 müssen kapazitiv gekoppelt sein, wenn leitende und halblcitende Substrate beschichtet werden sollen. Zwei Substrate können gleichzeitig beschichtet werden.

Der Abstand zwischen der kapazitiv gekoppelten Elektrode 11 und der geerdeten Grundplattenclcklrode 13 (F i g. 1) oder zwischen den beiden kapazitiv gekoppelten Elektroden 27, 28 (F i g. 3) muß ausreichen, damit ein Plasma erregt werden kann und darf nicht größer als die Tiefe des positiven Mantels in dem Plasma sein. Der minimale Abstand ist gewöhnlich etwa 2.5 cm. wobei der Abstand in der Praxis viel größer ist.

Bei anderen Ausführungsformen dann der zweite Hoehfrequenzansehluß unmmitielbar mit der Grundplatte 13 statt mit Erde verbunden sein.
Gemäß Fig.4(a) kann die Innenseite eines Metallzylinders 32 mit kohlenstoffhaltigem Material dadurch beschichtet werden, daß die Enden des Zylinders 32 durch isolierende Verbindungen 33.34 verschlossen werden, der Zylinder 32 über ein Rohr 35 evakuiert und Kohlcnwasserstoffgas durch ein Rohr 36 zugeführt und der Zylinder 32 durch einen Koppelkondensator 37 mit einer llochfrequenzquelle 15 verbunden wird. Gemäß F i g. 4{b) können ein Isolierstoffzylinder, wie z. H. ein Giaszyindcr 29, der durch eine zylindrische Metallelektrode 30 umgeben ist, unmittelbar mit der Stromquelle 15 ohne Koppelkondcnsator verbunden sein, und eine kohlenstoffhaltige Schicht 31 aufgetragen werden.

Gemäß Fig.5(a) ist die Vakuumkammer 14 von einer Spule 40 umgeben, die eine gesonderte Plasmaqucllc bildet und mit einer zweiten Hochfrcqucnzquellc 41 verbunden ist. die zum Ezcugen des Plasmas verwendet wird, während die Hochfrequcnzquclle 15 mit der Elektrode 11. wie zuvor verbunden ist. Gemäß I" i g. 5(b) wird Plasma 42 zwischen einem Wolframhei/.faden 3 erzeugt, der mit einer Stromquelle 43Λ verbunden ist, während eine Elektrode 44 mit einer Stromquelle 44/1 verbunden ist, wobei die durch den Koppelkondensator 26 mit der Stromquelle 15 verbundene Elektrode 11 in das Plasma eingebracht wird. In beiden Fällen ist ein Koppclkondensator erforderlich, wenn ein leitendes Substrat beschichtet werden soll.

Obwohl die Temperatursteuerung b/w. Temperaturregelung durch Wasserumwälzung nur in Fi g. 2 gezeigt ist, kann sie auch bei jeder der anderen Anordnungen Anwendung finden. Falls die Temperatur erhöht werden soll, kann gemäß einer anderen Ausführungsform zusätzlich Hochfrequenzencrgic an das Substrat gelegt werden.

Bei sämtliche Anordnungen wird das Kohlenwasscrstoffgas in dem Plasma durch Elektronen beschossen, dissoziiert und ionisiert. In einem Teil einer Hälfte des Hochfrequenzzyklus zieht das angelegte elektrische Feld Elektronen an. die aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und der kurzen Flugstrecke augenblicklich auftreffen.

Da das Substrat mit einem Kondensator verbunden ist. können die Elektronen nicht über das Substrat abfließen, "wenn die negative Ladung der angesammelten Elektronen ein Potential erreicht, das eiern angelegten Potential gleich jedoch entgegengesetzt ist. werden positive Ionen vom negativ geladenen Substrat angezogen, wobei bei deren Auftreffen auf das Substrat ihre Ladung durch Elektronen ncutralisierl wird, die aus dem Plasma während eines Teiles des nächsten Halbzyklus nachfolgen. Die positiven Ionen bewegen sich viel langsamer als die Elektronen, so daß das Substrat negative Restladung während des ganzen Hochfrequenzzyklus hat. Falls die positiven Ionen genügend Energie für die Beschichtung des Substrats haben sollen, so müssen sie in Richtung auf das Substrat durch die negative Ladung beschleunigt werden, wobei die Feldumkehr am Substrat ausreichend schnell sein muß, damit das Substrat auf ziemlich hoher negativer Restladung in bezug auf das Plasma bleibt. Schaltbare Frequenzen sind 0,5 bis 100 MHz.

Das Substrat wird durch Kohlenstoff- und Wasscrstoffionen. ionisierte Gasmolckülc und Bruchteile von Neutraltcilchen beschossen. Es wird angenommen, daß dadurch die Substrat-Oberfläche gereinigt und Kohlenstoff implantiert wird. Das auf das Substrat aufgetragene Material ist kohlenstoffrcichcr als das Kohlcnwasscrstoffgas. da Wasserstoffionen leichter von dem Substrat entfernt werden. Man glaubt, daß diese Wirkung auf die niedrige Selbstzerstäubungsausbeuie von Kohlenstoff und die niedrige Zerstäubungsausbeute von Kohlenstoff

bs mit Wasserstoff zurückzuführen ist.

Der Anteil von Wasserstoff in dem Material, mit dem ein Substrat nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überzogen wird, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab. Drei verschiedene Strukturarten können festgestellt werden, obwohl diese drei Arten ineinander übergehen.

(I) »Polymere« Art

Die kohlenstoffhaltige Schicht enthält zahlreiche Kohlenstoff/Wasserstoffbindungen. Das Material wird auf der Oberfläche des Substrats gebildet, wenn Kohlenwasserstoffmolekülbruchstücke im Plasma mit Kohlenwasserstoffmolekülen kombinieren, um größere Moleküle zu bilden. Eine derartige Struktur kann nützlich sein, falls der Wasserstoff aus der überzogenen Oberfläche bei der erhöhten Temperatur entfernt werden soll.

(II) Amorpher Kohlenstoff

Eine solche Schicht enthält keine Kohlenstoff/Wasserstoffbindungen. So z. B. kann eine solche Beschichtung auf einem Glassubstral durch ein ähnliches Glas oder durch z. B. Wolframcarbid, nicht angekratzt werden. Die Beschichtung ist widerstandsfähig gegenüber Angriffen von Lösungsmitteln und Aktivmitteln, die polymere Kohlenwasserstoffe auflösen. Die Beschichtung hat hohen Flächenwiderstand in der Größenordnung von 10¹² Ohm/O für Dicken von etwa 0,2 μηι sowie eine gute elektrische Durchschlagfestigkeit. Der Brechungsindex ist etwa 2 und der Überzug ist bei Wellenlängen über 1 iim für Infrarotstrahlung durchlässig.

(lll)Graphitkohlenstoff

Es gibt keine Kohlenstoff/Wasserstoffbindungen der Art in einer (CHj)-KeHe einer Polymerstruktur. Das Material hat die übliche Graphitstruktur mit dem damit verbundenen niedrigen Flächen-Widerstand, etwa 10⁴ Ohm/D für einen Überzug mit einer Dicke von 0,1 μιη.

Die Eigenschaften des aufgetragenen kohlenstoffhaltigen Films werden auch durch die Vorbereitungstemperatur beeinflußt. Das Substrat kann entweder abgkühlt oder erhitzt werden durch ein Wasserumwälzsystem in Verbindung mit der Stützelektrode oder das Substrat kann durch die Zufuhr hoher Hochfrequenzenergie erhitzt werden. Der Druck von Butangas auf das und die negative Vorspannung an dem Substrat beeinflussen ebenfalls die Art des kohlenstoffhaltigen Überzuges, wie das in der nachfolgenden Tabelle I dargestellt ist.

Tabelle I

Oberflächen temperatur	15	Eingangs leistung	Spezifische Eingangs leistung	Wachstums- geschwindig- keit	Dicke	Druck	Substrat- Vorspannung	Auftragsart
⁰C	15 >150 15	W	cm² mbar	nm min	nm	mbar	V
30	0,75	-10	400	0,798	-80	»polymer« C-H-Bindun
180 420 450	18,05 42,11 1353,4	-50 -80 -80	160 800 200	0,199 0,199 6,65· 10-'	-600 -1300 -1500	gen vorliegend amorph graphitisch graphitisch

Es ist ersichtlich, daß die Hochfrequenzcingangsleistung pro Flächen- und Druckeinheit (spezifische Hochfrequenzeingangsleistung) ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Auftragsart darstellt. Andere Gase als Butan können verwendet werden, d. h. Kohlenwasserstoffgase mit niedrigeren oder höheren Molekulargewichten und thermisch verdampfte Verbindungen von bis 400 oder 500 Atommasseneinheiten. Je höher das Molekulargewicht bei einem gegebenen Gasdruck und einer gegebenen Temperatur ist, um so größer ist die erforderliche Eingangsleistung, und somit der Wertbereich gemäß der nachfolgenden Tabelle II, die die Art des Auftrages zeigt, der auf einem Glassubstral erzeugt ist.

Tabelle II	Art des auf Glas aufgetragenen Films
Hochfrequenzeingangs leistung pro Flächen- und Druckeinheit
W	»polymerer«-Film, vorhandene C— H—Bindungen amorph graphitisch
cm² · mbar bis zu 15 > 15 bis 150 >150

Da das Substrat Glas mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit war, betrug die Temperatur der Substrat-Oberfläche etwa 200 "C bei hohen Eingangsleistungen, was zu Veränderung der Struktur führte. Falls eine

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amorphe Kohlenstoffschicht nach dem Auftragsvorgang erhitzt wird, erfolgt eine ähnliche Veränderung.

Bei Tabelle II wurden die Beschichtiingen bei Spannungen bis auf —80 V bei 6,65· 10^J mbar und unter ·;■ -100 V bei0,798 mbargemacht.

Materialien, auf die eine Kohlenstoffschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragen war, kön-, i 5 nen Verwendung finden, wenn Korrosionswiderstand oder Oberflachcnhärle erforderlich sind, oder sie können

als hochwertige Widerslände, Passivierungsschicht oder Halbleiter zur Vorbeugung einer Korrosion oder i Absorption von Gasen usw. verwendet werden. Die optischen Eigenschaften der Überzüge machen sie geeignet

zur Verwendung als Absorptionsfiller gesteuerter Dichte, als Interferenzschichten mit hohem Brechungsindex für die Verringerung des Oberflächenrcflexionsvermögcns für beispielsweise Germanium sowie als absorptive ίο Überzüge auf Ophtalmischen Linsen. Das Verfahren kann feiner zu chemischer Abwandlung einer Metalloberfläche durch die Bildung von Carbiden oder die Reduzierung des Sauerstoffgchaltcs verwendet werden.

Zusätzlich zur Verwendung von Gas, das nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, können andere gasförmige organische Verbindungen verwendet werden, und zwar entweder im Gemisch mit reinen Kohlenwasserstoffen oder allein, vorausgesetzt, daß der Gehalt reaktiver Elemente, wie /.. B. Sauerstoff, nicht genügt, den Kohlenstoff ';·:: 15 so schnell zu entfernen, wie er aufgetragen wurde.

:^: Ferner können weitere Elemente in Form atomarer oder molekularer Gase dem Kohlenwasserstoff zugcgc-

L; ben werden, vorausgesetzt, daß die Zcrsläubungsausbcutc des zusätzlichen Elements nicht ausreicht, ein voll-

V ständiges Entfernen der aufgetragenen Kohlenstoffschicht zu bewirken. So z. B. können kleine Zugaben inerter

I,■*; Gase die Dissoziation des Kohlenwasserstoffgases in dem Plasma erhöhen, obwohl ein solches Gas die Ge-

.: 20 schwindigkeitder Kohlenstoffbeschichtung herabsetzen kann.

|; Andere Elemente, wie z. B. die Elemente der Gruppe III oder V können als gasförmige Verbindungen dem

i;· Plasma zugegeben werden, wobei sie in die Schicht implantiert werden: als ein Beispiel sei auf die Implantation

'i·¹ von Bor aus Boran oder Borchlorid hingewiesen.

'?'. Es liegt jedoch eine Begrenzung der Dicke des amorphen Kohlenstoffüberzuges vor. Es wurde gefunden, daß

..; 25 in einer Schicht, die dicker als etwa einige Mikrometer ist (je nach dem Material des Substrats), spontan Risse

/ ' während des Auftragens entstehen und daß Schichten, die dicker als einige 100 nm sind (je nach dem Material

, ^;i des Substrats), die Tendenz zur Rißbildung einige Tage nach dem Auftragen zeigen. Diese Wirkungen sind

:.'^: vermutlich auf den in die Schicht eingebauten Wasserstoff zurückzuführen, der nicht durch die amorphe

' Kohlenstoffschicht entweichen kann.

30 Es ist vorteilhaft, die Oberfläche des Substrats vor dem Auftragen, beispielsweise durch Zerstäubung zu P reinigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprache:

1. Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit Kohlenstoff, bei dem eine gasförmige kohlenstoffhaltige Verbindung in einen zuvor evakuierten Zersetzungsraum eingeführt und über induktive oder kapazitive Einkopplung von Hochfrequenzenergie plasmazerselzt wird, wobei sich so erzeugter elementarer Kohlenstoff auf dem zu beschichtenden Substrat niederschlägt, dessen Oberfläche auf im wesentlichen Raumtemperaturgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas, das im wesentlichen Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, und Hochfrequenzenergie mit einer Frequenz von 0,5 bis 200 M Hz eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochfrequenz von 0,5 bis 100 MHz to eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck in der Zersetzungskammer, die niedriger als Atmpsphärendruck ist, benutzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kapazitiver Einkopplung eine Elektrode einer Hochfrequenzquelle mit dem Substrat verbunden ist und die andere Elektrode im

ι s Abstand von Substrat eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kapazitiver Hinkopplung eine Elektrode einer Hochfrequenzquelle mit einem ersten Substrat und die andere Elektrode mit einem zweiten Substrat das sich im Abstand vom ersten Substrat befindet, verbunden wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate von einer Spule umgeben sind, die von einer zweiten Hochfrequenzquelle versorgt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zerset/.ungskammer ferner ein Heißdraht und eine weitere Elektrode zu Ionisierung der Gasatmosphärc vorgesehen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas ein Kohlenwasserstoff eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Butan ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß pro Flächeneinheit des zu beschichtenden Substrates und pro Druckeinheit eine Hochfrequenzleistung von weniger als 15 W-cm²-mbar' oder zwischen 15 und 150Wcnv²mbar' oder mehr als 150W-cm²mbar' zugeführt werden.

11. Vorrichtung zum Beschichten von Oberflächen mit Kohlenstoff,

mit einer evakuierbaren Zersetzungskammer, der ferner eine gasförmige kohlenstoffhaltige Verbindung zufuhrbar ist und in die die zu beschichtende Oberfläche cinbringbar ist, und

mit einer Hochfrequenzquolie und einer kapazitiven oder induktiven Koppclanordnung zum Einkoppeln der von der Hochfrequenzquelle erzeugten Hochfrequenzenergic in die Zersetzungskammer zwecks Plasmazer setzung des Gases,

zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im wesentlichen Kohlenstoff und Wasserstoff enthält und

daß die von der Hochfrequinzquelle abgegebene Hochfrequenzenergic Frequenzen von 0,5 bis 200 MHz hat.