CZ395099A3 - Způsob povlékání hran uhlíkem podobným diamantu - Google Patents

Abstract

Při vytváření vrstvičky uhlíku podobného diamantu se substrát vystaví prostředí uhlovodíkového plynu a plazmatu o elektronové hustotě větší než 5 x 1010 na cm3. Výrobek sestává ze substrátu na němž je vrstva uhlíku ve formě diamantu, kde tato vrstva má tvrdost větší než zhruba 20 gPa a nemá rozeznatelná zrna o průměru 30 nm nebo větším.

Description

Způsob povlékání hran uhlíkem podobným diamantu

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti chemického n plazmou zdokonaleného chemického na uzavřených nebo vysoce lomených povrchi vrstvami uhlíku podobného diamantu.

apařování, zejména aařování částečně j vysoce kvalitními užívány k vytvoření ustotě (~1O¹⁰ cm'³).

Dosavadní stav techniky

Na kovových površích lze pomocí plazmou zdokonaleného chemického napařování (dále jen PECVD - plasma-enhanced Chemical vapor deposition) vytvořit tvrdé, tenké vrstvičky hydrogenovaného amorfního uhlíku (dále a-C:H) také nazývané vrstvičky s uhlíkem podobným diamantu (DLC - diamond-like carbon). Známé způsoby PECVD, které jsou takovýchto vrstviček produkují ionty o nízké hi Tyto známé způsoby generují plazma s tloušťkami povlaku s velkým rozpětím (0,5 - 1 cm), což neodpovídá malým povrchovým změnám na substrátu (—0,1 mm), lonty, které jsou urychlovány přes povlak ve známých způsobech, jsou proto s

kolmé k makroskopickému povrchu substrátu. Za těchto podmínek jsou povrchy substrátu s ostrými hranami, jako ostří žiletek (které mají ve svazku typicky vzdálenost kolem 100μηη mezi břity žiletek), vystaveny šikmým tokům reaktivních iontů. Má se za to, že tyto podmínky působí' samostínění některých z pokovujících složek, vedoucí k sloupkovému růstu a-C:H vrstviček. Rovněž tak se má za to, že nízká hustota plazmatu dává relativně nízký poměr ion-atom na povrchu substrátu.

Rovněž tak se má za to, že pokovování za podmínek, kdy povrchová mobilita adsorbovaných atomů je malá, například při nízkých teplotách substrátu (T/T^melt<0,1) a nízkém iontovém i ostrými hranami, toku, zvětšuje sloupkový růst a-C:H vrstev na substrátech s velmi ostrými hranami. Takovýto sloupkovitý růst má za výsledek vrstvičky, které obsahují dutiny a hranice zrn a vykazují malou mechanickou pevnost. Sloupkovitý růst je pozorován při PECVD a-C:H vrstev na substrátech s velmi jako jsou žiletky, v nízkohustotních vysokofrekvenčních kapacitně vázaných plazmových reaktorech.

Nevýhodou známých řešení jsou rovněž nízké rychlosti nanášení. Nízká hustota elektronů ve známých řešeních nedisociuje účinně plyn přivádějící uhlovodík. Proto je počet molekulárních fragmentů prekurzoru v plazmatu o nízké hustotě nízký. Například typické rychlosti nanášení pro kapacitně vázané PECVD amforního uhlíku jsou zhruba 20nm/minutu. Tyto nízké rychlosti nanášení jsou na překážku výrobní následek malou výhodnost procesu.

kapacitě a mají za

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález zlepšuje chemické napařování a-C:H jako jsou kovové ahrnuje chemické vrstviček na takových površích substrátů, povrchy substrátu. Obecně výnález z< napařování a-C:H vrstviček za podmínek, které zajišťují souhlasné povlaky, vysoký tok iontů a řízené bombardování nízkoenergetickými ionty. Vynález zahrnuje vystavení substrátu prostředí s uhlovodíkovým plynem a generování plazmatu v tomto prostředí s elektronovou hustotou větší než zhruba 5 x 1O¹⁰ na cm³ a tloušťce povlaku menší nez zhruba 2 mm za • · podmínek vysokého iontového toku á řízeného bombardování nízkoenergetickými ionty.

Podmínky vynálezu, který poskytují Souhlasné povlaky, vysoký iontový tok a řízené bombardování nízkoenergetickými ionty zahrnují hustotu iontového proudu (Ji) větší než zhruba 2mA /cm² a předpětí (-V_bias) v rozmezí zhruba 100 až 1000 voltů. Takové podmínky umožňují utvoření tvrdých uhlíku podobného diamantu (a-C:H) na špic žiletek, řezacích nástrojích a břitech a jiných nebo ostrých površích nebo jiných částečně i nebo površích s velmi ostrými hranami, hustých vrstviček kách jehel, ostřích špičatých, úhlových zavřených površích cteré lze najít na některých psacích nástrojích (hroty pér, sedla kuliček kuličkových per apod.), bez sloupkovitého růstu vrstev spojeného s jinými známými postupy.

Podle jednoho aspektu vynálezu je za plynu přivádějícího uhlovodík, jako je C4H1 vázaný plazmový reaktor chemického napéřování, v němž je účelem disociování , použit induktivně energie plazmy řízena nezávisle na předpětí nebo obrobky jako žiletky nahromaděné substrátu. Substrát vedle sebe jsou umístěny ve vakuové plazmové komoře reaktoru vé sklíčidle.

Sklíčidlo je spojeno se zdrojem vysok (např.13,56 MHz) pomocí obvodu pro imped Plazma je generováno za podmínek maximali toku (to je vysoká vysokofrekvenční en navázaného plazmatu) a středního předpětí výhodném provedení je J,> ~3mA/cm² a -20 Přívod energie na sklíčidlo nastavuje energii z plazmatu do substrátu a plazmový výboj na předpětí substrátu. Takto se získá současně se střední až nízkou bombardoval použít i jiné postupy, které jsou schopn ofrekvenční energie anční přizpůsobení, zovaného iontového ergie do induktivně substrátu (např. ve 0V< -V_bias <-500V). iontů extrahovaných še vytváří nezávisle vysoký iontový tok í energií iontů. Lze vyrobit plazma s <» · vlny, elektronovou stupy generování rojů helikónových vysokou hustotou. Tyto postupy zahrnují mikro cyklotronovou resonanci a ostatní pokrokové po vysokofrekvenčního plazmatu jako je použití za vln a šroubovicových rezonátorů.

lze použít uhlíku podobného )rána ze skupiny

V souladu s dalším aspektem vynálezu mezivrstvu mezi substrátem a vrstvou diamantu. Tato mezivrstva může být vyl sestávající z křemíku, karbidu křemíku, vanadu, tantalu, niklu, niobu, molybdenu a slitin takovýchto materiálů. Zkušenost ukázala, že jako materiál pro takovouto me; dobrý křemík.

zivrstvu je zvláště d plazmatu může žně desetkrát větší vázaném plazmatu.

Vysoká účinnost induktivně vázanéh produkovat iontový tok, který může být přibli než v obvyklém vysokofrekvenčním kapacitně Tyto podmínky jsou výhodné pro snížení šířky povlaku, zvýšení rychlost nanášení, sně pokrytí malých Souhlasný povlak □ nebo pod malými poměru ion/atom a pro velmi vysokou Redukovaná šířka povlaku umožňuje souhla struktur a změn v povrchu substrátu, způsobuje, že ionty narážejí na povrch kolmí úhly, což vede k vytvoření husté vrstvičky. Zvýšení poměru iont/atom má za výsledek zvýšenou povrchovou mobilitu pro adsorbované atomy a pokovování s vyšší huistotoď vrstvičky. Vyšší rychlosti pokovování, které jsou důsledkem úplnější disociace plazmy, mají za výsledek vyšší úsporu nákladů.

výrobní kapacitu a it vrstvičky uhlíku jkturu vrstvičky (to né sloupková zrna evnost [například i nebo větším při kopem se studenou

Díky těmto výhodám je možné vyrob podobného diamantu, které mají hustou str znamená významně redukovaná nebo žád nebo dutiny, které snižují mechanickou p žádná rozlišitelná zrna o průměru 300 pozorování rastrovacím elektronovým mikros emisí při zvětšení 50 000]) a vysokou tvrdost (tvrdost vrstvičky větší než přibližně 20 Gpa) při vysoké rychlosti nanášení, což má za následek snížení nákladů na součástku. Proces může mít další výhody, které mohou zahrnovat samoostření (ostření dáno intenzivním t čištění komory za rozprašováním) řezacích hran, což jé bombardováním tokem iontů, vysokou rychlos použití kyslíkového plazmatu a rychlý průchod kterýmkoli krokem předčištění plazmatu, který může být použit před nanášením.

Přehled obrázků na výkresech

Předkládaný vynález bude úplněji vysvětlen v následném popise ve spojení s výkresy, kde:

Obr.1 představuje příčný řez un< plazmovým reaktorem pro chemické napařová pro realizaci předkládaného vynálezu;

uktivně vázaným ί ί, který je výhodný

Obr.2 je graf ilustrující předkládaný iontového proudu/vysokofrekvenčního ind průměrného předpětí substrátu a tloušťky pov vynález z hlediska ukčního výkonu, aku;

ček vyrobených ve jako funkci ríůměrného předpětí

Obr.3 je graf zobrazující tvrdost vrstvi shodě s předkládaným vynálezem vysokofrekvenčního indukčního výkonu a p substrátu;

<pkek vyrobených ve unkci průměrného

Obr.4 je graf zobrazující tvrdost vrstvi shodě s předkládaným vynálezem jako předpětí substrátu;

Obr.5 je mikrofotografie (snímaná při příčného řezu vrstvičkou podobnou diama zvětšení 50 000) ntu nanesenou na

žiletce běžným kapacitně vázaným chemickým napařováním;

plazm ou zdokonaleným

Obr.6 je mikrofotografie (snímaná při příčného řezu vrstvičkou podobnou diarrian žiletce při demonstraci předkládaného vynález zvětšení 50 000) tu nanesenou na

Obr.7 je mikrofotografie (snímaná při příčného řezu vrstvičkou podobnou diamar žiletce při další demonstraci předkládaného vy zvětšení 50 000) tu nanesenou na nálezu;

Obr.8 je mikrofotografie (snímaná při příčného řezu vrstvičkou podobnou diarriar žiletce při ještě další demonstraci předkládané zvětšení 50 000) tu nanesenou na ho vynálezu;

Obr.9 je mikrofotografie (snímaná při příčného řezu vrstvičkou podobnou diamar žiletce při ještě další demonstraci předkládané zvětšení 50 000) itu nanesenou na ho vynálezu;

Obr.10 je mikrofotografie (snímaná p perspektivního nadhledu na vrstvičku p nanesenou na holicí čepelce běžným k plazmou zdokonaleným chemickým pokov kovových par;

zvětšeni 50 000) ódobnou diamantu rl apacitně vázaným ováním srážením

Obr.11 je mikrofotografie (snímaná p příčného řezu vrstvičkou podobnou diamantu žiletky běžným kapacitně vázaným plazi chemickým napařováním;

i zvětšení 50 000) nanesenou na ostří lou zdokonaleným je mikrofotografie (snímaná př perspektivního pohledu na v

Obr.1 zvýšeného diamantu vynálezem;

i zvětšení 50 000) ^rstvičku podobnou lě s předkládaným nanesenou na žiletce ve shoc

Ί zvětšení 50 000) hanesenou na ostří

Obr.13 je mikrofotografie (snímaná při příčného řezu vrstvičkou podobnou diamantu žiletky ve shodě s předkládaným vynálezem;

Obr.14 je graf zobrazující rychlost předkládaného vynálezu jako funkci indukčního výkonu;

pokovování podle vysokofrekvenčního

Obr.15A je schematický diagram ilustrující další uspořádání předkládaného vynálezu; ;

říklad impulsního obr.15A;

Obr.15B je graf zobrazující p vysokofrekvenčního předpětí v uspořádání dle zislosti na vnitřním předpětím dle čkami s předpětím

Obr.16 je graf znázorňující tvrdost v žá pnutí vrstvičky u vrstviček s impulsřiírTi předkládaného vynálezu ve srovnání s vrstv nepřerušovanou vlnou;

Obr.17 je vývojový diagram zobrazující příklad postupu pro provádění předkládaného vynálezu.

ení při vytváření substrátech pomocí řování. Disociace eným chemickým io toku a řízeného dle předkládaného vrstvičku C:H bez známými procesy, zvláštně, tvarován vystavení substrátu nerování plazmatu větší než zhruba

Předkládaný vynález zajišťuje zlepš uhlíkových vrstviček podobných diamantu na plazmou zdokonaleného chemického napá uhlovodíkového plynu plazmou zdokona napařováním za podmínek vysokého iontové bombardování nízkoenergetickými ionty po vynálezu, vytvoří na substrátu tvrdou, hustou sloupkovitého růstu, který se pojí s ostatním dokonce i v těch případech, kdy je substrá nebo obsahuje šikmé úhly. Vynález zahrnuje prostředí s uhlovodíkovým plynem a ge v tomto prostředí s elektronovou hustotou hek ž zhruba 2 mm za ho bombardování lze dosáhnout fbředpětí substrátu, udržení středních hustotu iontového předpětí (-Vbias)

5χ10^1θ na cm³ a s tloušťkou povlaku menší ne podmínek vysokého iontového toku a řízený nízkoenergetickými ionty. Takovýchto podlili nezávislým řízením hustoty iontového toku a za účelem maximalizace iontového toku při předpětí substrátu. Tyto podmínky zahrnují proudu (Ji) větší než zhruba 2 mA/cm² a v rozmezí zhruba 100 až 1000 voltů.

V jednom uspořádání předkládaného vytvoření husté tvrdé vrstvičky a-C:H podle předkládaného vynálezu na úhlových substrátech použit induktivně vázaný plazmový reaktor chemického napařování. i kJyž je předkládaný vynález popisován z hlediska induktivně vázaného plazmového chemického napařování, mohou být rovněž p<

generace plazmy, které jsou schopné produkovat plazma s vysokou hustotou.

vynálezu je pro

Induktivně vázaný reaktor, který mů praktické realizaci předkládaného vynálezu je Reaktor z obr.1 obsahuje indukční plazm spojený s vakuovou plazmovou komorou v plazmovém poli pod křemíkovým oken sklíčidlo 14 na substráty. Sklíčidlo 14 je vodou. Ačkoli je vodní chlazení výhodné přijatelné. Proto může být použit i velký chlad že být použit při zobrazen na obr. 1. Dvý generátor 10 12, ve které je kem 11 umístěno obyčejně chlazené jisté zahřátí je ic.

vysokofrekvenčním řipojen k indukčním íčidle 14 umístěny žiletky, naskládané o přes obvod 26 enčním napájecím frekvenční napájecí kl

Plazmový generátor 10 je tvořen zdrojem 16, který je přes kondenzátory 20 p cívkám 18. V plazmové komoře 12 jsou ve s substráty nebo obrobky 22 (znázorněné jako jedna vedle druhé). Sklíčidlo 14 je spojeh impedančního přizpůsobení s vysokofrékv zdrojem 24 (obvykle 13,56 MHz). Vysoko ·♦ » · Φ » · · • I» · · · ·· «·« zdroj 24 sklíčidla 14 dovoluje nastaven extrahovaných z plazmatu do obrobků 22. uhlovodík, který má být plazmatem disocioyá komory 12 přiváděn vstupním otvorem 28 plyn uhlovodík je obvykle C₄Hi₀. ale mohou uhlovodíkové plyny, jako například CH₄, Czljh, C₃H₈. Obrobky 22 jsou s výhodou umístěny c (pod křemíkovým okénkem 11) a vodou chlaze udržuje na pokojové teplotě.

í energiě iontů, Plyn přivádějící i, je do plazmové u. Plyn přivádějící použity i jiné

ΟβΗ₆, C₂H₆ a/nebo 5 až 15 cm níže né sklíčidlo 14 je být byla provedena ndukci plázmatu a klady nanášení na

Při použití výše popsaného zařízení zpracování při různých úrovních výkonu pro i předpětí substrátu. Dále jsou shrnuty dva pří ostří žiletek, které ilustrují předkládaný vynále

Příklad 1 výkon pro indukci plazmatu:

předpětí substrátu:

druh plynu:

tok plynu:

tlak:

vypočítaná tloušťka povlaku:

400 W nd

13,56 MHz, což dává iontový proud 3 mA/cm‘

-300 V (stejnosměrný) i

butan, C₄Hio standardních kubických centimetrů za minutu (sccm) mTorř 12 mTOrr

1240 μρι rychlost pokovování na ostřích: 100 nrn/m in (plasma vypnuté), (plasma zapnuté) poznámky:

	•	··		•	··			« ·
» ·		•	•	• ·	•	•	•		·.
•		•	•	•	•	•	•		t
									•
• 1 · · ·	• • · ·	• • ·	•	• »··	• ·♦	•		··	•

mírný sloupkovitý růst, hodnocení hustoty = 3,5

Příklad 2 výkon pro indukci plazmatu:

předpětí substrátu:

druh plynu:

tok plynu:

tlak:

vypočítaná tloušťka povlaku:

800 W ha 13,56 MHz, což dává iontový proud 6 mA/cm²

200 V (štejnosměrný) butan, C4H stahdí

I.

centimetrů mTorr

I mTorír

650 pm i rdních kubických za minutu (sccm) (plasma vypnuté), (plasma zapnuté) rychlost pokovování na ostřích: 100 nm/mi poznámky:

žádný slo

I hodnocení pkovitý růst, hustoty = 4,0

V příkladech je zmiňováno „hodnocení Toto ohodnocení odpovídá částečně kvantitati kategorizaci potahů ostří žiletek, ve kter rastrovací elektronové mikroskopie se vyhodnocuje mikrostruktura potahu při zve základě vzhledu struktury zrn a dutin se ve

J tabulkou přiřadí hodnocení: :

hustoty“ vrstviček, vnímu systému pro ém se s použitím studenou emisí ítšení 50 000. Na shodě s následující • ft ftft ft ftft · • ftft « ·« · ·· ♦ · ·* · · · • · · ·

Mikrostruktura potahu vysoce sloupkový, zřejmá zrnitá struktura, vysoce porózní jasně zřetelná sloupkovitost, poněkud menší zrna viditelná jistá sloupkovitost a zrnitá struktura zcela hustá

Hodnocen

1,0

2,0 ··!· ··<

i hustoty

3,0

4,0 dalších zpracování 2 graficky ilustruje hlediska iontového onu, průměrného ek rovněž ukazuje 'i vynálezu. Jak je ovlivňuje sloupkový u mají za následek vyšších hodnotách menší. I když to plazmové povlaky ostruktuře.

Výsledky výše uvedených příkladů á jsou uvedeny v grafech na obr. 2 až 4. Ojbr příslušné aspekty předkládaného vynálezu z proudu/vysokofrekvenčního indukčního výk předpětí substrátu a tloušťky povlaku. Obírá;: oblast výhodného uspořádání předkládaného z obrázku patrné, velikost iontového proudu růst vrstviček. Nižší hodnoty iontového proud zvýšený růst sloupkových vrstviček. Při iontového proudu je sloupková mikrostrukju z tohoto obrázku není zcela evidentní, tlusté mohou rovněž vést ke zvýšené sloupkové mik' ra

Na obr.2 je rovněž možné vidět, že substrátu ovlivňuje tvrdost vrstvičky. Při průměrného předpětí substrátu jsou vrstyičk Při zvyšování hodnoty průměrného předpětí zvyšuje. Příliš veliké předpětí substrátu ; m poškození vrstvičky a snížení její tvrdosti ž d průměrné předpětí nižších hodnotách y relativně měkké, se tvrdost Vrstvičky a ale za následek úvodu grafitizace.

Obr.2 rovněž ukazuje, že tloušťka povlaku se mění jako funkce hustoty iontového proudu a předpětí substrátu. Z obr.2 je • fc fcfc fc fcfc · • ♦ · i fcfc • fcfc fc · • ·· · fc fc fcfc· uje se zvětšujícím při zvyšujícím se ny se substrátem.

vidět, že tloušťka plazmového povlaku se zyět^ se předpětím substrátu. To znamená, žě předpětí substrátu se snižuje souhlasnost plaz

Podmínky, při nichž se objeví výho vynálezu, zahrnují hustotu iontového proudu G 2 mA/cm² a průměrné předpětí substrátu zhruba -100 až -1000 voltů. Podmínky, ktěr0 výhodné uspořádaní (a které jsou vidět ve oblasti obr.2 označené „PREFFERED“ '( hustotu iontového proudu (J,) větší než ne 3mA/cm², průměrné předpětí substrátu (-Vjias -200 až -500 voltů a tloušťku povlaku im přibližně 1,7 mm (pro ostří žiletek ve svazkové dy předkládaného i) větší než zhruba (-Vbias) v rozmezí vytváří současné velké, zvýrazněné výhodné)) zahrnují bc rovnou zhruba I v rozmezí zhruba anší nebo rovnou m uspořádání).

obr.2 (označená a charakteristiky otním chemickým takového běžného vé elektrodě):

Pro srovnání, dolní pravá oblast i

„Conventional DLC“) nastiňuje podmínky spojené s kapacitně vázaným, nízkohust napařováním. Následuje příklad podmínek procesu (vysokofrekvenční výkon na substráto výkon pro indukci plazmatu: .

předpětí substrátu:

druh plynu:

tok plynu:

tlak:

vypočítaná tloušťka povlaku:

W

-300 V ( dává 0,34 stejnosměrný), což mA/cm² butan, C₄H₁ stand lardních kubických centimetrů za minutu (sccm) mTorr mTorr ( i

3630 pm (plasma vypnuté), )lasma zapnuté) rychlost pokovování na ostřích: 10 nm/min

U kapacitně vázaného chemického napá proud nízký (přibližně 0,3 mA/cm²) a povlak je

i.

žiletek jsou pozorovatelné sloupkové vrstvičky.

Obr.3 ukazuje, že tvrdost generovaných jako funkce jak vysokofrekvenčního indukč průměrného předpětí substrátu (tj. průměrné obrobku). Z obr.3 je vidět, že zvyšování př vysokofrekvenčního indukčního výkonu zvyšujé Přílišné zvýšení předpětí substrátu opět způs vrstvičky z důvodu grafitizace. ί

• ft	··		• ft	ftft
• ftft	• '·	• ·	• ft	♦ '	•
• ft	• ·	•	• ·	•	ft
					ft
♦	.· ·	ft	• ft	•	•
• ft: ftftft'	ftft	• ftft	• ft	• ·

řování je iontový tlustý. Na ostřích vrstviček se mění ního výkonu, tak energie iontů na

0dpětí substrátu a tvrdost vrstvičky, í snížení tvrdosti ób

Na obr.4, který zobrazuje tvrdost vyrob

I funkci průměrného předpětí substrátu př-i indukčním výkonu 200 - 800 W, je vidět, že předpětí substrátu (např. přibližně -200 vrstvičky s nejvyšší tvrdostí. Obr.4 rovněž dá vysoké předpětí substrátu snižuje tvrdost vrstV i

obr.4 představuje nejlepší statistický souhlas čáry odpovídají 95% konfidenčním mezím stati ené vrstvičky jako vysokofrekvenčním střední průměrné až -500 V) dává ukazuje, že příliš íčky. Plná čára na s daty. Čárkované stického souhlasu.

lé

Následující dodatečné příklady PECVD ukazují vliv změn v indukčním výkonu/ibn tloušťku povlaku a sloupkový růst. Všech pevné, s výjimkou indukčního výkonu/iontovéh na ostřích žiletek ovém proudu na hy podmínky jsou 3 proudu:

Zpracování Indukční Předpětí Iontový tok výkon (W) (V) (mA/cm²)

Tloušťka povlaku (mm) (vypočtená)

1	0	-200	<1
2	120	-200	1,45
3	250	-200	2,65

1,5

• 4' 9	.9 9		99		99
« 9 9 9	9 9	• 9	9	i·	9 9
9 9	9 9	9	9	9	• 9
• 9	9 9		9	9	9 9
«9 4’. 9 99«	«9	9 99	9 ·		99

500

800

-200

-200

4,58

5,66

Všechna zpracování probíhala při 5 m i 1 0,8

Torr C4H10.

Výsledky těchto zpracování jsóu mikrofotografiích na obr. 5-9. Každý 2t snímán rastrovacím elektronovým mikroskop emisí při zvětšení 50 000. Na potazích ;z odpovídají zpracováním č. 1 a 2, je jasně mikrostruktura. Vrstvička zobrazená na ofcir.

!

zpracování č. 3, je na pomezí, ale sloupkoýitp Na obr. 8 a 9, které odpovídají zpracován rozeznatelná žádná sloupkovitá strukturá definovaná zrna o poloměru 300 Á nebo ýě povrchu i příčného řezu, při pozóro elektronovým mikroskopem se studenou \e 50 000). Pro výhodné uspořádání byla tedy iontového proudu, přibližně 3 mA/cm², odpov výkonu přibližně 400 W, jak je zobrazeno ná zobrazeny na jelito obrázků byl em se studenou óbr. 5 a 6, které patrná sloupková 7, který odpovídá st je stále patrná, ím č. 4 a 5, není jako třeba dobře ším, na obrázcích vání rastrovacím isí se zvětšením vybrána nižší mez ídající indukčnímu r.2.

OD

Mikrofotografie z obr. 10 až 13 dále pb vyšší kvalitu a-C:H vrstviček, nanejse s předkládaným vynálezem. Tyto mikrofotoc snímány rastrovacím elektronovým mikroskc emisí při zvětšení 50 000. Každý z obr. 10 a ' vrstvičku nanesenou na břit holicí čepelky chemického naparování s kapacitně vázanpu 10 a 11 jsou vidět dobře definovaná zrna a s vrstvičky na ostří žiletky. j fa zově demonstrují ných ve shodě rafie byly rovněž pem se studenou 1 zobrazuje a-C;H běžnou technikou plazmou. Na obr. upkový růst a-C:H

Ιό

Na rozdíl od toho ukazují obr. 12 á ' nanesenou na ostří žiletky ve shodě s předklad a-C;H vrstvičku aným vynálezem.

« · · ·

Na těchto obrázcích je jasně vidět dobré nan ostří žiletky, bez pozorovatelného sloupkového pozorování rastrovacím elektronovým mikrojsko emisí při zvětšení 50 000. Na vrstvičce jna s předkládaným vynálezem nejsou vidět dutir mikrostruktura.

esení vrstvičky na růstu nebo zrn při pem se studenou nesené ve shodě y nebo sloupková

Na obr. 14 je graf znázorňující rychlost napařování jako funkci vysokofrekvenčního indukčního ýýk ilustruje předkládaný vynález a demonstruje nanášení v souvislosti s předkládaným vynálezem. Když se i

induktivně vázané plazma postupně zapíná, rychlost nanášení se i

podstatně zvyšuje. Na začátku grafu je rvá s. pouze vysokofrekvenční předpětí, což má ža nanášení asi 10 nm/minutu a samočinné přédp odpovídá chemickému napařování s kapacitně onu, který dále zvýšení rychlosti ubstrát přivedeno následek rychlost ětí asi -300 V. To vázanou plazmou.

Se zvyšujícím se indukčním výkonem je předpětí nastaveno tak, že se udržuje na -300 V. Při 800 W indu cčního výkonu je rychlost nanášení přibližně 170 nm/minutu,j což je asi 17x více l

než při běžném chemickém napařování s! kapacitně vázanou plazmou.

Ve výše popsaných příkladech vynálézu nebo obrobky přiváděna nepřetržitě vysokofre kmitočtu 13,56 MHz, za účelem zajištění ’ pfedpětí substrátu.

byla na substrát <venční energie o uže být energie pulzující. Na obr.

Podle dalšího aspektu tohoto vynálezu ; m i

předpětí, přivedená na substrát nebo obrobky 15A a 15B je vidět, že sinusová vlna z vysokofrekvenčního zdroje 24 je modulována v modulátoru! 32 obdélníkovým průběhem z generátoru 30 obdélníkových průběhů, za účelem získání pulzujícího vysokofrekvenčního předpětí 34.

V uspořádání z obr. 15A a 15B je pracovní cyklus definován jako doba zapnutí předpětí lomená celou periodou ·

9

9

9 ··

9

9

9

9

9 .16

9

9 9 9 obdélníkového průběhu. Změna pracovníhó cyklu může mít dvě výhody; 1) průměrné předpětí (energie iontů) ale špičkové napětí se může udržovat v optjimi se může snižovat, álním rozmezí a 2) povlak se může během periody „vypnutí“ zéslabit na tloušťku při nulovém předpětí (například asi 30 pm), souhlasné pokrytí obrobku během této periody i

Obr.16 ukazuje vliv vnitřního napětí Vrs což zajistí dobré vičky na vrstvičky s pulsujícím předpětím ve srovnání s vrstvičkami s předpětím s nepřetržitou vlnou. Pulzní postup dovoluje vrstvičky nezávisle na tvrdosti, což je další s předkládaného vynálezu. i zmenšení napětí oecifická vlastnost

Ve shodě s dalším aspektem vynálezu může být mezi substrátem a vrstvičkou uhlíku podobného diamantu použita i

mezivrstva. Tato mezivrstva může být vytírána ze skupiny sestávající z křemíku, karbidu křemíku, vainadu, tantalu, niklu, niobu, molybdenu a slitin takovýchto njiateriálů. Zkušenost ukázala, že jako materiál pro takovouto njie^ivrstvu je zvláště dobrý křemík.

I

Obr.17 ukazuje příklad technologického postupu pro předkládaný vynález. Obrobky jsou typicky; upravovány v kroku 36 předběžného čištění, za účelem zvýšeni adheze vrstvy DLC. To lze provádět v jediné komoře s vysokofrekv vysokých rychlostech) nebo v běžné komoře

i.

doutnavým výbojem (při nižších rychlostech enční indukcí (při se stejnosměrným a delších časech zpracování). Obrobky jsou z komory předběžného čištění předávány do dvou nebo více komor 38 a 40 óro nanášení DLC,

I.

které používají induktivně vázané zdroje plázrriatu. V komoře 38

I ' může probíhat nanášení na svazek žiletek, zatímco druhá komora 40 se čistí. Čištění je žádoucí proto, že na stěnách komory se vytvářejí vrstvičky, které se mohou nakonec

0 0 0

0 0 0

0 0 0 '0 0 0 0 0 0 »00 0 00 0 00 000 00 I odloupnout, což má za následek znečistění.; V je naznačen příklad technologického postuplu:

následující tabulce časový krok komora A (36) komora B (38) komora C (40) předběžné čištění svazku naplnění novým svazkem předběžné čištění svazku naplnění novým svazkem předběžné čištění svazku naplnění novým svazkem předběžné čištění svazku naplnění novým svazkem jdi na časový krok 5 čištění komory naplnění svazkem z A i i

nanášení DLC i

vyprázdnění čištění komor naplnění svažke z A i

nanášení DLC vyprázdnění

J jdi na časovýikr 5 nécinna nečinná čištění komory naplnění svazkem z A nanášení DLC m vyprázdněni čištění komory naplnění svazkem z A ok jdi na časový krok 5

Podmínky výše uvedeného příkladu postupu zahrnují následující: j i

1) Předběžné čištění svazku:

vysokofrekvenční indukční výkon i

vysokofrekvenční předpětí i čas technologického

300 W -300 V 30 - 60 sec

2)

1»»	♦	99			94		99
9 ·	• ·	4	9	4 4	9	9	4	4
9	4	•	•	4	9	9	9	4
								4
•	9	•	9		9	9	9	9
· ·· >	9 9.9.	4-9		949	94		9 9

plyn tlak průtok argon

5x10³ Torr 50 sccm

Nanášení DLC:

provádí se ve shodě s předkládá ný m vynálezem

3) Čištění komory:

vysokofrekvenční indukční výkoh vysokofrekvenční předpětí l· čas

Plyn ί tlak ;

průtok ;

1000 W -200 V přibližně 2x čas nanášení DLC kyslík

5x10'³ Torr 100 sccm popsa

Zatímco byl předkládaný vynález s induktivně vázaným plazmově zlepše napařováním, mohou být použity i jiné í p i

schopné generovat plazma s vysokou hustotoú výše. Tyto další postupy zahrnují mik plazmatu, generaci plazmatu pomocí elektrě rezonance a ostatní postupy generování í

plazmatu s vysokou hustotou, jako jsou zdiiojé a generace plazmatu šroubovicovými rezonato n v souvislosti ných chemickým (j)stupy, které jsou , jak bylo zmíněno řovlnnou (generaci nove cyklotronové ysokofrekvenčního helikónových vln ry.

Cílem předchozího popisu není omlez: vynálezu. Alternativní uspořádání jsou možné by proto měl být určen pouze připojenými pa jejich právními ekvivalenty a ne uspořác popsáno a zobrazeno výše.

ení předkládaného . Rozsah vynálezu tentovými nároky a jáním, které bylo

Claims (24)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Způsob vytváření vrstvičky uhlíku podo substrátu vyznačujícíse, tím, vystavení substrátu prostředí s uhlovod generování v tomto prostředí plazmat bného diamantu na je tvořen kroky íkovým plynem a u s elektronovou cm³ a tloušťkou odmínek vysokého nízkoenergetickými že (10 hustotou větší než přibližně 5x10'“ jna povlaku menší než asi 2 mm, za i p iontového toku a řízeného bombardování ionty.

   Způsob podle nároku 1 vyznaču zmíněné prostředí je tvořeno plynem, vyb obsahující C₄H₁₀, CH₄, C₂H₂, C₆H₆, C₂H₆Ía jící se tím, že raným ze skupiny

   C₃H₈.

   3. Způsob podle nároku 1 vyznaču zmíněný substrát je kovový povrch. !

   4. Způsob podle nároku 1 vyznaču jící se tím, že jící s e t í m, že zmíněný substrát je kovová substance, která má povrchovou vrstvu tvořenou materiálem vybraným že skupiny sestávající z křemíku, karbidu křemíku, vanadu, taijtalu, niklu, niobu, molybdenu a jejich slitin. '

   Způsob podle nároku 1 vyznaču plazma je generováno pomocí induktivnhv i

   Způsob podle nároku 5 vyznačujíc ’ I .

   induktivní vazba zahrnuje iontový proud
2. 2 mA/cm² a předpětí v rozsahu přibližně! jící s e t í m, že azby.

   se t í m, že tato větší než přibližně

   00 V až -1000 V.

   ··»· 9 • 4 99

   Způsob podle nároku 6 vyznačujíc induktivní vazba zahrnuje iontový proud í se t í m, že tato větší než přibližně
3. 3 mA/cm² a předpětí v rozsahu přibližně -200 V až -500 V.
4. 8. Způsob podle nároku 7 vyznaču tloušťka povlaku je menší než asi 1,7 mm.
5. 9. Způsob podle nároku 6 vyznaču

   I zmíněné předpětí je impulzové.

   jící se tím, že jící se t í m, že
6. 10. Plazmou zdokonalené chemické napařóvání vrstvičky uhlíku podobného diamantu i na vyznačující se t í m, že je tvořer substrátu prostředí s uhlovodíkovým ply v tomto prostředí plazmatu pomopí substrát o kroky vystavení nem a generování induktivní vazby zahrnující iontový proud větší než přibližně 2 mA/cm² a předpětí v rozsahu přibližně -100 V až -1000 V.
7. 11. Způsob podle nároku 10 vyznánu ^J f zmíněné prostředí je tvořeno plynem, vy i

   obsahující C₄Hi₀, CH₄, C₂H₂, C₆H₆, C₂H₆ a '
8. 12. Způsob podle nároku 10 vyznaču zmíněný substrát je kovový povrch.

   jící s e t í m, že braným ze skupiny ₃H₈.

   jící se tím, že
9. 13. Způsob podle nároku 10 vyznačující se t í m, že zmíněný substrát je kovová substance, /která má povrchovou vrstvu tvořenou materiálem vybraným ze skupiny sestávající z křemíku, karbidu křemíku, vanadu, taní molybdenu a jejich slitin.

   talu, niklu, niobu,
10. 14. Způsob podle nároku 10 vyznačuj íic se tím, že tato induktivní vazba zahrnuje iontový prouid větší než přibližně i

    3 mA/cm² a předpětí v rozsahu přibližně; —200 V až -^500 V.

    • · · · ♦ ·♦ · ·
11. 15. Způsob podle nároku 14 vyzná ču

    i.

    zmíněné plazma má tloušťka povlaku měns jící se t í m, že í než asi 1,7 mm.
12. 16. Způsob podle nároku 10 vyznaču zmíněné předpětí je impulzové.

    jící se t í m, že
13. 17. Výrobek vyznačující se t í ιτί, ze se skládá ze substrátu majícího povrch a z vrstvičky uhlíku podobného diamantu na tomto povrchu, kde zmíněná vrstvička má tvrdost větší než přibližně 20 GPa a nemá rozeznatelná zrna o průměru 300 Á nebo větší při pozorování rastrovací im elektronovým mikroskopem se studenou 50 000.
14. 18. Výrobek podle nároku 17, vyznaču zmíněná vrstvička uhlíku podobného d vrstvička.
15. 19. Výrobek podle nároku 17, vyznaču emisí při zvětšení j í c í s e t í m, že iamantu je a-C:H jící se t í m, že zmíněný substrát je kovová substance, která má povrchovou vrstvu tvořenou materiálem vybraným ze skupiny sestávající z křemíku, karbidů křemíku, vanadu, tantalu, niklu, niobu, molybdenu a jejich slitin.
16. 20. Výrobek podle nároku 17, vyznačiu í

    zmíněný povrch má ostrou hranu.
17. 21. Výrobek podle nároku 17, vyznačiu zmíněný výrobek je žiletka. !
18. 22. Výrobek podle nároku 21, vyznačiu zmíněný povrch je ostří žiletky. !
19. 23. Výrobek podle nároku 17, v y z n a čiu zmíněný výrobek je část psacího nástroje.

    ící se t í m, že ící s e ’ t í m, že ící se t í m, že ící se t í m, že

    9* *9 » 9 9 « » · · I • · 9
20. 24. Výrobek podle nároku 23, v y z n a č u zmíněný výrobek je hrot pera.

    jící se t í m, že
21. 25. Výrobek podle nároku 23, vy z n a č u zmíněný výrobek je sedlo kuličky kuličkóve i
22. 26. Výrobek podle nároku 17, vyznaču zmíněný výrobek je hrot jehly.
23. 27. Výrobek podle nároku 17, vyznaču zmíněný výrobek je břit.

    J
24. 28. Výrobek podle nároku 27, vyznaču zmíněný břit je na řezacím nástroji.

    jící se tím, že ho pera. .