DE19904829A1

DE19904829A1 - Tragbare Vakuumanlage mit Vorkammer zum Auftragen von Feinfolien

Info

Publication number: DE19904829A1
Application number: DE19904829A
Authority: DE
Inventors: Carlo Misiano; Enrico Simonetti
Original assignee: CETEV Centro Tecnologie del Vuoto SpA
Current assignee: Selex Galileo SpA
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 1999-08-26
Also published as: US6136167A; ITRM980071A1; IT1298891B1

Description

Die Erfindung betrifft eine tragbare Anlage mit Vorkammer zum Auftragen von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, zum Beispiel Formstanzen für Bleche, Außenteile von Kanonenroh ren oder Antriebsachsen auch großer Ausmaße. Diese Kammer wurde insbesondere zum Auftrage bei tribologischen Behandlungen entwickelt. Bekanntlich versteht man unter "Tribobehandlung" die Erhärtung, die Verringerung des Reibungskoeffizienten und den Schutz des zu behandelnden Substrats vor äußeren Einwirkungen.

Die Erfindung fällt in den technischen Bereich der Oberflächen behandlung von Materialien, insbesondere auf dem Gebiet der Feinfolien. Sie findet Anwendung im Bereich der Fertigung von Vakuumanlagen zum Auftragen von Feinfolien.

Die Originalität der Erfindung liegt sowohl in der Struktur, mit der die Vakuumabdichtung auch auf komplexen Oberflächen gewähr leistet werden kann, wie auch in der Gestaltung der Strukturen zur Verdampfung, zur Ionisation und zur Erregung des aufzubrin genden Materials. Was die Elemente hinsichtlich Neuheit anbe trifft, so beziehen sich diese nicht nur darauf, daß die Anlage mit einer Vorkammer versehen ist, sondern auch auf die Möglich keit, im Inneren dieser Vorkammer eine gasförmige Atmosphäre oder dergleichen zu erzeugen, die der Verarbeitungsatmosphäre entspricht oder ähnlich ist, jedoch mit einem höheren Druck, so daß eventuelle Undichtigkeiten zwischen der Kammer und der Vor kammer nicht zum Eintreten unerwünschter und für eine korrekte Abwicklung des Auftragungsprozesses schädlicher Gase führt.

Zum Auftragungssystem ist ferner hervorzuheben, daß eine plasma gestützte Struktur vom Typ ION PLATING (Ionenbeschichtung) ge schaffen wurde, obwohl das zu behandelnde Substrat elektrisch geerdet ist. Tatsächlich werden bei der Ionenbeschichtungs-Tech nik zur Erregung der Kondensierungsteilchen des aufzutragenden Materials diese teilweise ionisiert und anschließend in Richtung des Substrats unter negativer Polarisierung desselben beschleu nigt. Bei der vorgeschlagenen Lösung wird hingegen die gesamte Atmosphäre der Auftragungskammer bezüglich des Substrats positiv polarisiert, und dies ermöglicht, eventuell unter Einsatz das in Fig. 2 dargestellen Gitters, die Erzeugung eines ionisierenden Plasmas gegenüber dem Substrat sowie die Beschleunigung der Ione in seiner Richtung.

Gegenwärtig erfolgt die örtliche Behandlung von nicht abnehmba ren Oberflächen mit Hilfe von galvanischen Verfahren mit örtli cher Herstellung eines Behälterbeckens, in dem das zu behan delnde Teil eine der Elektroden darstellt. Die Leistungen dieser Behandlungen, zum Beispiel Verchromung, Vernickelung und Kadmie rung, sind jedoch an und für sich beschränkt, da die leistungs mäßige Überlegenheit der Folien wohl bekannt ist, die zur Vaku umauftragung eingesetzt und insbesondere mit der Technik des "Ion Plating" erzielt werden. Außerdem ist ein derartiges Ver fahren umständlich, und es werden dabei Erzeugnisse verwendet, die in hohem Grade umweltschädlich und für die Bedienungspersonen gefährlich sind.

Aus der DE-A 43 13 353 ist eine Kammer zur örtlichen Auftragung bekannt. Dieses System beruht jedoch sowohl im Hinblick auf die Dichtungsmethode als auch auf das Auftragungsverfahren auf einer anderen Struktur.

Zum Zwecke der Erläuterung und nicht einschränkend wird nachste hend die Erfindung in einer gegenwärtig bevorzugten Version und anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der tragbaren Vakuumanlage zum Auftragen von Feinfolien,

Fig. 2 die schematische Darstellung der tragbaren Anlage mit "Gitter"-Gestaltung zur Vereinfachung der Plasmaerzeugung,

Fig. 3 die schematische Darstellung der tragbaren Anlage zur Erzeugung von drei Plasmen und

Fig. 4 die schematische Darstellung der tragbaren Anlage mit zwei Magneten.

In der die allgemeine Version der Erfindung darstellenden Fig. 1 sind ersichtlich:

1 Vorkammer;
C Kammer,
5 Anschluß an das Pumpsystem der Kammer C;
6 Anschluß des Pumpsystems der Vorkammer 1;
10 Eintritt des Verfahrensgases in die Kammer;
10a Eintritt des Gases in die Vorkammer;
T Vakuumdichtung;
13 Substrat.

In Fig. 2 wird schematisch eine Gestaltung mit Gitter 11 darge stellt: Das Gitter 11 ist zum Auslösen der Plasmaerzeugung zwi schen dem Gitter 11 selbst und dem Substrat 13 erforderlich. Darin sind ersichtlich:

1 Vorkammer;
C Kammer;
3 Polarisierungselement der Magnetronquelle;
3a Polarisierungselement des Gitters;
4 DC Magnetron;
9 Isolator;
11 Gitter;
12 Plasma;
12a Plasma;
13 Substrat;
T Vakuumdichtung.

Fig. 3 zeigt eine komplexere Ausführung der Erfindung, jedoch ebenfalls unter Beibehaltung der Grundelemente der in Fig. 1 dargestellten Version. Darin sind sichtbar:

1 Vorkammer;
C Kammer;
3 Polarisierungselement der Magnetronquelle;
3a Polarisierungselement des Gitters;
4 DC Magnetron;
5 Anschluß an das Pumpsystem der Kammer;
6 Anschluß an das Pumpsystem der Vorkammer;
9 Isolator;
10 Eintritt des Verfahrensgases in die Kammer;
10a Eintritt des Gases in die Vorkammer;
11 Gitter;
13 Substrat;
14, 16 Plasmen;
15 bei mittlerer Frequenz erzeugtes Plasma;
17 Elektroden;
T Vakuumdichtung.

In dieser Gestaltung können drei Plasmen verwendet werden; das auf das Element 15 bezogene wird bei mittlerer Frequenz zum Zweck der Steigerung des ionisierten, von der Sputtering-Quelle verdampften Materials erzeugt.

Es muß unterstrichen werden, daß es diese Art von Kammer ermög licht, daß die Verdampfungsquelle bogenförmig oder vom Typ Wär meverdampfung oder dergleichen ist.

Fig. 4 zeigt eine weitere Version der Erfindung; darin sind sichtbar:

1 Vorkammer;
2 Magnete;
3 Polarisierungselement der Magnetronquelle;
3a Polarisierungselement des Gitters;
4 DC Magnetron;
5 Anschluß an das Pumpsystem der Auftragungskammer;
6 Anschluß an das Pumpsystem der Vorkammer;
8 anodische Elektrode;
9 Isolator;
10 Eintritt des Verfahrensgases in die Auftragungskammer;
10a Eintritt des Gases in die Vorkammer;
12, 12a Plasmen;
13 Substrat;
T Vakuumdichtung.

Die Vakuumdichtung T befindet sich an der Basis der Anlage, liegt dicht auf dem Substrat auf und verhindert den Eintritt von Luft oder den Austritt des Gases.

Als Beispiel und nicht einschränkend wird nachstehend ein typisches Verfahren der reaktionsfähigen Auftragung von Ti tannitrid (TiN) auf einer metallischen Stanze, die auch uneben sein kann, beschrieben.

Nach einer einleitenden Reinigungsphase der zu behandelnden Flä che wird die tragbare Kammer zur örtlichen Auftragung mit dem doppelten Dichtungssystem gemäß Fig. 1 auf das Teil gestellt. "Doppelt", da es sowohl für die Kammer wie auch für die Vorkammer die Auflagebasis darstellt. Dann wird mit dem entsprechenden Pumpsystem, das auch versetzt zur Kammerstruktur sein kann, das Vakuum hergestellt, und anschließend wird die Vorkammer bis zum gewünschten Druck, zum Beispiel etwa 10^-1 Torr, beispielsweise mit Argon gefüllt. Nach diesem Arbeitsgang wird auch die Auftra gungskammer bis zu einem typischen Druck von 10^-2 Torr gefüllt, und anschließend wird eine weitere Sauerstoffbase bei einem Druck in Höhe von etwa 10^-4 Torr eingeführt. Nun wird das Plasma zwischen die Kammer und das Substrat gefüllt, um eine chemisch ionische Reinigung der Oberfläche vorzunehmen; der Sauerstoff- Fluß wird geschlossen und der richtige Stickstoff-Fluß einge führt, um das Titan zu nitrierhärten, das von der Sputtering-Ma gnetronquelle verdampft wird. Darauf folgt das Auftragungsver fahren, wobei sowohl die Polarisierungsspannung des Substrats im Hinblick auf die Kammer wie der teilweise Stickstoffdruck und die Verdampfungsgeschwindigkeit des Titans genau kontrolliert werden. Es sind keine Apparate zur Kontrolle der Auftragungsge schwindigkeit der erzielten Dicke erforderlich, da diese einfach mit den bloßen Verfahrensparametern kontrolliert werden kann.

Claims

1. Tragbare Vakuumanlage zum Auftragen von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorkammer (1) und eine Kammer (C) enthält, die beide an der Basis Vakuumdichtungen (T) enthalten, wobei sich die Kammer (C) im Inneren der Vorkammer (1) befindet und die Vorkammer (1) mit einem Anschluß (6) an ihr Pumpsystem und mit einem Eintritt (10a) für das Gas versehen ist, wobei ferner die Kammer (C) mit einem Anschluß (5) an ihr Pumpsystem und mit einem Eintritt (10) für das Verfahrensgas versehen ist.

2. Tragbare Vakuumanlage zum Auftragen von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine in der Vorkammer (1) enthaltene Kammer (C) hat, die beide an ihrer Basis mit Vakuumdichtungen (T) versehen sind, wobei in die Kammer (C) ein Gitter (11), ein Magnetron (4) und ein Isola tor (9) eingesetzt sind und außerdem zwei polarisierende Ele mente der Magnetronquelle (3) beziehungsweise des Gitters (3a) und zwei Plasmen (12, 12a) vorhanden sind.

3. Tragbare Vakuumanlage zum Auftragen von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer in einer Vorkammer (1) untergebrachten Kammer (C) be steht, die drei Plasmen (14, 15, 16) erzeugen kann, von denen das Plasma (15) bei mittlerer Frequenz erzeugt wird, umfassend ein DC Magnetron (4), einen Isolator (9), ein Gitter (11), Elektroden (17), zwei polarisierende Elemente der Magne tronquelle (3) bzw. des Gitters (3a), wobei die Vorkammer (1) mit einem Anschluß (6) an ihr Pumpsystem und mit einem Gasein tritt (3a) und die Kammer (C) mit einem Anschluß (5) an ihr Pumpsystem und mit einem Eintritt (10) für das Verfahrensgas versehen ist.

4. Tragbare Vakuumanlage zum Auftragen von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer in einer Vorkammer (1) untergebrachten Kammer (C) be steht, die beide mit Dichtungselementen (T) versehen sind, wobei die Anlage Magnete (2), eine Magnetronquelle (4) und einen Gene rator zur Polarisierung in der Magnetronquelle (3) umfaßt sowie aus einer anodischen Elektrode (8) des Gases in der Vorkammer, aus einem Isolator (9) und aus dem Vorhandensein der Plasmen (12) und (12a) besteht, wobei die Vorkammer mit einem Anschluß (6) an ihr Pumpsystem sowie mit einem Gaseintritt (10a) und die Kammer (C) mit einem Anschluß (5) an ihr Pumpsystem und einem Eintritt (10) des Verfahrensgases versehen ist.

5. Tragbare Vakuumanlage zum Auftragen von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Auftragungsanlage eine Struktur besitzt, die in der Lage ist, ein Verfahren vom Typ plasmagestützte Ionenbeschichtung dort umzusetzen, wo das Sub strat elektrisch geerdet ist.

6. Vakuumanlage für die Auftragung von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsquellen auch bogenförmig sein und Wärmeverdampfung aufweisen können.

7. Tragbare Vakuumanlage zum Auftragen von Feinfolien, auch auf nicht abnehmbare Oberflächen, nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Dichtungselemente (T) auch vom Typ Tombako aufweist, die jedenfalls so beschaffen sind, daß sie bei Auflage auf das Substrat das Eindringen von Gas in die Behandlung verhindern.

8. Vakuumanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufgrund ihrer Struktur und ihrer Zusam mensetzung in der Lage ist, Feinfolien auch auf krummen und/oder asymmetrischen Oberflächen wie Formstanzen für Blech, Außenteile von Kanonen, Antriebsachsen usw. aufzutragen.