DE69008815T2

DE69008815T2 - Chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren zur Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und/oder der Form von Formkörpern.

Info

Publication number: DE69008815T2
Application number: DE69008815T
Authority: DE
Inventors: Joseph T Keeley; Michael A Pickering; Raymond L Taylor
Original assignee: CVD Inc
Current assignee: CVD Inc
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2010-10-19
Also published as: IL95966A0; EP0425196A1; JPH079063B2; CA2027171A1; CA2027171C; US4997678A; JPH03153873A; EP0425196B1; DE69008815D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren unter Verwendung chemischer Dampfphasenabscheidung zur Nachbildung, d. h. zur Herstellung genauer Kopien der Oberflächenbeschaffenheit und Form vorgeformter Gegenstände. Die Erfindung hat besondere Brauchbarkeit bei der schnellen Herstellung hochpolierter Optik, bei der nur geringfügiges Polieren auf der Nachbildung erforderlich ist, um ein Endprodukt zu erhalten, und wobei das ursprüngliche Substrat oder der ursprüngliche Formkern wiederverwendbar ist. Die Erfindung ist auch bei der schnellen Herstellung solcher Produkte, wie von keramischen Motorteilen und Keramikröhren, brauchbar.
Auf dem Optikgebiet wurde Lichtfeststellung und -vermessung (LIDAR) als ein wichtiges diagnostisches Werkzeug zur Fernmessung einer Verschiedenartigkeit von atmosphärischen Parametern, wie kleinerer Stoffkonzentrationen, Druck-, Temperatur- und Wasserdampfprofile, Aerosolnebelverteilungen und Windfelder erkannt. LIDAR-Techniken, wie die Messung von rückgestreuten Signalen, Differentialabsorption und Doppler-Verschiebungen, wurden verwendet, um Informationen über die Erdatmosphäre zu erhalten.
Die Leistung eines LIDAR-Systems hängt von der optischen Gestaltung seines Aufnahmeteleskops ab. Oftmals ist die Länge des Teleskops infolge von Raumbeschränkungen, wie in einem Raumpendler-LIDAR-System festgelegt. Daher muß der optische Gestalter eine besondere Form und Optikgeschwindigkeit der Spiegel auswählen, um den Durchsatz des Teleskops zu maximieren. Das kritischste Element in dem Aufnahmeteleskop ist der Primärspiegel wegen seiner Größe, seines Gewichts, seiner Herstellungskosten und wegen der Temperatur der Außenwelt. Da das empfangene Signal direkt proportional zu der Fläche des Primärspiegels ist, ist es wichtig, einen Primärspiegel so groß wie machbar zu verwenden, um für genaue Messung annehmbare Signalwerte zu erhalten. Dies trifft insbesondere zu, wenn ein Raumschiff-LIDAR-System verwendet wird, um Windprofile in der Troposphäre global zu messen.
Die nach dem Stand der Technik verwendete übliche Methode zur Herstellung großer ( ≥ 1,0 m Durchmesser) Spiegel ist ziemlich langsam und zeitraubend. Mehrere Monate bis Jahre sind erforderlich, um einen großen Spiegel aus Quarzglas mit ultrageringer Ausdehnung oder Zerodur, einem Produkt, das im Handel bei der Schott Glass Technologies, Inc., 400 York Avenue, Duryea, PA 18462 erhältlich ist, herzustellen. Da eine Anzahl von LIDAR- Systemen auf Raumbasis für die Zukunft geplant ist, wird derzeit der Entwicklung von Techniken für die rasche und wirtschaftliche Produktion großer Hochleistungsspiegel erhebliche Beachtung geschenkt.
Eine Schleudergußtechnik wurde vorgeschlagen, um Glasspiegelrohlinge mit einem Durchmesser von 1,2 m und 3,5 m herzustellen, die leichte Wabenzellen enthalten. Obwohl diese Technik schneller als die herkömmlichen Spiegelherstellungsmethoden ist und leichte Spiegel erzeugt, ist das Gewicht dieser Spiegel noch in einer höheren Größenordnung als für viele Raumanwendungen zulässig. Weiterhin ist die Schleudergußtechnik zur Herstellung großer Spiegel fortschrittlicher Keramik, wie von Siliciumcarbid (SiC), Titandiborid (TiB&sub2;) und Borcarbid (B&sub4;C), die hohe Schmelzpunkte haben, ungeeignet. Diese letzteren Materialien haben bessere Eigenschaften als Glas für leichte Optik.
Andere Techniken, die das Gießen von faserverstärkten Zusammensetzungen, die Epoxyharze und Kunststoffe enthalten, sowie das Strecken von Membranen über geeigneten Substraten einschließen, werden derzeit auch untersucht.
Ein Verfahren ist in der EP-A-0 411 910 zur Herstellung leichter Gegenstände aus hitzebeständigen Materialien durch Dampfphasenabscheidung beschrieben. Die Verfahren und leichten Gegenstände, die in jener Anmeldung beschrieben sind, schließen einen Kern aus Graphit ein, um die Form und Größe jedes Gegenstandes zu definieren. Der Kern wird mit einer geeigneten Abscheidung, wie SiC oder Silicium (Si) überzogen, um die Strukturfestigkeit und Steifheit zu ergeben, und ihre Bindung an eine andere Oberfläche, wie beispielsweise die Oberfläche eines Substrates, welches die Sichtplatte eines herzustellenden Spiegels umfaßt.
Bei der Herstellung von Spiegeln wurde vorgeschlagen, wie in der oben erwähnten Patentanmeldung beschrieben ist, Graphit zu benutzen, um ein Substrat oder einen Formkern zur Nachbildung auf einer SiC-Sichtplatte zu bilden. Eine Seite des Formkern wird optisch entweder als flache oder als konvexe kugelige Form hergestellt. Die andere Seite des Formkerns ist feingeschliffen flach. Die feingeschliffene Seite des Formkerns wird mit Hilfe von Stützen und Graphitzement an eine Prallplatte in einem Dampfphasenabscheidungsreaktor befestigt. Der Formkern wird dann mit mehreren Überzügen einer Suspension von Kohlenstoff in einem Lösungsmittel überzogen, wonach die Oberfläche des Formkerns geschliffen oder poliert wird, um sie so glänzend wie möglich zu machen, ohne ihre Form wesentlich zu verändern. Die Abscheidung von Siliciumcarbid auf dem Formkern wird dann bewirkt. Ohne Trennung der Sichtplatte von dem Formkern kann die freiliegende Siliciumcarbidoberfläche mit heißem Kaliumhydroxid (KOH) geätzt werden, um die Bindung von Graphit an Siliciumcarbid zu verbessern. Ein leichter Strukturkern aus Graphit wird dann hergestellt und mit Graphitzement an die Siliciumcarbidoberfläche des Formkerns gebunden. Siliciumcarbid wird dann durch chemische Dampfphasenabscheidung aufgebracht, um den Kern einzuschließen, wonach die Prallplatte von den Prallplattenstützen getrennt wird. Kontrolliertes Abkanten kann durchgeführt werden, um überschüssiges Siliciumcarbid zu entfernen. Unter Verwendung eines Messers kann dann die Grenzfläche zwischen dem Graphitformkern und der Siliciumcarbidsichtplatte geöffnet werden, um die Siliciumcarbid-Spiegelsichtplatte zu gewinnen.
Obwoh dieses in der EP-A-0 411 910 beschriebene Verfahren die Entwicklung der Technologie zur raschen Herstellung leichter Optik voranbrachte, ist das mit diesem Verfahren hergestellte Endprodukt ein Spiegelrohling, der noch nicht die erwünschte hohe optische Qualität hat, d. h. die hohe Oberflächenqualität, die für LIDAR-Systeme auf Raumbasis erforderlich ist. Ein Grund hierfür besteht darin, daß Graphit, welcher für den Formkern verwendet wird, keine hohe Polierung annimmt. Außerdem gibt es einen wesentlichen Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen Graphit und Siliciumcarbid. Graphit verformt sich wesentlich mehr als Siliciumcarbid bei den hohen Temperaturen (etwa 1300 ºC), bei denen eine Abscheidung von Silciumcarbid in einem chemischen Dampfphasenabscheidungsreaktor stattfindet. Als Ergebnis ist in der Praxis eine Nachbildung der Form bei Umgebungs- oder Raumtemperatur eines Graphitsubstrates oder Formkerns durch chemische Dampfphasenabscheidung von Siliciumcarbid nicht erhältlich. Ein Ausgleich für den Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten ist äußerst schwierig zu bewirken.
J. S. Goela und R. L. Taylor beschreiben in Applied Physics Letters, Band 54, Nr. 25, Seiten 2512 bis 2514 ein CVD-Verfahren, in welchem SiC aus Methyltrichlorsilan in Gegenwart von Wasserstoff und Argon auf einem hochpolierten SiC-Formkern abgeschieden wird, der mit einem Entformungsüberzug, wie einer Suspension von kolloidalem Graphit, überzogen ist. Die DE-B-1 109 142 lehrt die Abscheidung von Kohlenstofftrennüberzügen durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen.
Es bleibt jedoch ein Bedarf und eine Notwendigkeit, ein rasches Herstellungsverfahren zu bekommen, um mit hoher optischer Qualität die Oberflächenbeschaffenheit und Form vorgeformter optischer und anderer Gegenstände nachzubilden. Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die technologische Lücke zu füllen, die diesbezüglich im Stand der Technik vorhanden war.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bekommt man ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren zur Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und/oder der Form von vorgeformten Gegenständen mit den Stufen, in denen man
a) ein vorgeformtes Substrat mit einer nachzubildenden polierten Oberfläche in einen Ofen für chemische Gasphasenabscheidung einführt, wobei dieses Substrat aus einem Material besteht, das einen höheren Schmelzpunkt als die Abscheidungstemperatur von darauf abzuscheidendem Material hat und das mit O&sub2; unter Bildung einer Oxidschicht darauf reagiert,
b) den Ofen für chemische Gasphasenabscheidung evakuiert, auf Leckage prüft und dann erhitzt,
c) das Substrat in situ unter Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 1300 ºC vorbehandelt, indem man O&sub2; + Ar in den Ofen einführt, um eine auf der polierten Oberfläche des Substrates auszubildende Oxidschicht zu erzeugen,
d) eine Schicht von graphitischem Kohlenstoff auf dieser Oxidschicht durch chemische Dampfphasenabscheidung aus Methyltrichlorsilan (MTS) ausbildet,
e) MTS + H&sub2; + Ar in den Ofen einführt, um die Abscheidung einer SiC-Schicht auf der graphitischen Kohlenstoffschicht auf der polierten Oberfläche des Substrates zu erzeugen, wobei die SiC-Schicht eine Nachbildung des Substrates umfaßt, und
f) den Ofen auf Umgebungstemperatur kühlt, das Substrat mit der Nachbildung entfernt und das Substrat und die Nachbildung voneinander trennt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung bekommt man ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren zur Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und Form eines vorgeformten polierten Siliciumcarbidsubstrates mit den Stufen, in denen man
a) ein nachzubildendes vorgeformtes Substrat aus SiC mit einer polierten Oberfläche in einen Ofen für chemische Gasphasenabscheidung einführt,
b) den Ofen für chemische Gasphasenabscheidung evakuiert, auf Leckage prüft und dann auf eine Temperatur von etwa 1300 ºC erhitzt,
c) das Substrat in situ, während es sich auf einer Temperatur von etwa 1300 ºC befindet, vorbehandelt, indem man Methyltrichlorsilan (MTS) in den Ofen einführt, um eine Schicht von graphitiertem Kohlenstoff auf der polierten Oberfläche des Substrates auszubilden,
d) MTS + H&sub2; + Ar in den Ofen einführt, um die Abscheidung einer SiC-Schicht auf der graphitierten Kohlenstoffschicht auf der polierten Oberfläche des Substrates zu erzeugen, und
e) den Ofen auf Umgebungstemperatur kühlt, das Substrat mit der Nachbildung entfernt und das Substrat und die Nachbildung voneinander trennt.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zu bekommen, um sehr hohe Oberflächenqualität und die Form von polierten Siliciumcarbidspiegelsubstraten oder Formkernen nachzubilden und dabei die rasche Herstellung von Spiegeln hoher optischer Qualität zu erleichtern, wobei nur geringfügiges Polieren der Nachbildung erforderlich ist, um ein Endprodukt zu erhalten. Das ursprüngliche Substrat oder der ursprüngliche Formkern kann wiederverwendet werden. Aus Gründen der Bequemlichkeit werden die in dem Verfahren der Erfindung verwendeten Substrate und Formkerne nachfolgend einfach als "Substrate" bezeichnet.
Das Verfahren der Erfindung liefert einen wirtschaftlichen und einfachen Weg zur raschen Herstellung vorgeformter Gegenstände durch Verwendung von chemischer Dampfphasenabscheidung, bei der die Notwendigkeit einer Kompensation von Unterschieden in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des ursprünglich verwendeten Substrates oder Formkernes und dem zur Bildung der Nachbildung auf dem Formkern abgeschiedenen Material vermieden wird.
Beim Betrieb einer Apparatur für chemische Dampfphasenabscheidung werden Gase in einen heißen Ofen oder Reaktor eingeführt, wo sie an den Wänden des Ofens oder auf der Oberfläche eines Substrates oder eines anderen Gegenstandes, der in den Ofen eingeführt oder darin plaziert wurde, reagieren und eine feste Abscheidung oder einen festen Überzug bilden. Für die Abscheidung von SiC auf der Oberfläche werden Methyltrichlorsilan (CH&sub3;SiCl&sub3;, nachfolgend als MTS bezeichnet), Wasserstoff (H&sub2;) und Argon (Ar) als Gase in den Ofen vorzugsweise durch einen Injektor aus rostfreiem Stahl eingeführt. Da MTS bei Umgebungs- oder Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist, wird Ar durch die MTS-Flüssigkeit geperlt und trägt den MTS-Dampf oberhalb der Flüssigkeit in den Injektor. Gase, die in dem Ofen nicht umgesetzt werden, werden mit Hilfe einer Vakuumpumpe herausgepumpt, filtriert und in einem Gaswäscher gereinigt, bevor sie an die Atmosphäre abgeblasen werden.
Durch die Verwendung dieses Verfahrens können dicke Abscheidungen ( ≥ 0,25 Inch, 0,63 cm) von SiC gemacht werden. Typische Bedingungen für die Abscheidung von SiC sind:
Substrattemperatur 1300 ºC
Ofendruck 200 Torr (26,7 kPa)
Partialdruck der Gase Ar 68 Torr (9,07 kPa)
H&sub2; 102 Torr (13,6 kPa)
MTS 30 Torr (4,0 kPa)
In einer ersten Stufe des Nachbildungsverfahrens nach der Erfindung wird ein poliertes vorgeformtes Substrat in den Ofen für chemische Dampfphasenabscheidung eingeführt und auf 1300 ºC erhitzt. Im Prinzip kann das Substrat aus irgendeinem Material bestehen, das einen Schmelzpunkt höher als die Abscheidungstemperatur des abzuscheidenden Materials hat. Die Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und/oder Form des Substrates wird jedoch schlecht sein, wenn das Material des Substrates mit den in dem Nachbildungsverfahren verwendeten Gasen reagiert.
In einer zweiten Stufe des Nachbildungsverfahrens werden Gase in den Ofen für chemische Dampfphasenabscheidung eingeführt, die eine dünne Kohlenstoffschicht oder einen dünnen Kohlenstoffilm auf dem Substrat bilden, wobei diese Kohlenstoffschicht oder dieser Kohlenstoffilm dadurch gekennzeichnet ist, daß sie oder er eine gleichmäßige Dicke mit hoher Oberflächenqualität hat. Drei unterschiedliche Gasgemische können verwendet werden, um eine solche Kohlenstoffschicht oder einen solchen Kohlenstoffilm für anschließende Nachbildung zu gewinnen. Diese Gasgemische umfassen
1. MTS + Ar,
2. Sauerstoff (O&sub2;) + Ar und
3. O&sub2; + Ar, gefolgt von O&sub2; + MTS + Ar.
Argon wird nur als Trägergas verwendet. Die O&sub2;-Quelle kann Luft speziell hoher Reinheit sein (d. H. 20 % O&sub2; und 80 % Stickstoff [N2]).
In einer dritten Stufe in dem Nachbildungsverfahren wird SiC auf dem Kohlenstoffilm abgeschieden, wobei die Abscheidung fortgesetzt wird, bis eine SiC-Schicht von erwünschter Dicke erhalten wurde.
In einer vierten und letzten Stufe wird der Ofen oder Reaktor auf Raumtemperatur gekühlt, Substrat/Nachbildung werden entfernt, und Substrat/Nachbildung werden getrennt. Die Kohlenstoffschicht erlaubt die leichte Trennung des Substrates und der Nachbildung, die sonst fest miteinander verbunden wären.
SiC-Nachbildung kann unter Verwendung der drei oben beschriebenen verschiedenen Gasgemische erreicht werden. Die beste Nachbildung bekommt man bei Verwendung des zweistufigen Vorbehandlungsverfahrens, O&sub2; + Ar, gefolgt von O&sub2; + MTS + Ar.
Die allgemeinen Bedingungen, unter denen die Nachbildung unter Verwendung der drei Gasgemisches erfolgt, sind:
1, MTS + Ar
Substrattemperatur 1300 ºC
Ofendruck 90,0 Torr (12,0 kPa)
Partialdruck der Gase Ar 78,7 Torr (10,5 kPa)
MTS 11,3 Torr (1,5 kPa)
Abscheidungszeit 10 min
2. O&sub2; + Ar
Substrattemperatur 1300 ºC
Ofendruck 100 - 400 Torr (13,3 - 53,3 kPa)
Partialdruck der Gase Ar 98 - 392 Torr (13,1 - 52,3 kPa)
O&sub2; 0,4 - 1,6 Torr (53,3 - 213,3 Pa)
Abscheidungszeit 5 - 15 min
3. O&sub2; + Ar, gefolgt von O&sub2; + MTS + Ar
Erste Stufe
Substrattemperatur 1300 ºC
Ofendruck 200 Torr (26,7 kPa)
Partialdruck der Gase Ar 196 Torr (26,1 kPa)
O&sub2; 0,8 Torr (107 Pa)
Abscheidungszeit 4 - 5 min
Zweite Stufe
Substrattemperatur 1300 ºC
Ofendruck 200 Torr (26,7 kPa)
Partialdruck der Gase Ar 177 - 196 Torr (23,6 - 26,1 kPa)
O&sub2; 0,8 Torr (107 Pa)
MTS 3 - 19 Torr (0,4 - 2,5 kPa)
Abscheidungszeit 2 - 5 min
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Gesamtfluß der verschiedenen Gase durch die Reaktionskammer des Ofens für chemische Dampfphasenabscheidung während der Vorbehandlungsperiode in situ und auch während der anschließenden Silciumcarbidwachstumsperiode der normalen chemischen Dampfphasenabscheidung im wesentlichen konstant gehalten.
Chemische Dampfphasenabscheidung auf einem Substrat, welches das gleiche Material wie jenes ist, welches abgeschieden wird, ist sehr vorteilhaft. Der Grund hierfür ist, daß es mit einer solchen Anordnung keinen Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten gibt, für welchen sonst ein Ausgleich vorgesehen werden müßte, um eine richtige, d. h. passende Form auf dem nachgebildeten Spiegel zu erhalten. So kann eine Nachbildung der Form des Siliciumcarbidsubstrates bei Umgebungs- oder Raumtemperatur bewirkt werden, ungeachtet dessen, daß die Abscheidung des in Dampfphase chemisch abgeschiedenen SiC bei erhöhter Temperatur (1300 ºC) erfolgt. Der Grund ist, daß es keine Verschiebung des Wärmeausdehnungskoeffizienten gibt.
Die verschiedenen neuen Merkmale, die die Erfindung kennzeichnen, sind mit Besonderheit in den beigefügten und Teil dieser Beschreibung bildenden Ansprüche aufgeführt. Für ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer Betriebsvorteile und speziellen Aufgaben, die mit ihrer Verwendung gelöst werden, wird auf die beigefügte Zeichnung und Beschreibung, in welcher bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden, Bezug genommen.
Mit dieser Beschreibung der Erfindung folgt eine detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die gefügte Zeichnung, die Teil der Beschreibung bildet und in der
Fig. 1 eine schematische Erläuterung einer Vorrichtung für chemische Dampfphasenabscheidung ist, welche für die Vorbehandlung eines polierten Siliciumcarbidsubstrates und auch für die anschließende Abscheidung eines SiC-Überzuges oder einer SiC-Schicht darauf in Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und Form des Substrates verwendet werden kann,
Fig. 2 schematisch in Seitenansicht ein SiC-Substrat mit einer polierten oberen Oberfläche erläutert,
Fig. 3 schematisch in Seitendarstellung das Substrat von Fig. 2 nach einer ersten Vorbehandlung von dessen oberer Oberfläche mit Abscheidung eines dünnen Kohlenstoffilmes mit O&sub2; und CH&sub3;SiCl&sub3; darauf erläutert,
Fig. 4 schematisch in Seitenansicht das Substrat von Fig. 3 nach der chemischen Dampfphasenabscheidung eines nachbildenden Überzuges oder einer nachbildenden Schicht von SiC auf der oberen Oberfläche desselben erläutert,
Fig. 5 schematisch die Trennung des Substrates und der Nachbildung von Fig. 4 erläutert,
Fig. 6 ein poliertes chemisch in Dampfphase abgeschiedenes SiC-Substrat (linke Seite) und einen chemisch in Dampfphase abgeschiedenen Siliciumcarbidspiegel (rechte Seite) als Nachbildung hiervon zeigt,
Fig. 7 eine schematische Erläuterung ist, die das SiC-Nachbildungsverfahren nach der Erfindung weiter erklärt,
Fig. 8 eine Mikrophotographie der polierten Oberfläche eines chemisch in Dampfphase abgeschiedenen Siliciumcarbidsubstrates vor der Abscheidung ist,
Fig. 9 eine Mikrophotographie der Oberfläche des Substrates von Fig. 8 nach der Abscheidung ist und
Fig. 10 eine Mikrophotographie der nachgebildeten abgeschiedenen Oberfläche des Substrates von Fig. 8 sind.
Hinsichtlich wichtiger Eigenschaften möglicher großer raumbezogener Optikmaterialien wurde Siliciumcarbid als der führende Kandidat aufgrund der ausgezeichneten mechanischen, thermischen und physikalischen Eigenschaften dieses Materials und außerdem wegen der Offensichtlichkeit, daß große monolithische Stücke von Siliciumcarbid mit Hilfe eines chemischen Dampfphasenabscheidungsverfahrens erzeugt werden können, identifiziert.
Ein maßstäblich veränderbares chemisches Dampfphasenabscheidungsverfahren wurde unter Verwendung von MTS als eine Quelle für Siliciumcarbid zugeschnitten. Durch chemische Dampfphasenabscheidung abgeschiedenes Siliciumcarbidmaterial wurde erzeugt und hinsichtlich wichtiger physikalischer, mechanischer, thermischer und optischer Eigenschaften gekennzeichnet, die für große raumbezogene Optik relevant sind. Das chemisch in Dampfphase abgeschiedene Siliciumcarbid ist ein feinkörniges polykristallines Material theoretischer Dichte, mit einer einzigen Phase (kubisch) und hoher Reinheit, das hohe Biegefestigkeit (595 MPa), hohe Wärmeleitfähigkeit (198 Wm&supmin;¹k&supmin;¹), hohen Elastizitätsmodul (460 GPa) und ausgezeichnete Polierbarkeit ( ≤ 1 nm RMS) besitzt.
Die Nachbildbarkeit polierter vorgestalteter Siliciumcarbidspiegel direkt durch das chemische Dampfphasenabscheidungsverfahren nach der Erfindung wurde in Experimenten in kleinem Maßstab demonstriert, in welchen polierte Siliciumcarbidspiegeloberflächen erzeugt wurden, wobei nur geringes Polieren der Nachbildung erforderlich war, um ein Endprodukt zu erhalten, und wobei das ursprüngliche Siliciumcarbidsubstrat wiederverwendbar war.
Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das polierte ursprüngliche Substrat, das nachgebildet werden soll, aus chemisch in der Dampfphase abgeschiedenem SiC besteht, ist verständlich, daß ein solches Siliciumcarbidsubstrat auch nach anderen Methoden gebildet werden kann, die in der Technik bekannt sind.
Die Fig. 2 bis 5 der Zeichnung liefern gemeinsam eine erläuternde Erklärung der Stufen bei der Nachbildung eines Siliciumcarbidspiegels. So zeigt Fig. 2 in Seitenansicht ein Substrat mit einer oberen Oberfläche 14, die stark poliert ist. Die Form der Oberfläche kann eben oder gekrümmt sein. Wenn sie gekrümmt ist, ist die Oberfläche 14 reziprok, d. h. ein "Negativ" der Oberfläche der Nachbildung, die hergestellt werden soll. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, daß die Oberfläche der Nachbildung eine nach innen gehende Krümmung hat, wie in einem konkaven Spiegel, ist die Form der polierten Oberfläche 14 des Substrates 12 so ausgebildet, daß sie eine nach außen gehende Krümmung wie in einem konvexen Spiegel hat.
Fig. 3 zeigt das Substrat 12 nach der Abscheidung eines Kohlenstoffilmes 16 in situ auf der polierten Oberfläche 14, wobei dieser Film auf der Oberfläche 14 abgeschieden wurde.
Fig. 4 zeigt das Substrat nach der Abscheidung eines Überzuges oder einer Schicht 18 von SiC auf dem Kohlenstoffilm 16.
Fig. 5 zeigt die Trennung des Substrates 12 und der Schicht oder Nachbildung 18.
Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Trennung des Substrates 12 und der Nachbildung 18 ohne Notwendigkeit der Anwendung von Kraft, um sie auseinanderzubrechen, erfolgt.
Durch die Verwendung des Verfahrens bekommt man eine ausgezeichnete Nachbildung von chemisch in der Dampfphase auf der polierten Oberfläche eines Substrates abgeschiedenem SiC. Dies wird durch Fig. 6 demonstriert, welche eine Wiedergabe einer Photographie der Oberfläche 14 des polierten chemisch in der Dampfphase abgeschiedenen Siliciumcarbidsubstrates 12 (linke Seite der Figur) und die Oberfläche 22 eines durch chemische Dampfphasenabscheidung abgeschiedenen Siliciumcarbidspiegels 20 (rechte Seite der Figur) als Nachbildung des Substrates 12 ist, wobei ein Bild (die Buchstaben "SiC") auf der Vorderseite der beiden Oberflächen 14 und 22 abgebildet ist.
Fig. 1 erläutert schematisch eine Vorrichtung zur chemischen Dampfphasenabscheidung, die nach der Erfindung verwendet werden kann, um in situ einen Kohlenstoffilm 16 auf der polierten Oberfläche des Substrates, das nachgebildet werden soll, wie der Oberfläche 14 des Substrates 12 der oben beschriebenen Fig. 2 bis 5, zu bilden und die Abscheidung einer SiC- Schicht 18 über dem Kohlenstoffilm 16 zu bewirken.
Die Vorrichtung zur chemischen Dampfphasenabscheidung enthält einen horizontalen Versuchsofen 24, der einen elektrisch beheizten Lindberg-Dreizonenofen 24 umfassen kann. Die Vorrichtung enthält weiterhin ein Zufuhrsystem für Reaktionspartner 26 und ein Abzugssystem 28.
Verbunden mit dem Ofen 24 ist ein längliches Rohr 30 von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), das eine Reaktions- oder Abscheidungskammer 32 enthält, in welcher ein nachzubildendes Substrat 12 angeordnet ist. Das Rohr 30 erstreckt sich im wesentlichen in gleicher Richtung wie die Zone 2 des Dreizonenofens 24. Die Zone 2 wird mit einem elektrischen Heizelement 34 erhitzt. Die Zonen 1 und 3 umfassen Verteiler bzw. Abzugszonen und werden durch einzeln verbundene elektrische Heizelemente 36 und 38 erhitzt. Ein Verteiler 40 ist an der Grenzfläche der Zonen 1 und 2 vorgesehen.
Eine Substrattemperatursteuereinrichtung 42 steuert die Energiezufuhr zu dem Heizelement 34. Ähnlich steuert eine Verteilertemperatursteuereinrichtung 44 die Energiezufuhr zu dem Heizelement 36 und eine Abgastemperatursteuereinrichtung 46 die Energiezufuhr zu dem Heizelement 38.
In der Abscheidungskammer 32 ist eine Abscheidungszone 48 angeordnet, in welcher das Substrat 12 liegt. Das Substrat 12 in Fig. 1 ist als aus vier Seiten eines offenen Kastens bestehend gezeigt. In der Abscheidungskammer 32 ist auch eine Prallplatte 50. Ein Injektor 52 aus rostfreiem Stahl erstreckt sich durch den Verteiler 40 in die Abscheidungszone 48. Der Druck und die Temperatur in der Zone 48 werden durch ein Druckmeßinstrument 54 bzw. ein Temperaturmeßinstrument 56 angezeigt.
Das Reaktionspartnerzufuhrsystem 26 enthält eine Blasenzylinder- und Tauchrohreinrichtung 58, die MTS enthält, einen Behälter 60, der eine Argonquelle unter Druck umfaßt, einen Behälter 62, der eine Wasserstoffquelle unter Druck umfaßt, und einen Behälter 64, der eine Quelle für gereinigte oder "spezielle" Luft (20 % O&sub2; und 80 % N&sub2;) unter Druck enthält. Argon fließt durch eine Strömungsleitung 66 zu der Blasenzylinder- und Tauchrohreinrichtung 58. Eine Massenflußmeß- und -steuereinrichtung 68, die in die Strömungsleitung 66 eingeschaltet ist, steuert den Argonfluß.
Argonblasen, die das Reagenz MTS mit sich tragen, fließen durch die Strömungsleitungen 70 und 72 zu dem Injektor 52 an dem Verteiler 40. Wasserstoff strömt von dem Behälter 62 durch eine Strömungsleitung 74, in welche eine Massenflußmeß- und -steuereinrichtung 76 eingeschaltet ist, zu der Verbindung der Strömungsleitungen 70 und 72 und durch die Strömungsleitung 72 zu dem Injektor 52. Luft strömt aus dem Behälter 64 durch eine Strömungsleitung 78, in welche ein Massenflußmeß- und -steuergerät 79 eingeschaltet ist, zu der Verbindung der Strömungsleitungen 70 und 72 und durch die Strömungsleitung 72 zu dem Injektor 52.
Das Abzugssystem 28 enthält ein Paar von Gasfiltern 80 und 81, die durch eine Strömungsleitung 82 mit der Auslaßzone des Ofens 24 verbunden sind. Eine Strömungsleitung 84, in welcher ein Ofendrucksteuerventil 86 eingeschlossen ist, verbindet die Auslässe der Filter 80 und 81 mit einer Vakuumpumpe 88. Der Austrittdruck in der Strömungsleitung 84 wird durch ein Druckmeßgerät 90 angezeigt. Ein Bypass-Ventil 92 kann zwischen den Ausgängen der Filter 80 und 81, wie gezeigt, eingefügt sein. Der Ausgang der Vakuumpumpe 88 ist über eine Strömungsleitung 94 mit einem Gaswäscher 96 verbunden. Der Ausgang des Gaswäschers 96 ist über eine Strömungsleitung 98, durch welche die gewaschenen Gase gehen, mit der Atmosphäre verbunden. Das Abzugssystem 28 ist vorgesehen, um die gasförmigen Reaktionsprodukte zu evakuieren, die in der Reaktionskammer 48 während der Vorbehandlung und der Abscheidung von Siliciumcarbid freigesetzt werden.
Das auf dem Substrat 12 in der Abscheidungskammer 48 abzuscheidende SiC-Material wird, wie oben erwähnt, durch Umsetzung von MTS mit H&sub2; hergestellt. Es können jedoch auch andere Silan- und Wasserstoffquellen zur Bildung von SiC verwendet werden. Dieses Material wurde über einen weiten Bereich von Abscheidungstemperatur und Reaktordruck, d. h. Druck in der Ofenreaktionskammer 48, hergestellt, wie in der nachfolgenden Tabelle I gezeigt ist. Tabelle I Strömungsgeschwindigkeiten* (Slmp) Erzeugtes Material Abscheidungstemperatur, ºC Reaktordruck, Torr Abscheidungsgeschwindigkeit um/min * Standardliter je Minute
Die Reagenzien werden in die Reaktionskammer 48 durch den Injektor 52 eingeführt, der, wie gezeigt, mittig angeordnet ist. Obwohl nicht gezeigt, kann der Injektor 52 mit Wasser gekühlt werden, um eine Abscheidung in dem Injektor 52 zu verhindern und die Temperatur der Reaktionspartner niedrig zu halten und so eine Gasphasenzersetzung oder Keimbildung zu minimieren. Die Abscheidungsdicke wird durch Variieren der Abscheidungsparameter und der Abscheidungszeit gesteuert. Nachdem eine ausreichende Dicke des SiC-Materials abgeschieden wurde, wird das Abscheidungsverfahren beendet und der Ofen sehr langsam abgekühlt, um eine Neigung der Nachbildung, infolge von Restspannungen zu brechen, auf einem Minimum zu halten.
Die Nachbildung eines polierten Siliciumcarbidsubstrates nach der Erfindung schließt vor der Abscheidung der Siliciumcarbidnachbildung die Abscheidung einer dünnen Kohlenstoffschicht oder eines dünnen Kohlenstoffilmes bei 1300 ºC auf der polierten Oberfläche des nachzubildenden Substrates ein. Der in einer solchen Vorbehandlungsstufe abgeschiedene Kohlenstoffilm erlaubt eine leichte Trennung des Substrates und der Nachbildung nach der Siliciumcarbidabscheidung. Nach der Trennung haftet der Kohlenstoffilm an der Oberfläche der Nachbildung. Die Oberfläche der Nachbildung in der abgetrennten Form hat hohe Übereinstimmung der Oberflächenbeschaffenheit und Form mit der Oberflächenbeschaffenheit und Form des Substrates.
Der Kohlenstoffilm kann unter Verwendung mehrerer verschiedener Gasgemische abgeschieden werden: (1) TMS, (2) Luft und (3) Luft + MTS. Bei Verwendung von Luft als ein Reaktionspartner wird die polierte Oberfläche des Substrates effektiv mit Sauerstoff behandelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche die besten Nachbildungsergebnisse erbrachte, wird das Substrat zunächst in situ mit Luft fünf (5) Minuten behandelt, wonach unmittelbar eine Behandlung mit Luft plus Methyltrichlorsilan während drei (3) Minuten folgt. Die für die Abscheidung von Siliciumcarbid erforderlichen Bedingungen wurden dann eingeleitet und dreißig (30) Stunden forgesetzt.
Eine Zusammenstellung der Bedingungen der chemischen Dampfphasenabscheidung zur Erzielung einer Siliciumcarbidnachbildung gemäß dem zweistufigen Vorbehandlungsverfahren der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung finden sich in Tabelle II. Tabelle II Gasflußgeschwindigkeiten (Slpm) Substrattemperatur (ºC) Ofendruck (mm Hg) Abscheidungszeit min
Die schematische Erläuterung von Fig. 7 ergibt in größerer Einzelheit eine Erklärung des Siliciumcarbidnachbildungsverfahrens nach der Erfindung. Wie dort gezeigt, wird zunächst ein kohlenstoffreicher Siliciumcarbidfilm 100 auf einem polierten Siliciumcarbidsubstrat 102 abgeschieden, und dann läßt man eine Schicht 104 von chemisch in der Dampfphase abgeschiedenem SiC auf dem Film 100 aufwachsen. Am Ende der Abscheidung wird das nachgebildete SiC 104 leicht von dem Substrat 102 getrennt. Dies beruht auf der schwachen Bindung zwischen dem Film 100 und dem Siliciumcarbid 104. Gute Nachbildung erreicht man, indem man den Film sehr dünn macht. Es wird angenommen, daß die Nachbildung um so besser ist, je dünner der Film ist. Ungeachtet der Gültigkeit dieser Hypothese wurde ausgezeichnete Nachbildung mit der Dicke des Filmes 100 in diesem Bereich erzielt.
Die in Experimenten mit unterschiedlichen Gasgemischen gewonnenen Substrat- und Nachbildungsoberflächen wurden unter Verwendung verschiedener Techniken gekennzeichnet. Aus solchen Kennzeichnungsstudien wurden einige Informationen über das Nachbildungsverfahren erhalten. Erstens erzeugt Vorbehandlung in Luft oder O&sub2; + Ar einen dünnen Siliciumdioxidfilm (SiO&sub2;) auf dem SiC-Substrat. Zweitens wird eine Kohlenstoffschicht als ein Ergebnis der Behandlungen mit MTS + Ar und O&sub2; + MTS + Ar abgeschieden. Die Daten zeigen an, daß dieser Kohlenstoff eine hohe Oberflächenqualität hat und in der Form von glasartigem Kohlenstoff oder unvollständig graphitiertem Kohlenstoff vorliegt. Der Sauerstoff fördert nach größter Wahrscheinlichkeit die Dissoziation des MTS und die Bildung eines glänzenden Kohlenstoffilmes (im Vergleich mit der weniger glänzenden Kohlenstoffoberfläche, die bei Verwendung von MTS + Ar allein gebildet wird), obwohl der chemische Mechanismus nicht verstanden wird. Bei dem zweistufigen Verfahren, O&sub2; + Ar, gefolgt von O&sub2; + MTS + Ar, lag die Dicke des SiO&sub2;-Filmes (erzeugt durch die Stufe mit O&sub2; + Ar) im Bereich von 0,006 bis 0,036 um (60 bis 360 Å) bzw. der Kohlenstoffilm (erzeugt durch die Stufe mit O&sub2; + MTs + Ar) im Bereich von 0,22 bis 1,00 um (2200 - 10 000 Å).
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung und nicht irgendeiner Beschränkung.

Beispiel I

Die Vorrichtung nach Fig. 1 zur chemischen Dampfphasenabscheidung wurde verwendet, um in situ vorzubehandeln und eine Siliciumcarbidabscheidung aus MTS unter Verwendung der Verfahrensbedingungen nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in Tabelle II aufgeführt sind, zu erhalten. Vier (4) polierte Siliciumcarbidsubstrate mit einem Durchmesser von 38 mm (1,5 Inch) wurden in dem Reaktionsbereich oder der Zone 48 vor einer Vorbehandlung und Abscheidung von SiC angeordnet. Die Substrate wurden jeweils in einem einzeln verbundenen Halter aus Graphit befestigt. Nach 30stündiger Abscheidung, gefolgt von Abkühlen, trennte sich jede der Siliciumcarbidnachbildungen im abgeschiedenen Zustand leicht von dem mit ihr verbundenen Siliciumcarbidsubstrat. Oberflächenbeschaffenheit und Form jeder Nachbildungen stimmten mit der Oberflächenbeschaffenheit und Form des zugehörigen ursprünglichen polierten Siliciumcarbidsubstrates überein.

Beispiel II

Die Vorrichtung von Fig. 1 zur chemischen Dampfphasenabscheidung wurde verwendet, um in situ vorzubehandeln und eine Siliciumcarbidabscheidung aus CH&sub3;SiCl&sub3; auf vier polierten Siliciumcarbidsubstraten mit einem Durchmesser von 38 mm (1,5 Inch), die ähnlich den Substraten des Beispiels 1 befestigt waren, zu erhalten, wobei die Temperatur der Substrate auf 1300 ºC sowohl während der Vorbhandlungsstufe als auch während der Siliciumcarbidwachstumsstufe gehalten wurde. In der Vorbehandlungsstufe, die fünfzehn (15) Minuten dauerte, war der Ofendruck 100 mm Hg. Der Strom von Argon und Luft wurde auf Geschwindigkeiten von 5 bzw. 0,1 Standard-l/min gehalten, während der Fluß von MTS und H&sub2; Null war. In der Siliciumcarbidwachstumsstufe, die weitere 27 h dauerte, war der Ofendruck 200 mm Hg und der MTS-, Ar- und H&sub2;-Strom 0,70, 2,0 bzw. 3,0 Standard-l/min. Der Luftstrom war Null. Mit diesen Bedingungen und Abscheidungszeiten haftete nach der Abscheidung während 27 h, gefolgt von Abkühlen, das Siliciumcarbid in der abgeschiedenen Form teilweise an den Siliciumcarbidsubstraten, d. h. eine Trennung der Nachbildungen bekam man bei nur zwei der vier Substrate.

Beispiel III

Die Vorrichtung nach Fig. 1 zur chemischen Dampfphasenabscheidung wurde verwendet, um in situ vorzubehandeln und eine Siliciumcarbidabscheidung aus MTS auf vier polierten Siliciumcarbidsubstraten von 38 mm (1,5 Inch), die ähnlich wie die Substrate in Beispiel 1 befestigt waren, zu erhalten, wobei die Temperatur der Substrate auf 1300 ºC sowohl während der Vorbehandlungsstufe als auch während der Siliciumcarbidwachstumsstufe gehalten wurde. In der Vorbehandlungsstufe, die fünf (5) Minuten dauerte, war der Ofendruck 400 mm Hg. Der Ar- und Luftstrom hatten Geschwindigkeiten von 5 bzw. 0,1 Standard-l/min, während der MTS- und H&sub2;-Strom Null war. Bei der Siliciumcarbidwachstumsstufe, die 36 h verlief, war der Ofendruck 200 mm Hg und der Strom von MTS, Ar und H&sub2; 0,70, 2,0 bzw. 3,0 Standard-l/min. Nach Abscheidung während 36 h, gefolgt von Abkühlen, unter diesen Bedingungen haftete das abgeschiedene SiC teilweise an den Siliciumcarbidsubstraten, d. h. Abschnitte einiger der abgeschiedenen Siliciumcarbidnachbildungen trennten sich ab.

Beispiel IV

Die Vorrichtung nach Fig. 1 zur chemischen Dampfphasenabscheidung wurde verwendet, um in situ vorzubehandeln und eine Siliciumcarbidabscheidung aus MTS auf einem polierten Siliciumcarbidsubstrat von 38 mm (1,5 Inch) zu erhalten, das ähnlich dem Substrat von Beispiel 1 befestigt war, wobei die Temperatur des Substrates sowohl während der Vorbehandlungsstufe als auch während der Siliciumcarbidwachstumsstufe auf 1300 ºC gehalten wurde. In der Vorbehandlungsstufe, die fünf (5) Minuten dauerte, war der Ofendruck 200 mm Hg. Der Fluß von Ar bzw. Luft betrug 5 und 0,10 Standard-l/min, wobei der CH&sub3;SiCl&sub3;- und H&sub2;-Fluß Null waren. In der Siliciumcarbidwachstumsstufe, die 40 h dauerte, wurde der Ofendruck auf 200 mm Hg gehalten und lag der Fluß von MTS, Ar und H&sub2; bei 0,70, 2,0 bzw. 3,0 Standard-l/min, wobei der Luftstrom Null war. Nach der Abscheidung und Abkühlung trennte sich die Siliciumcarbidnachbildung in der abgeschiedenen Form leicht von dem Substrat, d. h. viel einfach ab, wenn der Ofen 24 am Ende des Versuches auseinandergenommen wurde. Die Fig. 8 und 10 der Zeichnung zeigen jeweils Mikrophotographien der Siliciumcarbidsubstratoberfläche vor der Abscheidung, der Substratoberfläche nach der Abscheidung und der abgeschiedenen nachbildenden Oberfläche der Nachbildung. Die Vergrößerung ist 200fach. Man bemerke, daß die Nachabscheidungs-Substratoberfläche und die nachgebildeten Oberflächen in der abgeschiedenen Form sehr ähnlich sind und Oberflächenmerkmale haben, die ≤ 5 um sind. Vor der Abscheidung erscheint die Substratoberfläche (Fig. 8) glatter (mit weniger Merkmalen) als die Oberfläche nach der Abscheidung und die nachgebildete Oberfläche.

Beispiel V

Die Vorrichtung von Fig. 1 zur chemischen Dampfphasenabscheidung wurde verwendet, um in situ vorzubehandeln und eine Siliciumcarbidabscheidung aus MTS auf poliertem Siliciumcarbid von 38 mm (1,5 Inch), das ähnlich den Substraten des Beispiels 1 befestigt war, zu erhalten, wobei die Temperatur des Substrates sowohl während der Vorbehandlungsstufe als auch während der Siliciumcarbidwachstumsstufe auf 1300 ºC gehalten wurde. Bei der Vorbehandlungsstufe, die fünf (5) Minuten dauerte, war der Ofendruck 100 mm Hg. Der Fluß von Ar bzw. Luft war 5 bzw. 0,1 Standard-l/min, wobei der MTS- und H&sub2;-Fluß Null war. In der Siliciumcarbidwachstumsstufe, die 16 h dauerte, war der Ofendruck 200 mm Hg und der Strom von MTS, H&sub2; und Ar 0,70, 2,0 bzw. 3,0 Standard-l/min. Der Luftstrom war Null. Das abgeschiedene Siliciumcarbid haftete an den Siliciumcarbidsubstraten.
Faßt man die Nachbildungsergebnisse zusammen, so scheint Sauerstoffätzen in situ allein ausreichend zu sein, um eine Nachbildung zu erzielen. Die Analyse zeigt an, daß sich auf dem polierten Siliciumcarbidsubstrat eine Oxidschicht (SiO&sub2;) bildet, wenn es Sauerstoff bei hoher Temperatur (1300 ºC) ausgesetzt wird, und daß diese Oxidschicht als ein Katalysator zur Bildung einer graphitischen Kohlenstoffschicht bei ihrer Umsetzung mit MTS während der Anfangsabscheidung von Siliciumcarbid wirkt. Durch Steuerung der Dicke der Oxidschicht kann die Dicke der graphitischen Kohlenstoffschicht und somit der Nachbildungsgrad gesteuert werden. Wie jedoch oben erwähnt wurde, wurde die beste Nachbildung bei Verwendung des oben beschriebenen zweistufigen Verfahrens erhalten: O&sub2; + Ar, gefolgt von O&sub2; + MTS + Ar.
So wurde gemäß der Erfindung ein chemisches Dampfphasenabscheidungsverfahren zur Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und Form vorgeformter Gegenstände erhalten. Das Verfahren der Erfindung hat bei der Nachbildung der sehr hohen Oberflächenqualität und Gestalt polierter Siliciumcarbidspiegelsubstrate oder -formkerne besondere Brauchbarkeit und ermöglicht die direkte rasche Herstellung von Spiegeln hoher optischer Qualität, d. h. hoher Oberflächenqualität, wobei nur geringes Polieren der Nachbildung erforderlich ist, um das erwünschte Endprodukt zu erhalten.
Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jegliche Kompensation von Unterschieden der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Substrates oder Formkernes und dem Material, welches chemisch in der Dampfphase darauf abgeschieden werden soll, um eine Nachbildung zu erzeugen, überflüssig ist. Das Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das ursprüngliche Substrat oder der ursprüngliche Formkern wiederverwendbar ist.

Claims

1. Chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren zur Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und/oder der Form von vorgeformten Gegenständen mit den Stufen, in denen man

a) ein nachzubildendes vorgeformtes Substrat (12) mit einer polierten Oberfläche in einen Ofen für chemische Gasphasenabscheidung (24) einführt, wobei dieses Substrat aus einem Material besteht, das einen höheren Schmelzpunkt als die Abscheidungstemperatur von darauf abzuscheidendem Material hat und das mit O&sub2; unter Bildung einer Oxidschicht darauf reagiert,

b) den Ofen für chemische Gasphasenabscheidung evakuiert, auf Leckage prüft und dann erhitzt,

c) das Substrat in situ unter Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 1300 ºC vorbehandelt, indem man O&sub2; + Ar in den Ofen einführt, um eine auf der polierten Oberfläche des Substrates auszubildende Oxidschicht zu erzeugen,

d) eine Schicht (16) von graphitischem Kohlenstoff auf dieser Oxidschicht durch chemische Gasphasenabscheidung aus Methyltrichlorsilan (MTS) ausbildet,

e) MTS + H&sub2; + Ar in den Ofen einführt, um die Abscheidung einer SiC-Schicht auf der graphitischen Kohlenstoffschicht auf der polierten Oberfläche des Substrates zu erzeugen, wobei die SiC-Schicht eine Nachbildung (18) des Substrates umfaßt, und

f) den Ofen auf Umgebungstemperatur kühlt, das Substrat mit der Nachbildung entfernt und das Substrat und die Nachbildung voneinander trennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bedingungen für die SiC-Abscheidung in der Stufe e) folgende sind:

Substrattemperatur 1300 ºC

Ofendruck 26,7 kPa (200 Torr)

Gaspartialdruck Ar 9,07 kPa (68 Torr)

H&sub2; 13,6 kPa (102 Torr)

MTS 4,0 kPa (30 Torr)

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das vorgeformte Substrat (12) aus Siliciumcarbid besteht.

4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem in der Stufe d) die graphitische Kohlenstoffschicht auf dem Substrat durch Einführung eines Gemisches von O&sub2; + MTS + Ar nach Bildung der Oxidschicht ausgebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, abhängig von Anspruch 3, bei dem eine Siliciumdioxidschicht mit einer Dicke im Bereich von 6 bis 36 nm während der Stufe c) erzeugt wird und eine Kohlenstoffschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,22 bis 1,0 um in der Stufe d) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem die allgemeinen Bedingungen, unter welchen Gase in den Ofen in den Stufen c) und d) eingeführt werden, folgende umfassen:

Stufe c)

Substrattemperatur 1300 ºC

Ofendruck 26,7 kPa (200 Torr)

Gaspartialdruck Ar 26,1 kPa (196 Torr)

O&sub2; 107 Pa (0,8 Torr)

Abscheidungszeit 4 bis 5 min

Stufe d)

Substrattemperatur 1300 ºC

Ofendruck 26,7 kPa (200 Torr)

Gaspartialdruck Ar 23,6 bis 26,1 kPa (177 bis 196 Torr)

O&sub2; 107 Pa (0,8 Torr)

MTS 0,4 bis 2,5 kPa (3 bis 19 Torr)

Abscheidungszeit 2 bis 5 min

7. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Schicht von graphitischem Kohlenstoff auf der in Stufe c) gebildeten SiO&sub2;-Schicht während einer Anfangsstufe der Behandlung mit MTS + H&sub2; + Ar ausgebildet wird, wobei die SiO&sub2;-Schicht als ein Katalysator zur Bildung der graphischen Kohlenstoffschicht bei ihrer Umsetzung mit MTS wirkt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die allgemeinen Bedingungen, unter denen Gase in den Ofen ist Stufe c) eingeführt werden, folgende umfassen:

Substrattemperatur 1300 ºC

Ofendruck 13,3 bis 53,3 kPa (100 bis 400 Torr)

Gaspartialdruck Ar 13,1 bis 52,3 kPa (87 bis 392 Torr)

O&sub2; 53,3 bis 213,3 Pa (0,4 bis 1,6 Torr)

Abscheidungszeit 5 bis 15 min

9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem O&sub2; in den Gemischen von in den Ofen eingeführten Gasen in der Form von spezieller Luft mit 20 % O&sub2; und 80 % N&sub2; vorliegt.

10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem in jeder der Stufen c) und d) die betreffenden Gemische von Gasen in den Ofen durch einen Injektor (52) eingeführt werden.

11. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem der in den Ofen (24) eingeführte Gasstrom im wesentlichen der gleiche während der Stufen c) bis e) bleibt.

12. Chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren zur Nachbildung der Oberflächenbeschaffenheit und Form eines vorgeformten polierten Siliciumcarbidsubstrates mit den Stufen, in denen man

a) ein nachzubildendes vorgeformtes Substrat aus SiC mit einer polierten Oberfläche in einen Ofen für chemische Gasphasenabscheidung einführt,

b) den Ofen für chemische Gasphasenabscheidung evakuiert, auf Leckage prüft und dann auf eine Temperatur von etwa 1300 ºC erhitzt,

c) das Substrat in situ, während es sich auf einer Temperatur von etwa 1300 ºC befindet, vorbehandelt, indem man in den Ofen Methyltrichlorsilan (MTS) einführt, um eine Schicht von graphitiertem Kohlenstoff auf der polierten Oberfläche des Substrates auszubilden,

d) MTS + H&sub2; + Ar in den Ofen einführt, um die Abscheidung einer SiC-Schicht auf der graphitierten Kohlenstoffschicht auf der polierten Oberfläche des Substrates zu erzeugen, und

e) den Ofen auf Umgebungstemperatur kühlt, das Substrat mit der Nachbildung entfernt und das Substrat und die Nachbildung voneinander trennt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die allgemeinen Bedingungen, unter welchen Gase in den Ofen in Stufe c) eingeführt werden, folgende umfassen:

Substrattemperatur 1300 ºC

Ofendruck 12,0 kPa (90,0 Torr)

Gaspartialdruck Ar 10,5 kPa (78,7 Torr)

MTS 1,5 kPa (11,3 Torr)

Abscheidungszeit 10 min