SE455602B - Forfarande och anordning for beskiktning av en eller flera formdelar genom katodforstoftning - Google Patents

Description

20 25 30 35 455 60.2 beror på att nämnda förfaranden - i motsats till påång- ningsförfarandet - kan genomföras i ett tryckområde av 5 x 10-3 till 5 x 10-2 mbar. Detta betyder, att den mel- lersta, fria väglängden för de i processen medverkande jonerna och atomerna ligger mellan 5 och 50 mm, så att partiklarna på väg från källan till substratet kolliderar med varandra åtskilliga gånger. Som en följd därav instäl- ler sig en oordnad materialtransport, något som inom vissa gränser möjliggör en beskiktning "runt hörnet".

I beaktande av den allsidiga beskiktningen av formdelar vore det s.k. CVD-förfarandet gynnsamt, som funnit en ut- bredd spridning vid talrika tillfällen. Detta gäller dock inte temperaturkänsliga delar, då de olika CVD-förfaran- dena kräver en substrattemperatur från 900 till 11000 C.

Dessa temperaturer medför att snabbstål, vars maximala temperaturbelastning ligger på ca 6000 C, inte kan behand- las. Nämnda temperaturområde gör det heller inte möjligt att beskiktningsbehandla klockhöljen eller klockarmband, vid vilka det handlar om att reproducerbart få fram en guldliknande yta. Vid klockarmband måste också hänsyn tas till att dessa ofta i färdigt tillstånd innehåller fjäder- element som inte tål någon högre temperaturbelastning.

I motsats därtill ligger substrattemperaturen vid vakuum- beskiktning fördelaktigt till i ett område mellan 200 och 5000 C och kan i de särskilda användningsfallen inställas specifikt. I beaktande av jonöverdragning och katodförstoft- ning medför det förstnämnda förfarandet först de gynnsamma- re förutsättningarna. På grund av den höga accelerations- spänningen - från 3000 till 5000 V - vid substratet och den därmed förbundna jonbeskjutningen ligger vid denna process substrattemperaturen mellan 250 och 5000 C, varigenom till- växten av kristalliniska hårdskikt såsom exempelvis titan- nitridskikt gynnas. Vid katodförstoftning sker uppvärmnin- gen väsentligen genom sekundär elektronbeskjutning. De tem- peraturer som därvid förekommer ligger mellan 50 och 300 O C 10 15 20 25 30 - 455 602 och är därmed alltför låga för att åstadkomma önskad skikt- hårdhet.

Katodförstoftningsförfarandet av ingressvis angivet slag, som ofta också benämnes högeffektkatodförstoftningsförfa- rande eller "magnetron sputtering" (magnetronförstoftning), erbjuder på grund av urladdningsgeometrin ideala förutsätt- ningar för beskiktning i genommatningsdrift. Därmed är be- skiktningaanläggningar med hög produktivitet möjliga. Sär- egenheten vid högeffektförstoftning är det genom magnet- fältlinjerna bildade plasmafallet, som väsentligen begrän- sar urladdningen till omrâdet vid målytan, så att där sker ett särskilt kraftigt avlägsnande av mâlmaterialet. Detta medför en väsentligt större förstoftning- och nerslagsgrad.

Detaljerna i denna process är dock mycket omfattande be- skrivna i litteraturen varför mera ingående beskrivning inte är erforderlig.

För katodförstoftningsförfarandet talar ytterligare, att flera meters längd är möjlig och att i dag finns högt ut- vecklade processtyrningssystem resp. -regleringar. Möjlig- héten till substrattemperaturer under 2500 utvidgar an- vändningsområdet i riktning mot konstmaterial, monterade armband med temperaturkânsliga gjutmateriel etc. Vidare tillåter katodförstoftning en problemlös beskiktning med metallegeringar och metallförbindningar, exempelvis titan och zirkonium.

Under det att målbelastningen vid den klassiska katodför- stoftningen utan magnetfältunderstöd ligger vid maximalt 2 kan den vid det ingressvis angivna förfarandet ca 5 W/cm ökas upp till 25 W/cmz. De uppnåbara förstoftnings- resp. nerslagsgraderna är proportionella mot den målet tillförda effekten. De från denna process resulterande höga laddnings- bärartjocklekarna medför en reducering av urladdningsspän- ningen till 200-600 Volt, något som, totalt sett, medför en högre målbelastningsmöjlighet. 10 15 20 25 30 35 455 602 ' På grund av magnetfältets verkan och koncentrationen av plasmat framför målet förlorar substratbäraren den annars sedvanliga anodfunktionen. Vid högeffektförstoftning fly- ter elektronerna till recipienten eller till förstoftnings- anläggningens inre under det att substraten förblir mer eller mindre kalla. Beroende av substratens volym och vär- meledningsförmåga inställer sig vid högeffektförstoftning substrattemperaturer mellan 50 och 3000 C.

Högeffektförstoftning är också användbar för reaktiv för- stoftning av metalliska mål. Detaljerna i detta förfaran- de tillhör likaledes sedan länge känd teknik och beröres inte närmare. Även med avseende på styrning resp. regle- ring av reaktiva förstoftningsförfaranden finns sedan län- ge flera möjliga lösningar varigenom skikt med reproducer- bara egenskaper kan uppnås, såsom exempelvis oxid, nitrid eller karbid.

Högeffektförstoftningsförfarandet har hitintills använts framför allt för att beskikta plana, jämna substrat, var- vid användningsområdet för beskiktningen har omfattat kisel- brickor och keramiksubstrat inom mikroelektroniken, glas- substrat för LCD-display, glasskivor på upp till flera kvad- ratmeter. Därvid sjunker stoftgraden med tilltagande av- stånd från målet. Detta betyder, att nerslagets skikttjock- lek inte kan bli lika på en formdels alla ställen. Därtill överlagras denna effekt av åtminstone delvis uppträdande skuggningar som är betingade av formdelens geometri. Rör det sig vid sönderdelningsprocessen om en reaktiv process, så resulterar genom olika förstoftningsvärden även olika sammansättningar för nerslaget i beroende av avståndet re- lativt målet. Orsaken är att reaktivgasens partialtryck är i mångt och mycket konstant över hela urladdningsrummet, dock att nerslagets stökometriska förhållanden är avhäng- iga metallpartiklarnas och gaspartiklarnas nedslagssannolik- het. Detta har till följd hårdheten hos skiktet på den mot målet vända sidan skiljer sig från hårdheten på undersidan 10 15 20 25 30 45.5. 602 eller så, att vid dekorativa skikt är exempelvis guldtoe nen på fram- resp. baksidan av en klocka inte identiska.

Därutöver är jonbeskjutningens inflytande som följd av substratförspänningen Usub likaledes avstândsberoende, vilket leder till olika temperaturer och verkningar av den s.k. självreningseffekten.

Uppfinningen syftar att förbättra ett förfarande av in- gressvis beskrivet slag så, att också formdelar med kompli- cerad geometri ges en i möjligaste mån likformig beskikt- ning över hela ytan med avseende på de väsentligaste egen- skaperna, till vilka hör den kemiska och mekaniska bestän- digheten innefattande hårdhet, utseende, skikttjocklek och kemisk sammansättning.

Lösningen på det uppställda problemet framgår av kravets 1 kännetecknande del.

Uppfinningen består inte enbart av ett symmetriskt anbrin- gande av två urladdningsförlopp på båda sidor om formdelen resp. formdelarna. En viktig roll spelar också påläggningen avden negativ spänning Usu på formdelarna. Genom ett föns- ter i anordningen kan°man šetrakta hur det uppfinningsenli- ga tillståndet inträder: Mellan två i och för sig konventio- nella katodanordningar med magnetfältbildare (högeffektkato- der, magnetroner) bränner först två urladdningar som är av- gränsade från varandra genom ett mörkt område och oriente- rade omedelbart framför de båda målytorna. Ett substrat resp. en formdel föreligger inte först. Om sedan ett inlagt, och en motsvarande förvald negativ spänning pålagt substrat rö- res i mellanrummet mellan målen; förstoras urladdningsrum- men resp. plasmamolnen till dess att de omsluter formdelen på alla sidor. Vid mindre formdelar går plasmamolnen i och genom varandra så att rummet mellan målen utfylls medelst en glimurladdning. Vid detta förlopp ökar urladdningens ljusstyrka kraftigt. 10 15 20 25 30 3 455 602 Man kan också förfara omvänt, så att man inför formdelen mellan målen och först utan elektrisk anslutning eller lagd på massapotentialen. Härvid ändrar sig först glimurladdnin- gen inte märkbart. Om man sedan lägger en spänning på form- delen och kontinuerligt ökar denna, så förstoras så smånin- gom plasmamolnen i riktning mot formdelen till dess att de når och omsluter denna. På detta sätt är det lätt att be- stämma den negativa spänning Usub , vid vilken båda katod- anordningarnas urladdningsrum når fram till och berör form- delen. Som tendens kan påpekas, att denna spänning måste vara högre ju större de båda urladdningsrummens (utan form- del) avstånd är och ju "tunnare" formdelen är.

På detta sätt uppstår, betingat av formdelens negativa för- spänning, en växelvis matning och genomträngning av de båda plasmaurladdningarna med allsidig kondensation av beskikt- ningsmaterialet. Då kondensatetes stökometri vid reaktiva sönderdelningsprocesser säkras också vid substratytan, upp- kommer en ytterst homogen skiktsammansättning. En mycket ssor likformighet uppnås också med avseende på skikttjock- leksfördelningen, d.v.s. nämnvärda skuggeffekter kunde inte iáktta5as.Även hårdhetsfördelningen resp., vid dekorativa skikt, ytans utseende, var uttalat likformig över hela form- delen. Formdelarna kan, trots stor skikthårdhet, hållas på en låg temperaturnivå, så att exempelvis urhöljen och klock- armband med inbyggda fjäderelement kan beskiktas utan olä- genheter.

Uppfinningen kan med fördel vidareutbildas därigenom, att förfarandeparametrarna, såsom sönderdelningseffekt per yt- enhet hos målet, avstånd mellan närliggande mål, magnet- fältstyrka, väljes så, att urladdningsrummen hos båda mål- ytorna åtminstone delvis överlappar varandra också i från- varo av formdelen resp. formdelarna och att den på formde- len pålagda spänningen Usub uppgår till åtminstone 10 Volt (negativ) relativt massan. Tendensen resp. influensstorle- ken hos de enskilda förfarandeparametrarna framgår längre 10 15 20 25 30 455 602. fram i detaljbeskrivningen. Här skall bara sägas så mycket, att magnetfältstyrkan relativt vanliga magnetfältstyrkor är minskad vid högeffektstoftningen, varvid den vanliga, starka inkapslingen av urladdningen delvis upphävs. Till följd därav är redan en förhållandevis ringa spänning Usub tillräcklig för att förstärka resp. utjämna urladdningens inverkan på formdelen.

Det uppfinningsenliga förfarandet är särskilt ägnat för framställning av skikt av titannitrid (TiN). Därvid sörjes för, att sönderdelningsatmosfären innehåller, förutom en ädelgas (argon), kväve med ett partialtryck mellan 4 x 10-4 och 8 x 10-4 mbar vid ett totaltryck av 5 x 10-3 till 2 x 10-2 mbar.

Beskiktning av formdelar för olika användningsändamål är sedan flera år föremål för undersökningar. Särskilt områ- det verktygsförädling, såsom beskiktning av borrar och frä- sar, har befrämjat utvecklingen. På senare tid har ett nytt användningsområde öppnat sig, nämligen användningen av Ti- tannitrid såsom ersättning för guld, exempelvis för beskikt~ ning av klockhöljen, armband och andra bruksföremål. Här spelar framför allt materilainbesparing och eliminering av vattenutsläppsproblem en stor roll, något som är typiskt för den konventionella galvaniseringsprocessen. Den i jäm- förelse med guld betydligt större skikthârdheten ger där- vid en ytterligare fördel. Processkontrollen hos det upp- finningsenliga förfarandet är i jämförelse med det klassis- ka förfarandet i betydande grad vidareutvecklad. Detta är särskilt viktigt med avseende på reproducerbarhet av redan beskrivna guldtonskikt.

Ytterligare fördelaktiga utformningar av såväl förfarandet som anordningen enligt uppfinningen framgår av de osjälvstän- diga patentkraven och av den följande detaljbeskrivningen.

Fig. 1 är en grafisk framställning av den över formdelen flytande substratströmmen I ub i beroende av subs- S 10 15 20 25 30 35 455 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 UI Fig.

Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 Fig.

Fig.1o Fig.11 Fig.12 602 tratspänningen Usub vid olika avstånd "d" mellan mål och formdel; är en grafisk framställning av den över formdelen flytande substratströmmen I ub i beroende av subs- S tratspänningen U ub vid olika effekter, räknade på S målet; är en grafisk framställning av substrattemperaturen i jämviktstillstånd (Självuppvärmning) i beroende av substratspänningen vid olika avstånd "d" och magnet- fältstyrkor H; visar en grafisk framställning av beroendet av olika parametrar vid förstoftningsprocessen avhängigt av- ståndet mål/substrat vid endast på en sida anordnad katod; är en framställning analog med den enligt fig.4; visar en grafisk framställning av beroendet av den vid en över formdelen flytande substratströmmen Isub anordning enligt fig.5; är en grafisk framställning av avhängigheten hos hård- heten till ett TiN-skikt av kvävepartialtrycket vid förstoftning; är ett s.k. Auger-diagram över skiktuppbyggnaden; 9 är en grafisk framställning av beroendet av hârdheten hos ett TiN-skikt av substrattemperaturenß är en perspektivisk framställning av en uppfinnings- enlig anordning för beskiktningsdrift; är ett tvärsnitt genom katodanordningen enligt fig.10 i förstorad skala och i inbyggt tillstånd hos den in- re katodanordningen och är en schematisk framställning av en uppfinningsenlig storanläggning för kontinuerlig drift.

Fig.1 belyser följande sammanhang:Enligt ovanstående utföran- den är vid högeffektförstoftningen plasman koncentrerad tätt framför målet genom verkan av magnetfältet. Substratet är i princip elektriskt isolerat från urladdningsrummet; det om- ges inte av plasmamolnet. Pålägger man ett substrat, exempel- 10 15 20 25 30 35 455 602 vis en av koppar bestående formdel med en vikt av 200 g, b mellan -100 och 2500 V, så flyter mellan den på massapotentialen liggande vakuumkam- som är mindre än 50 mA, en negativ förspänning Usu maren och substratet en ström Isub så länge avståndet mellan substrat och mål är större än 40 mm. Substratet är elektriskt avkopplat. Detta är desto anmärkningsvärdare som urladdningsspänningen själv fram- för substratet bara uppgår till ca Usub = 350 V. Magnet- fältets Hp horisontalkomponent uppgå: härvid till 700 Oe.

Urladdningstrycket ligger på 5 x 10 mbar. Som diagrammet visar, kan man öka spänningen U mycket starkt, utan att Sub också bara uppnå ett nämnvärt tilltagande av strömmen I Sub' Underskrider man dock ett bestämt gränsavstånd, som i före- liggande fall ligger på 25 mm, så är den elektriska förbind- ningen mellan plasmamolnet och substratet alstrad, och subs- tratströmmen I stiger språngvis redan vid en spänning Sub U = -300 V. Under dessa betingelser drages positiva jo- nâïbfrån plasman och accelereras i riktning mot substratet.

Det föreligger således liknande betingelser som vid jonöver- draget. Efter jonbeskjutningens intensitet, som genom den pålagda substratspänningen kan regleras börjar substratet själv att förstofta, d.v.s. den kända självreningseffekten och den ökade möjligheten till beskiktning av skuggade subs- tratdelar (rå eller strukturerad yta) föreligger.

Fig.2 belyser följande sammanhang: Den i samband med fig.1 beskrivna effekten är inte enbart avhängig avståndet sub- strat-mål, utan även den rumsmässiga begränsningen av plas- mamolnet påverkas också av den målet tillförda effekten.

Plasman utvidgar sig härvid ytterligare ju större mâlbelast- ningen är. Av fig.2 framgår tydligt, att substratströmmen stiger vid tilltagande effekt, även om avståndet mål-sub- strat konstanthålles vid 20 mm. Urladdningstrycket låg på 5 x 1o'3 till 250 Oe, substratets yta ca 44 cmz. mbar. Magnetfältets horisontalkomponent uppgick Fig.3 belyser följande sammanhang: Som tredje komponent 10 15 20 25 30 35 455 602 10 spelar magnetfältets styrka en viktig roll. I fig. 3 vi- sas den genom jonbeskjutningen uppnâbara självuppvärmnin- gen av substratet i beroende av substratspänningen Usub vid tvâ olika magnetfältstyrkor på 200 och 700 Oe samt för två olika avstånd mellan substrat och mål, 28 och 50 mm.

Enligt parametern uppvärmdes en 200 g tung formdel av kop- par olika. Därvid uppgick beskiktningstiden till 2 minuter, förstoftningseffekten till 800 Watt och urladdningstrycket till s x 1o'3 mbar. Det kan fastslås, att magnetfäitstyrkan utövar en liknande verkan som förstoftningseffekten. Genom en hög magnetfältstyrka på 700 Oe kontrakteras praktiskt ta- get plasmamolnet och vid det ringa mål-substrat-avståndet d = 28 mm överstiger substrattemperaturen värdet 1000 C en- dast väsentligt. Reduceras magnetfältstyrkan HP till 200 Oe, så är under dessa urladdningsbetingelser genom jonbeskjut- ning substrattemperaturer på över 3000 C möjliga. Därmed är tendenserna hos de enskilda parametrarna vid det uppfinnings- enliga förfarandet påvisade.

I fig.4 åskådliggöres också den rumsmässiga anordningen för en cylindrisk formdel relativt mâlytan, som man tänker sig ha abskissvärdet 0. Formdelens längdaxel befinner sig på ungefär 60 mm avstånd från målytan. Formdelen får under trans- porten, som man kan tänka sig vara parallell med mâlytan, inte vridas. På ordinatan är graden av förstoftning, ladd- ningsbärartjockleken och reaktivgasens (kväve) partialtryck fördelade i villkorliga enheter ( WE). Som framgår av figu- ren sjunker graden av förstoftning enligt kurvan A med till- tagande avstånd från målet. Detta medför den redan ovan be- skrivna nackdelen.

Fig. 5 belyser förhållandena vid ett parvis anordnade av två katodsystem på båda sidor om formdelen F i ett spegel- symmetriskt arrangemang. Den vänstra målytan befinner sig vid abskissvärdet 0 och den högra målytan kan man tänka sig vid abskissvärdet 120 mm. För var och en av de enskilda katodanordningarna gäller de i samband med fig.4 belysta 10 15 20 25 30 35 455 602 11 sammanhangen, d.v.s. för båda målen gäller de streckpunk- terat åskådliggjorda förstoftningsnivåerna, varvid den till vänster upptill visade kurvan A1 gäller för det vänst- ra målet och den till höger upptill visade kurvan A2 för det högra målet. Genom förloppets överlagring uppstår dock ett beskiktningsområde vari långtgående likmässigarkonden- sationsbetingelser föreligger. Bredden av zonen för konstant kondensations- och urladdningstemperaturer är avhängig de enskilda processparametrarna och är föremål för en optime- ring av förfarandet och anordningen, varvid dimensionerin- gen av magnetfältet, högeffektkatoderna, målavstånden samt tryckförhållandet för reaktivgasen och den inerta gasen (bärargas) och elektriska data spelar en avgörande roll.

Tendensen för företagande av optimeringsförloppen påvisa- des ovan.

I anslutning till fig. 6 kan följande omtalas: Vid den par- visa katodanordningen stegras väsentligt substratets jon- beskjutning och därmed den uppnåbara temperaturhöjningen resp. självreningseffekten. Vid förhållandet 3:1 mellan målyta/substratyta kan, vid användning av en katod med en målyta av 430 cmz och vid en substratförspänning av 250 V, ungefär 2 A, d.v.s. 500 W substratbelastning, "dragas“ ur plasman om katodens belastning ligger på 4,6 kW. Därmed ligger de frambringbara substratytebelastningarna med ca 3,6 W/cmz med jonöverdraget jämförbart högt.

Exempel I en anordning,som närmare beskrives i anslutning till fig. 10 och 11, genomfördes följande försök: de parvis anordna- de_mâlen bestod av titan i syfte att framställa titannitrid- skikt. Målytornas avstånd uppgick till 120 mm; förstoft- ningstrycket låg i ett tryckomrâde av 5 till 10 x 10-3 mbar.

Vid en målbelastning av ca 11 W/cmz uppgick förstoftnings- graden hos det bildade titannitridet till ungefär 27 A/s. som viktigaste inflytandestorlek befanns kvävets partial- tryck vara, som i området i det i fig.7 angivna abskissvär- 10 15 20 25 30 455 602 12 det varierades. Fig. 7 visar skikthårdheten som funktion av kvävepartialtrycket. Det skall sägas, att i ett mycket smalt partialtryckområde, som under de givna betingelserna låg mellan 6 till 7 x 10-4 mbar, ägde en kondensering av mycket hårda titannitridskikt rum. Som maximal hårdhet av Slym tjocka TiN-sšikt på V2A-substrat fastställdes ungefär HV1o = 3000 kp/mm . Under nämnda betingelser bestod konden- satet i området med stor hårdhet av väsentligen stökiomet- risk TiN.

Fig. 8 visar en Auger-profilbild för fördelning av titan, kväve, syre och järn som en funktion av skikttjockleken.

Som ordinat är koncentrationen av nämnda element fördelad i atomprocent; abskissen visar skikttjockleken i/um. I områ- det 0,2 till 5 um består skiktet väsentligen av 43 % Ti och 50 % N. Dessutom kunde man fastslå en syreandel på ca 5 % över hela djupet. Vid skiktytan betraktade man på ett djup av 0,2lpm en syreanrikning, som inneslöt ett tunt oxidskikt.

Vidare uppstod vid skiktbasen en ökning av syreandelen. Här reducerades uppenbarligen VZA-substratets oxidöverdrag, var- vid det atomära syret under temperaturinflytandet diffunde- råde i riktning mot skiktytan. Pâ den skarpa stigningen av Fe-signalen känns VZA-ytan igen (hänsyn har i framställnin- gen inte tagits till motsvarande signaler för Cr och Ni).

Slutligen visar den relativt långsamma Ti-signalsänkningen i omrâdet från 5 Pm till 6 fm på en diffusion av Ti i V2A- ytan. Detta är uppenbart orsaken till den framträdande ko- hesionen på de så anbringade TiN-skikten.

Ur fig. 9 framgår substrattemperaturens inflytande på skik- tets hårdhet. Genom olika substratförspänning men också ge- nom motsvarande substratförvärmning upphettades formdelarna till temperaturer mellan 50 och 6000 C. I detta temperatur- område ökar hårdheten från ungefär Hv10 = Katodförstoftningsanordningen enligt fig. 10 tjänar att be- skikta formdelar av mindre storlekar såsom urkapslar, arm- 1ooo till 3750 kp/mm? 10 15 20 25 30 35 -455 602 13 band, små borrar etc. Det handlar om en beskiktningsvis driven anläggning med en vakuumkammare 1 med en diameter av 700 mm. Vakuumkammaren har en framåt öppningsbar dörr 2 och en trumformig, omkring en vertikal axel vridbar sub- strathållare 3, vars mantelyta är sammansatt av mantelde- lar 4. Manteldelarna 4 innehåller stavar 5, vid vilka form- delar resp. substrat infästes. En av manteldelarna är ut- dragen framåt längs de streckade linjerna för att under- lätta en inblick i anordningen. Substrathållarens 3 mantel- yta uppvisar en första katodanordning 6. I driftsskick be- finner sig denna mitt emot en andra katodanordning 7 i sub- strathållarens 3 inre, vilken andra katodanordning i fig.10 är visad utdragen. Uttagande av den andra katodanordningen 7 framåt sker medelst en styranordning 8 vid vakuumkammarens 1 botten. Så snart den andra katodanordningen åter orienterats i ett läge, där den ligger mitt emot den första katodanord- ningen, varvid båda katodanordningarnas symmetriplan ligger i ett radialplan för substrathållaren, kan också mantelde- len 4 åter sättas in i substrathållaren. Efter ovan beskri- vet förlopp är anordningen driftsklar. För strömförsörjning tjänar ett manöverskåp 9 i förbindelse med en högfrekvens- anpassning 10, varav dock endast höljet visas. Den första katodanordningen 6 kan likaledes, exempelvis för mâlbyte, bytas ut, dock att detta sker utåt genom en sidovägg i va- kuumkammaren. Avståndet hos de båda katoderna är 120 mm.

I fig. 11 visas den första katodanordningen 6 och den andra katodanordningen 7 i snitt resp. ovanvy. Mellan de båda ka- todanordningarna ligger den streckpunkterat antydda trans- portvägen 11 för substrathållaren 3 resp. formdelarna. Trans- portvägen 11 är visad rak men löper i verkligheten i en svag båge, enligt substrathâllarens 3 i fig. 10 radie. Vid anordningen enligt fig. 12 löper dock transportvägen i verk- ligheten rak. Den första katodanordningen 6 har ett första mål 12, under det att den andra katodanordningen 7 besitter ett andra mål 13. De i resp. katodanordning inmonterade magnetfältalstrarna samt de av dessa genom målen 12,13 ski- 10 15 20 25 30 35 455 602 14 ckade magnetfältlinjer är inte i detalj visade då detta i sig tillhör känd teknik. De enskilda mâlytorna är be- tecknade med 12a resp. 13a och de bildar mellan sig ett utrymme 14, vari den förstoftningsprocessen påverkande glimurladdningen verkar. Det påpekas också, att substrat- hållaren 3 genom isolerad upphängning är isolerad relativt massan resp. vakuumkammaren 1 och är förbunden med en spän- ningskälla för att bilda en negativ potentialskillnad re- lativ massan. 10 och 11 kan ca 350-500 herr- ursboetter i en cykel förses med guldfärgad titannitrid I en anordning enligt fig. med en skikttjocklek av 0,25/um, varvid processtiden tar ca 45 minuter i anspråk. I motsats till detta rör det sig vid föremålet enligt fig. 12 om en genommatningsanläggning.

Denna beskickas över en slusskammare 15 vilken även har upphettningsanordningar 16 för termisk förbehandling. Denna anläggning är avsedd att beskikta formdelar upp till 200 mm diameter. De ifrågavarande formdelarna upphettas först i slusskammaren upp till 5000 C och avgasas. Till slusskam- maren 15 ansluter sig den egentliga förstoftningskammaren 17.

Till förstoftningskammaren 17 ansluter sig åter en sluss- kammare 18 för utslussning av färdigbeskiktade produkter.

För att möjliggöra en kontinuerlig drift är slusskamrarna 15 och 18 samt förstoftningskammaren 17 förbundna med skil- da vakuumpumpar. Orienteringen av sugledningar sker på det åskådliggjorda sättet. Som vakuumpumpar kan användas vals- kolvpumpar 19, vridskivepumpar 20 och turbomolekylarpum- par 21.

Anordningens utrustning enligt fig. 12 med skilda pumpar möjliggör tillförlitlig drift. Under det att en beskick- ning i slusskammaren 15 upphettas, löper parallellt med denna en beskiktningsprocess i förstoftningskammaren 17 och samtidigt avkyles i slusskammaren 18 redan beskiktade produkter. Förstoftningskammaren 17 är skild från sluss- kamrarna med två ventiler. 10 455 602 15 I förstoftningskammaren 17 förefinnes två första katodan- ordningar 6 och två andra katodanordningar 7. Katodparen 6/7 är ställbara relativt varandra för att på detta sätt ge optimala kondenseringsbetingelser för de olika formde- larna. Allt efter storleken på formdelarna är en egenvrid- rörelse hos formdelarna möjlig och eventuellt också erfor- derlig. Vidare är det möjligt att röra formdelarna i en pendelrörelse i beskiktningsrummet för att pâ detta sätt ytterligare förbättra jämnheten av beskiktningen. Anord- ningens enligt fig. 12 kapacitet beror av formdelarnas di- mension, packningstätheten i vakuumkamrarna och de använd- bara beskiktningsparametrarna, varvid en optimering av för- hållandena på grund av ovan antydda uppgifter utan vidare är möjlig.

Claims (9)

10 15 20 25 30 455 602 ' 16 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för beskiktning av en eller flera formde- lar med tredimensionell beskiktningsyta genom katodför- .stoftning av målmaterial hos en första katodanordning med koncentration på ett första urladdningsrum (plasma- moln) i màlytans område genom ett relativt målet rums- mässigt slutet första magnetfält (plasmafall), k ä n - n e t e c k n a t därav, att man samtidigt utsätter formdelen resp. formdelarna på den, den första katod- anordningen mitt emot liggande sidan för en förstoft- ningscykel över en andra katodanordning med samma mål- material och med koncentration hos ett andra urladdnings- rum i màlyteområdet genom ett relativt målet rumsmässigt slutet andra magnetfält, varvid målytorna riktas mot va- randra och formdelen/-delarna orienteras i utrymmet mel- lan mâlytorna och att man pålägger formdelen/-delarna en relativt massan negativ spänning Usub med sådant vär- de att urladdningsrummen hos båda katoderna når fram till och berör formdelen/~delarna.

2.-Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att förfarandeparametrarna (förstoftningseffekt per ytenhet hos målet, målavstånden sinsemellan, magnet- fältstyrka) väljes så, att båda málytornas urladdnings- rum åtminstone delvis överbryggar varandra även i från- varo av en eller flera formdelar och att den formdelen/ /-delarna pàlagda spänningen Usub uppgår till åtminstone 10 Volt (negativ) relativt massan.

3. Förfarande enligt kravet 1 för framställning av hårda skikt, företrädesvis av nitrider, k ä n n e t e c k - n a t därav, att med avseende på de båda katodanordnin- garna inställes följande förstoftningsparametrar: Urladdningsspänning : UE = 200-1000 V, Substratspänning : Usub = -S0 - -500 Volt, å 10 15 20 25 30 455 :602 Förstoftningseffekt N = 5-30 Watt/cmz, företrädesvis 10-15 Watt/cmz, med utgångs- punkt från målytorna, Magnetfält = 150-350 Oe, företrädesvis 200-250 Oe, Màlavstånd = 80-200 mm, företrädesvis 100- -150 mm, inberäknat formdels- tjockleken "D", ' Förstoftningstryck = lx10_3- 5xl0-zmbar, företrä- desvis sx1o'3-*2x1o'2mbar, Formdelstemperatur = 150-SOOOC, företrädesvis 250- -3oo°c.

4. Förfarande enligt kravet 3 för framställning av skikt av titannitrid (TiN), k ä n n e t e c k n a t därav, att förstoftningsatmosfären förutom en ädelgas (argon) innehåller kväve med ett partialtryck av 4x10_“- 8xl0-”mbar vid ett totaltryck av 5xl0_3- 2xl0_2mbar.

5. Förfarande enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att det tillämpas på verktyg, såsom borrar eller frä- sar. 4

6.- Förfarande enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att det tillämpas på armband, klockor och andra bruks- föremål och att det hårda skiktet är guldliknande.

7. Anordning för genomförande av förfarandet enligt kra- vet 1 för beskiktning av en eller flera formdelar med tre- dimensionell beskiktningsyta genom katodförstoftning av målmaterial hos en första katodanordning (6) med koncent- ration pà ett första urladdningsrum (plasmamoln) i mål- ytans (l2a) område genom ett relativt målet (12) rums- mässigt slutet första magnetfält (plasmafall), k ä n- n e t e c k n a d därav, att relativt den första katod- anordningen (6) är anordnad en andra katodanordning (7) med ett andra mål (13) av samma material samt en magnet- 10 15 20 25 455 602 " u; fältbildare för koncentration av en andra urladdning i om- rådet för den andra målytan (l3a) genom ett relativt det andra målet (13) rumsmässigt slutet andra magnetfält, att båda katodanordningarnas (6,7) målytor (l2a,l3a) är rik- tade mot varandra, att en substrathållare (3) är anordnad ungefär i mitten mellan målytorna eller är rörlig genom mellanrummet (14) mellan målytorna (l2a,l3a) och att sub- strathållaren är isolerad relativt massan och förbindbar med en spänningskälla för att bilda en negativ spänning (Usub) relativt massan, vilken spänning har ett sådant värde, att urladdningsrummen hos de båda katodanordnin- garna (6,7) når fram till och berör den resp. de av substrathàllaren(3) uppburna formdelen resp. formdelarna.

8. Anordning enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att de mitt emot varandra liggande målytorna (12a, 13a) är så omböjda, att de mellan sig innesluter en hål- formig cylindersektor.

9. Anordning enligt kraven 7 och 8 med en trumformig, omkring dess axel vridbar substrathållare (3) vars mantel- delar (4) är borttagbara för beskiktningsväxling, k ä n- n e t e c k n a d därav, att den ena katodanordningen (6) är anordnad på utsidan av substrathållarens (3) man- telyta (4) och den andra katodanordningen (7) är anord- nad inuti substrathàllaren (3) och att den inre katod- anordningen (7) är uttagbar från rummet inuti substrat- hàllaren (3) efter borttagande av åtminstone en mantel- del (4). AM