WO1994014996A1 - Verfahren und anlage zur schichtabscheidung - Google Patents

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WO1994014996A1
WO1994014996A1 PCT/CH1993/000291 CH9300291W WO9414996A1 WO 1994014996 A1 WO1994014996 A1 WO 1994014996A1 CH 9300291 W CH9300291 W CH 9300291W WO 9414996 A1 WO9414996 A1 WO 9414996A1
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plasma discharge
cathode sputtering
reactive gas
plasma
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PCT/CH1993/000291
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François DUPONT
Erich Bergmann
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Balzers Aktiengesellschaft
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5826—Treatment with charged particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1, a coating installation according to that of claim 23 and uses of the said method or said installation according to claims 22 and 39.
  • hybrid processes have become known, for example, in which part of the solid, as is known from EP-A-0 306 612 and EP-A-0 432 090 by the same applicant, is evaporated in addition to cathode sputtering in an arc discharge.
  • the power density required does not allow the desired low temperature level below 300 ° C to be reached without cooling the workpieces.
  • these hybrid processes are technically relatively complex, so that they are often not worthwhile when coating serial parts.
  • cathode sputtering sources with open magnetic field configurations, so-called "unbalanced magnetons" have been used for this. The main disadvantage of this approach is the low power yield.
  • a first electrode is provided between the workpieces and the magnetron, and a second on the other side of the workpieces.
  • the latter is used as an electron emitter in order to increase the plasma density in the area of the magnetron plasma discharge.
  • a pair of electrodes is provided between the workpieces and the magnetron, on which an electrode, designed as a hot cathode, emits electrons.
  • This increases the plasma density of the magnetron discharge plasma.
  • Metal or metal alloy layers are deposited and not hard material layers, and the local increase in the plasma density of the sputtering source plasma leads to a relatively high temperature load on the workpiece.
  • US-A-4,389,299 proposes to increase the plasma density of the magnetron plasma by means of thermally emitted electrons.
  • the aim of the present invention is to develop a method of the type mentioned at the outset such that, at low temperatures below 300 ° C., hard material layers can also be deposited on serial parts in a commercially advantageous manner, which in terms of stoichiometry, density and adhesion with layers deposited by ion plating are at least comparable, and the above disadvantages, for example with regard to a procedure according to EP-A-0 328 257.
  • a workpiece surface to be coated is alternately exposed to cathode sputtering and a further plasma discharge that is essentially not involved in the cathode sputtering coating process.
  • the further plasma discharge apparently ensures homogenization and compaction of the immediately coated surface, and since the plasma density of the sputtering is only slightly increased, if at all, by the further plasma discharge, the temperature load on the workpiece also remains below the required maximum value.
  • the further plasma discharge is followed by an actual aftertreatment of the layer portions last applied, the layer material no longer being significantly changed.
  • the alternate sweeping of the surface to be coated is achieved on the one hand against sputtering, on the other hand against further plasma discharge by a swiveling or rotating movement of the workpiece.
  • a preferred procedure is characterized according to the wording of claim 5, wherein the expression “pivoting movement” refers to a rotational movement of the workpieces about an axis of rotation offset with respect to them and “rotational movement” a rotational movement of the workpieces in themselves.
  • the further plasma discharge is configured as a bundle discharge means that a separation of the areas of influence of the further plasma discharge of the cathode sputtering is increasingly created.
  • the layer is essentially, by the wording of claim 7, essentially by the cathode atomization, as far as the deposited layer material including its stoichiometry is concerned.
  • Layer material is then post-treated, in particular compacted, by the further plasma discharge.
  • the further plasma discharge is preferably carried out essentially as a discharge in non-reactive gas, such as, for example, in argon, an absolute separation of the neutral gas atmosphere and the reactive gas atmosphere being unnecessary.
  • the reactive gas atmosphere substantially at Be ⁇ rich 'of the cathode sputtering, preferably, a Ma ⁇ gnetrons to provide, and, mophäre substantially in Neutralgasat- to operate the other plasma discharge ins ⁇ particular the arc discharge.
  • the effect of the further plasma discharges provided is optimized in that the electrical potential of the workpieces is chosen to be negative with respect to the plasma potential of the further discharge, preferably to less than + 10V, preferably to at most + 5V, in this case particularly preferably at most -5V, preferably between -5 and -300V, typically to about -150V. This is based on a plasma potential of the further plasma discharge of approx. + 20V compared to ground.
  • these alternating frequencies can be at most 30 Hz, preferably at most 10 Hz, preferably even below one Hz, typically around 0.1 Hz. This results in a significant reduction in the design effort for the workpiece holder and achieves the workpiece drive in that much slower alternating movements between cathode sputtering and the further plasma discharge path can be realized.
  • the plasma density, which the workpiece surface facing the further discharge is exposed can be optimized on the one hand for the aftertreatment process, but on the other hand for other process stages, for heating or Etching can be adjusted.
  • the electrical potential on the workpiece is preferably also designed to be adjustable for the purpose just mentioned, so that different surface treatment processes and post-treatment processes can be carried out and optimized.
  • the addressed surface can also be etched or heated by changing the further plasma discharge at the location of the workpiece surface facing it and / or changing the electrical potential on the workpiece.
  • the plasma density can be changed, e.g. by increasing the discharge current and / or changing the plasma concentration.
  • the wording from claim 20 achieved a temperature on the workpiece below 300 ° C and still in particular a hard material layer according to the wording of claim 22, which is at least approximate and in terms of the properties required for such layers, for example with regard to wear behavior, can be compared with layers deposited by an ion plating process.
  • a coating system according to the invention is characterized in accordance with the wording of claim 23; Rianten according to claims 24 to 36.
  • FIG. 2 shows schematically the preferred procedure for converting a workpiece surface under consideration from a cathode sputtering phase into a further plasma treatment phase according to FIG. 1 or the preferred procedure implemented in this regard in a system according to the invention
  • FIGS. 1 and 2 show a basic illustration of the cathode sputtering area and the area of the further plasma discharge with respect to a workpiece and the various process phases realized by controlled shielding of the workpiece with respect to cathode sputtering in the procedure according to FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal sectional view through a treatment plant according to the invention
  • Fig. 1 which is to show schematically and in principle the procedure according to the invention, 1 denotes the atomized Area of a cathode sputtering source, such as in particular a magnetron source, ie the target.
  • a cathode sputtering source such as in particular a magnetron source, ie the target.
  • a further plasma discharge path 3 is provided, as schematically illustrated with the source 5, in the most general view DC-operated, AC-operated up to the microwave range or operated with DC and superimposed AC.
  • this further plasma discharge can be generated in any known manner in the most general case considered here.
  • a workpiece 7, with its surface to be coated is alternately exposed to the cathode sputtering source 1 and the additionally provided plasma discharge on the path 3. This is shown schematically in FIG. 1 with the double arrow S.
  • FIG. 1 a vacuum recipient 9 is also shown in broken lines.
  • a gas to be ionized such as argon
  • argon is admitted from a tank 12 into the recipient 9 via a control valve 11.
  • a gas inlet arrangement 13 preferably in the area of the cathode sputtering source 1
  • a reactive gas or reactive gas mixture from a tank arrangement 15 is controlled or set by a valve arrangement 17.
  • the reactive coating process thus takes place at least predominantly in the area of the cathode sputtering source 1, in the area of the further plasma discharge path 3 the deposited layer is “refined”.
  • the sputtering process is regulated.
  • the pickup head is preferably used as a pickup for the measured controlled variable X Plasma emission monitor used, namely in the immediate area of the sputtering source 1. Its output signal, evaluated in the plasma emission monitor (not shown), is compared at a differential unit 21 with a guide signal W.
  • the mass flow of the reactive gas supplied to the recipient 9 or its mixing ratio is preferably intervened by means of the valve arrangement 17. This may be done via a controller 23.
  • the cathode sputtering process can, however, also be regulated in another way, for example by measuring the sputtering rate by means of electrical probes or by means of a quartz layer thickness measuring device as recording devices for the measured controlled variable.
  • a shielding device 25 is shown in dash-dotted lines, such as a controllable diaphragm, by means of which, in a controlled manner, a space in the recipient 9 can be shielded from a space with the further plasma discharge path 3 in the recipient 9 with the cathode sputtering source 1. This in a preferred embodiment of the invention.
  • the workpiece 25 can be closed, and the cathode sputtering source 1, preferably a magnetron, can be sputtered out, in particular if, according to FIG. 3, the workpiece 7 is positioned in the region of the further plasma discharge 3.
  • the workpiece surface 7 can be exposed to the further plasma discharge 3, etched or heated, or basically treated with a plasma surface.
  • the power for example the discharge current, of the further plasma discharge distance adjusted, and / or by means of magnetic fields B, in the sense of a controlled bundling and thus controlled power density distribution of the further plasma discharge 3, the plasma density at the surface area of the workpiece 7 facing the discharge 3 is set in a targeted manner.
  • the electrical potential ⁇ ⁇ on the workpiece 7 is further set in a targeted manner, as shown schematically in FIG. 1, so that, as is known to the person skilled in the art, the ion bombardment density and the ion bombardment intensity at the work ⁇ piece 7 is set.
  • 73 is preferably chosen to be more negative than the plasma potential of the further plasma discharge 3, preferably lower than + 10V, preferably at most + 5V, in particular at most -5V, preferably between -5V and -300V, typically to approximately -150V.
  • the noble gas such as argon
  • the reaction gas r is introduced primarily in the immediate area of the cathode sputtering source 1.
  • a reactive gas can also be injected in a targeted manner into the region of the further plasma discharge 3, if a reactive process is to take place there with the shield 25 preferably closed.
  • the workpiece surface to be coated is alternately exposed to the cathode sputtering source with its target surface 1 or to the further plasma discharge 3, as shown in a schematic top view in FIG. 1 below. It is entirely possible to choose the electrical workpiece potential ⁇ ⁇ in the area of the cathode sputtering source ⁇ ⁇ differently than in the area of the further plasma discharge, designated ⁇ 13 there .
  • the alternating exposure of the surface of the workpiece 7 to be coated is preferably implemented according to FIG. 2 by a swiveling movement or a rotating movement.
  • the workpiece 7 is either pivoted about a pivot axis A such that its surface to be coated alternately faces the atomization source 1 and the discharge path P of the further plasma discharge, which is represented by ⁇ 2 , or the workpiece 7a turns a workpiece-specific axis A rotated, Q_, for example a disk-shaped workpiece, the two surfaces of which are to be coated.
  • Low frequencies come into play as alternating frequencies, which brings significant simplifications.
  • the frequencies preferably used are at most 30 Hz, are preferably lower than 10 Hz, are further preferably at most 1 Hz, typically even about 0.1 Hz.
  • a tangential plane E should be positioned on this surface in its central region, essentially parallel to a tangent T to the discharge path P of the further plasma discharge, in order to ensure an at least approximately uniform distribution of the plasma density on the surface .
  • Two or more cathode sputtering sources 1 are mounted in an electrically insulated manner on the jacket of a vacuum recipient 9 constructed essentially cylindrical about a central axis Z, with an evacuation connection 27 for a vacuum pump. These are preferably sputtering sources supported by magnetic fields, as are generally known under the term magnetic sources. As is also known, they are surrounded by anode rings 29 and each have a target plate 31 of the solid to be atomized.
  • tunnel-shaped magnetic fields are generated statically or moved above the target surface to be atomized at the magnetron sputtering sources which are preferably used, which significantly increases the plasma density of the cathode sputtering source plasma, schematically at PL j .
  • the gas inlet arrangement 13 for reactive gas r is provided, which, for reasons of clarity, is only entered on the right of the magnetrons 1 shown in FIG. 4. It is preferably formed by at least one tube loop 33, which runs around the target periphery, with outlet holes for the gas facing the target surface, through which the reactive gas is preferably injected at an angle of 45 ° to the surface of the target 31.
  • An ionization chamber 35 is provided coaxially to the central axis Z and communicates with the interior of the recipient 9 via an aperture 37.
  • the diaphragm 37 is preferably electrically insulated with respect to the wall of the recipient 9 as well as with respect to the wall of the ionization chamber 35 by isolations 39.
  • a hot cathode 41 is provided in the ionization chamber 35 as an electron emission cathode with heating current connections 43.
  • an anode 45 is mounted insulated in the recipient 9 with respect to the wall of the recipient 9.
  • the orifice 37 between the ionization chamber 35 and the anode 45 generates a low-voltage plasma arc discharge as a further plasma discharge 3 in the form of a plasma bundle.
  • a gas to be ionized such as for argon
  • Coaxial to the Z axis one or more coils 47 are also provided, by means of which an essentially axial magnetic field is generated in the recipient 9. By changing the magnetic field coupled in by the coil 47, the bundling of the plasma bundle of the further discharge 3 is set.
  • a support arrangement 49 for workpieces is provided around the anode 45. It comprises a carrier ring 51 which rolls on rollers 53 and therefore rotates around the central axis Z. As shown schematically with the motor 54, at least one of the rollers 53 distributed around the circumference of the ring 51 is driven. On the ring 51, a plurality of rotating stands 55, which are parallel to the Z axis and are electrically insulated, are rotatably supported. For this purpose, a drive roller 57 engages with a cylinder section 59 which projects coaxially to the axis Z and is mounted stationary on the wall of the recipient 9. The rotating stand 55 thus rotates about its own axis, as represented by ⁇ 55 , and simultaneously with the ring 51 about the central axis Z, as represented by ⁇ 53 .
  • the rotating stand 55 constructed in a tree-like manner, has a plurality of protruding supports 61, on which workpieces 7, suspended or set up, are held.
  • the workpieces 7 are pivoted alternately into the area of the respective cathode sputtering sources 1 and into the area of the further plasma discharge 3 by the rotary movement ⁇ 55 , at the same time being conveyed from one cathode sputtering source 1 to the next by the rotary movement ⁇ B1 .
  • 65 and 63 denote electrical sources for operating the sputtering sources 1 and for connecting the electron emission cathode 41 to the anode 45.
  • an adjustable source 67 is provided, by means of which the electrical potential on the workpieces 7 is set, for example via the drive axis of the motor 54, the rollers 53, ring 51, the rotating stand 55.
  • Each cathode sputtering source 1 is assigned a measurement sensor 70, preferably a recording head of a plasma emission monitor. As is shown schematically at 72, it is shielded from the radiation of the further plasma discharge 3 by means of a correspondingly shaped and arranged screen. After an appropriate evaluation, the output signal of each transducer is compared with a predetermined SET or command value, according to FIG. 5 the same value W, and the comparison result is formed by the control difference ⁇ in each of the actuators assigned to the cathode sputtering sources 1, preferably each actuator 74, in the reactive gas supply controllable valves.
  • the coating process at each cathode sputtering source 1 is therefore preferably regulated individually, thereby making it possible, particularly in the case of workpiece coating with layers which are poorly or electrically non-insulating, as reaction product of the solid dusted from the sources with the reactive gas, to also set operating points which do not provide for the intended regulation could not be stabilized, ie Working points at which the atomized target surface would be poisoned by the poorly or non-conductive reaction products mentioned, so that the coating process, if not completely stopped, would become uncontrollable by so-called "arcing".
  • a controlled movable screen 74 is provided, for example continuously in upper and lower guides.
  • a drive 76 By means of a drive 76, each screen 74 is inserted between the surface of the tarpaulin and the gas outlet pipe 33 on the one hand and the workpiece carrier 49 on the other hand or moved away from this area in order to then expose the corresponding workpieces to cathode sputtering.
  • the method described and the system preferably used are particularly suitable for coating workpieces, such as tools, with a hard layer, in particular made of titanium nitride, or with a further layer known as a hard layer, such as a nitride, carbide or oxynitride layer or a mixture thereof, of tantalum, titanium, hafnium, zircon or aluminum.
  • a hard layer in particular made of titanium nitride
  • a further layer known as a hard layer such as a nitride, carbide or oxynitride layer or a mixture thereof, of tantalum, titanium, hafnium, zircon or aluminum.
  • the metallic phase is preferably atomized, such as titanium, it being readily possible to sputter a sub-nitride, oxide or carbide compound.
  • the vacuum recipient 9 is pumped out to 2 • 10 "b mbar.
  • the workpiece carrier drive is started and the hot cathode is heated with a heating current of 150 A.
  • Argon is introduced via connection 11 to a pressure of 3 • 10 3 mbar and then the low-voltage arc discharge 3. Their discharge current is set to 60 A. Thereupon the argon pressure is reduced to 25 • 10 '4 mbar and the rotating workpieces are plasma heated for about 12 minutes the recipient wall grounded here, for example.
  • the argon pressure in the recipient is increased to 3 '10 3 mbar and the plasma bundle of the discharge 3 is increasingly bundled with the coils 47.
  • the discharge current of the arc discharge 3 is increased to 70A.
  • the ion acceleration voltage towards the workpieces is increased so that etching of the workpiece surface begins.
  • the screens 74 are preferably closed, so that the etching process is carried out in the central chamber part of the recipient 9, while at the same time the target surfaces of the cathode sputtering sources 1 can be sputtered out.
  • the argon pressure is increased to 18 ⁇ 10 3 mbar, the discharge bundle of the plasma discharge 3 is defocused by reducing the coil current in the coils 47.
  • the discharge current of the discharge 3 is reduced further to approx. 50A.
  • hard material layers are produced which essentially meet the same requirements as layers produced by ion-plating.
  • 6 mm drills made of high-speed steel HSS were coated with TiN.
  • the rotational speed ⁇ 6B of the 16 trees provided on the system according to FIG. 5 was approximately 0.1 Hz.
  • the drill test results are compiled in "number of holes" in the following table.
  • a standard quality assurance test was used as the drilling test.
  • the "number of holes” is thus a relative quality measure of the drill.

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Abstract

Um, insbesondere auf hochbeanspruchten Werkzeugen, Hartstoffschichten abzulegen, wird vorgeschlagen, die Werkstücke (7) abwechselnd mittels reaktiver Kathodenzerstäubung (1, 13) zu beschichten und mittels einer weiteren Plasmaentladung (3) nachzubehandeln.

Description

Verfahren und Anlage zur Schichtabscheidung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Beschichtungsanlage nach demjenigen von Anspruch 23 sowie Verwendungen des genannten Verfahrens bzw. der genannten Anlage nach den Ansprüchen 22 bzw. 39.
Es ist bekannt, insbesondere Hartstoffschichten, wie Schichten der Karbide und Nitride des Titans und der anderen Metalle der Gruppe IVb, durch Ionenplattieren abzuscheiden. Bei Ionenpiat- tierprozessen werden aber die zu beschichtenden Werkstücke relativ stark temperaturbelastet, im wesentlichen über 300°C. Seit langem wird versucht, Verfahren zu entwickeln, die es erlauben würden, Hartstoffschichten der genannten Art mit reaktiven Prozessen bei tieferen Temperaturen abzuscheiden. Hierzu würde sich im Prinzip eine Abscheidung durch Kathoden- Zerstäubung anbieten. Bis heute ist es jedoch nicht gelungen, bei tiefen Temperaturen unter 300°C mittels Kathodenzerstäubung die obgenannten Schichten so abzuscheiden, dass sie den daran üblicherweise gestellten Anforderungen, insbesondere was Verschleissfestigkeit anbelangt, gerecht werden.
Hierzu sind beispielsweise sogenannte Hybridverfahren bekannt geworden, bei denen ein Teil des Feststoffes, wie aus den EP- A-0 306 612 sowie der EP-A-0 432 090 der gleichen Anmelderin bekannt, zusätzlich zur Kathodenzerstäubung in einer Bogenent- ladung verdampft wird. Die dabei benötigte Leistungsdichte erlaubt es aber nicht, ohne Kühlung der Werkstücke auf das erwünschte tiefe Temperaturniveau unter 300°C zu gelangen. Zudem sind diese Hybridverfahren technisch relativ aufwendig, so dass oft der Einsatz bei der Beschichtung von Serieteilen nicht lohnt. Im weitern sind hierfür Kathodenzerstäubungsquellen mit offe¬ nen Magnetfeldkonfigurationen, sogenannte "unbalanced magne- trons", eingesetzt worden. Als wesentlicher Nachteil dieses Vorgehens ist die geringe Leistungsausbeute zu betrachten. Nur etwa 10% der eingebrachten Leistung wird für das Zerstäuben verwendet; die übrigen 90% gehen ungenützt, aber kostenwirksam ins Kühlwasser. Bei Einrichtungen mit offener Magnetfeldkon- figuration wird mehr als die Hälfte der Plasmaenergie nicht zum Zerstäuben des Feststoffes, sondern zur Erzeugung eines Plasmas in Werkstücknähe verwendet, was aber daran zusätzlich zu thermischen Problemen führt. Diese Verfahren werden daher heute zur reaktiven Beschichtung bei tiefen Temperaturen kaum eingesetzt.
Im weiteren ist es bekannt, verschiedenartige Zusatzionisie¬ rungseinrichtungen mit Kathodenzerstäubungsverfahren zu kom¬ binieren. Aus der DE-A-35 03 397 ist es bekannt, für die Ab¬ scheidung von Hartstoffschichten den Feststoff mittels einer magnetfeldunterstützten Kathodenzerstäubungsquelle, einem sogenannten Magnetron, zu zerstäuben, dabei die Werkstücke im Bereiche des Magnetrons anzuordnen und diesbezüglich dahinter eine Elektronenkanone vorzusehen. Im Bereich zwischen den Werkstücken und dem Magnetron sind Anodenstäbe vorgesehen, welche die durch die Elektronenkanone eingebrachten Elektronen in den Bereich der Magnetron-Plasmaentladung ziehen. Dadurch wird in diesem Bereich die Plasmadichte erhöht.
Gemäss der DE-A-35 03 398 wird zwischen den Werkstücken und dem Magnetron eine erste Elektrode vorgesehen, auf der anderen Seite der Werkstücke eine zweite. Letztere wird dabei als Elektronenemitter eingesetzt, um im Bereich der Magnetron- Plasmaentladung die Plasmadichte zu erhöhen.
Beide erwähnten Verfahren führen zu einer starken Erwärmung der Werkstücke und sind nur dann einsetzbar, wenn die Werk¬ stücke bzw. deren Querschnittsflächen gegenüber der Zerstäu- bungsfläche der Kathodenzerstäubungsquelle bzw. des Magnetrons klein sind. Dies, wie zutreffend auch in der DE-A-40 11 515 diskutiert.
Die letzterwähnte Einschränkung verbietet einen wirtschaftli¬ chen Einsatz derartiger Anlagen. Sie macht weiter die resul¬ tierende Beschichtung von der Beladung der Anlage mit Werk¬ stücken abhängig, was beim üblichen Einsatz derartiger Verfah¬ ren in der Werkstückveredelung als Lohnbeschichtung unbrauch¬ bar ist.
Gemäss der DE-A-40 11 515 wird zwischen den Werkstücken und dem Magnetron ein Elektrodenpaar vorgesehen, woran eine Elektrode, als Glühkathode ausgebildet, Elektronen emittiert. Damit wird die Plasmadichte des Magnetron-Entladungsplasmas erhöht. Dabei werden Metall- oder Metallegierungsschichten abgelegt und nicht Hartstoffschichten, und es führt die lokale Erhöhung der Plasmadichte des Zerstäubungsquellenplasmas zu relativ hoher Temperaturbelastung des Werkstückes.
Aehnlich schlägt die US-A-4 389 299 vor, die Plasmadichte des Magnetronplasmas mittels thermisch emittierter Elektronen zu erhöhen.
Auf weitere Schriften zum Stand der Technik wird hingewiesen: EP-A-0 328 257, DE-A-35 03 397, DE-A-41 15 616, EP-A-0 282 835 und DE-A-34 26 795.
Aus der EP-A-0 328 257 ist es bekannt, optische Schichten an optischen Werkstücken dadurch abzulegen, dass die Schicht abwechselnd im metallischen Mode und im reaktiven Mode je durch Kathodenzerstäubung aufgebracht wird. Hierzu werden die optischen Werkstücke mit relativ hoher Frequenz von ca. 50 Hz den erwähnten Schichtaufbauquellen abwechselnd zugeführt. Unter Berücksichtigung der relativ hohen eingesetzten Takt- frequenz zwischen Reaktivmode und Metallmode müssen dabei aufwendige Massnahmen getroffen werden, um die Werkstücke entsprechend schnell zu verschieben. Dies auch deshalb, weil zum Trennen der erwähnten beiden Schichtaufmodes nicht belie¬ big kurze Zwischenräume zwischen den jeweiligen Quellen einge¬ setzt werden können. Es muss Sorge getragen werden, trotz in der Bearbeitungsatmosphäre bewegter Werkstücke und trotz Gas¬ diffusionsVorgängen lokal überwiegend Metallmode- und, davon getrennt, lokal überwiegend Reaktivmodebedingungen sicherzu¬ stellen.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Verfahren eingangs genannter Art so auszubilden, dass bei tiefen Tempe¬ raturen unter 300°C Hartstoffschichten auch auf Serieteilen kommerziell günstig abgeschieden werden können, welche betreffs Stöchiometrie, Dichte und Haftung mit durch Ionen- plattieren abgelegten Schichten mindestens vergleichbar sind, und die obgenannten Nachteile, z.B. bezüglich einem Vorgehen gemäss der EP-A-0 328 257, nicht mehr aufweist.
Dies wird durch das erwähnte Verfahren gelöst, welches sich nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 auszeichnet.
Demnach wird eine zu beschichtende Werkstückoberfläche abwech¬ selnd der Kathodenzerstäubung und einer weiteren, am Kathoden- zerstäubungs-Beschichtungsprozess im wesentlichen nicht betei¬ ligten Plasmaentladung ausgesetzt. Die weitere Plasmaentladung sorgt offenbar für eine Homogenisierung und Verdichtung der unmittelbar vorgängig beschichteten Oberfläche, und da die Plasmadichte der Kathodenzerstäubung durch die weitere Plasma- entladung, wenn überhaupt, nur unwesentlich erhöht wird, bleibt auch die Temperaturbelastung des Werkstückes unter dem geforderten Maximalwert. An der weiteren Plasmaentladung er¬ folgt eine eigentliche Nachbehandlung der zuletzt aufgebrach¬ ten Schichtanteile, eine massgebliche Aenderung des Schicht- materials erfolgt nicht mehr. Gemäss Wortlaut von Anspruch 2 wird in höchst einfacher Weise das abwechselnde Zukehren der zu beschichtenden Oberfläche einerseits gegen die Kathodenzerstäubung, anderseits gegen die weitere Plasmaentladung durch eine Schwenk- oder Drehbewegung des Werkstückes erreicht.
Dem Wortlaut von Anspruch 3 folgend, ist es dabei wesentlich, zur optimalen Ausnützung der weiteren Plasmaentladung, insbe¬ sondere bei gewölbten Oberflächen, dass, der weiteren Plasma- entladung zugewandt, eine Tangentialebene an die zu beschich¬ tende Oberfläche im wesentlichen in deren Zentralbereich, im wesentlichen parallel zu einer Tangente an den Entladungspfad der weiteren Entladung liegt, womit entlang der genannten Oberfläche eine im wesentlichen gleichförmige Plasmadichte- Verteilung der erwähnten Entladung ausgenützt wird.
Insbesondere für die Beschichtung von Seriefabrikaten wird weiter vorgeschlagen, dem Wortlaut von Anspruch 4 folgend vorzugehen.
Eine dabei bevorzugte Vorgehensweise zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 5 aus, wobei unter dem Ausdruck "Schwenkbewegung" eine Rotationsbewegung der Werkstücke um eine ihnen bezüglich versetzte Drehachse angesprochen sei und mit "Drehbewegung" eine Rotationsbewegung der Werkstücke in sich selbst.
Dem Wortlaut von Anspruch 6 folgend, wird dadurch, dass die weitere Plasmaentladung als Bündelentladung ausgebildet wird, erreicht, dass eine Trennung der Einflussbereiche der weiteren Plasmaentladung der Kathodenzerstäubung vermehrt erstellt wird.
Bei einer weitaus bevorzugten Ausführungsvariante des erfin- dungsgemässen Verfahrens wird nämlich, dem Wortlaut von An¬ spruch 7 folgend, die Schicht im wesentlichen durch die Katho- denzerstäubung abgelegt, was das abgelegte Schichtmaterial inkl. seine Stöchiometrie anbelangt. Das abgelegte
Schichtmaterial wird dann durch die weitere Plasmaentladung nachbehandelt, insbesondere verdichtet.
Hierzu wird bevorzugterweise, dem Wortlaut von Anspruch 8 folgend, die weitere Plasmaentladung im wesentlichen als Ent¬ ladung in Nichtreaktivgas, wie z.B. in Argon, durchgeführt, wobei eine absolute Trennung von Neutralgasatmosphäre und Reaktivgasatmosphäre nicht notwendig ist. Es wird aber angestrebt, die Reaktivgasatmosphäre im wesentlichen im Be¬ reich' der Kathodenzerstäubungsquelle, vorzugsweise eines Ma¬ gnetrons, vorzusehen, und die weitere Plasmaentladung, ins¬ besondere die Bogenentladung, im wesentlichen in Neutralgasat- mophäre zu betreiben.
Dabei zeigt sich, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit die Nach¬ behandlung der abgelegten Schicht zum Erzielen der angestreb¬ ten Schichteigenschaften vornehmlich durch Ionenbeschuss mit Ionen nicht reaktiven Gases erfolgt, dem Wortlaut von Anspruch 9 folgend.
Dem Wortlaut von Anspruch 10 folgend, wird die Wirkung der weiteren vorgesehenen Plasmaentladungen dadurch optimiert, dass das elektrische Potential der Werkstücke bezüglich des Plasmapotentials der weiteren Entladung negativ gewählt wird, vorzugsweise auf weniger als +10V, vorzugsweise auf höchstens +5V, dabei insbesondere bevorzugterweise auf höchstens -5V, dabei bevorzugterweise zwischen -5 und -300V, typischerweise auf ca. -150V. Dies ausgehend von einem Plasmapotential der weiteren Plasmaentladung von ca. +20V gegenüber Masse.
Im weiteren ist, auch aufgrund der eben erwähnten Phänomene, eine schnelle Wechselaussetzung der Werkstücke der Kathodenzerstäubung einerseits, anderseits der weiteren Plas¬ maentladung nicht notwendig, so dass bei bevorzugter Ausfüh- rung des erfindungsgemässen Verfahrens, gemäss Wortlaut von Anspruch 11, diese Wechselfrequenzen höchstens 30 Hz betragen können, vorzugsweise höchstens 10 Hz, vorzugsweise gar unter einem Hz liegend, typischerweise bei ca. 0.1 Hz. Damit wird eine massgebliche Reduktion des konstruktiven Aufwandes für die Werkstückhalterung und den Werkstückantrieb erreicht, indem wesentlich langsamere Wechselbewegungen zwischen Katho¬ denzerstäubung und der weiteren Plasmaentladungsstrecke reali¬ siert werden können.
Insbesondere bei Vorgehen nach Anspruch 12 wird erreicht, dass, durch Verstellung der Bündelung, die Plasmadichte, wel¬ cher die der weiteren Entladung zugewandte Werkstückoberfläche ausgesetzt ist, einerseits für den Nachbehandlungsprozess optimiert werden kann, anderseits aber für andere Prozessstu¬ fen, für Heizen oder Aetzen, verstellt werden kann.
Nach dem Wortlaut von Anspruch 13 wird für den eben erwähnten Zweck bevorzugterweise auch das elektrische Potential am Werkstück verstellbar ausgebildet, so dass unterschiedliche Oberflächenbehandlungsprozesse und Nachbehandlungsprozesse durchgeführt und optimiert werden können.
Durch die Regelung nach Anspruch 14 bzw. 15 wird eine optimale Stabilisierung des reaktiven Kathodenzerstäubungsprozesses erreicht, auch an Arbeitspunkten, die ohne Vorsehen einer sol¬ chen Regelung instabil wären, d.h. an denen die zerstäubte Oberfläche der Kathodenzerstäubungsquelle in bekannter Art und Weise vergiftet würde.
Bevorzugte Ausführungsvarianten der ReaktivgasZuführung einer¬ seits bzw. der erwähnten Regelung andererseits, bei Vorsehen von zwei und mehr Kathodenzerstäubungsquellen, sind durch die Ansprüche 16 bzw. 17 definiert. Dadurch, dass das Werkstück gegen die Kathodenzerstäubung hin, nach dem Wortlaut von Anspruch 18, abgeschirmt werden kann, wird es, wie bereits oben erwähnt, aber in verstärktem Masse, möglich, allein mit der weiteren Plasmaentladung die Werkstückoberfläche selektiv zu behandeln, z.B. zu ätzen. Dabei kann bei einem solchen, der Schichtablagerung z.B. vor¬ gelagerten Prozessschritt als Arbeitsgas nur ein Edelgas, wie Argon, eingelassen werden. Gleichzeitig kann auch, dank der Abschirmung, die Kathodenzerstäubungsquelle freigesputtert werden. Dabei wird bekanntlich die Oberfläche des nachmals für die Schichtablage abgestäubten Targets der Kathodenzer¬ stäubungsquellen von beispielsweise an der Normalatmosphäre entstandenen oxidischen Schichten gereinigt.
Durch Veränderung der weiteren Plasmaentladung am Ort der ihr zugekehrten Werkstückoberfläche und/oder Veränderung des elektrischen Potentials am Werkstück nach Anspruch 19 kann die angesprochene Oberfläche auch geätzt oder beheizt werden. Die Plasmadichte kann dabei verändert werden, z.B. durch Erhöhung des Entladestromes und/oder Aenderung der Plasmabündelung.
Insbesondere auch durch die Wahl der Plasmadichte der weiteren Plasmaentladung im Bereich der Werkstückoberfläche, was, wie erwähnt, sowohl durch BündelungsSteuerung der weiteren Plas¬ maentladung und/oder ihrer Leistung erfolgen kann, sowie durch die Wahl des elektrischen Potentials am Werkstück wird, dem, Wortlaut von Anspruch 20 folgend, eine Temperatur am Werkstück unterhalb 300°C erzielt und dabei trotzdem insbesondere eine Hartstoffschicht nach dem Wortlaut von Anspruch 22 abgelegt, die mindestens genähert und bezüglich für solche Schichten geforderten Eigenschaften, z.B. bezüglich Verschleissverhal- ten, mit Schichten, die durch ein Ionenpiattierverfahren abge¬ legt werden, vergleichbar sind.
Eine erfindungsgemässe Beschichtungsanlage zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 23 aus, bevorzugte Ausführungsva- rianten nach den Ansprüchen 24 bis 36.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Schematisch in Form einer grundsätzlichen Verfah¬ rensablaufdarstellung, das Prinzip des erfindungs- gemässen Verfahrens mit bevorzugten Ausbauvarianten bzw. das Prinzip einer erfindungsgemässen Beschich¬ tungsanlage in Seiten- und in Aufsicht,
Fig. 2 schematisch das bevorzugte Vorgehen zur Ueberführung einer betrachteten Werkstückoberfläche von einer Kathodenzerstäubungsphase in eine weitere Plasmabe¬ handlungsphase nach Fig. 1 bzw. das bevorzugte, diesbezüglich an einer erfindungsgemässen Anlage realisierte Vorgehen,
Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung von Kathodenzerstäu¬ bungsbereich und Bereich der weiteren Plasmaentla¬ dung bezüglich eines Werkstückes und der durch ge¬ steuerte Abschirmung des Werkstückes bezüglich Ka¬ thodenzerstäubung .realisierten verschiedenen Pro¬ zessphasen beim Vorgehen nach den Fig. 1 bzw. 2,
Fig. 4 eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemässe Behandlungsanlage,
•Fig. 5 die Anlage gemäss Fig. 4 mit bevorzugterweise zu¬ sätzlich vorgesehenen Vorkehrungen.
In Fig. 1, welche schematisch und prinzipiell das erfindungs- ge sse Vorgehen zeigen soll, bezeichnet 1 die zerstäubte Fläche einer Kathodenzerstäubungsquelle, wie insbesondere einer Magnetronquelle, d.h. das Target.
Abgesetzt von der Kathodenzerstäubungsquelle 1 ist eine weite¬ re Plasmaentladungsstrecke 3 vorgesehen, wie mit der Quelle 5 schematisch dargestellt, in allgemeinster Betrachtungsweise DC-betrieben, AC-betrieben bis in den Mikrowellenbereich oder betrieben mit DC und überlagertem AC. Wiewohl in Fig. 1 die weitere Plasmaentladung als zwischen zwei Elektroden, d.h. kapazitiv, erzeugt dargestellt ist, kann diese weitere Plasma- entladung im hier betrachteten allgemeinsten Fall in einer beliebigen bekannten Art und Weise erzeugt werden.
Ein Werkstück 7 wird erfindungsgemäss mit seiner zu beschich¬ tenden Oberfläche abwechselnd der Kathodenzerstäubungsquelle 1 und der zusätzlich vorgesehenen Plasmaentladung an der Strecke 3 ausgesetzt. Dies ist schematisch in Fig. 1 mit dem Doppel¬ pfeil S dargestellt.
In Fig. 1 ist weiter, gestrichelt, ein Vakuumrezipient 9 ein¬ getragen.
In den Rezipienten 9 wird über ein Steuerventil 11 ein zu ionisierendes Gas, wie Argon, aus einem Tank 12 eingelassen. Im weiteren wird, wie mit einer Gaseinlassanordnung 13, vor¬ zugsweise im Bereich der Kathodenzerstäubungsquelle 1, ein Reaktivgas bzw. Reaktivgasgemisch aus einer Tankanordnung 15, durch eine Ventilanordnung 17 gesteuert bzw. gestellt, ein¬ gelassen. Somit erfolgt der reaktive Beschichtungsprozesε mindestens überwiegend im Bereich der Kathodenzerstäubungs¬ quelle 1, im Bereich der weiteren Plasmaentladungsstrecke 3 wird die abgelegte Schicht "veredelt".
In bevorzugter Realisation wird der Kathodenzerstäubungspro- zess geregelt. Dabei wird vorzugsweise als Aufnehmer für die gemessene Regelgrösse X der Aufnahmekopf eines Plasmaemissionsmonitors eingesetzt, und zwar im unmittelbaren Bereich der Kathodenzerstäubungsquelle 1 angeordnet. Sein Ausgangssignal, im Plasmaemissionsmonitor ausgewertet (nicht dargestellt) , wird an einer Differenzeinheit 21 mit einem Füh¬ rungssignal W verglichen. Als Stellgrösse wird bevorzugterwei¬ se auf den Massestrom des dem Rezipienten 9 zugeführten Reak¬ tivgases bzw. auf dessen Mischungsverhältnis eingegriffen, mittels der Ventilanordnung 17. Dies gegebenenfalls über einen Regler 23.
Der Kathodenzerstäubungsprozess kann aber auch auf andere Weise geregelt werden, beispielsweise durch Messung der Zer¬ stäubungsrate mittels elektrischer Sonden oder mittels eines Quarzschichtdicken-Messgerätes als Aufnahmegeräte für die ge¬ messene Regelgrösse. Alternativ oder zusätzlich zum Stellein¬ griff auf das Reaktivgas kann auf die elektrische Betriebs¬ spannung an der Zerstäubungsquelle eingegriffen werden, ins¬ besondere auch auf die Magnetfelderzeugung einer Magnetron- quelle.
In Fig. 1 ist strichpunktiert eine Abschirmungseinrichtung 25 dargestellt, wie eine steuerbare Blende, mittels welcher, ge¬ steuert, im Rezipienten 9 ein Raumbereich mit der Kathoden¬ zerstäubungsquelle 1 von einem Raumbereich mit der weiteren Plasmaentladungsstrecke 3 abgeschirmt werden kann. Dies bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung.
Damit kann, insbesondere wenn, gemäss Fig. 3, das Werkstück 7 im Bereich der weiteren Plasmaentladung 3 positioniert ist, die Abschirmung 25 geschlossen werden, und es kann die Katho¬ denzerstäubungsquelle 1, bevorzugterweise ein Magnetron, frei- gesputtert werden. Gleichzeitig kann die Werkstückoberfläche 7, der weiteren Plasmaentladung 3 ausgesetzt, geätzt oder geheizt werden bzw. grundsätzlich plasmaoberflächenbehandelt werden. Hierzu wird mittels der Quelle 5 von Fig. 1 die Lei¬ stung, z.B. der Entladestrom, der weiteren Plasmaentladungs- strecke verstellt, und/oder es wird mittels Magnetfeldern B, im Sinne einer gesteuerten Bündelung und damit gesteuerter Leistungsdichteverteilung der weiteren Plasmaentladung 3, die Plasmadichte an dem der Entladung 3 zugewandten Oberflächenbe¬ reich des Werkstückes 7 gezielt eingestellt.
Zur Steuerung des dabei an der genannten Oberfläche realisier¬ ten Behandlungsprozesses wird weiter, wie in Fig. 1 Schema- tisch dargestellt, das elektrische Potential φη am Werkstück 7 gezielt eingestellt, wodurch, wie dem Fachmann geläufig, die Ionenbeschussdichte und die Ionenbeschussintensität am Werk¬ stück 7 eingestellt wird. 73 wird dabei vorzugsweise negativer gewählt als das Plasmapotential der weiteren Plasmaentladung 3, vorzugsweise tiefer als +10V, vorzugsweise höchstens +5V, insbesondere höchstens -5V, dabei vorzugsweise zwischen -5V und -300V, typischerweise auf ca. -150V.
Wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt, wird das Edelgas, wie beispielsweise Argon, dem Rezipientenvolumen so zugeführt, dass es sich im genannten Volumen weitgehendst homogen ver¬ teilt, während das Reaktionsgas r vor allem im unmittelbaren Bereich der Kathodenzerstäubungsquelle 1 eingeführt wird. Wie in Fig. 3 gestrichelt dargestellt, kann ein Reaktivgas aber auch gezielt in den Bereich der weiteren Plasmaentladung 3 eingedüst werden, wenn dort bei bevorzugterweise geschlossener Abschirmung 25 ein reaktiver Prozess erfolgen soll.
Wie ersichtlich, wird erfindungsgemäss die zu beschichtende Werkstückoberfläche abwechselnd der Kathodenzerstäubungsquelle mit ihrer Targetfläche 1 ausgesetzt bzw. der weiteren Plasma- entladung 3, wie dies in Fig. 1 unten, in schematischer Auf¬ sicht, dargestellt ist. Dabei ist es durchaus möglich, das elektrische Werkstückpotential φη , im Bereich der Kathodenzer¬ stäubungsquelle φηι , anders zu wählen als im Bereich der weite¬ ren Plasmaentladung, dort mit φ13 bezeichnet. Die abwechselnde Aussetzung der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstückes 7 wird gemäss Fig. 2 in bevorzugter Art und Weise durch eine Schwenkbewegung oder eine Drehbewegung reali¬ siert. Hierzu wird das Werkstück 7 entweder um eine Schwenk- achse A so geschwenkt, dass seine zu beschichtende Oberfläche abwechselnd der Zerstäubungsquelle 1 und dem Entladungspfad P der weiteren Plasmaentladung zugewandt ist, was mit ω2 darge¬ stellt ist, oder es wird das Werkstück 7a um eine werkstückei¬ gene Achse A gedreht, Q_ , beispielsweise ein scheibenförmiges Werkstück, dessen beide Oberflächen zu beschichten sind. Als Wechselfrequenzen kommen tiefe Frequenzen zum Tragen, was wesentliche Vereinfachungen bringt. Die bevorzugt eingesetzten Frequenzen liegen bei höchstens 30 Hz, sind vorzugsweise tie¬ fer als 10 Hz, sind weiter vorzugsweise höchstens 1 Hz, typi¬ scherweise gar ca. 0.1 Hz.
Bei gewölbter, zu beschichtender Oberfläche sollte eine Tan¬ gentialebene E an diese Fläche in deren Zentralbereich im we¬ sentlichen parallel zu einer Tangente T an den Entladepfad P der weiteren Plasmaentladung positioniert werden, um eine mindestens genähert gleichförmige Verteilung der Plasmadichte an der Oberfläche zu gewährleisten.
In Fig. 4 ist schematisch, im Längsschnitt, eine erfindungs- gemässe Anlage dargestellt. Dabei sind für Funktionseinheiten und Grossen, welche bereits prinzipiell anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben wurden, dieselben Bezugszeichen verwendet.
Am Mantel eines im wesentlichen um eine Zentralachse Z zy¬ lindrisch aufgebauten Vakuumrezipienten 9, mit Evakuierungs- anschluss 27 für eine Vakuumpumpe, sind zwei oder mehr Katho- denzerstäubungsquellen 1 elektrisch isoliert montiert. Bevor¬ zugterweise handelt es sich dabei um magnetfeldunterstützte Zerstäubungsquellen, wie sie generell unter dem Begriff Magne¬ tronquellen bekannt sind. Wie ebenfalls bekannt, sind sie von Anodenringen 29 umgeben und weisen je eine Targetplatte 31 des zu zerstäubenden Feststoffes auf.
Wie dem Fachmann bekannt und hier nicht dargestellt, werden an den bevorzugterweise eingesetzten Magnetronzerstäubungsquellen tunnelförmige Magnetfelder statisch oder bewegt über der zu zerstäubenden Targetoberfläche erzeugt, womit die Plasmadichte des Kathodenzerstäubungsquellen-Plasmas, schematisch bei PLj, wesentlich erhöht wird. Unmittelbar im Bereich der zu zerstäu¬ benden Targetoberfläche ist die Gaseinlassanordnung 13 für Reaktivgas r vorgesehen, welche aus Uebersichtsgründen nur am rechten der in Fig. 4 eingezeichneten Magnetrons 1 eingetragen ist. Bevorzugterweise wird sie gebildet durch mindestens eine Rohrschleife 33, welche um die Targetperipherie umläuft, mit der Targetoberfläche zugewandten Austrittsbohrungen für das Gas, durch welche, bevorzugterweise im wesentlichen in einem Winkel von 45°, das Reaktivgas der Oberfläche des Targets 31 zugedüst wird.
Koaxial zur Zentralachse Z ist eine Ionisierungskammer 35 vorgesehen, welche über eine Blende 37 mit dem Innenraum des Rezipienten 9 kommuniziert. Bevorzugterweise ist die Blende 37 sowohl mit Bezug auf die Wandung des Rezipienten 9 wie auch mit Bezug auf die Wandung der Ionisationskammer 35 durch Iso¬ lationen 39 elektrisch isoliert. Ebenfalls elektrisch isoliert, ist in der Ionisationskammer 35 eine Heisskathode 41 als Elektronenemissionskathode vorgesehen mit Heizstromanschlüssen 43. Koaxial zur erwähnten Achse Z ist, der Oeffnung der Blende 37 gegenüberliegend, im Rezipienten 9 eine Anode 45 bezüglich der Wandung des Rezipienten 9 isoliert montiert. In bekannter Art und Weise wird durch die Blende 37 zwischen Ionisationskammer 35 und Anode 45 eine Niederspan- nungs-Plasmabogenentladung als weitere Plasmaentladung 3 in Form eines Plasmabύndels erzeugt.
Nähere Einzelheiten zum Aufbau einer solchen Niedervolt-Bogen- Verdampfungsstrecke sind zum Beispiel in der schweizerischen Patentschrift No. 631 743 dargelegt.
Ein weiterer Gaseinlass 11 für ein zu ionisierendes Gas, wie für Argon, ist an der Ionisationskammer 35 vorgesehen. Koaxial zur Achse Z sind im weiteren eine oder mehrere Spulen 47 vor¬ gesehen, mittels welcher ein im wesentlichen axiales Magnet¬ feld im Rezipienten 9 erzeugt wird. Durch Veränderung des durch die Spule 47 eingekoppelten Magnetfeldes wird die Bünde¬ lung des Plasmabündels der weiteren Entladung 3 gestellt.
Um die Anode 45 ist eine Trägeranordnung 49 für Werkstücke vorgesehen. Sie umfasst einen Trägerring 51, welcher auf Rol¬ len 53 abrollt und mithin um die Zentralachse Z umläuft. Wie εchematisch mit dem Motor 54 dargestellt, ist mindestens eine der am Umfang des Ringes 51 verteilten Rollen 53 angetrieben. Auf dem Ring 51 ist eine Mehrzahl parallel zur Achse Z aufra¬ gender Drehständer 55, elektrisch isoliert, drehbar gelagert. Eine Antriebsrolle 57 ist hierzu mit einem koaxial zur Achse Z aufragenden, an der Wandung des Rezipienten 9 stationär mon¬ tierten Zylinderabschnitt 59 in Eingriff. Damit drehen die Drehständer 55 um ihre eigene Achse, wie mit ω55 dargestellt, und gleichzeitig mit dem Ring 51 um die Zentralachse Z, wie mit ω53 dargestellt.
Die Drehständer 55, bäumchenartig aufgebaut, weisen eine Mehr¬ zahl ausladender Träger 61 auf, woran Werkstücke 7, hängend oder aufgestellt, gehaltert sind. Somit werden die Werkstücke 7 durch die Drehbewegung ω55 abwechselnd in den Bereich der jeweiligen Kathodenzerstäubungsquellen 1 geschwenkt und in den Bereich der weiteren Plasmaentladung 3, dabei gleichzeitig durch die Drehbwegung ωB1 von einer Kathodenzerstäubungsquelle 1 zur nächsten gefördert. Im weiteren bezeichnen 65 und 63 elektrische Quellen zum Betrieb der Kathodenzerstäubungsquel- len 1 bzw. zur Potentiallegung der Elektronenemissionskathode 41 bezüglich der Anode 45. Im weiteren ist eine einstellbare Quelle 67 vorgesehen, mit¬ tels welcher, beispielsweise über die Antriebsachse des Motors 54, die Rollen 53, Ring 51, die Drehständer 55, das elektri¬ sche Potential an den Werkstücken 7 eingestellt wird.
In Fig. 5 ist die Anlage nach Fig. 4 noch einmal dargestellt. Hier sind aber weitere bevorzugte Vorkehrungen dargestellt, die aus Gründen der Uebersicht nicht in der Darstellung von Fig. 4 eingetragen sind. Jeder Kathodenzerstäubungsquelle 1 ist ein Messwertaufnehmer 70 zugeordnet, bevorzugterweise ein Aufnahmekopf eines Plasmaemissionsmonitors. Er ist, wie sche¬ matisch bei 72 dargestellt, gegen die Strahlung der weiteren Plasmaentladung 3 mittels eines entsprechend geformten und angeordneten Schirmes abgeschirmt. Das AusgangsSignal jedes Messwertaufnehmers wird nach entsprechender Auswertung mit einem vorgegebenen SOLL- oder Führungswert, gemäss Fig. 5 demselben Wert W, verglichen und das Vergleichsresultat als Regeldifferenz Δ je einem den Kathodenzerstäubungsquellen 1 zugeordneten Stellglied, vorzugsweise je einem Stellglied 74, in der ReaktivgasZuführung gebildet durch steuerbare Ventile, zugeführt.
Mithin wird bevorzugterweise der Beschichtungsprozess an jeder Kathodenzerstäubungsquelle 1 individuell geregelt, womit er¬ möglicht wird, insbesondere bei der Werkstückbeschichtung mit elektrisch schlecht oder nicht isolierenden Schichten, als Reaktionsprodukt des von den Quellen abgestäubten Feststoffes mit dem Reaktivgas, auch Arbeitspunkte einzustellen, die ohne vorgesehene Regelung nicht zu stabilisieren wären, d.h. Ar¬ beitspunkte, bei denen die zerstäubte Targetoberfläche durch die erwähnten schlecht oder nicht leitenden Reaktionsprodukte so vergiftet würden, dass der Beschichtungsprozess, wenn nicht vollständig zum Erliegen, so doch durch sogenanntes "arcing" unbeherrschbar würde.
Im weiteren wird bevorzugterweise zwischen jeder Kathodenzer- stäubungsquelle 1 und der Bewegungsbahn der Werkstückträgeran¬ ordnung 49 ein gesteuert beweglicher Schirm 74 vorgesehen, beispielsweise in oberen und unteren Führungen laufend. Mit¬ tels eines Antriebes 76 wird jeder Schirm 74 zwischen Targe - Oberfläche und Gasauslassrohr 33 einerseits und werkstückträ¬ ger 49 anderseits eingeschoben bzw. aus diesem Bereich wegge¬ rückt, um dann die entsprechenden Werkstücke der Kathodenzer¬ stäubung auszusetzen.
Das beschriebene Verfahren und die bevorzugterweise eingesetz¬ te Anlage eignen sich insbesondere zur Beschichtung von Werk¬ stücken, wie von Werkzeugen, mit einer Hartschicht, insbeson¬ dere aus Titan-Nitrid, oder aber mit einer weiteren, als Hart¬ schicht bekannten Schicht, wie einer Nitrid-, Karbid- oder Oxinitrid-Schicht oder einer Mischform davon, von Tantal, Titan, Hafnium, Zirkon oder Aluminium. Als Feststoff wird dabei bevorzugterweise die metallische Phase zerstäubt, wie Titan, wobei es ohne weiteres möglich ist, eine Sub-Nitrid-, -Oxid- oder -Karbid-Verbindung kathodenzuzerstäuben.
Zur Beschichtung von Bohrern wird nachfolgend das Vorgehen an einer Anlage, wie sie anhand der Fig. 4 und 5 dargestellt wurde, aufgezeigt.
1. Aufheizen
Der Vakuumrezipient 9 wird auf 2 • 10"bmbar abgepumpt. Der Werkstückträgerantrieb wird in Gang gesetzt und die Heisskathode mit einem Heizstrom von 150A aufgeheizt. Ueber Anschluss 11 wird Argon eingelassen auf einen Druck von 3 • 103mbar und anschliessend die NiederSpannungs- bogenentladung 3 gezündet. Ihr Entladestrom wird auf 60A eingestellt. Daraufhin wird der Argondruck auf 25 • 10'4mbar reduziert und die sich drehenden Werkstücke wäh¬ rend ca. 12 Min. plasmabeheizt. Mit der Einheit 67 wird das elektrische Potential der Werkstücke auf bezüglich der beispielsweise hier geerdeten Rezipientenwandung gestellt.
2. Aetzen
Der Argondruck im Rezipienten wird auf 3 ' 103mbar erhöht und mit den Spulen 47 das Plasmabündel der Entladung 3 vermehrt gebündelt. Der Entladestrom der Bogenentladung 3 wird auf 70A erhöht. Durch Erniedrigung des elektrischen Potentials an den Werkstücken mit der Quelle 67 auf ca. minus 200V wird die Ionenbeschleunigungsspannung zu den Werkstücken hin so erhöht, dass Aetzen der Werkstückoberfläche einsetzt. Während dieses Aetzprozes- ses sind die Blenden 74 vorzugsweise geschlossen, so dass im zentralen Kammerteil des Rezipienten 9 der Aetzprozess durchgeführt wird, während gleichzeitig die Targetober¬ flächen der Kathodenzerstäubungsquellen 1 freigesputtert werden können.
3. Beschichten
Der Argondruck wird auf 18 • 103mbar erhöht, das Entla¬ dungsbündel der Plasmaentladung 3 durch Reduzierung des Spulenstromes in den Spulen 47 defokussiert. Der Entla¬ destrom der Entladung 3 wird weiter auf ca. 50A zurückge¬ nommen. Bei eingeschalteten Kathodenzerstäubungsquellen 1 werden die Abschirmungen 74 rückgezogen und nun die Werkstücke durch Drehen entsprechend ω55 abwechselnd den jeweiligen Kathodenzerstäubungsquellen 1 und dem zentra¬ len Plasmabündel der weiteren Entladung 3 ausgesetzt.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemäs¬ sen Anlage werden Hartstoffschichten hergestellt, welche im wesentlichen die gleichen Anforderungen erfüllen wie durch Ion-plating hergestellte Schichten. Nach dem unter 3. oben beschriebenen Vorgehen, mit einer An¬ lage nach Fig. 5, wurden 6mm-Bohrer aus Hochgeschwindigkeitsstahl HSS mit TiN beschichtet. Die Dreh¬ geschwindigkeit ω6B der 16 vorgesehenen Bäumchen an der Anlage nach Fig. 5 betrug ca. 0.1 Hz.
In folgender Tabelle sind, bei variierenden Beschichtungspro¬ zess-Parametern, die Bohrtestresultate in "Anzahl Löcher" zu¬ sammengestellt. Als Bohrtest wurde ein Standardtest für die Qualitätssicherung angewendet. Die "Lochzahl"-Angabe ist damit ein relatives Gütemass der Bohrer.
Versuch Plasmastrahl- Magnetfeld, Substrat- Sputter- Substrat- Substrat- Leistung
Stromdichte Spulenstrom Spannung leistung ström temperatur beim Bohr-
(3 Sputter- test quellen) (Lochzahl)
t σ
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Kommentar zu den tabellierten Versuchen
Nr. 1:
Sputtern mit Niederspannungs-Zentrums-Entladung (NZE) mit Bogenstrom von 90A. Substratstrom 4mal höher als Nr. 8. Da¬ durch höhere Substrattemperatur (310°C) . Die hohe Zentrums- plasmadichte an den Werkstücken führt zu goldigen, glänzenden und kompakten Schichten. Die Leistung beim Bohrtest ist erheb¬ lich besser als z.B. bei Nr. 8.
Nr. 2 und 3:
Sputtern mit kleinerer NZE-Plasmastrahl-Stromdichte. Der Io- nenbeschuss an den Werkstücken und dadurch die Substrattempe- ratur sind kleiner. Die Schichten sind aber noch kompakt und glänzend. Die Leistung beim Bohrtest ist sogar besser als bei Nr. 1.
Nr. 4:
Senkung der Beschichtungstemperatur durch eine kleinere 'Sub¬ stratSpannung, .ohne markante Verminderung der Bohrleistung.
Nr. 5:
Mit höherem Spulenstrom (10A) ist der Ionisationsgrad des Argons höher und dadurch die NZE-Plasmadichte an den Substra¬ ten (Substratstrom) höher. Die Bohrleistung ist leicht besser, aber die Temperatur ist deutlich höher im Vergleich zur Charge Nr. 6.
Nr. 6:
Tiefste Beschichtungstemperatur mit guten Bohrergebnissen. Opimale Kombination Magnetfeld - Bogenstrom. Die Schichten sind kompakt und goldig.
Nr. 7:
Praktisch ohne Spulenstrom ist die NZE-Plasmadichte an den Proben ungenügend, was eine gröbere SchichtStruktur und eine Verschlechterung der Bohrleistung verursacht.
Nr. 8:
Rein reaktives Sputtern (ohne Niederspannungs-Zentrums-Entla¬ dung) . Tiefste erreichbare Temperatur (mit 3x 8kW) , aber Bohr- ergebnisse vergleichbar mit denen von unbeschichteten Bohrern. Matte und braune Schichten mit grober, stengeiförmiger Struk¬ tur.
Nr. 9:
Mit einer Sputterleistung von 12kW ist die Abscheidungsrate wesentlich höher. Mit den Parametern der Charge Nr. 6 ist aber die Plasmadichte an den Werkstücken zu klein, um einen aus¬ reichenden Ionenbeschuss durch Ar-Ionen zu gewährleisten.' Die Schichten sind weniger kompakt, und die Bohrleistung ist we¬ sentlich schlechter:
Nr. 10:
Erst mit einer NZE-Plasmastrahl-Stromdichte von 45A ist bei 3x 12 kW-Sputterleistung der Ar-Ionenbeschuss an den Werkstücken ausreichend, um die Abscheidung kompakter Schichten zu ermöglichen. Die Bohrleistung ist besser, aber die Temperatur liegt über 300°C.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Abscheidung einer Schicht auf ein Werkstück, bei dem eine Feststoffphase in eine •Reaktivgasatmosphäre ka¬ thodenzerstäubt (1) wird und die Schicht aus einem Reaktions- produkt von Feststoff und Reaktivgas am Werkstück (7) abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Kathodenzer- stäubungs-Plasmaentladung (PL,) mindestens eine weitere Plasma- entladung (3) erstellt wird und eine zu beschichtende Ober¬ fläche des Werkstückes abwechselnd der Kathodenzerstäubung (1) und der weiteren Plasmaentladung (3) zugekehrt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abwechselnde Zukehren durch eine Schwenk(ω2) - oder Dreh¬ bewegung (ωα) des Werkstückes (7, 7a) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 der 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass, der weiteren Plasmaentladung zugekehrt, eine Tangentialebene (E) an die zu beschichtende Oberfläche, im wesentlichen in deren Zentralbereich, im wesentlichen parallel zu einer Tangente an den Entladungspfad (P) der wei¬ teren Entladung (3) liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass mindestens zwei örtlich getrennte Kathoden- Zerstäubungen vorgenommen werden und das Werkstück (7) vor¬ zugsweise in kontinuierlicher Umlaufbewegung und vorzugsweise zyklisch den Kathodenzerstäubungen ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Quellen (1) für die Zerstäubungen entlang einer Kreisbahn angeordnet werden, die Werkstücke (7) entlang einer Kreisbahn (ω51) vorbei an den Quellen (1) bewegt werden, die weitere Plasmaentladung (3) mit einem im wesentlichen zur Kreisbahn- fl che senkrechten Entladungspfad (P) , diesbezüglich im we¬ sentlichen zentrisch (Z) , erstellt wird und die Werkstücke (7) für das abwechselnde Zukehren schwenk- oder drehbewegt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die weitere Plasmaentladung (3) als Bogen- oder Bündelentladung ausgebildet wird, vorzugsweise als Nie- derspannungs-Bogenentladung.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Schicht im wesentlichen durch Kathoden- Zerstäubung abgelegt wird, durch die weitere Plasmaentladung nachbehandelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Plasmaentladung im wesentlichen eine Entladung in Nichtreaktivgas, wie z.B. in Argon, ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Nachbehandlung vornehmlich ein Ionen¬ beschuss mit Ionen nicht reaktiven Gases ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Werkstück auf ein elektrisches Potenti¬ al gelegt wird, das negativer ist als das Plasmapotential der weiteren Plasmaentladung, vorzugsweise auf ein Potential nega¬ tiver als +10V, vorzugsweise höchstens +5V, vorzugsweise höchstens -5V, vorzugsweise zwischen -5V und -300V, typisch auf ca. -150V.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die abwechselnde Plasmaentladungsausset¬ zung des Werkstückes mit einer Frequenz erfolgt, die höchstens 30 Hz ist, vorzugsweise höchstens 10 Hz ist, vorzugsweise unter 1 Hz, typisch ca. 0.1 Hz beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündelung und/oder die Entladungsleistung verstellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Potential (φ-,) am Werk¬ stück (7) verstellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Massestrom zugeführten Reaktivgases geregelt (19, 21, 17) wird, vorzugsweise mit mindestens einem Plasmaemissionsmonitor als Aufnehmer für die Regelgrösse (X) .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestrom des vorzugsweise in un¬ mittelbarer Nähe der Kathodenzerstäubungsquelle eingelassenen Reaktivgases geregelt wird und als Aufnehmer für die Regel¬ grösse (X) , in unmittelbarer Nähe der Kathodenzerstäubungs- quellen (1), je ein Plasmaemissions-Messkopf (70) vorgesehen wird, und zwar so, dass er bezüglich Lichtstrahlung von der weiteren Plasmaentladung (3) im wesentlichen abgeschottet (72) ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Reaktivgas in unmittelbarer Nähe der Kathodenzerstäubungsquelle (1) eingelassen (33) wird.
17. Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Reaktivgas-Massestrom zu jeder der Kathodenzerstäubungsquellen (1) individuell geregelt (75) wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (7) gegen die Kathodenzer- stäubungsquellen (1) gesteuert abgeschirmt (25, 74) wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch Veränderung der Plasmadichte der weiteren Plasmaentladung (3) am Ort der ihr zugewandten Werk- stückoberflache (74) und/oder Veränderung des an das Werkstück (7) angelegten elektrischen Potentials (φη ) ein Oberflächen- Aetzprozess am Werkstück (7) vorgenommen wird oder ein Heiz- prozess.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücktemperatur unter 300'C ge¬ halten wird, vorzugsweise auf höchstens 250°C.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass als Kathodenzerstäubungsquelle ein Magne¬ tron eingesetzt wird.
22. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zur Abscheidung von Hartstoffschichten, insbesondere auf Werkzeuge, wie Spiralbohrer, dabei insbesondere von Karbid-, Nitrid- und/oder Oxinitrid-Schichten, wie von Titan, Tantal, Zirkon, Hafnium, Aluminium.
23. Beschichtungsanlage mit einem Vakuumrezipienten, minde¬ stens einer Kathodenzerstäubungsquelle mit Plasmaentladungs- strecke, mindestens einer Gaseinlassanordnung für ein Arbeits- gas, einschliesslich ein Reaktiv-Gas bzw. -Gasgemisch, und mit einer Werkstückträgeranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass im Rezipienten (9) nebst der Plasmaentladungsstrecke (PLj) der Kathodenzerstäubungsquelle (1) eine weitere, von der ersteren unabhängig betreibbare Plasmaentladungsstrecke (3) vorgesehen ist, mindestens ein Teil der Werkstückträgeranordnung (49) zwischen Quelle (1) und der weiteren Plasmaentladungsstrecke (3) getrieben verschieblich ist, so, dass eine Oberfläche eines daran gehalterten Werkstückes abwechselnd der Kathoden¬ zerstäubungsquelle (1) und der weiteren Plasmaentladungsstrecke (3) zugewandt wird.
24. Anlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kathodenzerstäubungsquellen (1) vorgesehen sind und der Werkstückträger (49) weiter so getrieben beweg¬ lich ausgebildet ist, dass er an den vorgesehenen Kathoden¬ zerstäubungsquellen (1) vorbeiläuft.
25. Anlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenzerstäubungsquellen (1) entlang einem Kreis angeordnet sind mit im wesentlichen radial gerichteten Flächennormalen der Zerstäubungsflächen (31), die Werkstückträgeranordung (49) auf einer konzentrischen (Z) Bahn entlang den Zerstäubungs- quellen (1) beweglich gelagert ist und die weitere Plasmaent¬ ladungsstrecke (3) zentrisch (Z) und im wesentlichen senkrecht zu der von der Kreisbahn aufgespannten Kreisfläche angeordnet ist.
26. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträgeranordnung (49) im wesentlichen parallel zur weiteren Entladungsstrecke (3) aufragende Ständer (55) umfasεt, welche getrieben um ihre Achse (ω55) beweglich sind.
27. Anlage nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Werkstückträgeranordnung (49) minde¬ stens eine Wendevorrichtung (55, 61) aufweist, um die Ober¬ fläche eines an ihr gelagerten Werkstückes (7) abwechselnd radial nach aussen und radial nach innen zu wenden.
28. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die mindestens eine vorgesehene Kathoden¬ zerstäubungsquelle (1) eine Magnetronzerstäubungsquelle ist.
29. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass ein Regelkreis (19, 21, 17) für die durch die Gaseinlassanordnung (13) eingelassene Gasmenge, insbeson¬ dere Reaktivgasmenge, vorgesehen ist, vorzugsweise mit einem Plasmaemissionsmonitor-Aufnahmekopf (19) als Aufnehmer für die Regelgrösse.
30. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass mindestens zwei Kathodenzerstäubungsquellen (1) vorgesehen sind, die Gaseinlassanordnung je eine Einlass- anordnung (33) insbesondere für das Reaktivgas im Bereich jeder der Kathodenzerstäubungsquellen (1) aufweist und vor¬ zugsweise jeder Kathodenzerstäubungsquelle je ein Regelkreis mit einem Stellglied an den Gaseinlässen als Stellglied (75) des Regelkreises zugeordnet ist, vorzugsweise je mit einem Aufnahmekopf eines Plasmaemissionsmonitors als Aufnehmer für die Regelgrösse.
31. Anlage nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Plasmaemissionsmonitor-Aufnahmeköpfe (70) im wesentlichen gegen Lichtstrahlung von der weiteren Plasmaentladungsstrecke (3) abgeschirmt (72) sind.
32. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die weitere Plasmaentladungsstrecke (3) als Plasmastrahl-Entladungsstrecke oder als Bogenentladungsstrecke ausgebildet ist, vorzugsweise als Niederspannungs-Bogenentla¬ dungsstrecke.
33. Anlage nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Plasmaentladungsstrecke (3) eine Ionisationskammer (35) mit Heisskathode (41) und Austrittsblende (37) umfasst.
34. Anlage nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass steuerbare Magnetfeld-Erzeugungsmittel (47) vorgesehen sind, um die Bündelung des Plasmastrahls (3) zu steuern.
35. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass steuerbare Abschirmungen (74) zwischen Kathodenzerstäubungsquellen (1) und Werkstüc träger (49) vor¬ gesehen sind.
36. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens Trägerpartien (61) für die Werkstücke (7) an der Werkstückträgeranordnung (49) mit einer elektrischen Quelle (67) verbunden sind zu deren gesteuerter Potentiallegung.
37. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass in den Bereich der weiteren Plasmaentla¬ dungsstrecke und der Kathodenzerstäubungsquelle eine Nicht- reaktivgaszuführung einmündet, verbunden mit einem Nichtreak- tivgastank, wie z.B. mit einem Argontank.
38. Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 37, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zur Kontaktierung von Werkstücken vorgese¬ hene Partien an der Werkstückträgeranordnung, mit einer DC- Quelle verbunden sind, die die Partien auf ein elektrisches Potential legt, welches negativer ist als +10V, vorzugsweise höchstens +5V ist, vorzugsweise höchstens -5V ist, vorzugs¬ weise zwischen -5V und -300V beträgt, typisch ca. -150V be¬ trägt.
39. Anwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 23 bis 38 für die Hartstoffbeschichtung von Werkstücken, insbesondere von Werkzeugen, wie Bohrern, vorzugsweise mit einer Karbid-, Nitrid- oder Oxinitridschicht oder einer Schicht einer Misch¬ form davon, und zwar von Titan, Tantal, Hafnium, Zirkon oder Aluminium.
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