WO2012164050A1 - Apparatus and method for coating and/or for removing material by means of pecvd/cde - Google Patents

Apparatus and method for coating and/or for removing material by means of pecvd/cde Download PDF

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WO2012164050A1
WO2012164050A1 PCT/EP2012/060318 EP2012060318W WO2012164050A1 WO 2012164050 A1 WO2012164050 A1 WO 2012164050A1 EP 2012060318 W EP2012060318 W EP 2012060318W WO 2012164050 A1 WO2012164050 A1 WO 2012164050A1
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WO
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workpiece
electrode
chamber
high frequency
feed points
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PCT/EP2012/060318
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Dirk REINER
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Surcoatec Ag
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    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532Electrodes
    • H01J37/32577Electrical connecting means

Definitions

  • the invention is based on a device for coating at least one
  • the device has a chamber containing a high-frequency electrode (RF electrode), a reference electrode and an electrically conductive
  • Workpiece holder includes and a circuit arrangement for feeding
  • High frequency in turn, at least one high-frequency generator and
  • High-frequency line paths is electrically connected to spatially separate feed points of the high-frequency electrode.
  • the invention further starts from a corresponding method for coating at least one surface area and / or for removing material from a surface area of an arbitrarily shaped workpiece by means of plasma-assisted chemical vapor deposition.
  • ion etching and plasma etching (CDE: Chemical Dry Etching) known.
  • CDE Chemical Dry Etching
  • a workpiece is placed in a vacuum chamber and fixed there.
  • the chamber is evacuated to a residual gas pressure in the high vacuum or ultrahigh vacuum range and an inert working gas admitted.
  • an RF field via an RF electrode arranged in the vacuum chamber, a low-pressure plasma is then ignited.
  • an ionized gas is generated, which contains a noteworthy proportion of fast-moving free charge carriers such as ions or electrons.
  • reaction gases are fed into the chamber, which in particular can contain carbon or silicon.
  • the electrons have such high energies that chemical reactions between the gas components and components of the surface of the workpiece are possible, which are not possible in thermal equilibrium.
  • layers are formed on the surface of the workpiece which, depending on the reaction gas, e.g. can consist of carbon or silicon oxide.
  • the reaction gas e.g. can consist of carbon or silicon oxide.
  • DLC diamond-like carbon coatings
  • ion etching and plasma etching are about removing material from the surface
  • the ions of the low-pressure plasma generated must have a certain minimum energy.
  • the acceleration of argon ions in high or ultra-high vacuum in the direction of the substrate to be machined, resulting in the impulse transmission of the In plasma etching, the etching is also carried out by a chemical reaction in which instead of pure argon, a reactive gas such as oxygen is supplied to the plasma.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method for
  • the workpiece holder is electrically conductively connected to the high-frequency electrode having the plurality of feed points.
  • a device is a in the chamber
  • the reference electrode with the mostly constant electrical potential is - apart from electrical conduction via charge carriers of the plasma - electrically isolated from the workpiece.
  • Alternating field can be generated in the region of the workpiece. Due to the different feed points on the same RF electrode, an at least temporary formation of this plasma in inaccessible surface areas, such as cavities formed as recesses is achieved. Workpiece holder and RF electrode can also be integrally formed.
  • high-frequency generators RF or RF generators
  • RF or RF generators often have three or six different high-frequency outputs, so that a corresponding number of injection points on the
  • High frequency electrode is preferred.
  • the high-frequency electrode is formed flat.
  • the feed points are formed distributed over the corresponding area, so are arranged to each other objectionable.
  • the feed points are arranged linearly.
  • the feed points are arranged on an imaginary, over the surface centrally extending straight spaced from each other.
  • Circuit arrangement is arranged such that it can feed high frequency sequentially in the individual feed-points. This sequential feeding results in a temporal sequence of the feed-in location, in particular a feed-in cycle. If, for example, three linearly arranged feed points are provided, which are designated in succession from one side starting with a, b and c, the result is a preferred wiring in the sequence... B, c, b, a, b, ... in which there is a back and forth movement of the entry point with regard to the (imaginary) straight line.
  • a feed-in cycle If, for example, three linearly arranged feed points are provided, which are designated in succession from one side starting with a, b and c, the result is a preferred wiring in the sequence... B, c, b, a, b, ... in which there is a back and forth movement of the entry point with regard to the (imaginary) straight line.
  • Circuit arrangement at least one matching circuit part for impedance matching of the RF feed.
  • a matching circuit part is conventional
  • circuits are known, for example, as the circuit of a matching unit (or “match box"), the corresponding matching circuit part being associated with a specific HF electrode Trimming capacitor preferred embodiment of the invention, the circuit arrangement has one each
  • Circuit part are capacitively coupled. This coupling is in particular by means of RC elements, more preferably by means of series connections of resistors and
  • Capacitors realized.
  • the coupling can avoid harmful feedbacks via the respective non-active feed-in points. Such feedbacks would interfere with operation and could damage the circuitry.
  • High frequency electrode has. This results in several possibilities of electrical connection of the workpiece to the RF electrode.
  • the chamber has electrically conductive inner walls which form an interior of the chamber and at the same time form the reference electrode or at least form part of the reference electrode.
  • the arrangement of the electrodes consists only of the
  • Interior forming inner walls, which forms the reference electrode, and -elektrisch isolated thereof-the RF electrode in the interior.
  • the coating is carried out by means of a device mentioned above.
  • the surface area to be coated or the surface area in the material to be removed, a surface area in at least one cavity of the workpiece.
  • the invention thus encompasses the use of an abovementioned device for coating at least one surface area and / or for Removal of material from a surface area of a workpiece, in particular from a surface area in at least one cavity of the workpiece.
  • an alternating field with very high field strengths can be generated in the chamber, as is necessary for the formation of the cavity plasma.
  • An alternating field generated in this way has a sufficiently high penetration depth, so that even hollow bodies with large wall thicknesses can be penetrated and coated on the inside.
  • the workpiece itself does not have to function as an electrode and can therefore also consist of a non-metallic material.
  • the method comprises the following method steps:
  • a gas lance is preferred for workpieces designed as cavities
  • the gas lance protrudes preferably into the cavity of the Workpiece into it.
  • the hollow body to be coated is not earthed or provided with any other reference potential.
  • the workpiece may be formed in particular as a hollow body.
  • hollow bodies to be coated in principle all possible hollow bodies are possible, ie hollow bodies closed on one side (such as vessels, cans etc.) as well as tubular hollow bodies without bottom, such as e.g. Cannulas, bodies with a through-hole or tubes.
  • the latter hollow bodies must be closed with a lid or stopper on one side before coating.
  • the minimum distance between the outer wall of the workpiece and the inner wall of the chamber is 15 cm.
  • the maximum distance is, however, by the
  • the working gas is a gas selected from the group comprising argon, helium, hydrogen, oxygen or another noble gas.
  • reaction gas is a gas selected from the group containing oxygen.
  • Material removal is also referred to as plasma etching.
  • a reaction gas for this Oxygen is particularly suitable method, since the oxygen ions produced in the plasma are particularly heavy and therefore particularly effective in the accelerated state
  • the reaction gas is a gas selected from the group comprising hydrocarbon gases such as methane, ethane, ethene, ethyne, propane or silane gases such as tetramethylsilane or hexamethyldisiloxane are suitable for forming a DLC layer, the latter, for example, suitable for forming a SiCV layer.
  • DLC diamond-like carbon
  • the ratio of the two variants depends on the coating conditions. If the former predominates, the coating has graphite-like properties (low coefficient of friction), the latter predominate, the hardness and the transparency of the coating increase. Mixed coatings containing both variants often combine both advantages.
  • the plasma is preferably ignited by applying a high-frequency field with the following parameters:
  • the frequency is preferably in the range of 10 - 15 MHz. Particular preference is the frequency 13.56 MHz (RF, radio frequency).
  • Power (watts) area to be coated (m 2 ) x 1750.
  • the latter factor can be between 1500 and 2200 and is empirically determined in practice. A hollow body with an inner surface of 0.85 m 2 to be coated would therefore have to be coated with an energy of about 1500 watts.
  • the bias voltage which occurs under these circumstances is in the range of 0V, namely on all supply lines. Moreover, this value is independent of whether the hollow body to be coated is in electrically conductive contact with the high-frequency electrode or not.
  • the gas supply is regulated gas-specific and depending on the object and desired
  • Layer properties controlled in a range of 0-90 sccm It is preferably provided that the amount of reaction gas for the coating to be introduced amounts to 0.1 to 10 sccm reaction gas per 10 cm 2 of internal surface to be coated.
  • the unit sccm denotes standard cubic centimeters, ie the volume of the gas to be introduced in cubic centimeters per minute (minute volume).
  • a valve with a mass flow controller is used. At a given pressure of the gas supply so decides the opening state of the valve on the inflowing minute volume.
  • hydrocarbon gases the more gas is used, the harder the layer becomes, as the proportion of available carbon atoms increases.
  • silane gases on the other hand, the ratio of silane gas to oxygen determines the hardness of the layer.
  • the ratio is 100 sccm of HMDSO (hexamethyldisiloxane) to 400 sccm of oxygen. A reduction of the oxygen content, however, leads to softer layers.
  • the amount of the reaction gas to be introduced is 0.5-5 sccm of reaction gas per 10 cm 2 of internal surface to be coated.
  • the reaction gas is doped with one or more gases containing Si, N, F, B, O, Ag, Cu, V or Ti. These dopants can help to specifically influence the properties of the applied coating.
  • the doping of the reaction gas with a gas containing Si e.g.
  • Hexamthyldisiloxan to reduce friction even under wet conditions and to a higher thermal stability.
  • Doping with N, F, B, or O affects the surface tension, wettability, and hardness of the coating.
  • Doping with metals helps to affect the conductivity of the coating, while doping with Ag, Cu, V or Ti affects the biological behavior of the coating, particularly biocompatibility, e.g. is enormous important for implants.
  • a hollow body having an inner surface which is characterized in that the latter has been treated by a method according to one of the preceding claims, such that on the inner surface a
  • the coating can be, for example, a DLC, a TiOx or a SiO 2 bond direction.
  • this hollow body is a hollow body selected from the group comprising vessels, bottles, cans, cannulas, hollow needles, syringes, inner walls of cylinder or piston bores in internal combustion engines, inner sides of bearings, in particular ball or roller bearings.
  • FIG. 1 shows an apparatus 10 for coating at least one surface area and / or for removing material from at least one surface area of a workpiece 12 by means of plasma-assisted chemical vapor deposition PECVD or plasma etching (CDE).
  • the device 10 has a vacuum chamber designed as a chamber 14, which is shown in Fig. 1 in a sectional view.
  • the chamber 14 forms with its inner walls 16 an inner space 18 which can be evacuated.
  • a high-frequency electrode (HF electrode) 22 which is electrically insulated from the inner walls 16 by means of insulators 20 is arranged.
  • a workpiece holder 24 made of metal, on which in turn is held to be coated workpiece 12.
  • This workpiece 12 is formed as a hollow body with a recess formed as a blind hole 26 recess.
  • This cavity 26 is formed by a hard surface area 28 of the workpiece 12 formed by the inner wall of the hollow body.
  • the workpiece 12 is positioned spaced from the inner walls 16. Namely, the inner walls 16 at the same time form a reference electrode 29 of the device and carry as electrical reference potential e.g. Ground potential.
  • the device 10 further comprises a circuit arrangement 30 for feeding high-frequency signals or high-frequency voltage.
  • a circuit arrangement 30 for feeding high-frequency signals or high-frequency voltage.
  • Circuit arrangement 30 at least one high-frequency generator 32, at least one matching circuit part 34 for impedance matching in a matching unit ("match box") and a plurality of high-frequency line paths 36, 38, 40.
  • the high-frequency generator 32 is on the High-frequency line paths 36, 38, 40 at spatially separate feed points 42, 44, 46 (or a, b, c) of the high-frequency electrode 22 connected.
  • the individual high frequency paths 36, 38, 40 to the feed points 42, 44, 46th be controlled separately to produce a homogeneous alternating field with uniformly high field strengths in the entire chamber.
  • the high-frequency line paths 36, 38, 40 to the feed points 42, 44, 46 are capacitive in the region of the matching circuit part 34,
  • the circuit arrangement 30 is set up for feeding the high-frequency voltage in succession into the individual feed-in points 42, 44, 46 of the HF-electrode, in particular by means of RC elements (not shown).
  • Such a successive feeding of the high frequency into the individual feed points 42, 44, 46 of the HF electrode 22 produces a spatially varying plasma in the region of the workpiece 22.
  • This plasma also extends into the cavity 26 of the workpiece 12 or 12 formed as a hollow body even forms preferentially in this cavity.
  • Fig. 2 shows the rough circuit diagram of the circuit arrangement 30 with the
  • High frequency generator 32 one of the three matching circuit parts 34 with
  • Trim capacitors the interconnection of the three high-frequency line paths 36, 38, 40 and a supply line to the reference electrode 29, which is in the embodiment at ground potential (or neutral potential).
  • the capacitive coupling of the matching circuit parts 34 with each other is not shown, since only one matching circuit parts 34 is shown.

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  • Analytical Chemistry (AREA)
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Abstract

The subject matter of the invention is an apparatus (10) for coating at least one surface region (28) and/or for removing material from at least one surface region (28) of a workpiece (22) having any desired shape by means of plasma-enhanced chemical vapour deposition, with a chamber (14), which has a radiofrequency electrode (22), a reference electrode (29) and an electrically conductive workpiece holder (24), and with a circuit arrangement (30) for feeding radiofrequency, which circuit arrangement has at least one radiofrequency generator (32) and radiofrequency line paths (36, 38, 40), wherein the radiofrequency generator (32) is connected via radiofrequency line paths (36, 38, 40) to feed points (42, 44, 46) of the radiofrequency electrode (22) which are physically separated from one another. Provision is made for the radiofrequency electrode (22) to be electrically conductively connected to the workpiece holder (24) at the plurality of feed points (42, 44, 46).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten und/oder zum Abtragen von Material mittels  Device and method for coating and / or removing material by means of
PECVD/CDE  PECVD / CDE
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Beschichten zumindest eines The invention is based on a device for coating at least one
Oberflächenbereichs und/oder zum Abtragen von Material aus einem Oberflächenbereich eines beliebig geformten Werkstücks mittels plasmagestützter chemischer Surface area and / or for removing material from a surface area of an arbitrarily shaped workpiece by means of plasma-enhanced chemical
Gasphasenabscheidung. Die Vorrichtung weist eine Kammer, die eine Hochfrequenz- Elektrode (HF-Elektrode), eine Referenz-Elektrode und eine elektrisch leitfähige Vapor deposition. The device has a chamber containing a high-frequency electrode (RF electrode), a reference electrode and an electrically conductive
Werkstückhalterung umfasst und eine Schaltungsanordnung zum Einspeisen von Workpiece holder includes and a circuit arrangement for feeding
Hochfrequenz auf, die ihrerseits zumindest einen Hochfrequenz-Generator und High frequency, in turn, at least one high-frequency generator and
Hochfrequenzleitungspfade aufweist, wobei der Hochfrequenz-Generator über die Having high-frequency line paths, wherein the high-frequency generator via the
Hochfrequenzleitungspfade elektrisch an voneinander räumlich getrennten Einspeise-Stellen der Hochfrequenz-Elektrode angeschlossen ist. Die Erfindung geht weiterhin von einem entsprechenden Verfahren zum Beschichten zumindest eines Oberflächenbereichs und/oder zum Abtragen von Material aus einem Oberflächenbereich eines beliebig geformten Werkstücks mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung aus. High-frequency line paths is electrically connected to spatially separate feed points of the high-frequency electrode. The invention further starts from a corresponding method for coating at least one surface area and / or for removing material from a surface area of an arbitrarily shaped workpiece by means of plasma-assisted chemical vapor deposition.
Eine Vorrichtung zum Beschichten zumindest eines Oberflächenbereichs und/oder zum Abtragen von Material aus einem Oberflächenbereich eines Werkstücks und ein An apparatus for coating at least one surface area and / or for removing material from a surface area of a workpiece and a
entsprechendes Verfahren ist beispielsweise aus der US 2004/0168770 AI bekannt. Derartige Verfahren sind auch unter den Gattungsbegriffen Plasmabeschichten (PECVD,corresponding method is known for example from US 2004/0168770 AI. Such methods are also known under the generic names plasma coatings (PECVD,
"Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition") bzw. Ionenätzen und Plasmaätzen (CDE: Chemical Dry Etching) bekannt. Hierbei wird ein Werkstück in eine Vakuumkammer eingebracht und dort fixiert. Die Kammer wird bis auf einen Restgasdruck im Hochvakuum- bzw. Ultrahochvakuum-Bereich evakuiert und ein inertes Arbeitsgas eingelassen. Durch Einspeisung eines HF-Feldes über eine in der Vakuumkammer angeordnete HF-Elektrode wird anschließend ein Niederdruck- Plasma gezündet. Hierbei wird ein ionisiertes Gas erzeugt, das zu einem nennenswerten Anteil sich schnell bewegende freie Ladungsträger wie Ionen oder Elektronen enthält. "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition") or ion etching and plasma etching (CDE: Chemical Dry Etching) known. Here, a workpiece is placed in a vacuum chamber and fixed there. The chamber is evacuated to a residual gas pressure in the high vacuum or ultrahigh vacuum range and an inert working gas admitted. By feeding an RF field via an RF electrode arranged in the vacuum chamber, a low-pressure plasma is then ignited. Here, an ionized gas is generated, which contains a noteworthy proportion of fast-moving free charge carriers such as ions or electrons.
Bei der PECVD werden neben dem Arbeitsgas weitere sogenannte Reaktionsgase in die Kammer eingespeist, die insbesondere kohlenstoffhaltig oder siliziumhaltig sein können. In dem Niederdruck-Plasma haben die Elektronen solch hohe Energien, dass chemische Reaktionen zwischen den Gasbestandteilen und Bestandteilen der Oberfläche des Werkstücks möglich sind, die im thermischen Gleichgewicht nicht möglich sind. Auf diese Weise bilden sich auf der Oberfläche des Werkstücks Schichten aus, die je nach Reaktionsgas z.B. aus Kohlenstoff oder Siliziumoxid bestehen können. Es lassen sich so zum Beispiel hochfeste, reibungsarme und biokompatible diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC, „Diamond- like Carbon") herstellen, die z.B. in Implantaten, Zahnrädern und dergleichen zum Einsatz kommen. Beim Ionenätzen und Plasmaätzen geht es hingegen darum, Material von der Oberfläche des Werkstücks abzutragen, um letzteres z.B. zu reinigen. Hierfür müssen die Ionen des erzeugten Niederdruckplasmas eine gewisse Mindestenergie besitzen. Die Beschleunigung von Argon- Ionen im Hoch- oder Ultrahochvakuum in Richtung des zu bearbeitenden Substrats, führt dazu, dass beim Auftreffen eine Impulsübertragung von den hochenergetischen Ionen auf das Substrat stattfindet und dessen Oberfläche zerstäubt und gleichmäßig abgetragen wird. Beim Plasmaätzen erfolgt das Ätzen zudem durch eine chemische Reaktion. Hierbei wird statt reinem Argon dem Plasma ein reaktives Gas wie z.B. Sauerstoff zugeführt. In the case of the PECVD, in addition to the working gas, further so-called reaction gases are fed into the chamber, which in particular can contain carbon or silicon. In the low-pressure plasma, the electrons have such high energies that chemical reactions between the gas components and components of the surface of the workpiece are possible, which are not possible in thermal equilibrium. In this way, layers are formed on the surface of the workpiece which, depending on the reaction gas, e.g. can consist of carbon or silicon oxide. For example, it is possible to produce high-strength, low-friction and biocompatible diamond-like carbon coatings (DLC, "diamond-like carbon") used in implants, gears, etc. However, ion etching and plasma etching are about removing material from the surface For this purpose, the ions of the low-pressure plasma generated must have a certain minimum energy.The acceleration of argon ions in high or ultra-high vacuum in the direction of the substrate to be machined, resulting in the impulse transmission of the In plasma etching, the etching is also carried out by a chemical reaction in which instead of pure argon, a reactive gas such as oxygen is supplied to the plasma.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum The object of the present invention is to provide a device and a method for
Beschichten zumindest eines Oberflächenbereichs und/oder zum Abtragen von Material aus zumindest einem Oberflächenbereich eines Werkstücks mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung bzw. Plasmaätzen bereitzustellen, bei dem das Beschichten/ Abtragen auch in unzugänglichen Bereichen möglich ist. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung und einem Verfahren aufweisend die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 10 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an. Coating at least one surface area and / or for removing material from at least provide a surface region of a workpiece by means of plasma-assisted chemical vapor deposition or plasma etching, in which the coating / ablation is possible even in inaccessible areas. This object is achieved with a device and a method having the features of claims 1 and 10, respectively. The subclaims indicate preferred embodiments.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Werkstückhalterung elektrisch leitend mit der die Mehrzahl von Einspeise-Stellen aufweisenden Hochfrequenz- Elektrode verbunden ist. Bei einer derartigen Vorrichtung ist ein in die Kammer In the device according to the invention it is provided that the workpiece holder is electrically conductively connected to the high-frequency electrode having the plurality of feed points. In such a device is a in the chamber
eingebrachtes Werkstück in der Nähe der Hochfrequenz-Elektrode (HF-Elektrode) angeordnet und auch elektrisch (bzw. dielektrisch) an diese angebunden. Die Referenzelektrode mit dem zumeist konstanten elektrischen Potential ist - abgesehen von elektrischer Leitung über Ladungsträger des Plasmas - elektrisch isoliert von dem Werkstück. Durch diese Anordnung variiert der resultierende Potentialverlauf im Bereich des Werkstücks stark, wobei das Plasma/die Plasmen induktiv/kapazitiv durch Einstrahlung eines elektromagnetischen placed workpiece in the vicinity of the high-frequency electrode (RF electrode) and also electrically (or dielectrically) connected to this. The reference electrode with the mostly constant electrical potential is - apart from electrical conduction via charge carriers of the plasma - electrically isolated from the workpiece. By this arrangement, the resulting potential variation varies greatly in the region of the workpiece, wherein the plasma / plasmas inductively / capacitively by irradiation of an electromagnetic
Wechselfeldes im Bereich des Werkstücks erzeugt werden. Durch die unterschiedlichen Einspeise-Stellen auf der gleichen HF-Elektrode wird ein zumindest temporäres ausbilden dieses Plasmas in unzugänglichen Oberflächenbereichen wie als Höhlungen ausgebildete Ausnehmungen erreicht. Werkstückhalterung und HF-Elektrode können auch einstückig ausgebildet sein. Alternating field can be generated in the region of the workpiece. Due to the different feed points on the same RF electrode, an at least temporary formation of this plasma in inaccessible surface areas, such as cavities formed as recesses is achieved. Workpiece holder and RF electrode can also be integrally formed.
Prinzipiell ist jede Anzahl von Einspeise-Stellen denkbar. Hochfrequenz-Generatoren (HF- bzw. RF-Generatoren) weisen jedoch oft drei oder sechs unterschiedlichen Hochfrequenz- Ausgänge auf, sodass eine entsprechende Anzahl von Einspeise-Stellen auf der In principle, any number of feed-in points is conceivable. However, high-frequency generators (RF or RF generators) often have three or six different high-frequency outputs, so that a corresponding number of injection points on the
Hochfrequenz-Elektrode bevorzugt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hochfrequenz-Elektrode flächig ausgebildet ist. Die Einspeise-Stellen sind über die entsprechende Fläche verteilt ausgebildet, sind also zueinander beanstandend angeordnet. Insbesondere ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Einspeise-Stellen linear angeordnet sind. Bevorzugt sind die Einspeise-Stellen auf einer gedachten, sich über die Fläche zentral erstreckenden Gerade beabstanded zueinander angeordnet. Alternativ ist -ebenfalls mit Vorteil- vorgesehen, dass die Einspeise-Stellen in Form eines n-Ecks (Vielecks), insbesondere eines gleichseitigen n-Ecks, mit n = 3, 4... angeordnet sind. Dieses n-Eck bzw. Vieleck ist bevorzugt zentral auf der Fläche der HF-Elektrode angeordnet. High frequency electrode is preferred. According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the high-frequency electrode is formed flat. The feed points are formed distributed over the corresponding area, so are arranged to each other objectionable. In particular, it is advantageously provided that the feed points are arranged linearly. Preferably, the feed points are arranged on an imaginary, over the surface centrally extending straight spaced from each other. Alternatively, it is also advantageously provided that the feed points are arranged in the form of an n-corner (polygon), in particular an equilateral n-corner, with n = 3, 4. This n-corner or polygon is preferably arranged centrally on the surface of the HF electrode.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the
Schaltungsanordnung derart eingerichtet ist, dass sie Hochfrequenz sequenziell in die einzelnen Einspeise-Stellen einzuspeisen kann. Durch dieses sequenzielle Einspeisen ergibt sich eine zeitliche Abfolge des Einspeiseorts, insbesondere ein Einspeise-Zyklus. Sind zum Beispiel drei linear angeordnete Einspeisestellen vorgesehen, die in ihrer Reihenfolge hintereinander von einer Seite aus beginnend mit a, b und c bezeichnet werden, so ergibt sich eine bevorzugte Beschaltung in der Reihenfolge ... b, c, b, a, b, ... , bei der sich bezüglich der (gedachten) Gerade ein Hin- und Herbewegung des Einspeiseortes ergibt. Bei einer Circuit arrangement is arranged such that it can feed high frequency sequentially in the individual feed-points. This sequential feeding results in a temporal sequence of the feed-in location, in particular a feed-in cycle. If, for example, three linearly arranged feed points are provided, which are designated in succession from one side starting with a, b and c, the result is a preferred wiring in the sequence... B, c, b, a, b, ... in which there is a back and forth movement of the entry point with regard to the (imaginary) straight line. At a
Anordnung der Einspeisestellen, die ein Vieleck ergibt, ist zum Beispiel eine umlaufende Bewegung des Einspeiseortes bevorzugt. Arrangement of the feed points, which gives a polygon, for example, a circumferential movement of the feed point is preferred.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die According to a further preferred embodiment of the invention, the
Schaltungsanordnung mindestens einen Anpass-Schaltungsteil zur Impedanzanpassung der HF-Einspeisung auf. Ein derartiger Anpass-Schaltungsteil ist bei herkömmlichen Circuit arrangement at least one matching circuit part for impedance matching of the RF feed. Such a matching circuit part is conventional
Vorrichtungen zum Beispiel als Schaltung einer Matching-Einheit (oder„Match-Box") bekannt, wobei der entsprechende Anpass-Schaltungsteil einer konkreten HF-Elektrode zugeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Anpass-Schaltungsteil oder zumindest einer der Anpass-Schaltungsteile einen Trimmkondensator aufweist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltungsanordnung je einen Devices are known, for example, as the circuit of a matching unit (or "match box"), the corresponding matching circuit part being associated with a specific HF electrode Trimming capacitor preferred embodiment of the invention, the circuit arrangement has one each
Anpass-Schaltungsteil pro Einspeise-Stelle auf. Matching circuit part per feed-point.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hochfrequenzleitungspfade zu den Einspeisestellen im Bereich des Anpass-According to yet another preferred embodiment of the invention, it is provided that the high-frequency line paths to the feed points in the region of the adaptation
Schaltungsteils kapazitiv gekoppelt sind. Diese Kopplung ist insbesondere mittels RC- Gliedern, besonders bevorzugt mittels Reihenschaltungen von Widerständen und Circuit part are capacitively coupled. This coupling is in particular by means of RC elements, more preferably by means of series connections of resistors and
Kondensatoren, realisiert. Durch die Kopplung können schädliche Rückkopplungen über die jeweils nicht aktiven Einspeise-Stellen vermieden werden. Derartige Rückkopplungen würden den Betrieb stören und könnten die Schaltungsanordnung beschädigen. Capacitors, realized. The coupling can avoid harmful feedbacks via the respective non-active feed-in points. Such feedbacks would interfere with operation and could damage the circuitry.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Werkstückhalterung mehrere räumlich voneinander getrennte elektrische Verbindungspfade zu unterschiedlichen Stellen der It is advantageously provided that the workpiece holder has a plurality of spatially separate electrical connection paths to different locations of the
Hochfrequenzelektrode aufweist. Dadurch ergeben sich mehrere Möglichkeiten der elektrischen Anbindung des Werkstücks an die HF-Elektrode. High frequency electrode has. This results in several possibilities of electrical connection of the workpiece to the RF electrode.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kammer elektrisch leitfähige Innenwände auf, die einen Innenraum der Kammer bildenden und gleichzeitig die Referenzelektrode bilden oder zumindest einen Teil der Referenzelektrode bilden. Im einfachsten Fall besteht die Anordnung der Elektroden also nur aus den denAccording to a further preferred embodiment of the invention, the chamber has electrically conductive inner walls which form an interior of the chamber and at the same time form the reference electrode or at least form part of the reference electrode. In the simplest case, therefore, the arrangement of the electrodes consists only of the
Innenraum bildenden Innenwänden, die die Referenzelektrode bildet, und -elektrisch isoliert davon- der HF-Elektrode im Innenraum. Interior forming inner walls, which forms the reference electrode, and -elektrisch isolated thereof-the RF electrode in the interior.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Beschichten mittels einer vorstehend genannten Vorrichtung durchgeführt wird. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der zu beschichtende Oberflächenbereich bzw. der Oberflächenbereich in dem Material abgetragen werden soll, ein Oberflächenbereich in mindestens einer Höhlung des Werkstücks ist. Mit anderen Worten umfasst die Erfindung also die Verwendung einer vorstehend genannten Vorrichtung zum Beschichten zumindest eines Oberflächenbereichs und/oder zum Abtragen von Material aus einem Oberflächenbereich eines Werkstücks, insbesondere aus einem Oberflächenbereich in mindestens einer Höhlung des Werkstücks. In the method according to the invention it is provided that the coating is carried out by means of a device mentioned above. In this case, it is possible, in particular, for the surface area to be coated or the surface area in the material to be removed, a surface area in at least one cavity of the workpiece. In other words, the invention thus encompasses the use of an abovementioned device for coating at least one surface area and / or for Removal of material from a surface area of a workpiece, in particular from a surface area in at least one cavity of the workpiece.
Auf diese Weise lässt sich in der Kammer ein Wechselfeld mit sehr hohen Feldstärken erzeugen, wie es zur Ausbildung des Hohlraumplasmas erforderlich ist. Ein auf diese Weise erzeugtes Wechselfeld weist eine ausreichend hohe Durchschlagtiefe auf, so dass auch Hohlkörper mit großen Wandstärken durchdrungen und auf der Innenseite beschichtet werden können. Das Werkstück selbst muss nicht als Elektrode fungieren und kann daher auch aus einem nichtmetallischen Material bestehen. In this way, an alternating field with very high field strengths can be generated in the chamber, as is necessary for the formation of the cavity plasma. An alternating field generated in this way has a sufficiently high penetration depth, so that even hollow bodies with large wall thicknesses can be penetrated and coated on the inside. The workpiece itself does not have to function as an electrode and can therefore also consist of a non-metallic material.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung die Hochfrequenz (das It is preferably provided that the circuit arrangement, the high frequency (the
Hochfrequenzsignal) in die einzelnen Einspeise-Stellen aufeinanderfolgend einspeist. Dabei ergibt sich insbesondere ein Einspeise-Zyklus. Dieser Einspeise-Zyklus lässt das Plasma auch in Höhlung(en) des Werkstücks eindringen. High-frequency signal) in the individual feed-points successive feeds. This results in particular a feed cycle. This feed cycle also allows the plasma to penetrate into cavity (s) of the workpiece.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte auf: According to a preferred embodiment of the invention, the method comprises the following method steps:
(i) Einbringen des Werkstücks in die Kammer und Positionieren des Werkstücks in der Kammer, wobei ein allseitiger Mindestabstand zwischen der Außenwand des Werkstücks und der Innenwand der Kammer einzuhalten ist,  (i) inserting the workpiece into the chamber and positioning the workpiece in the chamber, wherein an all-round minimum distance between the outer wall of the workpiece and the inner wall of the chamber is observed,
(ii) Verschließen der Kammer und Evakuieren derselben auf einen Restdruck von 0,001 - 20 Pascal,  (ii) closing the chamber and evacuating it to a residual pressure of 0.001-20 Pascal,
(iii) Einleiten eines inerten Arbeitsgases sowie eines oder mehrerer Reaktionsgase über eine Gaszufuhreinrichtung und/oder eine Gaslanze im Innenraum der Kammer, sowie  (Iii) introducing an inert working gas and one or more reaction gases via a gas supply device and / or a gas lance in the interior of the chamber, and
(iv) Zünden eines Plasmas durch Anlegen eines elektrischen Hochfrequenzfeldes an der Ho chfrequenz-E lektro de . (iv) igniting a plasma by applying a high frequency electric field to the high frequency electrode.
Eine Gaslanze wird bevorzugt bei Werkstücken mit als Höhlungen ausgebildeten A gas lance is preferred for workpieces designed as cavities
Ausnehmungen zusätzlich verwendet. Die Gaslanze ragt dabei bevorzugt in die Höhlung des Werkstücks hinein. Der zu beschichtende Hohlkörper ist nicht geerdet oder mit einem sonstigen Bezugspotential versehen. Recesses additionally used. The gas lance protrudes preferably into the cavity of the Workpiece into it. The hollow body to be coated is not earthed or provided with any other reference potential.
Das Werkstück kann insbesondere als Hohlkörper ausgebildet sein. Als zu beschichtende Hohlkörper kommen grundsätzlich alle möglichen Hohlkörper in Frage, also sowohl einseitig geschlossene Hohlkörper (wie z.B. Gefäße, Kannen etc.) als auch rohrförmige Hohlkörper ohne Boden, wie z.B. Kanülen, Körper mit einer Durchgangsbohrung oder Rohre. Letztere Hohlkörper müssen vor der Beschichtung auf einer Seite mit einem Deckel oder Stopfen verschlossen werden. The workpiece may be formed in particular as a hollow body. As hollow bodies to be coated, in principle all possible hollow bodies are possible, ie hollow bodies closed on one side (such as vessels, cans etc.) as well as tubular hollow bodies without bottom, such as e.g. Cannulas, bodies with a through-hole or tubes. The latter hollow bodies must be closed with a lid or stopper on one side before coating.
Bevorzugt beträgt der Mindestabstand zwischen der Außenwand des Werkstücks und der Innenwand der Kammer 15 cm. Der maximale Abstand ist hingegen durch die Preferably, the minimum distance between the outer wall of the workpiece and the inner wall of the chamber is 15 cm. The maximum distance is, however, by the
Dimensionierung der verwendeten Kammer gegeben. Dieses Merkmal ist insbesondere mit der Eigenschaft von Vorteil, dass bei dem Verfahren die Temperaturen im Inneren der Beschichtungskammer in der Regel 200 °C nicht übersteigen. Aufgrund dieser geringen Temperaturen lassen sich also auch Kunststoffhohlkörper mit einer höchst widerstandsfähigen Innenbeschichtung versehen. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil sich aufgrund der nicht erforderlichen elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Hohlkörper und der Hochfrequenz-Elektrode mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gerade auch nichtmetallische Hohlkörper beschichten lassen. Dimensioning of the used chamber given. This feature is particularly advantageous in that in the method the temperatures inside the coating chamber usually do not exceed 200 ° C. Due to these low temperatures, plastic hollow bodies can therefore also be provided with a highly resistant inner coating. This is particularly advantageous because even non-metallic hollow bodies can be coated due to the non-required electrically conductive connection between the hollow body and the high-frequency electrode with the method according to the invention.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem Arbeitsgas um ein Gas ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Argon, Helium, Wasserstoff, Sauerstoff oder ein anderes Edelgas handelt. It is preferably provided that the working gas is a gas selected from the group comprising argon, helium, hydrogen, oxygen or another noble gas.
Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem Reaktionsgas um ein Gas ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Sauerstoff handelt. Furthermore, it is particularly preferably provided that the reaction gas is a gas selected from the group containing oxygen.
Ein solches Verfahren zur plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung zur Such a method for plasma-assisted chemical vapor deposition for
Materialabtragung wird auch als Plasmaätzen bezeichnet. Als Reaktionsgas für dieses Verfahren ist Sauerstoff besonders geeignet, da die im Plasma erzeugten Sauerstoffionen besonders schwer sind und daher im beschleunigten Zustand besonders effektiv eine Material removal is also referred to as plasma etching. As a reaction gas for this Oxygen is particularly suitable method, since the oxygen ions produced in the plasma are particularly heavy and therefore particularly effective in the accelerated state
Oberflächenabtragung herbeiführen. Mittels des Verfahrens, bei dem nach Zuführung von Sauerstoff unter hoher Energiezufuhr ein Plasma gezündet wird, gelingt es, die Oberfläche des Substrates absolut rückstandsfrei zu reinigen („ätzen"). Dies ist insbesondere auf das hohe Atomgewicht der Sauerstoffatome zurückzuführen, die bei ausreichender Beschleunigung Verunreinigungen sicher abtragen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass es sich bei dem Reaktionsgas um ein Gas ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Kohlenwasserstoffgase wie Methan, Ethan, Ethen, Ethin, Propan oder Silangase wie Tetramethylsilan oder Hexamethyldisiloxan handelt. Erstere Reaktionsgase sind geeignet zur Ausbildung einer DLC-Schicht, letztere z.B. geeignet zur Ausbildung einer SiCVSchicht. Cause surface erosion. By means of the method in which a plasma is ignited after supplying oxygen under high energy supply, it is possible to clean the surface of the substrate absolutely residue-free ("etching") .This is due in particular to the high atomic weight of the oxygen atoms, with sufficient acceleration In a further preferred embodiment of the process according to the invention, it is provided that the reaction gas is a gas selected from the group comprising hydrocarbon gases such as methane, ethane, ethene, ethyne, propane or silane gases such as tetramethylsilane or hexamethyldisiloxane are suitable for forming a DLC layer, the latter, for example, suitable for forming a SiCV layer.
Unter dem Begriff DLC („Diamond-Like Carbons') werden Schichten aus molekularem Kohlenstoff verstanden, die ein Netz bzw. Gitter aus sp2-und sp3-hybridisierten The term DLC ("diamond-like carbon") is understood as meaning layers of molecular carbon which hybridize a network or lattice of sp 2 and sp 3
Kohlenstoffatomen aufweisen. Das Verhältnis beider Varianten zueinander richtet sich nach den Beschichtungsbedingungen. Überwiegen erstere, weist die Beschichtung graphitähnliche Eigenschaften auf (geringer Reibungskoeffizient), überwiegen letztere, nimmt die Härte und die Transparenz der Beschichtung zu. Mischbeschichtungen enthaltend beide Varianten vereinigen häufig beide Vorteile. Have carbon atoms. The ratio of the two variants depends on the coating conditions. If the former predominates, the coating has graphite-like properties (low coefficient of friction), the latter predominate, the hardness and the transparency of the coating increase. Mixed coatings containing both variants often combine both advantages.
Untersuchungen der Anmelder haben ergeben, dass sich mit diesem Verfahren die inneren Oberflächen von Bulkkannen und anderen Hohlkörpern effektiv mit einer DLC-Schicht beschichten lassen. Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Plasma durch Anlegen eines Hochfrequenzfeldes mit den folgenden Parametern gezündet: Applicants' investigations have shown that with this method, the inner surfaces of bulk cans and other hollow bodies can be effectively coated with a DLC layer. In the method according to the invention, the plasma is preferably ignited by applying a high-frequency field with the following parameters:
1. Frequenz: 10 kHz - 100 GHz 1st frequency: 10 kHz - 100 GHz
2. Elektrische Leistung: 500 - 5000 W 2. Electrical power: 500 - 5000 W
3. Gaszufuhr: 0 - 90 scm3. 3. Gas supply: 0 - 90 scm 3 .
Die Frequenz liegt bevorzugt im Bereich von 10 - 15 MHz. Besondere bevorzugt beträgt die Frequenz 13,56 MHz (RF, Radio frequenz). The frequency is preferably in the range of 10 - 15 MHz. Particular preference is the frequency 13.56 MHz (RF, radio frequency).
Die einzubringende elektrische Leistung errechnet sich nach folgender Formel: Leistung (Watt) = zu beschichtende Fläche (m2) x 1750. Der letztgenannte Faktor kann dabei zwischen 1500 und 2200 liegen und wird in der Praxis empirisch ermittelt. Ein Hohlkörper mit einer zu beschichtenden inneren Oberfläche von 0,85 m2 müßte demnach mit einer Energie von etwa 1500 Watt beschichtet werden. The electrical power to be applied is calculated according to the following formula: Power (watts) = area to be coated (m 2 ) x 1750. The latter factor can be between 1500 and 2200 and is empirically determined in practice. A hollow body with an inner surface of 0.85 m 2 to be coated would therefore have to be coated with an energy of about 1500 watts.
Überraschenderweise liegt die sich unter diesen Umständen einstellende Biasspannung im Bereich von 0V, und zwar an allen Zuleitungen. Überdies ist dieser Wert unabhängig davon, ob der zu beschichtende Hohlkörper in elektrisch leitendem Kontakt mit der Hochfrequenz- Elektrode steht oder nicht. Surprisingly, the bias voltage which occurs under these circumstances is in the range of 0V, namely on all supply lines. Moreover, this value is independent of whether the hollow body to be coated is in electrically conductive contact with the high-frequency electrode or not.
Die Gaszufuhr wird gasspezifisch geregelt und je nach Objekt und gewünschten The gas supply is regulated gas-specific and depending on the object and desired
Schichteigenschaften in einem Bereich von 0-90 sccm eingeregelt. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die einzubringende Menge des Reaktionsgases für die Beschichtung 0,1 - 10 sccm Reaktionsgas pro 10 cm2 zu beschichtende innere Oberfläche beträgt. Layer properties controlled in a range of 0-90 sccm. It is preferably provided that the amount of reaction gas for the coating to be introduced amounts to 0.1 to 10 sccm reaction gas per 10 cm 2 of internal surface to be coated.
Die Einheit sccm bezeichnet Standard-Kubikzentimeter, d.h. das Volumen des einzuleitenden Gases in Kubikzentimeter pro Minute (Minutenvolumen). Für die Einregelung wird ein Ventil mit einem Mass Flow Controller verwendet. Bei gegebenem Druck der Gaszuleitung entscheidet also der Öffnungszustand des Ventils über das einströmende Minutenvolumen. Bei Kohlenwasserstoffgasen gilt, dass die Schicht umso härter wird, je mehr Gas eingesetzt wird, da der Anteil an zur Verfügung stehenden Kohlenstoffatomen steigt. Bei Silangasen gilt hingegen, dass das Verhältnis des Silangases zum Sauerstoff die Härte der Schicht bestimmt. Für harte Beschichtungen liegt das Verhältnis z.B. bei 100 sccm HMDSO (Hexamethyldisiloxan) zu 400 sccm Sauerstoff. Eine Reduktion des Sauerstoffanteils führt hingegen zu weicheren Schichten. Besonders bevorzugt beträgt die einzubringende Menge des Reaktionsgases 0,5 - 5 sccm Reaktionsgas pro 10 cm2 zu beschichtende innere Oberfläche. The unit sccm denotes standard cubic centimeters, ie the volume of the gas to be introduced in cubic centimeters per minute (minute volume). For the adjustment, a valve with a mass flow controller is used. At a given pressure of the gas supply so decides the opening state of the valve on the inflowing minute volume. With hydrocarbon gases, the more gas is used, the harder the layer becomes, as the proportion of available carbon atoms increases. In the case of silane gases, on the other hand, the ratio of silane gas to oxygen determines the hardness of the layer. For hard coatings, for example, the ratio is 100 sccm of HMDSO (hexamethyldisiloxane) to 400 sccm of oxygen. A reduction of the oxygen content, however, leads to softer layers. Particularly preferably, the amount of the reaction gas to be introduced is 0.5-5 sccm of reaction gas per 10 cm 2 of internal surface to be coated.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Reaktionsgas mit einem oder mehreren Gasen enthaltend Si, N, F, B, O, Ag, Cu, V oder Ti dotiert ist. Diese Dotierungsmittel können dazu beitragen, die Eigenschaften der aufgebrachten Beschichtung gezielt zu beeinflussen. So führt z.B. die Dotierung des Reaktionsgases mit einem Gas enthaltend Si (z.B. Furthermore, it is preferably provided that the reaction gas is doped with one or more gases containing Si, N, F, B, O, Ag, Cu, V or Ti. These dopants can help to specifically influence the properties of the applied coating. For example, the doping of the reaction gas with a gas containing Si (e.g.
Hexamthyldisiloxan) zu einer Reduzierung der Reibung auch unter feuchten Bedingungen sowie zu einer höheren thermischen Stabilität. Eine Dotierung mit N, F, B, oder O beeinflusst die Oberflächenspannung, die Benetzbarkeit und die Härte der Beschichtung. Eine Dotierung mit Metallen trägt dazu bei, die Leitfähigkeit der Beschichtung zu beeinflussen, während eine Dotierung mit Ag, Cu, V oder Ti das biologische Verhalten der Beschichtung beeinflusst, insbesondere die Biokompatibilität, was z.B. für Implantate immens wichtig ist. Hexamthyldisiloxan) to reduce friction even under wet conditions and to a higher thermal stability. Doping with N, F, B, or O affects the surface tension, wettability, and hardness of the coating. Doping with metals helps to affect the conductivity of the coating, while doping with Ag, Cu, V or Ti affects the biological behavior of the coating, particularly biocompatibility, e.g. is immensely important for implants.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Schichtwachstumsraten von bis zu 4 μητ/h sowie Schichtdicken von bis zu 7 μιη erzielt. With the method according to the invention, layer growth rates of up to 4 μητ / h and layer thicknesses of up to 7 μιη are achieved.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Hohlkörper mit einer inneren Oberfläche vorgesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass letztere mit einem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche behandelt wurde, dergestalt dass an der inneren Oberfläche eine According to the invention, there is further provided a hollow body having an inner surface, which is characterized in that the latter has been treated by a method according to one of the preceding claims, such that on the inner surface a
Materialabtragung vorgenommen wurde und/oder diese mit einer Beschichtung versehen wurde. Bei der Beschichtung kann es sich, wie oben erwähnt, z.B. um eine DLC- , eine TiOx oder eine Si02-Bechichtung handeln. Material removal was made and / or provided with a coating has been. As mentioned above, the coating can be, for example, a DLC, a TiOx or a SiO 2 bond direction.
Besonderes bevorzugt handelt es sich bei diesem Hohlkörper um einen Hohlkörper ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Gefäße, Flaschen, Kannen, Kanülen, Hohlnadeln, Spritzen, Innenwände von Zylinder- oder Kolbenbohrungen in Verbrennungsmotoren, Innenseiten von Lagern, insbesondere Kugel- oder Wälzlager. Particularly preferably, this hollow body is a hollow body selected from the group comprising vessels, bottles, cans, cannulas, hollow needles, syringes, inner walls of cylinder or piston bores in internal combustion engines, inner sides of bearings, in particular ball or roller bearings.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich u. a. die folgenden Vorteile erzielen: a) verbesserte Reinigung dreidimensionaler Hohlkörper, insbesondere Bulkkannen, bei gleichzeitig vermindertem Aufwand; With the method according to the invention u. a. Achieve the following advantages: a) improved cleaning of three-dimensional hollow bodies, in particular bulk cans, at the same time with reduced expenditure;
b) verbesserter Korrosionsschutz der beschichteten Oberflächen; b) improved corrosion protection of the coated surfaces;
c) kein Hineindiffundieren eines in dem Hohlkörper befindlichen Substrates in die innere Oberflächenschicht des Hohlkörpers; c) no inward diffusion of a substrate located in the hollow body into the inner surface layer of the hollow body;
d) Reduktion des Reibungskoeffizienten der inneren Oberfläche; und d) reduction of the friction coefficient of the inner surface; and
e) verbesserte Wärmeableitung. e) improved heat dissipation.
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beispielhaften Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. The present invention will be explained in more detail by the figures shown and discussed below. It should be noted that the figures have only exemplary character and are not intended to limit the invention in any way.
Fig. l zeigt eine Vorrichtung 10 zum Beschichten zumindest eines Oberflächenbereichs und/oder zum Abtragen von Material aus zumindest einem Oberflächenbereich eines Werkstücks 12 mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung PECVD bzw. Plasmaätzen (CDE). Die Vorrichtung 10 weist eine als Vakuum- Kammer ausgebildete Kammer 14 auf, die in Fig. 1 in Schnittdarstellung gezeigt ist. Die Kammer 14 bildet mit ihren Innenwänden 16 einen Innenraum 18 auf, der evakuierbar ist. Im unteren Bereich des Innenraums 18 ist eine von den Innenwänden 16 mittels Isolatoren 20 elektrisch isolierte Hochfrequenz-Elektrode (HF-Elektrode) 22 angeordnet. Auf der flächig ausgebildeten Hochfrequenzelektrode 22 steht eine Werkstückhalterung 24 aus Metall, auf der ihrerseits das zu beschichtendes Werkstück 12 gehalten ist. Dieses Werkstück 12 ist als Hohlkörper mit einer als Sacklochartigen Höhlung 26 ausgebildeten Ausnehmung ausgebildet. Diese Höhlung 26 wird von einem durch die Innenwandung des Hohlkörpers ausgebildeten schwer zugänglichen Oberflächenbereich 28 des Werkstücks 12 gebildet. 1 shows an apparatus 10 for coating at least one surface area and / or for removing material from at least one surface area of a workpiece 12 by means of plasma-assisted chemical vapor deposition PECVD or plasma etching (CDE). The device 10 has a vacuum chamber designed as a chamber 14, which is shown in Fig. 1 in a sectional view. The chamber 14 forms with its inner walls 16 an inner space 18 which can be evacuated. In the lower region of the inner space 18, a high-frequency electrode (HF electrode) 22 which is electrically insulated from the inner walls 16 by means of insulators 20 is arranged. On the surface trained High-frequency electrode 22 is a workpiece holder 24 made of metal, on which in turn is held to be coated workpiece 12. This workpiece 12 is formed as a hollow body with a recess formed as a blind hole 26 recess. This cavity 26 is formed by a hard surface area 28 of the workpiece 12 formed by the inner wall of the hollow body.
Das Werkstück 12 ist beabstanded von den Innenwänden 16 positioniert. Die Innenwände 16 bilden nämlich gleichzeitig eine Referenz-Elektrode 29 der Vorrichtung und tragen als elektrisches Referenzpotential z.B. Masse-Potential. The workpiece 12 is positioned spaced from the inner walls 16. Namely, the inner walls 16 at the same time form a reference electrode 29 of the device and carry as electrical reference potential e.g. Ground potential.
Die Vorrichtung 10 weist weiterhin eine Schaltungsanordnung 30 zum Einspeisen von Hochfrequenzsignalen bzw. Hochfrequenzspannung auf. Dazu weist die The device 10 further comprises a circuit arrangement 30 for feeding high-frequency signals or high-frequency voltage. For this purpose, the
Schaltungsanordnung 30 zumindest einen Hochfrequenz-Generator 32, zumindest einen Anpass-Schaltungsteil 34 zur Impedanz- Anpassung in einer Matching-Einheit („Match-Box") und mehrere Hochfrequenzleitungspfade 36, 38, 40 auf. Der Hochfrequenz-Generator 32 ist dabei über die Hochfrequenzleitungspfade 36, 38, 40 an voneinander räumlich getrennten Einspeise-Stellen 42, 44, 46 (bzw. a, b, c) der Hochfrequenz-Elektrode 22 angeschlossen. Circuit arrangement 30 at least one high-frequency generator 32, at least one matching circuit part 34 for impedance matching in a matching unit ("match box") and a plurality of high-frequency line paths 36, 38, 40. The high-frequency generator 32 is on the High-frequency line paths 36, 38, 40 at spatially separate feed points 42, 44, 46 (or a, b, c) of the high-frequency electrode 22 connected.
Über den zwischen den Hochfrequenz- Generator 32 und die HF-Elektrode 22 geschaltete regelbaren Anpass-Schaltungsteile 34 in der sogenannten„Match-Box", können mit Hilfe von Trimmkondensatoren die einzelnen Hochfrequenzpfade 36, 38, 40 zu den Einspeisestellen 42, 44, 46 der Hochfrequenz-Elektrode 22 separat eingeregelt werden, um in der gesamten Kammer ein homogenes Wechselfeld mit gleichmäßig hohen Feldstärken zu erzeugen. Die Hochfrequenzleitungspfade 36, 38, 40 zu den Einspeisestellen 42, 44, 46 sind dabei im Bereich des Anpass-Schaltungsteils 34 kapazitiv, insbesondere mittels RC-Gliedern (nicht gezeigt), hochfrequenztechnisch miteinander gekoppelt. Die Schaltungsanordnung 30 ist zum aufeinanderfolgenden Einspeisen der Hochfrequenzspannung in die einzelnen Einspeise- Stellen 42, 44, 46 der HF-Elektrode eingerichtet. Durch ein derartiges aufeinanderfolgendes Einspeisen der Hochfrequenz in die einzelnen Einspeise-Stellen 42, 44, 46 der HF-Elektrode 22 entsteht ein räumlich variierendes Plasma im Bereich des Werkstücks 22. Dieses Plasma erstreckt sich auch in die Höhlung 26 des als Hohlkörper ausgebildeten Werkstücks 12 oder bildet sich sogar bevorzugt in dieser Höhlung aus. About the switched between the high frequency generator 32 and the RF electrode 22 controllable matching circuit parts 34 in the so-called "match box", with the help of trim capacitors, the individual high frequency paths 36, 38, 40 to the feed points 42, 44, 46th be controlled separately to produce a homogeneous alternating field with uniformly high field strengths in the entire chamber.The high-frequency line paths 36, 38, 40 to the feed points 42, 44, 46 are capacitive in the region of the matching circuit part 34, The circuit arrangement 30 is set up for feeding the high-frequency voltage in succession into the individual feed-in points 42, 44, 46 of the HF-electrode, in particular by means of RC elements (not shown). Such a successive feeding of the high frequency into the individual feed points 42, 44, 46 of the HF electrode 22 produces a spatially varying plasma in the region of the workpiece 22. This plasma also extends into the cavity 26 of the workpiece 12 or 12 formed as a hollow body even forms preferentially in this cavity.
Die Fig. 2 zeigt den groben Schaltplan der Schaltungsanordnung 30 mit dem Fig. 2 shows the rough circuit diagram of the circuit arrangement 30 with the
Hochfrequenzgenerator 32, einer der drei Anpass-Schaltungsteile 34 mit High frequency generator 32, one of the three matching circuit parts 34 with
Trimmkondensatoren, der Verschaltung der drei Hochfrequenzleitungspfade 36, 38, 40 und einer Zuleitung zur Referenzelektrode 29, die im Ausführungsbeispiel auf Massepotential (bzw. Neutralleiterpotential) liegt. Die kapazitive Kopplung der Anpass-Schaltungsteile 34 untereinander ist nicht gezeigt, da ja nur ein Anpass-Schaltungsteile 34 dargestellt ist. Trim capacitors, the interconnection of the three high-frequency line paths 36, 38, 40 and a supply line to the reference electrode 29, which is in the embodiment at ground potential (or neutral potential). The capacitive coupling of the matching circuit parts 34 with each other is not shown, since only one matching circuit parts 34 is shown.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Vorrichtung (10) zum Beschichten zumindest eines Oberflächenbereichs (28) und/oder zum Abtragen von Material aus zumindest einem Oberflächenbereich (28) eines beliebig geformten Werkstücks (12) mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung, mit einer Kammer (14), die eine Hochfrequenz-Elektrode (22), eine Referenz-Elektrode (29) und eine elektrisch leitfähige Werkstückhalterung (24) aufweist und Device (10) for coating at least one surface region (28) and / or for removing material from at least one surface region (28) of an arbitrarily shaped workpiece (12) by means of plasma-enhanced chemical vapor deposition, with a chamber (14) having a high frequency -Electrode (22), a reference electrode (29) and an electrically conductive workpiece holder (24) and
mit einer Schaltungsanordnung (30) zum Einspeisen von Hochfrequenz, die zumindest einen Hochfrequenz-Generator (32) und Hochfrequenzleitungspfade (36, 38, 40) aufweist, wobei der Hochfrequenz-Generator (32) über die Hochfrequenzleitungspfade (36, 38, 40) mit an voneinander räumlich getrennten Einspeise-Stellen (42, 44, 46) der Hochfrequenz-Elektrode (22) angeschlossen ist,  radio frequency power supply circuit (30) comprising at least one high frequency generator (32) and high frequency line paths (36, 38, 40), said high frequency generator (32) having high frequency line paths (36, 38, 40) at spatially separate feed points (42, 44, 46) of the high-frequency electrode (22) is connected,
dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalterung (24) elektrisch leitend mit der die Mehrzahl von Einspeise-Stellen (42, 44, 46) aufweisenden Hochfrequenz-Elektrode verbunden (22) ist.  characterized in that the workpiece holder (24) is electrically connected to the plurality of feed points (42, 44, 46) having high frequency electrode connected (22).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenz-Elektrode (22) flächig ausgebildet ist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the high-frequency electrode (22) is formed flat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeise-Stellen (42, 44, 46) linear angeordnet sind. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the feed points (42, 44, 46) are arranged linearly.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeise-Stellen (42, 44, 46) in Form eines n-Ecks, insbesondere eines gleichseitigen n-Ecks, mit n = 3, 4, 5... angeordnet sind. 4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the feed points (42, 44, 46) in the form of an n-corner, in particular an equilateral n-corner, with n = 3, 4, 5 ... arranged are.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) zum aufeinanderfolgenden Einspeisen der Hochfrequenz in die einzelnen Einspeise-Stellen (42, 44, 46) eingerichtet ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circuit arrangement (30) for sequentially feeding the high frequency in the individual feed points (42, 44, 46) is arranged.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) mindestens einen Anpass-Schaltungsteil (34) zur 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit arrangement (30) at least one matching circuit part (34) for
Impedanzanpassung der HF-Einspeisung aufweist.  Has impedance matching of the RF feed.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpass-Schaltungsteil (34) einen Trimmkondensator aufweist. 7. The device according to claim 6, characterized in that the matching circuit part (34) has a trimming capacitor.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzleitungspfade (36, 38, 40) zu den Einspeisestellen (42, 44, 46) im Bereich des Anpass-Schaltungsteils (34) kapazitiv, insbesondere mittels RC-Gliedern, gekoppelt sind. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-frequency line paths (36, 38, 40) capacitively coupled to the feed points (42, 44, 46) in the region of the matching circuit part (34), in particular by means of RC elements are.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (14) elektrisch leitfähige Innenwände (16) aufweist, die einen Innenraum der Kammer (14) bildenden und gleichzeitig die Referenzelektrode (29) bilden oder zumindest einen Teil der Referenzelektrode (29) bilden. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber (14) has electrically conductive inner walls (16) which form an interior of the chamber (14) and at the same time form the reference electrode (29) or at least part of the reference electrode ( 29) form.
10. Verfahren zum Beschichten zumindest eines Oberflächenbereichs und/oder zum 10. A method for coating at least one surface area and / or for
Abtragen von Material aus zumindest einem Oberflächenbereich eines Werkstücks (12), insbesondere aus einem Oberflächenbereich (28) in mindestens einer Höhlung (26) des Werkstücks (12), mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten mittels einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird. Removal of material from at least one surface region of a workpiece (12), in particular from a surface region (28) in at least one cavity (26) of the workpiece (12), by means of plasma-assisted chemical vapor deposition, characterized in that the coating by means of a device (10) is carried out according to one of the preceding claims.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) aufeinanderfolgend Hochfrequenz in die einzelnen Einspeise-Stellen (42, 44, 46) einspeist. 11. The method according to claim 10, characterized in that the circuit arrangement (30) successively high frequency in the individual feed points (42, 44, 46) feeds.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, aufweisend die folgenden Schritte: 12. The method according to claim 10 or 11, comprising the following steps:
Einbringen des Werkstücks (12) in die Kammer (14), Inserting the workpiece (12) into the chamber (14),
Positionieren des Werkstücks (12) in der Kammer (14), wobei ein allseitiger Mindestabstand zwischen der Außenwand des Werkstücks (12) und der Innenwand (16) der Kammer (14) einzuhalten ist,  Positioning the workpiece (12) in the chamber (14), wherein a mutual minimum distance between the outer wall of the workpiece (12) and the inner wall (16) of the chamber (14) is to be observed,
Verschließen der Kammer (14) und Evakuieren derselben auf einen Restdruck von 0,001 - 20 Pascal,  Closing the chamber (14) and evacuating it to a residual pressure of 0.001 - 20 Pascal,
Einleiten eines inerten Arbeitsgases sowie eines oder mehrerer Reaktionsgase über die Gaszufuhreinrichtung und/oder eine Gaslanze, sowie  Introducing an inert working gas and one or more reaction gases via the gas supply device and / or a gas lance, and
Zünden eines Plasmas durch Anlegen einer elektrischen Hochfrequenz an der Hochfrequenz-Elektrode (22).  Igniting a plasma by applying an electrical high frequency to the high-frequency electrode (22).
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