DE10060886C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten nicht ebener Flächen von Gegenständen mit einem Diamantfilm - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten nicht ebener Flächen von Gegenständen mit einem DiamantfilmInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ablagerung von
Diamantbeschichtungen auf Oberflächen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen eines Diamantfilms auf eine nicht ebene
Oberfläche.
Die Eignung von qualitativ hochwertigen Diamantfilmen für verschiedene Anwendungen ist
bekannt. Hervorragende physikalische, chemische und elektrische Eigenschaften machen
Diamantfilme geeignet für viele mechanische, thermische, optische und elektronische
Anwendungen. Beispielsweise weist Diamant die höchste Wärmeleitfähigkeit aller
Materialien bei Raumtemperatur auf, eine hohe Durchbruchspannung eines elektrischen Felds
(~107 V/cm), und eine an Luft stabile, negative Elektronenaffinität. Diese Eigenschaften
machen hochfrequente Hochleistungstransistoren sowie Kaltkathoden möglich, welche mit
keinem anderen Material außer Diamant hergestellt werden können. Darüber hinaus macht die
Ätzbeständigkeit von Diamantbeschichtungen diese Beschichtungen zu idealen Bestandteilen
von Halbleiterätzvorrichtungen.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von dünnen Diamantbeschichtungen verwendet eine
Vorrichtung zum chemischen Aufdampfen (chemical vapor deposition (CVD) system,
nachfolgend "CVD-Vorrichtung" genannt). In CVD-Vorrichtungen wird ein Gemisch aus
Wasserstoff und einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Methan, aktiviert
und mit einem Substrat (Gegenstand) in Kontakt gebracht, um auf dem Substrat eine
Diamantbeschichtung herzustellen. Das Wasserstoffgas wird in atomaren Wasserstoff zerlegt,
welcher dann mit dem Kohlenwasserstoff umgesetzt wird, um kondensierbare
Kohlenstoffradikale zu bilden. Die Kohlenstoffradikale werden dann zur Bildung eines
Diamantfilms auf einem Substrat abgelagert.
Bei einer Möglichkeit der chemischen Aufdampfung wird eine Plasmastrahleinrichtung
verwendet. In Fig. 1, welche eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik darstellt, ist eine
Plasmastrahleinrichtung 10 gezeigt, die eine Maschine 12 mit einem Wasserstoffgaseinlaß 14,
einer Kathode 16, einer Motorwand 18 und einer Anode 20 aufweist. Die Einrichtung 10
weist des weiteren eine Gasinjektionsscheibe 22 mit einer Mehrzahl von Injektoren 24, einen
Verteilerkopf (Düse) 26, welcher in Richtung auf einen Träger 28 ausgerichtet ist, auf
welchem ein Substrat angeordnet sein kann, sowie eine Vakuumablagerungskammer 32 auf,
welche die Maschine 12, die Gasinjektionsscheibe 22, den Verteilerkopf 26 und den Träger
28 umgibt. In Betrieb wird das Gas aus atomarem Wasserstoff durch den Gaseinlaß 14
eingeführt und in der Maschine mittels eines Gleichstrombogens, eines Wechselstrombogens
oder Mikrowellenenergie in einen Wasserstoffplasmastrahl umgewandelt. Der Plasmabrenner
ist heiß genug (üblicherweise etwa 10.000 K) um Gase zu ihrer elementaren Form zu
reduzieren. Aus den Injektoren 24 der Gasinjektorscheibe 22 werden dann
Kohlenwasserstoffreagenzien in den Plasmabrenner eingeführt, und der Brenner wird in den
Verteilerkopf 26 gerichtet, so daß ein Strahl kondensierbarer Reagentien den Verteilerkopf
verläßt und auf das Substrat 30 auf dem Träger 28 gerichtet wird. Der Träger 28 ist senkrecht
zum Verteilerkopf 26 ausgerichtet, so daß der Strahl in Art einer Sichtlinie auf das Substrat 30
gerichtet und auf dem Substrat eine Diamantschicht ausgebildet wird.
Zur Beschichtung ebener Flächen (Oberflächen) von Gegenständen (Objekten), die größer als
der Strahl sind, und auch zur Erlangung einer einheitlichen Beschichtung sowie zur
Eliminierung von "heißen Flecken" (hot spots), welche die Qualität der Beschichtung durch
die Ausbildung von Temperaturgradienten reduzieren können, kann es von Vorteil sein, den
Gegenstand unter dem Verteilerkopf rotieren zu lassen, wie im US-Patent 5,342,660
beschrieben und in Fig. 1 gezeigt.
Aus EP 0 502 657 A1 ist eine Vorrichtung zur Plasmastrahl-CVD-Beschichtung bekannt, in
der das zu beschichtende Substrat rotierbar und gegenüber der Strahlenachse geneigt in der
Reaktionskammer gelagert ist.
Aus DE 198 02 298 A1 ist ein PLS-Verfahren (Pulsed Laser Deposition) zur Beschichtung von
Innenwänden von Hohlkörpern mit Metall-, Keramik- und oder Metall/Keramikschichten,
insbesondere ZrO2-Schichten, bekannt. Dazu wird ein Target aus ZrO2 mit einem Festkörper-
CO2-TEA oder einem Eximer-Laser in einer definierten Pulsfolge beschossen, wodurch eine
von dem Target ausgehende Plasmafackel erzeugt wird, aus der sich das
Beschichtungsmaterial auf dem zu beschichtenden Substrat abscheidet. Durch Steuerung der
Restgasatmosphäre in der Reaktionskammer, Laserimpulsdauer und -intensität können
gradierte Schichtsysteme auf der Substartoberfläche erzeugt werden.
Ein ähnliches PLD-Verfahren ist aus DE 43 39 490 C1 bekannt, mit dem ebenfalls die
Innenwände von Hohlkörpern beschichtet werden können. Dabei wird im Inneren des zu
beschichtenden Hohlkörpers ein Target aus dem abzuscheidenden Material bereitgestellt und
mit einem fokussierten Impulslaser beschossen. Um die Hauptaustrittrichtung der von dem
Target ausgehenden Plasmafackel auf die zu beschichtende Oberfläche auszurichten, ist die
Targetspitze, die mit dem Laser beschossen wird, geometrisch entsprechend geformt.
Wenn jedoch eine nicht ebene Fläche oder Oberfläche zu beschichten ist, wie beispielsweise
die innere Oberfläche eines Gegenstands wie eines Rings oder einer Schüssel, insbesondere
wenn der innere Durchmesser in Richtung weg vom Strahl größer wird, macht es die
Sichtliniennatur des Strahls schwierig, eine einheitliche Beschichtung zu erzielen bzw. in
einigen Bereichen überhaupt eine Beschichtung zu erreichen. Obwohl es üblicherweise
bevorzugt ist, einen Gegenstand rotieren zu lassen, um eine einheitliche Beschichtung zu
erreichen und Temperaturgradienten zu minimieren, kann es unpraktisch oder unmöglich sein,
innerhalb der Begrenzungen der Kammer Gegenstände rotieren zu lassen, welche relativ groß,
länglich, komplex und/oder unhandlich (d. h. einen außerhalb der Achse liegenden
Schwerpunkt aufweisend) sind. Darüber hinaus könnte es, selbst wenn es möglich wäre große,
längliche, komplexe und/oder unhandliche Gegenstände innerhalb der Kammer
rotieren zu lassen oder anderweitig zu bewegen, nicht durchführbar oder nicht praktisch
anwendbar sein, dies mit einer Geschwindigkeit zu tun, welche den Temperaturgradienten,
welchem die Oberfläche eines Gegenstands ausgesetzt wäre, minimieren würde.
Aus den vorgenannten Gründen wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ablagerung von
Diamantbeschichtungen auf nicht ebenen Flächen bzw. Oberflächen benötigt, bei denen die
Beschichtung in im wesentlichen gleichmäßiger Dicke unter Minimierung des
Temperaturgradienten erfolgt.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Vorrichtung gemäß des unabhängigen
Patentanspruchs 1 sowie das Verfahren gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 16. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zum
Aufbringen einer CVD-Diamantbeschichtung auf nicht ebenen Flächen und Oberflächen
eines Gegenstands (Objekts). Die Vorrichtung weist eine Ablenkeinrichtung mit einer
Ablenkoberfläche auf, welche einer Diamantbeschichtung widersteht, eine herkömmliche
Plasmastrahlmaschine, eine Injektionsscheibe, einen Verteilerkopf und einen Träger, auf
welchem ein Gegenstand (Substrat, Objekt) abgelagert werden kann. Mindestens der Auslaß
des Verteilerkopfes und der Träger sind innerhalb einer Vakuumablagerungskammer
angeordnet.
Gemäß mehrerer Ausführungsformen der Erfindung, welche besonders für die Beschichtung
von Innendurchmessern (Innenflächen) von Gegenständen geeignet sind, widersteht die
Ablenkoberfläche der Diamantbeschichtung durch diamantbildende, reaktive Reagentien und
sie kann sich den relativ hohen Ablagerungstemperaturen widersetzen. Die Ablenkeinrichtung
ist im wesentlichen axial relativ zur Achse des Verteilerkopfes angeordnet, und dadurch
relativ zur Achse des Strahls, der den Verteilerkopf verläßt. Die Ablenkeinrichtung ist
vorzugsweise keilförmig oder konisch ausgebildet und mit einem Motor verbunden, welcher
die Ablenkeinrichtung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit drehen kann. Der Träger kann
teilweise oder ganz um die Ablenkeinrichtung herum angeordnet sein. Die Ablenkeinrichtung
ist in Bezug auf den Verteilerkopf und den Träger so ausgerichtet, daß der den Verteilerkopf
verlassende Strahl durch die Ablenkeinrichtung auf die äußere oder innere Oberfläche eines
auf dem Träger angeordneten Gegenstands abgelenkt wird. Die Oberfläche des Gegenstands
kann nicht eben sein.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, welche besonders für die
Beschichtung der Außendurchmesseroberfläche (Außenoberfläche) eines ringförmigen
Gegenstands oder der äußeren Begrenzung eines nicht kreisförmigen Gegenstands geeignet
ist, kann ein drehbarer Träger einen Gegenstand nichtaxial in Bezug auf den aus dem
Verteilerkopf kommenden Strahl drehen. Eine vorzugsweise stationäre Ablenkeinrichtung ist
unterhalb des Verteilerkopfes angeordnet und so ausgerichtet, daß der Strahl aus dem
Verteilerkopf in Richtung auf den Gegenstand mit nicht ebener Fläche (Oberfläche) abgelenkt
wird. Wenn der Gegenstand auf dem Träger gedreht wird, wird der äußere Durchmesser-(die
äußere Fläche) oder der äußere Begrenzungsabschnitt durch den Strahl mit einer
Diamantschicht beschichtet.
Die vielen erfindungsgemäßen Ausführungsformen stellen Vorrichtungen zur Verfügung, um
nicht ebene Flächen bzw. Oberflächen mit Diamantfilmen zu beschichten. Weitere Vorteile
der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der detailierten Beschreibung in
Zusammenhang mit den gezeigten Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht einer bekannten
Plasmastrahlbedampfungsvorrichtung;
Fig. 2 eine aufgebrochene, teilweise Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung mit einer ersten
Ausführungsform einer keilförmigen Ablenkeinrichtung, welche reaktive,
kondensierbare, aus dem Verteilerkopf der Vorrichtung austretenede
Reagentien auf nicht ebene Oberflächen leitet, um darauf eine Diamantschicht
auszubilden;
Fig. 3 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der Ablenkeinrichtung der
ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Seitenansicht der ersten Ausführungsform der Ablenkrichtung der
ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der Ablenkeinrichtung der
ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform der Ablenkeinrichtung;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Ablenkeinrichtung;
Fig. 8 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Ablenkeinrichtung;
Fig. 9 eine aufgebrochene, teilweise Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform
der Plasmastrahlbedampfungsvorrichtung, welche eine konische
Ablenkeinrichtung verwendet;
Fig. 10 eine Ansicht von oben der Ablenkeinrichtung der zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 11 eine Seitenansicht einer alternativen konischen Ablenkeinrichtung;
Fig. 12 eine Seitenansicht einer weiteren, alternativen konischen Ablenkeinrichtung;
und
Fig. 13 eine aufgebrochene, teilweise Schnittansicht einer dritten Ausführungsform
einer Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung mit einer Ablenkeinrichtung,
welche reaktive, kondensierbare, aus dem Verteilerkopf der Vorrichtung
austretende Reagentien auf nicht ebene Oberflächen leitet, um darauf eine
Diamantschicht auszubilden.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung 100 für die
Diamantbeschichtung nicht ebener Oberflächen von Gegenständen gezeigt. Die Vorrichtung
weist im wesentlichen alle Bestandteile auf, die in Bezug auf die den Stand der Technik
beschreibende Fig. 1 gezeigt sind, obwohl nicht alle diese Bestandteile gezeigt werden. Die
Vorrichtung 100 weist insbesondere einer Verteilerkopf 102 sowie einen Träger 104 in einer
Bedampfungskammer 106 auf. Der Träger 104 ist vorzugsweise mit einem stationären
Element (beispielsweise einem Motorgehäuse 114, nachfolgend beschrieben) innerhalb der
Kammer 106 verbunden.
Gemäß eines bevorzugten Aspekts der Erfindung ist eine Ablenkeinrichtung 120 axial in
Bezug auf den Verteilerkopf 102 und zentral in Bezug auf einen Teil des Trägers 104
angeordnet, so daß ein sich auf dem Träger 104 befindlicher Gegenstand 108 mit nicht ebener
Oberfläche 110 mit dieser nicht ebenen Oberfläche zumindest teilweise die
Ablenkeinrichtung 120 umgibt. Die Ablenkeinrichtung 120 ist innerhalb des Motorgehäuses
114 mit einem Motor 112 verbunden. Der Motor 112 ist so konfiguriert, daß er die
Ablenkeinrichtung um eine Achse Aj eines den Verteilerkopf verlassenden Strahls dreht. Die
Ablenkeinrichtung 120 weist eine Ablenkfläche 122 auf, welche den Strahl radial ablenkt. Die
Ablenkfläche 122 muß der Bildung einer Diamantschicht durch die reaktiven Agentien aus
dem Strahl widerstehen und muß darüber hinaus die hohen Aufdampftemperaturen von bis zu
750°C und höher aushalten. Beispiele für geeignete Materialien für die Ablenkfläche sind
Kupfer, Aluminium, kupferbeschichtetes Molybdän, Nickel, Titannitrid und Zirkoniumnitrid,
obwohl auch andere geeignete Materialien verwendet werden können. Diese Materialien
können im wesentlichen die gesamte Ablenkeinrichtung ausmachen oder sie können auf ein
dazu verschiedenes, feuerfestes Trägermaterial, wie beispielsweise Graphit, aufgebracht sein,
um die Ablenkeinrichtung zu bilden.
Gemäß einer in den Fig. 2 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform der Ablenkeinrichtung 120
ist diese ein zylindrischer oder rechteckiger Keil mit einer geneigten, im wesentlichen ebenen
Ablenkfläche 122. Der Neigungswinkel der Fläche 122 der ausgewählten Ablenkeinrichtung
wird vorzugsweise so gewählt, daß die reaktiven Reagentien am geeignetsten in Richtung der
zu beschichtenden Oberflächenkontur geführt werden. Dies heißt, daß wenn eine vertikale
Wand eines Innendurchmessers eines Rings beschichtet wird, die gewünschte Neigung
verschieden ist von der, die bei der Beschichtung einer sich verjüngenden Wand eines
Innendurchmessers eines Rings verwendet wird. Die Ablenkfläche 122 kann den
Reagentienstrahl in radialer Richtung in Bezug auf die Achse des den Verteilerkopf
verlassenden Strahls ablenken. Wenn sich die Ablenkeinrichtung 120 dreht, wird der Strahl in
alle radialen Richtungen geleitet.
Die keilförmige Ablenkeinrichtung kann alternativ eine gekrümmte Ablenkfläche aufweisen.
Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, weist eine Ablenkeinrichtung 120a eine "horizontal" (von
Seite zu Seite) konkave Fläche 122a auf, welche durch eine Vielzahl von horizontal
angeordneten Bögen definiert wird. In Fig. 7 ist gezeigt, daß eine Ablenkeinrichtung 120b
auch eine "vertikal" (von der Spitze zum Boden) konkave Fläche 122b aufweisen kann,
welche durch eine Vielzahl vertikal angeordneten Bögen definiert wird. Wie des weiteren in
Fig. 8 gezeigt wird, kann eine Ablenkeinrichtung 120c auch eine konvexe Ablenkfläche 122c
aufweisen.
Für Fachleute ist es klar, daß die speziell bevorzugte Form der Ablenkfläche von der von der
mit einem Diamantfilm zu beschichtenden Oberflächenform abhängt. Es kann auch eine
Computersimulation verwendet werden, um die Ablenkeinrichtung zu konstruieren und
anzuordnen, und um die Geschwindigkeit des Plasmas, die Verteilung des Plasmas, und die
Form und Anordnung des Substrats etc. zu bestimmen.
Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt, ist gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung die
Ablenkeinrichtung im wesentlichen konisch, d. h. sie weist einen axial zentral höchsten Punkt
(Zenit) 224 und an allen Seiten 226 davon eine Abwärtsneigung auf. Der Zenit 224 ist im
wesentlichen colinear mit der Achse Aj des den Verteilerkopf verlassenden Strahls
angeordnet. Wenn der Strahl den Verteilerkopf 202 verläßt, wird der Strahl von den Seiten
226 radial in alle Richtungen auf die nicht ebene Oberfläche 210 des Gegenstands 208
abgelenkt. Wenn dies erwünscht ist, kann die Ablenkeinrichtung 220 gedreht werden, um
jegliche Unregelmäßigkeit bei der Beschichtung zu vermeiden, welche durch eine nicht
fluchtende Ausrichtung der Ablenkeinrichtung relativ zur Achse Aj des Strahls verursacht
werden könnte. Darüber hinaus erlaubt die Drehung der Ablenkeinrichtung eine Herstellung
mit geringeren Fertigungstoleranzen.
Wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt, kann die konische Ablenkeinrichtung alternativ auch
konkave Seiten 226b oder konvexe Seiten 226c aufweisen. Wie bereits erwähnt, hängt die im
speziellen Fall bevorzugte Form der Seiten der Ablenkfläche von der Konfiguration der mit
Diamant zu beschichtenden Oberfläche ab.
Im Hinblick auf die erste und die zweite Ausführungsform der Erfindung ist es klar, daß,
während es bevorzugt ist, die Ablenkeinrichtung mittels eines Motors relativ zum Träger, auf
dem sich der Gegenstand befindet, zu bewegen, auch der Träger alternativ oder zusätzlich
relativ zur Ablenkeinrichtung gedreht werden kann. Dies bedeutet, daß der Träger um eine
stationäre Ablenkeinrichtung herum gedreht werden kann, oder in einer entgegengesetzten
Richtung zu einer sich drehenden Ablenkeinrichtung. Darüber hinaus können, obwohl nicht
besonders bevorzugt, sowohl die Ablenkeinrichtung als auch der Träger mit verschiedenen
Geschwindigkeiten in die selbe Richtung gedreht werden, so daß die Ablenkeinrichtung und
der Träger relativ zueinander gedreht werden. In jedem Fall ist die Gleichmäßigkeit der
Beschichtung gewährleistet und Temperaturgradienten werden minimiert.
Bei der in Fig. 13 gezeigten dritten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung
300 einen drehbaren Träger 304 auf, auf welcher ein Gegenstand 308 so angeordnet sein
kann, daß eine äußere, nicht ebene Oberfläche 309 des Gegenstands, wie beispielsweise eine
Außenoberfläche, beschichtet werden kann. Der Träger dreht sich um eine Achse Am, welche
üblicherweise parallel zu, aber nicht colinear mit der Achse Aj des Strahls ist. Eine
vorzugsweise keilförmige Ablenkeinrichtung 320 ist stationär unter dem Verteilerkopf 302
angeordnet und weist eine Ablenkfläche 322 auf, welche von der Strahlachse Aj gekreuzt
wird. Da der Strahl von dem Verteilerkopf durch die Ablenkeinrichtung 320 (aufgrund von
Fluidfließeigenschaften) abgelenkt wird, und nachdem der Gegenstand auf dem Träger
gedreht wird, wird auf der äußeren, nicht ebenen Oberfläche des Gegenstands eine
Diamantschicht aufgebracht.
Es kann des weiteren eine ähnliche Vorrichtung mit mehreren (beispielsweise vier) sich
drehenden Trägern, auf denen sich jeweils ein Gegenstand befindet, und einer zentralen,
vorzugsweise sich drehenden Ablenkeinrichtung verwendet werden. Eine solche Vorrichtung
würde die Verwendung eines einzigen Verteilerkopfes für die gleichzeitige Beschichtung der
äußeren Oberflächen mehrerer Gegenstände mit Diamant erlauben.
Während bestimmte Materialien für die Ablenkeinrichtung und die Ablenkfläche beschrieben
wurden ist klar, daß ebenso andere geeignete Materialien verwendet werden können. Generell
gesprochen sind die geeignetsten Materialien für die Ablenkeinrichtung diejenigen, welche
keine Carbide bilden. Ob sich Diamant auf dem Material für die Ablenkeinrichtung ablagert,
hängt zum Teil von der Temperatur der Ablenkeinrichtung ab. Der Plasmastrahl kann die
Oberfläche der Ablenkeinrichtung erheblich erwärmen. Daher kann es, in Abhängigkeit von
der Enthalpie und Größe des Plasmastrahls, von Vorteil sein, wenn die Ablenkeinrichtung
aktiv gekühlt wird, beispielsweise indem über die Befestigungseinrichtung eine
Kühlflüssigkeit im Innern der Ablenkeinrichtung zirkuliert oder indem wärmeabstrahlende
Kühlrippen angebracht werden, um die Kühlung durch Abstrahlung zu verbessern.
Während bestimmte Formen von Ablenkeinrichtungen beschrieben worden sind ist klar, daß
andere Formen von Ablenkeinrichtungen, beispielsweise pyramidale Formen, ebenfalls
verwendet werden können. Die Ablenkeinrichtung kann auch in der Form eines flachen oder
geformten Blattes eines Materials anstelle einer größeren festen Form ausgebildet sein. Die
Ablenkeinrichtung kann auch zusammen mit dem geneigten Träger verwendet werden, der
aus dem US Patent 5,342,660, welches hiermit in seiner Gesamtheit in die vorliegende
Anmeldung mit einbezogen wird, bekannt ist, oder einem ähnlichen geneigten Träger.
Während des weiteren die Ablenkeinrichtung ohne direkte Befestigung am Verteilerkopf
gezeigt wird, ist es klar, daß eine sich drehende oder stationäre Ablenkeinrichtung direkt am
Verteilerkopf befestigt sein kann. Ferner ist klar, daß obwohl ein Motor gezeigt ist, welcher
die Ablenkeinrichtung dreht, auch andere Mittel, wie beispielsweise Maschinen oder
Gurtsysteme, verwendet werden können. Schließlich ist es klar, daß, obwohl gezeigt wurde,
daß die inneren oder äußeren Durchmesserabschnitte von ringförmigen Elementen mit
Diamant beschichtet wurden, jedes Element, welches eine nicht ebene Oberfläche aufweist,
wie beispielsweise die verengte Öffnung eines schüsselförmigen Elements, mit dem
beschriebenen System und in der beschriebenen Art und Weise mit Diamant beschichtet
werden kann.
Claims (23)
1. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung zur Ablagerung einer Diamantschicht auf der
Oberfläche eines Gegenstandes (108; 208; 308), mit den folgenden Elementen:
- a) einer Plasmastrahlvorrichtung (100; 300) mit einem Mittel zur Erzeugung eines Plasmastrahls sowie einem Verteilerkopf (102; 202; 302), durch welchen der Plasmastrahl austritt, wobei der Verteilerkopf (102; 202; 302) eine Strahlachse Aj definiert;
- b) einem Träger (104; 304), der eine Ebene definiert, auf welcher der Gegenstand (108; 208; 308) positionierbar ist;
- c) einer Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) mit einer Ablenkfläche (122; 322), welche in Bezug auf sowohl die Strahlachse Aj als auch die Ebene einen Winkel aufweist; und
- d) einer Ablagerungskammer, welche zumindest einen Teil des Verteilerkopfes (102; 202; 302), des Trägers (104; 304) und der Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) umgibt.
2. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist:
- a) Mittel zum Drehen der Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) im wesentlichen um die Strahlachse Aj.
3. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ablenkeinrichtung
(120; 220; 320) im allgemeinen keilförmig oder im allgemeinen konisch ausgebildet
ist.
4. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) wenigstens Graphit, Kupfer, Aluminium,
Titannitrid oder Zirkonnitrid enthält.
5. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Ablenkfläche (122; 322) der Beschichtung mit Diamant widersteht.
6. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Ablenkfläche (122; 322) eben ist.
7. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Ablenkfläche (122; 322) im wesentlichen konisch ist.
8. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Ablenkfläche (122; 322) konvex oder konkav ist.
9. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Strahlachse die Ablenkfläche (122; 322) schneidet.
10. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Träger (104; 304) eine Trägerachse Am aufweist, um welche sich der Träger (104;
304) dreht, die Trägerachse Am senkrecht auf der Ebene steht, und die Trägerachse Am
und die Strahlachse Aj parallel zueinander sind, aber die Strahlachse Aj nicht colinear
mit der Trägerachse Am ist.
11. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, weiterhin aufweisend:
- a) Mittel zum Drehen des Trägers (104; 304) um die Trägerachse Am.
12. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
wenigstens die Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) oder der Träger (104; 304) relativ
zueinander drehbar sind.
13. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, mit
- a) einem Gegenstand (108; 208; 308), welcher eine nicht ebene Oberfläche aufweist, wobei die Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) so angeordnet ist, daß diese den Plasmastrahl auf die nicht ebene Oberfläche lenkt.
14. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Gegenstand (108; 208;
308) die Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) zumindest teilweise umgibt.
15. Plasmastrahl-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Gegenstand (108; 208;
308) 360° um die Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) herum angeordnet ist.
16. Verfahren zum Aufbringen einer Diamantschicht auf einer nicht ebenen Oberfläche
eines Gegenstands (108; 208; 308), mit den folgenden Schritten:
- a) Zurverfügungstellen einer CVD Plasmastrahlvorrichtung (100; 300), welche Mittel zur Erzeugung eines Plasmastrahls aufweist, der geeignet ist, einen Diamantfilm herzustellen, einen Verteilerkopf (102; 202; 302), durch welchen der Plasmastrahl aus dem Mittel zur Erzeugung eines Plasmastrahls austritt, einen Träger (104; 304), auf welcher der Gegenstand (108; 208; 308) angeordnet werden kann, eine Ablenkeinrichtung (120; 220; 320), welche eine Ablenkfläche (122; 322) aufweist, die so ausgestaltet und angeordnet ist, daß der Plasmastrahl auf die nicht ebene Oberfläche des Gegenstands (108; 208; 308) abgelenkt wird, sowie einer Vakuumkammer, die zumindest einen Teil des Verteilerkopfes (102; 202; 302), des Trägers (104; 304) und der Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) umgibt;
- b) Anordnen des Gegenstand (108; 208; 308) auf dem Träger (104; 304); und
- c) Betreiben der CVD Plasmastrahlvorrichtung (100; 300) in der Weise, daß der Plasmastrahl aus dem Verteilerkopf (102; 202; 302) austritt und durch die Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) in Richtung auf die nicht ebene Oberfläche des Gegenstands (108; 208; 308) derart abgelenkt wird, daß sich auf der nicht ebenen Oberfläche des Gegenstands (108; 208; 308) eine Diamantschicht ausbildet.
17. Verfahren nach Anspruch 16, mit dem weiteren Schritt:
- a) Drehen zumindest der Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) oder des Trägers (104; 304) relativ zueinander.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei der Plasmastrahl
in Schritt c) durch eine im allgemeinen keilförmig oder im allgemeinen
konisch ausgebildete Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) abgelenkt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei eine
Ablenkeinrichtung (120; 220; 320) verwendet wird, die zumindest Graphit,
Kupfer, Aluminium, Titannitrid oder Zirkoniumnitrid enthält.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei eine
Ablenkeinrichtung (120, 220, 320) verwendet wird, deren Ablenkfläche
(122; 322) der Beschichtung mit Diamant widersteht.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Verteilerkopf
(102; 202; 302) eine Achse aufweist, der Träger (104; 304) eine Ebene
definiert, auf welcher der Gegenstand (108; 208; 308) angeordnet ist, und
die Ablenkfläche (122; 322) im Winkel sowohl zu der Achse als auch der
Ebene angeordnet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Ablenkfläche
derart angeordnet wird, dass die durch den Verteilerkopf (102; 202; 302)
definierte Strahlachse Aj die Ablenkfläche (122; 322) schneidet.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei der Träger (104;
304) eine Trägerachse Am aufweist und der Träger (104; 304) und der
Verteilerkopf (102; 202; 302) so angeordnet werden, dass die Trägerachse
Am im wesentlichen parallel zu, aber nicht colinear mit der Strahlachse Aj
ist.
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