WO2003095698A2 - Device and method for the electron beam attenuation of reactively formed layers on substrates - Google Patents

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WO2003095698A2
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reactive gas
electron beam
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Otmar Zimmer
Peter Siemroth
Bernd Schultrich
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Ulf Seyfert
Christian Hecht
Ekkehart Reinhold
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for electron beam vapor deposition of reactively formed layers on substrates in a vacuum, coatings on the surfaces of substrates as e.g. Oxides, nitrides, carbides but also carbonitrides etc. can be trained.
  • evaporation is e.g. of a metal within a vacuum chamber using electron beams, with which the respective metal can be heated, melted and subsequently evaporated, is known per se.
  • Such an evaporation process can usually be carried out at internal pressures in vacuum chambers of approximately 0.01 to 0.1 Pa.
  • layer application rates of several ⁇ m / s can be achieved, the particle energy of the metal vapor generated with the electron beam being below 1 eV.
  • the interaction between metal vapor and electron beam is negligible.
  • the layers thus formed from the pure metal on substrates have a porous and stem-like structure.
  • the increased partial pressure also has the effect that the particle energies of the atoms contained in the steam are additionally reduced by impacts, and the porosity (increase) and adhesive strength (reduction) of the coating formed on the substrate surface are also adversely affected.
  • a crucible containing metal is arranged within a separate inner chamber in a vacuum chamber and an electron beam is directed through an opening to form a metal vapor on the metal surface.
  • an increased beam power in particular a high acceleration voltage, is accordingly required.
  • Such an electron beam source must be operated with acceleration voltages that are above 30 kV.
  • this object is achieved with a device having the features of claim 1 and a method with the features of claim 13.
  • Advantageous embodiments and developments of the invention can be achieved with the features mentioned in the subordinate claims.
  • the device according to the invention for electron beam vapor deposition of reactively formed layers on substrates uses a crucible containing the respective chemical element within a vacuum chamber. With an electron beam source present on the vacuum chamber, an electron beam can vaporize the chemical element onto the surface be directed within the crucible.
  • a shield is provided between the crucible containing the chemical element and the substrate in which an aperture for the steam directed onto the substrate is formed.
  • this shield and the substrate on which the reactively formed coating is to be formed there is at least one additional element which is suitable for the excitation, dissociation and / or ionization of a reactive gas used in each case.
  • Both the at least one gas inlet for the reactive gas and the at least one element for activating, dissociating and / or ionizing the reactive gas are arranged within areas protected from vapor deposition, by appropriate design of the shield and the design and arrangement of the aperture. With such an arrangement, the at least one additional element is not directly influenced by the interactions of the reactive gas with the vapor formed.
  • a gas mixture can also be supplied through the at least one gas inlet for reactive gas, which also contains inert gas in addition to reactive gas.
  • reactive gas which also contains inert gas in addition to reactive gas.
  • inert gas can also be supplied separately, an inert gas supply also being able to be arranged in front of the shielding, that is to say inside the vacuum chamber, and the inert gas can be supplied, for example, into the area of influence of the electron beam and / or into the vapor formed.
  • the excitation, dissociation and / or ionization of the respective reactive gas is achieved with the at least one element by appropriate energy supply. This can be achieved by means of electrical discharges, microwave discharges or also by means of electromagnetic fields formed.
  • the one or more elements can be designed as corresponding electrodes, coils but also as antennas.
  • the reactive gas can be activated, for example, by arc, glow and / or hollow cathode discharges, and the one or more element (s) can accordingly be designed accordingly.
  • one or more electrodes can be used, to which a direct voltage positive relative to the electrical potential of the vacuum chamber is connected.
  • it can be one or more ring electrodes that are formed around the respective aperture opening.
  • the diaphragm opening can be designed as a slit diaphragm, preferably with a rectangular or square cross section.
  • the reactive gas supplied should be passed through the hollow cathode.
  • a suitable inert gas is, for example, argon.
  • the diaphragm opening should be designed and the diaphragm opening and the at least one element should be arranged in such a way that steam cannot impinge directly on the one or more correspondingly used element (s), i.e. a linear movement of Steam particles, starting from the crucible to one or more element (s), are not possible.
  • the supply of the required reactive gas can be significantly reduced with the invention and the reactive layer formation can be carried out at partial pressures which are 0,1 0.15 Pa, preferably also 0,1 0.1 Pa.
  • the electron beam source can be operated with significantly lower power and with acceleration voltages below 20 kv.
  • different coatings can be formed from different reactively formed, for example metal, compounds on surfaces of substrates. In addition to metals, other chemical elements such as silicon or boron can also be used.
  • the reactive gas supplied can thus be pure oxygen for the formation of oxide layers, but also pure nitrogen for the formation of nitride layers.
  • hydrocarbon compounds can be used, which preferably have a relatively low binding energy, so that a reactive carbide layer or carbonitride layer can be produced after the at least partial splitting.
  • ammonia as a correspondingly suitable reactive gas, which can be split up accordingly, to form nitride layers.
  • hydrogen-containing compounds as reactive gas, the released hydrogen can be easily removed from the vacuum chamber by means of the already existing vacuum pump.
  • the volume flow of the reactive gas supplied can be controlled or regulated.
  • the power of a microwave generator can also be regulated or controlled.
  • the respective power of the electron beam source can also be influenced accordingly.
  • a suitable sensor e.g. optically by means of an emission spectroscope.
  • a further advantageous possibility of exerting influence is that a favorable electrical potential can also be applied to the substrate, on the surface of which the corresponding coating is to be formed.
  • a corresponding positive or negative electrical voltage which may also take into account the plasma-relevant parameters, can be connected, so that the layer formation rate and the quality of the coating formed can be additionally improved.
  • the invention can also be used to maintain defined and reproducible conditions when carrying out the coating process.
  • the influence desired according to the invention is limited to a certain range which is favorable for the process.
  • the evaporation process, especially the electron beam, remains largely unaffected by this.
  • the solution according to the invention can be used in the case of substrates moved translationally through a vacuum chamber to form surface layers.
  • a corresponding rotation of a substrate within a vacuum chamber is also possible.
  • Figure 1 shows an example of a device according to the invention in schematic form.
  • FIG. 1 shows an example of a device according to the invention in schematic form.
  • a crucible 7 is arranged within a vacuum chamber; in which a metal is contained as chemical element 8.
  • an electron beam source 10 which is present on the vacuum chamber, an electron beam 11 directed to the surface of the chemical element 8, for example a metal, and steam 9 formed by corresponding energy input, which, as indicated by the arrow, is led to the substrate 4 to be coated.
  • a shield 3 is arranged between the crucible 7 containing the chemical element 8 and the substrate 4, which in this example can be passed through a vacuum chamber as indicated by the horizontally oriented arrow.
  • this shield 3 an aperture 6 is formed, on which in this example a funnel-shaped inlet for the steam 9 is additionally present.
  • the shield 3 forms part of a reaction chamber, the remaining part of the reaction chamber being essentially formed by the substrate 4.
  • the shield 3 as a whole as a reaction chamber, in which the respective substrate to be coated can then be accommodated.
  • the electrode 1 which in this example is designed as a ring electrode around the aperture.
  • this ring electrode 1 as an element, a ne excitation, dissociation and / or ionization of a reactive gas supplied through the gas inlet 5 can be achieved, so that the reactivity between the respective steam 9 and the respective reactive gas or an elementary component of such a reactive gas within zone 2 is increased.
  • two or more electrodes can also be arranged separately in accordance with one another.
  • titanium is used as the chemical element 8 within the crucible 7.
  • the vacuum chamber is evacuated to a pressure of 10 -3 Pa.
  • nitrogen is fed in via the gas inlet 5 until a partial pressure of 0.08 Pa has been reached in the region between the shield 3 and the substrate 4, and is stabilized to this partial pressure by means of an appropriate control system.
  • the electron beam source 10 is operated with an acceleration voltage of 16 kV.
  • a direct voltage of 60 V is applied to the electrode 1, which is positive with respect to the electrical potential within the vacuum chamber and in particular the electrical potential that is present at the crucible 7.
  • a discharge current of a few 100 A is established at the electrode 1 and the electrical voltage during this discharge is approximately 40 to 50 V.
  • the respective layer thickness can be influenced by the corresponding speed at which the substrate is moved through the vacuum chamber.

Abstract

The invention relates to a device and method for the electron beam attenuation of reactively formed layers on substrates in a vacuum. The aim of the invention is to increase the efficiency compared to conventional solutions and to improve the quality of the reactively formed layers. To these ends, the invention provides that both a crucible containing a chemical element as well as a substrate to be coated are provided inside a vacuum chamber, and an electron beam source is provided on said vacuum chamber. A shield with an aperture opening, through which the produced vapor can reach the substrate, is placed between the crucible containing the chemical element and the substrate. The shield protects at least one element for exciting, dissociating and/or ionizing a reactive gas, which is introduced via at least one gas inlet protectively arranged between the substrate and the shield.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Elektronenstrahlauf- dampfen von reaktiv gebildeten Schichten auf SubstratenDevice and method for electron beam vapor deposition of reactively formed layers on substrates
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Elektronenstrahlaufdampfen von reaktiv gebildeten Schichten auf Substraten im Vakuum, wobei auf den Oberflächen von Substraten Beschichtungen als z.B. Oxide, Nitride, Carbide aber auch Carbonitride u.a. ausgebildet werden können.The invention relates to a device and a method for electron beam vapor deposition of reactively formed layers on substrates in a vacuum, coatings on the surfaces of substrates as e.g. Oxides, nitrides, carbides but also carbonitrides etc. can be trained.
Neben verschiedenen anderen Möglichkeiten ist die Verdampfung z.B. eines Metalls innerhalb einer Vakuumkammer unter Verwendung von Elektronenstrahlen, mit denen das jeweilige Metall aufgeheizt, geschmolzen und nachfolgend verdampft werden kann, an sich bekannt .In addition to various other options, evaporation is e.g. of a metal within a vacuum chamber using electron beams, with which the respective metal can be heated, melted and subsequently evaporated, is known per se.
Ein solcher Verdampfungsprozess kann üblicherweise bei Innendrücken in Vakuumkammern von ca. 0,01 bis 0,1 Pa durchgeführt werden. Beim Einsatz von Elektro- nenstrahlquellen mit relativ hoher Leistung können dabei Schichtauftragsraten von mehreren μm/s erreicht werden, wobei die Teilchenenergie des mit dem Elektronenstrahl erzeugten Metalldampfes unterhalb 1 eV liegt .Such an evaporation process can usually be carried out at internal pressures in vacuum chambers of approximately 0.01 to 0.1 Pa. When using electron beam sources with a relatively high power, layer application rates of several μm / s can be achieved, the particle energy of the metal vapor generated with the electron beam being below 1 eV.
Die Wechselwirkung zwischen Metalldampf und Elektronenstrahl ist vernachlässigbar. Die so aus dem reinen Metall auf Substraten ausgebildeten Schichten weisen eine poröse und stängelige Struktur auf.The interaction between metal vapor and electron beam is negligible. The layers thus formed from the pure metal on substrates have a porous and stem-like structure.
Es sind auch Lösungsansätze bekannt, mit denen unter Verwendung von Elektronenstrahlen aus einem mit dem Elektronenstrahlen gebildeten Metalldampf und einem zusätzlich zugeführten Reaktivgas auf Substraten Be- Schichtungen, die aus reaktiv gebildeten Metallverbindungen bestehen, hergestellt werden können.Approaches are also known with which, using electron beams from a metal vapor formed with the electron beams and an additionally supplied reactive gas, are applied to substrates. Layers that consist of reactively formed metal compounds can be produced.
Infolge der relativ geringen Reaktivität der üblicherweise verwendeten Reaktivgase, wie z.B. Stickstoff, Sauerstoff oder KohlenwasserstoffVerbindungen zu den jeweiligen Metallen, ist eine Zufuhr des Reaktionsgases erforderlich, die einen entsprechend hohen Partialdruck innerhalb der Vakuumkammer bewirkt.Due to the relatively low reactivity of the reactive gases commonly used, e.g. Nitrogen, oxygen or hydrocarbon compounds to the respective metals, a supply of the reaction gas is required, which causes a correspondingly high partial pressure within the vacuum chamber.
Durch diesen erhöhten Partialdruck des Reaktivgases wird der für die Verdampfung eingesetzte Elektronenstrahl in erhöhtem Maß gestreut und dementsprechend kann ein großer Anteil der Energie des Elektronenstrahls nicht für die reine Verdampfung ausgenutzt werden, so dass eine erhöhte Verlustleistung zu verzeichnen ist.As a result of this increased partial pressure of the reactive gas, the electron beam used for the evaporation is scattered to an increased extent and, accordingly, a large proportion of the energy of the electron beam cannot be used for the pure evaporation, so that an increased power loss can be recorded.
Der erhöhte Partialdruck bewirkt außerdem, dass die Teilchenenergien, der im Dampf enthaltenen Atome, durch Stöße zusätzlich reduziert und dadurch die Porosität (Erhöhung) und Haftfestigkeit (Verringerung) der auf der Substratoberfläche ausgebildeten Beschichtung ebenfalls negativ beeinflusst werden.The increased partial pressure also has the effect that the particle energies of the atoms contained in the steam are additionally reduced by impacts, and the porosity (increase) and adhesive strength (reduction) of the coating formed on the substrate surface are also adversely affected.
Diese Probleme können auch mit der aus DE 36 27 151 AI beschriebenen Lösung nicht befriedigend gelöst werden.These problems can also not be solved satisfactorily with the solution described in DE 36 27 151 AI.
Dabei werden ein Metall enthaltender Tiegel innerhalb einer gesonderten inneren Kammer in einer Vakuumkammer angeordnet und durch eine Öffnung ein Elektronenstrahl zur Ausbildung eines Metalldampfes auf die Metalloberfläche gerichtet. Innerhalb der inneren Kammer ist eine zusätzliche ReaktivgasZuführung vorhanden und es wird bei Partialdrücken von bis zu 10 Pa gearbeitet. Infolge der bereits erwähnten erhöhten Streuung des Elektronenstrahls ist dementsprechend eine erhöhte Strahlleistung, insbesondere eine hohe Beschleunigungsspannung, erforderlich. Eine solche Elektronenstrahlquelle muss mit Beschleunigungsspannungen, die oberhalb 30 kV liegt, betrieben werden.A crucible containing metal is arranged within a separate inner chamber in a vacuum chamber and an electron beam is directed through an opening to form a metal vapor on the metal surface. There is an additional reactive gas supply inside the inner chamber and it is used at partial pressures of up to 10 Pa worked. As a result of the increased scattering of the electron beam already mentioned, an increased beam power, in particular a high acceleration voltage, is accordingly required. Such an electron beam source must be operated with acceleration voltages that are above 30 kV.
Diese Nachteile können auch mit einer zusätzlichen als Anode geschalteten Elektrode, die außerhalb der inneren Kammer, um eine Öffnung, die in der inneren Kammer ausgebildet ist, und die Elektrode zwischen der inneren Kammer und dem Substrat angeordnet ist, nicht beseitigt werden.These disadvantages can also not be eliminated with an additional electrode connected as an anode, which is arranged outside the inner chamber, around an opening which is formed in the inner chamber and the electrode between the inner chamber and the substrate.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten vorzuschlagen, wie Schichten aus reaktiv gebildeten chemischen Verbindungen auf Substraten durch ElektronenstrahlVerdampfung des jeweiligen chemischen Elementes mit erhöhtem Wirkungsgrad und verbesserten Schichteigenschaften erhalten werden können.It is therefore an object of the invention to propose ways in which layers of reactively formed chemical compounds on substrates can be obtained by electron beam evaporation of the respective chemical element with increased efficiency and improved layer properties.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.According to the invention, this object is achieved with a device having the features of claim 1 and a method with the features of claim 13. Advantageous embodiments and developments of the invention can be achieved with the features mentioned in the subordinate claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Elektronen- strahlaufdampfen von reaktiv gebildeten Schichten auf Substraten verwendet innerhalb einer Vakuumkammer einen das jeweilige chemische Element enthaltenden Tiegel . Mit einer an der Vakuumkammer vorhandenen Elektronenstrahlquelle kann ein Elektronenstrahl zur Verdampfung des chemischen Elementes auf die Oberfläche innerhalb des Tiegels gerichtet werden.The device according to the invention for electron beam vapor deposition of reactively formed layers on substrates uses a crucible containing the respective chemical element within a vacuum chamber. With an electron beam source present on the vacuum chamber, an electron beam can vaporize the chemical element onto the surface be directed within the crucible.
Zwischen dem das chemische Element enthaltenden Tiegel und dem Substrat ist eine Abschirmung vorhanden, in der eine Blendenöffnung für den auf das Substrat gerichteten Dampf ausgebildet ist. Zwischen dieser Abschirmung und dem Substrat, auf dem die reaktiv gebildete Beschichtung ausgebildet werden soll, ist mindestens ein zusätzliches Element vorhanden, das zur Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung eines jeweilig verwendeten Reaktivgases geeignet ist. Sowohl der mindestens eine Gaseinlass für das Reaktivgas, wie auch das mindestens eine Element zur Aktivierung, Dissoziierung und/oder Ionisierung des Reaktivgases sind dabei innerhalb vor einer Bedampfung geschützter Bereiche, durch entsprechende Ausbildung der Abschirmung und der Ausbildung und Anordnung der Blendenöffnung, angeordnet. Mit einer solchen Anordnung wird das mindestens eine zusätzliche Element von den Wechselwirkungen des Reaktivgases mit dem gebildeten Dampf nicht unmittelbar beeinflusst.A shield is provided between the crucible containing the chemical element and the substrate in which an aperture for the steam directed onto the substrate is formed. Between this shield and the substrate on which the reactively formed coating is to be formed, there is at least one additional element which is suitable for the excitation, dissociation and / or ionization of a reactive gas used in each case. Both the at least one gas inlet for the reactive gas and the at least one element for activating, dissociating and / or ionizing the reactive gas are arranged within areas protected from vapor deposition, by appropriate design of the shield and the design and arrangement of the aperture. With such an arrangement, the at least one additional element is not directly influenced by the interactions of the reactive gas with the vapor formed.
Durch den mindestens einen Gaseinlass für Reaktivgas kann auch ein Gasgemisch, in dem neben Reaktivgas auch inertes Gas enthalten ist zugeführt werden. Inertes Gas kann aber auch gesondert zugeführt werden, wobei eine Inertgaszuführung auch vor der Abschirmung, also innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein kann und das inerte Gas beispielsweise in den Einflussbereich des Elektronenstrahles und/oder in den gebildeten Dampf zugeführt werden kann.A gas mixture can also be supplied through the at least one gas inlet for reactive gas, which also contains inert gas in addition to reactive gas. However, inert gas can also be supplied separately, an inert gas supply also being able to be arranged in front of the shielding, that is to say inside the vacuum chamber, and the inert gas can be supplied, for example, into the area of influence of the electron beam and / or into the vapor formed.
Dadurch kann eine unmittelbare Beeinflussung des mindestens einen Elementes und des von diesem, nicht be- einflussten zugeführten Reaktivgases durch den gebildeten Dampf des chemischen Elementes vermieden wer- den .As a result, a direct influence on the at least one element and the reactive gas supplied, which is not influenced thereby, by the vapor of the chemical element formed can be avoided. the .
Die Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung des jeweiligen Reaktivgases wird mit dem mindestens einen Element durch entsprechende Energiezufuhr erreicht . Dies kann mittels elektrischer Entladungen, Mikrowellen-Entladungen bzw. auch durch gebildete elektromagnetische Felder erreicht werden.The excitation, dissociation and / or ionization of the respective reactive gas is achieved with the at least one element by appropriate energy supply. This can be achieved by means of electrical discharges, microwave discharges or also by means of electromagnetic fields formed.
Dementsprechend kann das eine oder auch mehrere Elemente als entsprechende Elektroden, Spulen aber auch als Antennen ausgebildet sein.Accordingly, the one or more elements can be designed as corresponding electrodes, coils but also as antennas.
Die Aktivierung des Reaktivgases kann beispielsweise durch Bogen-, Glimm- und/oder Hohlkathodenentladungen erreicht werden, wobei dementsprechend das eine oder auch mehrere Element (e) entsprechend ausgebildet werden kann/können.The reactive gas can be activated, for example, by arc, glow and / or hollow cathode discharges, and the one or more element (s) can accordingly be designed accordingly.
In einer relativ einfachen Ausführungsform kann/können eine oder auch mehrere Elektroden eingesetzt werden, an die eine gegenüber dem elektrischen Potential der Vakuumkammer positive Gleichspannung angeschlossen wird.In a relatively simple embodiment, one or more electrodes can be used, to which a direct voltage positive relative to the electrical potential of the vacuum chamber is connected.
Im einfachsten Fall kann es sich dabei um eine bzw. auch mehrere Ringelektrode (n) handeln, die um die jeweilige Blendenöffnung ausgebildet ist/sind.In the simplest case, it can be one or more ring electrodes that are formed around the respective aperture opening.
Die Blendenöffnung kann als Schlitzblende, mit bevorzugt rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt ausgebildet sein.The diaphragm opening can be designed as a slit diaphragm, preferably with a rectangular or square cross section.
Bei der Ausnutzung von Bogenentladungen ist der Einsatz von mindestens zwei Elektroden, die als Anode und Kathode mit entsprechenden elektrischen Potentia- len beaufschlagt werden, erforderlich.When using arc discharges, the use of at least two electrodes, which act as anode and cathode with appropriate electrical potentials, is len are required.
Es besteht besonders vorteilhaft die Möglichkeit, die jeweilige Anode als ein Element zur Erhöhung der Reaktivität des Reaktivgases im geschützten Bereich zwischen Abschirmung und Substrat anzuordnen und den das jeweilige chemische Element enthaltenden Tiegel als Kathode zu schalten. Dadurch kann gleichzeitig eine zusätzliche Aktivierung des gebildeten Dampfes erreicht werden.It is particularly advantageous to arrange the respective anode as an element for increasing the reactivity of the reactive gas in the protected area between the shield and the substrate and to switch the crucible containing the respective chemical element as a cathode. As a result, additional activation of the steam formed can be achieved at the same time.
Für den Fall, dass das mindestens eine Element eine Hohlkathode ist, sollte das zugeführte Reaktivgas durch die Hohlkathode geführt werden. Hierbei kann es erforderlich sein, bevorzugt über einen zweiten Gaseinlass zusätzlich ein Inertgas zu und durch die Hohlkathode zu führen. Ein geeignetes Inertgas ist beispielsweise Argon.In the event that the at least one element is a hollow cathode, the reactive gas supplied should be passed through the hollow cathode. In this case, it may be necessary to additionally lead an inert gas to and through the hollow cathode, preferably via a second gas inlet. A suitable inert gas is, for example, argon.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sollte, wie bereits angedeutet, die Blendenöffnung so ausgebildet und die Blendenöffnung und das mindestens eine Element so angeordnet sein, dass Dampf nicht unmittelbar auf das eine oder auch entsprechend mehrere eingesetzte Element (e) auftreffen kann, also eine geradlinige Bewegung von Dampfteilchen, ausgehend vom Tiegel zu dem einen oder auch mehreren Element (en) , nicht möglich ist. Gegenüber den bekannten Lösungen kann mit der Erfindung die Zufuhr des erforderlichen Reaktivgases deutlich reduziert und die reaktive Schichtbildung bei Partialdrücken, die ≤ 0,15 Pa, bevorzugt auch ≤ 0,1 Pa liegen, durchgeführt werden. Des Weiteren kann die Elektronenstrahlquelle mit deutlich geringerer Leistung und mit Beschleunigungsspannungen unterhalb von 20 kv betrieben werden. Mit der Erfindung können unterschiedliche Beschichtungen aus unterschiedlichen reaktiv gebildeten, z.B. Metallverbindungen auf Oberflächen von Substraten ausgebildet werden. Neben Metallen können auch andere chemische Elemente, wie z.B. Silicium oder Bor eingesetzt werden.In the solution according to the invention, as already indicated, the diaphragm opening should be designed and the diaphragm opening and the at least one element should be arranged in such a way that steam cannot impinge directly on the one or more correspondingly used element (s), i.e. a linear movement of Steam particles, starting from the crucible to one or more element (s), are not possible. Compared to the known solutions, the supply of the required reactive gas can be significantly reduced with the invention and the reactive layer formation can be carried out at partial pressures which are 0,1 0.15 Pa, preferably also 0,1 0.1 Pa. Furthermore, the electron beam source can be operated with significantly lower power and with acceleration voltages below 20 kv. With the invention, different coatings can be formed from different reactively formed, for example metal, compounds on surfaces of substrates. In addition to metals, other chemical elements such as silicon or boron can also be used.
Dementsprechend können für das jeweilige chemische Element und die jeweils gewünschte reaktiv gebildete Verbindung unterschiedliche Reaktivgase zugeführt werden.Accordingly, different reactive gases can be supplied for the respective chemical element and the respectively desired reactively formed compound.
So kann es sich bei dem zugeführten Reaktivgas um reinen Sauerstoff zur Ausbildung von Oxidschichten, aber auch um reinen Stickstoff zur Ausbildung von Nitridschichten handeln.The reactive gas supplied can thus be pure oxygen for the formation of oxide layers, but also pure nitrogen for the formation of nitride layers.
Des weiteren besteht die Möglichkeit, auch Wasserstoff enthaltende Verbindungen als Reaktivgas zuzuführen, wobei mit dem mindestens einen Element zusätzlich zur Anregung bzw. Ionisierung auch eine Dissoziierung in Form einer zumindest teilweisen Aufspaltung einer solchen Wasserstoff enthaltenden Verbindung erreicht werden kann.Furthermore, there is the possibility of also supplying hydrogen-containing compounds as reactive gas, it being possible to use the at least one element in addition to excitation or ionization to achieve dissociation in the form of an at least partial splitting of such a hydrogen-containing compound.
Als solche Reaktivgase können beispielsweise Kohlen- wasserstoffverbindungen eingesetzt werden, die bevorzugt eine relativ geringe Bindungsenergie aufweisen, so dass nach der zumindest teilweisen Aufspaltung eine reaktiv gebildete Carbidschicht oder Carbonitrid- schicht hergestellt werden kann.As such reactive gases, for example, hydrocarbon compounds can be used, which preferably have a relatively low binding energy, so that a reactive carbide layer or carbonitride layer can be produced after the at least partial splitting.
Es ist aber auch die Verwendung von Ammoniak, als ein entsprechend geeignetes Reaktivgas, das entsprechend aufgespalten werden kann, zur Ausbildung von Nitridschichten denkbar. Bei der Verwendung von Wasserstoff enthaltenden Verbindungen als Reaktivgas, kann der freigesetzte Wasserstoff ohne weiteres aus der Vakuumkammer mittels der ohnehin vorhandenen Vakuumpumpe entfernt werden.However, it is also conceivable to use ammonia as a correspondingly suitable reactive gas, which can be split up accordingly, to form nitride layers. When using hydrogen-containing compounds as reactive gas, the released hydrogen can be easily removed from the vacuum chamber by means of the already existing vacuum pump.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung bestehen außerdem Möglichkeiten für eine sich vorteilhaft auf die Schichtausbildung auswirkende Regelung bzw. Steuerung der Verfahrensführung.With the solution according to the invention there are also possibilities for a regulation or control of the process control which has an advantageous effect on the layer formation.
So kann beispielsweise der Volumenstrom des zugeführten Reaktivgases gesteuert oder geregelt werden.For example, the volume flow of the reactive gas supplied can be controlled or regulated.
Des Weiteren bestehen Möglichkeiten zur Beeinflussung der Wirkung des mindestens einen Elementes zur Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung des Reaktivgases über die Beeinflussung der entsprechenden e- lektrischen Spannung, des elektrischen Stromes und demzufolge der zuführbaren Leistung. Es kann aber auch die Leistung eines Mikrowellengenerators geregelt oder gesteuert werden.Furthermore, there are possibilities for influencing the effect of the at least one element for excitation, dissociation and / or ionization of the reactive gas by influencing the corresponding electrical voltage, the electrical current and consequently the power that can be supplied. However, the power of a microwave generator can also be regulated or controlled.
Zusätzlich und auch allein kann aber auch die jeweilige Leistung der Elektronenstrahlquelle entsprechend beeinflusst werden.In addition and also alone, the respective power of the electron beam source can also be influenced accordingly.
Für eine Regelung ist es vorteilhaft, während der Verfahrensführung plasmarelevante Parameter zu detek- tieren. Dies kann beispielsweise mit einem entsprechend geeigneten Sensor, z.B. auf optischem Wege mittels eines Emissionsspektroskops erfolgen.For regulation, it is advantageous to detect plasma-relevant parameters during the process control. This can be done, for example, with a suitable sensor, e.g. optically by means of an emission spectroscope.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom, der jeweils an dem einen oder auch an mehreren Element (en) anliegt bzw. fließt, zu bestimmen, da diese Parameter von den Bedingungen und insbesondere vom Zustand des Plasmas beeinflusst werden.But there is also the possibility of the electrical voltage and / or the electrical current, respectively on the one or more elements is flowing, because these parameters are influenced by the conditions and in particular by the state of the plasma.
Eine weitere vorteilhafte Einflussnahmemöglichkeit besteht darin, dass auch das Substrat, auf dessen Oberfläche die entsprechende Beschichtung ausgebildet werden soll, mit einem günstigen elektrischen Potential beaufschlagt werden kann. So kann eine entsprechende positive oder auch negative elektrische Spannung, die gegebenenfalls auch die plasmarelevanten Parameter berücksichtigen kann, angeschlossen werden, so dass die Schichtbildungsrate und die Qualität der ausgebildeten Beschichtung dadurch zusätzlich verbessert werden können.A further advantageous possibility of exerting influence is that a favorable electrical potential can also be applied to the substrate, on the surface of which the corresponding coating is to be formed. A corresponding positive or negative electrical voltage, which may also take into account the plasma-relevant parameters, can be connected, so that the layer formation rate and the quality of the coating formed can be additionally improved.
Neben der bereits erwähnten, mit der Erfindung erreichbaren Reduzierung des Partialdruckes, bei gleichzeitig reduzierter Leistung, insbesondere der BeschleunigungsSpannung der Elektronenstrahlquelle können mit der Erfindung auch definierte und reproduzierbare Bedingungen bei der Führung des Beschich- tungsverfahrens eingehalten werden.In addition to the reduction in partial pressure which can be achieved with the invention and at the same time reduced power, in particular the acceleration voltage of the electron beam source, the invention can also be used to maintain defined and reproducible conditions when carrying out the coating process.
Die erfindungsgemäß gewünschte Beeinflussung, mit gleichzeitiger Erhöhung der Reaktivität des Reaktivgases ist auf einen bestimmten, für den Prozess günstigen Bereich begrenzt. Der Verdampfungsprozess, insbesondere der Elektronenstrahl bleiben hiervon wei- testgehend unbeeinflusst .The influence desired according to the invention, with a simultaneous increase in the reactivity of the reactive gas, is limited to a certain range which is favorable for the process. The evaporation process, especially the electron beam, remains largely unaffected by this.
Des Weiteren werden unerwünschte Ablagerungen von gebildeten Reaktionsprodukten an der Innenwand einer Vakuumkammer sowie anderen weiteren Einbauten wei- testgehend vermieden. Außerdem bestehen Möglichkeiten, die chemische Reaktion zwischen dem Reaktivgas bzw. einer elementaren Komponente des Reaktivgases mit dem jeweiligen Dampf des chemischen Elementes gezielt zu beeinflussen. Dadurch können die SchichtZusammensetzung und die Schichteigenschaften ebenfalls gezielt beeinflusst werden. Dabei kann die jeweilige Substrattemperatur weitestgehend vernachlässigt werden. So ist z.B. eine Aufheizung oder Kühlung eines Substrates nicht erforderlich, was sich insbesondere bei im Durchlauf durch eine Vakuumkammer geführten Substraten vorteilhaft auswirkt .In addition, undesired deposits of reaction products formed on the inner wall of a vacuum chamber and other further internals are largely avoided. There are also options for specifically influencing the chemical reaction between the reactive gas or an elementary component of the reactive gas with the respective vapor of the chemical element. As a result, the layer composition and the layer properties can also be influenced in a targeted manner. The respective substrate temperature can be largely neglected. For example, heating or cooling of a substrate is not necessary, which has an advantageous effect in particular in the case of substrates passed through a vacuum chamber.
Die erfindungsgemäße Lösung kann bei translatorisch durch eine Vakuumkammer bewegten Substraten, zur Ausbildung von Oberflächenschichten eingesetzt werden. Es ist aber auch eine entsprechende Drehung eines Substrates innerhalb einer Vakuumkammer möglich.The solution according to the invention can be used in the case of substrates moved translationally through a vacuum chamber to form surface layers. However, a corresponding rotation of a substrate within a vacuum chamber is also possible.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher beschrieben werden.The invention will be described in more detail below by way of example.
Dabei zeigt:It shows:
Figur 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Form.Figure 1 shows an example of a device according to the invention in schematic form.
In Figur 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Form dargestellt. Dabei ist hier innerhalb einer Vakuumkammer ein Tiegel 7 angeordnet; in dem ein Metall als chemisches Element 8 enthalten ist.1 shows an example of a device according to the invention in schematic form. Here, a crucible 7 is arranged within a vacuum chamber; in which a metal is contained as chemical element 8.
Mit einer Elektronenstrahlquelle 10, die an der Vakuumkammer vorhanden ist, wird ein Elektronenstrahl 11 auf die Oberfläche des chemischen Elementes 8, z.B. ein Metall gerichtet und durch entsprechenden Energieeintrag Dampf 9 gebildet, der, wie mit dem Pfeil angedeutet, zum zu beschichtenden Substrat 4 geführt wird.With an electron beam source 10, which is present on the vacuum chamber, an electron beam 11 directed to the surface of the chemical element 8, for example a metal, and steam 9 formed by corresponding energy input, which, as indicated by the arrow, is led to the substrate 4 to be coated.
Zwischen dem das chemische Element 8 enthaltenden Tiegel 7 und dem Substrat 4, das wie mit dem horizontal ausgerichteten Pfeil angedeutet, bei diesem Beispiel im Durchlauf durch eine Vakuumkammer geführt werden kann, ist eine Abschirmung 3 angeordnet. In dieser Abschirmung 3 ist eine Blendenöffnung 6 ausgebildet, an der bei diesem Beispiel ein trichterförmiger Eintritt für den Dampf 9 zusätzlich vorhanden ist .A shield 3 is arranged between the crucible 7 containing the chemical element 8 and the substrate 4, which in this example can be passed through a vacuum chamber as indicated by the horizontally oriented arrow. In this shield 3, an aperture 6 is formed, on which in this example a funnel-shaped inlet for the steam 9 is additionally present.
Bei diesem Beispiel bildet die Abschirmung 3 einen Teil einer Reaktionskammer, wobei der restliche Teil der Reaktionskammer im Wesentlichen vom Substrat 4 gebildet worden ist.In this example, the shield 3 forms part of a reaction chamber, the remaining part of the reaction chamber being essentially formed by the substrate 4.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Abschirmung 3 in Gänze als Reaktionskammer auszubilden, in der dann das jeweilige zu beschichtende Substrat aufgenommen werden kann.However, there is also the possibility of designing the shield 3 as a whole as a reaction chamber, in which the respective substrate to be coated can then be accommodated.
An der hier gezeigten Abschirmung 3 ist ein Gaseinlass 5 für ein Reaktivgas vorhanden, der möglichst außerhalb des Bereiches angeordnet ist, der unmittelbar vom Dampf 9 beeinflusst werden kann.On the shield 3 shown here there is a gas inlet 5 for a reactive gas, which is arranged as far as possible outside the area that can be directly influenced by the steam 9.
Das gleiche trifft auch für die Elektrode 1 zu, die bei diesem Beispiel als Ringelektrode um die Blendenöffnung ausgebildet ist.The same also applies to the electrode 1, which in this example is designed as a ring electrode around the aperture.
Mit dieser Ringelektrode 1, als ein Element, kann ei- ne Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung, eines durch den Gaseinlass 5 zugeführten Reaktivgases erreicht werden, so dass die Reaktivität zwischen dem jeweiligen Dampf 9 und dem jeweiligen Reaktivgas bzw. einer elementaren Komponente eines solchen Reaktivgases innerhalb der Zone 2 erhöht ist .With this ring electrode 1 as an element, a ne excitation, dissociation and / or ionization of a reactive gas supplied through the gas inlet 5 can be achieved, so that the reactivity between the respective steam 9 and the respective reactive gas or an elementary component of such a reactive gas within zone 2 is increased.
Anstelle einer Ringelektrode können aber auch zwei bzw. mehrere Elektroden separat zueinander entsprechend angeordnet werden.Instead of a ring electrode, two or more electrodes can also be arranged separately in accordance with one another.
Eine zusätzliche Ionenquelle ist bei diesem Beispiel nicht erforderlich.An additional ion source is not required in this example.
Es kann aber eine großvolu ige Anregung des Reaktivgases erreicht und ein Gas-Dampf-Gemisch mit hoher Reaktionsfreudigkeit in der Zone 2 zur Ausbildung der jeweiligen Verbindung für die auszubildende Schicht erreicht werden.However, a large-volume excitation of the reactive gas can be achieved and a gas-steam mixture with high reactivity can be achieved in zone 2 to form the respective compound for the layer to be formed.
Für die Ausbildung einer Titannitridbeschichtung auf einem Substrat 4 wird Titan als chemisches Element 8 innerhalb des Tiegels 7 verwendet .For the formation of a titanium nitride coating on a substrate 4, titanium is used as the chemical element 8 within the crucible 7.
Vor der Ausbildung der Beschichtung wird die Vakuumkammer auf einen Druck von 10"3 Pa evakuiert.Before the coating is formed, the vacuum chamber is evacuated to a pressure of 10 -3 Pa.
Nach einem Vorheizen des Titans mittels der Elektronenstrahlquelle 10 wird über den Gaseinlass 5 Stickstoff zugeführt, bis ein Partialdruck von 0,08 Pa im Bereich zwischen der Abschirmung 3 und dem Substrat 4 erreicht worden ist, und mittels eines entsprechenden Regelsystems auf diesen Partialdruck stabilisiert.After the titanium has been preheated by means of the electron beam source 10, nitrogen is fed in via the gas inlet 5 until a partial pressure of 0.08 Pa has been reached in the region between the shield 3 and the substrate 4, and is stabilized to this partial pressure by means of an appropriate control system.
Die Elektronenstrahlquelle 10 wird mit einer Beschleunigungsspannung von 16 kV betrieben. An der Elektrode 1 wird eine Gleichspannung, die gegenüber dem elektrischen Potential innerhalb der Vakuumkammer und insbesondere dem elektrischen Potential, das am Tiegel 7 anliegt, positiv ist, in Höhe von 60 V angeleg .The electron beam source 10 is operated with an acceleration voltage of 16 kV. A direct voltage of 60 V is applied to the electrode 1, which is positive with respect to the electrical potential within the vacuum chamber and in particular the electrical potential that is present at the crucible 7.
Im Anschluss an eine kurze Anlaufzeit stellt sich an der Elektrode 1 ein Entladungsström in Höhe von einigen 100 A ein und die elektrische Spannung bei dieser Entladung liegt bei ca. 40 bis 50 V.Following a short start-up time, a discharge current of a few 100 A is established at the electrode 1 and the electrical voltage during this discharge is approximately 40 to 50 V.
Bei einer gleichförmigen Bewegung des Substrates 4 durch die Vakuumkammer kann eine konstante Schicht- dicke, der reaktiv gebildeten Titannitridbeschichtung erreicht werden, wobei stöchiometrische Titannitridschichten mit goldgelber Färbung mit einem E-Modul von 400 GPa hergestellt werden.With a uniform movement of the substrate 4 through the vacuum chamber, a constant layer thickness of the reactively formed titanium nitride coating can be achieved, stoichiometric titanium nitride layers with a golden yellow color being produced with a modulus of elasticity of 400 GPa.
Bei ansonsten konstanten Verfahrensbedingungen kann die jeweilige Schichtdicke durch entsprechende Geschwindigkeit, mit der das Substrat durch die Vakuumkammer bewegt wird, beeinflusst werden. With otherwise constant process conditions, the respective layer thickness can be influenced by the corresponding speed at which the substrate is moved through the vacuum chamber.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Elektronenstrahlaufdampfen von reaktiv gebildeten Schichten auf Substraten,1. Device for electron beam vapor deposition of reactively formed layers on substrates,
bei der in einer Vakuumkammer ein ein chemisches Element (8) enthaltender Tiegel (7) , ein zu beschichtendes Substrat (4) sowie an der Vakuumkammer eine Elektronenstrahlquelle (10) zur Verdampfung des chemischen Elementes (8) vorhanden sind;in which a crucible (7) containing a chemical element (8), a substrate (4) to be coated and an electron beam source (10) for evaporating the chemical element (8) are present in a vacuum chamber;
dabei zwischen dem das chemische Element (8) enthaltenden Tiegel (7) und dem Substrat (4) eine Abschirmung (3) , in der eine Blendenöffnunga shield (3) between the crucible (7) containing the chemical element (8) and the substrate (4), in which there is an aperture
(6) für auf das Substrat (4) gerichteten Dampf(6) for steam directed onto the substrate (4)
(9) sowie(9) as well
mit der Abschirmung (3) geschützt mindestens ein Element (1) zur Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung eines Reaktivgases,protected with the shield (3) at least one element (1) for excitation, dissociation and / or ionization of a reactive gas,
das über mindestens einen zwischen Substrat (4) und Abschirmung (3) geschützt angeordneten Gaseinlass (5) einführbar ist,which can be introduced via at least one gas inlet (5) which is arranged between substrate (4) and shield (3) in a protected manner,
angeordnet sind.are arranged.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Element (e) (1) eine Elektrode oder eine elektrische Spule ist/sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the element (s) (1) is an electrode or an electrical coil.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Element (e) (1) als Ringelektrode (n) ausgebildet ist/sind. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the element (s) (1) is / are designed as a ring electrode (s).
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Element (e) (1) als Hohlkathode ausgebildet ist/sind.4. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the element (s) (1) is / are designed as a hollow cathode.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1) mindestens eine Antenne für Mikrowellen oder die Ausbildung elektromagnetischer Felder ist.5. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the element (1) is at least one antenna for microwaves or the formation of electromagnetic fields.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche Elemente (1) für die Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung von Reaktivgas vorhanden sind.6. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least two different elements (1) are present for the excitation, dissociation and / or ionization of reactive gas.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung (6) so ausgebildet und Blendenöffnung (6) und das mindestens eine Element (1) so angeordnet sind, dass kein Dampf (9) unmittelbar auf das/die Element (e) (1) auftrifft.7. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the aperture (6) is formed and aperture (6) and the at least one element (1) are arranged so that no steam (9) directly on the / the element (e) (1) hits.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (3) eine Reaktionskammer oder einen Teil einer Reaktionskammer bildet.8. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the shield (3) forms a reaction chamber or part of a reaction chamber.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das chemische Element (8) enthaltende Tiegel9. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the crucible containing the chemical element (8)
(7) mit einem elektrisch negativen Potential beaufschlagt ist und eine Kathode bildet sowie mindestens eine Elektrode, als ein Element (1) an ein elektrisch positives Potential angeschlossen ist und eine Anode bildet. (7) has an electrically negative potential applied to it and forms a cathode and at least one electrode, as one element (1), is connected to an electrically positive potential and forms an anode.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzlicher Gaseinlass für ein inertes Gas vorhanden ist.10. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one additional gas inlet for an inert gas is present.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Erfassung plasmarelevanter Parameter vorhanden ist.11. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor for detecting plasma-relevant parameters is present.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Emissionsspektroskop ist.12. The device according to claim 11, characterized in that the sensor is an emission spectroscope.
13. Verfahren zum Elektronenstrahlaufdampfen von reaktiv gebildeten Schichten auf Substrate,13. Method for electron beam vapor deposition of reactively formed layers on substrates,
bei dem innerhalb einer Vakuumkammer mittels eines auf ein in einem Tiegel (7) enthaltenen chemischen Elementes (8) gerichteten Elektronenstrahles (11) Dampf (9) gebildet,in which vapor (9) is formed within a vacuum chamber by means of an electron beam (11) directed at a chemical element (8) contained in a crucible (7),
der Dampf (9) durch eine in einer Abschirmung (3) ausgebildete Blendenöffnung (6) auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrates (4) gerichtet ,the steam (9) is directed through an aperture (6) formed in a shield (3) onto the surface of the substrate (4) to be coated,
innerhalb eines geschützten Bereiches zwischen Abschirmung (3) und Substrat (4) mit mindestens einem Element (1) eine Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung eines über mindestens einen Gaseinlass (5) zugeführten Reaktivgases durchgeführt,excitation, dissociation and / or ionization of a reactive gas supplied via at least one gas inlet (5) is carried out within a protected area between the shield (3) and the substrate (4) with at least one element (1),
aus dem chemischen Element, dem Reaktivgas oder einer elementaren Komponente des Reaktivgases auf der Substratoberfläche, die reaktiv gebildete Schicht ausgebildet wird.from the chemical element, the reactive gas or an elementary component of the reactive gas on the substrate surface, the reactively formed layer is formed.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktivgas ein elementares Gas zugeführt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that an elementary gas is supplied as the reactive gas.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Stickstoff oder Sauerstoff zugeführt wird.15. The method according to claim 14, characterized in that nitrogen or oxygen is supplied.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktivgas eine Wasserstoff enthaltende Verbindung zugeführt wird.16. The method according to claim 13, characterized in that a hydrogen-containing compound is supplied as the reactive gas.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktivgas eine Kohlenwasserstoffverbindung oder Ammoniak zugeführt wird.17. The method according to claim 16, characterized in that a hydrocarbon compound or ammonia is supplied as the reactive gas.
18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivgas mit einem Partialdruck ≤ 0,15 Pa zugeführt wird.18. The method according to at least one of claims 13 to 17, characterized in that the reactive gas is supplied with a partial pressure ≤ 0.15 Pa.
19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung durch eine elektrische und/oder Mikrowellen-Entladung durchgeführt wird.19. The method according to at least one of claims 13 to 18, characterized in that the excitation, dissociation and / or ionization is carried out by an electrical and / or microwave discharge.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung durch eine Bogen-, Glimm- und/oder Hohlkathodenentladung durchgeführt wird. 20. The method according to claim 19, characterized in that the excitation, dissociation and / or ionization is carried out by an arc, glow and / or hollow cathode discharge.
21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung mittels elektromagnetischer Felder durchgeführt wird.21. The method according to at least one of claims 13 to 19, characterized in that the excitation, dissociation and / or ionization is carried out by means of electromagnetic fields.
22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein inertes Gas zugeführt wird.22. The method according to at least one of claims 13 to 21, characterized in that an inert gas is additionally supplied.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Entladung eine zusätzliche Anregung des Dampfes23. The method according to at least one of claims 13 to 22, characterized in that an additional excitation of the steam with a discharge
(9) durchgeführt wird.(9) is carried out.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Anregung des Dampfes (9) mittels einer Bogenentla- dung zwischen einer als Anode geschalteten E- lektrode, als ein Element (1) und dem als Kathode geschalteten, das chemische Element (8) enthaltenden Tiegel (7) , durchgeführt wird.24. The method according to claim 23, characterized in that the additional excitation of the steam (9) by means of an arc discharge between an electrode connected as an anode, as an element (1) and that connected as a cathode, the chemical element (8 ) containing crucible (7).
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Partialdruck, mit dem das Reaktivgas zugeführt wird, geregelt oder gesteuert wird.25. The method according to at least one of claims 13 to 24, characterized in that the partial pressure with which the reactive gas is supplied is regulated or controlled.
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Parameter des/der Elemente (s) (1) und/oder der Elektronenstrahlquelle (10) geregelt oder gesteuert werden.26. The method according to at least one of claims 13 to 25, characterized in that the electrical parameters of the element (s) (1) and / or the electron beam source (10) are regulated or controlled.
27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung in Abhängigkeit von plasmarelevanten und/oder elektrischen Parametern durchgeführt wird. 27. The method according to at least one of claims 25 and 26, characterized in that the control is carried out as a function of plasma-relevant and / or electrical parameters.
28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Titan als Metall (8) und Stickstoff zur Ausbildung einer Titannitridschicht auf dem Substrat (4) verwendet werden.28. The method according to at least one of claims 13 to 27, characterized in that titanium is used as the metal (8) and nitrogen to form a titanium nitride layer on the substrate (4).
29. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) bei der Ausbildung der Beschichtung bewegt wird.29. The method according to at least one of claims 13 to 28, characterized in that the substrate (4) is moved during the formation of the coating.
30. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einem vorgebbaren elektrischen Potential beaufschlagt wird. 30. The method according to at least one of claims 13 to 29, characterized in that a predeterminable electrical potential is applied to the substrate.
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AL Designated countries for regional patents

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