DE69407734T2

DE69407734T2 - Verfahren zur Herstellung diamantartiger Beschichtungen

Info

Publication number: DE69407734T2
Application number: DE69407734T
Authority: DE
Inventors: David G O'neill; Jonathan G Storer
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-10-08
Also published as: US5401543A; EP0652301B1; JPH07188916A; DE69407734D1; EP0652301A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung diamantartiger Beschichtungen und die damit hergestellten beschichteten Artikel.
Amorphe Kohlenstoffschichten mit diamantartigen Eigenschaften, nämlich extremer Härte, extrem niedriger elektrischer Leitfähigkeit, niedrigem Reibungskoeffizienten und Lichtdurchlässigkeit für einen großen Wellenlängenbereich finden breite Anwendung als optische Beschichtungen, reibungsarme, korrosionsfeste Beschichtungen und verschleißfeste Be schichtungen und in verschiedenen anderen Anwendungen, z. B. bei der Oberflächenendbearbeitung und bei der Haibleiterherstellung.
Diamantartiger Kohlenstoff ist nichtkristallin oder amorph, wobei das Material zwei Arten von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aufweist, nämlich hexagonale Graphitbindungen (sp²) und tetraedrische Diamantbindungen (sp³). Diamantähnlicher Kohlenstoff hat also sowohl eine begrenzte Fernordnung als auch zwei Arten von Nahordnungen.
Diamantähnlicher Kohlenstoff kann hydriert oder nichthydriert sein. Hydrierter diamantähnlicher Kohlenstoff wird aus einem Kohlenwasserstoff-Gas-Gemisch unter Verwendung verschiedener Energiequellen, z. B. Gleichstromentladung, Mikrowellen- und HF-Energie, von Acetylenbrennern und Heizdrähten erzeugt werden. Nichthydrierte diamantähnliche Beschich tungen können unter Verwendung von Magnetron-Vakuumzerstäubungs-, Elektronenstrahlverdampfungs-, Laserablations- und massengefilterten Kohlenstoffionenstrahlbeschichtungstechni ken erzeugt werden, von denen jede eine sehr geringe Beschichtungsrate aufweist. Jedes Verfahren zur Herstellung von nichthydriertem diamantähnlichem Kohlenstoff erzeugt eine harte Kohlenstoffbeschichtung, aber die Beschichtungen haben un terschiedliche sp³:sp²-Bindungsverhältnisse, und daher unterscheiden sich ihre strukturellen und physikalischen Eigenschaften.
Das sp³:sp²-Bindungsverhältnis kann aus der Plasmonenergie geschätzt werden, die mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie bestimmt wird. Die Plasmonenergie ist proportional zur Atomdichte, und Diamant hat eine größere Atomdichte und Plasmonenergie als Graphit. Polykristalliner Graphit hat einen Plasmonenergieverlust von etwa 25 Elektronenvolt (eV). Diamant hat einen Plasmonenergieverlust von etwa 33 eV. Nichthydrierter diamantähnlicher Kohlenstoff hat einen Plasmonenergieverlust zwischen etwa 26 und 32 eV, wobei die höheren Plasmonenergien höheren Atomdichten entsprechen, die auf eine erhöhten sp³-Bindungsanteil zurückzuführen sein sollen.
Wasserstofffreie, nichtkristalline, diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen können auch unter Verwendung einer Katodenbogenplasmabeschichtung hergestellt werden, ein Verfahren, das hohe Beschichtungsraten ermöglicht und die Beherrschung der kinetischen Energie auftreffender Ionen und der Substrattemperaturen erlaubt. Man geht davon aus, daß das sp³:sp²-Bindungsverhältnis von der kinetischen Energie auftreffender Ionen abhängig ist. Mit der Katodenbogenplasmabeschichtung können diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen mit höheren Plasmonenergien als alternative Verfahren hergestellt und somit höhere sp³:sp²-Bindungsverhältnisse erbracht werden.
Eine Katodenbogenentladung erfolgt, wenn eine Hochstromquelle zwischen zwei ausreichend leitfähige Elektroden geschaltet wird und die Elektroden kurzzeitig in Kontakt sind, entweder physisch oder durch eine andere Entladung. Es bilden sich Bogenleuchtflecken auf der Katodenoberfläche, wenn die Elektroden getrennt werden. Diese kleinen, leuchtstarken Bereiche sind oft sehr mobil und bewegen sich schnell über die Katodenoberfläche. Aufgrund der hohen Stromdichte, die in jedem Leuchtfleck enthalten ist, erfolgt ein schnelles Aufkochen des Katodenmaterials, und dieses Plasmamaterial kann eingegrenzt, unter Verwendung von Magnetfeldern transportiert und auf Substraten aufgebracht werden. Die Stromdichte in jedem Leuchtfleck kann 100 000 Ampere pro Quadratzentimeter errei chen, und dies trägt zur lonisierung des größten Teils des ausströmenden Dampfes bei.
Eines der Hauptprobleme im Zusammenhang mit Katodenbogenentladungen ist die Entstehung von Makropartikeln. Makropartikel sind Tröpfchen oder feste Partikel der Abschmelzkatode, die in einer Größenordnung von etwa 0,1 µm bis etwa über 50 µm, zumeist zwischen etwa 0,5 und 20 µm liegen. Diese Makropartikel werden mit dem Plasma aufgebracht, wobei unerwünschte Partikel in der Endbeschichtung entstehen. Die Entstehung von Makropartikeln ist besonders unerwünscht für diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen, da sie graphitisch und in die diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung eingebettet sind. An der Beseitigung dieser Partikel besteht großes Interesse.
US-A-4 452 686 (Aksenov et al.) beschreibt eine Einrichtung zur Makropartikelentfernung durch Filterung. Eine zylindrisch geformte Stromspule und eine mittige, axial angeordnete, fußballförmige Spule erzeugen ein Magnetfeld, das das Plasma um die mittige Spule und durch das Plasmaführungssystem führt. Makropartikel, die viel schwerer sind als die Plasmapartikel, werden nicht von dem Magnetfeld geführt und somit durch die mittige Spule abgeblockt. Am Ausgang der Vorrichtung ist die Plasmamakropartikeldichte deutlich geringer.
I. I. Aksenov et al., "Transport of Plasma Streams in a Curvilinear Plasma Optics System", Soviet Journal Physics, 4(4), Juli-August 1978, Seite 425 bis 428 beschreibt eine Vakuumvorrichtung, die gekrümmte magnetische und elektrische Felder verwendet, um das Plasma zu steuern und zu fokussieren und Makropartikel aus dem Plasmastrom zu entfernen.
Obwohl solche Filtriereinrichtungen die Makropartikeldichte in den Beschichtungen verringert, entfernen sie jedoch nicht alle Makropartikel vollständig. Normalerweise werden die größeren Makropartikel herausgefiltert, die Partikel unterhalb des Mikrometerbereichs werden jedoch nicht vollständig herausgefiltert. Dies kann auftreten, wenn die Partikel unterhalb des Mikrometerbereichs im Vakuumsystem umherspringen. Dies kann auch durch die Impulsübertragung aus dem Plasma auf die Partikel bewirkt werden. Ferner verringern Plasmafilter norma lerweise den Plasmafluß um 30 bis 50 Prozent, was zu verringerten Beschichtungsraten führt.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtung mit den folgenden Schritten bereit: Bereitstellen eines zu beschichtenden Substrats, Bereitstellen einer Katode aus glasartigem Kohlenstoff oder pyrolytischem Graphit und Auslösen einer Katodenbogenentladung mit einem Bogenleuchtfleck auf der Katodenoberfläche und Lenken des resultierenden Kohlenstoffplasmas zum Substrat, um eine Beschichtung auf dem Substrat auszubilden, wobei die Beschichtung weitgehend makropartikelfrei ist. Die Entladung kann als zusätzliche Möglichkeit in einem Magnetfeld erfolgen. Die Erfindung beseitigt das Problem der Makropartikel in diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtungen, die unter Verwendung eines Katodenbogengenerators hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt hochqualitative, nichthydrierte diamantähnliche Beschichtungen mit hohen Beschichtungsraten.
Die Erfindung benutzt das Katodenbogenverfahren, um nichthydrierte, nichtkristalline, diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen und Schichten, die im wesentlichen makropartikelfrei sind, herzustellen. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo eine Beseitigung oder Ausfilterung der Makropartikel von größter Bedeutung war, benutzt die Erfindung ein Katodenbogen-Kohlenstoffkatodenmaterial, das bei der Plasmaentladung keine Makropartikel erzeugt.
Fig. 1 ist eine Mikroaufnahme der Beschichtung des Beispiels 3 mit 106-facher Vergrößerung.
Fig. 2 ist eine Mikroaufnahme der Beschichtung des Beispiels 3 mit 426-facher Vergrößerung.
Fig. 3 ist eine Mikroaufnahme der Beschichtung des Vergleichsbeispiels 3 mit 106-facher Vergrößerung.
Fig. 4 ist eine Mikroaufnahme der Beschichtung des Vergleichsbeispiels 3 mit 426-facher Vergrößerung.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Makropartikelzahl und der Beschichtungsdicke bei 106- facher Vergrößerung bei den Beispielen 1 bis 3 (gestrichelte Linie) und bei den Vergleichsbeispielen C1 bis C3 (durchgezogene Linie) darstellt.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Makropartikelzahl und der Beschichtungsdicke bei 426- facher Vergrößerung bei den Beispielen 1 bis 3 (gestrichelte Linie) und bei den Vergleichsbeispielen C1 bis C3 (durchgezogene Linie) darstellt.
Das Katodenbogenentladungsbeschichtungsverfahren kann unter Vakuum bei Drücken von beispielsweise weniger als 0,133 Pa (10&supmin;³ Torr), bei umgebungsbedingungen, z. B. Raumtemperatur von 20 bis 25 ºC, in einer Innertgasatmosphäre, z. B. Argon, oder in einer reaktiven Atmosphäre, z. B. Wasserstoff oder Sauerstoff, erfolgen. Die bevorzugte Betriebsweise ist die, bei der kein Gas in die Kammer strömt. Ein gekühlter Substrathalter kann bevorzugt werden, um das Substrat bei einer Temperatur von geringfügig unterhalb der Raumtemperatur zu halten, wenn große Plasmaflüsse erzeugt werden.
Die Katode und, als zusätzliche Möglichkeit, die Anode können von der Vakuumkammer elektrisch getrennt und mit einer Gleichstrom-Hochstromquelle elektrisch verbunden sein, z. B. mit einer Schweißstromversorgung, nämlich einer kontinuierlichen Gleichstrombogenentladung. Als Alternative kann die Bogenentladung von einem Kondensator gespeist werden, um eine gepulste Bogenentladung zu erzeugen.
Die Katodenbogenentladung kann durch verschiedene Mittel gezündet werden, z. B. durch einen mechanischen Schlagbolzen, durch Dünnschichtablation, Hochspannungsfunkenentladung oder einen fokussierten Laserstrahl.
Die Bogenspannung liegt vorzugsweise zwischen etwa 20 bis 60 V, mit größerer Bevorzugung zwischen etwa 20 und 35 V. Der Bogenstrom ist vorzugsweise größer als etwa 50 A, mit größerer Bevorzugung größer als etwa 75 A. Die Substratoberflächentemperatur liegt vorzugsweise unter etwa 200 ºC und kann durch Kühlung verringert werden.
Die Kohlenstoffbeschichtung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird, hat vorzugsweise einen Plasmonenergieverlust von mindestens etwa 26 eV, mit größerer Bevorzugung von mindestens etwa 29 eV.

Beispiele

Die Katodenbogenvorrichtung, die erfindungsgemäß verwendet wird, glich derjenigen, die in US-A-3 836 451 (Snaper) beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen wird. Ein wassergekühlter Kupferblock hielt die Katode. Die Katode und die Anode waren jeweils von der Vakuumkammer elektrisch getrennt und mit einer Gleichstrom-Schweißstromversorgung (INTELLIWELD 650, vertrieben durch Millerwalding Co.) verbunden, die modifiziert wurde, um eine Leerlaufspannung von 95 V zu erzeugen. Der Vakuumbehälter hatte einen Durchmesser von 0,4 m und eine Länge von 1 m, und gepumpt wurde mit einer Öldiffusionspumpe. Der Basisdruck lag zwischen etwa 0,110&supmin;³ und 0,610&supmin;³ Pa (1 10&supmin;&sup6; und 5 10&supmin;&sup6; Torr) . Kein inertes oder reaktives Gas wurde während der Bogenentladung in das System eingeleitet. Die Stromversorgung wurde in einem Konstantstrombetrieb mit einem Bogenstrom von 100 A betrieben. Die Leerlaufspannung für die Stromversorgung betrug etwa 95 V. Die Geometrie und die B-Feldstärke erzeugten eine Bogenspannung von etwa 25 bis 35 V. Die Katodenbogenentladung erfolgte intermittierend. Die Entladung wurde bei 100 A für 5,5 s gehalten, dann nach einer Pause von 5 s wurde die Katodenbogenentladung erneut gezündet.
Die Katodenbogenentladung wurde von einem mechanischen Schlagbolzen gezündet. Der Schlagbolzen wurde in einen kurzzeitigen Kontakt sowohl mit der Katode als auch mit der Anode gebracht, und als der Schlagbolzen von der Katodenoberfläche getrennt wurde, erfolgte eine Plasmaentladung, die sich von der Katodenoberfläche nach draußen bewegte.
Die Plasmaentladung wurde von Magnetfeldern gesammelt und transportiert, die durch zwei elektromagnetische Spulen erzeugt wurden, die etwa 35 cm voneinander beabstandet waren. Die elektromagnetische Spule, die der Katode am nächsten war, wurde mit 10 A betrieben, während die Spule, die der Probe am nächsten war, mit 2 A betrieben wurde. Diese Geometrie erzeugte ein stärkeres Magnetfeld innerhalb der Spulen und ein schwächeres Magnetfeld zwischen den Spulen. Folglich dehnte sich das Plasma zwischen den Spulen aus. Zusätzlich zu einer gekühlten zylindrischen Kupferanode nahe der Katode wurde ein zylindrisch geformter, nichtrostender Stahlschirm innerhalb der Vakuumkammer und koaxial mit dieser angeordnet. Dadurch konnte eine geringere Bogenspannung von etwa 25 bis 35 V auch dann aufrechterhalten werden, wenn große Magnetfelder nahe der Katode angelegt wurden. Diese Geometrie ermöglichte es, daß Elektronen im Plasma den Magnetfeldlinien zur Anode folgten, d. h. einem Niedrigspannungsweg folgten. Dies führte zu einer stabileren Entladung.
Die verwendeten Substrate waren undotierte Siliziumscheiben mit einem Durchmesser von 7,6 cm. Die Scheiben wurden auf der flachen Seite eines wassergekühlten Probenhalters mit einer flachen Seite von 5 cm Durchmesser gehalten, die elektrisch von Masse getrennt war. Die Scheiben verbargen den Probenhalter wirksam vor dem Plasmafluß. Eine Vorspannung von -15 V relativ zur Kammer wurde bei jeder Probe angelegt. Unmittelbar vor der Katodenbogenentladung wurde die Siliziumscheibe einer Reinigungszerstäubung unterzogen, wobei 1500 eV Ar&spplus;-Ionen in einem Winkel von etwa 60º relativ zum Oberflächennormal auftrafen. Eine Kauffman-Ionenquelle (vertrieben durch Commonwealth Scientific Co.) wurde verwendet, wobei Argongas in den hinteren Teil der Ionenquelle einströmte. Die Argonstromrate war ausreichend, um den Systemdruck auf etwa 0,09 Pa (7 10&supmin;&sup4; Torr) zu erhöhen, während die Diffusionspumpe weiterhin im System pumpte. Der Reinigungszerstäubungszyklus dauerte etwa 5 bis 5,5 min.
Während der Katodenbogenentladung wurde der Strom zur Probe und durch die Probenvorspannungsstromversorgung überwacht, da er dem Kohlenstoffionenstrom entspricht, der auf die Probe und den Probenhalter einwirkt. Die Dicke der Beschichtung wurde durch Integrieren des Kohlenstoffionenstroms zur Probe gesteuert. Dies erfolgte, indem der Kohlenstoffionenstrom in eine Spannung transformiert wurde, und zwar durch Messen des Spannungsabfalls über einen 4-Ohm-Widerstand.
Die diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtungen der folgenden Beispiele wurden unter Verwendung eines optischen Mikroskops NICON MEASURESCOPE, Modell UM-2 auf Makropartikel geprüft. Makropartikel waren ohne weiteres als helle Lichtflekken auf einem dunklen Hintergrund sichtbar, wenn die Bilderzeugung im Dunkelfeldmodus erfolgte. Mikroaufnahmen wurden bei 106-facher und bei 426-facher Vergrößerung gemacht. Zwei Ver fahren wurden verwendet, um die Makropartikeldichte aus den Aufnahmen der aufgebrachten Schichten zu ermitteln.
Ein Adanced Image Analysis System wurde verwendet, um die Anzahl der Mikropartikel in einem Bereich der Fläche auf der Mikroaufnahme zu zählen. Die geprüfte Analysefläche betrug bei 426-fach vergrößerten Mikroaufnahmen 200 µm x 162 µm und bei 106-fach vergrößerten Mikroaufnahmen 804 µm x 651 µm. Vorzugsweise sind weniger als etwa 10 Makropartikel auf der 426-fach vergrößerten Analysefläche und weniger als etwa 100 Makropartikel auf der 106-fach vergrößerten Analysefläche vorhanden, mit größerer Bevorzugung weniger als 50 Makropartikel auf der 106-fach vergrößerten Analysefläche.

Beispiele 1 bis 3

In jedem der Beispiele 1 bis 3 wurde eine undotierte 46 cm² große Siliziumscheibe Si(100) in der Katodenbogenvakuumkammer angeordnet, einer Ar&spplus;-Vakuumzerstäubungsreinigung unterzogen und einem Kohlenstoffplasma ausgesetzt, das durch eine glasartige Kohlenstoffkatode SIGRADUR G (vertrieben durch Sigri Corporation, Somerville, N. J.) in Form von drei 1,27 cm x 5,1 cm x 0,4 cm großen Platten erzeugt wurde, die einen 1,27 cm x 1,2 cm großen rechteckigen Querschnitt bilden, um diamantartige Beschichtungen verschiedener Dicken entsprechend Tabelle 1 herzustellen. Es wurden Mikroaufnahmen gemacht. Mikroaufnahmen der 530 A dicken Beschichtung sind in Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Makropartikelzahl wurde unter Verwendung der Bildanalysesoftware bestimmt. Die Makropartikelzahlen sind in Tabelle 1 und in Fig. 5 und 6 (gestrichelte Linien) dargestellt. Wie man erkennen kann, ist die Makropartikelzahl sehr niedrig. Man geht davon aus, daß die scheinbaren Makropartikel, die in der Mikroaufnahme zu sehen sind, auf Abriebteilchen, Verunreinigungen im System zurückzuführen sind. Man geht davon aus, daß die Katodenbogenentladung frei von Makropartikeln ist.
Mittels abgeschwächter Totalreflexion-(ATR-)Infrarotspektroskopie wurde gezeigt, daß die diamantartigen Kohlenstoffbeschichtungen in den Beispielen 1 bis 3 wasserstofffrei sind. Dies wurde festgestellt, indem katodenbogenerzeugte Beschichtungen mit HF-beschichteten, diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtungen verglichen wurden. Die letzteren wurden unter Verwendung eines Parallelplatten-Plasmareaktors PLASMA- THERM Modell PC 2480 RF mit Butadien als Reaktionsgas hergestellt. Das ATR-Signal für katodenbogenerzeugte diamantähnliche Beschichtungen wurde mit Proben verglichen, von denen man wußte, daß sie einen deutlichen Wasserstoffgehalt haben. Die letzteren Proben wurden direkt auf Germanium-ATR-Kristalle aufgebracht, und Absorptionsmessungen im Bereich von 2800 cm&supmin;¹ bis 3200 cm&supmin;¹ wurden in einem Spektrometer DIGILAB Modell FTS- 50 unter Verwendung einer SPEKTRATECH-ATR-Zelle durchgeführt. Die durch HF-Plasma aufgebrachten Wasserstoffschichten zeigten aufgrund der C-H-Dehnungsschwingungen ein breites Absorptionsband. Das Spektrum für die durch Katodenbogen erzeugten, diamantähnlichen Kohlenstoffschichten in den Beispielen 1 bis 3 war von C-H-Dehnungsschwingungen frei. Es kann deshalb geschlossen werden, daß anders als bei der hydrierten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht, die im HF-Plasmaverfahren aufgebracht wird, die erfindungsgemäße diamantähnliche Kohlenstoffschicht, die durch Katodenbogenverdampfung von einer amorphen glasartigen Kohlenstoffkatode aufgebracht wird, wirklich nichthydriert ist.
Eine Auger-Standardanalyse der Schichten in den Beispielen 1 bis 3 ergab eine Kohlenstoffkomponente von 97 Prozent oder mehr, wobei Sauerstoff die größte Spurenverunreinigung war, die sich üblicherweise an der Grenzfläche zwischen Substrat und Beschichtung konzentrierte.
Die Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) wurde verwendet, um den Plasmonenergieverlust der Beschichtungen unter Verwendung einer Standard-Elektronenspektroskopievorrichtung zu bestimmen. Der Plasmonenergieverlust steht mit den strukturellen Eigenschaften der Schicht in Verbindung, weil er proportional zur Valenzelektronendichte ist, die proportional zur Atomdichte ist. Diamant hat einen Plasmonenergieverlust von 33 eV und polykristallines Graphit etwa 25 eV. Rother et al., Journal of Material Research, Bd. 6, Nr. 1, Januar 1991, Seite 101, hat die Plasmonenergie von diamantähnlichen Kohlenstoffschichten mit verschiedenen Beschichtungstechniken gemes sen und festgestellt, daß katodenbogenerzeugte Schichten einen höheren Anteil an Diamantbindungseigenschaft haben, wenn die Plasmonenergie zwischen 29 und 30 eV liegt. Rother et al. hat die Plasmonenergie dieser Schichten im Übertragungsmodus gemessen, der erfordert, daß die Schicht vom Substrat getrennt wird und sehr hohe auftreffende Elektronenenergien verwendet werden müssen. Die Plasmonenergie der erfindungsgemäßen Schichten wurde im Reflexionsmodus mit einer Strahlenergie von etwa 2000 eV gemessen, wobei die Schicht nicht vom Substrat getrennt werden muß, und es wurde festgestellt, daß die Verlustenergie etwa 29 ev betrug.

Vergleichsbeispiele C1 bis C3

In jedem der Vergleichsbeispiele C1 bis C3 wurde eine 46 cm² große Siliziumscheibe Si(100) in der Katodenbogenvakuumkammer angeordnet, einer Vakuumzerstäubungsreinigung unterzogen und dem Katodenbogenkohlenstoffplasma ausgesetzt, das von einer einen 1,9 cm Durchmesser aufweisenden Graphitkohlenstoffkatode POCO SFG-2 (vertrieben durch Poco Graphite, Inc. a Unocal Company, Decatur, TX) erzeugt wurde, die aus einem ultrafein gekörnten und ultrareinem Material mit 18-prozentiger Porosität besteht, um diamantähnliche Beschichtungen mit verschiedenen Dicken gemäß Tabelle 1 herzustellen. Es wurden Mikroaufnahmen gemacht. Mikroaufnahmen der 350 Å dicken Beschichtung sind in Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Makropartikelzahl wurde unter Verwendung der Bildanalysesoftware bestimmt. Die Makropartikelzahlen sind in Tabelle 1 und in Fig. 5 und 6 (durchgezogene Linien) dargestellt. Wie man erkennen kann, haben diese Beschichtungen eine hohe Anzahl von Makropartikeln, und die Anzahl der Makropartikel wächst mit wachsender Dicke. Tabelle 1

Beispiel 4

Im Beispiel 4 wurde eine 46 cm² große Siliziumscheibe Si(100) in der Katodenbogenvakuumkammer angeordnet, einer Vakuumszerstäubungsreinigung unterzogen und dem Plasma ausgesetzt, das durch eine einen 1,9 cm großen Durchmesser aufweisenden pyrolytischen Graphitkohlenstoffkatode von BF Goodrich erzeugt wurde, die aus einem orientierten, großkörnigen polykristallinen Kohlenstoffmaterial besteht, um eine diamantähnliche Beschichtung mit einer Dicke von etwa 420 Å herzustellen. Die Partikelzahl wurde durch optisches Zählen von hellen Leuchtflecken in einer Namarski-Mikroaufnahme mit 426-facher Vergrößerung bestimmt, und es wurde festgestellt, daß sie bei einer 200 µm x 163 µm großen Fläche zwischen etwa 30 und 50 lag.

Vergleichsbeispiel C4

Im Vergleichsbeispiel C4 wurde eine 46 cm² große Siliziumscheibe Si(100) in einer Katodenbogenvakuumkammer angeord net, einer Vakuumzerstäubungsreinigung unterzogen und dem Plasma ausgesetzt, das durch ein einen 1,9 cm Durchmesser aufweisendes Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial aus zufallsorientierten Kohlenstoffasern in einer Kohlenstoffgrundmasse (vertrieben durch BF Goodrich) erzeugt wurde, um eine diamantähnliche Beschichtung mit einer Dicke von etwa 500 Å herzustellen. Die Makropartikelzahl in drei diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtungen wurde durch Zählen der hellen Leuchtflecken in einer Dunkelfeldmikroaufnahme mit 426-facher Vergrößerung bestimmt, und es wurde festgestellt, daß sie auf einer Fläche von 200 µm x 163 µm zwischen 200 bis 350 lag.
Die verschiedenen erfindungsgemäßen Modifikationen und Anderungen sind für den Fachmann offensichtlich, ohne daß der Schutzumfang der Erfindung verlassen werden muß, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungen beschränkt, die einer anschaulichen Darstellung dienen sollen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtung mit den Schritten: Bereitstellen eines zu beschichtenden Substrats, Bereitstellen einer Katode aus glasartigem Kohlenstoff oder einer pyrolytischen Graphitkatode und Auslösen einer Katodenbogenentladung mit dem Bogenleuchtfleck auf der Katodenoberfläche und Lenken des resultierenden Kohlenstoffplasmas zum Substrat, um eine Beschichtung auf dem Substrat auszubilden, wobei die Beschichtung weniger als 100 Partikel mit einem Durchmesser von 0,1 bis 50 µm pro 804 µm x 651 µm großer Fläche einer 106-fach vergrößerten Ansicht der Beschichtung aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Katodenbogenentladung von einer Gleichstrom-Hochstromquelle versorgt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Katodenbogenentladung von einem Kondensator versorgt wird, um eine gepulste Bogenentladung zu erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Bogenspannung zwischen etwa 20 und 60 V liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bogenstrom mindestens etwa 50 A beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei die Entladung in einem Magnetfeld erfolgt.