Beschichtung mechanisch beanspruchter Reinraumkomponenten

Die Verschlechterung des Reinraumzustandes in der Halbleitertechnik wird vorwiegend durch eine Partikelfreisetzung infolge Abrasivverschleiß verursacht. Zur Minderung des Verschleißes in anderen industriellen Bereichen haben sich Beschichtungen aus verschleißbeständigen und reibungsarmen Werkstoffen bewährt. Anforderungen an Schichtsysteme für Reinraumanwendungen sind geringe Reibwerte, geringer Schicht- und Gegenkörperverschleiß, geringe Partikel- und Gasemission sowie prozessunkritische (elektrisch, magnetisch, chemisch) Werkstoffe. Besondere Beachtung verlangen nichtatmosphärische Bedingungen (Spezialgase oder Vakuum), wo keine Schmierung oder nur spezielle Fette erlaubt sind. Eine Alternative zu Werkstoffen mit hohem Reibkoeffizient oder Schichtsystemen mit geringer Härte (PTFE) oder hohem Reibkoeffizienten (Hartchrom) sind harte Kohlenstoffbeschichtungen, die unter ungeschmierten Bedingungen einen Reibungskoeffizienten um 0,1 aufweisen. Die ideale Diamantschicht kann jedoch erst oberhalb 700 Grad C hergestellt werden und ist für Stähle ungeeignet. Die amorphen Kohlenstoffschichten ta-C (tetraedrischer amorpher Kohlenstoff) bzw. a-C:H (wasserstoffhaltiger amorpher Kohlenstoff) können dagegen bei Temperaturen <200 Grad C abgeschieden werden. Das tribologische Verhalten der ta-C-Schichten (wie bei fast allen Werkstoffen) verschlechtert sich im trockenen Stickstoff oder im Vakuum sehr stark; der Reibwert gegen Stahl steigt auf das 10-fache, der Verschleiß auf das 100-fache. Die ta-C-Schichten können jedoch für Reinraumanwendungen optimiert werden. Das betrifft in erster Linie die Rauigkeit, deren Verringerung den Schichtverschleiß exponentiell erniedrigt. Durch eine Partikelmessung, die Partikelgrößen ab 100 nm erfasst, können die Schichten in Anlehnung an die DIN EN ISO 14644-1 in Reinraumklassen eingeteilt werden. Durch eine einseitige Beschichtung mit a-C:H:Me-Schichten verbessert sich das Verhalten bis zu 4 Größenklassen sowie die Paarung von ta-C-Schichten. Mit glatten ta-C-Schichten (1 Mikrometer R(ind a)) tritt eine Verbesserung von 6 Größenklassen ein. Entnommen aus <a_href="http://www.fiz-technik.de/db/b_tema.htm" target="_blank">TEMA</a>