Magnetische und elektrische Steuerung der Vakuumbogenbeschichtung

In der vorliegenden Arbeit wurde eine magnetische Brennflecksteuerung für dc-Vakuumbogenverdampfer sowie ein Partikelfilter für Bogenverdampfer vorgestellt. Diese Systeme sind gebaut und erprobt worden und stellen eine sinnvolle Ergänzung der vorhandenen Vakuumbogentechnologie dar. Mit Hilfe der Brennflecksteuerung konnte die Materialausnutzung von großflächigen Kathoden deutlich verbessert werden (>60%, vorher ca. 30%). Weiterhin bietet das System die Möglichkeit, definierte Schichtdickenprofile auf dem Substrat einzustellen. Darüber hinaus wurden Berechnungen mit einer neuentwickelten Software zur Simulation von Brennfleckbahnen durchgeführt und errechnete mit realen Erosionsprofilen verglichen. Dabei konnten viele Übereinstimmungen zwischen beiden Profilen festgestellt werden. Offenbar stellt das verwendete phänomenologische Bewegungsmodell des Bogenbrennfleckes eine recht gute Beschreibung der Bogenbewegung dar, wobei die vielfältigen Möglichkeiten der Parametrisierbarkeit eine Anpassung an verschiedene Entladungsbedingungen erlaubt. Als Resultat dieses Vergleiches ergeben sich aber auch eine Reihe von Verbesserungsvorschlägen für das Simulationsprogramm. So erscheint es z.B. sinnvoll, den Einfluss der Streumagnetfelder der Zuleitungen des Entladungsstromes sowie Anodeneinflüsse in das verwendete Modell zu implementieren. Nach entsprechender Weiterentwicklung und Erprobung ist die vorgestellte Software ein praktikables Werkzeug für die Entwickler von Anlagentechnik zur Bogenbeschichtung. Eine sinnvolle Ergänzung dieses Systems würde eine Einrichtung zur online- Lageerkennung des Brennfleckes darstellen. Damit könnte das System ProArc zu einem echten Regelsystem zur Brennfleckpositionierung ausgebaut werden. Einen weiteren Entwicklungsschritt würde eine Softwarelösung zur Protokollierung und Steuerung des Abtragsprofiles darstellen. Der vorgestellte Partikelfilter für Bogenverdampfer stellt eine Variation des bekannten Prinzips der Trennung ungeladene r Droplets vom Plasma mittels magnetischer Felder dar. Er zeichnet sich durch relativ einfachen Aufbau, geringen Platzbedarf und stabilen Betrieb aus. Mit diesem Fliter ist eine Plasmatransmission von annähernd 20 % (Kupfer als Kathodenmaterial) bei einer Reduzierung der Dropletanzahl auf 1-10 % erreichbar. Die Anwendung dieser Filtertechnik wird vor allem in der Abscheidung von Schichten mit höheren Anforderungen an die Oberflächenrauheit liegen. Dazu zählen z.B. Beschichtungen von Umformwerkzeugen, optische oder auch dekorative Applikationen. Zur Charakterisierung der Filterwirkung wurde ein computergestütztes Verfahren zur Analyse dropletbehafteter Schichten entwickelt. Dabei werden zunächst rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Schichtoberflächen angefertigt. Anschließend werden diese Bilder mit Hilfe eines Bildanalysesystems auf Anzahl und Größe der vorhandenen Droplets untersucht. Die anschließende Auswertung liefert für jede Schicht eine charakteristische Größenverteilung skurve, die dann mit der anderer Schichten vergleichbar ist. Eine Weiterentwicklung des vorgestellten Filters erscheint vor allem im Hinblick auf reaktive Beschichtungen sinnvoll. Die Nutzung der Möglichkeiten, die das Vorhandensein eines zusätzlichen Magnetfeldes in der Beschichtungskammer bietet, wird sicher neue Möglichkeiten der reaktiven Beschichtung eröffnen. Die vorgestellten Systeme und Methoden bieten sowohl dem Lohnbeschichter als auch dem Anlagenbauer oder Prozessentwickler die Möglichkeit, die Beschichtungsanlagen effektiver, die Beschichtungstechnologien zuverlässiger und die hergestellten Schichten qualitativ hochwertiger zu machen.