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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Beschichten
von Körpern
mittels des so genannten Magnetronzerstäubens.
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Es
ist bekannt, Körper
oder Teile von Körpern
mit einer Oberflächenbeschichtung
zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu versehen. Besonders
haben sich hier plasmagestützte PVD-Verfahren,
wie das arc-Verdampfen und das Magnetronsputtern bewährt, wobei
das Beschichtungsmaterial von so genannten Targets mittels Plasmaeinwirkung
abgetragen wird und sich anschließend auf den Substraten niederschlägt.
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Das
Magnetron (1) beinhaltet neben dem Target (2),
Kühleinrichtungen,
ggf. elektrische Abschirmungen und im besonderen, Mittel zum Erzeugen
von Magnetfeldern, die die Plasmadichte vor dem Target erhöhen. Das
Target fungiert als Kathode und ist gegen die Kammer oder gegen
eine separate Elektrode (3), die als Anode fungiert, geschaltet.
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Gegenüber dem
arc-Verdampfen weist das Magnetronsputtern Vorteile auf, da die
flüssige
Phase vermieden wird. Somit wird eine fast unbegrenzte Spanne an
Schichtlegierungen möglich
und die Schichten sind frei von Wachstumsfehlern, sog. Droplets.
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Allerdings
beträgt
der Ionisierungsgrad der Beschichtungsteilchen beim Magnetronsputtern
maximal einige wenige Prozent.
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Eine
Variante dieses Verfahren, die diesen Nachteil vermeidet, ist das
so genannte "hochleistungsgepulste
Magnetronzerstäuben" (englisch "High Power Impuls
Magnetron Sputtering" oder
kurz HIPIMS). Hier wird durch kurze aber sehr energiereiche Impulse
der elektrischen Plasmageneratoren eine hohe Ionisationsdichte der
Beschichtungsteilchen vor dem Magnetron erzielt, die bis an 100%
heranreichen kann. Das Plasma besteht nach dem Puls eine Zeit lang
weiter. Beim einen hinreichend energiereichen Puls steigt der Strom
so schnell an, dass sich die Plasmazustände der Glimmentladung und der
Hochstrom-Bogenentladung (Arc) nicht oder nur in Ansätzen ausbilden
können
und sich vor dem Magnetron ein stabiles energiereiches Plasma ausbilden
kann. Die maximal zugeführte
Leistung während eines
Pulses kann dabei bis in den Megawatt-Bereich hineinreichen und
die dem Target zugeführte
Leistung pro cm2 Targetfläche kann
mehrere kW betragen, so dass die Pulszeit entsprechend kurz gewählt werden
muss, um Beschädigungen
des Magnetrons zu vermeiden.
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Durch
die kurzen Pulszeiten und plasmabedingte Effekte bleibt die Gesamtschichtrate
allerdings erheblich hinter der des konventionellen Magnetronsputterns
zurück.
Dem stehen zahlreiche Vorteile des HIPIMS gegenüber. Durch elektrische und
magnetische Felder können
sowohl die Energie, als auch die Richtung oder Flugbahn der ionisierten
Beschichtungsteilchen, i.d.R. Ionen, bestimmt werden. Durch das
beim Magnetronsputtern in der Regel an das Substrat angelegte negative
Potential (Bias) werden nun auch Hohlräume oder nicht in Sichtlinie
liegende Flächen
des Substrates gut erreicht. Der Bias bestimmt ferner auch die Energie
der Ionen, von denen zahlreiche Schichteigenschaften abhängen. Auf
der Seite des Magnetrons wird durch den hohen Ionenbeschuss eine
wesentlich bessere Ausnutzung des Beschichtungsmaterials bzw. des
Targets erreicht. Darüber
hinaus wird die so genannte Targetvergiftung durch Reaktion mit
Reaktivgasen verhindert.
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Die
Grundlagen des HIPIMS finden sich u.a. bei Kouznetsov, et al., "A Novel Pulsed Magnetron Sputter
Technique Utilizing Very High Target Power Densities" in Surface and Coatings
Technology, 1999, pp. 290-293, vol. 122. Die Ausführung spezieller
Leistungsversorgungen finden sich in
US 6296742 .
Die Schrift
EP 1609882 stellt
verschiedene Möglichkeiten
dar, die Ionen nach dem Puls auf die Substrate zu lenken. D. J.
Christie erläutert
in "Target material
pathways model for high power pulsed magnetron sputtering" in J.Vac.Sci.Tech.
A, 23(2) (2005) 330, die Effekte, die zum Ratenverlust beim HIPIMS führen.
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Der
Hauptnachteil beim HIPIMS bleibt aber die gegenüber dem konventionellen Magnetronsputtern
erhebliche geringere Schichtrate, die sich durch die kurzen Pulszeiten
und andere plasmabedingte Effekte ergibt. Bei kommerziellem Verfahren,
bei denen beispielsweise Verschleißschutzschichten im Bereich
einiger um aufgebracht werden, ist dieses Verfahren auf Grund der
langen Prozesszeiten zu unwirtschaftlich.
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Anderseits
ist bei den herkömmlichen
Verfahren die Ionendichte zu gering, so dass die oben beschriebenen
Vorteile nicht zur Geltung kommen können.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu beschreiben, bei der die vorgenannten Nachteile des Standes der
Technik vermieden werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
im Prinzip beliebige Schichten auf beliebige Körper aufgebracht werden, im
besonderen ist an beständige
und/oder harte Schutzschichten auf Bauteilen und Werkzeugen, im
besonderen auf Werkzeuge zum Zerspanen gedacht.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach
Anspruch 11. Abhängige
Ansprüche
beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Um
die Merkmale der Erfindung und die Beispiele deutlich zu machen,
dienen die folgenden Zeichnungen.
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1:
Eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung um das Prinzip
darzustellen.
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2:
Eine Darstellung der Vorrichtung, in der die Ausführungsbeispiele
hergestellt wurden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist Gemeinsamkeiten mit einer konventionellen Magnetron-Beschichtungsanlage
auf. Innerhalb der evakuierbaren Kammer (4) findet sich
ein Magnetron (1), mit einer Gegenelektrode sowie dem Substrat
(5). Als Gegenelektrode kann die Kammerwand dienen, bevorzugt
wird jedoch eine isolierte Anode (3), die ihrerseits weiter
bevorzugt über
eine weitere Leistungsversorgung (6) mit der Kammerwand
verbunden sein kann. Ferner weist die Vorrichtung ein übliches
Pumpsystem (7) und geregelte Gaszuführungen (8) für die Arbeits-
und Reaktivgase auf. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls eine Bias-Versorgung
(9) auf, die bevorzugt gegen die Anode (3) geschaltet
wird. Das System kann mehrer Magnetrone (1) enthalten,
die bevorzugt mit jeweils einer eigenen Leistungsversorgung gegen
die gemeinsame Anode (3) geschaltet sind. Das oder die
Substrate (5) sind mit der zu beschichtenden Fläche dem
Magnetron zugewandt oder werden auf einem Tisch (14), der
ggf. mehrere Drehachsen aufweisen kann, gedreht.
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Die
elektrische Leistungsversorgung des Magnetrons setzt sich erfindungsgemäß aus zwei Leistungsversorgungskomponenten
zusammen: einer Leistungsversorgung auf Basis des HIPIMS, im folgenden
als Leistungsversorgung A (10) bezeichnet, und einer konventionellen
Leistungsversorgung, im folgenden als Leistungsversorgung B (11)
bezeichnet, sowie zugehörigen
Verschaltungs- und Steuerelementen. Die Leistungsversorgung B (11) liefert
die zum Betreiben eines Magnetrons üblichen Stom-, Spannungs- und
Leistungswerte. Bevorzugt ist sie spannungsgeregelt, weiter bevorzugt
kann sie auch im Betrieb auf Strom- oder Leistungsregelung umschalten.
In vielen Fällen
reicht es aus, wenn sie Gleichspannung liefert. In anderen Fällen, in
denen es zu Aufladungen oder Arcs kommt oder schlecht leitende parasitäre oder
beabsichtigte Schichtbildung stattfindet, kann es sinnvoll sein,
Wechselspannung, Mittelfrequenz-, Hochfrequenz-, uni- oder bipolar
gepulste Spannungen zu verwenden. In Abgrenzung zum HIPIMS-Verfahren
bleiben die maximalen Leistungsdichten, ermittelt aus der maximaler
Peakhöhe der
Leistung bezogen auf die Targetoberfläche vergleichsweise gering.
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Wird
das Magnetron konventionell mit Gleichstrom betrieben, ist die Leistungsdichte
gering. Sie liegt in der Regel unter 50 W/cm2.
Ein typischer Wert liegt um 20 W/cm2 im
DC-Betrieb. Allerdings kann auch im konventionellen Betreib mit
Wechselspannung oder gepulster Spannung gearbeitet werden, so dass
während
des Pulses maximale Leistungsdichten von bis zu 500 W/cm2 erreicht werden können, ohne dass die typischen
Effekte eines HIPIMS Pulses auftreten. Die maximalen Leistungsdichten
liegen beim HIPIMS höher,
typisch sind Werte von 1000-5000 W/cm2,
so dass eine maximale Leistungsdichte am Target vom 500 W/cm2 als Richtwert für den Übergang vom konventionellen
zum HIPIMS Sputtern angesehen werden kann. In der Regel liegen die
maximalen Leistungsdichten beim konventionellen Magnetronsputtern
aber unter 200 W/cm2, meist unter 100 W/cm2. Beim HIPIMS dagegen über 1000 W/cm2,
meist aber über
2000 W/cm2.
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Dabei
ergibt sich die Leistung aus dem, von den Leistungsversorgungen
(10), (11), in das Magnetron hineinfließenden,
Strom multipliziert mit der zwischen Magnetron und Gegenelektrode
anliegender Spannung. Da es um das Absputtern des Targets (2)
durch Ionen geht, ist der maximale Peak maßgebend, während das Target auf negativen
Potential in Bezug zur Gegenelektrode liegt, also beispielsweise während der
negativen Halbwelle einer Wechselspannung.
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Die
genannten hohen Leistungsdichten können i.d.R. vom Magnetron nur
aufgenommen werden, wenn die Pulsdauer entsprechend kurz ist, und die
Wiederholfrequenz nicht zu hoch wird. Die Zeit für den negativen Puls beträgt i.d.R.
nur einen Bruchteil der Zykluszeit. Die Werte für die Dauer des negativen Pulses
liegen innerhalb 1 bis 1000 μs,
bevorzugt innerhalb von 5 bis 500 μs. Für die Frequenzen können je
nach Peakdauer Werte von 1 Hz bis 1 MHz, bevorzugt von 50 Hz bis
50 kHz gewählt
werden. Typische Werte für
Strom und Spannung während
der maximalen Peakhöhe
sind 1000 A bzw. 1000 V, entsprechend einer Spitzenleistung von
1 Megawatt Erfindungsgemäß werden
die beiden Leistungsversorgungen parallel am Magnetron betrieben
(1). Zur Vermeidung gegenseitiger Beeinflussung
bzw. Beschädigung
sind bevorzugt Schaltelemente vorzusehen, die unmittelbar vor dem
negativen Puls der Leistungsversorgung A diese zuschalten und die
Leistungsversorgung B trennen und nach dem Ende des Pulses wieder
zurückschalten.
Bevorzugt findet diese Umschaltung unmittelbar mit der geringst
möglichen
Verzögerung
statt. Im einfachsten Fall kann dies durch Dioden (12)
geschehen, die jeweils vom Minuspol der jeweiligen Leistungsversorgung über Kathode
und Anode der Diode zum gemeinsamen Anschluss am Magnetron führen. Die
Diode im Zweig der Leistungsversorgung mit dem jeweils negativerem
Potential ist dann in Durchlassrichtung geschaltet und kann die
Leistung ans Magnetron abführen, während die
andere Diode sperrt und den Stromfluss zum Magnetron, sowie den
schädlichen,
fremden Stromfluss aus der anderen Leistungsversorgung in den eigenen
Ausgang unterbindet. Hierzu arbeitet die Leistungsversorgung B (11)
bevorzugt, zumindest im Zeitraum der Umschaltung, im spannungsgeregelten
Modus.
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Diese
Verschaltung in 1 gibt nur das Prinzip wieder.
Um höhere
Leistungen handzuhaben und höhere
Betriebssicherheit zu erreichen, kann eine entsprechende Schaltung
auch an den Gegenelektroden vorgenommen werden. Ferner können Thyristoren
und andere Umschaltvorrichtungen, z.B. mittels moderner IGBT-Halbleiter
(Insulated Gate Bipolar Transistor), eingesetzt werden. Die Komponenten
können
an mehreren Stellen getrennt oder verbunden werden. Ferner können offene
Leitungen sicherheitshalber gebrückt
oder Schutzkomponenten vorübergehend
zu- und abgeschaltet werden. Auch wenn eine oder beide Leistungsversorgungen
mit bipolaren Spannungen oder Pulsen arbeiten sollen, ist die Umschaltung
nur über
Dioden nicht mehr sinnvoll.
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Die
Leistungsversorgung A zusammen mit der Leistungsversorgung B und
den Umschalt- und Schutzvorrichtungen bildet funktional eine neue
gemeinsame Einheit (13). Wegen der engen Wechselbeziehung
kann es sinnvoll sein, alle Gerätekomponenten
auch räumlich
in einen Gehäuse
zu integrieren.
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Ggf.
können
die Umschaltzeiten nicht fest vorgegeben sein, sondern über Sensoren,
die Prozesszustände
(im besonderen Plasmazustände)
ermitteln, getriggert werden. So kann es sinnvoll sein, den Puls
erst zu starten, wenn die Temperatur am Magnetron abgesunken ist
und/oder die Plasmadichte einen Vorgabewert unterschritten hat.
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Umgekehrt
kann es sinnvoll sein, dass durch den Puls andere Stellgrößen des
Prozesses zeitweise verändert
werden. Diese können
während
des Pulses oder in vorgewählten
Zeitfenstern vor und nach dem Puls verändert werden. Beispielsweise kann
der Bias während
der Auszeit des Pulses erhöht werden,
um die geringere Ionendichte zu kompensieren. Andererseits kann
der Bias während
des Pulses und in einem vorgegebenen Zeitfenster danach, abgesenkt
werden, damit das Substrat nicht überhitzt wird, oder die Schichtspannungen
nicht zu hoch werden. Ferner ergibt sich die Möglichkeit, durch die gewonnene
Parametervielfalt beispielsweise angepasste Multilayerstrukturen
herzustellen.
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Entstehen
während
des Umschaltens Arcs, die wegen der punktuellen Einwirkung Schäden anrichten
können,
kann es sinnvoll sein, vor oder nach dem Zuschalten des Pulses der
Leistungsversorgung A Totzeiten einzuhalten, so dass kurzzeitig
beide Leistungsversorgungen von den Magnetron abgetrennt sind. Besteht
dagegen die Gefahr, dass das Plasma durch den Umschaltprozess erlischt,
kann dem durch kurzzeitiges, gleichzeitiges Zuschalten beider Versorgungen
oder durch unmittelbares aneinandergrenzendes Umschalten entgegengewirkt werden.
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Wesentlich
für das
erfindungsgemäße Verfahren
ist, dass das Magnetron mit beiden Arten der elektrischen Leistungsversorgung
betrieben wird, und in Folge in zwei unterschiedlichen Plasmamoden,
und zwar in schneller, und wenn möglich in unmittelbarer Abfolge.
Jeder der Moden hat, wie oben beschreiben, seine spezifischen Vorteile.
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Es
stellte sich aber heraus, dass durch die schnelle Abfolge der Plasmazustände weitere
günstige
Faktoren auftreten, die das Plasma und in Folge das Beschichtungsergebnis überaus günstig beeinflussen.
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Dabei
erzielt man vor allem bei der Schichthomogenität, der Schichthaftung, der Schichtrate,
der Dichte und Härte
der Schicht höhere Werte,
als man sie bei alleiniger Anwendung eines Verfahrens erzielen könnte; aber
auch bessere Werte, als bei der nicht unmittelbaren Abfolge und/oder bei
der Anwendung der Verfahren an jeweils einem Magnetron.
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Auch
wenn die Ursachen hiefür
noch nicht geklärt
sind, mag ein Grund hierfür
sein, dass die durch den Puls der Leistungsversorgung A erzeugte hohe
Ionendichte auch im nachfolgenden Plasmamode noch wirksam ist, bzw.
eine höhere
Ionendichte weiter aufrechterhalten werden kann. Ein weiterer Vorteil,
ist darin zu sehen, dass das Target für den Puls für das nachfolgende
Sputtern mit niedriger Leistungsdichte in einen günstigen
Ausgangszustand gebracht wird. Dies ist besonders im Falle des reaktiven
Magnetronzerstäubens
zu bemerken. Hier werden während
des Pulses störende
Reaktionsschichten auf dem Target beseitigt.
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Es
zeigte sich, dass die beschriebenen Vorteile der beiden Plasmazustände, als
auch die darüber
hinaus erzielen Vorteile, vor allem dann zur Wirkung kommen, wenn
die zeitlich gemittelte elektrische zugeführten Leistungen der beiden
Leistungsversorgungen in einem bestimmten Verhältnis stehen.
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Bei
der Leistungsversorgung A ergibt sich die zeitlich gemittelte Leistung
aus der während
eines Pulses eingebrachten Leistung und der Pulsfrequenz. Die mittlere
Leistung während
eines einzelnen Pulses ist i.d.R. erheblich geringer, als das Produkt
aus Peak-Spannung und Peak-Strom, in vielen Fällen beträgt sie etwa die Hälfte. Der
Grund liegt darin, dass der Strompuls zeitlich etwas verschoben
ist und sich an den Flanken nicht abrupt ändert, während die Spannung während des
Pulses zusammenbricht. Aus dem gleichen Grund ist die Peak-Leistung häufig nicht
genau das Produkt aus Peak-Spannung und Peak-Strom. Dies ist an
einem Oszilloskop, das Strom und Spannung zeitgleich darstellt,
einfach zu erkennen. Für
eine genaue Berechnung ist für
die gemittelte Leistung während
eines Pulses, das Integral des Produktes aus Strom und Spannung über die Pulszeit
zu nehmen und für
die gemittelte Leistung über
einen kompletten Zyklus zu nehmen. Die mittlere Leistung der Leistungsversorgung
A kann ins Verhältnis
zur insgesamt eingebrachten gemittelten Leistung gesetzt werden.
Dieser Leistungsanteil Pmitt A/(Pmitt A + Pmitt B)
wird mit folgenden mit k bezeichnet.
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Die
mittlere Leistung der Leistungsversorgung B ist in der Regel einfacher
zu bestimmen. Liegen hier jedoch komplizierte Pulsformen vor, ist
analog vorzugehen.
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Ist
der so definierte Leistungsanteil k der Leistungsversorgung A zu
hoch, sinkt vor allem die Schichtrate merklich ab. Ist der Anteil
der Leistungsversorgung A zu niedrig, nehmen vor allem die Dichte,
Härte und
Homogenität
der Schicht ab. Deshalb sollte der genannte Anteil k der Leistungsversorgung A
bevorzugt bei 0,2 bis 0,8 liegen, weiter bevorzugt bei 0,3 bis 0,7,
besonders bevorzugt bei 0,4 bis 0,6.
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Das
System kann über
mehrere Magnetrons (1) verfügen, die in dieser Form betrieben
werden. Es können
in einem Schichtsystem, auch Schichtlagen hergestellt werden, in
denen Schichten ausschließlich
durch den Betrieb mittels Leistungsversorgung A oder B aufgebracht
werden, bzw. mit Leistungsanteilen k, die nicht dem oben genannten entsprechen.
Es können
Multilayer mit abrupt oder kontinuierlich wechselndem Leistungsanteil
abgeschieden werden. Im besondern kann es vorteilhaft sein, vor
dem Aufbringen einer Hartstoffschicht eine Haftschicht aufzubringen,
die nur oder überwiegend
mit Leistungsversorgung A, im besonderen mit einem Leistungsanteil k
größer als
0,6, aufgebracht wird.
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In
einer weiteren Variante werden die Substrate vor dem Beschichten
mittels Beschuss von Metallionen geätzt. Dies wird dadurch erreicht,
dass das Magnetron ausschließlich
mit Leistungsversorgung A oder mit einem Leistungsanteil k größer 0,6
betrieben und die Biasspannung am Substrat erhöht wird. Dabei wird die Energie
der Metallionen so erhöht,
dass sie nicht mehr am Substrat haften sondern dieses durch den
hohem Impulsübertrag
reinigen oder sogar absputtern. Bei dieser Variante werden bevorzugt keine
Reaktivgase zugeführt
und der Druck des Arbeitsgases, i.d.R. Argon, wird abgesenkt.
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In
einer weitern Variante wird der Körper zunächst mittels des beschreiben
Verfahrens geätzt, dann
bei einem Leistungsfaktor k > 0,6
durch ein vorzugsweise kontinuierliches Absenken der Biasspannung
mit einer Haftschicht versehen, und dann durch vorzugsweise kontinuierliches
Absenken des Leistungsfaktor auf einen Wert zwischen 0,8 und 0,3
mit mindestens einer weiteren Schicht versehen.
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Nachfolgend
sollen einige Anwendungsbeispiele in Anlehnung an 2 erläutert werden.
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In
einer ca. 1 m3 großen PVD-Magnetron Beschichtungskammer
befinden sich vier Magnetrons (1) mit Targets (2)
aus Titan- und Aluminiumanteilen. Zwei der Magnetrons sind gegen
eine gemeinsame Anode (3) verschaltet. Die anderen beiden
Magnetrone sind inaktiv. Als Substrat diente ein Rundstab aus Hartmetall,
der auf einen Drehteller (14) im gleichen Abstand an den
Magnetrons vorbeigeführt
wird. Der Rundstab dreht sich in diesem Fall nicht zusätzlich um
die eigene Achse. Die Leistungsversorgung für das Magnetron (13)
setzt sich aus einer erfindungsgemäßen diodenverschalteten Leistungsversorgung A
(10) und B (11) in Anlehnung an 1 zusammen. Das
Magnetron kann aber auch ausschließlich nur mit Leistungsversorgung
A oder B betrieben werden. Ist nur die Leistungsversorgung A durchgeschaltet (A-Modus),
arbeitet das Gerät
mit konstanter Pulsbreite und Pulshöhe. Die gemittelte Leistungsdichte wurde über die
Frequenz eingestellt. Die maximale Leistungsdichte während des
Pulses auf dem Target blieb im wesentlichen in allen Versuchen gleich
und betrug gut 2000 W/cm2. Die Leistungsdichte
beim Durchschalten der Leistungsversorgung B (B-Modus) war während eines
Versuches konstant, da die Magnetrone beim Beschichten mit konstanter
Leistung und Gleichstrom betrieben wurden. In diesem Fall ist die
gemittelte Leistung bezogen auf die Targetoberfläche gleich der maximalen Leistungsdichte. Auch
wenn die Leistung hier in einzelnen Versuchen geändert wurde blieb die Leistungsdichte
im B-Modus immer unter 30 W/cm2.
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Unmittelbar
vor der Beschichtung wurde das Substrat einer üblichen Plasmaätzbehandlung
unterzogen, indem das Substrat mit einem negativen Potential beaufschlagt
und mit Argonionen beschossen wurde, um die Oberfläche zu reinigen
und zu aktivieren.
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Beispiel 1
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In
diesem Vergleichsbeispiel wurden zwei Magnetrons jeweils nur im
B-Modus mit jeweils 9,5 kW mit Gleichstrom betrieben. Unter den üblichen Prozessbedingungen
wurden Argon als Arbeitsgas und Stickstoff als Reaktivgas eingelassen.
Der sich drehende Substrattisch (14) lag auf einer Bias-Spannung
(9) von –70
V gegenüber
der Anode (3). Nach 1 h ergab sich auf der den Magnetrons
zugewandten Seite eine TiAlN-Schicht mit einer Schichtdicke von 3,0 μm, auf der
abgewandten Seite mit einer Schichtdicke von 1,1 μm. Das Verhältnis der
Schichtdicken außen
zu innen zu lag also bei 3,0/1,1, also bei ca. 2,7.
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Beispiel 2
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Im
diesem Vergleichsbeispiel wurden die Magnetrons bei einer Pulslänge von
65 μs jeweils
exklusiv im A-Modus betrieben. Die Pulsfrequenz wurde so gewählt, dass
sich ebenfalls eine gemittelte Leistung von jeweils 9,5 kW ergab.
Sonst wurden aus Gründen
der Vergleichbarkeit, die gleichen Prozessbedingungen beibehalten.
Nach der gleichen Zeit ergab sich eine Schichtdicke auf der, den
Magnetrons zugewandten Seite, von 0,7 μm, auf der abgewandten Seite,
im Rahmen der Messgenauigkeit, von ebenfalls 0,7 μm. Die Schicht
war härter
als in Beispiel 1. Das Verhältnis
der Schichtdicken außen
zu innen lag also bei ca. 1,0.
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Beispiel 3
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In
diesem Beispiel wurde jedes der beiden Magnetrone im erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben, indem jeweils zwischen dem A- und B-Modus unmittelbar
und in schneller Folge gewechselt wurde. Die Leistungsversorgungen
wurden so eingestellt, dass jede der 4 Leistungsversorgungen 4,75
kW im zeitlichen Mittel abgab. Damit erhielt im Mittel jedes Magnetron
ebenfalls 9,5 kW an elektrischer Leistung. Der Anteil k der Leistungsversorgung
A an der Gesamtleistung betrug für
beide Magnetrons ferner 0,5. Ansonsten wurden die Bedingungen, wie
in den vorherigen Beispielen beibehalten. Hier wurden nach Versuchsende
auf der zugewandten Seite des Rundstabes 2,1 und auf der abgewandten
Seite 1,4 μm
gemessen. Das Verhältnis
der Schichtdicken außen
zu innen und damit die Schichthomogenität hat sich in Vergleich zu
Bespiel 1 von 2,7 auf 1,4 verbessert. Die Schichtrate war höher als
bei nicht unmittelbar periodisch aufeinander folgenden Betrieb von
Leistungsversorgung A und B zu erwarten gewesen wäre. Ferner
wies die Schicht eine dichtere Struktur, höhere Härte und eine bessere Haftung
auf als in den beiden Vergleichsbeispielen auf.
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Beispiel 4
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Im
diesem erfindungsgemäßen Beispiel
wurden zu Beginn für
5 Minuten die Prozessbedingungen, wie in Beispiel 2 gewählt; also
eine Haftschicht im reinen A-Modus aufgebracht. Anschließend wurden über 10 Minuten
die Bedingungen durch kontinuierliches Absenken der gemittelten
Leistung im A-Modus und kontinuierlichem Hochfahren der Leistung
im B-Modus die Bedingungen wie in Beispiel 3 gewählt und so 1 h weiter beschichtet.
Es ergab sich eine Schicht wie in Beispiel 3 mit deutlich verbesserter
Haftung.
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Beispiel 5
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Im
diesem erfindungsgemäßen Beispiel
wurden die Bedingungen, wie in Beispiel 4 gewählt. Nach der üblichen Ätzung mit
Argonionen wurde allerdings für
5 Minuten eine Ätzvorbehandlung
mit Metallionen der Targets durchgeführt. Hierzu wurde das Reaktivgas
ausgeschaltet, der Argondruck reduziert und die Biasspanunng erheblich
negativer eingestellt. Die Targets wurden dabei ähnlich betrieben wie in Beispiel
2. Es ergab sich eine Schicht wie in Beispiel 4 mit nochmals deutlich
verbesserter Haftung.