[发明专利]借助于阴极溅射用合金涂覆基材

说明书

本发明涉及借助于阴极溅射，特别是磁控管阴极溅射在基材上制备薄层。本发明特别涉及用合金涂覆基材，所述合金具有给定的合金组成和/或横贯基材表面的合金材料的合金组成给定的变化，即给定的浓度梯度。

用于借助于阴极溅射涂覆基材的方法和设备例如从WO 03/071579已知。所述文献公开了一种溅射阴极，借助于该阴极尤其通过使用磁性和/或可磁化材料可以制备基材的涂层。该溅射阴极包括阴极基体、布置在基体上的靶和布置在靶后方的磁铁装置。为了能够使待施加的材料的易磁化轴对齐，该溅射阴极进一步包括用于产生外磁场的装置，所述磁场具有在基材的平面中基本平行延伸的磁场线。该阴极优选为具有对应于至少基材直径的长度的长阴极。为了实现均匀的涂覆，在阴极溅射期间，待涂覆的基材在长阴极下方以相对于长阴极的纵向侧横向的方向在基材平面中移动。

为了在使用以该方式施涂的薄层时获得特定的层性能，可能需要非常特别的沉积层的组成。

这些层的例子是Ni_(1-x)Fe_x，其中x = 0.18 ... 0.45，或Pt_(1-x)Mn_x，其中x ≈ 0.5，其中层的特殊性能取决于确切的值x。为了制造这类层，使用由待施加的合金以所希望的比例组成的靶。

然而，在研究和开发领域中在大多数情形下不知道具体的层的何种合金组成导致用于特定目的的最好结果。另一个问题是－主要是在使用具有明显不同的原子质量的材料的情形中－在阴极溅射期间，合金组成在沉积期间可能变化。因此，与例如使用PtMn时的溅射靶中的合金组成相比，沉积在基材上的层的合金组成可能或多或少地变化。此外，该变化取决于涂覆工艺的参数，例如工艺压力、涂覆率等。由于重要的是最终基材上的合金组成，因此确定溅射靶的合金最佳组成通常是困难的。

用于调节借助于阴极溅射沉积的薄层的合金的通常使用但非常不灵活的方法基于使用一系列具有不同合金组成的溅射靶，所述不同的合金组成可以彼此非常接近。该方法费用非常大，特别是在使用昂贵材料(PtMn、FePt等)的情形中。必须制造和/或购买多个具有相应合金的靶，其中在使用不同靶进行相应的系列试验后，最终只有其中的一个靶接近于最佳合金并且实际上可以使用。

在这些系列试验中，必须将相应的靶插入和从相应的真空系统中移去，这非常费时。

与此相比，借助于涂覆工艺本身，即借助于外部可调节的涂覆工艺和/或涂层几何形状的变化来调节基材上合金层的合金组成，是明显更简单、更快并且通常还更成本有效的方法。

在这方面，一个非常常用的方法是所谓的共溅射。根据该方法，通常用各自使用不同靶材料的两个(或更多个)溅射阴极同时涂覆基材。通过改变两个阴极的功率比，基材上两种材料量的比例，即合金组成也改变。尤其在使用相对大的基材时，与该技术相关的是难以在基材上制得均匀的合金并且同时实现均匀的层厚。为了改进层厚的均匀性，在沉积期间旋转基材。

根据另一种方法，将两种(或者还多于两种)材料的多层交替地施加于基材上并且然后－通常在真空中－暴露于合适的高温下(“回火”)。据说这引起扩散过程，该过程导致材料混合或均化并且因此最终制得希望的合金。通过选择最初的层厚度来调节合金的组成。为了使该方法有效，必须能够在合适的温度下并且在合理的短时间内进行该扩散过程。因此，该方法限于有限数量的材料－也包括金属。

另外的现有技术从US 5,190,630 A、US 4,505,798 A、EP 1 626 432 A1、US 2005/0274610 A1和WO 03/71579 A1获知。

本发明的一个目的是提供一种用于将均匀合金的薄层施涂于基材上的设备和方法，其中可以调节或有控制地改变合金组成。本发明的另一个目的是局部改变基材上的合金组成，即产生合金梯度，以便取决于在基材上的位置以控制的方式改变在经施涂的层中合金组分各自的浓度。合金组成的变化和合金梯度的调节这两者均导致合金比例的变化。

根据本发明，这些目的通过权利要求的特征得以实现。