DE19651615C1 - Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoffschichten durch reaktives Magnetron-Sputtern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoffschichten durch reakti­ ves Magnetron-Sputtern. Derartige Schichten werden als Schutz- und Gleitschichten ver­ wendet. Sie dienen z. B. zur Gewährleistung eines definierten Reibungsverhaltens und zur Herabsetzung des mechanischen Verschleißes. Insbesondere finden wasserstoffhaltige amor­ phe Kohlenstoffschichten mit begrenzter elektrischer Leitfähigkeit Anwendung als Gleit- und Schutzschicht für das Interface zwischen Schreib-/Leseköpfen und Festplatten magnetischer Plattenspeicher. Das Verfahren ist auch für die Beschichtung anderer Substrate mit Kohlen­ stoff geeignet, bei denen Schutzschichten mit hoher Verschleißfestigkeit bei guter Haftung gefordert werden.

Zum Aufbringen dünner Kohlenstoffschichten werden unterschiedliche Verfahrensvarianten der Grundverfahren der physikalischen und chemischen Dampfphasenabscheidung genutzt. Für Kohlenstoffschichten auf magnetischen Festplatten, für die hohe Anforderungen in be­ zug auf eine glatte Oberfläche und die Vermeidung von Partikeln auf der Oberfläche beste­ hen, haben sich bisher nur Verfahren durchsetzen können, die auf dem Prinzip des Magne­ tron-Sputterns, d. h. durch Zerstäuben von Targetmaterial im Vakuum, beruhen. Die durch Magnetron-Sputtern erreichbare Abscheiderate übertrifft außerdem die mit anderen Ab­ scheideverfahren im Vakuum erreichbaren Werte.

Beim Einsatz durch Magnetron-Sputtern aufgebrachter Kohlenstoffschichten als Schutz- und Gleitschichten für magnetische Plattenspeicher lassen sich die erforderlichen Schichteigen­ schaften, insbesondere die Härte, die Abriebfestigkeit, das tribologische Verhalten, die Kor­ rosionsbeständigkeit und das Haftvermögen für zusätzlich aufzubringende Lubrikant-Schichten, das sind abschließend aufgebrachte Schichten, dadurch erreichen, daß der Gehalt der Kohlenstoffschichten an Wasserstoff geeignet dimensioniert wird [H. J. Lee at al., Surface and Coatings Technology, 54/55 (1992) 552-556]. Je nach Anwendung enthalten die Schich­ ten z. B. 15. . .30 at-Prozent Wasserstoff. Die Herstellung dieser Schichten erfolgt deshalb in einem reaktiv geführten Sputterprozeß, bei dem das Prozeßgas ein Argon-Wasserstoff-Gemisch ist oder zumindest Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff enthält. Dabei erhöht sich der spezifische elektrische Widerstand der Kohlenstoffschichten mit steigendem Wasserstoff­ gehalt. Darüber hinaus werden die Schichteigenschaften aber auch durch andere Parameter des Sputterprozesses, wie Druck des Prozeßgases, Temperatur der Substrate, Leistungsdichte auf den Targets und Ionen- oder Plasmawirkungen, die z. B. durch eine Gleichspannung am Substrat (Bias-Spannung) eingestellt werden können, beeinflußt.

Es ist bekannt, DC-Magnetron-Sputtern anzuwenden, d. h. die Magnetrons mit Gleichstrom zu speisen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß mit zunehmender Prozeßzeit Instabilitäten des Prozesses auftreten. Sie äußern sich durch eine zunehmende Tendenz der Ausbildung von lokalen Bogenentladungen, dem sogenannten arcing. Als Auswirkung des arcing wer­ den Partikel beobachtet, die in der Schicht eingebaut werden, ihre Umgebung deutlich über­ ragen und deren Größe ein Mehrfaches der Schichtdicke beträgt. Mit Erhöhung der Spei­ cherdichte und Reduzierung der Flughöhe, d. h. des Abstandes zwischen Schreib-/Lese-Kopf und Festplatte, wirken sich solche Partikel zunehmend kritisch auf die Funktionsfähigkeit aus. Bei einer Speicherdichte von z. B. 1 Gbit/inch² und einer Flughöhe unter 50 nm wird ver­ ständlich, daß Partikel generell nicht zulässig sind, auch wenn ihre Größe deutlich unter 1 µm ist.

Die Ausbildung von Bogenentladungen beim reaktiven Sputtern ist seit langer Zeit bekannt und wird auf verschiedene Art und Weise versucht zu verhindern, denn sie führen zur Ver­ minderung der Schichtqualität. Als Ursache sind lokale Bereiche hoher Stromdichte auf der Katode und damit verbunden eine thermische Elektronenemission in diesen Bereichen ermit­ telt worden. Das Umschlagen von der Magnetronentladung in eine Bogenentladung wird durch elektrische Aufladung isolierender Bereiche, insbesondere den mit den im reaktiven Sputterprozeß gebildeten isolierenden Schichten aus Reaktionsprozessen zwischen Target­ material und Reaktivgas, hervorgerufen. Der elektrische Durchschlag dieser aufgeladenen Targetbereiche führt zum Umschlagen in eine Bogenentladung. Sie ist mit einem drastischen Abfall der Brennspannung, einer Erhöhung des Stromes und der Lokalisierung auf einen oder mehrere Brennflecke und in Konsequenz mit dem Aufschmelzen und Verspritzen von Targetmaterial verbunden. Diese sogenannten "catastrophic arcs" führen zur Ausbildung zahlreicher Defekte in der Schicht und zur Beschädigung der Targetoberfläche, so daß die Schadstellen Ausgangspunkt für neue Bogenentladungen werden.

Für das Sputtern von Kohlenstoff sind die am Target auftretenden Schadstellen, sogenannte "noduls", und ihre negativen Auswirkungen auf die Stabilität des Prozesses ausführlich in dem US-P 5,507,930 beschrieben worden.

Es ist bekannt, Stromversorgungseinrichtungen für die Magnetrons derart auszubilden, daß beim Auftreten eines "catastrophic arc" die Energiezufuhr für eine bestimmte Zeit unterbro­ chen wird. Nach Wiedereinschalten der Stromversorgung läßt sich meist der Sputterprozeß entweder fortsetzen, oder es wird wieder eine Bogenentladung erkannt und die Stromver­ sorgung erneut unterbrochen. Um die Auswirkungen von "catastrophic arcs" zu begrenzen, sind die DC-Stromversorgungseinrichtungen mit schnell wirkenden Abschalteinrichtungen, meist in Kombination mit L-C-Beschaltungen, ausgestattet (DE 195 37 212).

Es ist weiterhin bekannt, daß außer dem Auftreten von "catastrophic arcs", die zwar weit­ gehend reduziert werden, beim reaktiven Sputtern von Kohlenstoff zusätzlich Bogenentla­ dungen anderer Art, sogenannte "microarcs" entstehen. Sie unterscheiden sich von den "catastrophic arcs" dadurch, daß ihr Energiegehalt wesentlich geringer ist und im Bereich von 10. . .100 mWs liegt. Außerdem erlöschen solche "microarcs" selbsttätig, auch ohne zeitweise Unterbrechung der Energiezufuhr. Dennoch führen auch die "microarcs" zu De­ fekten in der Schicht.

Es ist auch bekannt, vorbeugend zur Vermeidung von Bogenentladungen periodisch mit einer bestimmten Frequenz von z. B. 1 bis 100 kHz die Energieeinspeisung für die Magne­ trons zu pulsen. (DE 41 27 317, DE 37 00 633, DE 41 36 665, DE 42 02 425, DE 41 27 504, DE 42 23 505). Ein Teil dieser Lösungen beinhaltet neben der pulsförmigen Energieeinspeisung auch das Kurzschließen von Target und Anode. Der Kurzschluß wird durch schnelle Schalteinheiten bewirkt und entweder periodisch oder nach Erkennen einer Bogenentladung ausgelöst.

Schließlich ist es auch bekannt, die Wahrscheinlichkeit zur Ausbildung von Bogenentladun­ gen herabzusetzen, indem die Magnetronentladung durch eine DC-Spannungsquelle mit einer der DC-Spannung überlagerten sinusförmigen Wechselspannung gespeist wird (US 5,507,930).

Diese bekannten Verfahren haben die Nachteile, daß beim Abscheiden wasserstoffhaltiger Kohlenstoffschichten durch reaktives Magnetron-Sputtern auch unter Berücksichtigung aller genannten Verfahrensvarianten kein langzeitstabiler Prozeß durchgeführt werden kann, der zu partikelarmen Schichten führt. Die Partikeldichte auf den Schichten erhöht sich allmählich nach Prozeßzeiten von einigen Stunden. Der Prozeß muß unterbrochen und die Sputteranla­ ge belüftet werden. Auf den Targets werden zahlreiche Unregelmäßigkeiten, im allgemeinen als "noduls" oder "black flowers" bezeichnet, beobachtet. Erst nach dem Austausch oder der Reinigung der Targets kann der Beschichtungsprozeß wieder gestartet werden. Die un­ unterbrochene Prozeßzeit hängt von den Anforderungen an die zulässige Partikeldichte ab. Für die eingangs charakterisierte Speicherdichte ist das Verhältnis von Prozeßzeit und Rege­ nerierungszeit bereits untragbar niedrig. Außerdem besteht ein hohes Fertigungsrisiko da­ durch, daß die Partikeldichte erst durch nachfolgende Qualitätskontrollen festgestellt werden kann. Eine in-situ-Qualitätskontrolle für die Partikeldichte auf den Kohlenstoffschichten und damit für die Prozeßstabilität ist nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoff­ schichten durch reaktives Magnetron-Sputtern mit pulsförmiger Energieeinspeisung zu schaf­ fen. Insbesondere soll die Größe und Dichte von Partikeln in der aufgestäubten Schicht unter ein definiertes, sehr niedriges Maß gebracht werden. Der Sputterprozeß soll über lange Zei­ ten stabil und mit hoher Beschichtungsrate betrieben werden. Die aufgestäubten wasser­ stoffhaltigen Schichten sollen eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen und haftfest sein. Das Verfahren soll für das Aufbringen von Gleit- und Schutzschichten auf Substrate vorzugsweise für die Paarung von Schreib-/Leseköpfen und Festplatten magnetischer Speicher Verwen­ dung finden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 9 beschreiben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Ver­ fahrens.

Durch das an sich bekannte Verfahren des Pulssputterns, d. h. die pulsförmige Energieein­ speisung in die Magnetrons, werden die "catastrophic arcs" schon vollständig vermieden, aber erst in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Prozeßschritten werden weitere Män­ gel der bekannten Verfahren beseitigt.

Das Verfahren basiert auf der Erkenntnis, daß durch Detektierung und Überwachung der Häufigkeit von "microarcs" ein Maß für die Partikeldichte in den Kohlenstoffschichten gege­ ben ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine spezielle Be­ messung der Parameter zur pulsförmigen Energieeinspeisung Bedingungen im Bereich der Targets aufrechterhalten werden, die die Verschlechterung der Targetoberfläche drastisch verlangsamen. Die Herstellung eines elektrischen Kurzschlusses zwischen den Katoden und dem positiven Pol der Stromversorgungen für eine Mindestzeit von 3 µs ist eine Vorausset­ zung für bestimmte, im einzelnen nicht bekannte Entladungsvorgänge von Targetbereichen, die potentiell die Bedingungen zur Ausbildung von "noduls" erfüllen. Erfindungsgemäß wird weiterhin der Energiegehalt von gelegentlich auftretenden, nicht vermeidbaren "microarcs" auf einen sehr kleinen Betrag von weniger als 10^-3 Ws begrenzt, um eine Verschlechterung der Targetoberfläche zu verhindern. Dieser Wert liegt deutlich unter den bei allen bisher bekannten Stromversorgungseinrichtungen erreichten Werten, läßt sich jedoch mit bekannten schaltungstechnischen Mitteln verwirklichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet weiterhin einen Regenerierungsprozeß, der mindestens 5 s betragen muß, und in vorzugebenden festen Zeitintervallen gestartet wird. Dieser Regenerierungsprozeß wird als Sputterprozeß mit reduzierter Reaktivität, vorzugswei­ se jedoch als nichtreaktiver Sputterprozeß in reinem Argon mit erhöhter Leistungsdichte auf der Targetoberfläche ausgeführt. Während dieser Prozeßphase werden keine Substrate be­ schichtet. Jedoch werden auf der Targetoberfläche durch das Plasma Struktur- und/oder Phasenumwandlungen bewirkt, die die Entstehungsbedingungen für "microarcs" beseiti­ gen. Die Häufigkeit von "microarcs" ist nach einem Regenerierungsprozeß größenord­ nungsmäßig niedriger.

Zur Durchführung des Verfahrens wird kontinuierlich die Häufigkeit des Auftretens von "microarcs" durch Messungen verfolgt. Die Vorgabe eines Zeitintervalls im Zusammenhang mit einer Detektorschaltung stellt ein wirksames Mittel zur in-situ-Qualitätsüberwachung für die Herstellung ausreichend partikelarmer Schichten dar.

Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zu jedem Zeitpunkt mindestens eines der Magnetrons mit den untereinander verbundenen po­ sitiven Polen der Stromversorgungseinrichtungen leitend verbunden ist und damit zeitweise als Anode wirkt, und daß in jeder Periode, die durch die pulsförmige Energieeinspeisung gegeben ist, alle Magnetrons einmal als Anode geschaltet werden, indem eine zeitlich peri­ odische Abfolge für das Umschalten der untereinander leitend verbundenen positiven Pole von einem Magnetron auf das nächste mit einer Zeitdifferenz τ von

entsteht. Dabei ist n die Anzahl der Magnetrons, f die Pulsfrequenz der Energieeinspeisung und a_i ein zum Magnetron i gehörender, frei vorgebbarer Faktor, der es ermöglicht, zum einen für alle Magnetrons die gleiche Zeitdifferenz τ und zum anderen für alle Magnetrons i unterschiedliche Zeitdifferenzen τ_i einzustellen, wobei gewährleistet ist, daß stets mindestens eines der Targets als Anode wirkt.

Die jeweils als Anode wirkenden Magnetrons sind somit durch einen intensiven Elektronen­ strom beaufschlagt. Diese Phase ist von besonderer Bedeutung für eine Herabsetzung der Wahrscheinlichkeit für die Ausbildung von "microarcs".

Es hat sich gezeigt, daß die Größe und Dichte von Partikeln in den auf den Substraten abge­ schiedenen Kohlenstoffschichten in direktem Zusammenhang mit dem Auftreten von "microarcs" während der Beschichtung stehen, jedoch bei der Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens unter einem gegebenen Maß gehalten werden.

Werden mehrere Magnetrons gleichzeitig als Katoden für den Beschichtungsprozeß verwen­ det, kann der auf das Target des als Anode wirkenden Magnetrons auftreffende Elektronen­ strom größer als der erforderliche Elektronenstrom sein. In diesem Falle besteht eine vorteil­ hafte Ausgestaltung des Verfahrens darin, daß bei der Verwendung mehrerer Magnetrons die untereinander leitend verbundenen positiven Pole der Stromversorgungseinrichtungen mit der Anlagenmasse leitend verbunden werden. Damit wird eine Reduzierung der Elektro­ nenstromdichte auf die Targets der jeweils als Anode wirkenden Magnetrons auf den erfor­ derlichen Elektronenstrom erreicht. Es kann auch zweckmäßig sein, die untereinander leitend verbundenen positiven Pole der Stromversorgungseinrichtungen mit einer zusätzlichen, ge­ genüber der Anlagenmasse isolierten Elektrode leitend zu verbinden. Dazu ist es vorteilhaft, diese Elektrode mittels Blenden derart in der Beschichtungskammer anzuordnen, daß sie der Beschichtung mit Kohlenstoff in möglichst geringem Maße ausgesetzt ist.

Zur Erreichung gewünschter Schichteigenschaften ist es vorteilhaft, die Substrate auf Halte­ rungen anzuordnen, deren Potential gegenüber dem Anodenpotential auf einen negativen Wert von 0. . .200 V, vorzugsweise 35 V einzustellen. Diese Spannung kann eine Gleichspan­ nung sein. Besondere Vorteile für die Schichteigenschaften werden erzielt, wenn diese Spannung auch eine gepulste Gleichspannung ist, deren Effektivwert besagte Größe hat.

Das Verfahren, reaktiv die Kohlenstoffschicht durch Magnetron-Sputtern aufzubringen, wird mit einem Gasgemisch aus Argon und Wasserstoff oder Argon und einem Kohlenwasser­ stoff durchgeführt. Zur Erzielung vorteilhafter Kombinationen aus mechanischen und tribo­ logischen Eigenschaften der abgeschiedenen Kohlenstoffschichten ist es auch zweckmäßig, dem reaktiven Gasgemisch zusätzlich einen Anteil von Stickstoff hinzuzufügen.

Desweiteren ist es vorteilhaft, neben den in festen Zeitintervallen gestarteten Regenerie­ rungsprozessen, einen kritischen Wert für die Häufigkeit auftretender "microarcs" vorzuge­ ben. Bei dessen Überschreiten wird der Sputterprozeß abgebrochen und die Beschichtungs­ anlage belüftet, um die Targets und die die Targets umgebenden Teile der Beschichtungs­ kammer zu reinigen oder auszutauschen.

An einem Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Anordnung von sechs Magnetrons mit Targets aus Kohlenstoff in einer Be­ schichtungskammer für die zweiseitige Beschichtung magnetischer Festplatten,

Fig. 2 den Spannung-Zeit-Verlauf für die Energieeinspeisung in eine Sputteranordnung mit sechs Magnetrons gemäß Fig. 1.

In einer Mehrkammer-Durchlauf-Sputteranlage für die zweiseitige Beschichtung werden Festplatten für magnetische Plattenspeicher beschichtet.

Fig. 1 zeigt die Beschichtungskammer 1 mit drei Paaren von Magnetrons 2.1-2.6, von de­ nen jeweils drei für die Beschichtung einer Seite der Festplatten 3 dienen. Jedes Magnetron 2.1-2.6 wird durch eine ihm zugeordnete Stromversorgungseinrichtung 4.1-4.6 gespeist. Eine an sich bekannte Schaltvorrichtung 5 dient zur pulsförmigen Energieeinspeisung. Die Pulsfolgefrequenz beträgt einheitlich 50 kHz für jede Stromversorgungseinrichtung 4.1-4.6. Die zu beschichtenden Festplatten 3 sind auf Halterungen 6 angeordnet, welche sich wäh­ rend des Sputterprozesses relativ zu den Magnetrons 2.1-2.6 bewegen. Die Halterungen 6 sind gegen die Anlagenmasse isoliert. Die Halterungen 6 sind mit dem negativen Pol einer Puls-Bias-Stromversorgungseinrichtung 7, die mit einer Pulsfrequenz von 50 kHz arbeitet, verbunden. Der positive Pol dieser Stromversorgungseinrichtung 7 ist mit den untereinander leitend verbundenen Polen der Stromversorgungseinrichtungen 4.1-4.6 verbunden. Die Potentialdifferenz zwischen den Magnetrons 2.1-2.6 und den Halterungen 6, bezogen auf den zeitlichen Mittelwert, wird auf 35 V eingestellt.

Während der Beschichtung der Festplatten 3 wird die Zusammensetzung des Prozeßgases wie folgt eingestellt: 85% Argon, 5% Wasserstoff, 10% Stickstoff. Der Druck in der Be­ schichtungskammer 1 beträgt 0,8 Pa und der Gasfluß beträgt 600 sccm. Die Beschichtungs­ zeit für die Festplatten 3, die jeweils auf einer Halterung 6 angeordnet sind, beträgt 3 min. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die pulsförmige Energieein­ speisung in jedes Magnetron 2.1-2.6 derart, daß die positiven Pole aller Stromversor­ gungseinrichtungen 4.1-4.6 leitend miteinander verbunden sind. Zu jedem Zeitpunkt sind durch die Schaltvorrichtung 5 diese miteinander verbundenen positiven Pole mit einem der Magnetrons 2.1-2.6 leitend verbunden, welches zu diesem Zeitpunkt als Anode für die gesamte Sputteranordnung wirkt. Zu dem in Fig. 1 dargestellten Zeitpunkt ist das Magne­ tron 2.6 mit den untereinander verbundenen positiven Polen der Stromversorgungseinrich­ tungen 4.1-4.6 kurzgeschlossen. Jedes der übrigen Magnetrons 2.1-2.5 ist mit dem ne­ gativen Pol der jeweils zugeordneten Stromversorgungseinrichtung 4.1-4.5 leitend verbun­ den.

Die Magnetron-Entladungen brennen mit einer Leistungsdichte von 6 W/cm². Innerhalb einer durch die Pulsfolgefrequenz von 50 kHz gegebenen Periodendauer T von 20 µs ist die in jedes der Magnetrons 2.1-2.6 eingespeiste Energie für eine Zeit von t_off = 5 µs, der soge­ nannten puls-off-Zeit, unterbrochen. Weiterhin ist jede der Sputterquellen 2.1-2.6 mit einer Einrichtung 8 zur Detektierung von "microarcs" verbunden. Diese Einrichtungen haben eine sehr kurze Ansprechzeit von etwa 50 ns. Wird ein "microarc" detektiert, so ermittelt die Ein­ richtung 8 die Differenz vom Zeitpunkt des Auftretens des "microarcs" bis zum Beginn der nächsten puls-off-Zeit. Ist diese Differenz größer als 500 ns, so wird das jeweilige Magnetron 2.1-2.6 innerhalb einer Zeit von etwa 300 ns mit den positiven, miteinander leitend ver­ bundenen positiven Polen der Stromversorgungseinrichtungen 4.1-4.6 kurzgeschlossen. Dadurch wird gewährleistet, daß der Energieinhalt des aufgetretenen "microarcs" auf einen Wert unter 10^-3 Ws begrenzt bleibt.

Die Energieinspeisung in die Magnetrons 2.1-2.6 erfolgt mit Hilfe der Schaltvorrichtung 5 nach einem bestimmten, nach dem in Fig. 2 veranschaulichten Schema. Zu jedem Zeitpunkt ist ein Anteil der Magnetrons 2.1-2.6 mit den untereinander leitend verbundenen positiven Polen der Stromversorgungseinrichtungen 4.1-4.6 derart verbunden, daß jedes der Magne­ trons 2.1-2.6 für den gleichen Zeitanteil als Anode wirkt und daß eine zeitlich periodische Abfolge für das Umschalten der untereinander leitend verbundenen positiven Pole von ei­ nem Magnetron 2.1-2.6 auf das nächste bei 6 Magnetrons, der Pulsfrequenz von 50 kHz und dem vorgegebenen Faktor a=1 mit einer Zeitdifferenz τ von

entsteht.

In festen Zeitabständen von 24 Stunden wird die Beschichtung der Festplatten 3 unterbro­ chen, jedoch die Beschichtungskammer 1 nicht belüftet. Durch einen Schaltvorgang werden alle positiven Pole der Stromversorgungseinrichtungen 4.1-4.6 mit der Anlagenmasse ver­ bunden. Die schaltungstechnischen Mittel zur Begrenzung der Energie von Bogenentladun­ gen werden unwirksam gemacht. Die Reaktivität des Prozeßgases in der Beschichtungskam­ mer 1 wird drastisch reduziert, indem reines Argon in die Beschichtungskammer 1 eingelas­ sen und der Druck auf 0,2 Pa verändert wird. Die Leistungsdichte wird um 25% auf 7,5 W cm^-2 erhöht. Unter diesen Bedingungen wird der Sputterprozeß mit allen Magnetrons 2.1-2.6 ohne Festplatten 3 für eine Zeit von 4 min betrieben. Danach werden die für den Beschichtungsprozeß erforderlichen obengenannten Betriebsbedingungen wiederhergestellt, und die Beschichtung der Festplatten 3 wird fortgesetzt. Die Häufigkeit des Auftretens von "microarcs" wird dabei um einen Faktor 15 reduziert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird für ein hohes Anforderungsniveau an die auf­ gestäubten Kohlenstoffschichten, das durch Speicherdichten über 1 Gbit/inch² charakterisiert ist, eine Ausschußsenkung um den Faktor 4 erreicht. Durch Verringerung der Zahl der War­ tungszyklen wird darüber hinaus die Verfügbarkeit der Beschichtungsanlage um 15% er­ höht.

Claims (9)

1. Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoffschichten durch reaktives Magnetron-Sputtern auf Substrate, vorzugsweise Schreib-/Leseköpfe und/oder Festplatten ma­ gnetischer Plattenspeicher, durch Zerstäuben von mindestens zwei Targets aus Kohlen­ stoff, die in einer Vakuumkammer angeordnet sind, und pulsförmiger Energieeinspei­ sung in die Magnetrons mit einer Pulsfolgefrequenz von 30. . .100 kHz, vorzugsweise etwa 50 kHz aus mindestens zwei Stromversorgungseinrichtungen, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß zwischen je zwei Pulsen der in jedes Magnetron eingespeisten Energie für eine Zeit von mindestens 3 µs jedes Magnetron mit den positiven, untereinander leitend verbundenen und als Anode wirkenden Polen der Stromversorgungseinrichtungen kurzgeschlossen wird,
• - daß während des Aufbringens der Kohlenstoffschicht auf Substrate der Energiein­ halt eines möglicherweise auftretenden "microarcs" auf einem Target auf einen Wert unter 10^-3 Ws begrenzt wird,
• - daß die untereinander verbundenen und als Anode wirkenden positiven Pole der Stromversorgungseinheiten in periodischer zeitlicher Abfolge mit mindestens jeweils einem Magnetron leitend derart verbunden werden, daß die Folge der Pulse der Energieeinspeisung jeweils zweier Magnetrons mit einer Zeitdifferenz τ_i gegenein­ ander verschoben ist, für die die Bedingung wobei f die Pulsfolgefrequenz für die Energieeinspeisung in jedes Magnetron und n die Zahl der Magnetrons bezeichnet und a ein vorgebbarer Faktor mit 1 a_i <n ist,
• - daß die während des Sputterprozesses an jedem Magnetron auftretenden "microarcs" detektiert und gezählt werden,
• - und daß periodisch nach festen Zeitintervallen für einen Zeitabschnitt von minde­ stens 5 s keine Substrate beschichtet werden, daß in diesem Zeitabschnitt die Be­ grenzung des Energieinhalts von möglicherweise auftretenden "microarcs" aufge­ hoben und der Sputterprozeß durch Änderung des Druckes und/oder der Zusam­ mensetzung des Prozeßgases in seiner Reaktivität reduziert oder nichtreaktiv ge­ führt und/oder die in die Magnetrons eingespeiste Leistung um 5% bis 50% er­ höht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Halterungen ge­ genüber dem Anodenpotential ein negatives Potential von 0. . .200 V, vorzugsweise 35 V eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Halterungen eine Gleichspannung angelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Halterungen eine pulsförmige Spannung angelegt wird, deren Effektivwert einer Bias-Spannung ent­ spricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgas ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff oder einem Kohlenwasserstoff verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgas ein Gemisch aus Argon, Stickstoff und Wasserstoff oder einem Kohlenwasserstoff ver­ wendet wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untereinander leitend verbundenen positiven Pole der Stromversorgungsein­ richtungen mit der Anlagenmasse elektrisch leitend verbunden werden.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der Zeit, in der keine Substrate mit Kohlenstoff beschichtet werden, die untereinander leitend verbundenen positiven Pole der Stromversorgungseinrich­ tungen mit einer zusätzlichen, gegenüber der Anlagenmasse isolierten Elektrode elek­ trisch leitend verbunden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen kritischen Wertes für die Häufigkeit auftretender "microarcs" der Sputterprozeß abgebrochen wird.