DE4034034C2 - - Google Patents

Info

Publication number
DE4034034C2
DE4034034C2 DE19904034034 DE4034034A DE4034034C2 DE 4034034 C2 DE4034034 C2 DE 4034034C2 DE 19904034034 DE19904034034 DE 19904034034 DE 4034034 A DE4034034 A DE 4034034A DE 4034034 C2 DE4034034 C2 DE 4034034C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
target
alloy
substrate
coating
magnetron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19904034034
Other languages
English (en)
Other versions
DE4034034A1 (de
Inventor
Uwe Dr. 6452 Hainburg De Kopacz
Christoph 6000 Frankfurt De Daube
Andreas 6450 Hanau De Rack
Horst Becker
Uwe Dipl.-Ing. 6458 Rodenbach De Konietzka
Martin Dr. 6450 Hanau De Weigert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Leybold AG
Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold AG, Degussa GmbH filed Critical Leybold AG
Priority to DE19904034034 priority Critical patent/DE4034034A1/de
Publication of DE4034034A1 publication Critical patent/DE4034034A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4034034C2 publication Critical patent/DE4034034C2/de
Priority to US08/054,690 priority patent/US5407548A/en
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/3426Material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • H01J37/3408Planar magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3488Constructional details of particle beam apparatus not otherwise provided for, e.g. arrangement, mounting, housing, environment; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/3491Manufacturing of targets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332Coating
    • H01J2237/3321CVD [Chemical Vapor Deposition]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Be­ schichten eines wenig korrosionsbeständigen oder nicht korrosionsbeständigen Substrats, insbesondere Metall mit einer mindestens Ni, Cr und Fe aufweisenden Legie­ rung in einer evakuierbaren Beschichtungskammer und einer an eine Stromquelle anschließbaren Elektrode, die elektrisch mit einem Target in Verbindung steht, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat niederschlagen, wobei in die Beschich­ tungskammer Prozeßgas einbringbar ist, wobei eine amorph kondensierende Schicht unter Verwendung einer reaktiven Atmosphäre in der Beschichtungskammner auf das Substrat aufgebracht wird.
Es ist allgemein bekannt, daß bei ungehindertem Sauer­ stoffzutritt zur Metalloberfläche der Angriff auf die Metalloberfläche allgemein gering bleibt und daß sich sogar eine schützende Oxydschicht bilden kann. Ist je­ doch der Sauerstoffzutritt an manchen Stellen behin­ dert, wie z. B. durch Spalte, Risse, Poren usw., so nimmt infolge von Konzentrationsunterschieden im Elek­ trolyten das Material an diesen Stellen ein anderes Po­ tential an, es wird zur Anode. Unter der Abdeckung, d. h. in den Spalten oder Poren, wird der Elektrolyt an Sauerstoff verarmen. Es kommt zu der Bildung einer sauer­ stoffarmen und einer sauerstoffreichen Zone. An der Grenze der beiden Zonen entstehen Korrosionsprodukte.
Beim Einsatz von dekorativen Schichten direkt auf nicht korrosionsbeständigen Substraten kommt es zu Bildung von Lokalelementen mit starkem Korrosionsangriff, bedingt durch den großen Unterschied der elektrochemischen Po­ tentiale, z. B. für TiN ca. 1,5 V, und begünstigt durch die Stengelstruktur der Hartschicht mit Mikroporen. Zur Lösung dieses Problems wird industriell zur Zeit eine galvanische Zwischenschicht eingesetzt, die einen aus­ reichenden Korrosionsschutz sicherstellt. Ein derartiges Beschichtungsverfahren ist jedoch sehr aufwendig und teuer.
Die DE-OS 37 17 044 bezieht sich auf ein Verfahren der mechanischen Haltbarkeit für Zieranwendungen und Korro­ sionsbeständigkeit. Hierzu wird ein Grundkörper mit einer amorphen Legierungsschicht überzogen. Es ist je­ doch völlig offengelassen, wie das Target zusammen­ gesetzt bzw. gebildet ist.
Die EP 03 54 391 A1 bezieht sich auf die Abscheidung amorpher, korrosionsbeständiger Legierungen mit der Zu­ sammensetzung Ala Nib Xc Nd, wobei die Aufstäubung in reaktiver Atmosphäre erfolgen soll. Mit der bekannten Anordnung ist es nur möglich, einseitig zu beschichten, während mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Rundumbeschichtung mittels der Doppelmagnetron-Anord­ nung möglich ist. Ferner ist es auch nachteilig, daß bei dem bekannten Verfahren bis zu 59% kristalline Be­ standteile bei der Abscheidung zugelassen sind.
Die gleichen Nachteile weist auch das Verfahren nach der US-PS 45 22 844 auf. Nach diesem Verfahren werden die korrosionsanfälligen Schichten mit einem Substrat überzogen, das Cr, Fe, Ni, Si, B, C oder P enthält. Der wesentliche Nachteil besteht darin, daß in reaktiver Atmosphäre unter Zugabe von Stickstoff nicht gesputtert werden kann.
Die US-PS 42 31 816 bezieht sich auf eine amorphe Me­ tall-Legierung, die Cr, Fe, Co oder Ni enthalten soll. Auch diese Druckschrift enthält keinen Hinweis auf die Herstellung des Targets, um zu dem erfindungsgemäßen und somit kostengünstigen Verfahren zu kommen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Targetmaterial zur Verfügung zu stellen und die Oberfläche des Substrats derart zu behandeln, daß auf die galvanische Zwischenschicht verzichtet werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Target in der Zusammensetzung zumindest Ni, Fe, Cr durch heißisostatisches Pressen oder uniaxiales Heiß­ pressen einer geeigneten Pulvermischung hergestellt und auf ein Magnetron gebondet wird, wobei als Target eine massive Platte eingesetzt wird, die bezüglich der Zu­ sammensetzung der Dünnschicht entspricht, die nicht aus amorphem, jedoch aus kristallinem Material besteht. Mit dem Verfahren wird auf eine an sich bekannte amorphe Schicht Bezug genommen, die durch Sputtern auf ein Sub­ strat aufgebracht wird, wobei es besonders vorteilhaft ist, daß das Target aus einem nicht amorphen, sondern im Gegensatz dazu aus einem kristallinen Material be­ steht. Das heißt, die Kathode soll in vorteilhafter Weise aus einem Material bestehen, das nicht amorph ist, um dann in reaktiver Atmosphäre zu sputtern. Um eine der­ artige Schicht herzustellen, war es nicht mehr notwen­ dig, zahlreiche amorph hergestellte Bänder (Kathode) übereinander abzulegen und miteinander zu verkleben, um dann durch Sputtern in reaktiver Atmosphäre das Target herzustellen bzw. zu beschichten. Durch das vorteil­ hafte Verfahren erhält man auf einfache Weise auf dem Substrat eine amorph kondensierende Barriereschicht, die keine Korngrenzen oder Mikroporen enthält, so daß auf eine galvanische Zwischenschicht verzichtet werden kann, da diese mittels Kathodenzerstäubung aufgebrachte Schicht einen ausreichenden Korrosionsschutz bietet.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß als ein Beschichtungs­ schritt den Legierungsbestandteilen des Targets neben Ni, Cr und Fe ein Glasbildner als Legierungsbestandteil zugegeben wird und als Prozeßgas in die Beschichtungs­ kammer ein reaktives Gas eingeführt wird. Der Einsatz einer rekativen Atmosphäre trägt wesentlich dazu bei, daß eine einwandfreie amorphe Schicht gebildet und da­ durch eine Korrosionsbeständigkeit erreicht wird.
Vorteilhaft ist es ferner, daß das Target aus den Le­ gierungsbestandteilen Nickel, Eisen, Chrom, Phosphor und Bor zusammengesetzt wird und die reaktive Atmo­ sphäre in der Beschichtungskammer N₂ enthält.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil­ haft, daß die Legierungsbestandteile für das Target über 50 at% Ni, Cr und Fe aufweisen. Die amorphen Schichten werden durch Zerstäuben des Targets herge­ stellt, wobei das Target in vorteilhafter Weise aus ge­ sinderten oder heißgepreßten Pulvermischungen besteht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß das Target einen Legie­ rungsanteil von Ni zwischen 30 at% und 40 at%, von Cr zwischen 10 at% und 20 at% und von Fe zwischen 30 at% und 40 at% aufweist. Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, daß das Target einen Legierungsanteil von P zwischen 5 at% und 12 at% und von B zwischen 6 at% und 12 at% aufweist.
Das Target läßt sich auf einfache Weise dadurch her­ stellen, daß es in der Zusammensetzung Ni, Fe, Cr, P, B, Si durch heißisostatisches Pressen oder durch uni­ axiales Heißpressen hergestellt und auf ein Magnetron gebondet wird und das Substrat während des Aufdamp­ fungsprozesses gekühlt wird.
Vorteilhaft ist es ferner, daß zur Abscheidung amorpher Schichten ein Prozeßgas verwendet wird, das zumindest Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), oder Stickstoff (N) oder Acetylen (C₂H₂) enthält.
Vorteilhaft ist es außerdem, daß das Target zur Durch­ führung des Verfahrens bezüglich der Zusammensetzung einer Dünnschicht entspricht, die aus kristallinem Ma­ terial besteht und als eine massive Platte ausgebildet und auf einem Magnetron aufgebondet ist, wobei das Tar­ get aus einer Pulvermsichung mit Ni, Fe, Cr, P, B be­ steht. Ferner ist es vorteilhaft, daß das Magnetron als Doppelmagnetron mit zwei symmetrisch angeordneten Hoch­ leistungszerstäuberkathoden ausgebildet ist, die der­ art angeordnet sind, daß bei Überlagerung der beiden gegenüberliegenden Gasentladungen vor den Kathoden im Zentrum der Anordnung ein homogenes Plasma gebildet wird.
Ferner ist es vorteilhaft, daß zur Abscheidung amorpher Schichten eine Substratvorspannung zwischen 50 V und 60 V, insbesondere 60 V, gewählt wird. Durch diese Sub­ stratvorspannung erhält man eine optimale Packungs­ dichte, ohne daß das Substrat thermisch zu stark be­ lastet wird.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerk­ malen erfindungswesentlich sind.
In den Figuren ist die Erfindung anhand von zwei Aus­ führungsformen beispielsweise dargestellt, ohne auf diese Ausführungsformen beschränkt zu sein. Es zeigt
Fig. 1 eine Magnetronanordnung für ein Verfah­ ren zur Herstellung einer Barriereschicht,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Beschichtungsanlage mit einer Doppelmagnetronanordnung,
Fig. 3 eine amorphe Atomanordnung,
Fig. 4 eine Draufsicht gemäß Fig. 2.
In der Zeichnung ist ein Substrat 1 dargestellt, das mit einer dünnen Barriereschicht 2 versehen werden soll. Diesem Substrat 1 liegt ein Target 3 gegenüber, das zu zerstäuben ist. Das Target 3 steht über ein im Schnitt U-förmiges Element 4 mit einer Kathode 5 in Verbindung, die auf einem Joch 6 ruht, welches zwischen sich und dem Element 4 drei Dauermagnete 7, 8, 9 einschließt. Die auf das Target 3 gerichteten Polaritäten der Pole der drei Dauermagnete 7, 8, 9 wechseln sich ab, so daß jeweils die Südpole der beiden äußeren Dauer­ magnete 7, 9 mit dem Nordpol des mittleren Dauer­ magneten 8 durch das Target 3 ein etwa kreisbogenför­ miges Magnetfeld bewirken. Dieses Magnetfeld verdichtet das Plasma vor dem Target 3, so daß es dort, wo die Ma­ gnetfelder das Maximum ihres Kreisbogens besitzen, seine größte Dichte hat. Die Ionen im Plasma werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt, das sich auf­ grund einer Gleichspannung aufbaut, die von einer Gleichstromquelle 10 angegeben wird. Diese Gleichstrom­ quelle 10 ist mit ihrem negativen Pol über zwei Induk­ tivitäten 11, 12 mit der Kathode 5 verbunden. Das elek­ trische Feld steht senkrecht auf der Oberfläche des Targets 3 und beschleunigt die positiven Ionen des Plasmas in Richtung des Targets 3, das in der Prozeß­ kammer 25 bzw. im Behälter 24 angeordnet ist. Hierdurch werden mehr oder weniger viele Atome oder Partikel aus dem Target 3 herausgeschlagen, und zwar insbesondere aus den Bereichen 13, 14, wo die Magnetfelder ihre Ma­ xima haben. Die zerstäubten Atome oder Partikel wandern in Richtung auf das Substrat 1, das sich unterhalb der Blende 26 am Boden des Behälters 24 befindet, wo sie sich als dünne Schicht 2 niederschlagen. Für die Steue­ rung der dargestellten Anordnung kann ein in der Zeichnung nicht dargestellter Prozeßrechner vorgesehen werden, der Meßdaten verarbeitet und Steuerungsbefehle abgibt. Diesem Prozeßrechner können beispielsweise die Werte des gemessenen Partialdrucks in der Beschich­ tungskammer 15, 15a zugeführt werden. Aufgrund dieser und anderer Daten kann er zum Beispiel einen reaktiven Gasfluß aus einem Behälter 16 oder einem anderen Gas­ fluß aus einem Behälter 17 über in die Zuführungslei­ tung 22 eingeschaltete Ventile 18, 19 bzw. über in die Zuführungsleitung 23 eingeschaltete Ventile 30, 31 re­ geln und die Spannung an der Kathode 5 einstellen. Der Prozeßrechner ist auch in der Lage, alle anderen Va­ riablen, z. B. die Stromzufuhr, zu überwachen.
Die gemäß Fig. 2 verwendete Anlage ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpenstand zur Hoch­ vakuumerzeugung ausgestattet. Der Ionenätzprozeß wird mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Gleich­ stromversorgung durchgeführt. Eine weitere Gleichstrom­ versorgung dient zur Substratvorspannung während des Beschichtungsprozesses. Als Kathodenversorgung stehen zwei Sputterstromversorgungen zur Verfügung. Diese Stromversorgungen sind stromgeregelt und können maximal 23 A bzw. 750 V abgeben. Zur Hochleistungkathodenzer­ stäubung können in der Anlage vier Kathoden angebracht sein.
Das in Fig. 2 dargestellte Doppelmagnetron 28 besteht aus zwei symmetrisch angeordneten Hochleistungszerstäu­ berkathoden 5. Durch die Überlagerung der beiden gegen­ überliegenden Gasentladungen vor den Kathoden im Zentrum der Anordnung entsteht ein homogenes Plasma. Dieses Plasma weist einen Beschichtungsbereich mit weit­ gehend gleichmäßigen Kondensationsbedingungen auf. Auf­ grund dieser Anordnung kann eine gleichmäßige Rundum­ beschichtung von Formteilen ohne Eigenrotation erfol­ gen. In vorteilhafter Weise besitzt das Magnetron 27 eine Vorrichtung zur Änderung der Magnetfeldposition, um durch Einstellung der Feldstärke auf der Targetober­ fläche die Betriebscharakteristik der Kathode 5 zu beeinflussen.
Die in der Zeichnung gezeigte Beschichtungsanlage läßt sich ohne weiteres über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Mikroprosessor betreiben. Dies erlaubt einen aufwendigen Beschichtungsprozeß mit ca. 48 ein­ zelnen, genau reproduzierbaren Prozeßschichten. Die Sputterenergieversorung ist stromgeregelt, es ist aber auch möglich, mit einer Leitungsregelung zu arbeiten.
Zum Freisputtern einer Doppelmagnetronanordnung 28 wird eine auf einer Substratdrehvorrichtung 41 montierte Blende 42 zwischen die Kathoden 5 gefahren. Im Anschluß daran werden die Kathoden 5 in zwei Stufen freigesput­ tert. Die erste Stufe ist ein kurzes Sputtern bei geringem Druck und geringem Kathodenstrom, in der zweiten Stufe wird der Druck und der Strom erhöht. Der Sput­ terstrom übersteigt hierbei den Strom während des Be­ schichtens. Der Druck ist in etwa dem Beschichtungs­ druck gleich.
Typische Freisputterparameter sind:
Arbeitsdruck Pf = 6,0×10³ mbar, Strom If = 3,0 A, tf = 0,5 min.
Die Freisputterzeit richtet sich dabei nach dem Target­ material und dem angewendeten Beschichtungsprozeß.
Gemäß Fig. 4 ist in einer Rezipiententür 29 der Be­ schichtungsanlage der Doppelmagnetronanordnung 28 ein Schauglas 32 zur Beobachtung des Arbeitsprozesses vor­ gesehen.
Es ist allgemein bekannt, daß bei ungehindertem Sauer­ stoffzutritt zur Metalloberfläche der Angriff auf die Metalloberfläche allgemein gering bleibt, so daß sich sogar eine schützende Oxydschicht bilden kann. Ferner ist es auch bekannt, die zu schützende Oberfläche mit einem metallischen Überzug zu versehen, hierdurch er­ hält man einen passiven Korrosionsschutz. In den meisten Fällen ist jedoch der metallische Überzug nicht absolut dicht, sondern weist Schwachstellen oder Poren und Risse auf. Um z. B. den Einfluß der Kontaktkorrosion klein zu halten, ist es vorteilhaft, einen porenfreien Überzug auf das Substrat aufzubringen. Um eine porenfreie Beschichtung, insbesondere bei dekorativen Schichten, zu erhalten, war bisher ein großer Aufwand notwendig, insbesondere dann, wenn die Oberfläche eine ausreichende Brillanz haben sollte.
Um eine zufriedenstellende Barriereschicht zu erhalten ist ein Targetmaterial zur Verfügung zu stellen und die Oberfläche des Substrats derart zu behandeln, daß auf die galvanische Zwischenschicht verzichtet werden kann.
Ein Beschichtungsschritt besteht darin, amorphe Schich­ ten durch Zerstäuben eines Targets 3 herzustellen, das aus amorphem Ausgangsmaterial aufgebaut ist. Das Target aus der Zusammensetzung Ni₃₆Fe₃₃Cr₁₄P₈B₉ ist hierzu heißisostatisch gepreßt und auf ein entsprechendes Ma­ gnetron gebondet.
Für eine Optimierung der Schichteigenschaft von amor­ phen Barriereschichten müssen bestimmte Parameter ein­ gestellt werden. Wichtige Einflußgrößen sind unter an­ derem die Substratvorspannung und der Stickstoffpar­ tialdruck. Besonders vorteilhaft ist z. B. eine Sub­ stratvorspannung von 60 V.
Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn den Legie­ rungsbestandteilen ein Glasbildner zugegeben wird und als Prozeßgas in die Beschichtungskammer 15a ein reak­ tives Gas, z. B. N₂, eingeführt wird. Hierdurch kann die Schicht unproblematisch amorph abgeschieden werden.
Beim Einsatz von dekorativen Schichten direkt auf nicht korrosionsbeständige Substrate 1 kommt es zur Bildung von Lokalelementen mit starkem Korrosionsangriff, be­ dingt durch den großen Unterschied der elektrochemi­ schen Potentiale (z. B. für TiN ca. 1,5 V) und begünstigt durch die Stengelstruktur der Hartschicht mit Mikroporen.
Eine deutliche Steigerung der Haftfestigkeit der Schicht 2 auf dem Substrat 1 ist das Ergebnis der Ver­ wendung von Helium-Gas als Prozeßgas, bis eine Schicht­ dicke erreicht ist (z. B. Aluminium 350 s 400 A), die für die UV-Strahlung des anschließenden Argon-Prozesses undurchlässig ist.
Für den Sputterprozeß wird beispielsweise in einer ersten Phase des Prozesses ein Argon-Plasma während einer extrem kurzen Zeitdauer in der Beschichtungskammer 15, 15a aufrechterhalten, und zwar so lange, bis der dabei erzeugte Sputterprozeß, insbesondere durch Ausgasung des PMMA-Substrats, vom oxidischen zum metal­ lischen Prozeß übergeht, woraufhin für eine zweite Phase des Prozesses Helium-Gas in die Beschichtungs­ kammer 15a über eine Zuführungsleitung 22 eingelassen wird, so daß ein Helium-Plasma gezündet werden kann, woraufhin für eine dritte Prozeßphase wiederum Argon- Gas über eine Zuführungsleitung 23 in die Beschich­ tungskammer 15, 15a eingelassen und ein Argon-Plasma gezündet wird, wobei dieser Argon-Plasmaprozeß bis zum Erreichen der gewünschten Dicke der Schicht 2 auf­ rechterhalten wird.
Um bei Abschluß der einzelnen Prozeßphasen (I-III) ein rasches Spülen bzw. Auspumpen der Beschichtungskammer 15a und der einzelnen Gaszuführungsleitungen 22, 23 bzw. des Anschlußstutzens zu ermöglichen, ist eine be­ sondere Vakuumpumpe 37 über Abpumpleitungen 38, 39 bzw. 40 an die Leitungen 22, 23 bzw. die Beschichtungs­ kammern 15a angeschlossen. Die Abpumpleitungen 38, 39 sind mit Ventilen 35, 36 versehen, die verhindern, daß bei geöffneten Ventilen 18, 30 aus den Behältern 16, 17 Gas direkt nach außen strömen kann. Um den Gasaustritt aus den Rohren 22, 23 zu mindern, sind Drosselventile 33, 34 in die Leitungen 38, 39 eingeschaltet.
Bezugzeichenliste
 1 Substrat
 2 Schicht
 3 Target
 4 Element
 5 Kathode
 6 Joch
 7 Dauermagnet
 8 Dauermagnet
 9 Dauermagnet
10 Gleichstromquelle
11 Induktivität
12 Induktivität
13 Bereich
14 Bereich
15 Beschichtungskammer
15a Beschichtungskammer
16 Behälter
17 Behälter
18 Ventil
19 Ventil
22 Zuführungsleitung
23 Zuführungsleitung
24 Behälter
25 Prozeßkammer
26 Blende
27 Magnetron
28 Doppelmagnetronanordnung
29 Rezipiententür
30 Ventil
31 Ventil
32 Schauglas
33 Drosselventil
34 Drosselventil
35 Ventil
36 Ventil
37 Vakuumpumpe
38 Abpumpleitung
39 Abpumpleitung
40 Abpumpleitung
41 Substratdrehvorrichtung
42 Blende

Claims (11)

1. Verfahren zum Beschichten eines wenig korrosions­ beständigen oder nicht korrosionsbeständigen Sub­ strats (1), insbesondere Metall, mit einer min­ destens Ni, Cr und Fe aufweisenden Legierung in einer evakuierbaren Beschichtungskammer (15, 15a) und einer an eine Stromquelle (10) anschließbaren Elektrode, die elektrisch mit einem Target (3) in Verbindung steht, das zerstäubt wird und des­ sen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat (1) niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer (15, 15a) Prozeßgase einbringbar ist, wobei eine amorph kondensierende Schicht (2) unter Ver­ wendung einer reaktiven Atmosphäre in der Be­ schichtungskammer (15, 15a) auf das Substrat (1) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (3) in der Zusammensetzung zumindest Ni, Fe, Cr durch heißisostatisches Pressen oder uni­ axiales Heißpressen einer geeigneten Pulver­ mischung hergestellt und auf ein Magnetron (27) ge­ bondet wird, wobei als Target eine massive Platte eingesetzt wird, die bezüglich der Zusammensetzung der Dünnschicht entspricht, die nicht aus amorphem, jedoch aus kristallinem Material besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als ein Beschichtungsschritt den Legie­ rungsbestandteilen des Targets (3) neben Ni, Cr und Fe ein Glasbildner als Legierungsbestandteil zugegeben wird und als Prozeßgas in die Beschich­ tungskammer (15 bzw. 15a) ein reaktives Gas ein­ geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Target (3) aus den Legierungs­ bestandteilen Nickel, Eisen, Chrom, Phosphor und Bor zusammengesetzt wird und die reaktive Atmo­ sphäre in der Beschichtungskammer (15, 15a) N₂ enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Legierungsbestandteile für das Target (3) über 50 at% Ni, Cr und Fe aufweisen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (3) einen Legierungsanteil von Ni zwischen 30 at% und 40 at%, von Cr zwischen 10 at% und 20 at% und von Fe zwischen 30 at% und 40 at% aufweist.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (3) einen Legierungsanteil von P zwischen 5 at% und 12 at% und von B zwischen 6 at% und 12 at% aufweist.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (3) aus einer Legierung besteht, die Ni, Fe, Cr, Si, B enthält.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) während des Aufdampfungsprozesses gekühlt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung amorpher Schichten ein Prozeßgas verwendet wird, das zumindest Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Stickstoff (N) oder Acetylen (C₂H₂) enthält.
10. Target zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (3) bezüglich der Zusammensetzung einer Dünnschicht entspricht, die aus kristallinem Material besteht und als eine massive Platte ausgebildet und auf einem Magnetron aufgebondet ist, wobei das Target (3) aus einer Pulvermischung mit Ni, Fe, Cr, P, B besteht.
11. Target zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetron (28) als Doppelmagnetron (28) mit zwei symmetrisch ange­ ordneten Hochleistungszerstäuberkathoden (5) aus­ gebildet ist, die derart angeordnet sind, daß bei Überlagerung der beiden gegenüberliegenden Gas­ entladungen vor den Kathoden im Zentrum der An­ ordnung ein homogenes Plasma gebildet wird.
DE19904034034 1990-10-26 1990-10-26 Verfahren zum beschichten eines wenig korrosionsbestaendigen substrats Granted DE4034034A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904034034 DE4034034A1 (de) 1990-10-26 1990-10-26 Verfahren zum beschichten eines wenig korrosionsbestaendigen substrats
US08/054,690 US5407548A (en) 1990-10-26 1993-04-29 Method for coating a substrate of low resistance to corrosion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904034034 DE4034034A1 (de) 1990-10-26 1990-10-26 Verfahren zum beschichten eines wenig korrosionsbestaendigen substrats

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4034034A1 DE4034034A1 (de) 1992-05-14
DE4034034C2 true DE4034034C2 (de) 1993-01-07

Family

ID=6417073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19904034034 Granted DE4034034A1 (de) 1990-10-26 1990-10-26 Verfahren zum beschichten eines wenig korrosionsbestaendigen substrats

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4034034A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19951017A1 (de) * 1999-10-22 2001-05-03 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Oberflächen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4231816A (en) * 1977-12-30 1980-11-04 International Business Machines Corporation Amorphous metallic and nitrogen containing alloy films
US4522844A (en) * 1983-09-30 1985-06-11 The United States Of America As Represented By The Administrator, National Aeronautics And Space Administration Corrosion resistant coating
JPS62278032A (ja) * 1986-05-27 1987-12-02 ヤマハ株式会社 装飾材
JPH0234737A (ja) * 1988-07-22 1990-02-05 Masumoto Takeshi 耐食、耐熱性アルミニウム基合金薄膜とその製造法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19951017A1 (de) * 1999-10-22 2001-05-03 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Oberflächen

Also Published As

Publication number Publication date
DE4034034A1 (de) 1992-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0439561B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von substraten
DE3107914C2 (de)
EP0306612B2 (de) Verfahren zur Aufbringung von Schichten auf Substraten
EP0285745B1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zum Vakuumbeschichten mittels einer elektrischen Bogenentladung
DE69329161T2 (de) Verbesserungen von Verfahren der physikalischen Dampfphasen-Abscheidung
EP0885981B1 (de) Verfahren und Anlage zum Behandeln von Substraten mittels Ionen aus einer Niedervoltbogenentladung
DE68910731T2 (de) Verfahren zum Aufbringen einer schwarzen Beschichtung auf ein Substrat, sowie dadurch erhaltene schwarze Beschichtung.
DE60104026T2 (de) Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung durch physikalische Dampfabscheidung
CH688863A5 (de) Verfahren zum Beschichten mindestens eines Werkstueckes und Anlage hierfuer.
DE19860474A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Beschichten von Substraten mittels bipolarer Puls-Magnetron-Zerstäubung
DE3919147A1 (de) Vorrichtung zum beschichten eines substrats, vorzugsweise eines kunststoffsubstrats mit aluminium
DE2203080A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schicht mit bestimmter Dicke auf einer Unterlage
CH675258A5 (de)
EP0867036B1 (de) Verfahren und einrichtung zur vorbehandlung von substraten
DE4034034C2 (de)
DE3442208C2 (de)
DE102007004760A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten von plattenförmigen oder bandförmigen metallischen Substraten
DD286375A5 (de) Bogenentladungsverdampfer mit mehreren verdampfertiegeln
DE4004116C2 (de) Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffsubstrats, vorzugsweise eines Polymethylmethacrylat-Substrats, mit Metallen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2009135652A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum hochleistungs-puls-gasfluss-sputtern
EP1161570B1 (de) Verfahren zur beschichtung eines trägerkörpers mit einem hartmagnetischen se-fe-b-material mittels plasmaspritzens
DE69021337T2 (de) Verfahren zum Bilden einer Bornitrid enthaltenden Borschicht, Magnetkopf und Verfahren zu dessen Herstellung.
DE4131181C1 (de)
WO2002097157A2 (de) Modifizierter dlc-schichtaufbau
DE4107711C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung dotierter Schichten oder chemischer Verbindungen oder Legierungen mittels einer Magnetronkathode

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8363 Opposition against the patent
8368 Opposition refused due to inadmissibility
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: BALZERS UND LEYBOLD DEUTSCHLAND HOLDING AG, 63450

8339 Ceased/non-payment of the annual fee