DE4221620C2

DE4221620C2 - Verfahren zum Aufbringen einer dünnen Metallschicht auf ein polymeres Trägermaterial

Info

Publication number: DE4221620C2
Application number: DE19924221620
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Schildberg; Gerd Fischer; Hartmut Hibst
Original assignee: Emtec Magnetics GmbH
Current assignee: Emtec Magnetics GmbH
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: GB9313435D0; GB2268938A; DE4221620A1; JPH06187638A; GB2268938B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer dünnen Metallschicht in einer Dicke von kleiner 1000 nm auf ein polymeres, bahnförmiges Trägermaterial, welches entlang eines walzenförmigen Trägerkörpers in einer Vakuumkammer mit einem den Metalldampf in Richtung des Trägerkörpers abgeben den Verdampfertiegel und zwei zwischen Verdampfertiegel und Trägerkörper angeordneten, die Grenzwinkel des auf das Trä germaterial auftreffenden Dampfstrahls festlegenden Bedamp fungsblenden bewegt wird.

Das Aufbringen von dünnen Metallschichten auf polymere Trä germaterialien ist insbesondere im Rahmen der Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsträgern von Interesse. Im Ver gleich zu den konventionellen partikulären Magnetmedien er lauben kohärente magnetische Dünnschichtfilme das Aufzeich nen mit höheren Speicherdichten. Dies ist zum einen in der geringen Schichtdicke von nur 20 bis 1000 nm und dem damit verbundenen niedrigen Entmagnetisierungseffekt sowie zum an deren in der größeren Anzahl der Elementarmagnete pro Volu meneinheit und der höheren Magnetisierung begründet. Während bei den partikulären Aufzeichnungsmedien die Longitudina laufzeichnung mit längs zur Bandlaufrichtung ausgerichteten Magnetteilchen üblich ist, wird bei den hochdicht speichern den magnetischen Dünnschichtfilmen eine dem Feldverlauf vor dem Magnetkopf entsprechende schräge Orientierung der Ele mentarmagnete in der kohärenten Metallschicht angestrebt. Durch ein schräges Abscheiden des ferromagnetischen Materi als auf das Substrat können deutlich verbesserte Aufzeich nungseigenschaften erreicht werden, wie u. a. bezüglich der Co-Ni-O-Schichten in US-A 3 342 632 und US-A 4 323 629 oder bezüglich der Co-Cr-Schichten von R. Sugita et al., Digest Intermag 1990, Beitrag FA-08 beschrieben. Der jeweils ge wünschte Winkelbereich wird bei dem Aufdampfen oder Sputtern des magnetischen Materials durch geeignet angeordnete Blen den eingestellt. Im Vergleich zur senkrechten Beschichtung ist bei der schrägen Beschichtung jedoch die teilweise dra stisch verringerte Materialausbeute von Nachteil (A. Feuer stein et al., IEEE Trans. Mag. 20(1), 51 (1984)). Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, im Falle der Elektronenstrahl verdampfung einen Teil des außerhalb des vorgesehenen Sub stratbereichs auftreffenden Materialdampfes auf einer Kon densatplatte aufzufangen und in den Tiegel zurückzuführen. Eine andere Methode zur Erhöhung der Materialausbeute be steht darin, den Dampfstrahl zu ionisieren und mittels elek trischer Felder auf die Substratfolie zu führen (DE-C 26 22 597). In einem weiteren Verfahren wird die Dampfkeule durch einen Kamin mit beheizten Wänden auf das Substrat geführt (DE-A 32 04 337).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, das Verfah ren des Aufbringens von dünnen Metallschichten auf ein poly meres Trägermaterial mittels eines PVD-Verfahrens durch schräges Niederschlagen des Materials so zu modifizieren, daß die Materialausbeute optimiert werden kann.

Es wurde nun gefunden, daß sich mit einem Verfahren zum Auf bringen einer dünnen Metallschicht in einer Dicke von klei ner 1000 nm auf ein polymeres, bahnförmiges Trägermaterial, welches entlang eines walzenförmigen Trägerkörpers in einer Vakuumkammer mit einem den Metalldampf in Richtung des Trä gerkörpers abgebenden Verdampfertiegel und zwei zwischen Verdampfertiegel und Trägerkörper angeordneten, die Grenzwinkel des auf das Trägermaterial auftreffenden Dampf strahls festlegenden Bedampfungsblenden bewegt wird, die Aufgabe lösen läßt, wenn bei fester Position der Bedamp fungsblenden, welche einen durch die Winkel ϕ₁ und ϕ₂ be grenzten Bereich des Trägermaterials für die Bedampfung freigeben, wobei die Winkel jeweils ausgehend von der posi tiven x-Achse eines Koordinatensystems, dessen Nullpunkt in der Drehachse des Trägerkörpers liegt, entgegen dem Uhrzeig ersinn gerechnet werden, und bei fester y-Position y_T der Tiegelmitte die Mitte des Verdampfertiegels an dem Punkt P(x_T/y_T) im Koordinatensystem angeordnet ist, bei dem gemäß der Formel

der Wert von A maximal wird, wobei A die Menge des auf das Trägermaterial auftreffenden Metalldampfes, β₁ und β₂ die Winkel zwischen der Normalen auf der Tiegelmitte und den Verbindungslinien von der Tiegelmitte zur Kante der jeweili gen Blende und n eine Zahl zwischen 2 und 5 bedeuten.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens seien beispielhaft anhand der Figuren und der Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Darstellung zur Geometrie beim schrägen Be dampfen von Substraten

Fig. 2 und 3 Materialausbeuten gemäß den Beispielen als Funktion der Verdampfertiegelposition.

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei die in Fig. 1 schematisch dargestellte Bedampfungsstation herangezogen. Hierbei wird über den walzenförmigen Träger körper 1 mit dem Radius R, dessen Drehachse der Nullpunkt eines x/y-Koordinatenkreuzes sei, das bahnförmige Trägerma terial 2 geführt. Durch die Bedampfungsblenden 3 und 3' wird aus dem vom Verdampfertiegel 4 ausgehenden (Metall-)Dampf strahl der Bereich 5 für die Kondensation auf dem Trägerma terial ausgeblendet. Dabei werden der für die Bedampfung freigegebene Winkelbereich auf dem Trägermaterial 2 durch die Winkel ϕ₁ und ϕ₂ und die Position des Verdampfertiegels durch die Koordinaten x_t und y_t definiert. Bei der Position ierung des Tiegels wird im allgemeinen die y_t-Position fix iert (y_t = y_T). Unter der Annahme eines Linientiegels erge ben sich aus der geometrischen Anordnung für die Abdampfwin kel β₁ und β₂ (bezogen auf die Normale⁶ auf die Tiegelmitte) folgende Beziehungen:

Mit Hilfe dieser Formeln I und II ergibt sich für die rela tive Materialausbeute A, welche in dem durch die Winkel β₁ und β₂ definierten Bereich des Trägermaterials verbleibt, der folgende mathematische Ausdruck

wobei n eine Zahl zwischen 2 und 5 ist.

Bei gegebenen Werten von R, ϕ₁, ϕ₂, y_T und n kann A in Abhängigkeit von x_t aus Formel (III) unter Verwendung einer numerischen Integration berechnet werden. Ein entsprechendes Programm ist in Anlage 1 angegeben. Aus dem Verlauf der Kurve A(x_t, y_T) kann die Position x_T der Mitte des Verdampfer tiegels bestimmt werden, bei der die Materialausbeute maxi mal wird.

Die beiden nachfolgenden Beispiele sollen das erfindungsge mäße Verfahren erläuternd beschreiben und beispielhaft bei vorgegebenen Parametern die optimale Position des Verdamp fertiegels zeigen.

Beispiel 1

Bei einer Bedampfungseinrichtung entsprechend Fig. 1 mit einem Trägerkörperradius R seien die Lage der Blenden duch die Winkel ϕ₁ = 180° und ϕ₂ = 230° und die Y_T-Position des Tie gels durch -R definiert. Unter Verwendung eines beim Deutschen Patentamt zur freien Akteneinsicht hinterlegten Programms (Fig. 4, 3 Seiten) wurde A(x_t, y_T) für verschiedene Exponenten n berechnet (Fig. 2a: n = 2; Fig. 2b: n = 5). Aus den Figuren kann jeweils die Tiegelposition x_T mit opti maler Materialausbeute bestimmt werden. Im Fall von Fig. 2a liegt sie bei x_T = -0,87R (A = 49%), in Fig. 2b bei x_T = -0,81R (A = 62%).

Beispiel 2

Die Vorgaben unterscheiden sich von Beispiel 1 dadurch, daß die Winkel ϕ₁ = 220° und ϕ₂ = 290° sind und die Position Y_T = -1,2R ist. Die maximale Materialausbeute A beträgt für n = 2 bei X_T = -0,08R 91% (Fig. 3a) und für n = 5 bei X_T = -0,05R 98% (Fig. 3b).

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer dünnen Metallschicht in einer Dicke von kleiner 1000 nm auf ein polymeres, bahnförmiges Trägermaterial, welches entlang eines walzenförmigen Träger körpers in einer Vakuumkammer mit einem den Metalldampf in Richtung des Trägerkörpers abgebenden Verdampfertiegel und zwei zwischen Verdampfertiegel und Trägerkörper angeordne ten, die Grenzwinkel des auf das Trägermaterial auftreffen den Dampfstrahls festlegenden Bedampfungsblenden bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei fester Position der Bedampfungsblenden, welche einen durch die Winkel ϕ₁ und ϕ₂ begrenzten Bereich des Trägermaterials für die Bedampfung freigeben, wobei die Winkel jeweils ausgehend von der posi tiven x-Achse eines Koordinatensystems, dessen Nullpunkt in der Drehachse des Trägerkörpers liegt, entgegen dem Uhrzeig ersinn gerechnet werden, und bei fester y-Position y_T der Tiegelmitte die Mitte des Verdampfertiegels an dem Punkt P (x_T/y_T) im Koordinatensystem angeordnet ist, bei dem gemäß der Formel
der Wert von A maximal wird, wobei A die Menge des auf das Trägermaterial auftreffenden Metalldampfes, β₁ und β₂ die Winkel zwischen der Normalen auf der Tiegelmitte und den Verbindungslinien von der Tiegelmitte zur Kante der jeweili gen Blende und der Exponent n als Aufdampfcharakteristik der verwendeten Verdampferquelle eine Zahl zwischen 2 und 5 be deuten.