DE4227588C2

DE4227588C2 - Verfahren zum Aufbringen einer dünnen Metallschicht auf ein polymeres Trägermaterial

Info

Publication number: DE4227588C2
Application number: DE19924227588
Authority: DE
Inventors: Gerd Fischer; Hans-Peter Schildberg; Hartmut Hibst
Original assignee: Emtec Magnetics GmbH
Current assignee: Emtec Magnetics GmbH
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1992-08-20
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2012-08-21
Also published as: GB2270325B; DE4227588A1; GB9317246D0; JPH06158286A; GB2270325A

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 Trägermaterial auftreffenden Dampfstrahls festlegenden Bedampfungsblenden bewegt wird.

Das Aufbringen von dünnen Metallschichten auf polymere Trä germaterialien ist insbesondere im Rahmen der Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsträgern von Interesse. Im Vergleich zu den konventionellen partikulären Magnetmedien erlauben kohärente magnetische Dünnschichtfilme das Auf zeichnen 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 anderen in der größeren Anzahl der Elementarmagnete pro Volumeneinheit und der höheren Magnetisierung begründet. Während bei den partikulären Aufzeichnungsmedien die Longitudinalaufzeichnung mit längs zur Bandlaufrichtung aus gerichteten Magnetteilchen üblich ist, wird bei den hoch dicht speichernden magnetischen Dünnschichtfilmen eine dem Feldverlauf vor dem Magnetkopf angepaßte schräge Orientie rung der Elementarmagnete in der kohärenten Metallschicht angestrebt. Durch ein schräges Abscheiden des ferromagneti schen Materials auf das Substrat können deutlich verbesserte Aufzeichnungseigenschaften erreicht werden, wie u. a. bezüg lich 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 gewünschte Winkelbereich, der die Eigenschaften der aufgebrachten Magnetschicht entscheidend beeinflußt, wird bei dem Aufdampfen oder Sputtern des magne tischen Materials durch geeignet angeordnete Blenden einge stellt. Im Vergleich zur senkrechten Beschichtung ist bei der schrägen Beschichtung jedoch die teilweise drastisch 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 besteht darin, den Dampfstrahl zu ionisieren und mittels elektrischer 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 bei fest vorgegebenem Aufdampfwin kelbereich optimiert werden kann.

Es wurde nun gefunden, daß sich mit einem Verfahren zum Auf bringen einer dünnen Metallschicht in einer Dicke von kleiner 1000 nm auf ein polymeres, bahnförmiges Trägermate rial, welches entlang eines walzenförmigen Trägerkörpers in einer Vakuumkammer mit einem den Metalldampf in Richtung des Trägerkörpers 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 vorgegebenen Aufdampf-Grenzwin keln α₁ und α₂, die durch die Winkel zwischen den Normalen zum Trägerkörper an den Kanten der Blenden und den Verbin dungslinien von der Tiegelmitte zu den entsprechenden Kanten der Blenden gegeben sind, die Mitte des Verdampfertiegels bei fester y_T-Position an dem Punkt P(x_T/y_T) im Koordinaten system angeordnet ist und die Positionen der Bedampfungs blenden, die einen durch die Winkel ϕ₁ und ϕ₂ begrenzten Bereich des Trägermaterials für die Bedampfung freigeben, wobei die Winkel jeweils ausgehend von der positiven x-Achse eines Koordinatensystems, dessen Nullpunkt in der Drehachse des Trägerkörpers liegt, entgegen dem Uhrzeigersinn gerech net werden, durch die Winkel α₁ und α₂ und die Position des Tiegels festgelegt sind, so daß gemäß der Formel

der Wert von A an der Stelle x_t = x_T maximal wird, wobei A die Menge des auf das Trägermaterial auftreffenden Metall dampfes relativ zu der insgesamt abgedampften Menge, ß₁ und ß₂ die Winkel zwischen der Normalen auf der Tiegelmitte und den Verbindungslinien von der Tiegelmitte zur Kante der je weiligen 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 und der Blen denstellung bei vorgegebenen Aufdampf-Grenzwinkeln.

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 Träger material 2 geführt. Durch die Bedampfungsblenden 3 und 3' wird aus dem vom Verdampfertiegel 4 ausgehenden (Metall-)- Dampfstrahl der Bereich 5 für die Kondensation auf dem Trä germaterial ausgeblendet. Dabei werden der für die Bedamp fung freigegebene Winkelbereich auf dem Trägermaterial 2 durch die Winkel ϕ₁ und ϕ₂, der Aufdampfwinkelbereich durch die Winkel α₁ und α₂und 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 ß₁ und ß₂ (bezogen auf die Normale 6 auf die Tiegel mitte) folgende Beziehungen:

Die Winkel ϕ₁ und ϕ₂ ergeben sich dabei bei fest vorge gebenen Aufdampf-Grenzwinkeln α₁ und α₂ und der jeweils gewählten Position x_t bei fester Position y_T des Tiegels als Lösungen der impliziten Gleichungen

Mit Hilfe dieser Formeln (I), (II), (III) und (IV) ergibt sich für die relative Materialausbeute A, welche in dem durch die Winkel ß₁ und ß₂ definierten Bereich des Träger materials verbleibt, der folgende mathematische Ausdruck

wobei n eine Zahl zwischen 2 und 5 ist.

Bei vorgegebenen Werten von R, α₁, α₂, y_T und n können - in Abhängigkeit von x_t - ϕ₁ und ϕ₂ aus den Formeln (III) und (IV) und daraus ß₁ und ß₂ aus den Formeln (I) und (II) und daraus schließlich A aus Formel (V) unter Verwendung einer numerischen Integration berechnet werden. Ein entsprechendes Programm ist beim Deutschen Patentamt zur freien Aktenein sicht hinterlegt (5 Seiten). Aus den Verläufen der Kurven A(x_t), ϕ₁(x_t) und ϕ₂(x_t) können die Position x_T der Mitte des Verdampfertiegels und die Blendenstellungen ϕ₁(x_T) und ϕ₂(x_T) bestimmt werden, bei denen die Materialausbeute maximal wird.

Die beiden nachfolgenden Beispiele sollen das erfindungs gemäße Verfahren erläuternd beschreiben und beispielhaft bei vorgegebenen Parametern R, y_T, α₁, α₂ und n die optimalen Positionen des Verdampfertiegels und der Beschichtungsblen den zeigen.

Beispiel 1

Bei einer Bedampfungseinrichtung entsprechend Fig. 1 mit einem Trägerkörperradius R seien die y_T-Position des Tiegels durch -1.5 . R, die Aufdampf-Grenzwinkel α₁ und α₂ durch 90° und 40° und der Exponent n = 3 definiert. Unter Verwendung des genannten Programms wurden A(x_t) sowie ϕ₁(x_t) und ϕ₂(x_t) be rechnet. Aus den Fig. 2A und 2B können die Tiegelposition x_T mit optimaler Materialausbeute und die zugehörigen Blen denstellungen bestimmt werden:

x_T = -0,64 R, ϕ₁(x_T) = 194°, ϕ₂(x_T) = 230°.

Beispiel 2

Die Vorgaben unterscheiden sich von Beispiel 1 dadurch, daß der Winkel α₁ = 70° und der Winkel α₂ = -20° betragen. Die entsprechenden Rechnungen sind in den Fig. 3a und 3b dar gestellt. Aus den Figuren ergeben sich für die Konfiguration mit optimaler Materialausbeute folgende Werte: x₇ = -0,27 R, ϕ₁(x_T) = 227°, ϕ₂(x_T) = 267°.

Claims

1. 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 vorgegebenen Aufdampf- Grenzwinkeln α₁ und α₂, die durch die Winkel zwischen den Normalen zum Trägerkörper an den Kanten der Blenden und den Verbindungslinien von der Tiegelmitte zu den entsprechenden Kanten der Blenden gegeben sind, die Mitte des Verdampfer tiegels bei fester y_T-Position an dem Punkt P(x_T/y_T) im Koordinatensystem angeordnet ist und die Positionen der Bedampfungsblenden, die einen durch die Winkel ϕ₁ und ϕ₂ begrenzten Bereich des Trägermaterials für die Bedampfung freigeben, wobei die Winkel, die ausgehend von der positiven x-Achse eines Koordinatensystems, dessen Nullpunkt in der Drehachse des Trägerkörpers liegt, entgegen dem Uhrzeiger sinn gerechnet werden, durch die Winkel α₁ und α₂ und die Position des Tiegels festgelegt sind, so daß gemäß der Formel
der Wert von A an der Stelle x_t = x_T maximal wird, wobei A die relative Menge des auf das Trägermaterial auftreffenden Me talldampfes, ß₁ und ß₂ die Winkel zwischen der Normalen auf der Tiegelmitte und den Verbindungslinien von der Tiegel mitte zur Kante der jeweiligen Blende und der Exponent n als Aufdampfcharakteristik der verwendeten Verdampferquelle eine Zahl zwischen 2 und 5 bedeuten.