EP2106457A1 - Verfahren zur herstellung einer gerichteten schicht mittels kathodenzerstäubung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer gerichteten schicht mittels kathodenzerstäubung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens

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EP2106457A1
EP2106457A1 EP07845644A EP07845644A EP2106457A1 EP 2106457 A1 EP2106457 A1 EP 2106457A1 EP 07845644 A EP07845644 A EP 07845644A EP 07845644 A EP07845644 A EP 07845644A EP 2106457 A1 EP2106457 A1 EP 2106457A1
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EP
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substrate surface
target
collimator
plates
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07845644A
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French (fr)
Inventor
Hartmut Rohrmann
Hanspeter Friedli
Jürgen WEICHART
Stanislav Kadlec
Martin Dubs
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OC Oerlikon Balzers AG
Original Assignee
OC Oerlikon Balzers AG
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Filing date
Publication date
Application filed by OC Oerlikon Balzers AG filed Critical OC Oerlikon Balzers AG
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Publication of EP2106457A1 publication Critical patent/EP2106457A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67207—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a directional layer on a substrate surface with a respective direction lying in the tangential plane of the same direction by means of cathode sputtering.
  • Such layers are often magnetic layers or carrier layers for magnetic layers having a preferred direction of magnetization. They are mainly used in storage devices for data processing equipment, e.g. in read / write heads for hard disks and MRAMs.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method.
  • a generic method is known from US 6,790,482 B2.
  • a directional magnetic layer is produced on a planar substrate surface which is easier to magnetize in a specific, substantially constant, direction (so-called easy axis) than in other directions, in particular normal to the excellent direction.
  • electromagnets are arranged below the substrate, which generate a magnetic field, on whose field lines the particles impinging on the substrate surface align magnetically, such that the excellent direction is parallel to the field lines.
  • This solution is not satisfactory in every application, since the actual orientation deviates zone-wise rather far from the most desirable constant direction.
  • the expansion and shape of the substrate are limited if acceptable results are to be achieved.
  • the invention is based on the object to provide a generic method, with which in a simple and universally applicable manner on a substrate surface, a directional layer can be created. This object is solved by the features in the characterizing part of claim 1.
  • the invention provides a method with which a directional layer can be produced which complies with a largely flexibly definable excellent direction with great accuracy.
  • the excellent direction may be constant or radial with respect to a center.
  • many different designs are possible. So substrate and target can be firmly mounted or movable against each other. The relative position or movement can each be set or controlled in such a way that the features according to the invention occur, but this can also be achieved by the use of mechanical shielding means. Additional use of magnetic fields to align the directional layer is not excluded.
  • the devices for carrying out the method can vary greatly. In general, however, they can be constructed relatively simply. Often, a retrofitting of existing systems is such that methods according to the invention can be carried out on them. Brief description of the drawings
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an inventive device according to a first embodiment
  • FIGS. 1, 2 are front views of a target of the device according to FIGS. 1, 2,
  • FIG. 4 shows a schematic elevation of a device according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a shielding device of the device according to FIG. 4, FIG.
  • FIG. 6 shows an element of a shielding device according to a particular embodiment
  • Fig. 7b is a section through the lobe normal to the excellent direction
  • the device according to FIGS. 1-3 is arranged in a vacuum chamber (not shown). It has a cylindrical basket 1 which is rotatable about an axis 2 and carries on its outer side brackets on which
  • Substrates 3 are fastened with outwardly facing flat substrate surfaces 4.
  • the substrates 3 may be, for example, disks of about 200 mm in diameter, which after their completion e.g. be sawn for the production of components for read / write heads.
  • the basket 1 is at some distance from
  • Targets 5 surrounded, which are formed as elongated vertical plates, the axis 2, a target surface 6 turn.
  • the targets 5 are formed in a known manner as magnetron targets, i. behind the target surface 6 magnets are arranged, which in the region of the target surface 6 about a closed curve 7 (Fig. 3). generate concentrated magnetic field, so that the target 5 is removed above all in this area and form corresponding erosion ditches in the target surface 6.
  • each of the targets 5 and the basket 1 is trained.
  • the distance between the target surface 6 and the substrate surface 4 may be, for example 75mm, the distance between the collimator 8 and substrate surface 4 30mm, the length of the plates 9 10mm and their distance 50mm.
  • the substrates 3 are coated with target material in a manner known per se during a coating time by cathode sputtering, while the basket 1 is rotated slowly and uniformly, for example at 0, lU / s.
  • the final desired result may be, for example, a soft magnetic layer on the substrate surface which has a preferred direction of magnetization, ie a direction in which the layer is already magnetizable by a relatively small magnetic field (so-called easy axis) while in the direction normal to it much higher magnetic field is required (so-called hard axis).
  • targets 5 which consist essentially of the soft-magnetic material such as nickel-iron, eg NiFe21 or cobalt-iron and thus a layer of the soft-magnetic material is sputtered directly onto a base layer forming the substrate surface 4 which has a preferred direction of magnetization.
  • a directional layer was made in which the excellent direction deviated by 0.5 ° from the target value.
  • Another way to apply a magnetic layer with a preferred direction of magnetization on the substrate surface 4 is first vaporized a Dirichete carrier layer, for example of chromium, vanadium or tungsten and then on this carrier layer to create a layer of magnetic material, the preferred direction of magnetization then is determined by the excellent direction of the carrier layer, usually by being parallel or normal to it depending on the materials used.
  • no special measures for producing an excellent direction are required, although they can be additionally taken. In any case, about the
  • Formation of the preferred direction of magnetization can be assisted in a manner known per se by applying to the vapor deposition of the magnetic layer a magnetic field which is effective in the area of the substrate surface 4, e.g. its projection onto the substrate surface in each
  • Target point of the same coincides with the preferred direction of magnetization.
  • FIG. 1 Another device according to the invention is shown in FIG.
  • the substrate 3 is stationarily arranged at the bottom of a vacuum chamber 10 in such a way that the planar substrate surface 4 faces upwards.
  • a target 5 is attached with a pointing down against the substrate 3 target surface 6.
  • the substrate 3 and the target 5 are disk-shaped.
  • the turn behind the target surface 6 arranged magnets are rotatable.
  • a shielding device is again arranged, which in turn is designed as a collimator 8.
  • the collimator 8 is again designed as a Kainm collimator, which (FIG. 5) consists of parallel, flat plates 9, which may again be made of aluminum and are directed normal to the substrate surface 4, that is vertical in the present case.
  • the plates 9 can have different lengths or average lengths and / or thicknesses or average thicknesses, preferably such that the length and / or the thickness decreases in a generally decreasing manner from a center to both outer edges in the x-direction in general. In the case of over the surface, in particular in the y-direction, ie parallel to the target surface 4 changing thickness of the single plate 9, this also preferably decreases from the center to both outer edges, as shown in Fig. 6.
  • the collimator 8 is rotatable relative to the substrate 3 about a central axis 11, whereby it is usually easier to rotatably support the substrate 3 while the collimator 8 is fixedly mounted.
  • the plates 9 are arranged so that each of the plates 9, with the exception of one edge plate, is brought to a position approximately mid-way through a rotation through 180 °, by which the collimator 8 is changed from a first to a second position
  • cathode sputtering is again used in a manner known per se, target material in this case being removed on the target surface 6 along a heart-shaped curve.
  • curved substrate surfaces can be coated and the excellent direction can be a - preferably continuous - function of the place, ie depend on the target point. In any case, it is crucial that the incidence of particles on the
  • Substrate surface is controlled so that the temporal average in sum dominate those directions of incidence whose projection on the tangential surface of the substrate surface - which in the case of a flat substrate surface coincides with this - at the respective target point coincides with the excellent direction.
  • the excellent direction is defined unsigned, so it comes It does not matter whether the invasion is by one side or the other.
  • the total incidence density integrated over the coating time T is a function of the direction
  • r ( ⁇ , ⁇ ) JVp ( ⁇ , ⁇ , t) dt, 0 ⁇ ⁇ / 2, 0 ⁇ ⁇ 2 ⁇
  • FIGS. 7a, b This function is illustrated in FIGS. 7a, b in two sections normal to the tangential plane of the substrate surface 4, the y-direction being the excellent direction and the x-direction being normal.
  • a cumulative incidence density i. a weighted sum over the steepness of the incident reflecting angle ⁇ , ie
  • w ( ⁇ ) is a weighting function, which may be proportional to sin ⁇ , ie the relative length of the normal projection onto the tangential plane.
  • Substrate surface 4 two approaches are preferred, namely the use of mechanical shielding means such as the collimator 8 or adjustment or control of the relative position of the substrate and the target.
  • the substrate may move relative to the target or
  • Execute targets such that certain directions of incidence, the projection of which lie on the tangential surface near the excellent direction, preferably occur.
  • the movement can also be uneven and / or intermittent and it can also be the
  • Performance of the device i. the density of the outgoing from the target particle flow with the position of the substrate to the target are selectively changed, such that it is particularly high in predominantly flat particle incidence parallel to the excellent direction.
  • Procedures can, as shown in the first embodiment shown in FIGS. 1-3, also be used in combination, such as there by the rotation of the basket 1 is slowed down or stopped when the substrates 3 are approximately in the middle between two adjacent targets 5. In addition, then the power can be increased.
  • the shielding means should then be designed and arranged such that the paths of the particles which follow substantially straight lines connecting a point of the target surface to the target point on the substrate surface collide with the shielding means, ie the particles Otherwise, if they arrive at the target point from a direction whose projection is on the tangential plane outside the preferred angle range, they will be intercepted. At a minimum, this should be predominantly the case over coating time and weighted average of the steepness of the incidence, ie the angle ⁇ . In this case, it may also be necessary to take into account that the target surface has different active regions, that is to say that the particles originate predominantly from a relatively small part thereof, for example in the first exemplary embodiment from the surroundings of the curve 7.
  • a magnetic field may also be applied in the region of the substrate, but in most cases this is not necessary.

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Abstract

Zur Herstellung einer gerichteten Schicht mit z.B. konstanter ausgezeichneter Richtung, etwa einer weichmagnetischen Schicht mit bevorzugter Magnetisierungsrichtung oder einer Trägerschicht für eine solche mittels Kathodenzerstäubung auf einer Substratfläche (4) wird die Beschichtung so vorgenommen, dass von einer Targetfläche (6) stammende Partikel überwiegend aus Richtungen einfallen, bei denen die Projektion auf die Substratfläche (4) in einem die ausgezeichnete Richtung umgebenden bevorzugten Winkelbereich liegt. Dies wird z.B. durch Anordnung eines Kollimators (8) mit zur Substratfläche (4) normalen, zur ausgezeichneten Richtung parallelen Platten (9) vor der Substratfläche (4) erreicht, doch kann statt dessen oder zusätzlich auch die Lage oder Bewegung der Substratfläche (4) bezüglich der Targetfläche (6) entsprechend eingestellt oder gesteuert werden.

Description

B E S C H R E I B U N G
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER GERICHTETEN SCHICHT MITTELS KATHODENZERSTÄUBUNG UND VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gerichteten Schicht auf einer Substratfläche mit einer jeweils in der Tangentialebene derselben liegenden ausgezeichneten Richtung mittels Kathodenzerstäubung. Derartige Schichten sind oft magnetische Schichten oder Trägerschichten für magnetische Schichten, die eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung aufweisen. Sie werden vor allem in Speichereinrichtungen für Datenverarbeitungsanlagen eingesetzt, z.B. in Schreib/Leseköpfen für Festplatten und MRAMs. Die Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Ein gattungsgemässes Verfahren ist aus US 6 790 482 B2 bekannt. Dort wird auf einer ebenen Substratfläche eine gerichtete magnetische Schicht hergestellt, welche in einer bestimmten, im wesentlichen konstanten ausgezeichneten Richtung leichter magnetisierbar ist (sog. easy axis) als in anderen Richtungen, insbesondere normal zur ausgezeichneten Richtung. Zur Ausrichtung der Magnetschicht sind unterhalb des Substrats Elektromagnete angeordnet, die ein Magnetfeld erzeugen, an dessen Feldlinien sich die auf die Substratfläche auftreffenden Partikel magnetisch ausrichten, derart, dass die ausgezeichnete Richtung zu den Feldlinien parallel ist. Diese Lösung ist nicht in jedem Anwendungsfall befriedigend, da die tatsächliche Ausrichtung zonenweise ziemlich weit von der meist erwünschten konstanten ausgezeichneten Richtung abweicht. Ausserdem sind Ausdehnung und Form des Substrats beschränkt, wenn annehmbare Ergebnisse erzielt werden sollen.
Ein ähnliches Verfahren, bei dem Permanentmagnete zum Einsatz kommen, ist in US 2003/0 146 084 Al beschrieben. Hier wird ein zwischen Target und Substrat angeordneter geerdeter Kollimator zur Beschränkung des Einfallswinkels von Partikeln auf die Substratfläche durch Abfangen von Partikeln mit stärker von der Flächennormalen abweichenden Winkeln eingesetzt und ausserdem dazu, das Plasma vom Substrat fernzuhalten.
Ein weiteres, dem eben beschriebenen ähnliches Verfahren ist aus WO 96/08 817 Al bekannt. Auch hier wird ein Kollimator eingesetzt, dessen Längenverhältnis dazu benutzt wird, Parameter der magnetischen Schicht so zu steuern, dass die Ausrichtung der Kristalle entweder in der Ebene der Substratfläche erfolgt oder aber normal zu dieser. Im ersteren Fall wird dabei allerdings keine ausgezeichnete Richtung innerhalb der besagten Ebene angestrebt.
Ein weiteres derartiges Verfahren, bei dem zur Vermeidung von Unregelmässigkeiten und magnetischer Anisotropie flacher Einfall von Partikeln auf die Substratfläche durch einen Kollimator unterbunden werden, ist aus US 6 482 301 Bl bekannt. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemässes Verfahren anzugeben, mit welchem auf einfache und allgemein einsetzbare Weise auf einer Substratfläche eine gerichtete Schicht angelegt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren angegeben, mit dem eine gerichtete Schicht hergestellt werden kann, die eine weitgehend flexibel festlegbare ausgezeichnete Richtung mit grosser Genauigkeit einhält. Die ausgezeichnete Richtung kann z.B. konstant oder bezüglich eines Mittelpunkts radial sein. Dabei sind im einzelnen viele verschiedene Ausführungen möglich. So können Substrat und Target fest montiert oder gegeneinander beweglich sein. Die relative Lage oder Bewegung kann jeweils so eingestellt sein bzw. gesteuert werden, dass die erfindungsgemässen Merkmale eintreten, doch kann dies auch durch den Einsatz mechanischer Abschirmmittel erreicht werden. Zusätzlicher Einsatz von Magnetfeldern zur Ausrichtung der gerichteten Schicht ist nicht ausgeschlossen. Dementsprechend können auch die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens stark voneinander abweichen. Im allgemeinen können sie jedoch verhältnismässig einfach aufgebaut sein. Oft ist auch eine Nachrüstung bestehender Anlagen derart, dass erfindungsgemässe Verfahren auf ihnen ausgeführt werden können, möglich. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schnitt längs II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Frontansicht eines Targets der Vorrichtung nach Fig. 1, 2,
Fig. 4 einen schematischen Aufriss einer erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eine Abschirmvorrichtung der Vorrichtung gemäss Fig. 4,
Fig. 6 ein Element einer Abschirmvorrichtung gemäss einer besonderen Ausführungsform,
Fig. 7a einen Schnitt durch eine Einfallskeule an einem
Zielpunkt einer Substratfläche parallel zu einer ausgezeichneten Richtung,
Fig. 7b einen Schnitt durch die Einfallskeule normal zur ausgezeichneten Richtung und
Fig. 8 einen kumulierten Partikeleinfall am Zielpunkt als Funktion der Richtung in der Tangentialebene. Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1-3 ist in einer Vakuumkainmer (nicht dargestellt) angeordnet. Sie weist einen zylindrischen Korb 1 auf, der um einer Achse 2 drehbar ist und an seiner Aussenseite Halterungen trägt, an denen
Substrate 3 mit nach aussen weisenden ebenen Substratflächen 4 befesteigt sind. Die Substrate 3 können etwa Scheiben von ca. 200mm Durchmesser sein, welche nach ihrer Fertigstellung z.B. zur Herstellung von Komponenten für Schreib/Leseköpfe zersägt werden. Der Korb 1 ist mit einigem Abstand von
Targets 5 umgeben, welche als längliche senkrechte Platten ausgebildet sind, die der Achse 2 eine Targetfläche 6 zuwenden. Die Targets 5 sind in bekannter Weise als Magnetron-Targets ausgebildet, d.h. hinter der Targetfläche 6 sind Magnete angeordnet, welche ein im Bereich der Targetfläche 6 um eine geschlossene Kurve 7 (Fig. 3). konzentriertes Magnetfeld erzeugen, sodass das Target 5 vor allem in diesem Bereich abgetragen wird und sich entsprechende Erosionsgräben in der Targetfläche 6 ausbilden.
Zwischen jedem der Targets 5 und dem Korb 1 ist, etwas näher an der Substratfläche 4 als an der Targetfläche 6, als Abschirmvorrichtung ein Kollimator 8 angeordnet, der als Kammkollimator mit mehreren mit Abstand kongruent übereinander angebrachten parallelen rechteckigen Platten 9, welche z.B. aus Aluminium bestehen, ausgebildet ist. Der Abstand zwischen der Targetfläche 6 und der Substratfläche 4 kann z.B. 75mm betragen, der Abstand zwischen dem Kollimator 8 und Substratfläche 4 30mm, die Länge der Platten 9 10mm und ihr Abstand 50mm. Zur Herstellung jeweils einer gerichteten Schicht auf jeder der Substratflächen 4 werden die Substrate 3 während einer Beschichtungszeit mittels Kathodenzerstäubung in an sich bekannter Weise mit Targetmaterial bedampft, während der Korb 1 langsam und gleichmässig, z.B. mit 0,lU/s gedreht wird. Durch die Drehung einerseits und die Wirkung der Kollimatoren 8 andererseits wird dabei jeweils eine Schicht hergestellt, welche eine über die Substratfläche 4 konstante ausgezeichnete Richtung hat, die jeweils der Richtung der Schnittlinien der zur Achse 2 normalen Ebenen mit der Substratfläche 4 entspricht, im vorliegenden Fall also horizontal ist. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.
Das schliesslich angestrebte Ergebnis kann etwa eine weichmagnetische Schicht auf der Substratfläche sein, welche eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung aufweist, d.h. eine Richtung, in welcher die Schicht schon durch ein verhältnismässig kleines Magnetfeld magnetisierbar ist (sog. easy axis) , während in der dazu normalen Richtung ein wesentlich höheres Magnetfeld erforderlich ist (sog. hard axis) . Dabei kann so vorgegangen werden, dass Targets 5 verwendet werden, die im wesentlichen aus dem weichmagnetischen Material wie Nickel-Eisen, z.B. NiFe21, oder Kobalt-Eisen bestehen und somit auf eine die Substratfläche 4 bildende Grundschicht direkt eine Schicht aus dem weichmagnetischen Material aufgesputtert wird, welche eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung aufweist. In den meisten Fällen entspricht diese der ausgezeichneten Richtung, doch kann sie bei anderer Materialwahl auch anders ausgerichtet sein, gewöhnlich normal zur ausgezeichneten Richtung. Mit einer Anlage, die wie oben beschrieben aufgebaut war, wurde eine gerichtete Schicht hergestellt, bei der die ausgezeichnete Richtung um höchsten 0.5° vom Sollwert abwich. Eine andere Möglichkeit, eine magnetische Schicht mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung auf der Substratfläche 4 anzulegen, besteht darin, zuerst eine gerichete Trägerschicht, z.B. aus Chrom, Vanadium oder Wolfram aufzudampfen und anschliessend auf dieser Trägerschicht, eine Schicht aus magnetischem Material anzulegen, deren bevorzugte Magnetisierungsrichtung dann durch die ausgezeichnete Richtung der Trägerschicht bestimmt wird, gewöhnlich, indem sie sich je nach den eingesetzten Materialien parallel oder auch normal zu derselben einstellt. Dabei sind beim Anlegen der magnetischen Schicht, die gewöhnlich ebenfalls durch Kathodenzerstäubung erfolgt, keine besonderen Massnahmen zur Herstellung einer ausgezeichneten Richtung erforderlich, obwohl sie zusätzlich getroffen werden können. In jedem Fall kann etwa die
Ausbildung der bevorzugten Magnetisierungsrichtung in an sich bekannter Weise dadurch unterstützt werden, dass beim Aufdampfen der magnetischen Schicht ein Magnetfeld angelegt wird, das im Bereich der Substratfläche 4 wirksam ist, indem z.B. seine Projektion auf die Substratfläche in jedem
Zielpunkt derselben mit der bevorzugten Magnetisierungsrichtung übereinstimmt.
Eine weitere erfindungsgemässe Vorrichtung ist in Fig. 4 dargestellt. Hier ist das Substrat 3 derart stationär am Boden einer Vakuumkammer 10 angeordnet, dass die ebene Substratfläche 4 nach oben weist. An der Decke der Vakuumkammer 10 ist ein Target 5 mit einer nach unten gegen das Substrat 3 weisenden Targetfläche 6 angebracht. Das Substrat 3 und das Target 5 sind scheibenförmig. Die wiederum hinter der Targetfläche 6 angeordneten Magnete sind drehbar. Zwischen dem Target 5 und dem Substrat 3 ist wieder eine Abschirmvorrichtung angeordnet, welche wiederum als Kollimator 8 ausgebildet ist. Der Kollimator 8 ist wieder als Kainmkollimator ausgebildet, der sich (Fig. 5) aus parallelen, ebenen Platten 9 zusammensetzt, die wieder aus Aluminium bestehen können und normal zur Substratfläche 4 gerichtet sind, also im vorliegenden Fall vertikal. Parallel zur Substratfläche 4 sind sie nach einer y-Richtung ausgerichtet. Die Abstände, mit der benachbarte Platten 9 in einer zur y-Richtung normalen, ebenfalls zur Substratebene parallelen x-Richtung aufeinanderfolgen, nehmen vorzugsweise von der Mitte nach den äusseren Rändern hin langsam zu. Die Platten 9 können unterschiedliche Längen oder mittlere Längen und/oder Dicken oder mittlere Dicken aufweisen, vorzugsweise so, dass die Länge und/oder die Dicke von einer Mitte nach beiden Aussenrändern hin in x-Richtung im allgemeinen abnimmt entsprechend abnimmt. Bei über die Fläche, insbesondere in y-Richtung, also parallel zur Targetfläche 4 sich ändernder Dicke der einzelnen Platte 9 nimmt diese ebenfalls vorzugsweise von der Mitte nach beiden Aussenrändern hin ab, wie das in Fig. 6 dargestellt ist.
Der Kollimator 8 ist gegenüber dem Substrat 3 um eine zentrale Achse 11 drehbar, wobei es gewöhnlich einfacher ist, das Substrat 3 drehbar zu lagern, während der Kollimator 8 fest montiert ist. Die Platten 9 sind so angeordnet, dass jede der Platten 9 mit Ausnahme einer Randplatte durch eine Drehung um 180°, durch die der Kollimator 8 aus einer ersten in eine zweite Position umgestellt wird, an eine Stelle gebracht wird, die etwa in der Mitte zwischen zwei Stellen liegt, an denen vor der Drehung einander benachbarte Platten 9 angeordnet waren und die in der ersten Position des Kollimators 8 von den Platten 9 eingenommenen Lagen in der zweiten Position frei werden. Exakt lässt sich dies nur realisieren, wenn benachbarte Platten 9, wie in Fig. 5 dargestellt, gleichen Abstand haben, doch kann das Ziel auch bei wie bevorzugt nach aussen langsam zunehmendem Abstand der Platten ausreichend genau erreicht werden.
Zur Herstellung einer gerichteten Schicht mit konstanter, der y-Richtung entsprechender ausgezeichneter Richtung auf der Substratfläche 4 wird wiederum in an sich bekannter Weise Kathodenzerstäubung eingesetzt, wobei Targetmaterial in dieseme Fall vor allem längs einer herzförmigen Kurve auf der Targetfläche 6 abgetragen wird. Durch die beschriebenen Weisen, die Platten 9 auszubilden, können Unterschiede in der Dicke der gerichteten Schicht, wie sie sich sonst aus den Asymmetrien der Anordnung ergeben würden, weitgehend vermieden werden, indem geringere lokale Partikeldichte durch Erweiterung des bevorzugten Winkelbereichs kompensiert wird. Umstellung des Kollimators 8 wie ebenfalls oben beschrieben, etwa nach Verstreichen der Hälfte der Beschichtungszeit, dient dem gleichen Zweck, indem dadurch Schattenwirkungen der Platten 9 vergleichmässigt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann jedoch in einem breiteren Rahmen angewendet werden als aus den obigen
Anwendungsbeispielen hervorgeht. So können auch gekrümmte Substratflächen beschichtet werden und die ausgezeichnete Richtung kann eine - vorzugsweise stetige - Funktion des Ortes sein, also vom Zielpunkt abhängen. Entscheidend ist in jedem Fall, dass der Einfall von Partikeln auf die
Substratfläche so gesteuert wird, dass im zeitlichen Mittel in Summe jene Einfallsrichtungen dominieren, deren Projektion auf die Tangentialflache der Substratfläche - welche im Fall einer ebenen Substratfläche mit dieser zusammenfällt - am jeweiligen Zielpunkt mit der ausgezeichneten Richtung übereinstimmt. Die ausgezeichnete Richtung ist dabei vorzeichenlos definiert, es kommt also nicht darauf an, ob der Einfall von der einen oder der anderen Seite erfolgt.
Wenn die Dichte der Partikeleinfallsrate an einem Zielpunkt mit p(θ,φ,t) bezeichnet wird, wobei θ den Winkel der Einfallsrichtung zur Normalen auf die Substratfläche 4 bezeichnet und φ den Winkel zwischen der Projektion der Einfallsrichtung auf die Tangentialebene und einer festen Richtung in derselben, so ist die gesamte, über die Beschichtungszeit T integrierte Einfallsdichte als Funktion der Richtung
(1) r(θ,φ) = JV p(θ,φ,t) dt, 0<θ<π/2, 0<φ<2π
Diese Funktion ist in Fig. 7a, b in zwei zur Tangentialebene der Substratfläche 4 normalen Schnitten dargestellt, wobei die y-Richtung die ausgezeichnete Richtung ist und die x- Richtung die dazu normale. Was die ausgezeichnete Richtung in der Tangentialebene schliesslich bestimmt, ist jedoch eine kumulierte Einfallsdichte, d.h. eine gewichtete Summe über den die Steilheit des Einfalls widerspiegelnden Winkel θ, also
(2) R(φ) = /oπ/2 r(θ,φ)w(θ) dθ, 0<φ<2π
w(θ) ist eine Gewichtsfunktion, welche z.B. zu sinθ, d.h. der relativen Länge der Normalprojektion auf die Tangentialebene, proportional sein kann. R(φ) ist in Fig. 8 dargestellt. Die Funktion hat dort, wo φ der ausgezeichneten Richtung entspricht, Maxima, da der Partikeleinfall gezielt so gesteuert wurde, dass die Projektion der Einfallsrichtung überwiegend auf einen die ausgezeichnete Richtung umgebenden Winkelbereich von z.B. ±π/4 konzentriert oder beschränkt war. Wegen der Definition der ausgezeichneten Richtung als vorzeichenloser Grösse genügt es im Grunde, wenn Rs (φ) =R (φ) +R (φ+π) , 0≤φ<π dort ein Maximum hat, doch ist R in der Regel mindestens annähernd spiegelsymmetrisch.
Für die Steuerung des Partikeleinfalls auf die
Substratfläche 4 werden zwei Vorgehensweisen bevorzugt, nämlich der Einsatz mechanischer Abschirmmittel wie des Kollimators 8 oder eine Einstellung oder Steuerung der relativen Lage des Substrats und des Targets. So kann etwa das Substrat eine Bewegung relativ zum Target oder den
Targets ausführen derart, dass bestimmte Einfallsrichtungen, deren Projektion auf die Tangentialflache nahe bei der ausgezeichneten Richtung liegen, bevorzugt auftreten. Die Bewegung kann dabei auch ungleichmässig und/oder intermittierend sein und es kann zusätzlich auch die
Leistung der Vorrichtung, d.h. die Dichte des vom Target ausgehenden Teilchenstroms mit der Stellung des Substrats zum Target gezielt verändert werden, etwa so, dass sie bei überwiegend flachem Partikeleinfall parallel zur ausgezeichneten Richtung besonders hoch ist. Beide
Vorgehensweisen können, wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1-3 gezeigt, auch in Kombination angewandt werden, etwa indem dort die Rotation des Korbes 1 verlangsamt oder angehalten wird, wenn sich die Substrate 3 etwa in der Mitte zwischen zwei benachbarten Targets 5 befinden. Zusätzlich kann dann auch die Leistung erhöht werden.
Die Abschirmmittel sollten dann so ausgebildet und angeordnet sein, dass die Bahnen der Partikel, die im wesentlichen geraden, einen Punkt der Targetfläche mit dem Zielpunkt auf der Substratfläche verbindenden Linien folgen, mit dem Abschirmmittel kollidieren, die Partikel also abgefangen werden, wenn sie andernfalls im Zielpunkt aus einer Richtung einträfen, deren Projektion auf die Tangentialflache ausserhalb des bevorzugten Winkelbereichs liegt. Mindestens sollte dies im Mittel über Beschichtungszeit und gewichteten Mittel über die Steilheit des Einfalls, d.h. den Winkel θ überwiegend der Fall sein. Dabei ist es u.U. nötig, auch zu berücksichtigen, dass die Targetfläche unterschiedlich aktive Bereiche aufweist, die Partikel also überwiegend von einem verhältnismässig kleinen Teil derselben stammen, etwa im ersten Ausführungsbeispiel aus der Umgebung der Kurve 7.
Zusätzlich kann, wie oben erwähnt, auch ein Magnetfeld im Bereich des Substrats angelegt werden, doch ist dies in den meisten Fällen nicht erforderlich.
Bezugszeichenliste
1 Korb
2 Achse
3 Substrat
4 Substratfläche 5 Target
6 Targetfläche
7 Kurve
8 Kollimator
9 Platte 10 Vakuumkammer
11 Achse

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Herstellung einer gerichteten Schicht mit einer jeweils in der Tangentialebene derselben liegenden ausgezeichneten Richtung auf einer Substratfläche (4) mittels Kathodenzerstäubung während einer Beschichtungszeit, bei welchem in einer Vakuumkammer (10) mindestens ein Target (5) mit einer Targetfläche (6) derart angeordnet ist, dass an jedem Zielpunkt der Substratfläche (4) von mindestens einem Teil der Targetfläche (β) stammende Partikel auftreffen, wobei der Ausgangspunkt auf der Targetfläche (6) eine Einfallsrichtung am Zielpunkt bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils im zeitlichen Mittel eine kumulierte Einfallsdichte der aus Einfallsrichtungen, deren Normalprojektion auf die Tangentialebene der Substratfläche (4) am Zielpunkt gleich ist, auftreffenden Partikel ein Maximum aufweist, das bei einer Richtung auftritt, die der ausgezeichneten Richtung entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:, dass mindestens für einen Teil der Substratfläche (4) für mindestens einen Teil der Beschichtungszeit der Bereich der möglichen Einfallswinkel jeweils eingeschränkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung des Bereichs der möglichen Einfallswinkel durch zwischen der Targetfläche (6) und der Substratfläche (4) angeordnete mechanische Abschirmmittel hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Orientierung der Targetfläche (6) zur Substratfläche (4) über die Beschichtungszeit derart gesteuert wird, dass jeweils im zeitlichen Mittel Einfallsrichtungen, deren
Projektion auf die Tangentialflache der Substratfläche (4) in einem die ausgezeichnete Richtung umgebenden bevorzugten Winkelbereich liegen, überwiegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Herstellung einer magnetischen Schicht mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gerichtete Schicht die magnetische Schicht ist und deren bevorzugte Magnetisierungsrichtung durch die ausgezeichnete Richtung bestimmt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gerichtete Schicht eine Trägerschicht ist, auf welcher dann eine magnetische Schicht aufgebracht wird, deren bevorzugte Magnetisierungsrichtung jeweils durch die ausgezeichnete Richtung der Trägerschicht bestimmt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratfläche (4) eben ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgezeichnete Richtung über die Substratfläche (4) konstant ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Vakuumkammer (10), in welcher mindestens ein Target (5) angeordnet ist sowie mindestens eine zur Befestigung eines Substrats (3) derart, dass eine Substratfläche (4) einer Targetfläche (6) des mindestens einen Targets (5) zugewandt ist, geeignete Halterung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Abschirmvorrichtung aufweist, welche zwischen der Targetfläche (6) und der Halterung angeordnet ist und welche jeweils von der Targetfläche (6) ausgehende gerade Linien, deren Projektion auf die Substratfläche (4) ausserhalb eines die ausgezeichnete Richtung umgebenden bevorzugten Winkelbereichs liegt, unterbricht .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung als Kollimator (8) ausgebildet ist mit mehreren Platten (9), welche im wesentlichen eben und normal zur Substratfläche (4) ausgerichtet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Kollimators (8) gegenüber der Halterung zwischen zwei Positionen umstellbar ist, derart, dass in der einen Position jede Platte (9) eine Stelle einnimmt, die in der anderen Position frei ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (9) im wesentlichen parallel zueinander sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der einen Position des Kollimators (8) jede Platte (9), mit der möglichen Ausnahme von Randplatten, eine Stelle einnimmt, die etwa in der Mitte zwischen zwei Stellen liegt, die in der anderen Position jeweils von einer Platte (9) eingenommenen wird.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (8) durch eine halbe Drehung gegenüber der Substratfläche (4) um eine gegen dieselbe gerichtete Achse von der einen in die andere Position überführbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der bevorzugte Winkelbereich von einer Mitte der Substratfläche (4) gegen einen Rand derselben mindestens nach zwei entgegengesetzten Richtungen zunimmt.
17. Vorrichtung nach einem der Anspruch 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Platten (9) von einer Mitte des Kollimators (8) gegen äussere Ränder hin zunimmt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Länge der Platten (9) unterschiedlich ist, vorzugsweise derart, dass sie von der Mitte des Kollimators (8) gegen äussere Ränder hin abnimmt .
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dicke der Platten (9) unterschiedlich ist, vorzugsweise derart, dass sie von der Mitte des Kollimators (8) gegen äussere Ränder hin abnimmt .
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet:, dass mindestens ein Teil der Platten
(9) eine parallel zur Substratfläche (4) sich ändernde Dicke aufweist, vorzugsweise derart, dass jeweils die Dicke von einer Mitte der Platte (9) gegen äussere Ränder hin abnimmt .
21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung gegenüber der Targetfläche (6) parallel zu den Platten (9) bewegbar ist.
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