高功率脉冲涂装方法技术

本发明专利技术涉及一种用于借助于雾化目标材料涂装衬底的方法，其中包括下列步骤：-在涂装室中以功率脉冲施加由第一材料制成的第一溅射目标，借助于功率脉冲在第一时间间隔期间将第一能量量传递到溅射目标上，其中对此最大功率密度超过50W/cm2并且优选超过500W/cm2-在涂装室中以功率脉冲施加与第一材料不同的第二材料制成的第二溅射目标，借助于功率脉冲在第二时间间隔期间将第二能量量传递到溅射目标上，其中在此最大功率密度超过50W/cm2并且优选超过500W/cm2其特征在于，第一能量量与第二能量量不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在使用具有不同材料的至少两个目标的情况下通过高功率脉冲溅射(HIPIMS)施加混合晶层的方法。
技术介绍
如果根据现有技术用于沉积混合晶层的目标（Targets）同时运行，则导致该问题：不同目标在相同的过程参数的情况下不同大大毒化。两个目标彼此无关地保持在分别期望的工作模式中在此是不可能的，因为溅射源通过体积与反应气体的相同部分压力相连。在本说明书的范围内概念“雾化”和“溅射”理解为相同的。在本说明书的范围内溅射源的在该方法期间剥蚀材料的部件称作为目标。为了制造混合晶在根据现有技术的溅射技术中使用合成目标(混合目标)。如此在DE60104709中描述了有第一基本材料和以填塞的形式引入第一基本材料中的第二材料组成的目标。用于制造混合目标的另外的方法是以粉末金属冶炼方法挤压具有100μm之下的颗粒大小的两种或多种金属粉末。在此缺点在于，为了实现不同浓度比例在混合晶层中必须分别使用其他目标。对此在涂装时制造这种目标类型时，层组合不与目标材料的输出组合一致。在现有技术中根据其他方式提出，至少一个材料借助于双磁控管或HIPIMS并且至少一个第二材料借助于电弧蒸发同时运行。与此对应地在WO 2011/138331中公开用于在衬底上借助于PVD-方法沉积具有至少两个不同金属(M1，M2)的混合晶层的方法，其特征在于，在下列同时使用下i)双磁控管溅射或高功率脉冲磁控管溅射(HIPIMS)的阴极雾化方法和ii)电弧蒸发(Arc-PVD)执行混合晶层的沉积。对此缺点在于，由于两个PVD-方法，必须实现在涂装室中的两个耗费大的技术。此外由于电弧方法，在混合晶层中得出负面影响层特性（例如层粗糙度）的液滴(小滴)。
技术实现思路
本专利技术的任务在于给出用以克服上述的问题的方法。尤其是用该方法应可能的是借助于HIPIMS并且在无电弧蒸发的情况下产生混合晶层。根据本专利技术通过下列方式实现这一点，HIPIMS方法在使用具有不同材料的至少两个目标的情况下执行，其中分别适合于目标材料的工作点（Arbeitspunkt）通过功率脉冲关于功率和/或脉冲持续时间分离地调节。为了更好地理解复杂的过程在HIPIMS-方法的情况下首先稍微更多地在目标毒化（Targetvergiftung）上输入。反应的溅射过程通过目标表面与反应气体（例如氮气或氧气）的反应确定。这称为目标毒化。在目标表面的高毒化度和较高反应性(例如氮化或氧化)的情况下导致较小溅射率。如果在这种情况下溅射率作为反应气体流量的函数施加，则得出本领域技术人员已知的滞后。图1示出根据不同脉冲持续时间的氮气流量与氩气流量的比例的氮气在反应表面（如目标和层）上的吸收。对此平均压力和氩流量（Ar-Fluss）还保持不变。脉冲功率为1000W/cm2。实线涉及50μs的脉冲持续时间并且虚线涉及2000μs的脉冲持续时间。具有50μs的脉冲持续时间的HIPIMS过程的特性曲线示出在加入氮气的情况下的完全耗光引入的氮气直到大约0.9的N2/氩流量比例。氮气消耗大约与涂装率成比例。从1.0和更高的比例开始溅射率通过目标表面的氮化而大大下降。这个区域称为过渡区域。它标识到毒化的目标表面的过渡的区域。在另外加入氮气的情况下目标表面的毒化增加并且该比率接近最小值。如果具有2000μs的脉冲持续时间的上述HIPIMS释放在一般相同的平均溅射功率的情况下运行，则到毒化的目标表面的过渡的区域推移到较高N2/氩流量比例。但是这意味着，在预定N2/氩流量比例的情况下可借助于选择脉冲持续时间调整，用目标是在金属模式中，在毒化模式中还是在过渡区域中雾化。也就是说借助于脉冲持续时间选择可以调整工作点。这创立了该可能性，在相对溅射气体具有不同材料并且因此不同反应行为的两个或多个目标通过对相应目标材料分配的脉冲持续时间彼此无关地在其工作点中调整。可指出，在具有适当的功率密度的脉冲的情况下（如其在通常的溅射方法的情况下使用），脉冲持续时间的上述相关性不出现。图1尤其是示出，在工作点在调整反应气体与惰性气体的比例1.2的情况下固定时，HIPIMS溅射过程通过使用50μs的脉冲持续时间已经在毒化模式中运行并且涂装率比过渡区域中的最大可达到的涂装率更小大约30%。通过提高HIPIMS功率脉冲的脉冲持续时间在在其他情况下保持相同的平均溅射功率并且相同过程其他条件的情况下以1.2的反应气体与惰性气体比例选择的工作点右位于在过渡区域中的。专利技术人推想，在HIPIMS-方法的范围中每功率脉冲的能量量起了决定性的作用，能量量从脉冲功率幅度和脉冲持续时间的乘积得出。在此每时间单位的脉冲数量还可以起作用。附图说明现在根据多个实施方式示例性并根据附图详细描述本专利技术。图1示出根据不同脉冲持续时间的反应气体/惰性气体流量的比例的氮气消耗图2示出在功率脉冲上同步的衬底偏置图3示意性示出供料设备。具体实施方式在根据本专利技术的HIPIMS-方法应用的涂装室应包括具有由第二要雾化的目标材料制成的第一目标TA1的第一溅射源Q1和具有由第二目标材料制成的第二目标TA2的第二溅射源Q2。在示例中第一目标TA1可由铝制成并且第二目标TA2可由铬组成。根据本专利技术的第一实施方式以1:1的比例的氩和氮气引入先前抽成真空的涂装室中。因此目标表面承受相同反应和惰性气体部分压力。在脉冲中的位于在目标上的功率密度固定在1000W/cm2上。脉冲持续时间(t1，t2)个别地每目标如此固定，使得工作点分别位于过渡区域中。填充系数D，也就是脉冲持续时间和重复间隔(=从目标上脉冲的开始到相同目标上下个脉冲的开始的时间间隔)之间的比例对于两个目标相同选择。因此得到位于目标上的不同平均功率。由于高功率密度导致雾化的材料的高离子化的部分。如果在要涂装的衬底上安放负偏置，则这导致密的平的层。根据本专利技术的第二实施方式，与根据第一实施例不同，位于在目标上的功率密度和/或填充系数个别地调整。如本领域技术人员不难想到的，在根据本专利技术的方法的情况下受控地提供具有预定的脉冲轮廓的较高功率密度的脉冲的可能性起了重要作用。只要功率源允许，目标上的脉冲可以完全与各个其他目标无关地设置。在对每个目标分配单独功率源时，这尤其是如此。对此可以使用在脉冲持续时间期间将其功率输送到各自分配的目标的高功率的DC-发电机，在剩余时间将其功率输送到所谓的的功率沉降(在下面称为伪负载)。到伪负载的功率输送尤其在功率输送的开始时有意义，因为这个依照由发电机确定的结构特性。多个发电机的使用具有该缺点，大部分的功率（即对准伪负载的部分）绝对未利用。根据新方法对此例如可以使用高功率的DC发电机，该发电机的功率借助于开关顺序地并且优选不中断功率输送地在不同目标上施加。在脉冲间隔的结束然后功率简单地切换目标。还可以有意义的是开始和/或中间时间地还切换到目标备件(伪负载)。但是通过顺序地安置多个目标来非常大减少伪负载上的功率损耗。如果目标与功率脉冲顺序安置，则根据特别优选实施方式存在该可能位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于借助于雾化目标材料涂装衬底的方法，其中包括下列步骤：‑在涂装室中以功率脉冲施加由第一材料制成的第一溅射目标，借助于所述功率脉冲在第一时间间隔期间将第一能量量传递到溅射目标上，其中对此最大功率密度超过50W/cm2并且优选超过500W/cm2‑在所述涂装室中以功率脉冲施加与第一材料不同的第二材料制成的第二溅射目标，借助于所述功率脉冲在第二时间间隔期间将第二能量量传递到溅射目标上，其中在此最大功率密度超过50W/cm2并且优选超过500W/cm2其特征在于，第一能量量与第二能量量不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.10 DE 102012013577.71. 一种用于借助于雾化目标材料涂装衬底的方法，其中包括下列步骤：
-在涂装室中以功率脉冲施加由第一材料制成的第一溅射目标，借助于所述功率脉冲在第一时间间隔期间将第一能量量传递到溅射目标上，其中对此最大功率密度超过50W/cm2并且优选超过500W/cm2-在所述涂装室中以功率脉冲施加与第一材料不同的第二材料制成的第二溅射目标，借助于所述功率脉冲在第二时间间隔期间将第二能量量传递到溅射目标上，其中在此最大功率密度超过50W/cm2并且优选超过500W/cm2其特征在于，第一能量量与第二能量量不同。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二时间间隔选择成比第一时间间隔更长。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一和第二时间间隔在...

【专利技术属性】
技术研发人员：S克拉斯尼策尔，D库拉波夫，
申请(专利权)人：欧瑞康贸易股份公司特吕巴赫，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH