涂層源及其生產方法

專利名稱：涂層源及其生產方法
技術領域：
本發明涉及用于物理氣相沉積的涂層源以及此種涂層源的生產方法。
背景技術：
物理氣相沉積法在用于生產多個變化很大的層的技術中大量使用。應用從用于多種變化很大的襯底材料的耐磨且抗腐蝕涂層的生產一直到有涂層的材料復合物的生產，尤其是在半導體以及電子產業中。由于此廣泛應用范圍，必須沉積各種涂層材料。
在物理氣相沉積中使用各種技術，例如氣相沉積、陰極濺射(濺射沉積)，或電弧氣相沉積(陰極電弧沉積或電弧源氣相沉積技術)。
在濺射沉積法中，借助于例如氬等工作氣體來在腔室中產生等離子體。工作氣體的離子朝由涂層材料形成的標靶加速并且將涂層材料的微粒從標靶撞出，這些微粒變成氣相并且由此沉積在待涂布的襯底上。在濺射沉積法中已知在標靶的作用表面上形成磁場以促進所述過程。磁場提高了標靶的作用表面附近的等離子體密度，并且因此導致對涂層材料的燒蝕增加。此種方法被稱為磁控陰極濺射(磁控濺射沉積)。
EP 1744347A1描述了一種用于磁控濺射沉積的標靶，其中為了允許鐵磁涂層材料濺射，將磁體布置在標靶的后側以放大穿過標靶的作用表面的磁場。描述了通過將磁體壓在鉆孔中或者通過借助于已知的結合技術將磁體結合在鉆孔中來將磁體布置在標靶中的情況。
陰極電弧沉積法從根本上不同于上述的濺射沉積法。陰極電弧沉積尤其用于工具和機器零件的碳化物涂層以及用于裝潢應用領域中的層。在陰極電弧沉積中，利用電弧放電，所述電弧放電是在作為標靶、陰極以及陽極提供的涂層材料之間點燃。所得的高電流低電壓電弧(下文為電弧)經由陰極的自由電荷載流子以及較高的分壓力來產生自身，使得甚至在高度真空下電弧放電也能維持。取決于所用技術的設計，電弧的位置在陰極的表面上或多或少隨機地(所謂的隨機電弧技術)移動或者以受控方式(所謂的操控電弧技術) 移動，標靶表面中的高能量引入發生在極小的區域中(在所謂的點中)。此高能量引入局部導致標靶表面處涂層材料的汽化。點的區域由涂層材料的液滴、涂層材料蒸汽以及涂層材料的所產生離子組成。標靶只在極小的區域中轉變成熔融狀態，并且因此可以在任何位置中作為具有相對較高涂布率的氣相沉積源來操作。涂層材料蒸汽的離子化對由沉積在待涂布的襯底上的涂層材料制成的層的所得性質很重要。在涂層材料具有高蒸汽壓力的情況下，通常大約25 %的蒸汽微粒處于電離狀態，而在涂層材料具有低蒸汽壓力的情況下，通常在50%與100%之間的蒸汽微粒處于電離狀態。因此，在設備中不需要額外的離子化裝置也能進行反應性離子電鍍。陰極電弧沉積技術中的基本參數是電弧電壓以及電弧電流，所述電弧電壓以及電弧電流受到其他參數的影響，這些參數具體是例如標靶的材料、所提供的反應性氣體，以及所給出的工作壓力。例如，陰極電弧沉積中典型的操作條件是在15V與 30V之間的電弧電壓以及在50A與150A之間的電弧電流。
在陰極電弧沉積中，電弧在標靶表面上的移動速度決定了對應點中熔融材料的量。這個速度越低，從點離開朝待涂布的襯底加速的涂層材料的量就越大。低速度因此導致了在襯底上的層生長中非所要的噴霧或大微粒。所實現的電弧移動速度是隨標靶的涂層材料而變。涂層材料的電導率減少會導致電弧速度減小。如果標靶表面上的電弧速度過低，即，停留在一個點上的時間過長，那么結果是標靶的局部熱過載以及非所要的噴霧或大微粒對襯底上的層生長的強度污染。標靶過早不能用也可能是由表面上肉眼可見的熔化區域引起。
電弧位置的速度并且因此點大小可能受到磁場影響。磁場強度越高，電弧移動得越快。在用于陰極電弧沉積的設備中，已知在用于標靶的冷支撐件之后設置電磁體或永久磁體以便影響電弧的速度。
DE 4329155A1描述了一種用于電弧放電汽化器的磁場陰極，所述磁場陰極具有線圈布置以及布置在標靶中心的永久磁體以便實現對標靶材料更均勻的侵蝕。發明內容
本發明的目標是提供一種用于物理氣相沉積的涂層源以及其生產方法，使用所述涂層源以及其生產方法，分別在磁控濺射沉積中實現穩定的涂布工藝或在陰極電弧沉積中實現對電弧速度的良好控制，并且同時可以實現到涂布設備的冷支撐件的最好的可能熱耦合、用很少工作步驟有效地生產涂層源，以及將鐵磁材料以幾乎任意的幾何形狀在空間上布置成接近于標靶的作用表面，甚至材料很難才能進行機械加工或根本不能進行機械加工也是如此，并且污染物經由涂層源引入到涂布設備中的風險也降至最低。
這個目標是通過根據權利要求I的用于物理氣相沉積的涂層源來實現。在從屬權利要求中指明了有利的改進。
所述用于物理氣相沉積的涂層源具有在粉末冶金生產過程中由至少一種粉狀起始材料制成的至少一個組件以及嵌入在所述組件中的至少一個鐵磁區域。所述至少一個鐵磁區域是在粉末冶金生產過程期間被引入并且并在所述組件中。
可以設置一個相連鐵磁區域或多個鐵磁區域。鐵磁被視為表示這個區域(或這些區域)的導磁系數>> I。所述至少一個鐵磁區域可以設計為一個永久磁體，或者可以設置一個或多個永久磁區域和/或一個或多個非磁化區域。所述至少一個鐵磁區域可以具有鐵磁粉末，例如，所述鐵磁粉末是在用于涂層源的生產過程期間以粉末狀引入的。替代地或除此之外，所述至少一個鐵磁區域也可以(例如)具有在生產過程期間引入的一個或多個肉眼可見的鐵磁體。涂層源的至少一個組件可以(例如)由實際標靶，即，涂層源的待汽化的涂層材料，來形成。然而，所述至少一個組件也可以(例如)由用不同材料制成的背板形成， 所述背板固定地連接到標靶，用于實現到涂布設備中的冷支撐件的熱耦合。在實際標靶是可卸除式地系固在底座上的涂層源的構造中，所述至少一個組件也可以(例如)由所述底座形成，其中所述底座是設計成用于將標靶連接到涂布設備的冷支撐件。例如，分別地，鐵磁區域可以形成在標靶中并且也形成在背板中，或者形成在標靶中并且也形成在底座中。 在所有這些情況中，所述至少一個鐵磁區域按某方式布置，使得其在操作中布置在涂布設備的冷支撐件與標靶的作用表面之間。由于這種布置，可以實現一種磁場幾何形狀，其在極接近于標靶的作用表面處起作用，使得在標靶的近表面區域中，可以提供高的磁場密度。因此提供了獨立于所使用的涂布設備的磁場系統，可以針對相應的涂層材料以及所應用的工藝來對所述磁場系統進行調適以及優化。此外，照這樣，可以按照選定的方式來遮蔽標靶表面的限定區域。可以避免在陰極電弧沉積期間過熱以及由此導致的涂層材料噴霧噴出增加造成的損害。
在此上下文中，嵌入在組件中表示固定地連接到組件。所述至少一個鐵磁區域在粉末冶金生產過程期間被引入到組件中并且固定地連接到組件，即，所述至少一個鐵磁區域已在粉末冶金生產過程期間與組件一起進行加工，使得所述至少一個鐵磁區域永久地連接到組件的剩余部分。
由于鐵磁區域直接嵌入在涂層源的組件中，因此鐵磁區域在涂層源的操作中位于標靶的作用表面附近，并且因此可以確保在磁控濺射沉積期間的穩定涂布工藝或在陰極電弧沉積期間對電弧速度的良好控制。所述至少一個鐵磁區域可以與組件一起被按壓、鍛造、 熱等靜壓、碾壓、熱壓，和/或燒結。由于所述至少一個鐵磁區域是在粉末冶金生產過程期間被引入到組件中并且通過這個過程固定地連接到組件，因此所述至少一個鐵磁區域可以連接到組件并且之間無間隙和空穴，使得實施了到涂布設備的冷支撐件的良好導熱性。具體來說，照這樣，在組件中不會形成阻斷從標靶表面到冷支撐件的未擾動熱流的空穴。此外，通過在粉末冶金生產過程中引入，例如，可以嵌入具有幾乎任意幾何形狀的鐵磁區域， 并且這些鐵磁區域可以被組件的材料完全圍住。引入到組件中這個操作可以獨立于組件的材料來執行，使得一個或多個鐵磁區域也可以布置在很難才能進行機械再加工或根本不能進行機械再加工的組件中。此外，也可以節省成本地以及用很少生產步驟來生產在至少一個組件中具有至少一個鐵磁區域的涂層源，這是因為不必機械制造出用于鐵磁區域的凹座，并且在組件的生產之后不必在另一個步驟中引入鐵磁區域。通過在粉末冶金生產過程期間引入并且并入至少一個鐵磁區域，也可以提供呈現本身就封閉的形式的涂層源，其中不存在可能會聚集污染物的空穴，所述污染物在涂布工藝期間可能會導致真空惡化或對生長層的非所要污染。具體來說，以下合金可以用作鐵磁材料NdFeB、SmCo, AlNiCo, SrFe, BaFe, Fe, Co 以及 Ni。
根據一個實施例，所述至少一個鐵磁區域具有由在粉末冶金生產過程中以粉末狀引入的鐵磁材料制成的至少一個區域。在這種情況下，可以使用簡單的方式在組件中設置幾何形狀變化很大的多個鐵磁區域。此外，例如，可以使用簡單的方式來提供具有鐵磁材料的不同組合物的多個鐵磁區域，使得在標靶的作用表面上實現的磁場可以按照目標方式成形。例如，使用簡單的方式，也可以提供位置隨鐵磁材料的組合物變化的至少一個鐵磁區域。例如，所述至少一個鐵磁區域也可以只具有以粉末狀引入的鐵磁材料。在這種情況下， 特別簡單的生產成為可能。
根據一個實施例，所述至少一個鐵磁區域具有至少一個永久磁區域。所述永久磁區域可以(例如)通過引入先前磁化了的肉眼可見的磁體來形成，或者，也可以(例如)在組件的生產期間或之后對嵌入在組件中的區域進行磁化。
根據一個實施例，所述至少一個鐵磁區域具有在粉末冶金生產過程中引入的至少一個鐵磁體。通過引入一個或多個肉眼可見的鐵磁體，可以非常精確地影響所實現的磁場， 尤其是在磁化(永久磁)體的情況下。具體來說，例如，可以引入磁化定向不同的多個永久磁體。
根據一個實施例，涂層源具有標靶，并且至少一個鐵磁區域布置在標靶中。在此上下文中，標靶被視為是由用作涂層材料的材料制成的涂層源的區域，這個區域在應用期間會被侵蝕。在這個實施例中，所述至少一個鐵磁區域可以設置成極接近于標靶的作用表面， 使得甚至是成問題的涂層材料也可以按受控方式來汽化。這個實施例也可以特別用在標靶是直接連接(沒有其他的中間結構)到涂布設備的冷支撐件的情況下。
根據一個實施例，涂層源具有標靶以及背板，所述背板固定地連接到標靶，用于實現到涂布設備的冷支撐件的熱耦合，并且所述至少一個鐵磁區域布置在標靶和/或背板中。在此種布置中，所述至少一個鐵磁區域可以因此形成在標靶中、在背板中，或在這兩者中。此外，可以在標靶以及背板中形成各種鐵磁區域。具有標靶以及固定地連接到標靶的背板的實施例可以尤其適用在以下情況下假若涂層材料具有相當低的熱導率并且因此由于所得的過熱危害而不能提供為具有大厚度的標靶，但是在涂布設備中要求從冷支撐件到標靶的作用表面的較高的總高度。標靶以及背板可以(例如)通過在共同的粉末冶金過程中由不同材料生產而制成。例如，標靶可以由任選地具有其他組份(尤其是Cr、B、C或Si) 的TiAl形成，并且背板可以由Al或Cu形成。例如，標靶以及背板的材料可以在生產過程中以粉末狀彼此層疊，并且隨后共同壓實和/或鍛造。然而，例如，也有可能是(例如)標靶與背板通過用銦結合或以類似方式而彼此固定地連接。
根據一個實施例，涂層源具有標靶以及底座，所述底座可卸除式地連接到標靶，用于將標靶連接到涂布設備的冷支撐件，并且至少一個鐵磁區域布置在底座中。例如，這種布置可以用在以下情況下假若僅相對較薄的標靶是有利的，但是在涂布設備中必須實施從冷支撐 件到標靶的作用表面的相對較高的總高度。標靶與底座可以(例如)經由機械系固件而彼此可卸除式地連接。在這個實施例中，可以轉而獨立于設備并且以標靶特定的方式通過在底座中布置至少一個鐵磁區域來提供磁場。可以節省成本地提供具有或不具有鐵磁區域的可更換標靶。
根據一個實施例，涂層源是磁控濺射沉積涂層源。在這種情況下，在標靶的作用表面附近的至少一個鐵磁區域可以用于按照目標方式控制作用表面上的濺射工藝。
根據一個實施例，涂層源是陰極電弧沉積涂層源。在這種情況下，在標靶的作用表面附近的至少一個鐵磁區域可以用于控制電弧在表面上的移動。可以按照選擇性方式來設置移動或燒蝕樣式，可以按照選擇性方式來減少或防止在涂層源中部電弧的衰縮，并且可以造成電弧到涂層源的所要區域上的受控磁感應移置。
所述目標也通過根據權利要求10的用于生產用于物理氣相沉積的涂層源的方法來實現。在從屬權利要求中指明了有利的改進。
所述方法具有以下步驟將用于所述涂層源的至少一個組件的至少一種粉狀起始材料放入模子中；將鐵磁粉末和/或至少一個鐵磁體引入到所述模子中，使得其布置在所述粉狀起始材料的至少一個區域中；以及壓實如此形成的組件。照這樣，實現了上文參考涂層源所描述的優點。具體來說，使用所述方法，可以使用簡單的方式并且用很少的方法步驟來在標靶的作用表面附近實施鐵磁區域，甚至在材料很難才能進行機械加工或根本不能進行機械加工的情況下也是如此。因此，可以使用簡單的方式以及以幾乎任意的幾何形狀來將一個或多個鐵磁區域嵌入在組件的材料中，并且也可以使用簡單的方式來完全圍住這些區域，例如，用材料圍住。對于多種變化很大的材料，這是可能的。同樣地，例如，一個鐵磁區域或多個鐵磁區域可以布置在標靶和/或固定地連接到標靶的背板和/或底座中。例如，可以先將用于組件的粉狀起始材料放入模子中，再分別放入鐵磁粉末或至少一個鐵磁體。然而，也可以先分別將鐵磁粉末或至少一個鐵磁體引入模子中，再引入粉狀起始材料。除了壓實之外，也可以執行所形成組件的成形。
根據一個實施例，所述引入是至少在起始材料的一個區域中執行，所述起始材料形成了涂層源中的標靶。根據另一個實施例，所述引入是至少在起始材料的一個區域中執行，所述起始材料形成了涂層源中的背板，所述背板固定地連接到標靶，用于實現到涂布設備的冷支撐件的熱耦合。根據另一個實施例，所述引入是在起始材料的一個區域中執行，所述起始材料形成了涂層源中的底座，所述底座可卸除式地連接到標靶，用于將標靶連接到涂布設備的冷支撐件。


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圖從以下參看附圖對示范性實施例的描述可以明了其他的優點以及改進。 I示意性地示出了根據第一實施例的涂層源的俯視圖 2示意性地示出了根據第一實施例的涂層源的一個實例的橫截面 3示意性地示出了根據第一實施例的涂層源的第二實例的橫截面 4示意性地示出了根據第一實施例的涂層源的第三實例的橫截面 5示意性地示出了根據第一實施例的涂層源的第四實例的橫截面 6示意性地示出了根據第二實施例的涂層源的第一實例的橫截面 7示意性地示出了根據第二實施例的涂層源的第二實例的橫截面 8示意性地示出了具有標靶以及底座的涂層源的俯視圖 9示意性地示出了具有底座的涂層源的橫截面 10示意性地示出了具有底座的另一個涂層源的橫截面 11示出了用以說明涂層源的生產方法的示意性框圖具體實施方式
第一實施例
下文參看圖I到圖5描述第一實施例。在所示實施例中，對于陰極電弧沉積法，涂層源I由標靶2形成。在這個實施例中，標靶2是設計成直接系固到涂布設備的冷支撐件上。雖然在圖I中示出了具有圓形截面的涂層源1，但是例如橢圓形、矩形等其他形狀也是可能的。這情況也適用于下文所述的其他實施例以及其修改。雖然在本情況中僅描述了涂層源I是分別針對陰極電弧沉積而設計的實施例以及修改，但是也可以分別針對磁控濺射沉積來設計涂層源。
標靶2具有作用表面3，在涂布工藝期間，作用表面3上的標靶2材料被侵蝕。在所示實施例中，標靶2在背向作用表面3的后側中具有孔4，用于系固在涂布設備的冷支撐件上。然而，也可以提供在冷支撐件上的另一種類型的系固。在圖2所示實施例中，涂層源 I完全由在涂布法期間會汽化的涂層材料形成，使得標靶2形成了涂層源I的單個組件。標靶2是在粉末冶金生產過程中由至少一種起始材料形成。例如，標靶2可以由一種粉狀起始材料或由各種粉狀起始材料構成的混合物形成。
在第一實施例中，在標靶2的材料中嵌入至少一個鐵磁區域。在圖2所示實例中，在標靶2的材料中形成了兩個鐵磁區域5a以及5b。在圖2的實例中，鐵磁區域5a以及5b 是由兩個肉眼可見的永久磁體形成，這兩個磁體被嵌入在標靶2的材料中。鐵磁區域5a以及5b是在用于將標靶2制成粉末起始材料的粉末冶金生產過程期間引入的并且連接到標革巴2的材料。鐵磁區域與粉末起始材料一起壓實并且成形，使得鐵磁區域永久地連接到標靶2的材料。雖然在圖2中作為實例示出了兩個此類磁體，但是也可以引入僅一個此類磁體或兩個以上的此類磁體。所引入的磁體可以具有其他任意形狀。
圖3示出了根據第一實施例的涂層源I的第二實例。第二實例與基于圖2描述的實例不同，不同之處在于至少一個鐵磁區域6不是由所引入的肉眼可見的磁體形成，而是由引入到標祀2的起始材料中的鐵磁粉末形成。鐵磁粉末是在用于將標祀2制成粉末起始材料的粉末冶金生產過程期間引入的并且如在第一實例中通過共同處理而連接到標靶2 的材料。雖然在圖3中示出了特定軛狀形狀的鐵磁區域6，但是許多其他布置也是可能的。 同樣地，可以形成單個鐵磁區域6或多個鐵磁區域。
圖4示出了根據第一實施例的涂層源I的第三實例。在第三實例中，提供了由所引入的肉眼可見的磁體形成的鐵磁區域5a以及5b，并且也提供了由所引入的鐵磁粉末形成的鐵磁區域6。因此，這是第一實例與第二實例的組合。圖5示出了另一個實例，所述實例與 圖4所示的實例的不同之處在于由鐵磁粉末形成的鐵磁區域6的形狀。
在第一實施例中，涂層源I因此具有一標靶2，所述標靶是設計成用于直接連接到涂布設備的待冷卻的支撐件。在標靶2中形成了一個或多個鐵磁區域5a、5b、6，這些鐵磁區域分別由在粉末冶金生產過程期間弓I入的鐵磁體或鐵磁粉末形成。所述鐵磁區域可以設計為永久磁體，例如通過所引入的永久磁體或者通過在外部磁場中將鐵磁粉末冷卻到居里溫度以下。
在下文將參看圖11描述用于生產根據第一實施例的涂層源I的方法。
在步驟SI中，將用于標靶2的粉末起始材料(一種或多種粉末)引入到模子中。 在步驟S2中，將至少一個鐵磁區域5a、5b和/或6引入到粉末起始材料中。這個過程可以 (例如)通過引入至少一個肉眼可見的鐵磁體或通過引入鐵磁粉末來執行。在步驟S3中， 將粉末起始材料與所引入的鐵磁區域一起壓實，并且任選地進行成形。這個過程可以(例如)通過在壓床中在高壓下按壓并且隨后進行鍛造來執行。例如，也可以通過碾壓、熱等靜壓(hipping)、熱壓等執行按壓。請注意，例如，方法步驟SI和S2也可以按相反順序施行。
雖然在圖2到圖5中鐵磁區域5a、5b、6是分別位于標靶2的材料的邊緣上，但是它們也可以(例如)形成為四周被標靶2的材料圍住。對于提供了由所引入的鐵磁粉末形成的鐵磁區域并且也提供了由所引入的鐵磁體形成的鐵磁區域的情況，由所引入的粉末形成的區域可以相對于由鐵磁體形成的區域以任意布置來形成。具體來說，例如，與由所引入的鐵磁體形成的區域相比，由所引入的鐵磁粉末形成的區域可以形成在離標靶的作用表面較近或較遠處。
第二實施例
下文參看圖6以及圖7描述第二實施例。為免贅述，只描述與第一實施例的差異， 并且相同的元件符號用于對應的組件。
在第二實施例中，涂層源I具有標靶2以及固定地連接到標靶2的背板7作為組件，其中標靶2具有作用表面3。背板7是設計成用于系固在涂布設備的冷支撐件上，這個9系固可以(例如)通過孔4來實現，作為實例示出。背板7被設計成用于提供標靶2到冷支撐件的良好熱耦合，以便確保標靶2的散熱良好。在示范性實施例中，標靶2以及背板7 是在共同的粉末冶金生產過程中由粉末起始材料制成。例如，標靶2的材料可以是具有低熱導率的涂層材料，例如任選地具有其他組份的TixAly，而背板7的材料可以是具有高熱導率的材料，例如Al或Cu。例如，涂層源I的兩個組件，即標靶2與背板7之間的固定連接可以形成的原因是用于標靶2的粉末起始材料與用于背板的粉末起始材料是在共用的模子中彼此層疊并且壓實，而且隨后任選地進行鍛造、熱等靜壓、碾壓、熱壓和/或燒結。
在第二實施例中，在標靶2和/或背板7中嵌入至少一個鐵磁區域。可以在標靶 2中形成一個或多個鐵磁區域，可以在背板7中形成一個或多個鐵磁區域，或可以分別在標靶2以及背板7中形成一個或多個鐵磁區域。同樣地，各鐵磁區域可以(例如)由所引入的肉眼可見的磁體或所引入的鐵磁粉末形成。各鐵磁區域已與標靶2和/或背板7的粉末起始材料一起壓實并且成形，使得它們永久地結合到標靶2和/或背板7的材料。同樣地， 一個或多個鐵磁區域可以設計為永久磁體。在下文描述這多個不同的可能實施方案的兩個實例。
在圖6所示實例中，在背板7中嵌入了兩個鐵磁區域5a以及5b。這兩個鐵磁區域5a以及5b是由肉眼可見的永久磁體形成，所述永久磁體是在使用背板7的起始材料的粉末冶金生產過程期間引入到背板7的材料中并且固定地連接到背板7的材料。在圖7所示實例中，在涂層源I中另外提供了另一個鐵磁區域6。鐵磁區域6是由在粉末冶金生產過程期間引入到標靶2以及背板7的相應粉末起始材料中的鐵磁粉末形成。
在下文參看圖11簡短地描述用于生產根據第二實施例的涂層源的方法。
在步驟SI I中，將用于標靶2的粉末起始材料以及用于背板7的粉末起始材料相繼地放入模子中。例如，可以先引入用于背板7的起始材料，再引入用于標靶2的起始材料， 反過來也是一樣。在步驟S12中，通過將鐵磁粉末和/或至少一個鐵磁體引入到用于標靶2 和/或背板7的粉末起始材料的至少一個區域中，形成至少一個鐵磁區域5a、5b和/或6。 在后一個步驟S13中，將粉末起始材料與所引入的鐵磁區域一起壓實并且進行成形。同樣地，例如，在這種情況下，步驟Sll以及S12也可以按相反順序施行。
第三實施例
下文參看圖8到圖10描述第三實施例。同樣地，只描述與第一實施例以及第二實施例的差異，并且相同的元件符號用于對應的組件。
在第三實施例中，涂層源I具有標靶2以及用于標靶2的底座8作為組件，其中標靶2具有作用表面3。底座8是設計成用于可卸除式地收納標靶2并且將其系固在涂布設備的冷支撐件上。底座8是設計成用于確保標靶2到冷支撐件的良好熱耦合。同樣地， 到冷支撐件的連接可以(例如)通過孔4來實現，作為實例示出。在圖9所示實施例中， 底座8具有第一底座元件8a以及第二底座元件Sb，這兩個底座元件是設計成用于以貼形 (formfitting)方式固持標靶2。第一底座元件8a以及第二底座元件Sb可以(例如)經由螺紋8c彼此可卸除式地連接，從而以貼形方式圍住標靶2。
在第三實施例中，在底座8和/或標靶2中嵌入至少一個鐵磁區域。可以在標靶 2中形成一個或多個鐵磁區域，可以在底座8中形成一個或多個鐵磁區域，或可以分別在標靶2以及底座8中形成一個或多個鐵磁區域。同樣地，各鐵磁區域可以(例如)由所引入的肉眼可見的磁體或所引入的鐵磁粉末形成。各鐵磁區域已與標靶2的粉末起始材料和/ 或背板8的粉末起始材料一起壓實并且成形，使得它們永久地結合到標靶2和/或底座8 的材料。同樣地，一個或多個鐵磁區域可以設計為永久磁體。同樣地，在下文描述這多個不同的可能實施方案的兩個實例。
在圖9所示實例中，在底座8中，設置了由所嵌入的肉眼可見的永久磁體形成的兩個鐵磁區域5a以及5b，并且也設置了一個鐵磁區域6，鐵磁區域6是由在用于底座8的粉末冶金生產過程中以粉末狀引入的鐵磁粉末形成。在這個實例中，不在標靶2中設置鐵磁區域。在圖10所示的另一個實例中，在底座8中設置了由所嵌入的肉眼可見的永久磁體形成的兩個鐵磁區域5a以及5b，并且在標靶2中設置了另一個鐵磁區域6，鐵磁區域6是由在用于標靶2的粉末冶金生產過程中以粉末狀所引入的鐵磁粉末形成。
在涂層源I的生產方法期間，在一個步驟中，將用于底座8和/或標靶2的粉末起始材料填入到模子中。在另一個步驟中，通過將鐵磁粉末和/或至少一個鐵磁體引入到粉末起始材料的至少一個區域中，形成至少一個鐵磁區域5a、5b和/或6。在后一個步驟中， 將粉末起始材料與所引入的鐵磁區域一起壓實并且進行成形。
因此，已描述了一些實施例，使用這些實施例，在每一種情況下都可以在涂層源的標靶表面上提供極高的磁場密度。在陰極電弧沉積的情況下，照這樣，會實質上改善了在涂布工藝期間電弧的發火性以及穩定性。關于金屬標靶，照這樣，會使噴霧和小滴的噴出減少。關于由金屬陶瓷材料或陶瓷材料制成的標靶，由于能實現較高的電弧移動速度并且能按所要路徑操控所述移動并因此能操控涂層材料的侵蝕，因此在點中的局部能量引入減小，并且補償了由標靶材料的低電導率以及低耐熱沖擊性導致的缺點。所引入的鐵磁或磁組件可以按某方式布置，使得可以控制涂層材料的侵蝕過程或侵蝕分布。此外，使用所述布置，也使得可以借助于陰極電弧沉積來直接沉積鐵磁涂層材料。
一個磁區域或多個磁區域可以經過優化，例如，使得與在標靶的近表面區域中在涂布設備中提供的外部磁場協作，來高精確度地設置所要磁場。可以提供使用局部分辨率對設備側磁場的選擇性衰減和/或放大。例如，磁區域也可以按某方式形成，使得遮蔽特定區域使之免遭涂布工藝，這樣在其中不發生顯著侵蝕。此外，通過所述實施例，可以保護標靶的特定區域免遭毒化，因為(例如)通過選擇性形成所得磁場，避免了(例如)陶瓷氮化物或氧化物層對標靶的所非要涂布。在用于陰極電弧沉積工藝的涂層源中，標靶的作用表面上電弧的移動路徑可以是預定的。這允許(例如)使用分段標靶，所述分段標靶在各個區域中具有不同的材料組合物，用于沉積具有所要化學組合物的多個層。
具有標靶以及固定地連接的背板或具有標靶以及底座的涂層源的實施例也可以分別特別用在以下情況下假若標靶是由很難才能進行機械加工或根本不能進行機械加工的材料(例如，陶瓷)組成，使得隨后在標靶材料中引入螺紋孔或夾緊的步驟是不可能的。
權利要求
1.一種用于物理氣相沉積的涂層源(1)，其具有 至少一個組件(2 ;7 ;8)，所述至少一個組件是在粉末冶金生產過程中由至少一種粉狀起始材料制成，以及 至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)，所述至少一個鐵磁區域嵌入在所述組件中，其中所述至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)是在所述粉末冶金生產過程中被引入到所述組件(2 ;7 ；8)中并且固定地連接到所述組件。
2.根據權利要求I所述的涂層源，其特征在于，所述至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)具有由在所述粉末冶金生產過程中以粉末狀引入的鐵磁材料制成的至少一個區域(6)。
3.根據權利要求I或2中任一權利要求所述的涂層源，其特征在于，所述至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)包括至少一個永久磁體區域。
4.根據前述權利要求中任一權利要求所述的涂層源， 其特征在于，所述至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)包括在所述粉末冶金生產過程中引入的至少一個鐵磁體(5a、5b)。
5.根據前述權利要求中任一權利要求所述的涂層源， 其特征在于，所述涂層源(I)包括標靶(2)，并且所述至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)布置在所述標靶(2)中。
6.根據前述權利要求中任一權利要求所述的涂層源， 其特征在于，所述涂層源(I)包括標靶(2)以及背板(7)，所述背板(7)固定地連接到所述標靶，用于實現到涂布設備的冷支撐件的熱耦合，并且所述至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)布置在所述標靶(2)和/或所述背板(7)中。
7.根據前述權利要求I到5中任一權利要求所述的涂層源，其特征在于，所述涂層源(I)包括標靶(2)以及底座(8)，所述底座(8)可卸除式地連接到所述標靶，用于將所述標靶連接到涂布設備的冷支撐件，并且所述至少一個鐵磁區域(5a、5b、6)布置在所述底座(8)中。
8.根據前述權利要求中任一權利要求所述的涂層源， 其特征在于，所述涂層源(I)是磁控濺射沉積涂層源。
9.根據前述權利要求I到7中任一權利要求所述的涂層源，其特征在于，所述涂層源(I)是陰極電弧沉積涂層源。
10.一種用于生產用于物理氣相沉積的涂層源(I)的方法，具有以下步驟 將用于所述涂層源的至少一個組件(2 ;7 ；8)的至少一種粉狀起始材料放入模子中； 將鐵磁粉末(6)和/或至少一個鐵磁體(5a、5b)引入到所述模子中，使得其變成布置在所述粉狀起始材料的至少一個區域中；以及 壓實如此形成的所述組件。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述引入至少在所述起始材料的一個區域中執行，所述起始材料形成了所述涂層源(I)中的標靶(2)。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述引入至少在所述起始材料的一個區域中執行，所述起始材料形成了在所述涂層源(I)中的背板(7)，所述背板(7)固定地連接到標靶(2)，用于實現到涂布設備的冷支撐件的熱耦合。
13.根據權利要求10或11中任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述引入是在所述起始材料的區域中執行，所述起始材料形成了所述涂層源(I)中的底座(8)，所述底座(8)可卸除式地連接到 標靶(2)，用于將所述標靶(2)連接到涂布設備的冷支撐件。
全文摘要
提供一種用于物理氣相沉積的涂層源1，所述涂層源具有在粉末冶金生產過程中由至少一種粉狀起始材料制成的至少一個組件2；7以及嵌入在所述組件中的至少一個鐵磁區域5a、5b、6。所述至少一個鐵磁區域5a、5b、6是在所述粉末冶金生產過程中被引入到所述組件2；7中并且固定地連接到所述組件。
文檔編號B22F7/06GK102939403SQ201180019261
公開日2013年2月20日 申請日期2011年4月12日 優先權日2010年4月14日
發明者P·博爾西克, C·博爾車, M·貝利, S·席利西特勒, G·斯特勞斯 申請人:攀時歐洲公司