JP2002541335A

JP2002541335A - 矩形陰極アーク源およびアークスポットの指向方法

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Publication number: JP2002541335A
Application number: JP2000611303A
Authority: JP
Inventors: ゴロコフスキー、ウラジミール・アイ
Original assignee: ゴロコフスキー、ウラジミール・アイ
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: GB2368597A; DE10084452T1; JP4689843B2; DE10084452B3; WO2000062327A2; CA2268659C; GB0125844D0; AU762277B2; AU3950900A; GB2368597B; WO2000062327A3; CA2268659A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、矩形のターゲットの短側部に沿ってターゲットの後方に設けられた指向伝導体を有する指向磁界源と、ターゲットの長側部に沿ってターゲットの前方に設けられ磁界間でターゲットの対向する長側部で発生されたプラズマ流を制限する磁気集束システムとを備えたアークコーティング装置を提供する。プラズマ集束システムは陰極の作用軸線から離間してプラズマ流を偏向するために使用できる。各指向伝導体は、独立して制御できる。他の実施例において、電気的に独立した指向伝導体は、陰極プレートの対向する長側部に沿って設けられていて、一方の伝導体を通って流れる電流を偏向することにより、アークの経路が侵食回廊を広げるようにシフトする。本発明はまた、複数の内部陽極と、プラズマ流を偏向しプラズマの高イオン化レベルを維持する付加的な包囲陽極とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は、真空中でのコーティングの製造のための装置に関する。本発明は特
に、改良されたアークスポット走査とプラズマ集束（focusing）システムを提供
する矩形（rectangular）の陰極アーク源を有する真空アークコーティング装置
に関する。

【０００２】発明の背景多くのタイプの真空アークコーティング装置は、真空チャンバーにおいて陽極
と陰極との間に電気的アークが形成される陰極アーク源を利用している。アーク
は、陰極のターゲット面に陰極スポットを発生し、陰極材料をチャンバー内に蒸
発する。陰極の蒸発は、チャンバー内でプラズマのように分散し、１つまたはそ
れ以上の基板との接触に際して陰極材料で金属やセラミックのような基板をコー
ティングする。そのようなアークコーティング装置の例は、サブレブ（Sablev）
に１９７４年２月１９日に発行された米国特許第３，７９３，１７９号に述べら
れているが、ここで参照して取り込む。

【０００３】このタイプのアークコーティング装置は、大きな基板や複数の基板のコーティ
ング用に好都合であるが、それは、大きい容積のコーティングチャンバー内に蒸
発できる陰極の大きい表面領域による。しかしながら、このタイプの大きい表面
領域陰極アークコーティング装置において、陰極プレートのターゲット蒸発面の
大部分は、ある物理的原理を伴うアークスポットの走査パターンのために、ほと
んどが使用されない：１．アーク放電が、アーク回路の電圧降下を減少する方向へ移動しがちであり、
アークスポットがそのようにして、陽極の電流伝導体に最も接近したターゲット
面の領域に移りがちである。複数の電流伝導体が陰極を横切るところは、アーク
スポットを所望の蒸発ゾーンに戻して移動するための指向機構（steering mecha
nism）が全くないのでかなりの時間残る伝導体間の領域にアークスポットが時と
して移動（migrate）する。２．金属陰極の場合において、アークスポットは「反アンペア力（anti-ampere
force）」原理に従って逆行移動(retrograde motion)を伴い、陽極電流伝導体に
よって発生した同軸的磁力ラインに引き付けられる。３．例えば焼結陰極または黒鉛陰極のような溶融相を有していない材料から形成
された陰極の場合において、アークスポットは、「アンペア力（ampere force）
」原理に従って移動し、陽極電流伝導体によって発生した同軸的磁力ラインから
はねつけられる。４．アークスポットは、交差する磁界の接線成分(tangential component)が最強
である領域に引き付けられる。５．アークスポットは、磁力線(magnetic field line)と陰極ターゲット面との
間で、交差する点で鋭角の先端（apex）から離間して移動しがちである（「鋭角
」ルール）。

【０００４】これらの効果は、陰極プレートのターゲット面の利用可能な領域に関する制限
された侵食ゾーン(erosion zone)となり、陰極の寿命を減少し、陰極蒸発をコー
ティングチャンバー内に不均一な集束で分散する。金属の陰極プレートを使用している広い領域の陰極アークコーティング装置に
おいて、アークスポットの反アンペア移動と最低電圧降下を模索するアークの傾
向は、アークスポットを陽極伝導体の近傍に大きく制限するために組み合わし、
侵食ゾーンを、陽極伝導体を取り囲むターゲット面の領域に実質的に制限する。
これは結果として、陰極の蒸発が基板に均一なコーティングを施すために十分に
集束されるコーティングチャンバーの内側で非常に小さい領域となる。しかしな
がら、所望のコーティング材料が侵食ゾーンにのみ設けられているので、陰極プ
レートを構築することは可能ではなく、アークスポットが時として侵食ゾーンの
外側に留まるので、また、ターゲット面が選択されたコーティング材料で完全に
構成されていない場合、所望の侵食ゾーンの外側からの陰極蒸発は、基板のコー
ティングを汚染するであろう。

【０００５】溶融相を有していない材料から形成された陰極プレートの場合において、陽極
伝導体の領域から離間するアークスポットのアンペア方向への移動の傾向は、最
低電圧降下の領域に向かって定着（settle）するためのアーク放電の傾向によっ
て対向される。これらの場合において、アークスポットは、陰極のターゲット面
上を混乱して移動しがちであり、陰極蒸発はそれ故、ランダムな位置に分散し、
コーティングチャンバー内に非均一な集束をし、基板の均一なコーティングの現
れはありそうもない。このランダムな移動はまた、陰極のターゲット面から離間
してアークスポットを移動するようにし、例えば、側端部のような陰極プレート
の非ターゲット部の望ましくない侵食を引き起こす。

【０００６】ここで参照して取り込むモリソン（Morrison）に１９８４年５月１５日に発行
された米国特許第４，４４８，６５９号は、陰極蒸発を生成するための大きいタ
ーゲット面を持ったプレートの形状の陰極を有するアークコーティング装置を開
示している。磁気的に透過可能な材料で構成された制限リング（confinement ri
ng）は、アークスポットをターゲット面に制限するために陰極を取り囲んでいる
。そのようなプラズマ源は、大きくて長い物体のコーティング生成用に使用する
ことができるが、次のような欠点を有している：１．最初、保護リング上の陰極スポットの存在の可能性が低いのにもかかわらず
、陰極蒸発の時間超過はリングをコーティングし、陰極スポットが増加した周波
数を持ってリングに生成される。これは、リング材料によるコーティングの汚染
となり、最終的にはリングの損失となる。２．自己指向陰極アーク源において、陰極のターゲット面の近傍に外部磁界を使
用することは可能でない。それ故、そのような装置において、陰極の作用面に集
束磁界の影響が不規則にまた不均一に陰極スポットの分配をするように、プラズ
マ集束磁界を使用することは可能ではない。アークプラズマ流を集束するかまた
は偏向するための外部磁界は、陰極と陽極電流伝導体によって発生した自己維持
磁界を持って干渉し、陰極スポットの自己指向特徴を瓦解する。しかしながら、
磁気集束がないと、基板の領域それ故基板コーティングにおける中性成分の内容
（マクロ粒子、クラスター（cluster）および中性原子）が増加するので、コー
ティングプロセスの効率を減少し、基板コーティングの品質を損ねる。３．プラズマ源のこのタイプにおける陰極は、蒸発溶解によって急速に凹面にな
り、その有効寿命はそれ故比較的短い。さらに、陰極の蒸発面が比較的短い時間
で凹状になるので、そのような設計において高電圧パルススパーク点火装置を使
用することが特にできないので、比較的低い作用信頼性と安定性のために、機械
的点火装置が使用されなければならない。４．制限リングは、アークスポットがターゲット面の外へ迷うことから阻止する
ので、アークスポットが、金属陽極の場合の陽極伝導体に向かって移動するか、
または、非金属陰極の場合にターゲット面を越えて混沌として移動する傾向に影
響を及ぼさない。

【０００７】したがって、自己指向（self steering）アークプラズマ源は、ターゲット面
を影響がないように使用する傾向があり、それゆえ陰極は比較的短い有用寿命を
有する。ターゲット面の侵食効率は、ターゲット面の周りで選択された経路に沿ってア
ークスポットを指向するために、アークスポットの集束システムを設けることに
よって改良される。これは、コーティングが起きるコーティングチャンバー内の
領域の寸法を増加する。

【０００８】例えば、陰極スポットの走査パターンは、陰極のターゲット面の下方に配置さ
れた閉成ループ（closed-loop）磁界源を設けることによって制御することがで
き、これは、ここで参照して取り込むモリソン（Morrison）に１９８８年２月９
日に発行された米国特許第４，７２４，０５８号に類似した方法である。磁界源
は、磁界の方向に実質的に垂直な選択された方向に磁界を確立し、それによって
ターゲット面のより有効な蒸発を提供する。この試みは、それによって横断する
磁界の接線成分が最も強い領域にアークスポットが引き付けられるアークスポッ
ト移動理論に基づいている。しかしながら、このタイプのコーティング装置は、磁界の接線成分が最も強い
領域に滞留ゾーン（stagnation zone）を生成するので、これは依然として陰極
のターゲット面の侵食に利用可能な領域を非常に制限する。陰極スポットは、侵
食ゾーンの周りに後退経路を追跡し、狭い侵食回廊をターゲット面に生成して、
結局滞留ゾーンに定着する。これは、基板へのコーティングの均一性を制限し、
陰極の作業寿命を減少する。

【０００９】ここで参照して取り込むウェルティ（Welty）に１９９９年１２月７日に発行
された米国特許第５，９９７，７０５号は、矩形の陰極プレートを教示していて
、蒸発面が陰極プレートの終端部に設けられていて、陰極プレートの対向する面
の上方に設けられた陰極シールドによってアークスポットが蒸発面に制限される
。陰極プレートの周りに設けられた偏向電極は、プラズマ流を陰極プレートの面
に平行に２つの方向へ向ける。この装置において、基板は、陰極プレートの端部の周りを取り囲んでいなけれ
ばならず、また、陰極プレートは装置の空間のほとんどを閉める。このようにし
て、多くの基板をコーティングするために、陰極プレート、それゆえ装置それ自
体は非常に大きくなければならない。同様に、この装置のろ過が粗末であり、基
板が陰極の蒸発に伴う小滴と微粒子に直接曝されている。

【００１０】偏向電極は、ここで参照して取り込むウェルティ（Welty）に１９９８年１１
月２４日に発行された米国特許第５，８４０，１６３号に述べられている。この
特許は、矩形の真空アークプラズマ源を教示していて、偏向電極がプラズマダク
ト内に設けられていて、陽極に関して電気的に浮動的（floating）か、確実にバ
イアスされているかのいずれかである。しかしながら、この装置は、矩形の源の
アークスポットが陰極の端部に到達する場合に、アークスポットを陰極の他方の
側に移動するために磁界の極性を切り替えるセンサーが必要である。これは、磁
界がゼロになる望ましくない期間の結果となり、アークはそれゆえ連続的ではな
く、この期間中に制御されない。従って、「擬似乱数（pseudo-random）」指向
方法は信頼可能なまたは再製造可能なコーティングを一貫して製造できない。

【００１１】ラマリンガム（Ramalingam）に発行された米国特許第４，６７３，４７７号は
、磁界源が磁力線をシフトし、ターゲット面の使用効率を増加するために移動で
きる。しかしながら、そのようなシステムのために要求される機械的適応は、実
用的に非常に複雑で高価な装置を作る。外部磁界が存在する所は、アークスポットが、磁力線と陰極のターゲット面と
の間の交差部で、鋭角の先端から離間して移りがちであることにしたがって、ア
ークスポットが「鋭角」ルールを引きつぐ。基本的な原理は、磁力線（force li
ne）が陰極の面を鋭角で交差する十分に強力な磁界(１００ガウス（Gauss）のオ
ーダーにおいて)の真空アークによって形成された陰極スポットは、磁界の接線
成分に垂直な反対(戻る)方向へ移動し、同時に角度の先端から離れて移動するこ
とである(例えば、ケシーフ・アイ・ジー（Kesaev I.G.）、ナウカ(Nauka)、１
９６８年の電気アークの陰極プロセス参照)。これは、アークスポットが、ター
ゲット面の上方に突出した磁界のアーク形状部の先端の下方に定着する結果とな
る。

【００１２】ここで参照して取り込むゴロコフスキィー（Gorokhovsky）に１９９６年１２
月２４日に発行された米国特許第５，５８７，２０７号は、閉成ループタイプの
直線状陽極の下方の陰極スポット構成が、図２９と３０に示された方向へその中
で向けられた磁力線を有する閉成ループの磁気コイルを形成するために、陽極を
包む伝導体によって集約されることができることを教示している。陰極の後方の
閉成ループ磁気指向コイルと、ターゲット蒸発面の前方の閉成ループ直線状陽極
都の両方を同じに使用すること（包囲磁気コイルと共にかまたはそれと共にでは
なく）は、アーク放電安定性および陰極スポット移動の協同的改良の結果となる
。陽極は、どのような所望のパターンにでも構成することができ、その構成は、
ターゲット面の周面によってのみ制限される。アークスポットは、横断磁界の影
響下において、陽極伝導体を通って流れる電流によって実質的に影響されないで
ターゲット面を走査する（炭素および関連する焼結材料の陰極の場合におけるア
ンペア方向において、または、金属陰極の場合における反アンペア方向において
）。

【００１３】この取り組みの欠点は、アークスポットが、時々、ターゲット面の選択された
侵食ゾーンから横断する磁界の強度が小さい他の部分に移動することであり、ま
た、アークスポットを所望の侵食ゾーンに戻すことが可能なことに何ら意味がな
いので、低い磁界領域において滞留するであろう。炭素をベースとした陰極プレ
ートの場合において、アークスポットの移動の速度が十分に遅い場合、アークス
ポットは、横断する磁界がゼロに近く、侵食ゾーンに戻らないようなどのような
滞留ゾーンにでも定着できる。

【００１４】ここで参照して取り込むゴロコフスキィー（Gorokhovsky）に１９９５年７月
２５日に発行された米国特許第５，４３５，９００号は、平行ペダル（parallel
ipedal）プラズマ案内部を取り囲んでいる偏向磁気システムを開示していて、偏
向伝導体がプラズマを基板ホルダーに強制する。しかしながら、この特許は、偏
向磁界の存在において矩形の陰極プレートの周りでアークスポットの磁気的指向
の問題を処置できない。

【００１５】発明の概要本発明は、ターゲット面の近傍に設けられ電気的に独立した複数の閉成ループ
指向伝導体（steering conductor）を有する指向磁界源を設けることによってこ
れらの欠点を克服する。好ましい実施例において、各指向伝導体は、他の指向伝
導体と独立して制御できる。指向伝導体は、陰極プレートのターゲット面の前方または後方に設けることが
できる。ターゲット面の前方に設けられた場合、指向磁力線はターゲット面と鈍
角で交差し、これは鋭角原理（acute angle principle）の移動制限効果を除去
し、アークスポットがターゲット面のより大きい領域にわたって移動することを
可能にし、それによって侵食ゾーンの寸法をさらに増加する。

【００１６】ターゲット面の前方に設けられた指向伝導体は集束伝導体（focusing conduct
or）のようにもまた用いられ、プラズマを制限し、それを基板の方向へ向ける。
これらの実施例において、陰極プレートの長側部に沿って設けられた対向する指
向伝導体／集束伝導体は、その中をプラズマが基板に向かって流れる磁気経路を
生成する磁気先端（magnetic cusp）を発生する。付加的な集束伝導体がプラズ
マダクトの下流に沿って設けられていて、好ましくは、プラズマダクトに沿って
連続的な磁界壁を生成するために、プラズマダクト内で重なり合う磁界を有して
いる。

【００１７】一方の指向伝導体を通る電流を増加することは、陰極プレートの対向する側に
沿った指向伝導体の磁界の強度に関して、その伝導体によって発生された磁界の
強度を増加し、陰極プレートの対向する側の磁界を横方向へシフトする。指向伝
導体電流の選択的アンバランスは、集束伝導体の磁気影響のためにこのようにし
て保証され、また、所望であれば、ターゲット面のより均一な侵食をこのように
して提供するための侵食ゾーン（erosion zone）の有効幅と、陰極蒸発が基板を
均一にコーティングするのに十分な集束部で分散されるコーティングチャンバー
内に比較的大きい領域とを増加できる。さらに他の実施例において、指向伝導体のグループは、陰極プレートの対向す
る側に沿って設けられている。各グループの一方の伝導体を通して電流を選択的
に適用することによって、アークスポットの経路は作動している指向伝導体によ
って規定された侵食回廊にシフトする。

【００１８】本発明はさらに、陰極スポットが、所望の侵食ゾーンの外側のターゲット蒸発
面の選択された領域内に移動するのを制限する手段を提供する。本発明は、これ
を、ターゲット蒸発面の１つまたはそれ以上の選択された領域上に設けられ、ア
ークスポットがシールドされた領域に形成されるかまたはその中に移動すること
から阻止する浮動電位（floating potential）のシールドを設けることによって
達成する。一つの好ましい実施例において、シールドは、陽極に隣接したターゲ
ット面の領域の直ぐ上方に、ターゲット面から離間して設けられている。蒸発ゾ
ーンは、このようにして、シールドを取り囲むターゲット面の領域に制限され、
陽極を陰極蒸発の付着物から保護し、コーティングされる基板にわたって陰極蒸
発のよりよい分配を提供し、比較的広いコーティング領域に渡ってより均一なコ
ーティングができる。

【００１９】シールドは、アークスポットを、陽極に関して最も低い電圧降下を呈する負の
伝導体が陰極を横断するどのような領域からでも離隔するのを維持する。大きな
陽極または複数の陽極が設けられた所において、そこは、ほとんどの蒸発物質が
基板へ流れるよりはむしろ陽極によって捕捉されるところで、シールドは、陽極
の下方に位置された陰極の領域内に移動することからアークスポットを抑制する
。

【００２０】さらに、シールドの存在は、陰極プレートのターゲット蒸発面が、例えば、所
望の侵食ゾーンにおいてチタンまたはプラチナのような高価なコーティング材料
と、侵食ゾーンの外側の鋼のような安価な材料のような、コーティング材料と陽
極材料との組合せで構築されることを可能にする。ターゲット面の鋼の部分は、
陰極スポット形成を阻止するためにまた、そのようにして高価なコーティング材
料の使用が最適であるのにコーティングの汚染を阻止するような、本発明の浮動
シールドによってシールドされる。

【００２１】磁気指向システムを使用したアークコーティング装置において、横断する磁界
が低い領域は、アークスポットがこれらの領域内に移動するのを排除し、所望の
侵食パターンを生成するために同様の方法でシールドされる。本発明のこの実施
例において、ターゲットは、ここで参照して取り込むモリソン（Morisson）に１
９８年２月９日に発行された米国特許第４，７２４，０５８号に開示された、マ
グネトロンタイプの磁気システムの極に配置される。ターゲット陰極の中心の周
りに配置された蒸発面の領域は、磁界の接線成分がアークスポットを制限するに
はあまりにも弱い所であり、アークスポットが、マグネトロンによって磁界間に
生成された滞留領域（stagnation area）内へ移動することから阻止する浮動シ
ールドによってシールドされる。本発明はさらに、コーティングチャンバーの対向する側に発生した磁界間のプ
ラズマの流れを制限する磁気集束システム(magnetic focusing system)を有する
。これは、早めの付着を回避するためにプラズマがハウジングの表面に接触する
のを阻止し、基板ホルダーの近傍でのプラズマの集束を増加する。

【００２２】さらに他の実施例において、プラズマ集束システムは、そうでなければ汚染を
構成するプラズマの中性成分を取り除くように、陰極の作用軸線から離れてプラ
ズマ流を偏向(deflect)するために使用できる。この実施例において、プラズマ
集束コイルは、プラズマの流れを曲がった経路に沿って基板ホルダーに向かって
偏向するために、陰極の作用軸線と次第に非対称になる関係に設けられている。

【００２３】本発明は、アーク電流源の陰極に接続された対向する長側部を有する矩形の陰
極プレートを備え、この陰極プレートが蒸発面を有していて、蒸発面とハウジン
グとによって規定され基板ホルダーを有するコーティングチャンバーを備え、コ
ーティングチャンバー内で蒸発面から離間され、電源の陽極に接続された少なく
とも１つの陽極を備え、陰極と陽極との間にアークを点火しターゲット蒸発面に
アークスポットを発生するアーク点火装置を備え、陰極プレートの短側部に沿っ
て蒸発面の後方に各設けられた少なくとも第１と第２の指向伝導体を有する磁気
集束システムを備え、第１の指向伝導体が第２の指向伝導体の電流の方向と反対
の方向へ電流を流し、第１と第２の指向伝導体が蒸発面の近傍に設けられていて
、それによって発生された磁界がアークスポットに磁気的影響を及ぼし、陰極プ
レートの対向する長側部に沿った蒸発面の前に配置された少なくとも第１と第２
の実質的に直線状の集束伝導体を有する磁気集束システムを備え、集束伝導体が
電流を対向する側に流し電気的に指向伝導体と独立していて、指向伝導体によっ
て発生された磁界と集束伝導体によって発生された磁界とが、プラズマを蒸発面
から離間しアークスポットを蒸発面の周りで所望の方向へ向けるために、蒸発面
の前方において同一方向に向けられる真空アークコーティング装置を提供する。

【００２４】本発明はさらに、長側部と短側部および前方蒸発面を有する矩形の陰極プレー
トの周りのアークスポットを指向する方法であって、ａ．蒸発面の前方で陰極プ
レートの第１の長側部に沿った第１の方向へ磁界を発生し、蒸発面の前方で第１
の方向に対向し陰極プレートの第２の長側部に沿った第２の方向へ磁界を発生す
るステップと、ｂ．蒸発面の後方で陰極プレートの第１の短側部に沿って第３の
方向へ磁界を発生し、蒸発面の後方で第３の方向に対向し陰極プレートの第２の
短側部に沿って第４の方向へ磁界を発生するステップとを備えていて、蒸発面の
周りの侵食ゾーンに沿ってアークスポットを指向するために磁界が蒸発面の前方
に延びていることを特徴とする方法を提供する。

【００２５】本発明はさらに、長側部と短側部および前方蒸発面を有する矩形の陰極プレー
トの周りのアークスポットを指向する方法であって、陰極プレートが蒸発面の前
方で陰極プレートから離間した複数の電気的に絶縁された陽極ブロックを有する
装置内に包含されていて、アークスポットを蒸発面の周りに移動するために陽極
ブロックを選択的に活性化しまた非活性化するステップを備えたことを特徴とす
る方法を提供する。本発明のさらなる態様および本発明の方法を具現化した装置は、以下の詳細な
記述から明らかになるであろう。図面は、本発明の好ましい実施例のみを例示的に示したものである。

【００２６】発明の詳細な説明図１は、モリソン（Morrison）に許可された米国特許第４，７２４，０５８号
に示され述べられたタイプの従来の広い領域の矩形陰極真空アークプラズマ源を
示していて、ここで参照して組み込む。装置１０は、透磁可能な材料で形成され
た制限部材１６によって取り囲まれた蒸発ターゲット面１４を有する陰極プレー
ト１２を有している。ここで参照して編入するゴロコフスキー（Gorokhovsky）
に１９９６年１２月２４日に発行された米国特許第５，５８７，２０７号に述べ
られているように、陽極１５は、金属または非金属のコーティング材料からなる
ターゲット面１４に向き合って設けられている。

【００２７】陰極１２と陽極１５との間に適用される電流は、ターゲット面１４にアークス
ポットを発生するアークを生成する。図示された従来の装置において、陰極スポ
ットの走査パターンは、陰極１２の後方に設けられた閉成ループの磁界源１８に
よって制御される。磁界源１８は、ターゲット面１４を越えて反対方向へアーク
スポットを次の式に従って逆行運動（retrograde motion）に移動する磁界１９
ａ、１９ｂを確立する。Ｖ_ｃｓ＝−ｃ[Ｉ_ａｓ（Ｂ_ｔ）] ここで、Ｖｃｓはアークスポットの速度、Ｉａｓはアークスポット電流、Ｂｔ
は交差する磁界の強度、そしてｃはターゲット面１４の材料に基づく係数である
。このようにアークスポットは磁界源の長さに従って陰極プレートの周りの逆行
経路をトレースする。

【００２８】磁界源１８によって生成された静止した磁界内に捕捉された場合、陰極スポッ
トは、磁界の接線成分（tangential component）が最強である領域の磁力線２０
の先端に向かって向けられ、ターゲット面１４が狭い蒸発回廊（evaporation co
rridor）１４ａに沿って蒸発するようにする。さらに、反対方向へ方向付けられ
た磁力線１９ａ、１９ｂは、滞留ゾーン２２を生成し、ここで陰極スポットが定
着でき、また、長期期間残ることができ、滞留ゾーン２２においてターゲット面
１４を過度に侵食する。これらの両方の作用は、ターゲット面１４の使用効率を
低下する結果となる。したがって、米国特許第４，７２４，０５８号に述べられ
た装置において、磁界は、コーティング処理中に間歇的にのみ作動され、アーク
スポットは、ほとんどの時間においてランダムに自由に走査される。陰極スポッ
トが十分に自己指向なので、磁界はプラズマ集束用には使用できない。

【００２９】図２は、本発明による陰極スポット指向システム６０を示している。図２に示
された実施例において、指向システム６０は、長側部３２ａ、３２ｂおよび短側
部３２ｃ、３２ｄを有する陰極プレート３２の後方(すなわち、ターゲット蒸発
面３４に対向する陰極プレート３２の側)に設けられている。指向システム６０
は、陰極プレート３２の長側部３２ａ、３２ｂと平行に各設けられ、図示された
方向に適用されるＩ_ＬＳの電流を有する直線状の伝導体６２と６４と、陰極プレ
ート３２の短側部３２ｃ、３２ｄと平行に各設けられ、図示された方向に適用さ
れるＩ_ＳＳの電流を有する直線状の伝導体６６と６８とを有する。伝導体６２、
６４は、ターゲット面３４の近傍で陰極プレートの後方に設けられていて、発生
された磁界はそれによってターゲット面３４を横切り、また、アークスポットの
形成と運動に影響する。これに替えて、指向伝導体６２、６４、６６、６８は、
以下に述べるが図４から６に示された実施例のように陰極プレートの前に設けて
もよい。どちらのケースにおいても、指向磁界源６０は、ターゲット面３４に沿
って侵食ゾーン７０を規定する磁界を発生する。

【００３０】指向伝導体６２、６４、６６及び６８によって発生された磁界の形状と極性は
、図２において磁力線によって示されている。ターゲット面３４上に突出した磁
力線はアーチ形状で、陰極３２の反対側は反対の方向へ向けられている。侵食ゾ
ーン７０内で移動するアークスポットは、アーク形状の磁力線の先端に向かって
引き付けられ、ターゲット面３４を超えて突出する磁界の接線成分は最も強い。
例えば指向伝導体６２と６４の向き合った伝導体を通る電流が等しいかまたは釣
り合う（すなわち、Ｉ_１＝Ｉ_２）場合、アークスポットは、図２Ａに示されたよ
うに、陰極プレート３２の細長い中心の周りに対称に、磁力線の先端の下方に主
として侵食ゾーン７０を規定する狭い侵食回廊に沿って移動する。

【００３１】本発明の１つの態様によれば、陰極プレート３２の一方の指向伝導体の電流が
、反対側の指向伝導体の電流に関して増加することによって、磁界は不釣合いと
なり、陰極３２のより弱い磁界を有する側の磁力線は、陰極３２より強い磁界を
有する側に向かってシフトする。好ましい実施例において、各直線状の伝導体６
２、６４、６６、６８は、このようにして電気的に独立していて、絶縁して制御
できる。

【００３２】例えば、図２Ｂにおいて指向伝導体６２における電流は、指向伝導体６４にお
ける電流に比較して増加してきたので、Ｉ_１＜Ｉ_２である。それによって発生さ
れた結果としての磁界の強度の不釣合いは、伝導体６４によって発生された磁界
を歪め、その磁力線を伝導体６２に向かってシフト（shift）する。交差する磁
界の接線成分が最強である伝導体６４によって発生された磁界の点は、長側部３
２から離れて陰極３２の中心に向かってシフトされ、したがってアークスポット
は陰極３２の中心により近接した経路をトレース（trace）する。伝導体６４が
より強い磁界を発生し、Ｉ_１＞Ｉ_２であるように伝導体６２、６４の電流を不釣
合いにすることによって、アークスポットの経路は、図２Ｃに示されたように、
長側部３２ｂから離れて陰極の中心に向かってシフトする。

【００３３】不釣合いの程度、したがって伝導体６２と６４間の電流の差は、磁界のシフト
の範囲を決定する。アークスポットの動きに一致させて選択された電流レベルに
対して、また、適切な時間間隔に対して伝導体６２、６４を不釣合いにすること
によって、複数のアークスポット経路が生成される。これは、実質的にターゲッ
ト面の利用効率を増加する。

【００３４】同様の効果が、伝導体６６、６８を通る電流を不釣合いにすることによって、
陰極３２の短側部３２ｃ、３２ｄに沿って達成される。アークスポットの経路は
、より弱い磁界を有する側に沿って陰極３２の中心に向かってシフトする。しか
しながら、陰極プレート３２が、伝導体６２、６４によって長側部３２ａ、３２
ｂに沿って発生された磁界が一体に比較的接近するのに十分に狭い場合、短側部
３２ｃ、３２ｄに沿った伝導体６６、６８の必要がなくなり、アークスポットは
長い磁界間で自然に前後に移動するか、あるいは、アークスポットは一方の長側
部３２ａまたは３２ｂに沿ってその経路の終端に到達し、磁界は、選択的に減少
されるかまたは、しばらくの間その側に沿って消勢され、また、アークスポット
は磁界がより強い他方の側３２ｂまたは３２ａへ移動することを理解してほしい
。

【００３５】ターゲット面３４に平行で、各指向伝導体６２、６４、６６、６８用に回路を
各完成する閉成伝導体（closing conductor）６２ａ、６４ａ、６６ａ、６８ａ
は、陰極プレート３２とハウジング３８とから十分離れて保持される。これは、
閉成伝導体６２ｂ、６４ｂ、６６ｂ、６８ｂまたは７２ａ、７２ｂによって発生
された磁界が、アークスポット形成またはプラズマ流パターンに影響しないこと
を確実にする。

【００３６】操作において、アークが、陽極と陰極プレートとの間に電流を適用することに
よって生成された場合、ターゲット面３４に発生したアークスポットは、指向伝
導体６２、６４、６６、６８によって発生した指向磁界内に規定された侵食回廊
７０に定着する。アークスポットは、侵食ゾーン７０に沿って元に戻る移動に従
う。磁界は、発生された磁界の強度を増加するために伝導体６２を通る電流を間
歇的に増加し、アークスポットを長側部３２ａから離すようにシフトし、あるい
はこれに替えて、発生された磁界の強度を増加するために伝導体６４を通る電流
を間歇的に増加し、アークスポットを長側部３４ａから離すようにシフトする制
御スイッチ（図示せず）によって周期的に不釣合いにされる。これは、ターゲッ
ト面の使用効果を増加するために侵食ゾーン７０を効果的に広くし、コーティン
グの品質と陰極３２の耐久性を改良する。

【００３７】図３に示されたこの実施例の変形例において、複数の指向伝導体６２ｂ、６２
ｃ、６２ｄ、および、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄは、陰極プレート３２の長側部に
沿って各設けられている。この変形例において、一方の側の指向伝導体６２ｂ、
６２ｃまたは６２ｄ、および、他方の側の指向伝導体６４ｂ、６４ｃまたは６４
ｄの現在作動している指向伝導体のほぼ上方に位置する侵食回廊が、侵食ゾーン
７０の幅を広めるために陰極プレート３２上で幅方向にシフトできるように、指
向伝導体６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、および、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄは、選択的
に作動されまたは調整される。

【００３８】図３の実施例において、指向伝導体が多く設けられるほど陰極プレート３２の
寸法が事実上可能になる。陰極スポットが捕捉される（trapped）ような滞留ゾ
ーン（stagnation zone）が生成されるのを回避するために、指向伝導体６２ｂ
、６２ｃまたは６２ｄ、および、６４ｂ、６４ｃまたは６４ｄの１つは、どのよ
うな特定の場合においても陰極プレート３２の各側において作動していなければ
ならない。しかしながら、伝導体３２の各側での伝導体が共に近接していて、陰
極３２の各側で２つ以上の伝導体を同時に励磁しているところは、適切に制御さ
れるとターゲット面３４の利用効率をよりさらに増加できるように、より綿密に
作られた侵食パターンを可能にできる。

【００３９】この実施例の操作において、陽極と陰極プレートとの間に電流を適用すること
によってアークが生成された場合、ターゲット面３４に発生されたアークスポッ
トは、作動している指向伝導体、例えば６２ｂおよび６４ｂによって発生した指
向磁界内に規定された侵食回廊７０に定着する。磁界は、長側部３２ａの伝導体
６２ｂ、６２ｃおよび６２ｄ間、ならびに、長側部３２ｂの伝導体６４４ｂ、６
４ｃおよび６４ｄ間の電流を切り替え、それによって作動している指向伝導体の
近傍にアークスポット経路をシフトするために、制御スイッチ（図示せず）によ
って周期的にシフトされる。これは、ターゲット面の利用効率を増加するための
侵食ゾーン７０を広げ、コーティングの品質と陰極３２の耐久性を改良する。

【００４０】これらの各実施例において、作動している指向伝導体は、侵食ゾーン７０に所
望の侵食パターンを達成するために、他方の指向伝導体が作動されているか、作
動されたときに十分に活性化されている場合、完全に非作動にする必要がないこ
とを理解してほしい。電流は、種々の指向伝導体間で同様の結果を発生するよう
に、異なって調整される。

【００４１】図４から６は、アークスポットシールドを提供する本発明のさらに他の実施例
を示している。アークコーティング装置３０は、ターゲット面３４とハウジング
３８とによって規定されたコーティングチャンバー内において、ターゲット蒸発
面３４を有する矩形の陰極プレート３２と、陰極ホルダー４２に設けられた支持
プレート３６とを備えている。好ましい実施例において、ある適切な金属または
非金属コーティング材料からなるターゲット面３４は、長側部３２ａ、３２ｂお
よび短側部３２ｃ、３２ｄを有していて、陰極ホルダー４２を支持プレート３６
から絶縁しギャップ４０によってハウジング３８から離間する絶縁スペーサ３９
によって電気的に絶縁されている。ターゲット面３４は、例えばチタンとアルミ
ニュームまたはチタンとクロムのような異なった材料で形成されてもよく、Ｔｉ
ＡｌＮ、ＴｉＣｒＮまたは類似のもののようなコーティングを適用するように複
合金属プラズマを生成するために侵食ゾーン７０に沿ってモザイク状に一体にさ
れる。

【００４２】陰極プレート３２は、水のような冷媒を循環する冷媒チャンバー４４を造りだ
すために陰極ホルダー４２から離間していて、アーク電流源（図示せず）の陰極
と接続されている。従来の高圧パルスイグナイタ４８が、ハウジング３８の壁を
交差する絶縁スリーブを通って設けられている。設置装置５１によってハウジング３８から懸垂されて直線状の陽極５０があり
、陰極プレート３２から離間していて、水のような冷媒の循環用の冷媒チャンネ
ル５３を有して設けられた陽極ホルダー５２に備えられている。陽極５０は、ア
ーク電流源４６の陽極に接続されている。好ましい実施例において、陽極５０は
、効果的な陽極面領域を増加するために、陽極本体部５０ｂに関しほぼ直交して
設けられたバッフルすなわち「フィン」５０ａ有している。フィン５０ａと陽極
本体部５０ｂは、好ましくは各プラズマ流の方向に平行な方向、すなわち、以下
に述べるような陽極５０の近傍の全ての集束される磁界に平行な方向へ向けられ
ていて、陽極面への蒸着用の機会を減少しそして拡散損失を減少する。

【００４３】アークスポット形成は、陰極プレート３２の長側部３２ａ、３２ｂに沿って各
設けられた直線状の伝導体６２と６４、ならびに、陰極プレート３２の長側部３
２ｃ、３２ｄに沿って各設けられた直線状の伝導体６６と６８を有する指向磁界
源６０によって生成された指向磁界によって制限される。この実施例において、
伝導体６６、６８は、先の実施例のように陰極プレート３２の後方に設けられて
いるが、伝導体６２、６４は、依然としてターゲット面３４の近傍に設けられて
いるので、それによって発生する磁界は、アークスポット形成と移動に影響し、
この実施例における指向システム６０の操作は、図２の実施例に関して述べたの
と実質的に同様である。

【００４４】しかしながら、図４から６の実施例において、図５に示された磁力線によって
も見られるように、磁力線がアーク形状ではなく、ターゲット面３４を一方の側
のみで交差するので、指向磁界は、図２の実施例におけるようにアークスポット
を制限しない。このように、鋭角原理（acute angle principle）によって、ア
ークスポットは、磁力線がターゲット面３４を交差するが形成された鋭角部から
離れて、陰極プレート３２の中心領域に向かって案内される。それ故、アークス
ポットは、この実施例において可能なより広い運動の範囲を有する。さらに、指
向伝導体が陰極プレート３２の後方に設けられていて、ターゲット面３４上に突
出している指向磁界の部分が閉成された（すなわち、ターゲット面３４を両側に
沿って交差する）この実施例において、磁界は、アークスポットのみではなく、
ターゲット面３４が蒸発するにつれて発生されたプラズマも制限する。図５に示
されたように、伝導体６２、６４をターゲット面３４の前方に設けることによっ
て、陰極での蒸発は基板ホルダー６への開放経路を有する。

【００４５】アークスポットはこのようにして、両方の長側部３２ａ、３２ｂから陰極プレ
ート３２の中心領域に向かって案内される。滞留ゾーンを陰極プレート３２の中
心領域に生成するのを回避するために、浮動電位（floating potential）に維持
された導電性のシールド５４は、陰極プレート１２の中心領域におけるあらゆる
陰極スポット活動を妨げる陽極ホルダー５２に設けられ、それから絶縁されてい
て、ターゲット蒸発面３４から離間されている。好ましくは、シールド５４は、
２ｍｍと６ｍｍとの間でターゲット面３４から離間していて、２ｍｍより少ない
とシールド５４を通ってアークが短絡しやすくなり、６ｍｍより大きいとアーク
スポットがシールド５４の端部の下方をクリープ（creep）することを可能にす
る。シールド５４はこのように、陽極５０の影で陰極３２の蒸発を阻止し、陽極
５０の影を取り巻く侵食ゾーン７０にアークスポット形成を制限する。これは、
陽極５０を陰極蒸発の蒸着から保護し、基板ホルダー６に設けられた基板（図示
せず）上にコーティング材料のよりよい分配を提供する。

【００４６】１つまたはそれ以上の浮動シールド５４は、アークスポットがシールドされた
領域内に移動することから阻止するために、ターゲット蒸発面３４のあらゆる選
択された部分にわたって設けられる。図示された実施例において、陽極５０の近
傍においてターゲット面３４の直上に設けられたシールド５４は、アークスポッ
トが、シールド５４を取り巻くターゲット面３４の形成されまたはその中に移動
することから阻止する。これは、指向伝導体が陰極プレート３２の前方に設けら
れた実施例の利点である。しかしながら、浮動シールド５４は、アークスポット
を陰極プレート３２のどのような所望の領域からも離間するように維持する。例
えば、浮動シールド５４は、陰極プレートのターゲット蒸発面が１つ以上の材料
で構築されることを可能にする。この場合において、タングステンやプラチナの
ような高価なコーティング材料は、シールド５４の下方の領域から除外すること
ができ、アークスポットがその領域で形成されるかまたはその領域に移動しない
ので、コーティングが汚染される可能性がない。

【００４７】操作において、電流は、陽極５０と陰極３２との間に適用され、イグナイタ４
８に適用された高圧パルスは、陰極プレート３２のターゲット蒸発面３４に真空
アークを生成する。アークスポットは、伝導体６２、６４によって発生された指
向磁界と、導電性のシールドの後方のターゲット面３４のシールドされた領域と
の間に規定された侵食回廊７０に定着する。アークスポットは、ターゲット面３
４の長側部３２ａまたは３２ｂの一方に沿って元に戻る運動を続け、陰極プレー
ト３２の後方に設けられた指向伝導体６６または６８によって発生された磁界の
先端の下方へ移動しながら長側部３２ａまたは３２ｂの他方へ移動する。ターゲ
ット面３４が蒸発するので、プラズマは、図５に矢印で示されたように、伝導体
６２、６４によって発生された磁界の間を案内され、基板ホルダー６に向かって
流れる。

【００４８】本発明の好ましい実施例は磁気集束システムを採用しているので、基板ホルダ
ー６に向かった陰極の蒸発を案内するためのプラズマ集束システムを使用するこ
とが可能である。磁界は、プラズマに十分に不透明なバリヤを形成する。このよ
うに、集束磁界は、磁界間のプラズマ流領域にプラズマを規定するために、ハウ
ジング３８の周りに発生でき、基板の周りにプラズマの集束を増加するために、
プラズマ流領域に基板ホルダー６を配置し、コーティングの品質を改良する。図４から６に示された実施例において、陰極プレート３２のターゲット面３４の
前方に設けられた伝導体６２、６４は、プラズマ集束システム８０の集束伝導体
としてもまた用いられる。プラズマ流路は、図５の磁力線によって示されたよう
に、伝導体６２、６４によって発生された磁界間に規定され、プラズマはハウジ
ング３８の中心領域に沿って基板ホルダー６に案内される。この実施例において
、長側部の指向伝導体６２、６４によって生じた指向磁界のどのようなゆがみも
保証し、アークスポットを侵食回廊７０に適切に位置付けるために、各磁界の強
度を独立的に変更することが可能な別個の出力源を有する短側部の指向伝導体６
６、６８を設けることが利点である。

【００４９】プラズマ流を集束するために、付加的なプラズマ集束伝導体が細長いプラズマ
流路に直列に設けられる。例えば、図７Ａと７Ｂは、プラズマ集束伝導体８２、
８４、および９２、９４のグループがハウジング３８の反対側に、また、各グル
ープ内で陰極３２から離れて前方に設けられている本発明の実施例を示している
。これは、ハウジング３８の反対側に発生された磁界間に、プラズマ制限ゾーン
を生成し、このようにしてターゲット面３４と基板ホルダー６との間にプラズマ
流路を規定する。

【００５０】集束伝導体８２、８４および９２、９４は、好ましくは、アークスポット形成
と運動に影響するために陰極プレート３２から非常に離れて設けられている。好
ましくは、同様に各グループの集束伝導体８２、８４または９２、９４は、それ
らの各磁界が、連続的磁気経路を生成し、ハウジング３８の壁をプラズマ流から
磁気的に絶縁するために重なり合うので、近接して離間した関係に設けられるが
、そうでなければプラズマがハウジング３８の壁に対して捕捉される。指向伝導
体の場合におけるように、集束伝導体８２、８４の閉成伝導体（closing conduc
tor）８２ａ、８４ａおよび集束伝導体９２、９４の閉成伝導体９２ａ、９４ａ
は、ハウジング３８（プラズマダクト）の領域において発生された磁界のいかな
る無効効果をも除去するために、ハウジング３８と十分に離間して維持される。
この実施例において、集束伝導体９、２９４によって生ずる指向磁界のいかなる
ゆがみも補償するために、別個の出力源を有する短側部指向伝導体６６、６８を
設けることが利点である。

【００５１】この実施例の操作において、ターゲット面３４が蒸発すると、プラズマは、集
束伝導体８２、８４および９２、９４によって発生された集束磁界間に集束され
る。プラズマはそれ故、ハウジング３８に接触しないで基板ホルダー６に向かっ
て流れる。

【００５２】集束伝導体８２、８４および９２、９４は好ましくは、独立して動力を与えら
れるので、各伝導体８２、８４、９２、９４によって発生された磁界の強度は、
他方と独立して変更できる。閉成ループ集束伝導体は、ハウジング３８の周りに
設けられるが、しかしながら、図７Ａ、７Ｂに示された好ましい実施例において
、独立した集束伝導体８２と９２、８４と９４の対は、陰極３２の長側部３２ａ
、３２ｂと平行にハウジング３８の反対側各設けられている。閉成伝導体８２ａ
、８４ａ、９２ａ、および９４ａは、ハウジング３８と陰極プレート３２とから
十分に離間して保持される。

【００５３】図８に示された他の実施例において、向き合った集束伝導体８２、８４および
９２、９４は、同様の閉成ループ伝導体から形成されていて、８２、８４、９２
および９４は、陰極３２の長側部３２ａ、３２ｂに平行に設けられていて、閉成
伝導体８２ａ、８４ａ、９２ａ、および９４ａは、陰極３２の短側部３２ｃ、３
２ｄに平行に設けられている。

【００５４】集束伝導体８２、８４と９２、９４とを出力供給源に独立して接続することに
よって、向き合った集束伝導体８２、８４、および／または、９２、９４を通る
電流を変更することによってプラズマ流を「ラスタ（raster）」することもまた
可能になる。これは、プラズマダクトの周りにより均一にプラズマを分配し、よ
り同質のプラズマ混合を生成するのを助ける。コーティングチャンバー内で、集
束伝導体８２、８４および９２、９４は、プラズマを基板ホルダー６に向かって
そらせるために独立して作動することができる。

【００５５】図８は、閉成伝導体８２ａ、９２ａのそばではあるが反対側に設けられた閉成
ループコイルを有する中性化伝導体１４０を使用して閉成伝導体８２ａ、９２ａ
の磁気的影響を減少するモードを示している。中性化伝導体１４０が作動された
場合、プラズマ流への閉成伝導体８２ａ、９２ａの影響を除去する。中性化伝導
体１４０はまた、陰極３２の短側部３２ｃ、３２ｄに平行なハウジング３８の壁
のわずかに近傍にプラズマ流をラスタできる。

【００５６】すべての実施例において、閉成伝導体８２ａ、８４ａ、９２ａおよび９４ａは
、ハウジング３８の領域（特にハウジング３８のプラズマダクト領域）に発生さ
れた磁界の取り消し効果を除去するために、ハウジング３８と陰極プレート３２
から十分に離間して維持されている。

【００５７】本発明のプラズマ集束システムはまた、プラズマ偏向システム１００として使
用することができ、プラズマから、集束磁界によって影響を受けずコーティング
の品質をさらに改良する中性成分（neutral component）（マクロ粒子、クラス
ターおよび中性原子）を除去するために、基板ホルダー６を図９において３３で
示されたような、陰極プレート３２の作用軸線から離れて設けられることを可能
にする。図９に示されたように、湾曲した（curvate）ハウジング３８に沿って
陰極プレート３２の作用軸線３３に関して次第に非対称的パターンに、偏向伝導
体８６、８７、８８および９６、９７、９８を配置することによって、プラズマ
は、基板ホルダー６に向かって偏向されるが、プラズマの慣性は、中性成分をプ
ラズマから偏向領域へ分離するようにする。

【００５８】それゆえ、伝導体８６、８７、８８および９６、９７、９８は、偏向電磁シス
テムを形成するために一連の偏向伝導体を生成する。上述の実施例におけるよう
に、閉成伝導体８６ａ、８７ａ、８８ａおよび９６ａ、９７ａ、９８ａは、ハウ
ジング３８（特にプラズマダクト領域）と陰極プレート３２とから十分に離間し
て維持されている。閉成伝導体８６ａ、８７ａ、８８ａおよび９６ａ、９７ａ、
９８ａは、偏向システムの偏向伝導体８６、８７、８８および９６、９７、９８
として、たとえば閉成伝導体８６ａ、８７ａ、８８ａおよび９６ａ、９７ａ、９
８ａをハウジング３８のレベルより十分に上かまたは下に設けることによって、
ハウジング３８の同一側に設けられる。これに替えて、閉成伝導体８６ａ、８７
ａ、８８ａおよび９６ａ、９７ａ、９８ａは、ハウジング３８の反対側であるが
それから離間して設けてもよい。この場合において、ハウジングの対向する側に
沿って配置された閉成伝導体と集束伝導体（例えば、集束伝導体８６、８７、８
８および閉成伝導体９６ａ、９７ａ、９８ａ）との間の距離Ｓは、１．５Ｈから
３Ｈに達することが好ましく、ここでＨはハウジング３８の幅（横断距離）であ
る。

【００５９】この実施例の操作において、ターゲット面３４が蒸発するので、プラズマは、
伝導体６２、６４によって発生された磁界の間に集束され、偏向伝導体８６、８
７、８８および９６、９７、９８によって発生された磁界の間に規定された偏向
領域内に流入する。プラズマはそれによって、偏向伝導体８６、８７、８８、お
よび９６、９７、９８の非対称パターンと一致する流路に沿って偏向され、ハウ
ジング３８に接触しないで基板ホルダー３６に向かって流れる。プラズマは磁界
の間に制限されて残り、それ故、陰極プレート３２の作用軸線３３から離間して
偏向される。中性成分は、ほぼ真っ直ぐな方向へ継続し、陰極プレート３２の作
用軸線３３の近傍において、ハウジング３８の内壁に定住するのに対し、プラズ
マはコーティングチャンバー内へ基板ホルダー６までプラズマダクトに沿って続
く。

【００６０】図１０は、本発明によるアークコーティング装置の好ましい実施例を示してい
て、ハウジング３８の対向する端部で陰極チャンバーに設けられた１対の陰極プ
レート３２を有していて、平行ペダルプラズマダクト３１によって基板ホルダー
６と連絡している。上述のように設計された内部の直線状陽極５０は、各ターゲ
ット面上に吊り下げられていて、それからシールド５４によって分離されている
。陽極５０は、陰極プレート３２と基板ホルダー６との間に規定されたプラズマ
ダクト内に設けられているので、ここにおいて「内部」と規定される。

【００６１】整流装置１２４を有する直線状のプレート１２２を備えたさらなる内部陽極す
なわち偏向電極１２０は、２つの陰極プレート３２の間のほぼ中心にプラズマダ
クト３１に沿って設けられている。整流装置は、陰極面領域を増加し、内部電極
の列のように効果的に機能し、アークスポットの良好な安定性と指向性を提供す
る。これらはまた、蒸発面から放射されたマクロな粒子を捕捉するのに用いられ
る。上述の実施例のように、整流装置１２４は、拡散損失を減少するために、磁
界の方向と可能な限り平行に向けられている。この「分割（dividing）」陽極１
２０はまた、イオンを追い払い、それ故、基板ホルダー６に向かうプラズマ流を
偏向する。

【００６２】この実施例において、集束伝導体８２、８４、９２および９４は、コーティン
グチャンバー内において、両方とも陰極プレート３２の前方の周りの領域と、プ
ラズマダクト３１の出口の周りとで陰極プレートの長側部３２ａ、３２ｂに平行
に設けられている。集束伝導体８２、９２および８４、９４のセットの間におい
て、ハウジング３８の周りの部分に偏向伝導体８６、９６が設けられている。こ
の部分は、プラズマダクト３１が基板ホルダー６の軸線に向かって曲がる部分、
すなわち、陰極プレート１２を収容しているハウジング３８の一部分に隣接して
いて、陰極チャンバーの軸線に垂直に向けられた対向する磁気先端を生成し、そ
れによってプラズマを基板ホルダー６に向かって偏向する。図示された実施例に
おいて、陰極蒸発がハウジング３１の後壁に向かってではなくプラズマダクト３
１内に向かって引き込まれるので、陰極プレート３２が、集束伝導体と偏向伝導
体８２、８４、９２、９４および８６、９６によって発生された磁気先端内にの
み設けられるのを確実にするために、閉成伝導体８２ａ、８４ａ、８６ａ、９２
ａ、９４ａおよび９６ａは、プラズマダクト３１から離れて設けられなければな
らない。これに替えて、図９の実施例に示されたように、閉成伝導体８２ａ、８
４ａ、８６ａおよび９２ａ、９４ａ、９６ａは、ハウジング３８の対向する側で
それらから離間して設けられてもよい。

【００６３】図１０の実施例はまた、基板ホルダー６を取り囲む１つまたはそれ以上の外部
陽極１３０を有している。陽極１３０は、プラズマダクト３１の外側に設けられ
ているので、ここにおいては「外部」として規定される。このように、外部陽極
１３０はプラズマを偏向しないが、それに替えて、ハウジング３８の壁における
拡散損失を阻止するためのイオンを追放し、コーティング効率を改良するために
コーティングのイオン化を引き延ばす。このような外部陽極１３０はまた、ハウ
ジング３８のどのような所望の位置にでも設けることができる。

【００６４】さらに、ハウジング３８が絶縁スペーサ３９によって陰極プレート３２から絶
縁されているので、ハウジング３８は図に示されたように、浮動電位のままでも
よい。これに替えて、陰極３２とハウジングとの間のギャップ内にアークが移動
するのを阻止するために、浮動電位スクリーンまたはシールド(図示しない)を設
けることは、ハウジング３８を外部すなわち包囲（surrounding）陽極内に有効
に変える。内部陽極３２、１２０と外部陽極１３０とは、好ましくは、電気的に絶縁され
ていて、そしてそれぞれが独立した電源を有して設けられていて、それらの独立
機能にわたってよりよい制御を可能にする。

【００６５】プラズマダクト内のプラズマの金属蒸気成分を捕捉するけれども、コーティン
グチャンバーを通って基板ホルダー６を取り囲む補助的陽極１３０へ電子流を自
由に流すことを可能にするために、集束伝導体８２、８４および９２、９４を異
なって作動することもまた可能である。この走査モードは、「プラズマ浸漬」モ
ードで、金属陰極アークプリズムコーティングの蒸着なしで、コーティングチャ
ンバー内における高い程度のイオン化とガス状のプラズマ環境の作動を提供する
。プラズマ浸漬モードは、しっかりしたイオン洗浄、イオン窒化、イオン注入、
およびアークプラズマ補助低圧ＣＶＤコーティングプロセスのような、いくつか
の異なったタイプのプラズマプロセスを保持する。例えば、特定のコーティング
プロセスの第１段階はイオン洗浄を必要とする。陰極アーク源３４は、電子流を
、陰極から基板ホルダー６を取り囲む外部陽極１３０へ抽出するためであって、
しっかりしたイオン洗浄用のプラズマ浸漬環境を提供するために、強力な電子エ
ミッターとして使用することができる。例示して示したように、有効なイオン衝
撃用に基板ホルダーで自己バイアス電位を提供するＲＦ発生装置と共に、アルゴ
ン、窒素、メタンなどは、プラズマ生成ガスとして注入されてもよい。

【００６６】図１１から１３は、本発明のさらなる実施例を示していて、陰極プレート３２
の一方の長側部３２ａと他方の長側部３２ｂとの間にアークスポットを案内し、
異なった陽極配置を提供するための局部的修正磁石（correctional magnet）２
００と２１０を有する。短い側の修正磁石２００は、電磁コア２０４を取り囲む少なくとも一つの磁気
コイル２０２を好ましくは各有し、陰極プレート３２の短側部３２ｃ、３２ｄに
沿って各設けられている。コア２０２は、コイル２０２によって発生された磁界
を集束し、それによってコイル２０２が付勢された場合、アークスポットは、陰
極プレート３２の短側部３２ｃまたは３２ｄを越えて伸びたアーク形状の磁力線
に沿って強制される。

【００６７】この実施例において、長側部の修正磁石２１０は、同様に、短側部３２ｃ、３
２ｄの近傍で、陰極プレート３２の長側部３２ａ、３２ｂの両方に沿って設けら
れていて、同様に、アークスポットが短側部３２ｃ、３２ｄに近接するように、
アークスポットの運動を強制する。長側部の修正磁石２１０は、同様に、コイル
２１２によって発生された磁界を集束する電磁コア２１４を取り囲む少なくとも
一つの磁気コイル２１２を好ましくは各有していて、それによってコイル２０２
が付勢された場合、アークスポットは、陰極プレート３２の長側部３２ａまたは
３２ｂを越えて伸びたアーク形状の磁力線に垂直な方向へ磁力線を交差して移動
するために強制される。

【００６８】修正磁石２００、２１０によって発生された磁力線の方向は、指向伝導体６６
、６８によって決定されたように、長側部３２ａ、３２ｂに沿ったアークスポッ
トの移動に対応しなければならない(図１１参照)。修正磁石２００、２１０は、
陰極プレート３２の周りの中断されない指向を維持するために、それが陰極プレ
ート３２の短側部３２ｃ、３２ｄに接近し横切するような場合にのみアークスポ
ットに作用する。修正磁石２００、２１０によって発生された磁界の強度は、コ
イル２０２、２１２を通る電流によって、または、コア２０４、２１４を取り囲
んでいて、付加的な磁界をコア２０４または２１４に重ね合わすために選択的に
作動できる付加的なコイル(図示しない)によって変更できる。

【００６９】この実施例において、直線状の内部陽極２２０は、一連の陽極ブロック２２２
および２３０を有している。内部陽極ブロック２２２は、陽極プレート２２４と
、この陽極プレート２２４に関してほぼ直交して設けられた整流装置２２６とを
有している。先に述べた実施例におけるように、陽極プレート２２４と整流装置
２２６とはプラズマ流の方向に平行な方向へ各向けられている。陽極２２０は、
端部陽極ブロック２３０をさらに有していて、これは、好ましくは固い水冷ブロ
ックを有していて、陽極２２０の内部領域を、陰極プレート３２の短側部３２ｃ
、３２ｄから侵食された陰極蒸発物から絶縁するために用いられる。分離した「
ブロック」の使用は、アーク電流をよりよく分配し、単一の陽極ブロックへの信
頼を減少するのに用いられる。

【００７０】陽極ブロック２２２、２３０は好ましくは、絶縁スペーサ２２８によってハウ
ジングに設けられそれから絶縁された水冷陽極パイプｐ２２９によって設けられ
た、別個の電源２２７によって独立して制御される。陽極ブロック２２２または
２３０を通る電流の強度は、アークスポットの存在または不存在を決定し、侵食
ゾーン７０の周りのアークスポットの移動に一致協力して陽極２２０内でブロッ
ク２２２、２３０によってラスタすなわち走査するために、適切なソフトウェア
が採用される。この配置は、アークスポットが陰極プレート３２の一方の長側部
から他方の長側部に通過する間の期間を減少するのを助ける。さらに、アークス
ポットが侵食回廊７０に沿ったいずれかの点に滞留する場合、隣接する陽極ブロ
ック２２２または２３０への電源の供給は、不作動にできるかまたは減少でき、
および／または、より離間した陽極ブロック２２２または２３０への電源の供給
は、アークスポットが作動していること維持するために作動できるかまたは増加
できる。

【００７１】図１２に示された直線状の集束伝導体８２と８４(部分的にフランジ２５０に
よって隠されている)は、陰極プレート３２の長側部３２ａ、３２ｂに沿った蒸
発面の前に各設けられている。集束伝導体８２、８４は、アークスポットを陰極
プレート３２の長側部３２ａ、３２ｂに沿って指向(ドラッグ)する接線的磁界を
作り出す。それらが蒸発面３４の前方に設けられているので、集束伝導体８２、
８４は、コーティングチャンバーに向かって向けられている磁気先端部を生成す
る(図５の矢印によって示されたのと同様である)。先端構造は、アークスポット
を陰極３２の中心に向かって案内しがちであり、この実施例において特に有利に
、シールド５４がアークスポットを陽極２２０の影内に移動するのを阻止するよ
うにするが、そこは、磁力線が蒸発面３４にほぼ垂直であり、シールド５４がな
いと陰極３２の中心領域における滞留ゾーンを生成する。

【００７２】この実施例において、閉成伝導体８２ａ、８４ａは、陰極プレート３２の長側
部３２ａ、３２ｂに沿って蒸発面３４の後方に設けられていて、集束伝導体８２
、８４によって作られた鋭角の先端形状磁界をバランスする蒸発面３４上にアー
ク形状を有する磁界を生成し、アークスポットを侵食ゾーン７０の周りの同様の
方向へ案内するために、陰極プレート３２の短側部３２ｃ３２ｄに沿ってアーク
スポットを同様に案内する修正磁石２００、２１０と共に、陰極プレート３２の
短側部３２ｃ３２ｄに沿って各設けられた指向伝導体６６、６８と関連して作用
する。

【００７３】このようにして、ターゲット蒸発面３４から離間した導電性のシールド５４は
、陰極プレート３２の周囲の周りに設けられた境界シールド５５と共に、所望の
侵食ゾーン７０の外部でのあらゆる陰極スポット活動を不能にする。図示された
実施例において、内部シールド５７は、シールド５４の下方に設けられていて、
同様に陽極２２０の影における陰極スポット活動を阻止するのに用いられる。

【００７４】図１１から１３に示された実施例において、包囲（surrounding）陽極２４０
は、蒸発面３４の周りに、ほぼそれに直交して設けられている。蒸発面３４の前
方に設けられた包囲陽極２４０は、プラズマ流への電流暴露（current exposure
）を改良し、一次陽極２２０をとり囲むより安定したアーク流を提供するプラズ
マ浸漬陽極になる。本発明の装置は、「内部」陽極２２０または包囲陽極２４０
のいずれかによって走査されるが、しかしながら、この装置の操作は、両方の陽
極２２０、２４０を同時に採用することによって改良される。

【００７５】実施例１外科用メス、かみそり、紙切りナイフのようなナイフのセットにダイアモンド
状のコーティングを付着するものであって、５００ｍｍの高さｘ３００ｍｍの幅
の付着ゾーンを有する図１０の２重（dual）矩形プラズマ案内チャンバーに設け
られた２つの矩形アーク源を使用した。ナイフの配列は、付着ゾーンの全領域に
わたってろ過されたアーク源に面し、１分間約１０から２０回転（rpm）の間の
一定の速度で回転する基板プラットフォームに設置された。黒鉛矩形プレート蒸
発ターゲットが陰極プレート組み立てに取着された。垂直指向伝導体の電流は、
２０００アンペア（amp）にセットされ、水平指向伝導体の電流は１３００アン
ペアにセットされた。陰極プレートと一次(内部)陽極プレートとの間のアーク流
は、３００アンペアにセットされた。衝撃高電圧点火装置でのアーク点火後、ア
ークスポットは、平均速度が１秒間２０から３０ｃｍ（cm/s）で侵食回廊に沿っ
て移動を開始した。約３から５の陰極アークスポットが、ターゲット面に同時に
存在した。各偏向コイルの電流は、１５００アンペアに各セットされた。

【００７６】プロセスの第１段階はイオン洗浄を含んでいた。この段階において、陰極アー
ク源は、強力な電子エミッターのように使用された。偏向伝導体は、オフに切り
替えられ、電子流は陰極から、基板プラットフォームを取り囲んでいる補助的(
外部)陽極に抽出され、しっかりしたイオン洗浄用のプラズマ浸漬環境を提供し
た。約４ｘ１０^-２パスカル（Pa）の圧力を有するアルゴンが、プラズマ生成ガ
スとして注入され、ＲＦ発生器が、効果的なイオン衝撃用に基板プラットフォー
ムで４００ボルト（V）の自己バイアス電位を提供した。

【００７７】付着段階中、真空チャンバーの圧力は、１０^-３パスカルにセットされた。１
３．５６メガヘルツ（MHz）の周波数を有するＲＦ発生器は、付着中に４０ボル
ト（V）から６０ボルトの範囲の自己バイアス電位を提供した。偏向コイルは、
付着中、コーティングの過熱を防ぐために、２０秒オン／５秒オフのデューティ
ーサイクル（duty cycle）を有して周期的にオフに切り変えられた。付着時間は
２０分であった。コーティングの厚さはマイクロ断面で測定して、０．３から０
．３５ｍｋｍの範囲であって、これは、＋／-１０％の均一性を有して１時間約
１ｍｋｍ（mkm/hr）の割合で付着するのに相当する。

【００７８】実施例２黒鉛コーティングのモリブデンガラスへの付着であり、フラットパネルディス
プレー用の基板として使用するために矩形のモリブデンガラスプレートを使用し
ていて、その寸法は、４００ｍｍの高さｘ２００ｍｍの幅ｘ３ｍｍの厚さであっ
て、回転する基板プラットフォームに垂直に挿入された。各ガラスプレートは、
金属プレートホルダーに取着されていて、約１５０ボルト（V）の自己バイアス
が、１３．５６メガヘルツの周波数を有するＲＦ発生器に使用される基板プラッ
トフォームに適用された。図１０の２重フィルター陰極アーク源は、１つのアルミニュームターゲット蒸発
面と１つの黒鉛ターゲット蒸発面とを有して設けられた。コーティング蒸着中の
圧力は、約１０^−３パスカルに維持された。黒鉛コーティング中の温度は、放射
型電気ヒータの配置によって得られた約４００℃であった。

【００７９】第１段階において、アークは、アルミニュームターゲットに点火され、約５０
ナノメータ（nm）の厚さのアルミニュームサブレーヤー（sublayer）を得た。第
２段階において、約１５０ナノメータの厚さの黒鉛コーティングは、３０分間の
コーティング期間中にアルミニュームサブレーヤー上に蒸着された。

【００８０】実施例３ホブ（hob）およびエンドミルの配置へのＴｉＡｌＮの蒸着である。ホブおよ
びエンドミルの配置は、フィルターアーク源出口を蒸着ゾーンの全領域にわたっ
て面して、基板プラットフォーム上に挿入され、基板プラットフォームは、１分
間当たりの回転数が１２（rpm）の２重（衛星）回転を有するプラットフォーム
回転速度を備えていた。図１０の２重矩形フィルターアーク源は、ＴｉＡｌＮコ
ーティングの蒸着用に、第２の陰極に設けられたアルミニュームターゲット蒸発
面を有して設けられた。チタンターゲット用の電流は、約１５０アンペアにセッ
トされたが、アルミニュームターゲット用の電流は、約６０アンペアにセットさ
れた。

【００８１】第１段階において、補助（外部）陽極の電流は、約７０アンペアにセットされ
、早いイオン洗浄とコーティング蒸着の両方の間に高密度ガスプラズマ浸漬環境
を提供した。１３．５６メガヘルツのＲＦ発生器によって与えられた基板プラッ
トフォームの自己バイアス電位は、アルゴン中でのイオン洗浄中に約４００ボル
トに維持され、ＴｉＡｌＮの蒸着中に約４０ボルトに維持された。イオン洗浄用
の時間は５分で、蒸着用の時間は約２分であった。イオン洗浄中のアルゴン圧力
は、アルゴンの６ｘ１０^−２パスカルにセットされ、蒸着段階用には、窒素の２
ｘ１０^−２パスカルにセットされた。２重回転ホブおよびエンドミルのためのＴ
ｉＡｌＮコーティング用の蒸着割合は、１時間当り１〜１．５マイクロメータ（
μm/hr）に基づいている。

【００８２】実施例４ダイス（dies）およびモールドへの多層蒸着である。鍛造ダイスと抽出モール
ドの配置は、図１０の２重矩形フィルターアーク源のフィルターアーク源出口に
面した１分間２０回転の一定の回転速度を有する基板プラットフォーム上に挿入
され、Ｔｉ／ＴｉＮ多層コーティングの蒸着用に０．０５マイクロメータ（μm
）のＴｉと０．３マイクロメータのＴｉＮの厚さ割合を有している。コーティン
グの蒸着の前に、コーティング部品の全体の材料とコーティング層との間の遷移
ゾーンの近傍の面の層の硬度を徐々に増加するために、高速イオン洗浄と、アー
クプラズマ浸漬イオン窒化が達成された。窒素化層の厚さは、約４０マイクロメ
ータで、約９０アンペアにセットされた補助（外部）陽極の電流と、約６ｘ１０ ^−２パスカルにセットされた窒素の圧力を有する補助アーク放電によって提供さ
れた。コーティング層の数は１１で、全体の厚さは約３．５マイクロメータであ
る。蒸着段階中の補助陽極の電流は、約１２０アンペアにセットされ、両方のチ
タンターゲットの最大全電流は約５００アンペアを有していた。イオン洗浄／イ
オン窒化段階中のＤＣバイアスは、約２００ボルトで、蒸着段階中は４０ボルト
に減少された。基板の温度は、真空プラズマ処理サイクルの全段階中において約
４００℃に維持された。

【００８３】本発明の好ましい実施例が例示によって説明されたが、変更および改作はこの
分野の当業者に明らかである。本発明は、請求の範囲の目的内に入るそのような
変更および改作を含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】陰極プレートの後方に設けられた磁気指向システムを有する広い領域の従来の
陰極真空アークプラズマ源の概略断面図。

【図２】本発明の一実施例による磁気指向システムによって作られた磁力線の分配を示
す部分的斜視図。

【図２Ａ】図２の磁気指向システムによって作られバランスされた磁力線を示す概略的立
面図。

【図２Ｂ】図２の磁気指向システムによって作られ第１の方向へアンバランスな侵食回廊
を示す概略的立面図。

【図２Ｃ】図２の磁気指向システムによって作られ第２の方向へアンバランスな侵食回廊
を示す概略的立面図。

【図３】複数の指向伝導体が陰極プレートの長側部に沿って設けられた図２に示された
ものの変形を示す概略的立面図。

【図４】本発明の広い領域の陰極アーク源の他の好ましい実施例を示す平面図。

【図５】図４の装置の５−５線に沿った断面図。

【図６】図４の装置の６−６線に沿った断面図。

【図７Ａ】本発明によるプラズマ集束システムを具現化したアークコーティング装置の平
面図。

【図７Ｂ】図７Ａのアークコーティング装置の側面立面図。

【図８】指向伝導体と集束伝導体とを調整するための中性化伝導体を有する図７Ａのア
ークコーティング装置の変形の平面図。

【図９】本発明による偏向電磁システムを具現化したアークコーティング装置の平面図
。

【図１０】本発明の磁気指向、集束、および偏向態様を具現化した２重アークコーティン
グ装置の平面図。

【図１１】本発明によるアークコーティング装置の他の実施例の側部立面断面図。

【図１２】図１１のアークコーティング装置の切除した正面立面図。

【図１３】図１１のアークコーティング装置の後面立面図。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年６月１１日（２００１．６．１１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空アークコーティング装置であって；アーク電流源の陰極に接続された対向する長側部を有する矩形の陰極プレート
を備え、この陰極プレートが蒸発面を有していて、蒸発面とハウジングとによって規定され基板ホルダーを有するコーティングチ
ャンバーを備え、コーティングチャンバー内で蒸発面から離間され、電源の陽極に接続された少
なくとも１つの陽極と、陰極と陽極との間にアークを点火しターゲット蒸発面にアークスポットを発生
するアーク点火装置を備え、陰極プレートの短側部に沿って蒸発面の後方に各設けられた少なくとも第１と
第２の指向伝導体を有する磁気集束システムを備え、第１の指向伝導体が第２の
指向伝導体の電流の方向と反対の方向へ電流を流し、第１と第２の指向伝導体が
蒸発面の近傍に設けられていて、それによって発生された磁界がアークスポット
に磁気的影響を及ぼし、陰極プレートの対向する長側部に沿った蒸発面の前に配置された少なくとも第
１と第２の実質的に直線状の集束伝導体を有する磁気集束システムを備え、集束
伝導体が電流を対向する側に流し電気的に指向伝導体と独立していて、指向伝導体によって発生された磁界と集束伝導体によって発生された磁界とが
、プラズマを蒸発面から離間しアークスポットを蒸発面の周りで所望の方向へ向
けるために、蒸発面の前方において同一方向に向けられることを特徴とする真空
アークコーティング装置。
【請求項２】指向伝導体が実質的に直線状であることを特徴とする請求項
１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項３】指向伝導体は、陰極プレートの長側部に平行に設けられた閉
成伝導体と相互に連結され単一の回路を形成することを特徴とする請求項２記載
の真空アークコーティング装置。
【請求項４】集束伝導体は、陰極プレートの短側部に平行に設けられた閉
成伝導体と相互に連結され単一の回路を形成することを特徴とする請求項１記載
の真空アークコーティング装置。
【請求項５】複数の指向伝導体は、電気的に独立していて、各指向伝導体
は、陰極プレートから離間するように方向付けられた閉成伝導体を有するコイル
の一部分であることを特徴とする請求項２記載の真空アークコーティング装置。
【請求項６】複数の集束伝導体は、電気的に独立していて、それによって
、第２の集束伝導体を通って供給される電流に関連して第１の集束伝導体を通っ
て供給される電流のレベルを変更し、陰極プレートの長側部に向かって流れるプ
ラズマをシフトすることを特徴とする請求項１記載の真空アークコーティング装
置。
【請求項７】各集束伝導体は、陰極プレートから離間するように方向付け
られた閉成伝導体を有するコイルの一部分であることを特徴とする請求項６記載
の真空アークコーティング装置。
【請求項８】閉成伝導体の一部分は、陰極プレートに垂直に向けられてい
ることを特徴とする請求項５記載の真空アークコーティング装置。
【請求項９】閉成伝導体の一部分は、陰極プレートに垂直に向けられてい
ることを特徴とする請求項７記載の真空アークコーティング装置。
【請求項１０】指向伝導体は、陰極プレートの短側部のみに沿って設けら
れている請求項１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項１１】集束伝導体は、陰極プレートの長側部のみに沿って設けら
れていることを特徴とする請求項１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項１２】閉成伝導体によって発生された磁界は、陰極プレートから
基板ホルダーへのプラズマ流を規定することを特徴とする請求項６記載の真空ア
ークコーティング装置。
【請求項１３】閉成伝導体は、磁気的影響をそれに全くおよぼさないよう
に蒸発面から離間して設けられていることを特徴とする請求項５記載の真空アー
クコーティング装置。
【請求項１４】集束伝導体用の閉成伝導体は、磁気的影響をそれに全くお
よぼさないように蒸発面から離間して設けられていて、蒸発面は、集束伝導体に
よって発生された磁気先端内に設けられていることを特徴とする請求項３記載の
真空アークコーティング装置。
【請求項１５】各指向伝導体の少なくとも一部分は、磁気コアの近傍で蒸
発面に指向磁界を集約するために、磁気コアによって取り囲まれていることを特
徴とする請求項１５記載の真空アークコーティング装置。
【請求項１６】磁気コアは、陰極プレートの短側部の近傍に設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項１７】磁気コアは、磁気コアの近傍で蒸発面に指向磁界を集約す
るために、少なくとも１つの付加的な独立した磁気コイルを有することを特徴と
する請求項１６記載の真空アークコーティング装置。
【請求項１８】磁気コアの一端部は、蒸発面の前方に設けられていること
を特徴とする請求項１５記載の真空アークコーティング装置。
【請求項１９】磁気コアの少なくとも一端部は蒸発面の後方に設けられて
いることを特徴とする請求項１５記載の真空アークコーティング装置。
【請求項２０】アークスポットが蒸発面のシールドされた領域上に移動す
るのを阻止するために、浮動電位に維持されていて、蒸発面の少なくとも１つの
シールドされた領域から離間されている電気的に導電性の少なくとも一つのシー
ルドを備えたことを特徴とする請求項１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項２１】シールドは、磁界が実質的に蒸発面に垂直な蒸発面のゾー
ン上へのアークスポットの移動を阻止することを特徴とする請求項２０記載の真
空アークコーティング装置。
【請求項２２】陽極は、陽極を取り囲む磁界の方向に実質的に接線的な方
向へ向けられ、磁界が蒸発面に実質的に垂直なゾーンの蒸発面の上方に設けられ
たプレートを形成する実質的に平坦な陽極本体部を有する内部陽極を有すること
を特徴とする請求項１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項２３】陽極本体部は、陰極プレートの長側部に平行に設けられ、
蒸発面に実質的に垂直に向けられていることを特徴とする請求項２１記載の真空
アークコーティング装置。
【請求項２４】陽極本体部は、陽極の有効面を増加するために複数の整流
装置を有することを特徴とする請求項２１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項２５】整流装置は、陽極を取り囲む磁界の方向に実質的に接線的
な方向に設けられていることを特徴とする請求項２４記載の真空アークコーティ
ング装置。
【請求項２６】整流装置は、陽極本体部に実質的に直交する方向に設けら
れていることを特徴とする請求項２５記載の真空アークコーティング装置。
【請求項２７】包囲陽極は、陰極プレートを取り囲んでいることを特徴と
する請求項１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項２８】包囲陽極は、陰極プレートを取り囲かこんでいることを特
徴とする請求項２２記載の真空アークコーティング装置。
【請求項２９】内部陽極と包囲陽極とは、独立した電源の陽極に各接続さ
れていることを特徴とする請求項２９記載の真空アークコーティング装置。
【請求項３０】陰極プレートの長側部に平行に設けられたプレートを各有
し、独立した電源の陽極に接続された複数の内部陽極を備え、陽極の各プレート
は、陽極を取り囲む磁界の方向に実質的に接線方向であって、磁界が蒸発面に実
質的に垂直なゾーンにおいて蒸発面の上方に設けられていることを特徴とする請
求項１記載の真空アークコーティング装置。
【請求項３１】少なくとも一つの内部陽極は、陽極の有効面領域を増加す
るために複数の整流装置を有することを特徴とする請求項３０記載の真空アーク
コーティング装置。
【請求項３２】整流装置は、ターゲットの短側部に平行に設けられ、基板
ホルダーに向かうプラズマ流用の経路を形成することを特徴とする請求項３１記
載の真空アークコーティング装置。
【請求項３３】陰極プレートの短側部の近傍に設けられた内部陽極は、堅
い水冷ブロックを有する請求項３２記載の真空アークコーティング装置。
【請求項３４】シールドは、蒸発面と内部電極との間に設けられているこ
とを特徴とする請求項２０記載の真空アークコーティング装置。
【請求項３５】蒸発面に実質的に直角であって、独立した電源に接続され
た包囲陽極を有することを特徴とする請求項３４記載の真空アークコーティング
装置。
【請求項３６】複数の集束伝導体を有することを特徴とする請求項１記載
の真空アークコーティング装置。
【請求項３７】隣接する集束伝導体によって発生された磁界は、同一方向
へ向けられ重なり合っている請求項３６記載の真空アークコーティング装置。
【請求項３８】１つまたはそれ以上の集束伝導体は、陰極プレートの作用
軸線に次第に増加する非対称な関係に設けられていることを特徴とする請求項３
７記載の真空アークコーティング装置。
【請求項３９】閉成伝導体は、蒸発面の後方に設けられていることを特徴
とする請求項１４記載の真空アークコーティング装置。
【請求項４０】集束伝導体は、各集束伝導体に対向する陰極プレートの側
部の蒸発面に実質的に平行に設けられた閉成伝導体を各有していることを特徴と
する請求項３８記載の真空アークコーティング装置。
【請求項４１】基板ホルダーは、陰極を有する陰極チャンバーの光学的軸
線から離れ、プラズマダクトによってそれと連絡して設けられていて、集束伝導
体は、陰極チャンバーとプラズマダクトとの間の交差部に隣接して設けられてい
ることを特徴とする請求項１４記載の真空アークコーティング装置。
【請求項４２】１対の対向する陰極チャンバーは、陰極プレートを各備え
ていて共通のプラズマダクトに連絡していることを特徴とする請求項４１記載の
真空アークコーティング装置。
【請求項４３】閉成伝導体は、各集束伝導体に関して非対称に設けられて
いることを特徴とする請求項１４記載の真空アークコーティング装置。
【請求項４４】集束システムは、陰極プレートの長側部に沿って蒸発面の
後方に各設けられた第3と第４の指向伝導体をさらに備えていて、第３の指向伝
導体は、第４の指向伝導体の電流の方向に対向する方向へ電流を流し、第３と第
４の指向伝導体は、発生された磁界がアークスポットに影響をおよぼすように蒸
発面の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空アークコーテ
ィング装置。
【請求項４５】第３と第４の指向伝導体は、電気的に独立していて、それ
によって第４の指向伝導体に関連して第３の指向伝導体に適用される電流のレベ
ルを変更し、第３の指向伝導体によって発生された磁界を陰極プレートの長側部
に沿ってシフトすることを特徴とする請求項３９記載の真空アークコーティング
装置。
【請求項４６】平行ペダルプラズマダクトの一方の端部に対向して設けら
れた１対の陰極プレートと、各陰極プレートの蒸発面から離間した陽極と、各陰
極プレートの光学的軸線から離れてプラズマダクトの他方の端部に設けられた基
板ホルダーとを備え、蒸発面から発生したプラズマは陰極プレートの光学的軸線
からプラズマダクト内に偏向されることを特徴とする請求項１４記載の真空アー
クコーティング装置。
【請求項４７】プラズマダクトの軸線に実質的に沿って設けられた分割陽
極を有することを特徴とする請求項４６記載の真空アークコーティング装置。
【請求項４８】プラズマを基板ホルダーに向かって偏向するために、陰極
プレートを包含するハウジングの一部分に隣接するプラズマダクトの一部分の周
りに設けられた偏向伝導体を備えたことを特徴とする請求項４７記載の真空アー
クコーティング装置。
【請求項４９】基板ホルダーを取り囲む１つまたはそれ以上の外部陽極を
有することを特徴とする請求項４７記載の真空アークコーティング装置。
【請求項５０】長側部と短側部および前方蒸発面を有する矩形の陰極プレ
ートの周りのアークスポットを指向する方法であって；ａ．蒸発面の前方で陰極プレートの第１の長側部に沿った第１の方向へ磁界を発
生し、蒸発面の前方で第１の方向に対向し陰極プレートの第２の長側部に沿った
第２の方向へ磁界を発生するステップと、ｂ．蒸発面の後方で陰極プレートの第１の短側部に沿って第３の方向へ磁界を発
生し、蒸発面の後方で第３の方向に対向し陰極プレートの第２の短側部に沿って
第４の方向へ磁界を発生するステップと、を備えていて、蒸発面の周りの侵食ゾーンに沿ってアークスポットを指向するた
めに磁界が蒸発面の前方に延びていることを特徴とする方法。
【請求項５１】一つまたはそれ以上の磁界を調整するステップを備えたこ
とを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５２】蒸発面の長側部に沿って発生した磁界の１つまたは両方を
調整するステップを備えたことを特徴とする請求項５１記載の方法。
【請求項５３】蒸発面の長側部に沿って磁界を発生する指向伝導体と協同
した閉成伝導体によって発生した磁界の１つまたはそれ以上を調整するステップ
を備えたことを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５４】一連の集束磁界によって生成された経路に沿ってプラズマ
の流れを規定するために、蒸発面の前方に一連の集束磁界を発生するステップを
備えたことを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５５】１つまたはそれ以上の集束磁界を調整するステップを備え
たことを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５６】長側部と短側部および前方蒸発面を有する矩形の陰極プレ
ートの周りのアークスポットを指向する方法であって、陰極プレートが蒸発面の
前方で陰極プレートから離間した複数の電気的に絶縁された陽極ブロックを有す
る装置内に包含されていて、アークスポットを蒸発面の周りに移動するために陽
極ブロックを選択的に活性化しまた非活性化するステップを備えたことを特徴と
する方法。
【請求項５７】アークの存在を検知するために陽極ブロックがセンサーと
協同していて、陽極の近傍のアークスポットが選択された期間を超えて蒸発面の
一部分に滞留する場合、陽極を非活性化する付加的なステップを備えたことを特
徴とする請求項５６記載の方法。