JP2013539498A - Ｈｉｐｉｍｓ電源を備えるコーティング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 HIPIMS電源を備えるコーティング装置を提供すること。
【解決手段】 真空容器と、その内部に配置された複数のカソードと、またHIPIMS電源とを備えるコーティング装置であり、HIPIMS電源による運転される少なくとも１つのコーティング・カソードと、コーティング・カソードに比較してより面積の小さい複数のエッチング・カソードが提供されている。エッチング・カソードは、HIPIMS電源に対して所定のまたは予め決定可能なシーケンスで接続されている。
【選択図】 なし

Description

本発明は、真空容器、その内部に配置された複数のカソードおよびHIPIMS電源を備えるコーティング装置に関する。この類の装置は、公開番号ＷＯ２００７／１１５８１９号の国際出願に記載され、他の参照物においてヨーロッパ特許明細書１ ２６０ ６０３が知られている。

ＷＯ２００７／１１５８１９号は、主に基板バイアスのための電圧原電の設計に関連するが、本願は、コーティング・カソードまたは複数のコーティング・カソードに対し電力を適用するために使用するHIPIMS電源の設計に関するものである。

もともとは、コーティング・ワークピースのためのいわゆるHIPIMS（HIPIMSとは、ハイパワー・インパルス・マグネトロン・スパッタリングを意味する。）に関連するものである。しかしながら、ＥＰ１ ２６０ ６０３特許明細書においては、HIPIMSの使用が、エッチング処理の形態において基板またはワークピースの前処理としての文脈で記載されている。

エッチングにあたり、汚染物または表面材料を除去するため、真空容器内で表面を衝撃する高エネルギーイオンを使用して基板またはワークピース表面を洗浄し、他方ではワークピース基板の表面領域に対してエッチング処理を施すことでイオンを注入することが知られている。エッチング・プロセスがワークピースをコーティングしようとするのと同一のイオンまたは他の代替可能な元素を使用して適用される場合、例えばコーティングのための元素、またはコーティングの接着のために提供される複数の元素の濃度が基板からコーティングへと向かうように高まった遷移層が生じ、このことは、基板またはワークピースに対する実際のコーティングの接着性を改善する。

コーティング・モードでは、比較的大きな表面を有するコーティング材料であるカソードが大規模プラントでは使用される。

所与のHIPIMS電源について、コーティングは、HIPIMS電源のサイズすなわち電源能力およびカソード面積によって決定される電流密度または電力密度で発生する。しかしながら、これに対応した電流密度または電力密度は、エッチング・プロセスでは理想的なものではない。

本発明の目的は、エッチング・プロセスのためにより良く設計され、かつより効率よく稼働する主題種類のコーティング装置を設計することにある。

上記の目的を達成するために、主題種類のコーティング装置は、HIPIMS電源により動作できる少なくとも１つのコーティング・カソードに加えて、コーティング・カソードよりも小面積とされ、HIPIMS電源に所定のまたは予め設定可能なシーケンスで接続させることができる複数のカソードが提供される。

この方法において、本発明に従い、より小面積の各エッチング・カソードで実質的により高いピーク電流密度または電力密度が達成され、それによりエッチング・プロセスは、より良好に、より効率的に稼働される。これを達成するに際し、HIPIMS電源のインパルスを、それぞれのエッチング・カソードに対して交互に印加して、どのような時間ポイントでも１つのエッチング・カソードに最大電力を供給するスイッチング・デバイスを追加することが必要とされるにすぎない。この関係において電気的スイッチング・デバイスは、例えば、個別的なHIPIMSインパルスの分布をそれぞれのカソードに向かわせるようにすることができる。

本発明に従う配置を通じて、コーティング・カソードに使用すると同じHIPIMS電源が、より大型のHIPIMS電源を使用することなく、またコーティング・カソードについても使用可能となり、これによって大きくコストおよび煩雑さが改善できる。

規格的には、一般的なＰＶＤプラントおよびスパッタ・プラント、またはとりわけアーク・コーティング・プラントにおいては、個別の基板またはワークピースが回転可能なテーブル上に配置され、これによって個別的なワークピースは、また、コーティングの間、多くの場合それ自体がそれら自身の軸の周りに回転される。ワークピース・テーブルまたはワークピースのホルダは、真空処理容器の長手軸を中心として回転し、そして個々のワークピースもまた真空容器の長手軸に平行とされたそれら自身の軸を中心として回転するので、コーティング・カソードからのコーティング・フラックスまたはエッチング・プロセスの間のエッチング・イオンのフラックスのいかなる乱れでも補償され、基板が均一に処理される、すなわちそれらの表面が均一にコーティングされる。この結果、互いにいくらか空間的に隔てて配置されることが必要で、それぞれがワークピースの全体ではなく一部が処理される個々のエッチング・カソードへとHIPIMS電源がシーケンシャルに接続され、全体の時間的平均とした見た場合に、基板またはワークピースの均一な処理が達成されることが妨げられることはない。

エッチング・カソードは、またコーティング・カソードとしても使用することができる。この目的のため、エッチング・カソードは、また共に接続され、HIPIMS電源の電力パルスが供給される。しかしながらこれらにはまた、HIPIMS電源からシーケンシャルな供給を受けることができ、その際にはコーティング・プロセスに適合させるように電力を低減させるのが普通である。この結果として、エッチング・カソードは、エッチング処理のために専用して使用されることはなく、エッチング・カソードは、またコーティングのためにも使用することができるので、エッチング・カソードを空間的に分離して配置しても、処理容器内で基板またはワークピースが運動するが故に、不均一なコーティングを与えてしまうことをなくすることができるという利点をもたらす。

HIPIMS電源がＤＣ部と、コーティング・カソードについて所定の周波数の電力パルスを生成させるスイッチング部とを備え、エッチング・モードでのコーティング装置の運転中に、電力インパルスが所定の周波数で、かつ所定のまたは予め決定できるシーケンスで個々のエッチング・カソードに印加され、これによってエッチング・カソードに対して連続してHIPIMS電源の個々の電力インパルスが供給されるコーティング装置が特に好ましい。

この態様は、HIPIMS電源に対する技術的な変更が不要なので特に簡潔でありながら、所定の仕方、すなわち予め設定可能なシーケンスでエッチング・カソードにHIPIMS電源の個別的な電力インパルスを印加するため、追加のスイッチング・デバイスを提供する必要があるだけである。このスイッチング・デバイスは、HIPIMS電源とは別に実現することもできるし、またはHIPIMS電源の部品として実現することができる。

代替的なコーティング装置は、HIPIMS電源がＤＣ部と、コーティング・カソードに対して所定の周波数の電力インパルスを生成するスイッチング部とからなり、エッチング・モードではHIPIMS電源が、予め決定可能な周波数の電力インパルスの間に少なくとも余剰のインパルスを供給し、そしてエッチング・カソードへと供給される全体のインパルスが、エッチング・カソードに次々に連続して印加され、これによってエッチング・カソードに連続したHIPIMS電源の個別的なインパルスを供給することを特徴とする。

このとき、HIPIMS電源のスイッチング部は、さらなる電力インパルスを生成するため、明らかながら、わずかに変更されなければならない。このことは、HIPIMS電源の特定の設計に応じて、スイッチング部に対して追加の複雑さをもたらし、またHIPIMS電源（またはＤＣ部の）ＤＣ部の電力能力を幾分か増加させる必要が生じる可能性がある。全体としては、より効率的でより高速なエッチング・プロセスがわずかなコストおよび複雑さで提供される。しかしながら、HIPIMS電源のＤＣ部は、コスト増加の主な部分である。スイッチング部は、比較的コスト的に好ましく、また直接設計でき、さらにまたより高い所定の周波数で動作または稼働されるので、さらなるインパルスを、大きなコストを要することなく利用可能である。

さらなるコーティング装置は、IPIMS電源がＤＣ部と、コーティング・カソードに対して所定の周波数の電力インパルスを生成するスイッチング部とからなる。このため、エッチング・モードでHIPIMS電源は、電力インパルスの間に所定の周波数で余剰のインパルスを供給し、かつインパルスが全体が群としてエッチング・カソード連続して供給されるように稼働させることができ、これによってエッチング・カソードには、連続してインパルスの個別的な群が供給される。

この変形例は、エッチング・カソードに対して単一の電力インパルスを供給し、その直後に次のエッチング・カソードへとスイッチングするのではなく、複数のインパルス、すなわちインパルス群を第１のエッチング・カソードに印加し、その後、インパルス群を対応して供給可能な次のエッチング・カソードへとスイッチさせるものである。

この手法がワークピース・テーブル上またはワークピース・ホルダ上の基板の回転と共に使用される場合であって、ワークピース・テーブルまたはワークピース・ホルダを容器の長手軸を中心として運動させる場合、均一のエッチング処理がまた本変形例によって達成できる。

続いて、本発明をより詳細に実施形態および下記の図面を参照して説明する。

ＷＯ２００７／１１５８１９号の図１に記載される、HIPIMS電源を搭載するマグネトロン・スパッタリング・プラントの基本的な設計を示す。 図１に従う装置および本発明において使用することができるHIPIMS電力インパルス・シーケンスを示した図。 図１に類似してはいるが本発明のコーティング装置を示した図。 図２に類似してはいるが、HIPIMS電力インパルスのシーケンスが、どのようにして個々のエッチング・カソードに印加されるかを示した図。 本発明のコーティング装置に使用することができるHIPIMS電源の設計を示すブロック回路図。 図４に類似しているが、HIPIMS電源により生成された余剰のインパルスがどのようにして生成され、またそのようにして余剰のインパルスが個々のエッチング・カソードに印加されるかを示す図。 どのようにしてHIPIMS電源の個別的なインパルスがグループ状に個別的なエッチング・カソードに印加されるかを示すための図５に類似する図。

図１を参照すると、図１には、複数の基板１２を処理およびコーティングするための真空コーティング装置１０が示されている。この装置は、金属製の真空容器１４を備えており、この実施例では対向して配置された２つのカソード１６を備え、これらのカソードには、それぞれ、それらのためのHIPIMS電源１８（その１つが図示されている。）が、容器中に気相として存在する材料イオンおよび／またはそれぞれのカソードまたは複数のカソードを形成する材料のイオンを生成する目的で取り付けられている。基板（ワークピース）１２は、テーブルの形状の基板キャリア２０上にマウントされており、基板キャリア２０は、電気モータ２４によって矢線２２の方向に回転することができる。電気モータ２４は、基板キャリアに連結されたシャフト２６を駆動する。シャフト２６は、容器１４の基部でそれ自体はよく知られているシールおよび絶縁方法でリード通孔２８を通されている。このことが基板バイアス・サプライ３２の端子３０を、ライン２７を通して基板キャリア２０に接続することを可能としている。基板バイアス・サプライ３２は、文字ＢＰＳによって指定されており、ＢＰＳは、Bias Power Supplyを略したものである。基板１２は、垂直な柱体２９にマウントされており、これによりスイッチ３４が閉じられた場合にバイアスパワー・サプライ３２が印加される端子３０の電位を保持させている。

この実施例において、装置１０の金属ハウジング１４および同時に装置の正側端子は、グランド３６に接続されている。HIPIMS電源の正側端子は、同様にハウジング１４、従ってグランド３６に接続され、また基板バイアス・サプライ３２の正側端子３８も同様である。

その上部（この位置は重大なものではないが）において、真空容器は、バルブ４２およびさらなるライン４４を介して処理容器１４を排気する目的の真空システムに接続される接続スタブ４０を備えている。真空システムは、図示していないが本技術分野においては周知である。さらなるライン５０は、１つ以上の好適な気体を真空容器に供給可能としており、このライン５０は、同様にバルブ４８および接続スタブ４６を介して真空容器の上部に連結されている。反応性スパッタリングによって、例えば、窒化物や炭素コーティングまたは炭化物−窒化物コーティングを堆積させるため、アルゴンといった不活性ガス、または窒素、またはアセチレンといった気体が真空容器に導入可能とされている。連結４６，４８，５０に類似する分離された連結が、必要に応じて異なる気体のために提供されても良い。

概略的に記載された種類の真空コーティング装置は、従来技術において知られており、多くの場合、２つ以上のカソード１６を搭載する。例えば、ハウザー・テクノ・コーティングＢＶ社から利用できる真空コーティング装置は、容器１０が、概ね八角形の断面とされ、外側に向かって開く４つのドアを備えており、それぞれがマグネトロン・カソード１６を保持している。これらのカソードは、同一の材料からなるが、これらは、多くの場合、基板または物体１２上に層状に異なる材料のコーティングの積層を可能とするため、異なる材料からなる。

典型的な真空コーティング装置は、また複数のさらなるデバイス、例えばダーク・フィールド・スクリーン、基板１２を予備加熱するための加熱デバイス、および場合によっては種々のエレクトロン・ビーム・ソースまたはプラズマ・ソースを備えており、これらのデバイスは、図１の概略図には示されてはいない。これに加えて、当該真空コーティング装置にはマグネトロン・スパッタリング・カソードに加えてアーク・カソードを提供することもできる。装置を使用する場合、真空容器１４内に最初に存在する空気を、ライン４４、バルブ４２、およびライン４０を介して真空排気システムにより排気し、アルゴンおよび／または活性気体を、ライン５０、バルブ４８および連結スタブ４６を介して容器内に流入させる。この連結において、最初に容器内に存在する空気は、容器から除去され、真空容器１４は、不活性ガスおよび／または反応性ガスでフラッシュされる。同時に、またはこれに続いて加熱デバイス（不図示）を、基板予熱のために動作させ、物体１２に存在するいかなる揮発性ガスまたは化合物をも脱出させる。

容器内に導入される不活性ガスは、例えば宇宙線により電子と例えばアルゴン・イオンなどの不活性ガスイオンへとある程度が電離される必要がある。アルゴン・イオンは、カソードに引きつけられてターゲット、すなわちカソード材料を含むカソードに衝突し、これによってイオンがカソード材料を衝撃して２次電子を生成させる。マグネトロン・システム（図示しないものの、それ自体は周知である。）がそれぞれのカソードに伴われていて、通常閉ループの形状の磁気的トンネルを生成しており、この磁気的トンネルは、カソードの表面を覆うように延びる。閉ループとして存在するこの磁気的トンネルは、電子を閉ループの周りに周回的に運動させて衝突によりさらなる電子を生成させる。これらの２次電子は、かくして容器の気体雰囲気のさらなるイオン化を生じさせ、また不活性ガスイオンおよびカソード１６の材料のイオンのさらなる生成を促進する。これらのイオンは、例えば−７００〜−１２００Ｖの適切なレベルの基板バイアスにより物体１２に引き寄せられて、適切なエネルギーで物体を打撃し、物体表面をエッチングする。

エッチング処理が完了すると直ちにスイッチをコーティング・モードとし、このコーティング・モードでは、カソードへの好適な電源を使用してカソード材料の原子およびイオンのフラックスを、基板キャリア上で回転するワークピース１２によって占有される空間へと移動させる。基板は、その後カソード材料によってコーティングされる。アセチレンといった反応ガスが真空容器内に存在している場合、その後に対応するコーティングが基板上に形成される。例えば、カソードがＴｉとして存在し、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）がＣ原子およびＨ原子に分離されると、ワークピース上には、ＴｉＣコーティングが生じる。水素は、部分的にコーティング内に堆積し、また部分的に真空容器から真空システムにより除去される。基板キャリア２０上の基板１２の方向におけるイオンの運動は、基板ホルダ、すなわち基板に印加されるネガティブ・バイアスによってもたらされる。カソード１６の他のイオン化されていない材料原子は、適切な運動エネルギーを受け取ってこれらはまたカソード１６の正面の空間へと移動して物体１２上にコーティングを形成する。基板バイアスの結果、不活性ガスのイオンは、同様に基板へと、すなわちワークピースへと引きつけられてコーティング密度を増加させる。基板に印加されるこのバイアスが、カソードで表面衝撃され、カソード１６の前面にあるプラズマ内のカソード材料のイオンを引きつけるように印加されることは理解されるであろう。

異なる態様のスパッタリング・プロセスが知られている。この態様ではカソード１６を一定の負電圧とし、基板ホルダを一定の負バイアスとする。これはＤＣマグネトロン・スパッタリングを説明するものである。パルス化ＤＣスパッタリングもまた知られており、そこでは少なくとも１つのカソードがパルス・モードで運転される。加えて基板キャリアへのバイアス電源は、同様にパルス・モードで駆動されることができる。これは、特に半導体材料のカソードに対して効果的である。

このようなＤＣマグネトロン・スパッタリング・プロセスにおいては、それぞれのカソード１６によって消費される電力が例えば１６〜２０ｋＷとなる。

しかしながら、より最近のカソードにおいては、一定のＤＣ電流を供給することはなく、むしろより高い電力が、比較的短時間のインパルスとして供給されるだけである。例えば、図２に示す電力インパルスは、HIPIMS電源１８によって生成され、１０μｓの時間幅で２００μｓのパルス繰り返し時間間隔を有しており、５０００Ｈｚのパルス繰り返し周波数、すなわち連続するパルスの間の間隔が１９０μｍに対応する。引用したこれらの値は、純粋に例示するためのものであり、広い限界の中で変更することができるものとして理解されるべきである。例えば、１０μｓ〜３０ｍｓの範囲のインパルス間隔および２００μｓ〜１００ｍｓのパルス繰り返し時間で直接的に動作させることができる。きわめて高い電力をカソードに印加することが制限される場合、平均電力は、ＤＣモードでの通常のマグネトロン・スパッタリングの期間における電力水準に相当する中程度の水準に維持することができる。しかしながら、カソードまたは複数のカソードに対して高い電力インパルスを印加することにより、カソードまたは複数のカソードから脱離する金属蒸気のイオン化が非常に高い程度、イオン化程度が直接的に４０％〜実に１００％の範囲で生じる、異なる操作モードで動作することが見出された。このような高い程度のイオン化の結果、大変多くのイオンが基板に引きつけられ、より高速で基板に到着する結果としてより密なコーティングおよびより高速なコーティング・プロセスが提供される。

電力が電力ピークに集中されるという事実は、しかしながらまた、基板へのバイアス電圧電源における電流が相対的に高くなることであるが、これらの電力ピークが流されるとすると電流の増加は、通常のバイアス電源によっては、直接的に供給することができない。

図１に示したＷＯ２００７／１１５８１９号に示された解決法に従ってこの問題を解決するため、追加的な電圧源６０を提供する。この電圧源６０は、最も単純には、市販の電源によって所望する出力電圧に対応する電圧まで充電されるキャパシタによって実現することができる。電力インパルスがHIPIMS電源１６からカソード１０に印加される場合、上述したように、本質的にカソード１６に由来するイオンからなる材料フラックスは、基板１２に向けられる。イオン・フラックスのこのような増加は、ライン２７を流れる基板ホルダ２０における例えば４０アンペアという電流の増加により示される。HIPIMS運転のためにではなくＤＣ運転のために設計されている場合、通常のバイアス電源３２は、このような高いピーク電流を供給することができない。しかしながら、カソード電源１８の個別的な高電力インパルスの間の休止にバイアス電圧電源により充電されるキャパシタ６２は、基板ホルダでの所望するバイアス電圧を狭い範囲内で保持することを可能とし、かつ要求される電流を供給することを可能としており、これは、キャパシタにわずかな放電を生じさせるだけである。この方法において基板バイアス電圧は、少なくとも実質的に一定に維持される。

例示的な目的で、放電は、例えば−５０Ｖで与えられるバイアス電圧が、コーティング・プロセスの間に、例えば−４０Ｖに低下するように発生させることができる。

例えば略−７００Ｖ〜−１２００Ｖのより高いで基板キャリアおよび基板のバイアスで案圧でのエッチング・プロセスの間には、さらなる所望しない電圧低下がまた発生することを指摘するべきである。

図１に示す形態のバイアス電源３２は、従って基本的にはHIPIMSマグネトロン・スパッタリング・プロセスを可能とするものである。

完全を期す目的で、バイアス電源３２はまた、アーク保護機能を備えることができる。例示の目的では、６４のような、ライン３２に流れる電流を検出する検出器を提供することができ、この検出器は、アークが発生する場合に半導体スイッチ３４を起動してスイッチ３４を開成し、基板ホルダ２０またはキャリアにおけるバイアス電圧を遮断するために使用することができ、これによってアークを消滅させることができる。検出器６６′における破線は、電圧検出器として実現される検出器６６の代替的な位置を示す。さらなる変更および態様は、ＷＯ２００７／１１５８１９号に記載されている。

本出願は、エッチング・プロセスを改善することにも関する。

図３は、図１の態様の本発明に従った変更バージョンを示す。これに関連し、図１と同一の参照数字が図３において使用されており、これらの参照数字はまた、装置またはプラントの同一の部材を参照する。さらに、図１の説明で与えられた参照のための参照数字は、特に断らない限りにおいて、正しく同一の仕方で図３に適用する。簡潔化するだけの目的で、異なる構成のみを以下に説明する。

図１の態様における、図示した装置の例えば右手側カソード１６は、例えばエッチング・プロセスに使用され、図２と同一のパルス・シーケンスで運転されるが、バイアス電圧（バイアス・ポテンシャル）は、エッチング・プロセスのためにより高い値、例えば−７００〜−１２００Ｖに選択されている。図３の態様では、カソード１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄは、カソード１６の代わりに使用されている。

これらは、例えば円形とされ、それぞれが置き換えたカソード１６よりも著しく小さな表面を備えている。

カソードまたは複数のカソード１６が矩形（この場合に必須というわけではない）とされているところ、エッチング・カソード１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄについては単純化の目的から円形が選択されているが、これについてもまた、本質的というわけではない。その代わりにエッチング・カソード１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、また、方形または矩形又は他の形状を有することができる。円形のマグネトロン・カソードは、それ自体は、それぞれのカソードの前面に閉ループの形状を有する所望する磁気トンネルを誘導するマグネット・システムとして知られている。

本教示に従い、コーティング装置１０には、真空容器１４と、その内部に配置された、複数のエッチング・カソード１６およびエッチング・カソード１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄと、HIPIMS電源１８とを備える。HIPIMS電源１８は、正しく従来技術として知られているように設計されている。図３に従うこのコーティング装置は、従って、HIPIMS電源で運転される少なくとも１つのコーティング・カソード１６（図中装置の左手側に示される）に加えて複数のエッチング・カソード１６Ａ，１６Ｂ，６Ｃ，１６Ｄを備え、これらはコーティング・カソード１６に比較してより小さな面積とされ、かつ所定のまたは予め決定可能なシーケンスでス電気イッチ８０の手段によりHIPIMS電源１８へと接続可能とされている。

参照数字８２は、さらなるスイッチを指し示しており、このスイッチは、スイッチ８０のように電気スイッチとして形成することができるが、また、例えば機械的または電磁気的に動作されるスイッチといった異なる設計とされていても良い。

スイッチ８０は、この態様では４つの個別的なスイッチ８０Ａ、８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄからなり、これらのスイッチは、HIPIMS電源１８のパルス・シーケンスのクロック周波数で図２に従い開閉され、HIPIMS電源１８に同期されているので、図４から明らかなように、例えば第１のシーケンスのインパルスがカソード１６Ａに、シーケンスの第２のインパルスがカソード１６Ｂに印加され、シーケンスの第３のインパルスがエッチング・カソード１６Ｃに印加され、シーケンスの第４のインパルスがエッチング・カソード１６Ｄに印加され、シーケンスの第５のインパルスが再度エッチング・カソード１６Ａなどに印加される。

個別的なエッチング・カソード１６Ａ〜１６Ｄがコーティング・カソード１６よりも実質的により小さな面積を有しているので、実質的により高いピーク電流密度をエッチング・カソード１６Ａ〜１６Ｄで達成することができる。これらのカソードは、好ましくは順々に電気スイッチ８０、８０Ａ〜８０Ｄを介してスイッチされて、特定の時間ポイントではただ一つのカソードが運転されているようにすることが好ましい。個別的なエッチング・カソード１６Ａ〜１６ＤがHIPIMS電源１８のインパルスのシーケンスの周波数でクロックされていたとしても、これらは、電力インパルスがまた立ち上がって減衰するように、実質的により長い時間的期間に渡って個々の場合についてスイッチオンさせることができる。

上述したように、図３の左手側に示すように正しく１つのコーティング・カソード１６を提供することは必須ではなく、複数のコーティング・カソード１６をまた真空容器内に提供することができ、これらのコーティング・カソード１６は、複数のスイッチ８２を介して次々と、または同時的に、または所望する組み合わせでHIPIMS電源１８に接続されてもよい。さらにHIPIMS電源は、また、複数の個別的なコーティング・カソード、またはコーティング・カソードの複数の群として提供することができる。

本明細書において少なくとも１つのコーティング・カソード１６に加えて、コーティング・カソード１６に比較してより小さな面積の複数のエッチング・カソードを提供するとは、複数のエッチング・カソードが、個別的なコーティング・カソードよりもより小さな面積とされること、個別的なコーティング・カソードの最大のものよりも少なくともより小さな面積とされること、いかなる根拠によってもまた、例えばコーティングにおいて追加されることになる特定の元素のより小さなパーセンテージだけを見た場合にでも小さなコーティング・カソードが提供されること、を意味するものである。コーティング・カソードは、コーティング・カソードの１つがより少ない元素のパーセンテージで提供される場合であっても多くの場合、いつも同一のサイズで提供される。この理由は、このカソードは、その他のコーティング・カソードよりもより長く残る、すなわち頻繁には交換される必要がないからである。より小さなコーティング・カソードについては、コーティング・プロセスにおける最大電流密度がコーティング・プロセスについての理想値に収まるように、また多くの場合低い電力で稼働される。

コーティング・カソードおよびエッチング・カソードは、所望する材料から構成することができる。純粋に例示の目的で、コーティング・カソードは、チタニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タングステン、クロム、タンタルまたはこれらの合金、任意により少量のニオブまたは炭素といった添加物、およびまた少量のＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅといった希土類元素の添加物から構成することができる。また、炭素カソード例えば、グラファイトも考慮することができる。反応性気体については、必要に応じて他の物の中でも窒素またはアセチレンといったガスを考慮することができる。

ネオン、アルゴン、クリプトンまたはキセノンといった不活性ガスをエッチング・プロセスに使用し、かつクロム、バナジウム、チタニウム、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、ニオブまたはタンタルのカソード、すなわち、これらの元素（すなわち、Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ）または他の元素または所望される限りの合金からなるエッチング・カソード１６Ａ〜１６Ｄをエッチング・プロセスのために提供することが特に好ましい。

エッチング・プロセスは、通常１０^−５〜１０^−１ｍｂａｒ、好ましくは約１０^−２ｍｂａｒの範囲のアルゴン圧で行われる。

エッチング・カソード１６Ａ〜１６Ｄは、しかしながらまたコーティング・カソードとしても使用される。この目的のため、スイッチ８０Ａ〜８０Ｄは、同時に閉じることができ、これによりエッチング・カソード１６Ａ〜１６Ｄは、並列にHIPIMS電源１８に接続される。この点に関して見れば、スイッチ８２閉じられていてもよいし、開かれていてもよい。

図５から明らかなように、HIPIMS電源は、通常、ＤＣ部８４と、スイッチング部８６とを備え、スイッチング部８６は、図２に示すようにコーティング・カソードのため、ＤＣ部８４の出力からの所望するまたは所定の周波数の電力インパルスを生成する。上述したように、図３に示すようにエッチング・モードでコーティング装置を運転する場合、所定の周波数の電力インパルスが個別的なエッチング・カソード１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄに対して所定のまたは予め設定可能なシーケンスで印加される。ここで、シーケンス１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｄ，１６Ｄにおいてはエッチング・カソードに対し、HIPIMS電源からの個別的な電力インパルスが連続して供給される。例えば１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄについて他のシーケンスをまた考慮することができ、４つだけのエッチング・カソードが使用される場合が必須的、というわけではない。原理的にエッチング・カソードのいかなる所望する数でも使用することができ、また全部が同一のサイズを有する必要はない。

本願の教示を以下、同一のサイズを有する４つのエッチング・カソードおよび１つのコーティング・カソードを備える態様を参照して数値的に表現する。本発明の実施例に従い、コーティング・カソード１６は、長さおよび幅が１００ｃｍ×１７ｃｍ、すなわち、１７００ｃｍ^２の面積を有する矩形とされている。この種類のコーティング・カソードは、通常、３６０ｋＷおよびピーク電流６００ＡのHIPIMSモードで運転される。これは、約１７００ｃｍ^２の面に約２１２Ｗ／ｃｍ^２の電力密度および約０．３５Ａ／ｃｍ^２の電流密度を生じさせる。エッチング・カソードが直径１７ｃｍである場合を考えると、各エッチング・カソードの面積は３４５ｃｍ^２となり、これは、同一の電源についていえば単位面積あたりの電力、すなわち電力密度が約５倍以上、すなわち、１．０４ｋＷ／ｃｍ^２であり、電流密度が１．７Ａ／ｃｍ^２となることを示す。

HIPIMS電源のコーティング装置は、また異なる設計とすることができる。例えばスイッチング部８４については、HIPIMS電源１８が少なくとも所定の周波数、すなわちより高い周波数で追加の余剰インパルスを電力パルスに供給するようにエッチング・モードにおいて運転することができる。これらの電力インパルスは、その後例えば図６に従いエッチング・カソードにシーケンス的に供給される。図６は、これをここでは、エッチング・カソード１６Ａ,１６Ｂ,１６Ｃ,１６Ｄへのパルス・シーケンス１６Ａ,１６Ｂ,１６Ｃ,１６Ｄ,１６Ａにおいて最初の５インパルスについて示している。他の観点においては、図３のパルス・シーケンスを説明の目的で示しているが、実際上、３つの追加的な電力インパルスがスイッチング部８６によってより広い間隔の２つの連続するそれぞれの電力インパルスの間に供給され、これが図７に実際的に示されている。図６の実施例においては、エッチング・カソード１６Ａ,１６Ｂ,１６Ｃ,１６Ｄはまた、HIPIMS電源の個別的なパルスと共に連続的に供給される。

しかしながらこのことは、必須的な事項ではない。図７は、どのようにしてエッチング・カソードに対する電力インパルスの別の対応付けが適用されるかについての他の態様を示しており、そこでは実に最初の４つのインパルスがエッチング・カソード１６Ａに供給され、次の４つの電力インパルスがエッチング・カソード１６Ｂに供給され、次の４つの電力パルスがエッチング・カソード１６Ｃに供給され、次の４つの電力インパルスが、エッチング・カソード１６Ｄなどに供給される。すなわち、言い換えると、HIPIMS電源はエッチング・モードでは、所定の周波数の電力インパルスの間に少なくとも余剰のインパルスを供給し、これらの電力インパルスが全体として連続的にエッチング・カソードに対して群として供給され、これによってエッチング・カソードに連続してインパルスの個別低な群を供給することができる。個別的な群における電力インパルスの数は、４つに限定されるものではなく、エネルギーを与えられたエッチング・カソードについて所望するいかなる群およびシーケンスでも選択することができる。より高周波数のスイッチング部の運転は、またＤＣ部８４の電力の増加を生じさせる。しかしながら、このことは範囲内のものである。エッチング・プロセスは、より高いインパルス周波数の結果として効果的に短縮することができる。

Claims (7)

1. 真空容器（１４）と、その内部に配置された複数のカソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）と、またHIPIMS電源（１８）とを備え、
   前記HIPIMS電源によって操作される少なくとも１つのコーティング・カソード（１６）と、前記コーティング・カソードに比較してより小さな面積の複数のエッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）とを備え、前記エッチング・カソードが前記HIPIMS電源（１８）に対して所定のまたは予め決定可能なシーケンスで接続されることを特徴とする、コーティング装置（１０）。
2. 前記エッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）は、スイッチング・デバイス（８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ）を介してそれぞれ個別的にHIPIMS電源（１８）に接続可能であることを特徴とする、請求項１に記載のコーティング装置。
3. 前記エッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）は、またコーティング・カソードとしても使用可能であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコーティング装置。
4. 前記エッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）は、コーティング・プロセスに共同して接続されるか、または前記HIPIMS電源（１８）に並列に接続されることを特徴とする、請求項３に記載のコーティング装置。
5. 前記HIPIMS電源（１８）は、ＤＣ部（８４）と、前記コーティング・カソード（１６）のための所定の周波数の電力インパルスを生成するスイッチング部（８６）とから成り、前記コーティング装置がエッチング・モードで運転されている場合には前記所定の周波数の前記電力パルスが個別的な前記エッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）に所定のまたは予め決定可能なシーケンスで印加されて、前記HIPIMS電源（１８）の個別的な前記電力パルスが前記エッチング・カソードに連続的に供給されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコーティング装置。
6. 前記HIPIMS電源（１８）は、ＤＣ部（８４）と、前記コーティング・カソードのための所定の周波数の電力インパルスを生成するスイッチング部（８６）とから成り、前記HIPIMS電源（１８）は、前記エッチング・モードでは少なくとも前記電力パルスの間に所定の周波数の余剰のパルスを少なくとも供給し、前記供給されたインパルス全部が前記エッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）に次々に印加されて、前記HIPIMS電源（１８）の個別的な前記パルスが前記エッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）に連続して供給されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコーティング装置。
7. 前記HIPIMS電源（１８）は、ＤＣ部（８４）と、前記コーティング・カソード（１６）のための所定の周波数の電力パルスを生成するスイッチング部（８６）とから成り、前記HIPIMS電源（１８）は、エッチング・モードで、前記電力パルスの間に所定の周波数で少なくとも余剰の電力パルスを供給し、前記パルスは全体が前記エッチング・カソード（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）に対して群として連続的に供給されており、前記エッチング・カソードには個別的なパルスの群が連続的に供給される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコーティング装置。