JP4253385B2 - スパッタリングあるいはアーク蒸着用の装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コーティング堆積即ち被覆蒸着（ｃｏａｔｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）およびプラズマ・プロセッシング（イオン注入、エッチングなど）に、および特にマグネトロン陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
閉ループ磁界が、陰極の蒸発可能な表面の少なくとも一部分にわたって確立されるマグネトロン陰極は、ここ２０年ほどにわたりスパッタリング技術およびアーク蒸着技術において広く使用されるようになった。スパッタリング陰極の場合には、磁界は不活性ガスプラズマ放電を強化し、蒸発可能な表面に沿って閉ループ路にプラズマを導くように働く。アーク陰極の場合には、磁界は蒸発可能な表面に沿って閉ループ路に１つまたはより多くのアーク・スポットの方向を導くために働く。類似の陰極および磁界の幾何学的形状は、スパッタリングとアーク蒸着の両方のために使用され、主要な相違は必要な磁界の強さと放電の横方向の閉じ込め手段である。スパッタリング陰極は、典型的には数百ガウスの磁界の強さを有するのに対し、アーク陰極は、典型的にはたった数十ガウスの磁界の強さしか持たない。たいていの従来型で現在でも使用されるマグネトロン陰極は基本的に平面または円筒状の幾何学的形状を有すると記述できる。
【０００３】
平面マグネトロンは一般に、蒸発させられる材料からなる平らな円盤または長方形板を備える。たとえば米国特許第５，４０７，５５１号（Ｓｉｅｃｋ他）、第４，１６２，９５４号（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ）、第４，６７３，４７７号（Ｒａｍａｌｉｎｇａｍ他）、および第４，７２４，０５８号（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ）に開示されているとおりに、磁界は、前記の板を貫通して、または該板にわたって閉ループの磁気トンネルまたは「レーストラック」を蒸発可能な表面に形成するように、突き出される。磁気トンネルは典型的には円形のまたは長円の浸食溝を蒸発可能な表面（材料蒸発のための陰極表面）に形成して、磁気トンネルはスパッタリングまたはアーク放電を導き且つ含む。どちらか一方のプロセスによって蒸発した材料は蒸発可能な表面に実質的に垂直な方向に放出される。実質的に垂直な方向とは、本発明の目的に関しては、１表面への垂線の周りを中心とする放出分布に言及していると理解され、特定方向に、陰極上の特定点から放出される材料の量が、その点での垂線からの角度の関数として減少する。コーティングされる基板は、典型的には、陰極表面に面し、均一被覆面積域に延在するように旋回および／または移動してもよい。放出される材料の分布または陰極の浸食プロフィルに影響を与えるために、陰極表面の部分は、米国特許第４，４２８，２５９号（Ｃｌａｓｓ他）および第４，４５７，８２５号（Ｌａｍｏｎｔ）に開示されているとおりに平面の表面に関しては傾斜していてもよい。
【０００４】
長方形の平面３極管スパッタリング装置は、米国特許第４，４０４，０７７号（Ｆｏｕｒｎｉｅｒ）に開示されており、平行な磁界成分が蒸発可能な表面上の非閉路にわたって広がり、前記閉路の１端に電子エミッタを有し、他端にコレクタを有する。長方形の平面アーク陰極は、米国特許第５，４８０，５２７号（Ｗｅｌｔｙ）に開示されており、平行磁界成分の極性が逆転されて、蒸発可能な表面の長さ方向に沿って、前後にアーク・スキャンが行われる。長方形のアーク蒸着陰極は、米国特許第５，３８０，４２１号（Ｇｏｒｏｋｈｏｖｓｋｙ）に開示されており、蒸発可能な表面は、傾斜した縁を有する長方形板の１側面であり、静的磁気および動的磁気を組み合わせた手段によって長さ方向に沿ったアーク移動を制御することが教示されている。長方形のフレームを備えるマグネトロン・スパッタリング陰極は米国特許第５，２７７，７７９号（Ｈｅｎｓｈａｗ）に開示されており、前記フレームの内側周辺部の周りを浸食路が覆い、蒸発した材料は、内側に、フレーム孔の中央へ向けられ、被覆される即ちコーティングされる基板は前記孔を貫通して通される。２面式の平面マグネトロン・スパッタリング陰極は、米国特許第４，１１６，８０６号（Ｌｏｖｅ）に開示されており、磁気手段を備える中央フレームの各側面上に配置された２つの各平面ターゲット上の分離した閉ループ磁気トンネルを有する。アーク蒸着またはスパッタリングのいずれか一方のための平面マグネトロン陰極は米国特許第５，１６０，５８５号（Ｈａｕｚｅｒ他）に開示されており、磁気手段の部分は、磁界の強さを、採用される予定の蒸気化方法にしたがって調整するために、ターゲット表面と相対的に移動してもよい。
【０００５】
円筒形のマグネトロンは一般に蒸発が行われる予定の材料の円筒形の棒または管を備える。蒸発可能な表面は、一般に外側または内側の全円筒表面であり、放出分布は特定の磁界配位に依存する。長手方向の円筒軸線に平行なソレノイド磁界を有する円筒状スパッタリング陰極は、米国特許第４，０３１，４２４号（Ｐｅｎｆｏｌｄ他）に開示されており、外側表面に対して垂直で、（理想的には）円周の周りに、長手方向に沿って均一な放出分布を有する。外側表面の部分にわたって閉ループ磁気トンネルおよび浸食進路（ｅｒｏｓｉｏｎ ｔｒａｃｋ）を発生させるために円筒状ターゲットの内部で磁気手段を使用するスパッタリングおよびアーク陰極は、たとえば米国特許第４，７１７，９６８号（ＭｃＫｅｌｖｅｙ）、第５，３６４，５１８号（Ｈａｒｔｉｇ他）、および第４，８４９，０８８号（Ｖｅｌｔｒｏｐ他）に開示されており、ターゲットの均一な浸食を達成するために磁気手段とターゲット円筒との間の相対的移動を利用する。円筒は回転しながら磁気手段は固定されたままでよく、あるいはその逆でもよい。放出分布は、浸食進路のその時の位置を備える円筒表面にある点に実質的に垂直になっている。ソレノイド磁界を有する短い円筒形アーク蒸着陰極は、米国特許第４，４９２，８４５号（Ｋｕｌｊｕｃｈｏ等）および第５，５１８，５９７号（Ｓｔｏｒｅｒ等）に開示されている。長い円筒形アーク蒸着陰極は、たとえば第５，２６９，８９８号（Ｗｅｌｔｙ）および第５，４５１，３０８号（Ｓａｂｌｅｖ他）に開示されているとおりに、一般に陰極の長手方向にわたって均一のアーク移動を確実にする動的手段を必要とする。外側コイルが陰極の長手方向の軸即ち軸線に対して垂直に磁界を付与する円筒状アーク陰極は、ソビエトの発明者証（Ｉｎｖｅｎｔｏｒ’ｓ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ）７１１７８７に開示されている。この場合には、アーク・スポットは、磁界ラインが、陰極表面に対してほぼ垂直な領域に閉じ込められると記述されており、円周の周りでのアークの動きが、コイルを陰極の周りに旋回させることによって達成されるということが記載されている。磁界はこの場合、陰極表面にわたって閉ループ・トンネルまたは通路を備えてはいない。
【０００６】
アーク放電スポット（ａｒｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｐｏｔｓ）が蒸発可能表面を離れ動かないようにするための絶縁手段は、米国特許第４，４３０，１８４号（Ｍｕｌａｒｉｅ）に開示されている。アーク・スポットが蒸発可能表面を離れないようにするための磁気的に透過可能なリング手段は、米国特許第４，４４８，６５９号（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ）、第４，５５９，１２１号（Ｍｕｌａｒｉｅ）、および第４，６００，４８９号（Ｌｅｆｋｏｗ）に開示されている。特定の蒸発可能表面を離れるアーク・スポットを消滅させるための遮へいおよびギャップ手段は、米国特許第３，７９３，１７９号および第３，７８３，２３１号（Ｓａｂｌｅｖ等）に開示されている。アーク放電を含むために渦電流を利用する導電体リング手段は、米国特許第５，３８７，３２６号（Ｂｕｈｌ他）に開示されている。スパッタリング放電を含むための側壁手段を突き出すことが米国特許第４，５１５，６７５号（Ｋｉｅｓｅｒ他）、第４，９３３，０６４号（Ｇｅｉｓｌｅｒ他）、第５，１３３，８５０号（Ｋｕｋｌａ他）、第５，２６６，１７８号（Ｓｉｃｈｍａｎｎ他）、および第５，５９７，４５９号（Ａｌｔｓｈｕｌｅｒ）に教示されており、ターゲットの外向きの突き出し部、磁極、または蒸発可能な表面の側面にある遮へいは、プラズマの横方向の閉じ込めをする働きをする。
【０００７】
米国特許第４，５８１，１１８号（Ｃｌａｓｓ他）は、書籍形の長方形体を有するマグネトロン基板支持電極、および前記電極体の周りに包まれる長手方向磁界を設けるためにフランジ形の磁極片を有する磁石鉄心を開示している。前記装置は電極に装着される基板の均一なプラズマ処理を提供するために教示され、支持電極および基板に面する分離スパッタリング陰極に関連した使用のためであるとして教示されている。基板電極は、重大なスパッタリングを基板から起こすことなく基板表面に隣接した反応物ガスのイオン化のための適切な電圧を有する電力供給源に接続されるとされている。前記装置は、したがって蒸発可能な表面も蒸気放出分布も有さない。
【０００８】
米国特許第４，９９４，１６４号（Ｂｅｒｎａｒｄｅｔ他）および第５，４０４，０１７号（Ｉｎｕｉｓｈｉ他）、第５，４８２，６１１号（Ｈｅｌｍｅｒ他）に開示されているとおりに、注入またはエッチング・プロセスのためのイオン源またはプラズマ源においてアーク蒸着およびスパッタリングの陰極を使用することが知られている。基板上に蒸着させるためにバイアスされた２次陰極から材料をスパッタするためにアーク蒸着陰極からのイオンを使用することが知られている。米国特許第４，７４９，５８７号（Ｂｅｒｇｍａｎｎ）および第５，５８７，２０７号（Ｇｏｒｏｋｈｏｖｓｋｙ）に開示されているとおりにＣＶＤプロセスと関連してアーク蒸着陰極を使用することが知られている。スパッタリングおよびアーク蒸着装置およびプロセスの一般的記述は、「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」Ｊ． Ｖｏｓｓｅｎ他著（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９９１年）、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」Ｒ． Ｂｏｘｍａｎ他著（Ｎｏｙｅｓ、１９９５年）、「Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」Ｂ．Ｃｈａｐｍａｎ著（Ｗｉｌｅｙ、１９８０）、および「Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ − Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ」Ｄ． Ｓｍｉｔｈ著（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９９５年）に見いだし得る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来型で現在市販されているマグネトロン陰極とは異なる形状の磁界形状、および放出分布を有するマグネトロン陰極が、本明細書に開示されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、陰極は図１に示されるとおりに長方形の棒の（平行六面体）形状を有する。陰極材料の浸食は、２つの向かい合った側面および両端面の周りに沿って前記棒の周辺周りを包む蒸発可能な表面から発生する。蒸発可能な表面から放出された蒸発材料は、したがって主として、陰極の長手方向の軸線に対して垂直な２つの反対方向に配分される。蒸発材料は、また陰極の両端面に対して垂直に放出されるが、しかし、十分に長い陰極については、これらの方向に放出される材料の量は、全体のうちの小さな割合である。本発明は、長い陰極にわたって均一な放出を提供し、大きな基板のコーティング（即ち被覆）または注入（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）を容易にする。長いアーク蒸着陰極にわたる均一な浸食は、複雑なスイッチングまたは動的制御計画を必要とせずに達成される。蒸気が陰極の長手方向に対して垂直な、１方向だけというよりもむしろ２方向に放出されるので、本発明は、また同一の長さの従来型の長方形平面マグネトロンよりも大きな領域被覆をも設ける。少なくとも１０ｃｍにまでの陰極横断面寸法、および少なくとも３メートルまでの陰極長さは、本発明によれば実用的であり、現在の業界規準によれば、長い陰極動作寿命および大きなコーティング領域を可能にする。
【００１１】
磁界は永久磁石または電磁石を使用した陰極の周辺部全体の周りに確立される。磁界は、表面に平行で、陰極の長手方向の軸線に対して垂直な、蒸発可能な表面全体にわたる成分を有する。スパッタリングとアーク放電の両者の場合、放出される２次電子またはアーク・スポットは、（それぞれに）蒸発可能な表面に沿って、前記平行磁界成分に対して垂直な方向に移動させられる。平行な磁界成分は本発明の陰極周辺の周りで、連続しているので、電子またはアーク・スポットは連続的閉ループ路の蒸発可能表面の周りを移動する。陰極材料は、スパッタリングまたはアーク蒸着によって、前記浸食路から蒸発され、前記表面に対して実質的に垂直な方向に放出される。５〜５０ガウスの範囲での平行磁界成分のための磁界の強さ（磁束密度）は、一般にアーク蒸着陰極に適し、２００〜４００ガウスの磁束密度は、一般にスパッタリング陰極に適している。たとえば低アーク速度を有する（炭素または銅などの）材料を用いる手法を使用するか、あるいは低気体圧力でスパッタリングすることが望まれる場合に、より高い磁界の強さが望ましいことがある。
【００１２】
閉ループ浸食路の周りの原動力は、上で議論したとおりに、蒸発可能表面に平行で、陰極の長手方向に対して垂直な磁界成分のために生じる。プラズマ放電に関しての横方向の、すなわち、浸食路の幅を横切る方向の力は、また一般的に、意図された蒸発可能表面（のみ）の制御された蒸発を達成するために必要である。スパッタリング放電の場合には、プラズマが磁界ラインに沿って横方向に、蒸発可能表面から拡散するのを防止し、その結果、スパッタリング率が下がるのを防止することが望ましい。アーク蒸着放電の場合には、アーク・スポットが意図された蒸発表面から横方向に離れるのを防止し、および他の陰極またはコネクタ表面上に向かって移動するのを防止することが望ましい。陰極がスパッタリングのために使用されることになっているのか、それとも、アーク蒸着のために使用されることになっているのかによって、横方向制御のための様々な手段が本発明の範囲内で使用されてもよい。アーク放電スポットのための横方向の制御手段は、たとえば磁気手段、絶縁手段、透過可能リング手段、導電体リング手段、遮へい手段、または突出側壁手段を含んでもよい。スパッタリング放電のための横方向の制御手段は、たとえば磁気手段または、突出側壁手段を含むことができる。好ましい実施例は、以下に記述されており、横方向の制御手段が、均一な陰極浸食および高い材料使用効率を提供するように選択される。
【００１３】
陰極は典型的には、コーティング（即ち被覆）または注入される基板と共に真空チャンバ即ち真空室に装着され、アーク蒸着またはスパッタリングのいずれか一方の構成において５０ｍＴｏｒｒよりも低い圧力で作動させられる。アルゴン、窒素、酸素、メタンなどのような不活性ガスおよび／または反応性ガス気体は動作中に前記室内に導入されてもよい。動作中、陰極は典型的には直流電力供給源の負出力側に接続されており、前記電力供給源の正出力側は、陽極に接続されている。陽極は、真空室内部で電気的に絶縁した構造であってよく、または、真空室それ自体および／または何んらかの内部遮へいなどであってよい。スパッタリング陰極の場合には、電力供給源は、比較的高電圧と低電流出力性能（たとえば５００ボルトおよび２０アンペア）を有してよく、アーク陰極に関しては、電力供給は、比較的高電流と低電圧性能（たとえば５００アンペアおよび２０ボルト）を有するものでよい。アーク蒸着陰極の場合には、放電は典型的には機械的トリガ、電気スパーク、またはレーザ・パルスによって開始され、スパッタリングの場合には、単に陰極へ高電圧を適用すれば、放電を開始するのに十分である。直流電力供給に代えて、またはこれに追加して、陰極は交流またはパルス化された電力供給で作動させてもよい。コーティングされるか、または注入されることになる基板は、蒸着または注入の間にイオン・ボンバードメントのエネルギーを増大させるために、陰極、陽極、および真空室からは電気的に絶縁しており、別の電力供給源の負出力側に接続されてもよい。代替として、基板は接地ポテンシャルか、またはそれに近いままであってよく、陰極は正ポテンシャルにバイアスされる（ｂｉａｓｅｄ）。
【００１４】
アーク蒸着放電には、放出されるプラズマに加えて、また、アークによって放出される陰極材料の溶融滴も存在する。マクロ粒子と称されるこれらの滴即ち小滴は、主として低い角度で陰極表面に放出される。従来技術の円筒形および平面アーク陰極と比較して、本発明のさらなる有利な点は、これらのマクロ粒子の大部分が、蒸着表面の側面から外側に延在する陽極または遮へい構造体によって、基板に到達しないようにすることができるということである。狭い陰極については、図１０に示されたとおりの、比較的短い側面遮へいが蒸発材料を最低限に封鎖してマクロ粒子の実質的な削減をおこなう。たとえば、以下に記述されるとおりに、陰極の周りの円に配列された基板を有するコーティング・システムでは、本発明のアーク蒸着陰極は、窒化ジルコニウム・コーティングに埋め込まれるマクロ粒子の数量を、類似のサイズの標準的市販円筒形アーク蒸着陰極に比較して少なくとも３倍だけ、削減することが実験的にわかっている。
【００１５】
コーティングまたは注入されることになる基板は、たとえば、陰極の周りに、その長手方向に沿って旋回する円形のアレイ即ち配列物に、または図９に示されるとおりの複合「惑星」旋回する主軸のアレイに装着されてもよい。陰極の両側面からの材料の放出は、従来の技術の単一の平面マグネトロンを使用して得られるよりもより均一な被覆を、基板アレイ即ち基板配列物の周りに提供する。これは、たとえば反応性コーティング蒸着の場合に有利であり、この場合（色などの）均一な特性を得るために基板アレイの周りでの反応条件はできるだけ均一であることが望ましい。様々な他の基板構成が当業者には明らかであろう。たとえば、直線的な基板の動きを有するシステムでは、本発明の２重側面の放出分布は、図４に示すとおりに陰極の各側面上に１列ずつあって、平行な２列の基板が同時にコーティングされることを可能にする。
【００１６】
本発明の一つの目的は、したがって、均一な蒸着またはイオン注入を様々な基板構成において大きな領域にわたって可能にしながら、均一な浸食および蒸気放出を、拡大された陰極にわたって、２つの反対の方向に提供することである。さらに別の目的は、磁界の強さのおよび横方向のとじ込め手段の適切な選択によるスパッタリングまたはアーク蒸着陰極のいずれか一方としての動作を可能にし、動的アーク・スポット制御の何んらかの必要を取り除き、アーク蒸着陰極によって放出されるマクロ粒子の数量を減少させ、アーク蒸着またはスパッタリング構成のどちらか一方での陰極材料の有効利用を達成することである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、長方形の棒１の周辺周りを包む蒸発可能な（斜視図には見えない対応する反対側表面を含めた）表面２を有する、実質的に長方形の棒１を備える、本発明のマグネトロン陰極装置を単純化した図を示す。電磁コイル３および４は、陰極棒１の各側面に、同軸状に配置され、それらの共通軸線は、蒸発可能な表面２の全区分に即ちすべての部分に平行であり、前記棒の長手方向の軸線に対して垂直である。小さな矢印５は、コイル３および４に示された方向の電流による共通のコイル軸線に沿った磁界の方向を示す。前記軸線に沿った磁界は、蒸発可能な表面２の全部に平行であり、陰極棒１の長手方向の軸線に垂直である。大きな矢印６は、蒸気放出の基本的方向を示し、陰極の周りの様々な点で、蒸発可能な表面２に実質的に垂直である。長い陰極については、蒸気のほとんどは、陰極の長手方向の軸線に対して垂直な、２つの反対の方向に放出される。側面要素７は、蒸発可能な表面２の部分でない、棒１の２つの平行側面である、陰極棒１の蒸発不可能な側面に隣接して配置される。側面要素７は、蒸発可能な表面の縁でプラズマ放電の横方向の閉じ込めをおこない、以下に記述するとおりに絶縁体または金属製の板から成るようにしてもよい。装着、水による冷却、遮へい、および電気的絶縁のための従来の手段は使用可能であるが図示していない。陰極１は、プラズマ放電電力供給源８の負出力側に接続され、以下に記述するとおりのアーク放電かスパッタリング放電のいずれか一方のための適切な特性を有することができる。放電供給源８の正側端子は、陽極２２に接続されており、それは接地された金属製真空室または接地されているかまたは接地されていない分離構造体であってよい。
【００１８】
コイル３および４の電流は、コイル端子１１と１２を互いに接続し、コイル端子９および１０に接続されたコイル電力供給源１５によって与えられてよい。代替としては（接続は図示せず）、放電電力供給源８からの放電電流がまた、コイル３および４を通電するように、コイル電流はコイル端子９を大地に（または、陽極に）、端子１０を放電電力供給源８の正極出力側に（または逆にして）接続することによって与えられてもよい。コイル３および４は、真空室の内部または外部で放電プラズマから遮へいされてよく、または真空室内でプラズマの照射を受けてもよく、したがって放電の陽極の部分を形成する。別の実施形態では（接続は図示せず）、コイル３および４は真空室内に位置し、プラズマの照射を受け、放電のための唯一の陽極として機能する。この実施例においては、放電電力供給源８の正極出力側に接続されているコイル端子９および１２もまたそうであるように、コイル端子１０および１１は、互いに接続される。陽極によって回収された電子の流れは、したがって、コイル３と４の両方を貫通して放電電力供給源８の正極端子に流れ、小さな矢印５で示されたとおりの磁界を発生させる。この構成では、プラズマ放電の開始を容易にするためにコイル３および４を一時的に接地するのが望ましい。
【００１９】
図２は、図１の陰極およびコイルを有する陰極装置の構成の磁束ラインを（上方からの）横断面にした図を示す。電流の流れる方向は、ワイア３ａおよび４ａでは紙面に入り、ワイア３ｂおよび４ｂでは紙面から出る。陰極は、一般に、コイル電流がどちらかの方向に流れて動作が可能になる。図１の小さな矢印５に対応して、小さな矢印５は、示された位置での磁束線の方向を示す。以下に記述されるとおりに、蒸発可能な表面２に対して垂直な磁界成分が追加存在しているために、蒸発可能な表面２の上方の領域１３での磁束ラインは実質的に表面２に平行であるが、わずかに凸面の弓なりである。弓なりの度合及びプラズマ放電の磁気の横方向閉じ込めの度合は、コイルのサイズと位置によって、すなわち、より大きく、より離れたコイルの場合には弓なりがより小さくなり、より小さく、より近いコイルの場合には、弓なりがより大きくなって、制御可能である。コイル電流およびコイルのターン即ち巻回数は、コイル電流を与える手段にしたがって、所期の磁界強さを与えるために選択され得る。たとえば、図２の４ターンのコイル３および４では２５０アンペアの電流は、陰極表面で約４０ガウスの平行磁界成分を与え、５００ターンを各コイル３および４が有する場合には、２０アンペアの電流が約４００ガウスの平行磁界成分を与えることになる。
【００２０】
側面要素７は、前記表面（から外向き）上方に零またはより大きな、距離ｄだけ突出してよく、蒸発可能な表面２に面し、前記表面に対しての垂線から零またはより大きい角度αだけ傾斜する側壁１４を有してよい。側面要素７の様々な実施例は、本発明の範囲内で採用することが可能である。アーク蒸着陰極の１つの好ましい実施例では、アーク・スポットが蒸発可能な表面２から離れて移動するのを防止するために、絶縁板（たとえば窒化ホウ素）は、蒸発可能な表面２の両方の縁と接触して配置される。絶縁板は、蒸発可能な表面と同一平面（すなわちｄ＝０）にあってよく、または蒸発可能な表面から外向きに数ミリメータまたはそれより大きな距離だけ外側に延在していてもよい。アーク陰極の別の好ましい実施例では、側面要素７は、蒸発可能な表面２の両方の縁と接触する金属板を備える。この板は、たとえば陰極材料それ自体、ステンレス鋼などの別の金属、磁気が透過できる材料、または好ましくは、蒸発可能な表面よりも高いアーク放電電圧を有する材料を備えることが可能であり、蒸発可能な表面の全周辺のまわりでその上方に数ミリメータまたはそれより大きな距離ｄだけ突出していると好ましい。高アーク放電電圧を有する材料は、モリブデンおよびタンタラムなどの高融点金属を含む。突出要素７はまた、好ましくは、２０度またはより大きな壁の角度αを有するのがよく、したがって、磁界ラインと要素７の突出した側壁との間に鋭角を形成する。角度のついた側壁に向かって移動するアーク・スポットは、したがって、磁界との相互作用によって蒸発可能な表面に押し戻される傾向を有するであろう。アーク陰極の別の実施例では、電気的に接地された、または絶縁した金属板は、渦電流により、蒸発可能な表面２から離れるアークを消滅させるために、またはアーク・スポットを追い払うために、約１ｍｍまたはより大きな距離で両方の縁に隣接して配置される。スパッタリング陰極の好ましい一実施例は、蒸発可能な表面の上方へ数ミリメートルまたはより大きな距離ｄだけ突出し、零から約７０度までの角度αで傾斜している壁を有する金属側面要素７を使用する。側面要素は、陰極材料または別の導電体材料から成るものでよい。突出した側壁は、この場合には、磁界ラインに沿ったスパッタリング・プラズマが、蒸発可能な表面２から拡散することを妨げるように働く。スパッタリング陰極の別の好ましい実施例では、側面要素７は、約１ｍｍまたはより大きな距離で両方の縁に隣接して配置され、蒸発可能な表面の上方で数ミリメートルまたはより大きな距離ｄだけ突出する金属板から成ることができる。この板は、陰極と陽極との間に中間の電圧で電気的に浮動またはバイアスされてよく、且つ陰極容器または磁極構造体の部分からなることができる。突出した側壁はまた、この場合には、磁界ラインに沿ったスパッタリング・プラズマが、蒸発可能な表面２から離れて拡散することを妨げるように働く。
【００２１】
側面要素７を使用する横方向の閉じ込め手段に追加して、またはこれに替えて、スパッタリングまたはアーク放電の横方向の閉じ込めは、蒸発可能な表面の上方で長方形の棒の周辺周りを包む閉ループの凸面の弓状磁気トンネルによって達成してよい。磁気トンネルの弓なりの形状は、垂直の磁界成分が、以前に記述した平行成分に追加されて、蒸発可能な表面の上方での領域に磁界の正味の凸面湾曲を形成するためであると記述できる。垂直な磁界成分はスパッタリング・プラズマまたはアーク・スポットに関して横方向の力を生み、それを両方の側面から浸食路即ち浸食トラックの中央方向に押す。垂直成分が強ければ強いほど、磁界の湾曲は大きくなり、横方向の閉じ込め力は強くなる。陰極に狭い浸食溝が形成されることは、米国特許第４，８９２，６３３号（Ｗｅｌｔｙ）に記述され、本発明の図７および８に示されているとおりに、陰極表面の上の凸面から（陰極材料の内部）表面の下の凸面に、湾曲を変更する磁界を使用することによって防止可能である。垂直の磁界成分は、蒸発可能な表面に平行な磁界成分を生む同一の磁界発生手段の適切な構成および配置によって発生可能である。ペンシルバニア州ピッツバーグの「Ａｎｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」のＭａｘｗｅｌｌなどの市販の有限要素磁気モデル化プログラムは、陰極設計目的のために適した能力を持つ。
【００２２】
図３は、本発明の好ましい実施例の横断面図を示し、蒸発可能な表面２を有する交換可能な陰極要素１が、装着ブロック１５の周辺部のまわりに装着され、且つ水冷用水路１６および密封Ｏリング１７を有する長方形の棒を具備する。側面壁１４を有する側面要素７は、蒸発可能な表面２の両方の縁の周囲に配置され、蒸発可能な表面の全周囲で且つその表面上で少なくとも約２ｍｍ、より好ましくは約５〜１０ｍｍの距離だけ突出する。要素７は、また、垂線から２０度またはより大きく離れた壁角度（図２のα）を有することが好ましい。アーク陰極の場合には、側面要素７は、たとえば陰極材料それ自体、別の金属、絶縁材料、磁気透過可能な材料、または好ましくは、蒸発可能な表面材料よりも高いアーク放電電圧を有する金属から成ることが可能である。スパッタリング陰極の場合には、側面要素７は、陰極と同一の材料または別の導電体材料から成ることができる。陰極要素１は、図示されていないねじを用いて締め具２３によって、装着ブロック１５に保持される。磁界発生手段は、側面磁石１８と中央磁石１９、側面磁気透過可能磁極片２０、および中央の透過磁極片２１を備える。磁石１８および１９は、磁石ブロック内に矢印で示された方向に、蒸発可能な表面２に平行に向けられた、磁化を有する。陽極２２は、蒸発可能な表面２の縁に隣接して配置される。従来の装着、接続、遮へい、および絶縁の手段は使用できるが、図示はしていない。
【００２３】
図４は図３の実施例の磁石および磁極片の斜視図を示す。側面磁石１８は、側面の透過可能磁極片２０の縁の周りに装着される。中央磁石１９は、中央の浸透可能な磁極片２１の区分間即ち部分間に装着され、それらは側面の磁極片２０の間に配置される。磁石１８と１９および磁極片２０と２１は共に、図３に示される蒸発可能な表面２の向かい合った側面にある磁石１８の間に磁極のギャップを有する磁気回路を形成する。磁束は、図７に示されるとおりに磁石１８の対向しあう面の間のギャップにわたって発生する。磁極ギャップで発生した磁束が、端部を含めた蒸発可能な表面２全体を通り越し、陰極の全周辺周りに、蒸発可能な表面２と平行な磁界成分を設けるように、陰極要素１は、磁極ギャップ内に位置する。磁気回路を完成させ、磁束の「帰路」を設けるために、中央磁極片２１は、装着ブロック１５（図３）の中央を貫通し、磁気的に２つの側面磁極片２０を接続する。磁石１８は、磁極ギャップ内の磁界のほとんどを与える一方で、磁石１９は主として前記ギャップ内の磁界の形状に影響を及ぼすように働く。装着ブロック１５の機械的一体性を保持するために、中央磁極片２１は、図４に示されるとおりに、陰極の長手方向に沿って多くの分離した部分に分けて製造されている。
【００２４】
図５は、本発明の別の好ましい実施例の横断面を示し、陰極は蒸発可能な表面２を有する長方形の棒１を有する。水路１６および密封Ｏリング１７を有する装着ブロック１５は、棒１の蒸発不可能な側部に配置され、図示していない従来の手段によって密に接触するように締め付けられ、陰極を冷却する。側部要素７は、蒸発可能な表面２の縁の周りに配置され、図２および３について議論されたとおりに絶縁または金属材料から成る。磁界発生手段は、側面磁石１８および中央の磁気透過可能磁極片２１を有する。磁石１８は、矢印で示されているとおりに蒸発可能な表面２に垂直に方向付けされた磁化を有する。陰極棒１の機械的一体性を保持するために、中央磁極片２１は、図６に示されるとおりに、陰極の長手方向に沿って多くの分離した部分に分けて製造されるのがよい。陽極２２は縁に沿って配置され、蒸発可能な表面２から外向きに延在する。従来の装着、接続、遮へい、および絶縁の手段は使用できるが、図示はしていない。
【００２５】
図６は、図５の実施例の磁石および磁極片の斜視図を示す。磁石１８は陰極棒１の向かい合った側面で、中央磁極片２１の周辺に装着される。端部で蒸発可能な表面を超えて平行な磁界成分を発生させるために、磁石２８は、陰極棒の端部の蒸発可能な表面に垂直な磁化を有し、陰極の端部で磁極片２１に配置される。磁石１８および磁極片２１は共に、蒸発可能な表面２の向かい合った側面で磁石１８の間に磁極のギャップを有する磁気回路を形成する。磁束は、図８に示されるとおりに磁石１８の対向しあう面の間のギャップにわたって発生する。磁極ギャップで発生した磁束が、端部を含めた蒸発可能な表面２全体を通り越し、陰極の全周辺周りに、蒸発可能な表面２と平行な磁界成分を与えるように、陰極棒１は、磁極ギャップ内に位置する。磁気回路を完成させ、磁束の「復路即ち帰路」を設けるために、中央磁極片２１は、陰極棒１の中央を貫通し、陰極の反対側面の磁石１８を磁気的に接続する。
【００２６】
図７および図８は、それぞれ図３および図５の磁石および磁極構造体によって発生する磁界の横断面を表す図である。ここで、図７と図８の両方を参照して、蒸発可能な表面２に近い領域３０の磁束ラインは、蒸発可能な表面２に主として平行であり、陰極の長手方向の軸線に対して垂直である。蒸発可能な表面上でプラズマ放電の横方向の磁気閉じ込めを設け且つ陰極材料が蒸発する時に狭い浸食溝が形成されるのを防止するために、磁界は、蒸発可能な表面上の領域３１で凸面状の弓状をなし、蒸発可能な表面下にある、陰極バルクの内部の領域３２では凹面状に弓状をなす。磁界の強さは、磁石材料の選択および磁石の厚さ「ｔ」の選択によって（磁化の方向に）制御可能である。たとえば、図７と図８の両方の構成では、セラミック等級８（ｃｅｒａｍｉｃ ｇｒａｄｅ−８）の磁石で３ｍｍ厚のものは、７．５ｃｍの幅の蒸発可能な表面をわたって約５０ガウスの平行磁界成分を設けるであろうし、他方、ネオジム等級３５の磁石で１０ｍｍ厚のものは、約５００ガウスの平行磁界成分を設けるであろう。これらのタイプの磁石は、たとえば、カリフォルニア州ロサンゼルスの「Ｍａｇｎｅｔ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．」から入手可能である。
【００２７】
図９は、コーティング蒸着またはイオン注入のための構成を示し、多数の基板装着主軸３６が、本発明の中央陰極３５の周りに配置される。装着主軸３６は、コーティングまたは注入が行われる予定の、いくつかのより小さな基板を保持するための手段を具備することができる。矢印６は、陰極３５からの蒸気放出の方向を示す。基板の配列全体は、均一な被覆を達成するために陰極３５の周りを回転することができる。個々の基板３６もまた、均一性を改善し、または基板装着領域を増大させるためにそれら自体の軸の周りを回転できる。様々な他の構成が本発明の範囲内で可能である。たとえば、図１０は、コーティング蒸着またはイオン注入のための構成を示し、２つの流れの基板３６が、直線的に本発明の中央陰極３５を通り過ぎて移動する。基板は、連続的にまたは断続的に移動でき、また、均一性を改善し、基板装着領域を増大させるためにそれら自体の軸の周りを回転できる。別の実施例では、図３に示されているものなどの陰極および陽極組立体は、均一な被覆を得るために陽極とパイプとの間の相対的回転を用いて、パイプまたは管の内側をコーティングするために使用できる。その結果、より低いマクロ粒子内容物は、円筒形アーク陰極を使用して得られるよりもアーク蒸着された内部パイプ・コーティングにおいて得られる。
【００２８】
同一または異なる蒸発可能な材料からなる多数の陰極は、全蒸発率を向上させるために、または混合合金または多層構造体を蒸着または注入するために基板配列の内側に配置されてもよい。蒸発可能な表面が、平面マグネトロン陰極について可能であるよりももっと狭く作成され得るので、本発明の陰極は、隣り合った配置にうまく適合し、その結果、もっと密集した陰極組立体およびよりオーバラップした放出分布を提供する。多陰極システムではスパッタリングとアーク陰極の両方を使用することは有利であり得る。たとえば、スパッタリングによるコーティングがまず蒸着され得る場合、次にはアーク蒸発によるコーティングが蒸着され、またはその逆の順序もあり得る。特定の材料を合金にする場合には、過大なマクロ粒子の発生を回避するために、１つの陰極（たとえばアルミニウム）をスパッタリング陰極として作動させる一方で、他の陰極（たとえばチタン）を改善されたイオン化および反応性を得るためにアーク蒸発陰極として作動させることが望ましいことがある。多数の陰極を隣り合って装着する場合、陰極間の磁気相互作用を相殺するために磁極の強さまたは向きを調整することが必要になることがある。
【００２９】
アーク蒸発の場合、陰極に電力ケーブルを取付ける方法は、陰極の浸食均一性に影響を与える。ケーブルおよび陰極それ自体内部の数百アンペアのアーク電流は、蒸発可能な表面上でのアーク・スポットの移動に影響を与え得る磁界を発生する。本発明のアーク蒸発陰極については、電力接続を、陰極の蒸発不可能な両側面上に対称的に行うことが一般に望ましい。自己磁界を最大限うち消すことを達成するために、電力ケーブルは、陰極の側面に沿って対称に敷設することができる。
【００３０】
本明細書の中で引用されたすべての特許、特許書類、および出版物のすべての開示は、あたかもひとつひとつが個々に合体されたかのように、参照することによって、合体される。本発明の特定の実施例が示され、記述された一方で、それらの実施例への様々な修正が当業者には明らかであろう。したがって、本発明が開示された実施例に限定されることは意図されていない。本発明の陰極の横断面の形状に言及する際の「実質的に長方形」という用語は、プラズマ放電の横方向の閉じ込めを改善し、または浸食または放出分布に影響を与えるために望ましい装着手段、絶縁体など、および蒸発可能な表面のプロフィルの変形による、形状全体における変形を含むものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸発可能な表面の相対的方向性、平行な磁界成分、および蒸気放出分布を示す、２つの電磁石コイル使用の、本発明のマグネトロン陰極の斜視図である。
【図２】電磁石コイルによって造られる磁界ラインの上面からの横断面図である。
【図３】磁界は蒸発可能な表面に平行な磁化の方向を有する永久磁石によって発生させられる、本発明の一実施例の横断面図である。
【図４】図３の実施例の磁界発生手段の斜視図である。
【図５】磁界が、蒸発可能な表面に対して垂直な磁化の方向を有する永久磁石によって発生される、本発明の別の実施例の横断面図である。
【図６】図５の実施例の磁界発生手段の斜視図である。
【図７】図３の磁石および磁極造体によって造られる磁界線を表す図である。
【図８】図５の磁石および磁極造体によって造られる磁界線を表す図である。
【図９】基板の配列が、本発明の中央陰極の周りを回転する、コーティングまたはイオン注入のための構成を示す図である。
【図１０】２列の基板が、両側面上を直線状に本発明の陰極を通り過ぎて移動する、コーティングまたはイオン注入のための構成を示す図である。
【符号の説明】
１ （陰極）棒
２ 蒸発可能な表面２
３、４ 電磁コイル
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ ワイア
５ 小さな矢印
６ 大きな矢印
７ 側面要素
８ プラズマ放電電力供給源
９，１０，１１，１２ コイル端子
１３ 領域
１４ 側壁
１５ コイル電力供給源、装着ブロック
１６ 水冷用水路
１７ 密封Ｏリング
１８ 側面磁石
１９ 中央磁石
２０ 側面磁気透過可能磁極片
２１ 中央透過磁極片
２２ 陽極
２３ 締め具
２８ 磁石
３０，３１，３２ 領域
３５ 中央陰極
３６ 基板、基板装着主軸
ｄ 距離
ｔ 磁石の厚さ
α 角度

Claims (21)

1. スパッタリングまたはアーク蒸着のための陰極装置において、該陰極装置が、実質的に長方形の横断面の棒の形状を有する陰極を備え、前記陰極の長さは、前記長方形の横断面のいずれの寸法よりも大きく、前記陰極の外側表面は、４つの側面と２つの端面を有し、前記４つの側面は第１の平行側面対と第２の平行側面対を具備し、
   前記陰極が、蒸発させられる少なくとも１つの材料からなる蒸発可能な表面であって、前記蒸発可能な表面が前記第１の側面対の両部材と前記陰極の２つの前記端面によって形成され、前記蒸発可能な表面は２つの縁を有し、各縁は前記蒸発可能な表面と、前記第２の平行側面対の一つの側面との交差によって画定される蒸発可能な表面を有し、
   前記陰極装置が、さらに、
   前記蒸発可能な表面の近辺に磁界を確立するための磁界発生手段であって、前記磁界が磁束ラインによって表わされ、前記磁界がすべての前記蒸発可能な表面にわたって、前記蒸発可能な表面と平行であって、前記陰極の第２対の平行側面に対して垂直な成分を有し、前記磁界は、スパッタリング・プラズマまたは少なくとも１つのアーク放電スポットを前記蒸発可能な表面において、蒸発させられるべき前記材料が前記蒸発可能な表面から蒸発させられるように、前記陰極の周辺周りの閉ループ路内で方向付けるように作用する、磁界発生手段と、
   スパッタリング・プラズマまたは少なくとも１つのアーク放電スポットを前記蒸発可能な表面の前記縁の間に横方向に閉じ込めるように作用する横方向閉じ込め手段とを有し、
   蒸発させられる前記材料の蒸気が、前記蒸発可能な表面に対して実質的に垂直な方向に放出されるように作用する、
   陰極装置。
2. 前記陰極の前記長さが、前記横断面のいずれかの寸法の少なくとも４倍であることを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
3. 前記陰極の前記長さが、前記横断面のいずれかの寸法の少なくとも１０倍であることを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
4. 前記の平行磁界成分の磁束密度が、１〜１００ガウスであることを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
5. 前記の平行磁界成分の磁束密度が、１００〜１０００ガウスであることを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
6. 前記の平行磁界成分の磁束密度が、４００〜２０００ガウスであることを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
7. 前記磁界発生手段は、中心軸線を有する少なくとも１つの電磁コイルを有し、該コイルが、該コイルの少なくとも中央領域にある前記中心軸線に対して実質的に平行な磁束ラインを有する磁界を発生するように作用し、前記コイルが、前記中心軸線が陰極の前記第２の平行側面対に垂直であるように、かつ前記蒸発可能な表面の全部が前記中央領域内に位置するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
8. 前記磁界発生手段が少なくとも２つの電磁コイルを備え、各コイルが中心軸線を有し、前記コイルが前記陰極の２つの側面に同軸状で、前記中心軸線が前記陰極の前記第２の平行側面対に対して垂直であるように配置され、前記コイルが、前記蒸発可能な表面のすべてにわたって前記蒸発可能な表面に対して平行な成分を有する磁界を発生するように作用することを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
9. 前記磁界発生手段が、磁気透過可能磁極片に装着される多数の永久磁石を有し、前記磁極片が少なくとも２つの側面磁極片と少なくとも１つの中央磁極片を備え、前記側面磁極片が、前記陰極の前記第２対の平行側面に対して実質的に平行に且つ前記蒸発可能な表面の両側に配置され、前記中央磁極片が前記側面磁極片の間に、前記陰極を貫通する少なくとも１つの孔を貫通して配置され、前記孔が前記第２対の平行側面に対して実質的に垂直で、前記蒸発可能な表面のいずれの部分とも交差せず、
   前記永久磁石が少なくとも２組の磁石を備え、前記磁石の少なくとも１組が、各前記側面極片上で前記蒸発可能な表面に隣接して装着され、前記磁石の磁化の方向が前記側面磁極片に対して垂直で、前記蒸発可能な表面に対して平行になっており、各組の磁石が、前記蒸発可能な表面の周辺周りの側面磁極片に配置されること、
   前記磁石および磁極片が、前記蒸発可能な表面の全部に対して実質的に平行に延在する磁極ギャップを有する磁気回路を形成し、前記中央磁極片が前記磁極ギャップに発生した磁束のための前記側面磁極片間の帰路を設け、前記磁気回路が、前記磁極ギャップ内に磁界を発生するように作用し、前記磁界が、前記蒸発可能な表面上の各点で前記蒸発可能な表面に対して平行な成分を有する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
10. 前記磁界発生手段が、少なくとも１つの磁気透過可能な中央磁極片に装着される多数の永久磁石を有し、前記磁極片が前記蒸発可能な表面に対して実質的に平行に、前記陰極を貫通する少なくとも１つの孔を貫通して配置され、前記孔が前記第２の平行側面対に対して実質的に垂直で、前記蒸発可能な表面のいずれの部分とも交差せず、
    前記永久磁石が少なくとも２組の磁石を備え、前記磁石の少なくとも１組が、前記中央磁極片の周辺周りに、前記陰極の両側で、前記第２の平行側面対の各面に隣接して装着され、前記磁石の磁化の方向が前記第２の平行側面対に対して平行であり、前記陰極の向かい合った側面での磁石の組の間で互いに対向し、
    前記磁石および磁極片が、前記陰極の対向する側面にある前記磁石の組の間に磁極ギャップを有する磁気回路を形成し、前記中央磁極片が前記磁極ギャップに発生した磁束のための前記磁石間の帰路を設け、前記磁気回路が、前記磁極ギャップ内に、前記蒸発可能な表面全部にわたって、前記蒸発可能な表面に対して平行な成分を有する磁界を発生するように作用する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
11. 前記の横方向の閉じ込め手段が、前記蒸発可能な表面にわたって垂直な磁界成分を発生させるための磁気手段を備え、前記の垂直成分が前記の平行成分に追加されて、前記蒸発可能な表面に近隣して前記磁界の正味の湾曲を造り、前記湾曲が、前記蒸発可能な表面全部にわたる領域で磁束ラインの、凸面状に弓状となったトンネルを備え、前記の磁気トンネルが、スパッタリング・プラズマまたは少なくとも１つのアーク放電スポットを前記陰極の周辺周りで閉ループ路の前記蒸発可能な表面に向けるように、および前記スパッタリング・プラズマまたはアーク・スポットが、前記蒸発可能な表面から離れて横方向に移動することを妨げるように作用することを特徴とする、請求項１に記載の陰極装置。
12. 前記横方向の閉じ込め手段が、前記蒸発可能な表面の両方の前記縁で突出部を備え、前記突出部が前記蒸発可能な表面から外向きに延在する壁を有し且つ電気的に前記陰極に接続されており、前記壁が、前記蒸発可能な表面上で少なくとも２ｍｍの距離だけ延在しており、前記蒸発可能な表面上の前記磁束ラインの少なくとも１部が、前記壁を貫通し、前記突出部が、スパッタリング・プラズマが前記磁束ラインに沿った前記蒸発可能な表面から離れて横方向に拡散するのを防止するように作用することを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリング陰極装置。
13. 前記の横方向閉じ込め手段が、前記蒸発可能な表面の前記縁に隣接して配置された少なくとも２つの側面電極を有し、前記電極が前記蒸発可能な表面から外向きに延在する壁を有し且つ前記陰極から電気的に絶縁しており、前記壁が、前記蒸発可能な表面上で少なくとも２ｍｍの距離だけ延在し、前記側面電極が、陰極電位よりも高い電圧で電気的に浮動または電気的にバイアスされ、前記蒸発可能な表面上で前記磁束ラインの少なくとも１部が前記壁を貫通し、前記側面電極がスパッタリング・プラズマが前記磁束ラインに沿った前記蒸発可能な表面から離れて横方向に拡散するのを防止するように作用することを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリング陰極装置。
14. 前記横方向の閉じ込め手段が、前記蒸発可能な前記縁の両方に隣接して配置された絶縁手段を備え、前記絶縁体手段が、アーク放電スポットが前記蒸発可能な表面を離れて移動することを妨げるように作用することを特徴とする、請求項１に記載のアーク蒸着陰極装置。
15. 前記横方向の閉じ込め手段が、前記蒸発可能な表面の前記縁の両方で突出部を備え、前記突出部が前記蒸発可能な表面から外向きに延在する壁を有し、電気的に前記陰極に接続されており、前記壁が、前記蒸発可能な表面上で少なくとも２ｍｍの距離だけ延在しており、前記蒸発可能な表面上の前記磁束ラインの少なくとも１部が、前記壁を貫通し、前記突出部が、アーク・スポットが前記蒸発可能な表面を離れて横方向に移動するのを防止するように作用することを特徴とする、請求項１に記載のアーク蒸着陰極装置。
16. 少なくとも２つの蒸発すべき材料からなる少なくとも２つの長方形の棒が隣り合わされて配置される請求項１に記載の陰極装置。
17. 装着手段および蒸発可能な要素手段を備え、前記蒸発可能な要素手段が、前記装着手段の周辺全体周りに装着される多数の交換可能な要素を備え、前記交換可能な要素が、少なくとも１つの蒸発すべき材料からなり、前記蒸発可能な表面が前記交換可能な要素からなる、請求項１に記載の陰極装置。
18. 前記交換可能な要素が少なくとも２つの異なる、蒸発すべき材料からなることを特徴とする、請求項１７に記載の陰極装置。
19. 真空室およびポンピング手段、請求項１にあるとおりの少なくとも１つの陰極装置、陽極手段、電力供給手段、および基板装着手段を有する、基板をコーティングまたはイオン注入するための装置。
20. 前記基板装着手段が、多数の装着主軸を備え、前記主軸が前記陰極の周りの円形配列に配置され、主軸の前記円形配列が、配列の中央の周りを回転するための手段を有し、前記の各主軸がそれ自体の軸線の周りを回転するための手段を有することを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
21. 前記基板装着手段が、多数の装着主軸を備え、前記各主軸がコーティングまたは注入すべき多数の基板を装着するための手段を備え、前記主軸が少なくとも２つの直線状の配列に配置され、少なくとも１つの直線状の配列が、前記陰極の前記第１対の各平行側面に面して配置され、直線状の配列は、前記第１対の平行側面に平行で、前記陰極の長手方向に対して垂直な方向に移動するための手段を有し、前記各主軸がそれ自体の軸線の周りに回転するための手段を有することを特徴とする、請求項１９に記載の装置。

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