JP4927383B2

JP4927383B2 - 真空処理装置

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Publication number: JP4927383B2
Application number: JP2005325899A
Authority: JP
Inventors: マルクス・エッセルバッハ; マルティーン・ツェヒ; オルラウ・マースラー; マルティーン・グリシュケ
Original assignee: Oerlikon Trading AG Truebbach
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: DE102005050358B4; JP2006138017A; DE102005050358A1; US20060102077A1; CH697552B1; US7905991B2

Description

この発明は、工作物を処理するための真空処理装置であって、低電圧アーク放電装置が中に配置された真空化可能な処理室と、上記処理室の側壁に取付けられた少なくとも１つのコーティング源と、工作物が場合により追加の工作物ホルダ上で装着される少なくとも１つの工作物担体とを備える真空処理装置に関する。

この真空処理装置は、とりわけＤＬＣ層あるいはその他の真空コーティングプロセスでのコーティングのために設けられるものである。このようなプロセスにおいては、プロセスの実行から、あるいは危険なまたは爆発性のガスの使用から、信頼性および安全性に関する特別の措置が、または個々のプロセス工程あるいは一連のプロセス全体の再現性に関しても特に高い要求が課せられる。しかしながら、その他のＣＶＤ層、ＰＶＤ層または特に組合せＣＶＤ／ＰＶＤ層も有利に析出され得る。ここで例としては、ＷＣ／Ｃ層、ＡｌＮ層、ＳｉＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＣｒＮ層、およびこれら層システムの組合せが挙げられる。

上記装置は、特に高い生産性、プロセスの安全性および扱いやすさを有しており、これは以下の装置構成要素の特徴によって達成される。

・シャッタに対するターゲットの配置
・遠距離電場のためのコイル
・シェブロン（Chevron）の構成および形状
・電極（補助陽極）
・扉閉鎖部。

［公知の先行技術］
ＤＥ１００１８１４３が最も近い先行技術として見なされ、該文献はこれにて本願の一体の部分であると宣言される。上記文献においては、ＤＬＣ層と、さまざまな加熱、エッチングおよびコーティングの工程からなるプロセスと、対応のＤＬＣ層を析出するための装置とが記載されている。本発明の真空装置においては、とりわけ同じおよび類似のＤＬＣ層を析出すること、あるいは前処理および工作物上の対応の層の析出のための対応の各プロセスを実行できることが図られる。

したがって、本真空装置はまた、ＤＥ１００１８１４３、段落［００５９］〜［００６８］あるいは図１，２および段落［００７６］〜［００８５］に記載の装置における本質的な特徴を備える。ここで例としては、真空室内に真空を生じさせるためのそれぞれ少なくとも１つのポンプシステム、プロセスガスを配量供給するためのガス供給ユニット、コーティング材料を用意するための蒸発装置、直流電圧低電圧アークを点火および動作させるためのアーク生成手段、基板バイアス電圧を生じさせるための装置、および遠距離磁場を形成するための少なくとも１つの磁場生成装置が挙げられる。より詳細な情報は、上記引用文献から得ることができる。

上述のようなＤＬＣプロセスにおける本質的なプロセス工程について以下に簡単に述べる。

（ａ）少なくとも１つの工作物を真空室内に入れて１０^-4ｍｂａｒ未満の圧力にまでポンプ排気する、
（ｂ）たとえば直流電圧低電圧アークを使用して、電子照射、放射加熱および／またはイオン照射により基板表面を加熱および／またはクリーニングする、
（ｃ）たとえばスパッタリングまたは陰極アークプロセスによって、固着層をプラズマ支援で蒸着させる、
（ｄ）固着層成分をプラズマ支援で蒸着（ＰＶＤプロセス）させるのと同時にガス相から炭素を析出（ＣＶＤプロセス）することによって固着層に遷移層を設ける、
（ｅ）ガス相から炭素をプラズマ支援で析出することによって遷移層上にダイヤモンド類似の炭素層を設ける。

必要に応じ、工程（ｃ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数においても、直流電圧低電圧アークを使用することによってプラズマ密度を上昇させることが可能である。好ましくは、少なくともプロセス工程（ｄ）および（ｅ）の最中に中周波の基板電圧が印加される。

このプロセスおよび可能な変形例の詳細については、ＤＥ１００１８１４３、段落［００３５］〜［００５８］あるいはプロセス例１〜３から得ることができる。

［従来の先行技術の問題点］
ＤＥ１００１８１４３に従い製造可能な新規の層システムにおける決定的な諸利点にもかかわらず、このコーティング方法およびそこに記載の装置にはなお改良の余地がある。

中周波または高周波のプラズマプロセスにおける問題点として、プラズマが必要とされない場所にいわゆる副プラズマ（Nebenplasma）が生じる危険性が高まるというものがある。そのため処理プロセスからエネルギーが不必要に持ち去られるとともに、大抵はプロセス自体もまた障害を受ける、またはその他の不所望の副次的な効果が生じるおそれがある。したがって、ＤＬＣプロセスの際、すべての基板表面において一定のプラズマ条件を実現することは困難である。ガスのイオン化は、主に基板前の（グローの縁（Glimmsaum）の内側の）陰極降下において生じる。すると、空所たとえば管の内部または２枚の真っ直ぐの板同士の間でホロー陰極効果が生じる可能性がある。その際、イオン化をもたらす電子は、開いた表面からであれば容易に可能なように空所から抜け出て陽極へ移ることができない。すると、電子はシリンダ壁同士の間を往復して極めて効率的にイオン化するため、極めて高い局所的なプラズマ密度が生じる可能性がある。公知のように、グローの縁を形成するには、空所は或る程度の最小寸法を有していなければならず、規定する幾何学的な寸法、たとえば管の直径または２枚の平行な板同士の間隔は、圧力に依存する暗室間隔（Dunkelraumabstand）よりも大きいものでなければならない。

ＤＬＣプロセスで一般的な約５×１０^-3ｍｂａｒの圧力においては、暗室間隔は約３ｃｍ（自由な行程長さにほぼ対応）である。これよりいくらか大きい間隔をあけた２枚の板の間では、極めて強い副プラズマが観察されることがある。板同士の間隔がさらに上昇すれば、プラズマ強度は再び急速に下降する。同時に、重なりならびに重なり合う板の面の幅および長さが大きくあるいは小さくなれば、その影響は強くまたは弱くなる。しかし、空所についての規定する幾何学的寸法が自由な行程長さを下回れば、放電は全く形成され得ない。

また、プラズマは、最も狭い場所が上述の圧力で２ｍｍ超の孔あるいは隙間直径を有する限り接続箇所を通ってプラズマ空間から隣の空所内に移り得ることにも注目すべきである。しかし、仮想的な漏り口の形成を回避するためには、たとえば止着部近くまたはターゲットブラインドの背後に生じるような上記空所のポンプ排気性の考慮も同時に求められるため、間隔あるいはポンプ排気路は任意に小さく選択することができない。

また、固着にとって本質的なプロセス工程（ｄ）においてはさらなる困難が生じる。該工程においては、同時に、たとえばクロムが１つまたは複数のターゲットからスパッタリング出力を低下させながら蒸発させられ、その間、基板と装置との間では、炭化水素含有の反応ガスを供給してたとえば中周波プラズマが炭素含有量を上昇させながら動作させられる。

これによって、同時に進行するＰＶＤプロセスとＣＶＤプロセスとが互いに影響し合い、ターゲットは導電性のより低い炭素層によって少なくとも部分的に覆われるため、ターゲット電圧は上昇し、基板表面のドロップ衝撃でのフラッシュオーバーが引起こされ得る。この効果は、各プロセスの重なり合いの時間的な長さに応じて弱くまたは強く現われる。

工程（ｃ）において、ターゲットは、好ましくは、まずカバーいわゆるシャッタの背後で点火され、これにより、しばしば生じる汚染が基板上に移ることを防いでおり（空スパッタ）、工程（ｄ）においては、ターゲットは通常シャッタを前に進めてから初めてスイッチが切られ、これによりオフにしたターゲットを直接中周波プラズマによるＤＬＣ析出に晒さないようにしていることから、ターゲットとシャッタとの間でも、およそ３０ｍｍの暗室間隔よりも大きい間隔が設定される。これによって、ターゲットをシャッタの背後で確実に点火することが可能となる。しかしながら、その際に上述のプラズマ漏り口の形成を回避することは極めて困難であるが、それは、当該装置における個々の構成要素が、その互いに対する位置を、各プロセスの際に生じる熱的負荷によってのみ変化させるものであり、そしてシャッタとターゲットあるいは陽極枠との間のショートはあらゆる場合に回避されるべきであるからである。すなわち、プロセス工程（ｅ）中にシャッタとターゲットとの間にしばしば副プラズマの形成が起こると、ターゲット表面上においても、副プラズマの強度に応じて、炭素含有の絶縁層、ＤＬＣ様の層、グラファイト塵粉などが析出される。このような効果のため、各々のコーティングの後に処理室を開けてターゲット表面をクリーニングし、陰極を比較的長時間空スパッタしなければならない場合がある。

類似の問題として、ＤＬＣプロセス中に、加熱／エッチングプロセスのための直流電圧低電圧アークの使用時に、補助電極、たとえば補助陽極が非導電性または低導電率の層に覆われて低電圧アークが点火できなくなるというものがある。この場合でも、各々の絶縁コーティングの後に、層の特性によってはしばしば手間のかかる電極表面のクリーニングが必要である。この問題は、何らかの絶縁層の析出時に、たとえばコーティングプロセスの前にＤＣ電極が加熱／エッチングを目的として使用されるときに一般的に知られている。

特に炭化水素含有のガスによるプロセスにおいては、一方でしばしば高いガス導入量で作業され、他方ではプラズマ中の分解プロセスによって追加的にモル体積の増大が生じ得ることから、良好なポンプ性能は極めて重要である。しかしながら、これに対していわゆる「シェブロン」の使用が障害となる。シェブロンは、蒸発による高真空ポンプの汚染を減少させるために、高真空ポンプ嵌め管の中またはその前方に、処理室と高真空ポンプとの間の光学的な分離部として設けられるものである。したがって、シェブロンは、たとえば、共通の中心点（あるいは中心軸）まわりに同心円状にかつ深さにおいては互いに対し段状に配置された複数の円形のリングから構成され得る。しかしながら、それに伴なう横断面積の減少によって、従来のシェブロンの場合ポンプ性能は３０〜５０％減少する。これは、場合により、対応して大型かつ高価なポンプユニットによって補償されることになる。

低電圧アーク支援のプロセスにおける空間的なプラズマ安定化のためには、可能な限り均質な遠距離磁場が有利に働く。これを実現するために、公知のように、真空装置の処理
室の上部領域および下部領域において、プラズマ制御のためのヘルムホルツコイル対に類するマグネットコイルが取付けられることがある。しかしながら、これによって、側方での装入および排出過程、あるいは点検整備を目的とした接近が妨げられることになり、そのため上記装置は通常床上装入式として実施され、これに対応した高さの製造場および接近部を設けることが求められる。接近性の観点からコイルの直径を小さくすると、これは磁場の均質性に対して不利な結果をもたらすことになる。

また、１つ以上の補助電極が高い温度に晒される従来の真空処理装置におけるもう１つの問題点として、反応ガスを加えて進行するプラズマプロセスにおいて、しばしば固着性の高い層が成長してその後のプロセスに障害を来たすおそれがあることが挙げられる。たとえば、絶縁層（ＤＬＣ、酸化アルミニウム、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、など）は、低電圧アーク放電のプラズマの再度の点火を妨げたり、あるいは、放電がそのために設けられたのではない他の装置部分を介して点火されたときに装置に危険な損傷すら引起こしたりすることがあり得る。したがって、上記障害を来たす層は、プロセスの安全性の観点から、しばしば各々のコーティングバッチの後に機械的に除去することが求められる。

図１に示すように、２扉型設計が採用される場合、扉閉鎖部の設計に対して全く特別な要求がなされる。扉閉鎖部の設計は、従来の閉鎖部で容易に可能なものではないが、それはここでは真空プロセスの終了および大気圧への装置の滔流（Fluten）の後、開けられるべきでない第２の扉の押付け圧力もまた低下し、この扉の隙間が大きくなるからである。このため、パッキンと密封面との間に汚れが入り込み、後には密封が不十分になることがある。さらに、従来の装置においては、可燃性または爆発性のガス、たとえばアセチレン、メタン、水素、シランの使用時、または過剰圧力が発生するという一般的な危険の際には、追加の安全装置、たとえば過剰圧力弁などを設けることが求められる。
独国特許ＤＥ１００１８１４３

［本発明の技術的課題］
（１）絶縁性または低導電率の層の製造時におけるターゲットおよび／または補助電極のためのクリーニングの手間の回避、ならびに新規のターゲット／シャッタ構成によるプロセスの安全性および層品質の向上。

（２）シェブロンの新規の形態によるポンプ性能の向上およびポンプ領域内特にポンプ嵌め管内のプラズマ形成の防止。

（３）同時に、磁場支援のプロセスへの適合性を満たしながら、簡単で速やかな排出／装入過程ならびに処理室に対する良好な接近が可能な、扱いやすい前方装入式設計の実現を図る。

上記目的を達成するため、本発明に基づく真空処理装置は、工作物を処理するための真空処理装置であって、低電圧アーク放電装置が中に配置された真空化可能な処理室と、少なくとも１つの閉鎖可能な装入・排出開口部と、上記処理室の側壁に取付けられた少なくとも１つのコーティング源と、遠距離磁場を形成するための磁場生成装置と、工作物を受けるための少なくとも１つの工作物担体とを備える、真空処理装置において、さらにターゲット・シャッタ構成が設けられ、上記ターゲット・シャッタ構成においては、覆われた状態でシャッタとターゲットとの間隔が５〜３５ｍｍの間であり、こうして一方では上記ターゲットの背後でマグネトロンまたは陰極のスパーク放電の点火および動作が可能となり、他方ではターゲットをオフにした際に副プラズマの点火が防止されることを特徴とす
る。

［解決策あるいは解決への道に係る情報］
以下、この発明について、図１〜９を用いてより詳細に説明する。

図１に示す真空処理装置１は３つの部分から構成されており、大まかには、前方部分２と、比較的幅狭の中間部分３と、これに接続され、シェブロン９によって処理室１０から分離されたポンプ嵌め管５と、後方部分４とからなる。前方部分および後方部分には、たとえば、シャッタ８が設けられた複数のスパッタ陰極６および１つ以上の放射加熱部７が取付けられる。中間部分にも対応のコーティング源および／または加熱部７を取付けてもよい。前方部分２は、その全体において、ここでは詳細に示さないジョイントを介して側方で中間部分３から外れるようにクラップ可能であり、これによって大きな装入開口部が形成されて簡単な装入および排出が可能となる。後方部分４も同様にクラップ扉として実施された場合、装入および排出は、一方もしくは他方または同時に両方の側から任意に行なわれ得る。その際、場合により上に装着された工作物ホルダ（小木（Baeumchen））を備え、コーティングされるべき工作物を止着するための、当該装置内に回動可能に取付けられた１つ以上の工作物担体（円形コンベア）１１は、円形コンベア交換システムによって、たとえば装置１内の回転皿から装入開口部を通って取出されるのが有利である。このような装置設計においては、装置の点検整備、たとえばターゲットの交換またはクリーニング作業の実行もまた、開いた扉の場合に特に簡単かつ行ないやすいものとなる。

ここに提示する設計は、内径１５２０ｍｍで高さ１５６０ｍｍの、異なる寸法の工作物の大スループット用の２．８ｍ³真空処理装置を用いて実施されている。その際、利用可能なコーティング領域は、１２００〜１３００ｍｍの直径および８００〜９００ｍｍの高さを有している。

プロセスの安全性（特に、パルス的なバイアス供給とオフにしたターゲットを用いた空スパッタおよびＤＬＣ層の析出中におけるもの）を確保するために、本質的な点としては、ターゲットとシャッタ８との間隔を選択することによって、一方では閉じたシャッタ８の背後でマグネトロン放電の点火および維持を可能とし、他方では、続くＤＬＣコーティングにおいてシャッタ８の背後での副プラズマの発生を回避することが挙げられる。ここで、驚くべきことに、スパッタ陰極６でのプラズマと、パルスバイアスプラズマによって誘導される副プラズマとの発生については、その幾何学的条件が本質的に異なっており、特に１〜１０×１０^-3ｍｂａｒの圧力範囲において、プロセス圧力に対する依存性が極めて小さいものにすぎないことがわかった。陰極スパーク蒸発器についてもこれと類似の関係を認めることができた。

下記の表および図２で示す実験を用いて、この認められた挙動について説明する。ここでは、側方に摺動可能な板金８′の形態をとるシャッタ８が、クロム製あるいはグラファイト製のターゲット１２を備え付けた矩形の陰極６の前方において異なる間隔Ａをあけて取付けられており、圧力を２×１０^-3〜７×１０^-3ｍｂａｒで変化させた。続いて、一方ではターゲット１２とシャッタ８との間の中間空間において陽極枠１４と陰極１２との間に電圧を印加してプラズマを点火し、他方では、ここでは詳細に示さない工作物担体を備え付けた円形コンベア１１が前を通り過ぎるように動かすことによって、ＤＬＣプロセスの条件下で点火されるパルスプラズマで副プラズマを開始することが試みられた。プロセス圧力の影響はほぼ測定不可能であったことから、これについては以下に詳細には述べない。

ここでは、間隔Ａがわずか１０ｍｍの場合に既に、処理室１０内で測定可能な漏れの流れが生じることなくシャッタ８とターゲット１２との間にプラズマが点火されることがわかった。これに対し、ＤＬＣプロセス中にホロー陰極効果によってターゲット１２とシャッタ８との間に生じる副プラズマの発生は、間隔が３５ｍｍになって初めて観察することができた。

したがって、両方のプロセスが実行されることになる装置におけるターゲットとシャッタとの間隔は、１０〜３５ｍｍの間、特におよそ２０±５ｍｍに調節されるのが有利である。特に大型のシャッタでの過剰な反りを回避するために、比較的厚みの大きい板金（この場合およそ３ｍｍ）を使用し、側方に２つのかど付けによる補強部を設けてもよい。

ターゲット６をオフにした際にシャッタ８の背後において反応的に行なわれるパルスバイアスプロセスの際にターゲットの被覆を可能な限り小さく抑えるために、希ガス、たとえばアルゴンを、ガス分配器１３を介してターゲット表面上に直接吹付けることができる。加えて、ターゲット表面をシャッタで少なくとも１０〜２０％だけ覆い、かつ／または、たとえば図２で示すように、陰極を境界付けるガス分配器間に想定される面を実質的に完全に覆うことが有利である。

図３および図４は、真空処理装置１におけるシェブロン９、あるいはシェブロン９の本発明に従う構成を示す。公知の真空処理装置においては、シェブロンはポンプ嵌め管５内またはこれに直接に取付けられるため、ポンプ嵌め管の横断面積はさらに減少する。本発明に従う構成においては、追加的に、１つ以上のポンプ嵌め管５と処理室１０との間に、少なくとも１つのポンプ嵌め管横断面１５よりもはるかに大きい横断面１６を有するシェブロン室１７が設けられる。同時に、ポンプ嵌め管とシェブロンとの間隔Ｂを大きく選択することで、ここでも自由な横断面が狭小にならないようにする。

これによって、シェブロン９およびシェブロン室１７の自由な案内横断面を、常に少なくともポンプ嵌め管横断面１５以上に保つことが可能となり、こうして、Ｂだけ長くなった引込みにもかかわらず電流コンダクタンスは、従来式に装着されたシェブロンにおけるよりも明らかに大きく留まる。特に、図４で見て取れるようにシェブロン室が中間部分３の担持枠１８と一体化可能であれば有利であるが、それはこの場合、シェブロン室１７を追加的に作製するという手間のかかる作業が省略されるからである。

シェブロン室１７およびポンプ嵌め管５内の副プラズマの点火を確実に回避するために、通り抜け開口部が十分に小さく選択されるよう考慮することが求められる。たとえば、
シェブロンの背面に、網目サイズが１ｍｍの格子を取付けることができる。

本装置の例では、３つのポンプ嵌め管ＤＮ３２０の横断面１５は、０．２５ｍ²の面積となる。これに対し、シェブロン室１７の横断面１６は０．４３ｍ²となり、したがって１．７倍の大きさである。

ポンプ嵌め管の入口から側長１．４×０．３ｍの本シェブロンの最小間隔は、少なくとも４０ｍｍ、好ましくは６０ｍｍである。

上述のような構成と、それぞれポンプ嵌め管ごとに接続され定格吸込み性能がそれぞれ１５５０ｌ／分のターボ分子ポンプとによって、およそ２５００ｌ／分の吸込み性能が実現可能であった。本発明に従うシェブロンの代わりに、公知のようにそれぞれポンプ嵌め管５内に直接１つのシェブロンを嵌め込んだ場合、実現可能な吸込み性能は僅かにおよそ１６５０ｌ／分であった。すなわち、従来の構成に対する向上は、吸込み性能についておよそ５０％である。

上述の遠距離磁場を生じさせるために２つの手法が試された。これらは両方とも、処理室への簡単な接近、ひいては前方あるいは側方装入式としての真空処理装置の実施を可能にするものである。これを行なうために、下方のコイルは、一方においてはクラップコイルとして、他方においてはより小さい直径のコイルとして実施された。その際、上方のコイルは、８２５ｍｍの内径を有してその都度幾何学的に変更しなかった。

このように直径が０．３〜２ｍさらにはそれ以上の大型のコイルは、導線直径が２〜１０ｍｍ、好ましくは４±１ｍｍの場合、プロセスに必要な磁場を生じさせるために、３００〜１２００回、好ましくはおよそ５００回の巻数を必要とするため、一定の構成上の措置が必要である。これによって、およそ１００００のクラップサイクルの寿命にわたっておよそ９０°のコイル部分（２０，２１′）の確実なクラップを確保する。図５は、２つのクラップ可能な部分体を有する上述のようなクラップコイル１９の全体図を示し、磁石支援のプラズマプロセス中の作業位置２０に、あるいは当該装置への容易な接近が保証されるクラップ点検整備位置２０′にあるところである。

個々のコイル平面の曲げ半径の異なりを小さく抑えるために、コイルは可能な限り平坦（３０〜５０ｍｍ）および幅広（３００〜５００ｍｍ）に設計された。サイクル的な材料変形の観点から、かつ異なる半径を補償するために、高可撓性のケーブルが使用されることになり、これをキンク領域で緩く巻付けることで、導線ストランドに対する実質的な引張りまたは圧力負荷なしにクラップできるようにする。キンク領域における導線ストランドの互いに対する摩擦を低減させるために、シリコン被覆ケーブルが用いられた。個々の導線ストランドが引張り出されることを回避するために、上記ケーブルは、金属半殻から製造された部分体２０あるいはコイル体２１内で注入された。このようなコイル構成によって、６００〜９００ｍｍのコイル半径にもかかわらず、処理室１０への良好な接近性が実現可能であった。

これは半径およそ２００〜４００ｍｍの小型のコイルを用いた場合でも可能である。しかしながら、この場合には、処理室の高さ全体にわたって十分に均質な磁場を実現して均質なプラズマ分布を保証することが困難である。

特に均質なプラズマ条件が望まれる場合、一方または両方のコイルにおいて電流強度を時間的に変更、あるいは一方のコイルにおいて電流の方向を反転させることとしてもよい。すなわち、時間的な手段において、加熱、エッチングおよびたとえばＤＬＣコーティングといった個々のプロセス工程中に均質な磁場を生じさせることでプラズマの不安定さあ
るいは不均一な処理結果を回避することができる。たとえば、コイル電流を反転させることによって、装置の高さ全体にわたって基板に対して完全に均質な加熱が実現可能であり、こうして過熱または臨界プロセス状態が効果的に回避可能である。さらに、このような措置によって、寸法の異なるコイルの場合でも、クラップコイルによるものと同様にコーティング領域にわたる均質な加熱レートおよびエッチング除去が達成可能であった。また、ＤＬＣプロセス中の層厚分布も、平均値から＋／−１０％の範囲内であった。

本発明に従う装置のさらなる有利な局面においては、図６に示すように、電極ヘッド２３の速やかな交換が可能な電極２２が使用され、これにより、たとえば補助陽極における汚れたヘッドを数秒のうちに交換して、手間のかかるクリーニングを処理室の外部で実行することが可能となる。

その際、好適な熱膨張係数を有する伝導性の高い材料からなる電極ヘッド２３を、冷却される小さな公差の電極シェル２４内に嵌め込むことによって、上記ヘッドを冷却状態において簡単に取出して別のヘッドと交換できるようにする。たとえば、内径が８０ｍｍの円筒形の嵌め合わせ部を伴う銅製の電極ヘッド２３を、同様に銅から作製される電極シェル２４内に、その直径が０．２〜０．４ｍｍだけ大きく作製される限り容易に嵌め込みあるいはここから取出すことができる。このような電極がたとえば低電圧アーク放電の補助陽極として使用される場合、電極ヘッド２３は電子照射によって加熱されて膨張する。電極シェル２４は、水冷却部２７によってその形を変えずに保つため、電極ヘッドにおける円筒形の側面はシェル２４に対して大きな力で押付けられ、こうして良好な電気的および熱的接触が確保される。この系は、熱平衡に自らを保持する。銅におけるように熱膨張係数が１６．８×１０^-6／°Ｋの場合、上述の直径の嵌め合わせ部では、０．２あるいは０．４ｍｍの隙間２６は１５０℃あるいは３００℃の温度差で閉じられる。その際、シェル２４は、換気孔２５を伴って実施されるのが有利である。上記換気孔は、電極ヘッド２３と電極シェル２４との間に設けられた空所と接続、または、ここでは詳細に示さない、円筒部の周囲を巡って走る溝と接続するものである。また、陰極ヘッドの材料は、少なくとも１０×１０^-6／°Ｋ以上の熱膨張係数を有することが好ましい。しかしながら、予想される温度差が小さい、たとえば５０〜１００°の場合、可能な限り高い膨張係数を有する好適な材料、たとえば銅または銀を選択するのがよい。熱的な押付けによって、電極ヘッドおよびシェルに対して高い力が生じることがあり、同時に良好な導電性が必須であることから、ここではとりわけ金属工作材料が使用され得る。これに代えて、またはこれに加えて、たとえばばねを付けた受け部といった構造上の措置を設けてもよい。

本装置についてのさらなる有利な実施の形態は、扉閉鎖部についての特別な実施例によって実現可能であり、上記扉閉鎖部は、閉状態において、一方では装置扉の一定の押付け圧力を確保し、他方では同時に爆発に対する保護として働き、人員を危険に晒すことなく内圧を逃すことを可能にする。一定の押付け圧力の調節が可能であることは、とりわけ２扉型装置の場合に有利なものであるが、それは真空装置における従来の閉鎖部は、小さなものではあるが遊びを有するからである。このため、真空装置の滔流の際またはその後に舞い上がったコーティング材料、埃、破片などは、扉と装置との間あるいはパッキン３７と密封面との間の隙間に到達するおそれがある。その後、一方の扉のみを開けた場合、閉じた扉のパッキン３７および密封面のクリーニングは不可能であり、このため真空の漏り口あるいはパッキン３７および密封面の損傷の危険が生じる。

図７〜９を用いて、上記扉閉鎖部の機能について例によって説明する。閉鎖部２８における個々の構成部分は、たとえば真空処理装置１の中間部分３に、ベースプレート３０を介してまたは直接に接続される。軸２９′上で回動可能に載置された駆動シリンダ２９は、レバー３２を軸３２′まわりに動かし、これにより、軸３３′を介してレバー３２に載置された引張りアーム３３もまた、必要に応じ旋回可能にまたはばね式で取付けられた鉤
部３５とともに動かされる。こうして、軸３２′まわりで２つの接続されたレバー３２，３３の回転運動のみによってすべての機能が作動させられ得るという利点が得られる。引張りアーム３３は、代替的には固定式にレバー３２に固定されてもよく、その場合、鉤部３５は、たとえば、扉３８あるいは閂部３９に対して作用する傾斜平面の形態で構成される。

たとえば、図７に示すように、開にするために空気圧シリンダ２９を完全に外へと変位させると、上記空気圧シリンダは、引張りアーム３３を介して、鉤部３５を、扉３８に取付けられた閂部３９から離れるように動かし、さらには掴み棒（Mitnehmerstift）３４を介して、引張りアーム３３および鉤部３５を、上記鉤部を係止位置に保持する戻しばね３１に対抗して下方へ押付ける。扉３８を開けた後、圧縮空気シリンダ２９は圧縮空気から解放されるよう切換えられ、このため上記戻しばねは鉤部３５をゼロ位置としての止め棒（Haltestift）３６まで引張る。こうして閉鎖部２８はいつでも係止できる状態となる。扉３８の密封に必要な保持力は、空気圧シリンダ２９を作動（この場合は中へ変位）させることによってもたらされる。

爆発に対する保護を確保するために、図８に示すように、扉３８を閉じた際に、鉤部３５と係合する閂部３９の位置を選択することによって、装置の過剰圧力の際にかかる扉力Ｆのベクトルと、軸３２′および３３′間の接続線Ｖとの間に、一方では空気圧シリンダの閉じる力に依存し他方では予想される力に依存する最小角度αを調節し、こうして、爆発時に生じる力の一部だけが台架へ導かれる一方、その残りは、角度αを小さくするまで空気圧シリンダを押付けるために用いられる。こうして生じる扉の隙間の大きさは、角度αならびに軸３２′および３３′の間隔を介して調節可能である。本装置においては、閉鎖部についての幾何学的関係は、生じる扉の隙間が最大１２ｍｍとなるように選択されている。この点において、扉は、引張りアーム３３上の中実に設計された鉤部３５によって、それ以上制御されずに旋回することを防がれる。

当業者には知られているように、必要に応じ、他の構成要素を使用した類似の装置を採用することで類似の機能を確保してもよい。その際、少なくとも１つの制動部材２９およびストップ要素３３，３３′，３５，３９が、予想される最大負荷に対応して設計されること、および、同時に扉を簡単に開けることが可能となることが重要である。たとえば、扉が極めて大型の場合、あるいは予想される過剰圧力が極めて大きい場合には、大きな力に対して設計された油圧シリンダを採用する、または幾何学的な諸関係を適合することが有利である。

たとえば、２扉型で実施された装置において、装入および標準的なクリーニングのためには一方のみ、たとえば前方の扉を開ける一方、後方の扉は点検整備のみを目的として使用する場合、後方の扉の閉鎖部は、より高い保持力が生じるように設計され得る。これにより、扉を、滔流状態においても力Ｆで押付けて扉３８とパッキン３７あるいは密着面との間隔を遊びなしにできるため、密着面に損傷が生じ得るという上述の問題が確実に回避可能となる。これには、本装置の場合、およそ１５０００ｋＮの保持力が必要である。これを達成するには、たとえば、図９に示すように、レバー作用を増大させるために軸３２′および３３′の間隔の座標値ｚを小さくすればよい。これは、間隔板４０を間に置いて閂部３９を戻し置くことによって簡単に実現できる。これによって、対応の空気圧シリンダは、必要な高い保持力にもかかわらず比較的小型で実施可能である。図示のように間隔ｚ′が極めて小さく選択されると、扉力Ｆの作用の際に、開にするための機構がブロックされて、過剰圧力が大きい場合に上記機構の破壊につながるおそれがある。したがってここでは、爆発に対する保護の機能は、たとえば上述のように他方の扉によって果たされることになる。これに代えてまた、間隔ｚ′をいくらか大きくして保持シリンダ２９をいくらか強くしてもよく、これによって、異なる扉力Ｆを引起こす閉鎖部２８の場合に、２段
階の爆発保護が可能となる。

真空処理装置の上面図である。ターゲット／シャッタ構成を示す図である。シェブロンの前面図である。シェブロン／ポンプ嵌め管構成の上面図である。クラップコイルを示す図である。取外し可能な補助陽極ヘッドを示す図である。扉閉鎖部を示す図である。扉閉鎖部を示す図である。扉閉鎖部を示す図である。

符号の説明

１真空処理装置、５ポンプ嵌め管、８シャッタ、９シェブロン、１０処理室、１２ターゲット、１７シェブロン室、１９クラップコイル、２１コイル体、２３電極ヘッド、２４電極シェル、２８扉閉鎖部。

Claims

工作物を処理するための真空処理装置（１）であって、低電圧アーク放電装置が中に配置された真空化可能な処理室（１０）と、少なくとも１つの閉鎖可能な装入・排出開口部と、前記処理室の側壁に取付けられた少なくとも１つのコーティング源と、遠距離磁場を形成するための磁場生成装置と、工作物を受けるための少なくとも１つの工作物担体とを備える、真空処理装置において、
さらにターゲット・シャッタ構成（８，８′）が設けられ、前記ターゲット・シャッタ構成においては、覆われた状態でシャッタ（８）とターゲット（１２）との間隔が１０〜３５ｍｍの間であり、こうして一方では前記ターゲットの背後でマグネトロンまたは陰極のスパーク放電の点火および動作が可能となり、他方ではターゲット（８）へのバイアス供給をオフにした際に副プラズマの点火が防止されることを特徴とする、真空処理装置。
前記アーク放電装置の陽極は、電極ヘッド（２３）および冷却可能な電極シェル（２４）を有し、前記電極ヘッド（２３）が、加熱の際に冷却される前記電極シェル（２４）と押付け着座をなすように、前記電極シェル（２４）内に固定されかつそのような材料から作製されることを特徴とする、請求項１に記載の真空処理装置。
さらに、少なくとも１つのポンプ嵌め管（５）を前記処理室（１０）から光学的に分離するためのシェブロン構成が設けられ、前記シェブロン構成が、ポンプ嵌め管（５）とシェブロン（９）との間に、前記ポンプ嵌め管よりも大きい横断面を有するシェブロン室（１７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の真空処理装置。
前記磁場生成装置が、遠距離磁場を生成するためのコイルを含み、コイル体（２１）が前記真空処理装置（１）の外部で固定され、前記コイルが、少なくとも１つの部分体（２０，２０′）を有するコイル（１９）として実施されることを特徴とする、請求項１に記載の真空処理装置。
前記装入・排出開口部に扉閉鎖部が設けられ、前記扉閉鎖部が、一定の大きさの押付け圧力を調節するための手段（２９〜４０）を有しており、調節可能な過剰圧力の際に扉が過剰圧力を抜くために制御されて開くように実質的に前記手段が配置可能であることを特徴とする、請求項１に記載の真空処理装置。