JP5596850B2 - 陰極アークデポジションコーティングソース - Google Patents

Description

本発明は、物理気相成長法（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）用のコーティングソース、及び当該コーティングソースを製造する方法に関する。

工業では様々な種類の層を製作するために、物理気相成長法が広範囲で使用されている。その用途は、各種基板材料用の耐摩耗性且つ耐腐食性コーティングの生成から、特に半導体産業や電子工学産業における積層材料複合体の生成にまで及んでいる。このように用途の幅が広いため、多様な種類のコーティング材料を成長させなくてはならない。

物理気相成長法では、たとえば蒸着、陰極スパッタ（sputter deposition）、アーク蒸着（cathodic arc deposition又はarc source vapor deposition technology）といった様々な技術が使用される。

スパッタデポジション法では、アルゴンなどの作用ガスによって、チャンバの中でプラズマが生成される。作用ガスのイオンが、コーティング材料から形成されたターゲットに向かって加速され、該ターゲットからコーティング材料の粒子を叩き出し、この粒子が気相へと移行してコーティング対象の基板上に成長する。陰極スパッタ法では、ターゲットの活性表面上に磁界を生成して、プロセスをサポートすることが知られている。このとき磁界は、ターゲットの活性表面の近傍でプラズマ密度を高め、コーティング材料の剥離の増大を生じさせる。このような方法は、マグネトロン陰極スパッタ（magnetron sputter deposition）と呼ばれる。

特許文献１には、強磁性コーティング材料のスパッタを可能にする目的のために、ターゲットの裏面に磁石を配置してターゲットの活性表面を通過する磁界を拡大する、マグネトロンスパッタデポジション用のターゲットが開示されている。穿孔への押し込み、又は、周知のボンディング技術による穿孔へのボンディングによって、磁石をターゲットの中に配置することが開示されている。

陰極アークデポジション法は、上に説明したスパッタデポジション法とは根本的に異なっている。陰極アークデポジションは、特に工具や機械部品のカーバイドコーティングや、装飾応用分野における層に関して使用される。陰極アークデポジションでは、ターゲットとして準備された陰極としてのコーティング材料と陽極との間におけるアーク放電が利用される。その結果として生じる高電流低電圧アーク（以下、アークという）は、陰極の自由電荷担体やより高い部分圧力を経て生じるので、高真空下でもアーク放電が維持される。適用先技術の設計に応じて、アークの位置は、陰極の表面で程度の差こそあれランダムに移動するか（いわゆるランダムアーク技術）又は制御されながら移動し（いわゆる制御（steered）アーク技術）、非常に小さい領域（いわゆるスポット）で、ターゲットの表面への高エネルギー注入が発生する。この高エネルギー注入は、局所的に、ターゲットの表面でのコーティング材料の蒸発につながる。このときのスポットの部位は、コーティング材料の液滴、コーティング材料蒸気、発生したコーティング材料のイオンを含む。ターゲットは非常に小さい領域でのみ溶融状態へと移行し、したがって、どの位置でも、比較的高いコーティングレートをもつ蒸着源として機能することができる。コーティング材料蒸気のイオン化は、コーティング対象の基板に成長するコーティング材料の層において結果的に生じる特性にとって、大きな意味をもつ。蒸気圧の高いコーティング材料では、通常、蒸気粒子の約２５％がイオン化した状態であり、蒸気圧の低いコーティング材料では、通常、蒸気粒子の５０％から１００％の間がイオン化した状態である。したがって、反応性イオンプレーティングには、追加のイオン化装置が設備に不要である。陰極アークデポジションの技術における基本的なパラメータはアーク電圧とアーク電流であり、これらは、特にターゲットの材料、提供される反応性ガス、所定の作用圧力といった他のパラメータの影響を受ける。陰極アークデポジションにおける通常の運転条件は、たとえば１５Ｖから３０Ｖの間のアーク電圧と、５０Ａから１５０Ａの間のアーク電流である。

陰極アークデポジションでは、ターゲット表面でアークの移動する速度が、該当スポットで溶融される材料の量を決める。この速度が遅いほど、コーティング対象の基板に向かってスポットから加速されるコーティング材料の量は多くなる。すなわち、速度が低いと、基板に成長する層において無用の飛沫やマクロ粒子を生じる。アーク運動の実際の速度は、ターゲットのコーティング材料に依存して決まる。コーティング材料の導電性が低くなると、アーク速度の低下が生じる。ターゲット表面におけるアーク速度が遅すぎると、すなわち１つのスポットでの滞留時間が長すぎると、ターゲットの局所的な熱的過負荷及び無用な飛沫やマクロ粒子によって、基板に成長する層の著しい汚染がもたらされる。この場合、表面のマクロ的な溶融に起因して、ターゲットが早期に使用不能になる可能性もある。

アーク位置の速度及びこれに伴うスポットサイズは、磁界によって影響を与えることができる。磁界強度が高くなるほど、アークは早い速度で移動する。陰極アークデポジションの設備において、ターゲットの冷却支持部の背後に電磁石又は永久磁石を設け、それによりアークの速度に影響を与えることが知られている。

特許文献２は、ターゲット材料のより均等な剥離を実現するために、コイル構造と、ターゲット中心部に配置された永久磁石と、を有する、アーク放電蒸発器（arc discharge vaporizer）用の磁界陰極を開示している。

欧州特許出願公開第１７４４３４７号 ドイツ特許出願公開第４３２９１５５号

本発明の課題は、マグネトロンスパッタデポジションで安定したコーティングプロセスが実現され、あるいは、陰極アークデポジションでアーク速度の良好な制御が実現され、また同時に、コーティング設備の冷却支持部へのできる限り最良の熱的結合、工程の少ない効率的なコーティングソースの製造、機械加工が困難な材料もしくは不可能な材料の場合でもターゲットの活性表面の空間的近傍へのほぼ任意のジオメトリーでの強磁性材料の配置が可能となり、その際に、コーティングソースを介してコーティング設備へ不純物が侵入するリスクが最低限に抑えられる、物理気相成長法用のコーティングソース及びその製法を、提供することにある。

上記課題は、請求項１に記載の物理気相成長法用コーティングソースによって解決される。好適な発展例が従属請求項に記載されている。

当該物理気相成長法用コーティングソースは、粉末冶金製造プロセスで少なくとも１つの粉末状出発材料から作成された少なくとも１つの構成要素（部材）と、該構成要素内に設けられた少なくとも１つの強磁性領域と、を有する。その少なくとも１つの強磁性領域は、前記粉末冶金製造プロセスにおいて前記構成要素内に導入されて一体化される。

１つのつながった強磁性領域又は複数の強磁性領域が提供され得る。強磁性とは、この領域（これらの領域）が、透磁率＞＞１を有することを意味している。少なくとも１つの強磁性領域は永久磁石として設計可能であり、あるいは、１つ以上の永久磁石領域及び１つ以上の非磁性領域のいずれか又は両方が設けられ得る。少なくとも１つの強磁性領域は、たとえば、コーティングソースの製造プロセスにおいて粉末状で導入される強磁性粉末を含み得る。また、少なくとも１つの強磁性領域は、代替的又は追加的に、たとえば、製造プロセスにおいて導入される１つ以上のマクロ的（巨視的）な強磁性体を含み得る。コーティングソースの少なくとも１つの構成要素は、たとえば実際のターゲット、すなわちコーティングソースの蒸発させるべきコーティング材料によって形成することができる。あるいは、少なくとも１つの構成要素は、コーティング設備の冷却支持部との熱的結合のための別の材料からなり、ターゲットへ固定されるバック（back）プレートによって、形成することもできる。ターゲットをコーティング設備の冷却支持部へ連結するために設けられるマウント（mount）に実際のターゲットが取外し可能に取り付けられているコーティングソースの構造の場合、少なくとも１つの構成要素は、たとえばそのマウントによって形成されていてもよい。強磁性領域は、たとえばターゲット及びバックプレートの両方に、あるいは、ターゲット及びマウントの両方に、形成可能である。これら全部のケースにおいて、少なくとも１つの強磁性領域は、工程実行時、コーティング設備の冷却支持部とターゲットの活性表面との間に位置するように、配置される。このような配置に基づき、ターゲットの活性表面の非常に近傍で有効となる磁界ジオメトリーを実現することができるので、ターゲットの表面近傍領域で高い磁界密度を提供することができる。このようにして、コーティング材料のそれぞれ及び投入されるプロセスに対して適合及び最適化することの可能な、使用するコーティング設備に左右されない磁界システムが提供される。さらに、このような手法で、ターゲット表面の画定領域を的確に（選択的に）遮蔽することができる。陰極アークデポジション中の過熱及びその結果として生じるコーティング材料の飛沫放出増大という不利益の回避が可能になる。

ここで、構成要素内に設けるということは、構成要素に固定結合されることを意味する。少なくとも１つの強磁性領域は、粉末冶金製造プロセスにおいて構成要素に導入されて構成要素に固定結合されており、すなわち、粉末冶金製造プロセスにおいて、構成要素のその余の部分と恒久的に結合させるべく一緒に処理される。

強磁性領域がコーティングソースの構成要素内に直接設けられているので、コーティングソース使用時に強磁性領域はターゲットの活性表面近傍にあり、したがって、マグネトロンスパッタデポジションにおいて安定したコーティングプロセスが保証され、あるいは、陰極アークデポジションにおいてアーク速度の良好な制御が保証される。少なくとも１つの強磁性領域は、プレス、鍛造、ホットアイソスタティックプレス（hot isostatic press）、圧延、ホットプレス、及び焼結のいずれか１つ以上を構成要素と共に実施され得る。少なくとも１つの強磁性領域は、粉末冶金製造プロセスにおいて構成要素に導入され、当該プロセスによって構成要素と固定結合されるので、強磁性領域は隙間や空隙をもたずに構成要素と結合され、したがって、コーティング設備の冷却支持部への良好な熱伝導性が実現される。特に、この手法により、構成要素において、ターゲット表面から冷却支持部への支障のない熱の流れを妨げる空隙が形成されない。さらに、粉末冶金製造プロセスにおける導入により、強磁性領域をほぼ任意のジオメトリー（配置）で設けることができ、たとえば、構成要素の材料で全面的に取り囲まれるようにすることもできる。構成要素への導入は、構成要素の材料を問わず行うことができるので、機械的に後加工するのが難しい又は後加工することができない構成要素であっても、１つ以上の強磁性領域を配置することができる。さらに、少なくとも１つの構成要素に少なくとも１つの強磁性領域を備えているコーティングソースを低コスト且つ少ない工程で製造することができる。すなわち、構成要素の製造後に強磁性領域のための切欠きを機械的に作成し、次のステップで強磁性領域を挿入しなくてよいからである。さらに、粉末冶金製造プロセスにおいて少なくとも１つの強磁性領域を導入して一体化することで、コーティングプロセスのときに真空の劣化につながったり、成長中の層の無用な汚染につながったりする可能性のある不純物が溜まり得るキャビティが存在しない、それ自体が閉じた形態でコーティングソースを提供することができる。強磁性材料としては、特に次の合金を採用することができる：ＮｄＦｅＢ，ＳｍＣｏ，ＡｌＮｉＣｏ，ＳｒＦｅ，ＢａＦｅ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ。

一態様によれば、少なくとも１つの強磁性領域は、粉末冶金製造プロセスにおいて粉末の形態で導入された強磁性材料から形成される少なくとも１つの領域を含む。この場合、多種多様なジオメトリーの強磁性領域を簡単に構成要素に提供することができる。さらに、たとえば強磁性材料の組成が異なる複数の強磁性領域を簡単に提供することができ、それにより、ターゲットの活性表面に形成される磁界を的確に形作ることができる。たとえば、位置に応じて強磁性材料の組成が変わる少なくとも１つの強磁性領域を簡単に提供することができる。少なくとも１つの強磁性領域は、たとえば粉末の形態で投入される強磁性材料だけを含んだものとすることもできる。この場合には、特に簡単な製造が可能である。

一態様によれば、少なくとも１つの強磁性領域は、少なくとも１つの永久磁石の領域を含む。この永久磁石の領域は、たとえば事前に磁化したマクロ的物体の導入によって形成するか、あるいは、たとえば構成要素内に設けた領域を構成要素の製造時又は製造後に磁化することでも形成可能である。

一態様によれば、少なくとも１つの強磁性領域は、粉末冶金製造プロセスにおいて導入される少なくとも１つの強磁性体を有している。１つ又は複数の強磁性のマクロ的物体を導入することで、特に、磁化された（永久磁石の）物体の場合に、形成される磁界にかなり正確に影響を与えることができる。とりわけ、たとえば磁化の向きが異なる複数の永久磁石体を導入することができる。

一態様によれば、コーティングソースはターゲットを有し、少なくとも１つの強磁性領域がターゲット内に配置される。ここでターゲットとは、使用時に侵食されるコーティング材料としての役目をする材料で製作された、コーティングソースの領域として理解される。本態様では、少なくとも１つの強磁性領域がターゲットの活性表面の非常に近くに提供され得るので、扱い難いコーティング材料でも制御下で蒸発させることができる。本態様は、特に、ターゲットがコーティング設備の冷却支持部へ直接的に（他の中間構造部無しで）結合される場合に適用することができる。

一態様によれば、コーティングソースは、ターゲットと、コーティング設備の冷却支持部への熱的結合のためにターゲットと固定結合されたバックプレートと、を有し、少なくとも１つの強磁性領域が、ターゲット及びバックプレートのいずれか又は両方に配置されている。すなわち、当該構成において少なくとも１つの強磁性領域は、ターゲット又はバックプレート、あるいは、これらの両方に形成可能である。さらには、ターゲット及び裏面プレートの両方に、異なる強磁性領域を形成してもよい。特に、コーティング材料が比較的低い熱伝導性を有しており、その結果として過熱の可能性があるために、厚いターゲットとして提供することができないけれども、コーティング設備では冷却支持部からターゲットの活性表面までの設計高さを高くすることが要求される場合などに、ターゲットと、ターゲットと固定結合されたバックプレートとを有する本態様を採用することができる。ターゲットとバックプレートは、たとえば共通の粉末冶金プロセスで、それぞれ異なる材料から製造され得る。たとえばターゲットは、オプションで別の成分（特にＣｒ，Ｂ，Ｃ，Ｓｉ）を含むＴｉＡｌで生成可能であり、バックプレートは、Ａｌ又はＣｕで生成可能である。ターゲットの材料とバックプレートの材料とを、たとえば、製造プロセスにおいて粉末の形態で上下に積層し、次いで一緒にプレス及び鍛造のいずれか又は両方を施すことができる。あるいは、たとえばターゲットとバックプレートとを、たとえばインジウムを使用したボンディング、又は類似の方法によって、互いに固定結合することも可能である。

一態様によれば、コーティングソースは、ターゲットと、このターゲットをコーティング設備の冷却支持部と結合するためにターゲットと取外し可能に結合されるマウントと、を有し、少なくとも１つの強磁性領域が、マウントに配置される。このような構成は、たとえば比較的薄いターゲットに対し好適であり、コーティング設備において冷却支持部からターゲットの活性表面まで設計高さを比較的高くしなくてはならない場合などに、採用することができる。ターゲットとマウントは、たとえば機械式取付具を介して取り外し可能に互いに結合される。本態様では、少なくとも１つの強磁性領域がマウントに配置されることにより、設備に左右されずターゲットに固有の磁界を同様に提供することができる。交換可能なターゲットを、強磁性領域を伴って又は強磁性領域を伴わずに、低コストで提供することができる。

一態様によれば、コーティングソースは、マグネトロンスパッタデポジションコーティングソースである。この場合、ターゲットの活性表面近傍の少なくとも１つの強磁性領域は、活性表面でのスパッタプロセスを的確に制御するために利用することができる。

一態様によれば、コーティングソースは、陰極アークデポジションコーティングソースである。この場合、ターゲットの活性表面近傍の少なくとも１つの強磁性領域は、表面での電気アークの運動を制御する目的に利用することができる。運動又はアブレーションパターンを的確に（選択的に）設定することができ、コーティングソースの中央部におけるアークの崩壊が的確に低減又は防止され、そして、コーティングソースの所定領域へのアークの、制御下の磁気的誘導退去を発生させることができる。

前述の課題は、請求項１０に記載された物理気相成長法用コーティングソースの製造方法によっても、解決される。好適な発展例が従属請求項に記載されている。

当該方法は次の各ステップを含む：コーティングソースの少なくとも１つの構成要素のための少なくとも１つの粉末状出発材料を型に装填し、強磁性粉末及び少なくとも１つの強磁性体のいずれか又は両方を前記型に導入して前記粉末状出発材料の少なくとも１つの領域に配置し、構成要素を形成すべく圧縮する。この製法により、コーティングソースに関して上述した利点が実現される。特に、この製法により、ターゲットの活性表面近傍における強磁性領域を簡単且つ少ない工程で、機械式加工し難い材料又は加工できない材料の場合であっても、生成することができる。したがって、１つ以上の強磁性領域を簡単に且つほぼ任意のジオメトリーで、構成要素の材料中に配設することができ、そして、当該領域を、たとえば前記材料で全面的に取り囲むことも簡単にできる。このことは、各種多様な材料で可能である。１つ以上の強磁性領域は、この場合も、たとえばターゲット、ターゲットと固定結合されたバックプレート、マウントのいずれか１つ以上に配置することができる。本製法においては、たとえばまず最初に構成要素のための粉末状出発材料を型に装填し、次いで、強磁性粉末又は少なくとも１つの強磁性体を装填することが可能である。あるいは、まず最初に強磁性粉末又は少なくとも１つの強磁性体を型に導入し、次いで、粉末状出発材料を導入することも可能である。圧縮に加えて、場合により、形成した構成部分の成形を行うこともできる。

一態様によれば、導入は、コーティングソースのターゲットを形成する出発材料の少なくとも１領域に行われる。別の態様によれば、導入は、コーティングソースにおいて、コーティング設備の冷却支持部に対する熱的結合のためにターゲットと固定結合されるバックプレートを形成する出発材料の少なくとも１領域に、行われる。さらに別の態様によれば、導入は、コーティングソースにおいて、コーティング設備の冷却支持部とターゲットとを結合するためにターゲットと取り外し可能に結合されるマウントを形成する出発材料の領域に、行われる。

その他の利点や変形例は、添付の図面を参照した以下の実施形態の説明から明らかとなる。

第１の実施形態に係るコーティングソースを模式的に示す平面図。 第１の実施形態に係るコーティングソースの第１の例を模式的に示す側方断面図。 第１の実施形態に係るコーティングソースの第２の例を模式的に示す側方断面図。 第１の実施形態に係るコーティングソースの第３の例を模式的に示す側方断面図。 第１の実施形態に係るコーティングソースの第４の例を模式的に示す側方断面図。 第２の実施形態に係るコーティングソースの第１の例を模式的に示す側方断面図。 第２の実施形態に係るコーティングソースの第２の例を模式的に示す側方断面図。 ターゲットとマウントとを備えるコーティングソースを模式的に示す平面図。 マウントを備えるコーティングソースを模式的に示す側方断面図。 マウントを備える別のコーティングソースを模式的に示す側方断面図。 コーティングソースの製造方法を説明するための概略ブロック図。

第１の実施形態
第１の実施形態について図１から図５を参照しながら説明する。図示した実施形態では、陰極アークデポジション法用のコーティングソース１がターゲット２によって構成されている。ターゲット２は、この実施形態では、コーティング設備の冷却支持部に直接取り付けられるように構成されている。図１では、コーティングソース１は円形の断面を有するように示されているが、これ以外の形状、たとえば楕円形、長方形なども可能である。このことは、後述する他の実施形態とその変形例についても当てはまる。以下においては、各コーティングソース１が陰極アークデポジション用として構成されている実施形態とその変形例を説明するが、マグネトロンスパッタデポジション用としてコーティングソースを構成することもそれぞれ可能である。

ターゲット２は、コーティングプロセスにおいてターゲット２の材料が侵食される活性表面３を有する。図示した実施形態では、ターゲット２は、活性表面３と反対側の裏面に、コーティング設備の冷却支持部に取り付けるための穴４を有する。しかしながら、冷却支持部に対する取付具はこれ以外の種類のものも可能である。図２に示す例において、コーティングソース１は、コーティング法の間に蒸発させるコーティング材料によって全体的に形成されているので、ターゲット２がコーティングソース１のただ１つの構成要素を構成する。このターゲット２は、粉末冶金製造プロセスにおいて、少なくとも１つの出発材料から形成される。ターゲットは、たとえば、１つの粉末状出発材料、又は複数の異なる粉末状出発材料の混合で、作成され得る。

第１の実施形態において、ターゲット２の材料内には、少なくとも１つの強磁性領域が設けられている。図２に示す例では、ターゲット２の材料内に２つの強磁性領域５ａ，５ｂが形成されている。強磁性領域５ａ，５ｂは、図２の例では、ターゲット２の材料に埋め込まれた２つのマクロ的（巨視的）な永久磁石体により形成されている。強磁性領域５ａ，５ｂは、ターゲット２を製造するための粉末冶金製造プロセスにおいて粉末状出発材料中に導入されて、ターゲット２の材料と結合される。当該強磁性領域は、粉末状出発材料と一緒に圧縮、成形されることで、ターゲット２の材料と恒久的に結合されている。図２では一例として、このような物体が２つ示されているが、１つ又は２つ以上の同様の物体が導入されていてもよい。導入される物体は、任意の他の形状としてもよい。

図３は、第１の実施形態に係るコーティングソース１の第２の例を示している。この第２の例が、図２を参照して説明した例と相違しているのは、少なくとも１つの強磁性領域６が、導入されたマクロ的物体によって形成されるのではなく、ターゲット２の出発材料に導入された強磁性粉末によって形成されるという点にある。強磁性粉末は、ターゲット２を製造するための粉末冶金製造プロセスにおいて粉末状出発材料に導入され、第１の例のときと同様に、一緒に加工されることによってターゲット２の材料と結合される。図３では、特定のヨーク形の強磁性領域６が示されているが、これ以外にも数多くの構造が可能である。この場合も、単一の強磁性領域６又は複数の強磁性領域を形成することができる。

図４は、第１の実施形態に係るコーティングソース１の第３の例を示している。この第３の例では、導入されたマクロ的物体により形成される強磁性領域５ａ，５ｂだけではなく、導入された強磁性粉末により形成される強磁性領域６も設けられている。したがって、第３の例は、第１の例と第２の例の複合型である。図５は、強磁性粉末により形成される強磁性領域６の形状が図４に示す例と相違する、別の例を示している。

このように第１の実施形態では、コーティングソース１が、コーティング設備の冷却支持部と直接結合されるように構成されたターゲット２を含んでいる。このターゲット２に、粉末冶金製造プロセスにおいて導入される物体又は強磁性粉末により構成された、１つ又は複数の強磁性領域５ａ，５ｂ，６が形成されている。当該強磁性領域は、たとえば、導入された永久磁石体により、あるいは、外部磁界中でキュリー温度以下に強磁性粉末を冷却することにより、永久磁石として設計可能である。

次に、第１の実施形態に係るコーティングソース１を製造する方法について、図１１を参照しながら説明する。

ステップＳ１で、ターゲット２の粉末状出発材料（１種類以上の粉末）を型に導入する。ステップＳ２で、少なくとも１つの強磁性領域５ａ，５ｂ及び強磁性領域６のいずれか又は両方を粉末状出発材料中に導入する。これは、たとえば少なくとも１つのマクロ的強磁性体の導入によって、又は、強磁性粉末の導入によって、行うことができる。ステップＳ３で、粉末状出発材料を、導入した強磁性領域と一緒に圧縮し、場合によっては成形する。これは、たとえばプレス機における高圧下でのプレスとこれに続く鍛造によって実施され得る。たとえば圧延、ホットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）、ホットプレスなどによる加工を実施することもできる。ステップＳ１とＳ２は、たとえば逆の順序でも実施できることに注意が必要である。

図２〜図５において、各強磁性領域５ａ，５ｂ，６はターゲット２の材料の端にあるが、たとえば、ターゲット２の材料で全周を取り囲まれるように強磁性領域を形成することも可能である。導入される強磁性粉末により形成される強磁性領域だけでなく、導入される強磁性体により形成される強磁性領域も設けられるケースについては、導入される粉末により形成される領域は、強磁性体により形成される領域に対して任意の配置で構成される。特に、たとえば導入される強磁性粉末により形成される領域は、導入される強磁性体により形成される領域よりもターゲットの活性表面の近くに構成される、又は、これよりも遠くに構成される。

第２の実施形態
次に、第２の実施形態について図６と図７を参照しながら説明する。ここでは繰り返しを避けるために、第１の実施形態との相違についてのみ説明し、対応する部分には同一の符号を使用する。

第２の実施形態において、コーティングソース１は、活性表面３を含むターゲット２と、ターゲット２に直接固定結合されたバックプレート７と、を構成要素として有する。バックプレート７は、コーティング設備の冷却支持部に取り付けられるように構成されており、該構成は、たとえば一例として図示している穴４によって実現することができる。バックプレート７は、ターゲット２からの良好な熱排出を保証するために、冷却支持部へのターゲット２の良好な熱的結合を提供するように構成されている。本実施形態では、ターゲット２とバックプレート７とは、いずれも共通の粉末冶金製造プロセスにおいて粉末状出発材料から製造される。たとえば、ターゲット２の材料は熱伝導性の低いコーティング材料、一例としてオプションで他の成分を含むＴｉ_ｘＡｌ_ｙであり、バックプレート７の材料は熱伝導性の高い材料、たとえば、ＡｌやＣｕである。コーティングソース１の両方の構成要素、すなわちターゲット２とバックプレート７との間の固定結合は、たとえば、ターゲット２の粉末状出発材料とバックプレート７の粉末状出発材料とを共通の型の中で上下に積層して圧縮し、続いて、任意に、鍛造、ホットアイソスタティックプレス、圧延、ホットプレス、焼結のいずれか１つ以上を実施することによって、生成することができる。

第２の実施形態において、ターゲット２及びバックプレート７のいずれか又は両方に、少なくとも１つの強磁性領域が設けられる。ターゲット２に１つ以上の強磁性領域を構成する、又は、バックプレート７に１つ以上の強磁性領域を構成する、又は、ターゲット２及びバックプレート７にそれぞれ１つ以上の強磁性領域を構成することができる。個々の強磁性領域は、この場合も、たとえば導入されたマクロ的物体によって、又は導入された強磁性粉末によって構成され得る。強磁性領域は、ターゲット２及びバックプレート７のいずれか又は両方の粉末状出発材料と一緒に圧縮、成形されて、ターゲット２及びバックプレート７のいずれか又は両方の材料と恒久的に結合される。１つ以上の強磁性領域は、この場合も、永久磁石で構成され得る。これらの考えられる数多くの異なる具体例のうち、２つを例として以下に説明する。

図６に示す例では、バックプレート７内に２つの強磁性領域５ａ，５ｂが設けられている。両方の強磁性領域５ａ，５ｂは、マクロ的永久磁石体で形成されており、これらは、バックプレート７の出発材料の粉末冶金製造プロセスにおいてバックプレート７の材料へ導入されて、バックプレート７の材料と固定結合される。これに加えて図７に示す例では、別の強磁性領域６がコーティングソース１に設けられている。強磁性領域６は、粉末冶金製造プロセスにおいてターゲット２及びバックプレート７の各粉末状出発材料に導入される強磁性粉末によって形成される。

次に、第２の実施形態に係るコーティングソースを製造する方法について、図１１を参照しながら簡略に説明する。

ステップＳ１１で、ターゲット２の粉末状出発材料とバックプレート７の粉末状出発材料とを型に順次装填する。たとえば、最初にバックプレート７の出発材料を装填してから、次にターゲット２の出発材料を装填することができ、また、この逆順で行うこともできる。ステップＳ１２で、ターゲット２及びバックプレート７のいずれか又は両方の粉末状出発材料の少なくとも１つの領域への強磁性粉末及び少なくとも１つの強磁性体のいずれか又は両方の投入により、少なくとも１つの強磁性領域５ａ，５ｂ及び強磁性領域６のいずれか１つ以上を形成する。これに続くステップＳ１３で、粉末状出発材料を、導入した強磁性領域と一緒に圧縮し、成形する。この場合も、ステップＳ１１とステップＳ１２は、逆の順序で実施することができる。

第３の実施形態
次に、第３の実施形態について図８〜図１０を参照しながら説明する。同じく第１及び第２の実施形態との相違点だけを説明し、対応する部分には同一の符号を使用する。

第３の実施形態において、コーティングソース１は、活性表面３を含むターゲット２と、ターゲット２のためのマウント８と、を構成要素として有する。マウント８は、ターゲット２を取り外し可能に収容し、コーティング設備の冷却支持部へ取り付けるために構成されている。マウント８は、冷却支持部へのターゲット２の良好な熱的結合を保証するように構成されている。冷却支持部との結合は、たとえばこの場合も、一例として図示する穴４によって実現することができる。図９に示す例では、マウント８は、ターゲット２を嵌合により保持するように構成された、第１のマウント要素８ａと第２のマウント要素８ｂとを有している。第１のマウント要素８ａ及び第２のマウント要素８ｂは、ターゲット２を嵌合で収容するために、たとえば、ねじ山８ｃを介して取り外し可能に相互に結合することができる。

第３の実施形態において、マウント８及びターゲット２のいずれか又は両方に少なくとも１つの強磁性領域が設けられる。ターゲット２に１つ以上の強磁性領域を構成し、又は、マウント８に１つ以上の強磁性領域を構成し、又は、ターゲット２及びマウント８のそれぞれに１つ以上の強磁性領域を構成することができる。個々の強磁性領域は、この場合も、たとえば導入されたマクロ的物体によって、又は導入された強磁性粉末によって構成される。強磁性領域は、ターゲット２の粉末状出発材料及びマウント８の粉末状出発材料のいずれか又は両方と一緒に圧縮され、成形されて、ターゲット２及びマウント８のいずれか又は両方の材料と恒久的に結合される。１つ以上の強磁性領域は、この場合も、永久磁石で構成され得る。これらの考えられる数多くの異なる具体例のうち、２つを例として以下に説明する。

図９に示す例において、マウント８には、埋設されたマクロ的永久磁石体により形成される２つの強磁性領域５ａ，５ｂに加え、マウント８の粉末冶金製造プロセスにおいて粉末の形態で導入される強磁性粉末により形成される強磁性領域６も設けられている。この例では、ターゲット２には強磁性領域が設けられていない。図１０に示す別の例では、マウント８に、埋設されたマクロ的永久磁石体により形成される２つの強磁性領域５ａ，５ｂが設けられ、ターゲット２に、ターゲット２の粉末冶金製造プロセスにおいて粉末の形態で導入される強磁性粉末により形成される別の強磁性領域６が設けられている。

このコーティングソース１の製造方法における一つのステップで、マウント８及びターゲット２のいずれか又は両方の粉末状出発材料を型に装填する。次のステップで、強磁性粉末及び少なくとも１つの強磁性体のいずれか又は両方を粉末状出発材料の少なくとも１つの領域に導入し、少なくとも１つの強磁性領域５ａ，５ｂ及び強磁性領域６のいずれか１つ以上を形成する。これに続くステップで、粉末状出発材料を、導入した強磁性領域と一緒に圧縮し、成形する。

以上、コーティングソースのターゲット表面で非常に高い磁界密度を提供することがそれぞれ可能となる実施形態について説明してきた。陰極アークデポジションの場合、コーティングプロセス中のアーク点火特性と安定性が大幅に改善される。金属ターゲットの場合、飛沫や液滴の放出の削減が実現される。金属セラミック材料又はセラミック材料のターゲットの場合、電気アークの運動に関して実現される高い速度、及び運動の制御とこれによってコーティング材料の侵食剥離を所望の軌道で案内するという能力により、スポットでの局所的なエネルギー注入が低減され、且つターゲット材料の低い導電性と低い熱衝撃耐性に起因する欠点が補償される。導入される強磁性又は磁性成分は、コーティング材料の侵食処理又は侵食プロフィルを制御することができるように配置することができる。さらに上述した構成により、陰極アークデポジションによる強磁性コーティング材料の直接成長も可能となる。

１つ又は複数の磁性領域は、たとえばコーティング設備において提供される外部磁界との連携で、ターゲットの表面近傍の領域において所望の磁界が高い精度で設定されるように、最適化することができる。設備側の磁界の選択的な減衰及び増幅のいずれか又は両方を局所的な解像度で提供することができる。磁性領域は、たとえば特定の領域がコーティングプロセスに対して遮蔽され、それにより、その領域で顕著な侵食が起きないようにも、構成することができる。さらに上述した実施形態により、ターゲットの特定の領域が汚染されないように防護することができ、これは、たとえば発生する磁界の的確なフォーメーションにより、たとえばセラミックの窒化物層や酸化物層による無用なターゲットのコーティングを回避することによる。陰極アークデポジションプロセス用のコーティングソースの場合、ターゲットの活性表面におけるアークの運動経路を設定することができる。このことは、たとえば所望の化学組成をもつ層を成長させるために、異なる領域に異なる材料組成を含むセグメント化されたターゲットの使用を可能にする。

ターゲット及び固定結合されたバックプレート、又は、ターゲット及びマウントを有するコーティングソースの構成は、特に、たとえばセラミックのように切削加工できない材料又は切削加工が非常に難しい材料でターゲットができており、そのために、ねじ穴やクランプ段部をターゲット材料に後から刻設するのが不可能である場合であっても、適用することができる。

１ コーティングソース
２ ターゲット
３ 活性表面
４ 穴
５ａ，５ｂ 強磁性領域
６ 強磁性領域
７ バックプレート
８ マウント

Claims (7)

1. 粉末冶金製造プロセスにおいて少なくとも１つの粉末状出発材料から作成された少なくとも１つの構成要素（２，７，８）と、
   前記構成要素内に設けられた少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）と、
   を含み、
   前記少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）が、前記粉末冶金製造プロセスにおいて前記構成要素（２，７，８）に導入されて前記構成要素と結合している、
   物理気相成長法用の陰極アークデポジションコーティングソース。
2. 前記少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）は、前記粉末冶金製造プロセスにおいて粉末の形態で導入された強磁性材料からなる少なくとも１つの領域（６）を含む、請求項１に記載の陰極アークデポジションコーティングソース。
3. 前記少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）は、少なくとも１つの永久磁石の領域を含む、請求項１又は請求項２に記載の陰極アークデポジションコーティングソース。
4. 前記少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）は、前記粉末冶金製造プロセスにおいて導入された少なくとも１つの強磁性体（５ａ，５ｂ）を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の陰極アークデポジションコーティングソース。
5. 当該陰極アークデポジションコーティングソース（１）に含まれたターゲット（２）に、前記少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）が配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の陰極アークデポジションコーティングソース。
6. ターゲット（２）と、
   コーティング設備の冷却支持部との熱的結合のために前記ターゲットに結合されたバックプレート（７）と、
   が当該陰極アークデポジションコーティングソース（１）に含まれ、
   前記少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）は、前記ターゲット（２）及び前記バックプレート（７）のいずれか又は両方に配置されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の陰極アークデポジションコーティングソース。
7. ターゲット（２）と、
   コーティング設備の冷却支持部に前記ターゲットを連結するために前記ターゲットと取り外し可能に結合されたマウント（８）と、
   が当該陰極アークデポジションコーティングソース（１）に含まれ、
   前記少なくとも１つの強磁性領域（５ａ，５ｂ，６）は、前記マウント（８）に配置されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の陰極アークデポジションコーティングソース。

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