JP7344483B2 - 高効率低温コーティングを行うコーティング装置 - Google Patents
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Description
・冷却板11と、カソード要素としてのターゲット1とを備えるカソードアセンブリ。ターゲット1は、好ましくは円盤形状のターゲットであるが、例えば矩形のターゲットであってもよく、ターゲット1は、交差方向に厚みを有し、蒸発されるように配置された前面1Aと、背面1Bとを有し、前面1Aは背面1Bに平行であり、前面1Aと背面1Bはターゲット1の厚みによって互いに分離されており、カソードアセンブリは、横断方向に全高を有し、任意の長手方向において全振幅の範囲を定める境界を有する。
・ターゲット1の前面の少なくとも一部を蒸発させるために電極とターゲット1の前面1Aとの間のアークを確立できるようにするため、既知の方法で配置された電極(図6a及び図6bに図示せず)。
・ターゲット1の背面1Bの前に配置された磁気誘導システム。磁気誘導システムは、1つ又はそれ以上の磁場の生成手段を備え、該手段は、ターゲット1の断面を通ってターゲット1の前面1Aの前の空間に沿って延びる磁力線を含む全磁場を生じさせ、電極とターゲット1の前面1Aとの間にアークが確立された場合にアークがターゲット1に接触した結果生じるカソードスポットを誘導する。
磁気誘導システムにおいて、
・カソードアセンブリの境界は、強磁性材料からなる周囲シールド15を備え、周囲シールド15は横断方向に全高Hを有し、全高Hは、任意の長手方向に延びる磁力線の遮蔽効果を生じさせるためのコンポーネントCを含み、このようにして、任意の長手方向における磁力線の延長の限界としてカソードアセンブリの境界を確立する。
・蒸発されるカソード材料とコーティングされる基板表面との間の距離を短くする、つまり、ターゲットまでの基板の距離を短くする。
・蒸発されるカソードを備えるコーティングチャンバ壁の領域内で、より多くのカソードを互いにより近くに配置する、即ち、アーク源をより高密度でパッキングする(各アーク源が互いに近くに隣り合うように配置される)ことで、蒸発されるカソード材料の表面を増加させる。
・磁場がよりよく集中することを可能にする、即ち、より集中した磁場を得るために使用される磁気手段の適応性と性能を高める。
・蒸発されるカソード材料の表面を小さくする、詳細には、円形のターゲットが使用される場合、ターゲット直径を縮める、即ち、ターゲット直径を小さくする。
・コーティングされる基板をアーク源配置の近くに配置することを可能にする。
・源の間の「クロストーク」を管理する(「クロストーク」という用語は、磁場クロストーク、即ち、2つ又はそれ以上のアーク源の2つ又はそれ以上の磁場間の磁気干渉を意味する。)。
・利用可能な磁気システムや利用可能なアーク蒸発技術に対応可能な新規な特性を有する新規なアーク源を開発する。
・直径の小さいターゲットを使用する(詳細には、適切なアノードを設計すること、及び、磁場を生成するための適切な磁石システムを設計することによる困難性のため)。
本発明の新規なアーク源は、図3bに示すように、遮断された磁場を使用することで、源から源までの狭い距離を示すアーク源配置(カソード配置ともいう)を実施可能にする。
好ましくは、本発明のアーク源は、電磁コイルと軟磁性材料(強磁性材料ともいう)を備える磁石システムを備える。この好ましい実施形態では、純鉄が非常に適切な軟磁性材料である。また、低炭素鋼が軟磁性材料として適切であり、上記種類の強磁性材料も、この好ましい実施形態の軟磁性材料として適切である。
・コイル設定の冷却が必要である。
・軟磁性材料は、飽和磁束密度が高く残留磁気が小さい必要がある。
・本発明ではない例:2つの本発明ではないアーク源。各アーク源は、直径150mmのターゲットを備え、150Aのアーク電流を使用して作動される。2つの本発明ではないアーク源は、400mmのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
・本発明の例:3つの本発明のアーク源。各アーク源は、直径150mmのターゲットを備え、150Aのアーク電流を使用して作動される。3つの本発明のアーク源は、500mmのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
・本発明ではない例:2つの本発明ではないアーク源。各アーク源は、直径150mmのターゲットを備え、200Aのアーク電流を使用して作動される。2つの本発明ではないアーク源は、400mmのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
・本発明の例:3つの本発明のアーク源。各アーク源は、直径150mmのターゲットを備え、200Aのアーク電流を使用して作動される。3つの本発明のアーク源は、500mmのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
上記のように新規で革新的なアーク源を構成するための1つ又はそれ以上の属性を選択することにより、それぞれ次の目的のうち1つ又はそれ以上を達成できる。
・高い効率と生産性
・磁場変化に対する高い適応性
・反応性気体が気体イオン化又は低イオン化されているか否かに関わらず、例えば、高イオン化窒素ガス又は低イオン化窒素ガスが必要な場合に、反応性雰囲気内で効率的に作動すること
・任意の種類のコーティング(例えば、窒化物、酸化物、炭化物又はこれらのうちの組み合わせ)の堆積に対する適応性
・アーク源作動中の全体的な効率の向上、特に以下による運用コストの削減:
・エネルギー効率の向上
・カソード材料から蒸発したコーティング材料の最大利用に関する効率の向上
・コーティング膜堆積速度の上昇
Claims (9)
- 冷却板(11)と、カソード要素としてのターゲット(1)とを備えるカソードアセンブリと、
電極と、
磁気誘導システムと、
を備えるアーク蒸発器であって、
前記ターゲット(1)は、交差方向に厚みを有し、蒸発されるように配置された前面(1A)と、背面(1B)とを有し、
前記前面(1A)は前記背面(1B)に平行であり、
前記前面(1A)と前記背面(1B)は前記ターゲット(1)の前記厚みによって互いに分離されており、
前記カソードアセンブリは、横断方向に全高を有し、任意の長手方向において全振幅の範囲を定める境界を有し、
前記電極は、前記ターゲット(1)の前記前面の少なくとも一部を蒸発させるために前記電極と前記ターゲット(1)の前記前面(1A)との間のアークを確立できるように配置され、
前記磁気誘導システムは前記ターゲット(1)の前記背面(1B)の前に配置され、
前記磁気誘導システムは、1つ又はそれ以上の磁場の生成手段を備え、
前記生成手段は、前記ターゲット(1)の断面を通って前記ターゲット(1)の前記前面(1A)の前の空間に沿って延びる磁力線を含む全磁場を生じさせ、前記電極と前記ターゲット(1)の前記前面(1A)との間に前記アークが確立された場合に前記アークが前記ターゲット(1)に接触した結果生じるカソードスポットを誘導し、
前記カソードアセンブリの前記境界は、強磁性材料からなる周囲シールド(15)を備え、
前記周囲シールド(15)は横断方向に全高(H)を有し、
前記全高(H)は、任意の長手方向に延びる磁力線の遮蔽効果を生じさせるコンポーネント(C)を含んで、任意の長手方向における前記磁力線の延長の限界として前記カソードアセンブリの前記境界を確立し、
前記カソードアセンブリは、ターゲット直径(D1)の円盤形状ターゲットを備える対称構造を有し、
前記カソードアセンブリは全直径(D)を有し、
前記ターゲット直径(D1)は100mm≦D1≦150mmの範囲にあり、
前記カソードアセンブリの全直径は150mm≦D≦200mmの範囲にあり、
前記コンポーネント(C)は、D/20≦C≦D/5の範囲の値を有することを特徴とするアーク蒸発器。 - 前記強磁性材料は、純鉄、ARMCO純鉄、構造用鋼又はマルテンサイトクロム鋼であることを特徴とする、請求項1に記載のアーク蒸発器。
- 前記強磁性材料は構造用鋼S355J2であることを特徴とする、請求項2に記載のアーク蒸発器。
- アーク源の前記磁気誘導システムは、中央領域に配置された、少なくとも1つの磁場の生成手段と、周辺領域に配置された、少なくとも1つのさらなる磁場の生成手段とを備え、
生成された前記磁場は、前記アークを誘導して前記ターゲットの前記前面(1A)での前記カソードスポットの経路を制御するため、全磁場を生じさせることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載のアーク蒸発器。 - 前記中央領域に配置された生成手段は、磁場を生成する1つの電磁コイル(C3)を備え、
前記周辺領域に配置された生成手段は、2つのさらなる磁場を生成する2つの電磁コイル(C1、C2)を備えることを特徴とする、請求項4に記載のアーク蒸発器。 - 前記生成手段は、永久磁石と、磁場特性の変化を生じさせる制御コイルとして使用される1つのみの電磁コイルを備えることを特徴とする、請求項4に記載のアーク蒸発器。
- 前記磁気誘導システムは、前記生成手段を囲むように配置された強磁性材料(20)を備え、
前記強磁性材料(20)は前記生成手段を囲んで分布し、
前記強磁性材料(20)は前記磁気誘導システムと前記カソードアセンブリとの間に配置されないことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載のアーク蒸発器。 - 前記磁気誘導システムは、前記生成手段を囲むように配置された強磁性材料(20)を備え、
前記強磁性材料(20)は前記生成手段を部分的に囲むように分布し、
前記強磁性材料(20)は前記磁気誘導システムと前記カソードアセンブリとの間に配置されず、
前記中央領域に配置された前記電磁コイル(C3)の、長さ(S)の上部と、前記周辺領域に配置されているが前記中央領域に配置された前記電磁コイルに最も近い前記電磁コイル(C2)の、長さ(S’)の上部とは、前記強磁性材料(20)で囲まれていないことで、前記長さ(S)の上部と前記長さ(S’)の上部との間に空気を含む空間(Spc)が生じており、生成された磁場の総和から生じる全磁場が、空気を含む空間(Spc)を有しない同様のアーク蒸発器と比較して、前記ターゲット(1)の前記前面(1A)に平行なより多くの磁場線を示すことが可能になることを特徴とする、請求項5に記載のアーク蒸発器。 - 前記長さ(S)の上部は3mm≦S≦15mmの範囲にあることを特徴とする、請求項8に記載のアーク蒸発器。
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