(57)【要約】      （修正有）【課題】スパッタリング法および陰極真空アーク蒸着法に用いられ、使用されるプロセス及び／又は個別のプロセスに必要なプロセスパラメータに対して柔軟性があり、耐用期間がより長い蒸着源を提供する。【解決手段】外側の円筒壁に蒸着されるターゲット物質と、少なくとも磁界システムの一部を形成するとともに磁界を生成するために円筒形の蒸着源１の内部に配置される第１の磁界源４０１及び第２の磁界源４０２とを備え、予め定義できる計画にしたがって磁界の形状及び／又は強度を予め定義できる空間的な領域内に配置できるように、第１の磁界源４０１及び第２の磁界源４０２は磁界の形状及び／又は強度を設定するように構成された運搬システム５００に搭載され、第１の磁界源４０１は第１の運搬アームに５０１配置され、かつ第１の旋回軸に対して予め定義できる第１の旋回角（α１）で旋回可能になっている。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の蒸着源であって、
外側の円筒壁（２）に、蒸着されるターゲット物質（３）と、少なくとも磁界システム（４００）の一部を形成するとともに磁界を生成するために円筒形の蒸着源の内部に配置された第１の磁界源（４０１）及び第２の磁界源（４０２）とを備え、
磁界の形状及び／又は強度を、予め定義できる計画に従って予め定義できる空間的な領域内に設定できるように、前記第１の磁界源（４０１）及び前記第２の磁界源（４０２）は、運搬システム（５００）に搭載され、
前記運搬システム（５００）は、磁界の形状及び／又は強度を設定するように構成され、前記第１の磁界源（４１０）は第１の運搬アーム（５０１）に配置され、かつ第１の旋回軸（５０１１）に対して予め定義できる第１の旋回角（α１）で旋回できることを特徴とする円筒形の蒸着源。
【請求項２】
前記第２の磁界源（４０２）は、第２の運搬アーム（５０２）に配置され、かつ第２の旋回軸（５０２１）に対して予め定義できる第２の旋回角（α２）で旋回できる、請求項１に記載の蒸着源。
【請求項３】
前記磁界システム（４００）は、さらに第１の磁性要素（４０３）を含む、請求項１又は請求項２に記載の蒸着源。
【請求項４】
前記磁界システム（４００）は、さらに第２の磁性要素（４０１）を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項５】
前記第１の磁界源（４０１）及び／又は前記第２の磁界源（４０２）及び／又は前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）及び／又は前記運搬システム（５００）は、予め定義できる空間的な方向に直線的に移動することができる、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項６】
前記第１の磁界源（４０１）及び／又は前記第２の磁界源（４０２）及び／又は前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）及び／又は前記運搬システム（５００）は、前記運搬システム（５００）の長軸（Ｌ）に垂直な方向（ＲＳ）に直線的に移動できるように配置され、とりわけ、前記長軸（Ｌ）に垂直に、かつ、合計の旋回角（α１２）の二等分線に平行に、直線的に移動するように配置される、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項７】
前記第１の磁界源（４０１）及び／又は前記第２の磁界源（４０２）及び／又は前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）及び／又は前記運搬システム（５００）は、前記運搬システム（５００）の長軸（Ｌ）に平行な方向（ＲＰ）に直線的に移動するように配置される、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項８】
前記第１の磁界源（４０１）及び／又は前記第２の磁界源（４０２）及び／又は前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）及び／又は前記運搬システム（５００）は、回転軸（Ｄ）の周りに予め定義できる回転角（β）で回転可能に配置され、前記回転軸（Ｄ）は、好ましくは、前記運搬システム（５００）の長軸（Ｌ）に平行である、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項９】
前記第１の磁界源（４０１）及び／又は前記第２の磁界源（４０２）及び／又は前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）及び／又は前記運搬システム（５００）は、傾斜軸（Ｋ）の周りに傾斜可能に配置される、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項１０】
前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）は、前記合計の旋回角（α１２）の前記二等分線（ＷＨ）に関して、前記運搬システム（５００）の長軸（Ｌ）から予め定義できる間隔をおいて配置され、好ましくはヨーク（４１０）に、とりわけフェライト材料からなるヨーク（４１０）に配置される、請求項３乃至請求項９のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項１１】
前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）は、追加の磁石であるか、又はヨーク（４１０）である、請求項３乃至請求項１０のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項１２】
前記第１の磁界源（４０１）及び／又は前記第２の磁界源（４０２）及び／又は前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）は、永久磁石であるか、かつ／又はフェライトであるか、かつ／又は電磁石である、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項１３】
前記第１の磁界源（４０１）及び／又は前記第２の磁界源（４０２）及び／又は前記第１の磁性要素（４０３）及び／又は前記第２の磁性要素（４０４）の磁界の強さが制御できるか、又は調整できる、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項１４】
前記磁界システム（４００）が、平衡マグネトロン又は非平衡マグネトロンを形成する、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の蒸着源。
【請求項１５】
前記蒸着陰極が、原子化陰極、及びアーク蒸着源、とりわけアーク陰極の両方として使用できるように、前記蒸着源が蒸着陰極、又は蒸着陽極として構成される、請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の蒸着源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、とりわけスパッタリング法又は真空蒸着法、好ましくは独立請求項１の前文による陰極真空蒸着法に用いられる、円筒形の蒸着源に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの多様な基板への層の塗布又は層組織の塗布の従来技術から、非常に多くの様々な化学的、機械的、及び物理的技術が公知となっている。それぞれの技術は有用であり、需要及び使用分野に応じて対応する利益及び不利益がある。
【０００３】
比較的薄い層又は薄膜を塗布する処理がとりわけ一般的であり、処理ではターゲットの表面がイオン化した粒子によってアーク又は原子の中で蒸気の形態に変質される。このようにして、基板の上にコーティング（塗装）膜を蒸着することができる。
【０００４】
従来の陰極原子化の実施例では、ターゲットは、スパッタリング法において、負の非パルスＤＣ電源、例えばユニポーラ若しくはバイポーラ電源に接続されるか、又は、ＨＩＰＩＭＳモードで操作され、又は高周波電源に接続される。通例、磁気システムによって放電が増幅される。次に、マグネトロンを用いた粒子化について説明する。基板は、塗布される材料であり、例えばターゲットに対向して配置される。基板は、接地されてもよいし、電気的に浮かせてもよいし、バイアスされてもよいし、加熱してもよいし、冷却してもよいし、それらの組み合わせを受けさせてもよい。プロセスガスが、とりわけプロセス電極及び基板を有するプロセスチャンバーに導入され、ガス雰囲気を作ってグロー放電が誘発され、維持されることができる。ガスの圧力は、塗布に依存して数十パスカルから数パスカルの範囲にある。アルゴンが最もよく使用される原子化ガスである。
【０００５】
グロー放電が誘発されると、陽イオンがターゲットの表面に衝突し、衝突力が伝達されることによって大部分は中性のターゲット原子を解放する。それらが基板上に凝結して薄膜を形成する。また、ターゲットによって生成された他の粒子及び放射が存在し、すべてが薄膜を形成する性質（光子だけでなく二次電子及びイオン）を持っている。電子及び陰イオンは、基板プラットフォームに向かって加速され、衝突して薄膜を成長させる。いくつかの場合には、成長する薄膜に陽イオンを衝突させるために、基板ホルダにバイアス電位が与えられる。この処理は、バイアスアトマイジング（原子化）又はイオンめっきとしても知られている。
【０００６】
ある場合では、アルゴンだけではなく、他の気体又は気体の混合体が用いられる。これは、典型的にいくつかの種類の反応原子化処理を含み、反応原子化処理では、少なくとも一部は反応性の反応ガスの中で、金属ターゲット（例えば、ホウ素、チタン）を原子化することによって組成を合成し、金属の組成及び反応ガスの類型（例えば酸化チタン）を形成する。原子化収率は、入射イオン当たりのターゲット表面から放出される原子の数として定義される。それは、原子化処理を特徴づける必要不可欠なパラメータである。
【０００７】
典型的にはターゲット表面の入射エネルギーのおよそ１％が原子化された粒子の排出をもたらし、入射エネルギーの７５％がターゲットの加熱をもたらし、残りが二次電子に浪費され、例えば、基板に衝突して加熱する可能性がある。マグネトロン原子化として知られる改良された処理では、基板表面から電子を離すように誘導する磁界を用いることによって、加熱作用が減少する。
【０００８】
所定のターゲット物質では、塗布量及び均一性は、とりわけ、システムの配置、ターゲット電圧、原子化ガス、ガス圧力、及び、電極に印加される電力、とりわけ、処理に用いられる磁界の強度及び配置によって影響を受ける。
【０００９】
用いられている物理コーティング処理の１つに、多くの実施例で公知となっているアーク蒸着法がある。
【００１０】
アーク蒸着法では、ターゲット物質が真空アークの効果によって蒸着される。ターゲットの原材料は、アーク回路の陰極である。公知のアーク蒸着システムの基本構成には、真空室と、陰極とアーク電流の接続と、陰極表面上でアークを発火するための部品と、陽極と、基板のバイアス電圧のための基板と電源との接続と、が含まれる。アークは、１５−５０Ｖの範囲の電圧によって維持され、例えば、使用されるターゲット陰極の物質に依存している。典型的なアーク電流は３０−４００Ａの範囲である。アークの発火は、当業者に公知の慣例的な発火処理によって起こる。
【００１１】
ターゲットを形成する陰極からのターゲット物質の蒸着は、陰極アークスポットの結果として作り出される。陰極アークスポットは、もっとも単純な場合には、陰極表面上で調整なしで典型的には１０ｍ／ｓの速度で移動される。しかしながら、この点において、アークスポットの移動は、適切な閉じ込め制限及び／又は磁界を活用して、制御することもできる。ターゲット陰極物質は、例えば、金属、又は合金であってもよい。
【００１２】
アークコーティング処理は、他の物理蒸着処理と大きく異なっている。公知のアーク処理の核となるのは、物質プラズマを生成するアークスポットである。高い確率、例えば陰極表面によって蒸着された物質の３０−１００％が原則としてイオン化され、イオンは異なる荷電状態でプラズマ中に存在することができる。例えば、Ｔｉ＋、Ｔｉ２＋、Ｔｉ３＋などである。イオンの運動エネルギーは、この点、１０−１００ｅＶの範囲にある。
【００１３】
これらの特徴は、非常に高品質のコーティングをもたらし、他の物理蒸着処理によって塗布されるコーティングと比べて、明確な利点を有する。
【００１４】
まさに上で説明したスパッタリング法と同様に、使用される磁界の強度及び配置も、アーク蒸着法において中心的な役割を果たす。それらによって、とりわけ層の特徴、特にそれらの品質も相当の程度決定される。しかしながら、磁界も、アーク法であってもスパッタリング法であっても、蒸着法の費用に必ず大きく影響する。例えば、コーティング回数が最適化されるとき、ターゲット若しくはターゲット物質の利用が最適化されるときにおいて影響し、又は、使用される磁界が、当業者によく知られているコーティング処理若しくは形成処理のパラメータに良い影響を与えるときにおいて影響する。
【００１５】
アーク蒸着を使用して塗布された層は、通常、広範囲のコーティング条件にわたって良好な品質を示す。例えば、非常に高い粘着力及び高い密度を持っている、化学量論的な合成薄膜を作り出すことができ、広範囲の反応ガス圧力にわたって素晴らしいコーティングの均一性を有する金属、合金、及び化合物のための高いコーティング量をもたらす。さらなる利点は、とりわけ比較的に低い基板温度及び比較的単純な化合物薄膜を製造できることである。
【００１６】
陰極アークは、陰極表面から放出された物質の蒸気中にプラズマ放電を作り出す。アークスポットは、通常は数ミリメートルの大きさであり、１０Ａ／ｍｍ３の電流密度を持っている。この高い電流密度によって、出発物質から迅速な蒸着が引き起こされる。生成された蒸気は、電子、イオン、中性蒸気原子、及び、微液滴によって構成されている。電子は、陽イオン群に向かって加速される。陰極点が複数の点に分けられている場合には、陰極光点の放出は、広い範囲にわたって比較的に一定している。１点当りの平均電流は、陰極物質の性質に依存する。
【００１７】
この点において、蒸着源の配置もまた本質的な役割を果たすことが多い。したがって、矩形の蒸着源と円筒形の蒸着源の両方が用いられることが知られている。蒸着源の選択は、この点において、具体的なコーティングの複数のパラメータや境界条件に依存しうる。
【００１８】
国際公開第９０／０２２１６号公報によるコーティングプラント及び方法の不利な点は、とりわけ、特にコーティングの品質が変わらないことが保証されないということである。仮にプロセスのパラメータが複雑かつ／又は高価なやり方で検知されない場合には、このように塗布された層の品質は、陰極の消費が増えるのに従って変化する。周知のように、これは、とりわけ、矩形の陰極は不規則に消費されることで、プロセスのパラメータが不変という条件下で陰極の侵食が増加するにつれてコーティング蒸気の品質が次第に悪くなる、という事実による。これにより、除去率の低下という結果を招き、さらに層への悪影響がもたらされる。これらの悪影響を制限値内に抑えるために、陰極は早めの時期に交換する必要があり、これに伴って陰極は高価かつ複雑になる。
【００１９】
陰極の不規則な侵食に加えてさらなる不利益は、仮にできたとしても、陰極上のアークを制御することがきわめて困難かつ複雑であるということである。
【００２０】
したがって、円筒形の陰極を使用することがより有利であることが多い。周知のように、円筒形の陰極はその円筒軸の周りに回転可能であり、このためターゲット物質がより良く消費される。これらの問題は、以前に欧州特許出願公開第２１５９８２１号明細書において、すでに詳細に議論されている。欧州特許出願公開第２１５９８２１号明細書による蒸着源を使用することによって、塗布された層の品質は陰極の消費が増大しても変化せず、かつ、高価かつ複雑な手法により方法のパラメータを検知する必要はない。これは、とりわけ、円筒形の陰極は均一に消費されるという事実が原因であり、方法のパラメータが不変という条件下でコーティング蒸気の品質は陰極の侵食が増加しても同じになる。欧州特許出願公開第２１５８９２１号明細書による蒸着源によれば、これらの悪影響はもはやほとんど起こらないため、もはや陰極を早めの時期に交換する必要がなく、したがって、これに伴って大幅なコスト削減になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】国際公開第９０／０２２１６号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第２１５９８２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
未だ充分に解決されていない円筒形の陰極の１つの問題は、使用されるプロセス及び／又は個別のプロセスに必要なプロセスパラメータに対して柔軟性がないことが多い、ということである。このように、例えばスパッタリング法での原子化陰極、又は、他の場合では陰極アーク蒸着法でのアーク蒸着源として、全く同一の蒸着源を使用する必要がある。たとえ個別の蒸着源が通常は原子化陰極のみに、又は、通常は陰極アーク蒸着源としてのみに使用されるとしても、しかしながら、全く同一の陰極を理想的に個別のコーティング法の要求に合わせる必要があることが多い。このように、例えば異なるコーティング物質の使用において、プロセスチャンバー圧力、プロセスガス、電圧、及び／又は使用される電流その他といったプロセスパラメータも異なるものにでき、そして、使用される蒸着源をできる限り理想的に配置することができる。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、とりわけ原子化法、具体的にはスパッタリング法又は真空アーク蒸着法、特に陰極真空アーク蒸着法に用いられる、改良された蒸着源を提供することである。改良された蒸着源は、従来技術と比べて、使用されるコーティング法に関しても、かつ、コーティング法で使用される電流、電圧、使用されるコーティング物質、使用されるプロセスガス、及び他のプロセスパラメータなどの様々なプロセスパラメータに関しても、相当に高い柔軟性を有している。本発明のさらなる目的は、個別のプロセスに要求されるより多くの柔軟な適応可能性に基づいて、より高い品質のコーティングを提供し、かつ、さらに高い柔軟性に加えて、実際により効率よくターゲット物質を使用する蒸着源を提供することである。さらに、蒸着源の耐用期間をより長くし、それによって、最終的にコーティング処理のコストも削減できる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
これらの目的を満たす発明の主題は、独立請求項１の特徴によって特徴づけられる。
【００２５】
従属請求項は、特に本発明の有利な実施例に関するものである。
【００２６】
このように、本発明は円筒形の蒸着源に関するものである。蒸着源は、外側の円筒壁に、蒸着されるターゲット物質と、少なくとも磁界システムの一部を形成するとともに磁界を生成するために円筒形の蒸着源の内部に配置される第１の磁界源及び第２の磁界源と、を備えている。この点において、第１の磁界源及び第２の磁界源は、運搬システムにおいて提供することができ、そのため、予め定義できる計画にしたがって、磁界の形状及び／又は強度を予め定義できる空間的な領域内に設定することができる。本発明によれば、運搬システムは、磁界の形状及び／又は強度を設定するために構成され、そのため、第１の磁界源は第１の運搬アームに配置され、かつ第１の旋回軸に対して予め定義できる第１の旋回角で旋回可能になっている。
【００２７】
少なくとも第１の磁界源は第１の運搬アームに配置され、かつ第１の旋回軸に対して予め定義できる第１の旋回角で旋回可能になっており、そのため、磁界システムによって全体に生成される磁界は、磁界強度に関して、かつ／又は、磁界システムによって生成される空間的な磁界配置に関して、極めて柔軟に設定することができる。このため、蒸着源が使用されるコーティング法に関して、かつ、使用されるプロセスパラメータに関して、以前は知られていない柔軟性を有する蒸着源を初めて提供することができる。
【００２８】
変化する処理条件への適応性の欠如に関して、従来技術から周知である円筒形の蒸着源の問題は、このように本発明による蒸着源によって始めて満足いくように解決される。本発明による全く同一の蒸着源は、原子化法であってもアーク蒸着法であっても、非常に異なるコーティング法において、以前は可能でなかった柔軟性で使用される。そして、蒸着源は、個別のプロセスに要求されるプロセスパラメータに対して極めて柔軟に配置することができ、非常に変化に富むプロセスパラメータの変化の幅を、従来技術から周知の蒸着源を用いても以前に可能ではなかった程度にまで、適合させることができる。
【００２９】
本発明のさらなる本質的な利点は、本発明による蒸着源によれば第２の磁界システムをなくすことができることである。その理由は、本発明による蒸着源の磁界システムの配置において利用できる空間的な自由度がきわめて多いことで、従来技術で必要であった第２の磁界システムの位置に、簡単に磁界システムを移動することができるからである。具体例では、本発明による単一の磁界システムの補助により、２つの異なる磁界システムから磁界を構成することもできる。その理由は、単純に、本発明による磁界システムの個々の構成要素が、きわめて柔軟に配置できるからである。
【００３０】
このようにして、例えばスパッタリング法における原子化陰極として、又は別の場合には陰極又は陽極アーク蒸着法におけるアーク蒸着源として、全く同一の蒸着源を使用することへの常に増大する需要が、本発明によって初めて充分な程度に満たされる。
【００３１】
本発明による個別の蒸着源が通常は原子化陰極のみに、又は、通常は陽極若しくは陰極アーク蒸着源としてのみに使用されるとしても、本発明による全く同一の蒸着源を個別のコーティング処理の要求に理想的に合わせることができる。したがって、例えば異なるコーティング物質を使用する場合において、プロセスチャンバー圧力、プロセスガス、使用される電圧及び／又は電流などのプロセスパラメータも変化させることができ、そして、使用される蒸着源は簡単に、かつ磁界の簡単な調整によって問題なく配置される。
【００３２】
本発明による蒸着源は、全く同一のコーティング処理の間に変化に富む要求に対して極めて柔軟に、配置することさえもできる。例として、コーティング処理の間に、例えば、磁界システムによって生成される磁界が変化する可能性に多様性があることにより、新しいプロセスパラメータに対して完全に自由に応答する。このように、変化する特性、例えば、変化する化学成分、硬度、接着強度、トライボロジー的性質などを持った複合層システムが、全く同一のコーティング法において生成できる。その理由は、本発明による蒸着源は、磁界の強度又は空間的な磁界の配置の適応によって、プロセスのいかなる技術的に限界の条件が要求されても、実用的に適応することができるからである。
【００３３】
特に実用的に重要な本発明による蒸着源の実施例において、第２の磁界源が第２の運搬アームに配置され、かつ同様に第２の旋回軸に対して予め定義できる第２の旋回角で旋回可能になっている。
【００３４】
この点において、磁界システムは、特に好ましいことに、さらに第１の磁性要素を含み、かつ／又は、さらに第２の磁性要素を含むことができ、第１の磁界源及び／又は第２の磁界源及び／又は第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素及び／又は運搬システムは、予め定義できる空間的な方向に直線的に移動するように構成することができる。
【００３５】
この点、第１の磁界源及び／又は第２の磁界源及び／又は第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素及び／又は運搬システムを、運搬システムの長軸に対して直角な方向に、直線的に移動するように配置すること、及び、とりわけそれを長軸に対して直角な方向に直線的に移動するようにするのと同時に、第１の磁界源と第２の磁界源の間の合計の角度である合計の旋回角の二等分線に平行に配置することが特にかなり好ましい。
【００３６】
追加的に、又は代替的に、本発明による蒸着源に付随して、第１の磁界源及び／又は第２の磁界源及び／又は第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素及び／又は運搬システムを、運搬システムの長軸に平行な方向に、直線的に移動するように配置することができる。
【００３７】
実用的には、本発明による蒸着源に付随して、第１の磁界源及び／又は第２の磁界源及び／又は第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素及び／又は運搬システムを、代替的に又は追加的に、任意に回転軸の周りに予め定義できる回転角で回転できるように配置することができ、回転軸は好ましくは運搬システムの長軸に平行である。
【００３８】
本発明による別の具体的な実施例において、第１の磁界源及び／又は第２の磁界源及び／又は第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素及び／又は運搬システムを、さらに代替的に又は追加的に、傾斜軸の周りに傾斜させることができる。
【００３９】
したがって、本発明による蒸着源は、すべての考えられる空間的な自由度に関して柔軟性を有することもできる。すなわち、磁界システムに存在するすべての構成要素の方向に向かう、又は互いに相対的な移動、傾斜、回転及び旋回に関して柔軟性を有することもできる。これによって初めて、磁界システムによって生成される磁界の強度及び空間的な配置を、考えられるプロセスパラメータのどのような組み合わせにも実用的に適応させることができる。
【００４０】
第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素は、この点、実際には磁界システムの中でのそれらの実現及び／又はそれらの配置に関して、かなり異なって構成される。
【００４１】
このように、第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素は、例えば、合計の旋回角の二等分線に対して、運搬システムの長軸から予め定義できる間隔をおいて、好ましくは、しかし必ずしもその必要はないが、ヨークにおいて、具体的にはフェライト系材料のヨークにおいて、配置されることができる。かつ／又は、第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素は、追加の磁石であってもよく、又はヨーク自体であってもよい。
【００４２】
この点、第１の磁界源及び／又は第２の磁界源及び／又は第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素は、例えばネオジム系又はサマリウム系の永久磁石、及び／又はフェライト、及び／又は電磁石である。第１の磁界源及び／又は第２の磁界源及び／又は第１の磁性要素及び／又は第２の磁性要素の磁界の強度は、制御又は調節することができる。
【００４３】
この点、本発明による磁界システムが、需要に応じて、適切に構成されかつ配置されうる磁界源又は磁性要素をさらに追加して含むことで、磁界の強さの調整又は磁界の空間的な設計の柔軟性がよりいっそう改善される、ということを当業者は容易に理解できる。
【００４４】
この点、磁界システムは、原理上は要求されるどのような磁界強度又は要求される空間的な配置の磁界を形成するためにも適切であるようにでき、例えば平衡又は非平衡マグネトロンを形成することができる。
【００４５】
この点、スパッタリング法における典型的な磁界強度は、例えば平衡作動モード又は非平衡作動モードにおいて、例えば１０ｍＴと５００ｍＴの間、好ましくは２５ｍＴと１００ｍＴの間である。磁界の絶対強度は、実際には強度に程度の差はあるが当然空間的に変化し、指示した値の相当上下にある磁界強度になる可能性もある。
【００４６】
この点、アーク蒸着法における典型的な磁界強度は、例えば０．１ｍＴと５０ｍＴの間、好ましくは１ｍＴと２０ｍＴの間にある。磁界の絶対強度は、実際には強度に程度の差はあるが当然空間的に変化し、指示した値の相当上下にある磁界強度になる可能性もある。
【００４７】
この点、すでに何度も述べたように、本発明による蒸着源は、蒸着陰極を原子化陰極として及びアーク蒸着源、とりわけアーク陰極としての両方に使用できる蒸着陰極又は蒸着陽極として形成することができる。
【００４８】
実際には、実用的に本発明による蒸着源に必要であり、それ自体が当業者に周知であるさらなる構成要素を備えることができることが理解される。例えば、当業者には従来技術からそれ自体が公知である公知の冷却システムが特に存在してもよい。蒸着源は、その設計によって追加の冷却システムを完全になくすようにできることも多く、これは特に本発明のさらなる利点とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
以下では、概略の図面を参照しながら、本発明がより詳細に説明される。
【００５０】
【図１ａ】透視画法での本発明による蒸着源の第１の簡単な実施例である。
【図１ｂ】互いに相対的に大きく旋回する磁界源が付随する図１ａの蒸着源である。
【図１ｃ】透視画法での本発明による図１の蒸着源の磁界システムである。
【図２ａ】２つの磁性要素が追加された本発明による蒸着源の第２の実施例の平面図である。
【図２ｂ】第２の磁性要素がフェライトヨークの形態に形成されている、図２ａの蒸着源である。
【図３】磁界源が傾斜できる第３の実施例である。
【図４ａ】非常に平衡化したマグネトロンとして配置される、スパッタ源の形態の第４の実施例である。
【図４ｂ】平衡マグネトロンとして配置される図４ａの実施例である。
【図４ｃ】非平衡マグネトロンとして配置される図４ａの実施例である。
【図５ａ】アーク蒸着源の形態の図４ａの実施例である。
【図５ｂ】反対に配置された側にアークを使用するための図５ａの実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１ａは、透視画法で本発明による蒸着源の第１の簡単な実施例の概略を図示したものである。本発明によるアーク蒸着源は、全体が次の図１ｂにおいて参照符号１でデザインされ、この点、図１ａの蒸着源１には、互いに相対的に大きく旋回した磁界源４０１、４０２が付随する。
【００５２】
図１ａ及び図１ｂによる本発明による蒸着源１は、とりわけスパッタリング法又は真空アーク蒸着法、好ましくは陰極真空アーク蒸着法において使用するために設計されている。円筒形の蒸着源１は、図１ａ及び図１ｂには明確化のために図示されない外円筒壁２によって囲まれている。外円筒壁２は、蒸着されるターゲット物質３を含んでおり、ターゲット物質３は例えば図２ａ及び図２ｂを参照して示される類似の実施例に示され、それ自体は従来技術から公知である
【００５３】
本発明による蒸着源１は、それぞれが長軸方向Ｌに伸びる中心の構成要素として第１の棒状の磁界源４０１及び第２の棒状の磁界源４０２とをさらに含んでいる。磁界源４０１、４０２は、全体の磁界システム４００の一部を形成し、説明されているように、磁界を生成するために円筒形の磁界源１の内部において長軸方向Ｌに平行に配置されている。この点、第１の磁界源４０１及び第２の磁界源４０２は、運搬システム５００によって供給され、予め定義できる計画に従って予め定義できる空間的な範囲において、磁界の形状及び／又は強度を設定できるようになっている。本発明によれば、運搬システム５００は、磁界の形状及び／又は強度を設定するように構成され、第１の磁界源４０１は第１の移動可能な運搬アーム５０１に配置され、第１の旋回軸５０１１に関して予め定義できる旋回角α１で旋回する。第２の磁界源４０２は、同様に第２の移動可能な運搬アーム５０２に配置され、第２の旋回軸に関して予め定義できる旋回角α２で旋回する。
【００５４】
さらに、磁界システム４００は、同様に運搬システムにおいて２つの棒状の磁界源４０１、４０２の間に長軸方向に配置される第１の磁性要素４０３を含んでいる。
【００５５】
図１ａ又は図１ｂのこの具体的な実施態様において、第１の磁界源４０１、第２の磁界源４０２、及び第１の磁性要素４０３は、それぞれ棒磁石を形成している。類似の実施例において、第１の磁界源４０１又は第２の磁界源４０２又は第１の磁性要素４０３は、それ自体も原則として従来技術から周知のように、長軸方向に配置された複数のそれぞれ個別の永久磁石によって形成することもできる。この点、第１の磁界源４０１又は第２の磁界源４０２又は第１の磁性要素４０３は、フェライトも含むことができること、又は電磁石によって形成できること、又はそれ自体が周知の他の磁性要素によって実現できることは、自明である。
【００５６】
図２ａ及び図２ｂだけでなく図１ａ又は図１ｂからきわめて明確にわかるように、中央の磁石列のフェライトヨーク４１０は、アーチ形の適応部分を備えており、フェライトヨーク４１０の中に突出する旋回翼５０１、５０２が配置できるようになっている。そのため、旋回軸５０１１、５０２１周りの全体の旋回運動の間に、磁界源４０１、４２及び／又は運搬アーム５０１、５０２とヨーク４１０の間の広い角度範囲α１、α２において、できる限り理想的な磁気回路が保証される。
【００５７】
第１の磁界源４０１及び／又は第２の磁界源４０２及び／又は第１の磁性要素４０３及び／又は第２の磁性要素４０４及び／又は運搬システム５００は、この点、回転軸Ｄの周りに予め定義できる回転角βで回転可能に配置される。回転軸Ｄは、好ましくは、運搬システム５００の長軸Ｌと平行である。回転角βでの回転は、この点、複数の機能を満たすことができる。回転角βでの回転によって、全体の磁界システム４００は、例えば、コーティングされる基板に相対的に配置できる。さらに、第２の蒸着源がもし存在すれば、それにも相対的な位置に、当然設定できる。磁界システム４００は、回転角βによって約１８０度回転することで、当然、いわば反転することができ、例えば、第１の磁性要素４０３に対して、有利に使用することができ、予め定義できる領域を自由に、表面をスパッタすることができる。
【００５８】
第１の磁界源４０１及び第２の磁界源４０２は、図１ｂにおいて、互いに向いてほとんど最大までかなり大きく旋回している、一方で図１ａの実施例では、第１の磁界源４０１及び第２の磁界源４０２は、互いに旋回しておらず、むしろ互いに１８０°の広がった角度を形成している点のみにおいて、図１ｂは図１ａと異なっている。
【００５９】
さらに、運搬システム５００は回転軸Ｄの周りに回転角度βで回転可能であるため、運搬システム５００を回転させ、ひいては磁界システム４００を回転させることによって、ターゲット物質３が、図１ａ又は図１ｂには図示されない円筒壁において円筒壁２の表面の異なる領域から連続して蒸着されるようになっている。
【００６０】
これに関連して、例えば表面の異なる領域が徐々にコーティングされるため、例えばより均等にターゲット物質３を除去し、かつ／又は、蒸着源の耐用期間が増加し、かつ／又は、蒸着源によって基板へ塗布されるコーティングのコーティング品質が改善する。磁界システムは、例えば、回転軸の周りを振り子のような往復運動において交互に旋回され、又は、ターゲット物質３は、有利な処理において他の適切な手法によって、円筒壁２の表面から蒸着される。
【００６１】
図１ｃには、図１ａの蒸着源１の磁界システム４００を再び透視画法の図によって示しており、第１の磁界源４０１、第２の磁界源４０２、及び第１の磁性要素４０３の相互の配置がいっそうよく図示されている。この具体的な実施例では、磁性要素４０３が互いに列に配置された複数の個別の永久磁石４０３１によって形成されていることがはっきりとわかる。
【００６２】
図２ａは、２つの追加の磁性要素４０３、４０４を有する本発明による蒸着源１の第２の実施例の平面図を示す。第２の磁性要素４０４がフェライトヨーク４１０の形態に形成され、図２ａの実施例には在る追加の磁石４０４が必要ではない点において、図２ｂの実施例は図２ａの蒸着源と異なっている。
【００６３】
蒸着されることになるターゲット物質３が提供される外側の円筒壁２を有する蒸着源１において、第１の磁界源４０１及び第２の磁界源４０２は、それぞれ互いに第１の旋回軸５０１１に対して第１の旋回角α１で、かつ、第２の旋回軸５０２１に対して第２の旋回角α２で旋回する。本実施例では、２つの旋回角α１及びα２は同じである。つまり、第１の磁界源４０１と第２の磁界源４０２は、二等分線ＷＨに相対的に互いに対称に旋回する。別の実施例では、第１の磁界源４０１及び第２の磁界源４０２は、互いに非対称に旋回することができることも自明である。すなわち、２つの旋回角α１及びα２は必ずしも同じである必要はない。旋回角α１及びα２の典型的な値は、０°と１３０°の間にあり、つまり、旋回角α１及びα２は、当然に９０°よりも大きくすることもできる。この点、好ましい旋回角は、約６０°と１１０°の間にあり、当然、例として上述した値と全く異なる値にすることもできる。
【００６４】
両矢印ＲＳによって示されているように、磁界システム４００は、図２ａ及び図２ｂの現在の実施例において、磁界システム４００によって生成される磁界の強度及び／又は磁界の空間的な配置を変えるために、運搬システム５００の長軸に垂直なＲＳ方向に直線的に移動することができ、かつ、磁界システム４００は、とりわけ同時に、長軸Ｌに垂直に直線的に、かつ合計の旋回角α１２の二等分線ＷＨに平行に移動することができる。
【００６５】
矢印ＲＳに沿う移動は、この点、さまざまな機能を果たすことができる。例えば、第１の磁性要素４０３の蒸着器表面に対する磁界の強度を、第１の磁性要素４０３が表面に近い場合により高い値に設定し、第１の磁性要素４０３が表面から遠い場合により低い値に設定すれば、例えばマグネトロンモードからアークモードへと変化する。さらに、蒸着器表面でのターゲットの厚さを薄くしつつ矢印ＲＳに沿って移動させることによって、磁界の強度を一定に維持することもできる。最後に、蒸着器表面1の後側の機能表面の方向に第２の磁性要素４０４を移動させるために、矢印ＲＳに沿った移動を用いることもできる。
【００６６】
運搬システムの移動又は運搬システムの個別の構成要素の移動は、この点、それ自体は公知の簡単な機械装置及び測定器を用いて実施することができる。したがって、磁界システム４００又は個別の構成要素の直線移動及び／又は傾斜又は旋回又は回転移動は、単独で実施でき、例えば、場合によってはチェイン駆動で連動する、適切に準備されたねじ式のスピンドルを介したヨーク４１０の移動として実施できる。この点、駆動は、当然ながら、操作する人が単純に手動で実施することもできるが、適切な駆動モータを設けて、電気的に駆動するようにすることもでき、特にコンピュータ制御によって完全に自動化することさえもできる。
【００６７】
この点、すでに述べたように、第三の実施例として非常に概略の図面である図３を参照して説明するように、磁界システム４００は、傾斜移動によって長軸Ｌに対して移動させることもできる。
【００６８】
本発明による蒸着源１の第４の実施例を、図４ａから図４ｃを参照して非常に概略的に示す。図４ａ、図４ｂ、及び図４ｃは、この点、全く同一の蒸着源１を示している。一方で、蒸着源１は３つの図においてスパッタ源として３つの異なった動作モードで示される。３つの図は、本発明による蒸着源１の大きな柔軟性を印象的に示している。
【００６９】
図４ａは、スパッタ源の形態の実施例を示す。磁界システムが平衡マグネトロンモードで動作するように、合計の旋回角α１２が１８０°よりも小さく、個別の磁性要素が選定されて、磁界システム４００が配置される。
【００７０】
図４ｂでは、図４ａのスパッタ源の合計の旋回角α１２が約１８０°に選定されて、結果として、図４の実施例が、今度は非常に平衡したマグネトロンモードで動作するようになった。
【００７１】
図４ｃでは、図４ａのスパッタ源の合計の旋回角α１２が１８０°よりも大きく選定されて、スパッタ源が、ここでは非平衡マグネトロンモードで動作するようになった。
【００７２】
図５ａ及び図５ｂは、図４ａの蒸着源が、しかしながら、アーク蒸着源としても配置できることを示す。これは、とりわけ図５ａでは、図５ａのスパッタ源の合計の旋回角α１２が、１８０°よりもかなり小さく選定されることによってなされる。図５ｂでは、磁界システム４００を、図のように、直線的に反対に配置される側に移動された。蒸着源１は、したがって、それでもアーク蒸着源として動作される。しかしながら、ターゲット物質３は、蒸着源１の反対に配置される側で、今度は自由にアークされ、又は自由にスパッタされる。付随して、例えば円筒形のシャッターなどのシャッターが、それ自体は公知の手法によって提供される対応する切り欠きを有することで、第１の磁性要素４０３又は第２の磁性要素４０４は、要求に応じて覆われる。この手法又は他の公知の手法によって、とりわけより均一な材料除去、ひいては、特により高い蒸着源１の耐用期間が得られる。
【００７３】
本発明による蒸着源１が動作する特定の動作モードは、第１の磁界源４０１と第２の磁界源４０２の間の合計の旋回角α１２が１８０°よりも大きいか、若しくは小さいか、又は１８０°と等しいか、のみに依存するわけではないことは自明である。磁界システムの個別の構成要素の磁界強度、それらの互いの配置などの他のパラメータも、ある程度は同様に当然に特定の場合の動作モードに本質的に影響する。このことは、当業者であれば当然に容易に気づくことであり、かつ、当業者であれば当然に、希望の動作モードを維持するために磁界システム４００の全体の配置をどのように配置する必要があるかも知っている。
【００７４】
とりわけ粒子化方法における使用、具体的にはスパッタリング法又は真空アーク蒸着法、特に陰極若しくは陽極真空蒸着法における使用のために、相当に改良された蒸着源が本発明によってはじめて提供される。蒸着源は、従来技術と比べて、使用されるコーティング法に関しても、かつ、コーティング法で使用される電流、電圧、使用されるコーティング物質、使用されるプロセスガス、及び他のプロセスパラメータなどの様々なプロセスパラメータに関しても、相当に高い柔軟性を有している。さらに、本発明による蒸着源は、実際に、非常に高品質のコーティングを提供するという特定のプロセスの要求に対して、よりいっそう柔軟に適用できる可能性があるために、ターゲット物質のより効率的な使用が可能になる。これに付随して、さらに蒸着源のいっそう長い耐用期間が得られ、ひいては、最終的にコーティング方法のコストも大きく削減される。
【００７５】
この点において、前に説明し、図面においても概略を示した実施例の変形は、実際の特定の要求に合わせるために、互いに有利なように組み合わせてさらなる実施例を構成することもできることは自明である。当業者に明らかな簡単な開発も、当然にさらに本発明の範囲に入る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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