(57)【要約】【課題】改善された膜特性を生成するため被膜プロセスにおいて高エネルギー粒子を生成する技法を提供する。【解決手段】真空被膜及びプラズマ処理システムは、長いエッジ及び短いエッジを備えたマグネトロン陰極を含む。マグネトロンの磁極は、電磁障壁をもたらす。少なくとも１つの遠隔のアーク放電は、マグネトロン・ターゲットに隣接する容積内部に閉じ込められるように、マグネトロン陰極から離れて、及び陰極のすぐ近くで生成される。遠隔アーク放電は、マグネトロン・ターゲットの長いエッジと平行に延在し、一側面でターゲットの表面によって、及び他のすべての側面で電磁障壁によって画定される。アーク放電上を、及びマグネトロン陰極の短いエッジを横切って延在する遠隔アーク放電陰極フード及び陽極フードがある。プラズマ組立体の外側に、基板の前のプラズマ内に延在し、このプラズマを閉じ込める磁力線を生成する磁気システムがある。【選択図】図１Ａ
2015086471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長いエッジと、短いエッジと、表面を有するマグネトロン・ターゲット内部にスパッタリング・レーストラックを形成する磁極とを備えたマグネトロン陰極であって、前記磁極が電磁障壁を形成するマグネトロン陰極、
前記マグネトロン陰極に電気的に接続された陽極、
前記マグネトロン陰極から離れて、前記マグネトロン・ターゲットに隣接して生成され、前記マグネトロン・ターゲットの前記長いエッジと平行な方向に沿って延在する少なくとも１つの遠隔アーク放電であって、前記マグネトロン・ターゲットに隣接する、一側面で前記ターゲットの前記表面によって、及び他のすべての側面で前記電磁障壁によって画定される遠隔アーク容積の内部に閉じ込められる、前記遠隔アーク放電、
前記アーク放電上を、及び前記マグネトロン陰極の前記短いエッジを横切って延在する遠隔アーク放電陰極フード、及び
遠隔アーク放電陽極フード
を含む、基板に面するプラズマ組立体と、
前記プラズマ組立体及び基板の前のプラズマ内に延在し、前記プラズマを閉じ込める磁力線を生成する磁気システムと、
前記マグネトロン陰極及び前記陽極に接続されたマグネトロン陰極電源と、
少なくとも２つの遠隔アーク放電電極間に接続された遠隔アーク放電電源と
を備える真空被膜及びプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記マグネトロン陰極が１００Ｖ〜２０００Ｖの出力電圧を有するＤＣ電源によって電力が供給される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マグネトロン陰極がＲＦ電源によって電力が供給される請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記マグネトロン陰極がＤＣパルス電源によって電力が供給される請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＤＣパルス電源が３００Ｖ〜１０ｋＶの出力電圧を有する請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記マグネトロン・ターゲットへの電力密度が５０Ｗ／ｃｍ２〜５０ｋＷ／ｃｍ２である請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
５０Ｖ〜３０００Ｖの電圧差を有する２つの遠隔アーク放電がある請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記マグネトロン・ターゲットが前記プラズマ内へ、及び前記プラズマの外に移動する請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記磁極が前記ターゲットの前の磁場を生成するための、前記ターゲットの後ろに位置する電磁石である請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記磁極が前記ターゲットの前の磁場を生成するための、前記ターゲットの後ろに位置する永久磁石である請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アーク放電が１〜３００ａｍｐｓ／ｃｍ２の電流密度を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記基板に向かった尖端部を有する凸状方向に成形されたワイヤ電極をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
互いに隣接して取り付けられた２つ以上の真空被膜及びプラズマ処理システムをさらに備え、前記磁気システムが交番する磁気コイルによる磁力線を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
第１の被膜組立体に面する磁気コイルを備えた第２の被膜組立体をさらに備え、基板ホルダの２つの側面それぞれが被膜組立体に面する請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記アーク放電が前記陰極フードの側から前記プラズマに入る請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記アーク放電がアーク・ジェットによる推力によって生成される請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記アーク放電がＤＣ電源を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記アーク放電がパルスＤＣ電源を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
１０Ａ〜１００ｋＡのパルス電流を有する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記アーク放電がＲＦ電源を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記アーク放電が、ロッド軸が一方のロッド電極から対向するロッド電極に延在する、対向するロッド電極によって生成され、一方のロッド電極が中心のガス入口を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ロッド軸とターゲット表面との間の距離が５〜４０ｍｍである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ロッド軸とターゲット表面との間の距離が１０〜２５ｍｍである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
対向するロッド電極間の距離が２〜３０ｍｍである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ロッド電極の直径が５〜３０ｍｍである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
長いエッジと、短いエッジと、表面を有するマグネトロン・ターゲット内部にスパッタリング・レーストラックを形成する磁極とを備えたマグネトロン陰極であって、前記磁極が電磁障壁を形成するマグネトロン陰極、
前記マグネトロン陰極に電気的に接続された陽極、
前記マグネトロン陰極から離れて、前記マグネトロン・ターゲットに隣接して生成され、前記マグネトロン・ターゲットの前記長いエッジと平行な方向に沿って延在する少なくとも１つの遠隔アーク放電であって、前記マグネトロン・ターゲットに隣接する、一側面で前記ターゲットの前記表面によって、及び他のすべての側面で前記電磁障壁によって画定される遠隔アーク容積の内部に閉じ込められる、前記遠隔アーク放電、
前記アーク放電上を、及び前記マグネトロン陰極の前記短いエッジを横切って延在する遠隔アーク放電陰極フード、及び
遠隔アーク放電陽極フード
を含む、基板に面するプラズマ組立体と、
前記プラズマ組立体及び基板の前のプラズマ内に延在し、前記プラズマを閉じ込める磁力線を生成する磁気システムと、
前記マグネトロン陰極及び前記陽極に接続されたマグネトロン陰極電源と、
少なくとも２つの遠隔アーク放電電極間に接続された遠隔アーク放電電源と、
前記基板に向かって凸状方向に成形されたワイヤ電極と
を備える真空被膜及びプラズマ処理システム。
【請求項２７】
互いに隣接して取り付けられた２つ以上の真空被膜及びプラズマ処理システムをさらに備え、前記磁気システムが交番する磁気コイルによる磁力線を有する請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
第１の被膜組立体に面する磁気コイルを備えた第２の被膜組立体をさらに備え、基板ホルダの２つの側面それぞれが被膜組立体に面する請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記アーク放電が、ロッド軸が一方のロッド電極から対向するロッド電極に延在する、対向するロッド電極によって生成される請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
陰極に電力を供給するステップと、
アーク放電に電力を供給するステップと、
磁気コイルに電力を供給するステップと、
真空チャンバ内へガスを流すステップと、
真空チャンバからガスを排気するステップと、
前記基板上に被覆を堆積させるステップと
を含む基板を被膜するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年９月１４日に出願された米国出願第１３／６１７，００５号の一部継続出願である２０１３年３月１５日に出願された米国出願第１３／８４０，３０５号の一部継続出願であり、それらの開示が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、プラズマ支援堆積システム及び関連方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
物理気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）源及び低圧化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）源は、被膜の堆積及び表面処理に使用される。電子ビーム物理気相堆積（ＥＢＰＶＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）金属蒸気源及びマグネトロン・スパッタリング（ＭＳ：ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）金属蒸気源などの従来の金属蒸気源は、高い堆積速度を提供することができる。しかし、金属蒸気原子の低いエネルギー及びこれらのプロセスの低いイオン化率により、結果として被膜の密度が低く、密着性が悪く、構造及び形態が低品質となる。高エネルギー粒子による衝撃を用いて被膜堆積プロセスを支援することにより、堆積する材料の密度を高め、粒度を低減させ、被膜の密着性を改善することによって、劇的に被膜が改善されることがよく立証されている。これらのプロセスでは、表面層は、堆積する金属蒸気原子の移動度を変更し、多くの場合、独特の機能特性を有する準安定な構造を生成する高エネルギー・イオンによる衝撃によって影響される。さらに、被膜面のイオン衝撃は、窒素などのガスの付着係数を増加させ、吸着サイトの性質をより低いエネルギーの物理的吸着サイトからより高いエネルギーの化学的吸着サイトへと変えることによって、ガス吸着の挙動に影響を及ぼす。この手法は、超微細の又はガラス様の非晶質構造を有するナノ構造化された複合被膜の堆積において特に生産的である。
【０００４】
物理気相堆積（ＰＶＤ）又は化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス中にイオン衝撃支援を行う２つの異なる手法がある。イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ：ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、ポリマー及び他の感温性材料上に高密度のセラミック被膜を形成するための極めて有望な方法である。イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）プロセスは、典型的には真空（≒１×１０−５Ｔｏｒｒ）の下で行われ、この真空中でセラミックが基板上に熱的に蒸着され、同時に高エネルギー・イオンで衝撃が与えられる。イオンビームは堆積される原子を基板と混合し、グレーデッド層を生成し、それによって被膜の密着性を改善し、膜の応力を減らすことができる。また、衝突するイオンは、層を固めて高密度化する「ショット・ピーニング効果」を生み、それによって柱状成長を低減させる、又はなくす。
【０００５】
例えば、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ：ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ）膜のイオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）処理中に、炭素を、電子ビーム源によって蒸発させ、又はマグネトロン源によってスパッタする。イオン衝撃は、独立した広い開口の、アルゴン・イオンビームなどのイオンビーム源によって提供される。そうしたアルゴン・イオンビームは、成長膜の化学的性質を変化させず、単に格子網の変更による成長膜の構造、形態、結合エネルギー及び原子間結合に影響を与えるに過ぎない。イオンビームに適切なガス状前駆体を追加することによって、結果としてダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）成長膜のドーピングがなされ、それによってイオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）プロセス中の化学気相支援が行われる。ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）膜のそうしたシリコン・ドーピングの実例は、Ａｒ＋ＳｉＨ４イオンビームによる堆積である。フッ化物は、Ａｒ及びフッ化炭化水素のイオンビームを介して膜に加えることができ、窒素は、Ａｒ及びＮ２のイオンビームを使用することによって加えることができ、ホウ素は、Ａｒ＋ＢＨ４のイオンビームを使用することによって加えることができる。イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）は、処理パラメータ、すなわちイオンビーム組成、イオンエネルギー、イオン電流、及びイオン・原子間到着率を変えることによって、幅広い領域において被膜特性の制御が可能な柔軟性のある技術的プロセスである。
【０００６】
イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）プロセスは、適度にうまく機能するが、イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）プロセスの見通し線の性質のために限界を有し、この性質が被膜堆積プロセスの整合性が重要な場合に、複雑な形状の構成要素上に均一な被膜分布を実現するのに害になる。加えて、イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）プロセスは、能力のスケールアップに限界がある。プラズマ浸漬イオン堆積（ＰＩＩＤ：ｐｌａｓｍａ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスは、被膜される基板を均一なプラズマ雲内部に効果的に包む低圧プラズマ環境を提供することによって、これらの限界の一部を克服する。これによって、３Ｄの複雑な形状の基板及び大きな負荷の両方に対して極めて均一なイオン衝撃速度が得られる。物理気相堆積（ＰＶＤ）又は化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスは、基板表面を処理するための蒸気種を生成するために使用される。イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）とは対照的に、プラズマ浸漬イオン堆積（ＰＩＩＤ）は、巧みな操作なしに複雑な表面を処理することができる非見通し線プロセスである。プラズマ浸漬イオン堆積（ＰＩＩＤ）は、処理チャンバ全体に充満するガス放電により生成されたプラズマを利用し、複雑な組成及び構造物の被膜を可能にする。プラズマ浸漬イオン処理の実例には、イオン窒化処理、浸炭窒化処理、イオン注入及び他のガスイオン処理プロセスが含まれ、これらは、被膜される基板を、負バイアスの下で窒素含有プラズマ中に浸漬させることによって行われることがある。加えて、基板が正にバイアスされるときにプラズマから抽出される電子電流を予備加熱及び熱処理プロセスに使用することができる。非見通し線処理機能は、見通し線処理に比べて、特に大量の３Ｄ物体の効率的な処理にとって数多くの利点を提供するのは明白である。プラズマ浸漬イオン堆積（ＰＩＩＤ）プロセス中に使用されるイオン化されたガス環境は、異なるタイプのプラズマ放電、例えばグロー放電、ＲＦ放電、マイクロ波（ＭＷ：ｍｉｃｒｏ−ｗａｖｅ）放電及び低圧アーク放電を適用することによって生成されることがある。低圧アーク放電は、大きな処理容積に対して、低コストで高密度の、均一な高度にイオン化されたプラズマを提供するという点で特に有利である。アーク放電プラズマ支援被膜堆積又はイオン処理プロセスでは、基板は、アーク放電プラズマ領域内部のアーク陰極と遠隔アーク陽極との間に置かれる。熱電子フィラメント陰極、中空陰極、真空アーク蒸着冷陰極、及びそれらの組み合わせを、ガス低圧アーク・プラズマ放電環境を生成するための電子エミッターとして使用することができる。或は、導電性の蒸発性材料それ自体を、アーク放電をイオン化するための陰極又は陽極として使用することができる。この後者の特徴は、真空陰極アーク堆積プロセスにおいて、又は様々なアーク・プラズマ促進電子ビーム及び熱蒸着プロセスにおいてもたらされる。
【０００７】
ＣｒＮのような反応被膜の堆積は、様々な物理気相堆積技法、例えば陰極アーク堆積、フィルタ処理アーク堆積、電子ビーム蒸着、及びスパッタ堆積技法によって達成されうる。従来の及びイオン化による電子ビーム物理気相堆積（ＥＢＰＶＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術は、両方とも、多くの用途で使用されてきたが、バッチ処理の問題、大きな基板の端から端にわたって均一な被膜分布を実現するためにスケールアップする困難さのために、及び異なる蒸気圧を有する各元素の熱力学的に推進される留出による複数元素の被膜組成制御の困難さのために、多くの分野で実行可能な製造技術とは一般に考えられていない。対照的に、マグネトロン・スパッタリング（ＭＳ）に基づく物理気相堆積（ＰＶＤ）は、許容可能な蒸着速度でのマグネトロン被膜の高い均一性、複数元素の被膜組成の精密な制御、及びマグネトロン・スパッタリング（ＭＳ）プロセスを完全に自動化された産業用バッチ被膜システムに容易に組み込み可能なことにより、多種多様な用途に使用される。熱蒸発陰極（ＨＥＣ：  ｈｏｔ  ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ  ｃａｔｈｏｄｅ）及び熱蒸発陽極（ＨＥＡ：ｈｏｔ  ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ  ａｎｏｄｅ）とそれぞれ呼ばれる、陰極及び陽極アーク促進電子ビーム物理気相堆積（ＥＢＰＶＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスは、イオン化率の向上を実証したが、アーク・スポットの不安定性、及び陰極及び陽極アーク促進電子ビーム物理気相堆積（ＥＢＰＶＤ）の金属蒸気流両端間のイオン化率の不均一な分布を被る。これらのプロセスでは、アーク放電は、熱蒸発陽極（ＨＥＡ）及び熱蒸発陰極（ＨＥＣ）プロセスにおけるイオン化及び蒸発速度の独立した制御を行うことを困難にする蒸着プロセスと結合される。したがって、完全に自動化された産業用バッチ被膜システムにおいてプラズマ支援・電子ビーム物理気相堆積（ＰＡ−ＥＢＰＶＤ）プロセスを組み込むのが極めて困難である。
【０００８】
スパッタ技法は、厚い反応被膜をコスト効率よく堆積させることができることが当技術分野でよく知られているが、約１ミクロンを超える膜は結晶化により曇りを発生させる傾向がある。結晶化現象、又は柱状膜成長は、スパッタ堆積技法において原子を堆積させる固有の低いエネルギーに関連付けられており、それによって、エネルギー的に有利な結晶構造の機会が生じる。これらの結晶構造は、摩耗及び表面処理用途にとって固有の望ましくない異方性の特性を有することがある。過去十年間、マグネトロン・スパッタリング・プロセスにおけるイオン化率を向上させるために、様々な手法が開発されてきた。これらの手法の主な目標は、マグネトロン・スパッタリング原子流の通路に沿って電子密度を増加させ、それによって電子・原子間衝突の頻度を増加させることによる金属原子のイオン化を増加させることである。高電力インパルス・マグネトロン・スパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ：ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）プロセスは、マグネトロン・ターゲットに印加される高電力パルスをＤＣ電源と同時に使用して電子放出を増加させ、その結果として金属スパッタリング流のイオン化率を向上させる。このプロセスでは、切削工具のための窒化物耐摩耗性被膜の堆積において被膜特性の改善が実証されている。高電力インパルス・マグネトロン・スパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）プロセスでは、改善されたイオン化は、短いパルス時間中にのみ実現されるが、休止中は、イオン化率は、従来のＤＣマグネトロン・スパッタリング（ＤＣ−ＭＳ）プロセスのように低い。高電力インパルス・マグネトロン・スパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）プロセスでは、パルス・パラメータがマグネトロン・スパッタリング・プロセス・パラメータと結合されるので、従来のＤＣマグネトロン・スパッタリング（ＤＣ−ＭＳ）プロセスのほぼ３倍低いことがわかっているスパッタ速度が悪影響を受ける可能性がある。さらに、高電力インパルス・マグネトロン・スパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）プロセスにおける高電圧パルスは、マグネトロン・ターゲット上でアーク発生を誘起し、成長膜の汚染をもたらすことがある。
【０００９】
マグネトロン・ターゲットの近傍で高度にイオン化された放電を生成するために、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ）源を、陰極と基板との間の領域に追加することができる。その場合、非共振誘導コイルは、本質的に、従来のＤＣマグネトロン・スパッタリング（ＤＣ−ＭＳ）装置では、プラズマに浸漬され又は隣接する陰極と並列に配置される。誘導コイルは、容量性マッチング回路を介して５０ΩのＲＦ電源を使用して、一般に１３．５６ＭＨｚで駆動される。ＲＦ電力は、しばしば誘電体窓又は壁を横切ってプラズマに結合される。誘導結合放電は、通常１〜５０ｍＴｏｒｒの圧力及び２００〜１０００Ｗの印加電力で動作し、１０１６〜１０１８ｍ−３の電子密度をもたらし、この電子密度が印加電力の増加とともに直線的に増加することが一般にわかっている。マグネトロン・スパッタリング放電では、金属原子は、ｄｃ又はＲＦ電力を使用して、陰極ターゲットからスパッタされる。金属原子は、ＲＦコイルによって生成された高密度のプラズマを通過し、そこでイオン化される。マグネトロン・ターゲットと被膜される基板との間に配置される水冷式誘導コイルは、金属スパッタリング流に悪影響を及ぼす。したがって、マグネトロン・スパッタリング（ＭＳ）装置は、既存のバッチ被膜及び一列に並んだ被膜システムに組み込むのが、はるかにより複雑で、高価で、困難である。また、これらの欠点は、マイクロ波支援マグネトロン・スパッタリング（ＭＷ−ＭＳ：ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）プロセスにも当てはまる。マイクロ波支援マグネトロン・スパッタリング（ＭＷ−ＭＳ）プロセスでは、金属スパッタリング流がイオン化ゾーンを横切ることができるように、真空処理チャンバのレイアウトを再設計しなければならない。しかし、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスのイオン化に対するＲＦ、マイクロ波（ＭＷ）及び誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）手法は、大きな処理領域にわたるプラズマ分布の均一性に関する困難に直面し、このことが大面積被膜堆積システムへの組み込みにとって障害となる。
【００１０】
高エネルギー・イオンを生成するための別の従来技法は、ＤＣマグネトロン・スパッタリング（ＤＣ−ＭＳ）プロセスにおいてイオン化率を向上させる、イオン化された電子の供給源として熱電子熱フィラメント陰極（ＨＦ−ＭＳ：ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ  ｈｏｔ  ｆｉｌａｍｅｎｔ  ｃａｔｈｏｄｅ）又は中空陰極（ＨＣ−ＭＳ：ｈｏｌｌｏｗ  ｃａｔｈｏｄｅ）を備えるプラズマ促進マグネトロン・スパッタリング（ＰＥＭＳ：ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）である。熱電子熱フィラメント陰極（ＨＦ−ＭＳ）プロセスでは、離れた熱電子フィラメント陰極がイオン化する電子の供給源として使用され、このプロセスを中空陰極（ＨＣ−ＭＳ）プロセスと同様のものとしている。しかし、このプロセスは、典型的にはプラズマの非均一性を示し、産業用の大面積被膜システムに組み込むのが困難である。さらに、熱フィラメント及び中空アーク陰極は、両方とも反応性プラズマ雰囲気中で敏感で急激に劣化する。これらのプラズマ生成プロセスの欠点は、堆積処理環境のイオン化及び活性化のために、電子の供給源として蒸発性真空アーク冷陰極を利用することによって克服される。
【００１１】
従来の陰極アーク堆積膜の表面的な外観は、特定の摩耗、浸食及び表面特性を必要とする用途において、望ましくない欠陥を有する堆積膜をもたらすマクロと呼ばれる反応していないターゲット材料の微粒子を含む。しかし、アーク堆積膜は、アーク蒸着プロセスが、堆積原子の高エネルギーが成長膜内の結晶構造を効果的にランダム化すると考えられる、高度にイオン化されたプラズマを生成するので、スパッタ膜と異なり結晶特性を有さない。
【００１２】
したがって、改善された膜特性を生成するために被膜プロセスにおいて高エネルギー粒子を生成するさらなる技法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，３５０，３５６号
【特許文献２】米国特許第７，４９８，５８７号
【特許文献３】欧州特許出願第ＥＰ１  ８５２  ８９１  Ａ２号
【特許文献４】米国特許第５，２６９，８９８号
【特許文献５】米国特許出願第２０１２／０１９９０７０号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｒ．Ｌ．Ｂｏｘｍａｎ，  Ｄ．Ｍ．Ｓａｎｄｅｒｓ，  ａｎｄ  Ｐ．Ｊ．Ｍａｒｔｉｎ，  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．  Ｐａｒｋ  Ｒｉｄｇｅ，  Ｎ．Ｊ．：Ｎｏｙｅｓ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  １９９５  ｐｇｓ．４２３−４４４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、少なくとも１つの実施例において真空被膜及びプラズマ処理のためのシステムを提供することによって、従来技術の１つ又は複数の問題を解決する。真空被膜及びプラズマ処理システムは、長いエッジと、短いエッジと、磁極とを備えたマグネトロン陰極を有する、基板に面するプラズマ組立体を含む。磁極は、結果としてターゲット表面におけるスパッタリング・レーストラック、及び電磁障壁をもたらす。陽極は、マグネトロン陰極に電気的に接続される。少なくとも１つの遠隔アーク放電が、マグネトロン・ターゲットに隣接する容積内部に閉じ込められるように、マグネトロン陰極から離れて、陰極のすぐ近くに生成される。遠隔アーク放電は、マグネトロン・ターゲットの長いエッジと平行に延在し、一側面でターゲットの表面によって、及び他のすべての側面で電磁障壁によって画定される。アーク放電上を、及びマグネトロン陰極の短いエッジを横切って延在する遠隔アーク放電陰極フード及び陽極フードがある。プラズマ組立体の外側に、プラズマ組立体及び基板の前のプラズマ内に延在し、このプラズマを閉じ込める磁力線を生成する磁気システムがある。マグネトロン陰極電源は、マグネトロン陰極及び陽極に接続され、遠隔アーク放電電源は、少なくとも２つの遠隔アーク放電電極間に接続される。
【００１６】
別の実施例において、真空被膜及びプラズマ処理システムは、長いエッジと、短いエッジと、磁極とを備えたマグネトロン陰極を有する、基板に面するプラズマ組立体を含む。磁極は、結果としてターゲット表面のスパッタリング・レーストラック、及び電磁障壁をもたらす。陽極は、マグネトロン陰極に電気的に接続される。少なくとも１つの遠隔アーク放電は、マグネトロン・ターゲットに隣接する容積内部に閉じ込められるようにマグネトロン陰極から離れて、陰極のすぐ近くに生成される。遠隔アーク放電は、マグネトロン・ターゲットの長いエッジと平行に延在し、一側面でターゲットの表面によって及び他のすべての側面で電磁障壁によって画定される。アーク放電上を、及びマグネトロン陰極の短いエッジを横切って延在する遠隔アーク放電陰極フード及び陽極フードがある。ワイヤ電極は、基板に向かって凸方向に成形される。プラズマ組立体の外側に、プラズマ組立体及び基板の前のプラズマ内へ延在し、このプラズマを閉じ込める磁力線を生成する磁気システムがある。マグネトロン陰極電源は、マグネトロン陰極及び陽極に接続され、遠隔アーク放電電源は、少なくとも２つの遠隔アーク放電電極間に接続される。
【００１７】
さらに別の実施例では、上述した被膜システムにおいて基板を被膜する方法が提供される。本方法は、陰極に電力を供給し、アーク放電に電力を供給するステップを含む。磁気コイルに電力が供給され、ガスは、真空チャンバ内を流れる。ガスは、被膜が基板上で堆積されている間、真空チャンバから排気される。
【００１８】
本発明の例示的な実施例は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】遠隔アーク放電プラズマを使用する被膜システムの理想化された側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの図面に垂直な被膜システムの正面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの被膜システムの概略図である。
【図１Ｄ】陰極と遠隔陽極との間のプラズマ・ジェット流の閉じ込めを示す概略図である。
【図１Ｅ】プラズマ・ジェットをラスター走査するために使用される複数素子陰極の概略図である。
【図２】有限要素モデリングによって得られた遮蔽体と遠隔陽極との間のプラズマ電位の典型的な分布を提供する図である。
【図３】放電電流に対する遠隔アーク放電プラズマからの励起されたアルゴン原子（スペクトル線ＡｒＩ  ７３９．７９ｎｍ）によって放出された放射の強度を提供する図である。
【図４Ａ】マグネトロン・スパッタリング源間に置かれた追加の遠隔陽極を有する被膜システムの概略図であり、追加のシールドされた陰極チャンバ組立体がガス・プラズマ環境の均一性、及び高いイオン化を確実にするために加えられている。
【図４Ｂ】マスタ陽極と複数のスレーブ陽極それぞれとの間に据え付けられた可変抵抗器を含む被膜システムの概略図である。
【図４Ｃ】中間の陽極の電位を設定するために、キャパシタと並列に抵抗器が使用される改良例を提供する図である。
【図５】遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ：ｒｅｍｏｔｅ  ａｒｃ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）システムの一列に並んだモジュール式構成の概略図である。
【図６】ＲＡＤプラズマ処理中の電位分布の図である。
【図７Ａ】中心に位置するシールドされた陰極チャンバを備えるバッチ被膜システムの概略図である。
【図７Ｂ】中心に位置するシールドされた陰極チャンバを備えるバッチ被膜システムの概略図である。
【図８Ａ】図７Ａ及び７Ｂのシステムの変形例の概略図である。
【図８Ｂ】図７Ａ及び７Ｂのシステムの変形例の概略図である。
【図８Ｃ】図７Ａ及び７Ｂのシステムの変形例の概略図である。
【図８Ｄ】図７Ａ及び７Ｂのシステムの変形例の概略図である。
【図８Ｅ】図７Ａ及び７Ｂのシステムの変形例の概略図である。
【図８Ｆ】図７Ａ及び７Ｂのシステムの変形例の概略図である。
【図８Ｇ】図８Ａ〜８Ｃのシステムに対する磁気輪郭線を提供する概略図である。
【図８Ｈ】図８Ａ〜８Ｃのシステムに対する磁気輪郭線を提供する概略図である。
【図９Ａ】追加のマグネトロンを有する被膜システムの概略図である。
【図９Ｂ】追加のマグネトロンを有する被膜システムの概略図である。
【図９Ｃ】追加のマグネトロンを有する被膜システムの概略図である。
【図９Ｄ】追加のマグネトロンを有する被膜システムの概略図である。
【図９Ｅ】追加のマグネトロンを有する被膜システムの概略図である。
【図１０】双方向遠隔アーク放電に関与する物理的なプロセスの概略図である。
【図１１】周辺に位置するシールドされた陰極チャンバ組立体を備えるバッチ被膜システムの概略図である。
【図１２】被膜チャンバの中心に位置するシールドされた陰極アーク電子放出源を有するさらなる変形例の概略図である。
【図１３】電子放出真空アーク冷陰極源を組み込むシステムの概略図である。
【図１４Ａ】マクロ粒子フィルタを組み込む被膜システムの変形例の概略図である。
【図１４Ｂ】マクロ粒子フィルタを組み込む被膜システムの変形例の概略図である。
【図１４Ｃ】マクロ粒子フィルタを組み込む被膜システムの変形例の概略図である。
【図１５Ａ】遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）システムの概略側面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの図面に垂直な概略側面図である。
【図１６】陰極チャンバの区画の１つにある陰極、及び２つの陰極アーク・スポットを有する図１５Ａ及び１５Ｂの変形例の概略図である。
【図１７】平坦なマグネトロン源を備える同軸のバッチ被膜チャンバのレイアウトを利用する遠隔プラズマ・システムの代替構成の概略図である。
【図１８Ａ】各マグネトロン・スパッタリング源に対して個別の主陰極チャンバを備える改良例の概略図である。
【図１８Ｂ】各マグネトロン・スパッタリング源に対して個別の主陰極チャンバを備える改良例の概略図である。
【図１９Ａ】図１４〜１８のシステムの改良された変形例の概略図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａのシステムの変形例の概略図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａのシステムの変形例の概略図である。
【図１９Ｄ】電極グリッドを有する遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールの斜視図である。
【図１９Ｅ】別の遠隔陽極被膜システムの概略図である。
【図１９Ｆ】図１９Ｅに示すシステムの横断面図である。
【図２０】非消耗陰極を備える電子放出陰極アーク源の変形例の概略図である。
【図２１Ａ】基板ホルダが陽極とマグネトロン・スパッタリング源との間に置かれた概略図である。
【図２１Ｂ】ワイヤ陽極が基板ホルダとマグネトロン・スパッタリング源との間に置かれた概略図である。
【図２２Ａ】閉じ込めのための磁気コイルによって示されるシステムの横断面図である。
【図２２Ｂ】閉じ込めのための磁気コイルを備え、各極性が対向する陰極の極性の鏡映であるもう１つのマグネトロン陰極に面するマグネトロン陰極を備えるシステムの横断面図である。
【図２２Ｃ】閉じ込めのための磁気コイルを備え、各極性が対向する陰極の極性と反対であるもう１つのマグネトロン陰極に面するマグネトロン陰極を備えるシステムの横断面図である。
【図２２Ｄ】陰極用のＤＣ電源を備える、図２２Ａに示すシステムの垂直断面図である。
【図２２Ｅ】コイルから放射する磁力線に沿って置かれたワイヤ陽極を示す横断面図である。
【図２２Ｆ】陰極用のＲＦ電源を備える、図２２Ａに示すシステムの垂直断面図である。
【図２２Ｇ】陰極用のＤＣパルス電源を備える、図２２Ａに示すシステムの垂直断面図である。
【図２３】磁気鏡閉じ込めコイル、及びターゲット及び陰極に隣接する遠隔アーク・プラズマの斜視図である。
【図２４Ａ】間に基板を有する被膜組立体に面する複数の被膜組立体を示す横断面図である。
【図２４Ｂ】間に基板を有する被膜組立体に面し、図２２のワイヤ陽極を含む複数の被膜組立体の横断面図である。
【図２４Ｃ】磁場の極性が一列に並んだシステムの反対側で鏡映であるモデル化された磁力線を示す図である。
【図２４Ｄ】磁場の極性が一列に並んだシステムの反対側で鏡映であり、磁気コイルの電流が図２４Ｃの場合よりも高いモデル化された磁力線を示す図である。
【図２４Ｅ】磁場の極性が一列に並んだシステムの反対側で鏡映であり、磁気コイルの電流がないモデル化された磁力線を示す図である。
【図２５Ａ】２つの遠隔アーク・ジェット放電を示す長手方向断面図である。
【図２５Ｂ】陰極フードがマグネトロン陰極の短い部分に侵入する変形例を示す長手方向断面図である。
【図２５Ｃ】マグネトロン放電内部の遠隔プラズマ・ジェットの閉じ込めを示す横断面図である。
【図２５Ｄ】電磁コイルにより生成されたマグネトロン放電内部の遠隔プラズマ・ジェットの閉じ込めを示す横断面図である。
【図２５Ｅ】ターゲットの裏面から離れる方向に配向する電磁コイルにより生成されたマグネトロン放電内部の遠隔プラズマ・ジェットの閉じ込めを示す横断面図である。
【図２５Ｆ】１つのターゲット上で４つのレーストラックを生成するために４つの電磁コイルを利用する被膜組立体の斜視図である。
【図２５Ｇ】電磁コイルによって生成されたマグネトロン放電内部の遠隔プラズマ・ジェットの閉じ込めを示す横断面図である。
【図２５Ｈ】ヨーク形の永久磁石によって生成されたマグネトロン放電内に置かれた主アーク電極を示す垂直断面図である。
【図２５Ｉ】ヨーク形の永久磁石によって生成されたマグネトロン放電内に置かれた主アーク電極、及びスパッタされるターゲットの薄い移動可能なシートを示す垂直断面図である。
【図２５Ｊ】平行な遠隔アーク放電に関してディスクの形態のスパッタリング・ターゲットを示す断面図である。
【図２５Ｋ】陰極フードが、電磁コイルが陰極を囲むマグネトロン陰極の短い部分に侵入する変形例を示す長手方向断面図である。
【図２５Ｌ】電磁的に強化された遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）の一列に並んだ構成の概略図である。
【図２５Ｍ】回転式マグネトロンを備える電磁的に強化された遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）の一列に並んだチャンバの改良例の概略図である。
【図２６Ａ】マグネトロン放電内に置かれた主アーク電極を示す長手方向断面図である。
【図２６Ｂ】マグネトロン放電内に置かれた主アーク電極を示す垂直断面図である。
【図２６Ｃ】マグネトロン放電の短い部分に置かれた、主ロッド陰極及び主ロッド陽極を備える被膜組立体の垂直断面図である。
【図２６Ｄ】マグネトロン放電の短い部分に置かれたロッド電極を備える被膜組立体の斜視図である。
【図２６Ｅ】主アーク放電が、マグネトロン・レーストラックの短い部分に隣接して置かれたアークジェット・スラスターによって生成される斜視図である。
【図２６Ｆ】マグネトロン放電の短い部分の両端部のロッド電極、及びロッド電極用のパルスＤＣ電源を備える陰極組立体の斜視図である。
【図２６Ｇ】マグネトロン放電の短い部分の両端部のロッド電極、及びロッド電極用のＲＦ電源を備える陰極組立体の垂直断面図である。
【図２７Ａ】図２２Ｂ及び２２Ｃの対向する被膜組立体を備える及び備えない、並びに閉じ込めコイル中に電流がない状態の、アーク放電電流に対するプラズマ内のＣｒスペクトルの強度のグラフである。
【図２７Ｂ】アーク放電電流に対する、Ａｒ／Ｎ２ガス混合体中の励起されたＡｒ及び窒素原子の強度のグラフである。
【図２８Ａ】図２７のクロム強度の測定に使用されたプラズマ監視装置の概略図である。
【図２８Ｂ】図２２Ｂ及び２２Ｃの対向する被膜組立体を備える及び備えない、並びに閉じ込めコイル中に電流がない状態の、遠隔陽極電流に対するプラズマ内のＣｒスペクトルの強度のグラフである。
【図２９Ａ】遠隔アーク放電プラズマ支援プロセスによって作られた被膜を有する基板の概略図である。
【図２９Ｂ】遠隔アーク放電プラズマ支援プロセスによって作られた多層被膜を有する基板の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、発明者に現在知られている本発明を実行する最良のモードを構成する、本発明の現在好ましい組成物、実施例、及び方法について詳細に言及する。図は、必ずしも縮尺どおりではない。しかし、開示した実施例は、様々な及び代替の形態で具現化されてもよい本発明の単なる例示に過ぎないことを理解されたい。したがって、本明細書に開示した特定の詳細は、限定していると解釈されるべきではなく、単に本発明の任意の態様の代表的な基本形態として、及び／又は本発明を様々に使用する当業者に教示するための代表的な基本形態として解釈されるべきである。
【００２１】
実例、又はその他の方法で明示的に示されている場合を除いて、材料、又は反応及び／若しくは使用の状態の量を示す、本明細書中の数量すべては、本発明の最も広い範囲を説明する際に単語「約」によって修飾されると理解されるべきである。指定した数量限界の範囲内での実行が一般に好ましい。また、明示的にそうでないと述べていない場合は、パーセント、「の一部」、及び比の値は、重量によるものであり、本発明に関連して所与の目的のために、あるグループ又はクラスの材料を適切である又は好ましいとする記述は、このグループ又はクラスの要素のうちの任意の２つ以上の混合物が等しく適切である又は好ましいということを示唆し、化学的な用語での成分の記述は、この記述で指定した任意の組み合わせに対して追加した場合の成分を指し、一旦混合された混合物の成分間の化学的相互作用を必ずしも排除せず、頭字語又は他の省略形の最初の規定は、同じ省略形についての本明細書における後続の使用すべてに当てはまり、当初規定された省略形の通常の文法的な変形に対して必要に応じて変更を加えることで当てはまり、明示的にそうでないと述べていない場合は、特性の測定値は、同じ特性に対して先に又は後で参照される同じ技法によって求められる。
【００２２】
また、本発明は、特定の構成要素及び／又は条件が当然変わることがあるため、以下に記載される特定の実施例及び方法に限定されないことを理解されたい。さらに、本明細書で使用される術語は、本発明の特定の実施例を説明する目的でのみ使用され、いかなる仕方であれ限定することは意図されていない。
【００２３】
また、本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるように、単数形「１つの（「ａ」）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明確にそうでないと示さない限り、複数の指示対象を含むことに留意されなければならない。例えば、単数の構成要素への言及は、複数の構成要素を含むことが意図されている。
【００２４】
刊行物が参照される本出願の全体にわたって、これらの刊行物の開示は、その全体が参照により本出願に組み込まれ、本発明が関係する最先端技術をより完全に説明する。
【００２５】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄに関連して、遠隔アーク放電プラズマを使用する被膜システムが提供される。図１Ａは、被膜システムの理想化された側面図である。図１Ｂは、図１Ａの図に垂直な正面図である。図１Ｃは、電気配線を含む被膜システムの概略図である。本実施例のシステムは、大面積マグネトロン・スパッタリング被膜堆積プロセスのアーク・プラズマ支援に特に有用である。被膜システム１０は、内部に被膜組立体が置かれた真空チャンバ１２を含む。被膜組立体は、蒸気源１６、真空チャンバ１２内に置かれた陰極チャンバ組立体１８、及び被膜される基板２２を保持するための基板ホルダ２０を含む。図１Ａ及び１Ｂは、システム１０の被膜プロセスが遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスとなるように、蒸気源１６がマグネトロン・スパッタ源である変形例を表す。そうしたマグネトロン・スパッタ源は、ターゲットＴｓ、電源Ｐｓ、及び陽極Ａｓを含む。他のタイプの蒸気源が蒸気源１６のために利用されてもよいことを認識されたい。そうした蒸気源の実例には、限定されないが、熱蒸発器、電子ビーム蒸発器、陰極アーク蒸発器などが含まれる。基板２２は、被膜中、蒸気源１６の前に置かれ、被膜の堆積中に方向ｄ１に沿って移動する。改良例において、基板は、図１Ａの真空チャンバ１２の右のロード・ロック・チャンバから連続的に導入され、真空チャンバ１２の左の出力チャンバによって受け取られてもよい。陰極チャンバ組立体１８は、開口部２６が画定される陰極エンクロージャ２４、電子放出陰極２８、任意選択の別個の主陽極３４及びシールド３６を含む。シールド３６は、電子放出陰極２８を真空チャンバ１２から絶縁する。改良例において、任意選択の別個の陽極３４、陰極エンクロージャ２４、シールド３６、又は接地接続は、陰極結合主陽極として動作する。
【００２６】
陰極チャンバ組立体１８は、本実施例の文脈において電子放出陰極源として動作する。改良例において、主アークは、陰極２８と主陽極との間の電子放出陰極源内に生成される。陰極エンクロージャ２４は、主アーク電源４８の正極に接続された独立した主陽極としての、及び接地３４に接続される場合、接地された陽極としての両方の働きをすることができる。シールド３６は、電子放出電流４０を陰極２８から真空チャンバ１２内へ送出するための開口部３８を画定する。シールドは、浮遊状態であってもよく、又は主アーク電源４８又は追加電源（図示せず）の正極に接続されてもよい。別の改良例において、陰極２８は、陰極アークの陰極であり、接地された主陽極３４は、陰極アークの陽極である。任意の数の異なる陰極が電子放出陰極２８に使用されてもよい。そうした陰極の実例には、限定されないが、真空アーク冷陰極、中空陰極、熱電子フィラメント陰極など、及びそれらの組み合わせが含まれる。典型的には、陰極ターゲットは、チタン及びジルコニウム合金を含むゲッタリング能力を有する金属で作られる。改良例において、陰極チャンバのシールドは、水冷式であり、陰極ターゲットに対して負にバイアスされ、シールドのバイアス電位が−５０ボルト〜−１０００ボルトである。さらに別の改良例において、陰極チャンバ組立体１８は、陰極ターゲット・アレイの高さが遠隔陽極の高さ及び堆積領域の高さと実質的に同じである、複数の陰極ターゲットが据え付けられた陰極アレイを含む。陰極チャンバ組立体又は蒸気源１６の上部から基板２２（すなわち、基板の上部）までの離隔距離は、陰極２８から遠隔陽極４４へのプラズマ流が閉じ込められるようなものである。典型的には、陰極チャンバ組立体のシールド３６から、又は蒸気源１６の蒸発面から、又は遠隔陽極４４から基板２２までの離間距離は、約５．０８ｃｍ（約２インチ）〜約５０．８ｃｍ（約２０インチ）であり、結果的に陰極チャンバ１８内の陰極２８と遠隔陽極４４との間の遠隔アーク・プラズマを閉じ込めるための狭い通路が形成される。この通路の幅が５．０８ｃｍ（２インチ）未満の場合、プラズマの不安定性につながり、最終的に遠隔アーク放電が消滅するハイ・インピーダンスがプラズマ中に生成される。この通路の幅が５０．８ｃｍ（２０インチ）よりも大きい場合、遠隔アーク放電中のプラズマ密度は、金属スパッタリング流をイオン化するほど十分に増大しない。特に有用な改良例において、板又は棒の形状を有する大面積陰極ターゲットが陰極チャンバ組立体１８内に据え付けられる。典型的には、そうした大面積の陰極ターゲットは、陽極の高さ及び堆積領域の高さと実質的に等しい高さを有する。改良例において、陰極ターゲットは、例えばチタン合金又はジルコニウム合金などのゲッタリング能力を有する金属で作られてもよい。この場合、シールドされた陰極電子放出源は、被膜システムの排気効率を改善することができる真空ゲッタリング・ポンプとしても働くことができる。ゲッタリング排気効率をさらに改善するために、陰極チャンバ１８内の陰極ターゲット２８の蒸発面に面するシールド３６は、水冷式であってもよく、任意選択で高電圧バイアス電源に接続されてもよい。水冷式シールド３６が、陰極ターゲット２８に対して−５０Ｖ〜−１０００Ｖの高い負電位にバイアスされているとき、水冷式シールド３６は、陰極アーク蒸発プロセスによる金属イオンの発生によって強烈なイオン衝撃にさらされる。強烈なイオン衝撃の状態下での金属蒸気の凝縮は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ並びに水素などの希ガスの排気に好都合である。
【００２７】
また、システム１０は、陰極２８と電気的に結合された遠隔陽極４４を含み、一次電源４８が陰極２８と陰極結合主陽極との間に接続される。遠隔陽極４４は、蒸気源１６が陰極チャンバ組立体１８と遠隔陽極との間に置かれるように真空チャンバ１２内に置かれる。改良例において、複数の蒸気源が、以下でより詳細に述べるように、陰極チャンバ組立体１８と遠隔陽極４４との間に置かれる。また、システム１０は、陰極２８を遠隔陽極４４に電気的に結合する二次電源５２を含む。また、抵抗器Ｒ及びキャパシタＣを含む低域フィルタ５４が図１Ａに表されている。典型的には、蒸気源１６は、陰極チャンバ組立体１８と遠隔陽極４４との間に置かれる。システム１０は、低減された圧力を維持するためのポンプ・システム５６、及び堆積チャンバ１２内に１つ又は複数のガス（例えば、アルゴン、窒素、ヘリウムなど）を導入するためのガス・システム５８をさらに含む。改良例において、被膜チャンバ１２内の遠方アーク放電に電力を供給する二次電源５２は、陰極チャンバ組立体１８と遠隔陽極４４との間に据え付けられ、一次電源４８よりも少なくとも２０％高い開路電圧を供給する。
【００２８】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び１Ｄをさらに参照すると、主アークは、電子電流４０を送出するための開口部３８を有するシールド３６によって放電チャンバから絶縁された陰極チャンバ２４内のアーク点弧器６０によって起こされる。典型的には、遮蔽体近くのプラズマ電位は低く、陰極チャンバ組立体１８のプラズマ電位に近いが、遠隔アーク放電プラズマにおいては、電位は高く、遠隔陽極４４の電位に近い。図２は、有限要素モデリングによって得られた、遮蔽体と遠隔陽極との間のプラズマ電位の典型的な分布を提供する。驚くことに、本被膜システムは、陰極チャンバ組立体１８から遠隔陽極４４に流れる閉じ込められたプラズマ・アークを生成することがわかった。図１Ｄは、遠隔陽極４４と陰極２８との間のプラズマ密度の移動を示す概略図を提供する。閉じ込められたプラズマ（すなわち、プラズマ・ジェット）は、遠隔陽極と陰極との間の被膜領域を通って流れる。閉じ込められたプラズマの端部は、図１Ｄに示すように方向ｄ４に沿って移動する。アーク・スポット６６は、浸食ゾーン６８とともに陰極２８上に生じる。遠隔陽極４４のプラズマ場６２及び陰極２８のプラズマ場６４は、方向ｄ４に沿って寸法的に約２．５４〜１２．７ｃｍ（約１〜５インチ）の空間内に閉じ込められている。一改良例において、ｄ４に沿ったラスター移動を達成するために磁場が用いられる。別の改良例において、このラスター移動は、陰極２８を方向ｄ４に沿って機械的に移動させることによって達成される。さらに別の改良例において、電子による放出フィラメント衝突陰極をｄ４に沿って移動させる。図１Ｅに示すようなさらに別の改良例において、陰極は、ｄ４に沿って移動するプラズマ・ジェットを形成するために順次活性化される複数の陰極素子２８１〜６を含む。プラズマ・アークを閉じ込めることによって、結果として主陰極における陰極アーク・スポットを遠隔陽極における関連付けられた領域と接続し、（主陰極、陽極、及びマグネトロンが取り付けられた）チャンバ壁と基板ホルダとの間に生成された比較的狭い通路を通って流れる高密度のホット・プラズマ・ジェットが得られる。これによって、結果として陰極と遠隔陽極とを接続する移動するプラズマ・ジェット中に高い電流密度が生じる。改良例において、この狭い通路内の遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマ中の電流密度は、０．１ｍＡ／ｃｍ２〜１００Ａ／ｃｍ２である。典型的には、バックグラウンドの遠隔アーク・プラズマ中の電子密度ｎｅは、約ｎｅ≒１０８ｃｍ−３〜約ｎｅ≒１０１０ｃｍ−３であるが、閉じ込められたアーク・プラズマ・ジェット領域内部では電子密度は、約ｎｅ≒１０１０ｃｍ−３〜約ｎｅ≒１０１３ｃｍ−３である。プラズマ・ジェットを生成する閉じ込めは、以下に述べるような構成要素間の物理的な寸法関係、並びに磁場の印加の結果である。具体的には、放電は、イオン衝撃の高エネルギーに対応する非常に高いプラズマ電位で起こる（すなわち、イオン衝撃エネルギーは、（接地に対する）プラズマ電位と（接地に対する）基板バイアス電位との差である）。浮遊状態の及び接地された基板でさえ、プラズマ電位は、５０Ｖを超えるため、５０〜７０ｅＶを有するイオンが得られる。改良例において、プラズマ電位は、５Ｖ〜５００Ｖである。
【００２９】
図１Ａ及び１Ｂに関連して、被膜システム１０の様々な構成要素の相対的なサイジングの態様が提供される。遠隔陽極４４は、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａを有する。蒸気源１６は、直線状の蒸気源寸法Ｄｖを有する。陰極ターゲットＴｓは、直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃを有する。基板ホルダ２０は、直線状のホルダ寸法Ｄｈを有する。改良例において、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａ、直線状の蒸気源寸法Ｄｖ、直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃ及び直線状のホルダ寸法Ｄｈは、互いに平行である。別の改良例において、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａは、直線状のホルダ寸法Ｄｈ以上である直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃ以上である直線状の蒸気源寸法Ｄｖ以上である。
【００３０】
本実施例の変形例では、いくつかの遠隔陽極は、シールドされた陰極チャンバ組立体１８内に置かれた少なくとも１つのアーク陰極と関連付けられる（すなわち、電気的に結合される）。遠隔陽極は、被膜チャンバ内の戦略的位置に置かれる。
【００３１】
別の変形例では、蒸気源のそれぞれ（例えば、蒸気源１６）と被膜される基板２２との間の垂直距離は、実質的に等しい。さらに、さらなる改良例では、陰極２８と遠隔陽極４４との間の距離は、二次電源５２の印加電圧が一次電源４８の印加電圧の１．２〜３０倍を上回るときにブレークダウンが生じる距離よりも小さい。
【００３２】
本実施例のさらに別の改良例では、プラズマ密度を測定するために、陰極２８と遠隔陽極４４との間にプラズマ・プローブが据え付けられる。そうした測定によってフィードバックを行い、それによって、第２の電源５２を調整して、陰極チャンバ組立体１８と遠隔陽極４４との間でプラズマ密度の均一な分布が得られるように、遠隔陽極４４に対する遠隔陽極電流の調整を行う。
【００３３】
本実施例の遠隔アーク・プラズマ・モデリングは、陰極チャンバ組立体１８と遠隔陽極４４との間の電位分布によって、及び遠隔アーク放電プラズマ中のプラズマ密度によって特徴づけられる。遠隔アーク放電プラズマ中のプラズマ電位及び陽極電位は、遠隔放電電流が増加するとともに増加する。遠隔アーク放電プラズマ中のプラズマ密度は、放電電流にほぼ比例して増加する。この結果は、遠隔アーク放電プラズマの発光分析によって確認される。図３は、放電電流に対する、遠隔アーク放電プラズマにより励起されたアルゴン原子によって放出された放射（スペクトル線ＡｒＩ  ７３９．７９ｎｍ）の強度を示す。電子の直接衝突によって励起されたアルゴン原子からの光放出の強度は、放電電流にほぼ比例することがわかる。この現象は、遠隔アーク・プラズマ中の電子濃度と遠隔アーク放電電流との間の直線比例関係によって説明される。遠隔アーク放電中のイオン濃度は、電子濃度とほぼ等しく、それによってプラズマの疑似中性が維持される。
【００３４】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに関連して、一方の側のシールドされた陰極チャンバ組立体ともう一方の側の離れたアーク陽極との間に一列に並んで据え付けられた一連のマグネトロン・スパッタ源を有する本実施例の変形例が提供される。この文脈において、用語「一列に並んで（ｉｎｌｉｎｅ）」は、基板が直線方向に移動しながら構成要素上を通過することができるように、構成要素が直線状に配置されていることを意味する。図４Ａは、マグネトロン・スパッタリング源間に置かれた追加の遠隔陽極を有する被膜システムの概略図を提供し、追加のシールドされた陰極チャンバ組立体がガス・プラズマ環境の均一性、及び高いイオン化を確実にするために加えられている。堆積システム７０は、上述したような関連付けられた真空及びガス供給システムを備える真空チャンバ７２を含む。また、堆積システム７０は、蒸気源７６及び７８、陰極チャンバ組立体８０及び８２、並びに被膜される基板２２を保持するための基板ホルダ８４を含む。図４Ａは、蒸気源７６、７８がマグネトロン・スパッタ源である変形例を表す。基板は、被膜中、蒸気源の前に置かれる。典型的には、基板２２は、被膜の堆積中に方向ｄ１に沿って移動する。陰極チャンバ組立体８０及び８２は、それぞれ、開口部９４及び９６が画定された陰極エンクロージャ９０及び９２、陰極９８及び１００、任意選択の主陽極１０２及び１０４、並びにシールド１０６、１０８を含む。シールド１０６、１０８は、それぞれ、陰極９８、１００を真空チャンバ７２から絶縁する。シールド１０６、１０８は、それぞれ、電子放出電流を真空チャンバ７２内へ送出するための開口部を画定する。改良例において、陰極９８、１００は、陰極アークの陰極であり、主陽極１０２、１０４は、陰極アークの陽極である。また、システム７０は、陰極９８、１００に電気的にそれぞれ結合された遠隔陽極１１０、１１２を含む。図４Ａに表したような改良例において、シールドされた陰極チャンバ組立体、蒸気源（例えば、マグネトロン・ターゲット）、及び遠隔陽極は、一列に並んだ被膜システムに適した直線に沿って整列している。
【００３５】
図４Ｂは、マスタ陽極と複数のスレーブ陽極それぞれとの間に据え付けられた可変抵抗器を含む被膜システムの概略図を提供する。この改良例において、被膜システム１２０は、上述した一般的な設計である真空チャンバ１２２及び陰極チャンバ組立体１２４を含む。陰極チャンバ組立体１２４は、陰極チャンバ１２６、陰極１２８、アーク点弧器１３０、複数の開口部を画定するシールド１３２、及び任意選択の主陽極１３４を含む。また、システム１２０は、陰極１２８及び主陽極１３４を接続する一次電源１３６、並びにマグネトロン・スパッタ源１３６、１３８、１４０を含む。各マグネトロン・スパッタ源は、ターゲットＴｓ、電源Ｐｓ、及び遠隔陽極１４２も含む関連付けられた対向電極システム１２０を有し、二次電源１４４が陰極１２８と遠隔陽極１４２との間に電位を与える。また、システム１２０は、可変抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４によって確立された中間電位にあるスレーブ陽極１４６、１４８、１５０、１５２を含む。この改良例では、プラズマ分布の密度は、可変抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４を使用して、スレーブ陽極のそれぞれを流れる電流を変化させることによって制御されうる。各スレーブ陽極間の距離、及びマスタ陽極に最も近いスレーブ陽極とマスタ陽極との間の距離は、あるガス組成及び圧力において放電が中断する最小の距離よりも大きくはなりえない。
【００３６】
図４Ｃは、キャパシタに並列の抵抗器を使用して中間の陽極の電位を設定する改良例を提供する。この改良例において、Ｃ５に並列の抵抗器Ｒ５が陽極１４６に対する電位を設定し、Ｃ６に並列の抵抗器Ｒ６が陽極１４８に対する電位を設定し、Ｃ７に並列の抵抗器Ｒ７が陽極１５０に対する電位を設定し、Ｃ８に並列の抵抗器Ｒ８が陽極１５２に対する電位を設定する。この改良例では、陰極チャンバ内の陰極と、陰極チャンバ内の陰極とマスタ陽極との間に置かれたスレーブ陽極それぞれとの間で遠隔アーク放電をパルス点弧することによって、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスを大きな距離に沿って延在させるために、キャパシタが使用される。スレーブ陽極は、追加の独立した電源を備えることもでき、スレーブ陽極の電源それぞれが、陰極１２８と対応するスレーブ陽極との間に据え付けられてもよいことがわかる。マスタ陽極又はスレーブ陽極のいずれかに接続された各二次電源の開路電圧は、主アーク電源１３６の開路電圧の少なくとも１．２倍を上回る。
【００３７】
本発明のさらに別の変形例において、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）装置の一列に並んだモジュール構成が図５に提供される。そうした一列に並んだシステムは、任意の数の堆積ステーション及び／又は表面処理ステーションを含んでもよい（例えば、プラズマ・クリーニング、イオン注入浸炭処理、窒化処理など）。図５に表す変形例では、被膜システム１５４は、一列に並んだモジュール１５６〜１６４を含む。モジュール１５６〜１６４は、ロード・ロック・ゲート・バルブ１６６〜１７６によって隣接したモジュールから分離される。モジュール式の遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）表面エンジニアリング・システム１５４は、上述したようなチャンバの１つの壁に沿って置かれたシールドされた陰極アーク・チャンバ１７８及び遠隔陽極１８０を有するチャンバ・モジュールであるモジュール１５６を含む。また、この図には、被膜チャンバに沿って１〜１００Ｇｓの長手方向磁場を生成する任意選択の１組の磁気コイル１８２、１８４が示されている。このモジュール１５６は、以下の動作、すなわち、基板の装填と、シールドされた陰極チャンバ内の陰極と遠隔陽極との間に生成される遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ：ｒｅｍｏｔｅ  ａｎｏｄｅ  ａｒｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）プラズマ状態のアルゴン中での高エネルギー（典型的には、Ｅ＞２００ｅＶ）のイオン衝撃による基板のイオン・エッチング又はイオン・クリーニングと、シールドされた陰極チャンバ内の陰極と遠隔陽極との間に生成されるアルゴンの遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ中でのソフトなイオン衝撃（典型的には、Ｅ＜２００ｅＶ）による被膜される基板のコンディショニングとを行う。第２のモジュール１５８は、シールドされた陰極チャンバ内の陰極と遠隔陽極との間に生成される窒素又はアルゴン・窒素混合物の遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ中で、被膜される基板表面をイオン窒化処理する。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ浸漬イオン窒化処理プロセスにおけるＨＳＳ、Ｍ２及び４４０Ｃ鋼のプラズマ浸漬イオン窒化処理の速度は、０．１ｍｔｏｒｒ〜２００ｍｔｏｒｒの圧力及び１０〜３００ａｍｐの遠隔陽極電流においてではあるが、典型的には０．２〜１００ｍｔｏｒｒの圧力及び１０〜２００ａｍｐの遠隔陽極電流の範囲内で０．５〜１μｍ／ｍｉｎに達する。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ浸漬イオン窒化処理は、基板温度が典型的には３５０℃を上回らない低温の処理である。このプロセスでは、基板は、浮遊状態であっても、接地されていても、又は非常に低い負バイアス電圧（例えば、−１００Ｖ未満）でバイアスされていてもよい。そうした低バイアス電圧でのイオン窒化処理は、高い正の遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ電位によって、プラズマ・イオンが、接地された基板電位を上回る高いプラズマ電位から過度のエネルギーを受け取るためである。或は、ガス状の遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマによる窒素、燐、シリコン、炭素といった元素の低エネルギー・イオン注入を、典型的には−２００〜−１５００ボルトの比較的低い基板バイアス電圧で行うこともできる。図６に、遠隔陽極ア���ク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ処理中の電位分布の図を示す。典型的な遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマプロセスでは、主陰極は、接地主陽極に対して−２０〜−５０ボルトの電位を有する。改良例では、浮遊状態の基板電位は、主陰極に対して−１０〜−５０ボルトである。イオン窒化処理、浸炭処理、及び他のイオン拡散飽和プロセスにおけるバイアスされる基板電位は、主陰極に対して典型的には−１０〜−２００Ｖであるが、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ浸漬の低エネルギー・イオン注入プロセスでは、基板バイアスは、典型的には−２００〜−１５００ボルトである。
【００３８】
また、図５のモジュール式チャンバ・レイアウトを使用して、ガス遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ・チャンバ（例えば、図５のモジュール１５６、１５８及び１６４）内で遠隔陽極アーク・プラズマ支援化学気相堆積（ＲＡＡＣＶＤ：ｒｅｍｏｔｅ  ａｎｏｄｅ  ａｒｃ  ｐｌａｓｍａ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ＣＶＤ）プロセスを行うことも可能であることがわかる。例えば、この低圧プラズマ浸漬化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス装置は、０．１〜１％のメタン、バランス水素、又は水素・アルゴン混合物からなるプラズマ生成ガス雰囲気中で多結晶のダイヤモンド被膜を堆積させるために使用することができる。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマは、多結晶のダイヤモンド被膜の形成に寄与する高密度の原子状水素及びＨＣラジカルを有する反応性雰囲気の強力な活性体として働く。このプロセスでは、被膜される基板は、接地されていても、浮遊状態にあっても、又は主陰極に対して−１００ボルトを下回らない負電位にバイアスされていてもよい。プラズマ促進低圧化学気相堆積プロセスにおける多結晶のダイヤモンド被膜の堆積に対して、必要に応じて基板温度を２００℃〜１０００℃に維持するために、独立した輻射ヒータ・アレイを使用することができる。
【００３９】
別の実施例では、曲線の壁に沿って整列するプラズマ源を有する被膜システムが提供される。図７Ａは、中心に位置するシールドされた陰極チャンバを備えるバッチ被膜システムの概略上面図を提供する。図７Ｂは、図７Ａのバッチ被膜システムの概略斜視図を提供する。被膜システム１９０は、真空チャンバ１９２、陰極１９６を含む陰極チャンバ１９４、及びシールド１９８を含む。真空チャンバ１９２は、実質的に円形の断面を有する。また、システム１９０は、陰極１９６と主陽極２０２との間の電位を設定する一次電源２００を含む。また、システム１９０は、それぞれがターゲットＴｓ、電源Ｐｓ、及び陽極Ａｓを含むマグネトロン・スパッタ源２０４〜２１０を含む。改良例では、マグネトロン・スパッタ源２０４〜２１０は、真空チャンバ１９２の断面と同じ中心を有する円に沿って配置される。また、システム１９０は、電源２１６及び２１８によって陰極１９４に対してある電位に設定される遠隔陽極２１２及び２１４を含む。本実施例では、基板２２は、基板２２が被膜されるとともに、円周方向ｄ２に沿って軸のまわりを移動する。図７Ａ及び７Ｂの変形例のそれぞれにおいて、プラズマは、陰極１９６と遠隔陽極との間を流れる。この流れは、典型的には、５．０８〜５０．８ｃｍ（２〜２０インチ）の、遠隔陽極（又はスパッタ源）と基板（すなわち、基板の上部）との間の離隔距離によって閉じ込められる。閉じ込めは、被膜ゾーンを通して続く。さらに、プラズマは、図１Ｄに関して上述したように基板の移動と垂直な方向に陰極に沿ってラスター走査される。
【００４０】
上述したように、遠隔陽極２１２及び２１４は、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａを有する。マグネトロン・スパッタ源２０４〜２１０は、直線状の供給源寸法Ｄｓを有する。陰極ターゲット１９６は、直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃを有する。基板ホルダ２０は、直線状のホルダ寸法Ｄｈを有する。改良例では、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａ、直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃ、及び直線状のホルダ寸法Ｄｈは、互いに平行である。別の改良例では、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａは、直線状のホルダ寸法Ｄｈ以上である直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃ以上である。
【００４１】
上述した実施例がアーク・プラズマ・マグネトロン・スパッタリング被膜堆積プロセス中にプラズマ密度をさらに向上させるように、被膜チャンバ内で外部磁場を印加することが可能であることがわかる。好ましい磁場は、陰極アーク・チャンバ及び／又は遠隔陽極と略平行に整列した磁力線を有する。このことは、アーク放電電圧の増加、したがって電子エネルギー及び被膜チャンバに沿ったアーク・プラズマ伝搬長に寄与する。例えば、外部磁場は、図５に示す一列に並んだ被膜システムの被膜チャンバに沿って印加されてもよい。
【００４２】
上述した被膜チャンバ内の均一なプラズマ密度分布は、被膜堆積領域を均一にカバーするように遠隔陽極及びシールドされた真空アーク陰極ターゲットの電子放出面の両方を適切に分布させることによって実現することができる。例えば、被膜堆積領域の高さが１ｍである場合、シールドされた陰極ターゲットの電子放出面、及び電子電流収集遠隔陽極面の両方を、この１ｍの高さの被膜堆積領域を均一にカバーするように分布させなければならない。これらの要求を実現するために、いくつかの小さな陰極ターゲットをシールドされた陰極チャンバ内に据え付けることができ、陰極ターゲットのそれぞれが独立した電源の負極に接続される。陰極ターゲットは、略均一に分布し、したがって、陰極ターゲットそれぞれによって放出された電子流がシールドされた陰極チャンバの外側で重なり合い、被膜堆積領域上の電子密度の略均一な分布が提供される。遠隔アーク電源の正極は、被膜堆積領域の高さと略同じ高さを有し、図１及び４〜６に示すような被膜される基板を備える基板ホルダに面する１つの大きな陽極板に接続されうる。それぞれが遠隔アーク電源の正極に接続された陽極板の組を用いて、被膜堆積領域上に電子密度の均一な分布を提供することができる。同様に、シールドされた陰極チャンバ内の１組の小さな陰極ターゲットを使用する代わりに、被膜堆積領域の直線状の寸法と同様の直線状の寸法を有する単一の大きな陰極ターゲットを、遠隔アーク放電の陰極として使用することができる。この場合、電子放出スポット（すなわち、陰極アークのスポット）は、陰極ターゲット上をラスター走査され、被膜堆積領域上の電子放出電流の略均一な分布を提供する。大きな陰極ターゲット領域上の陰極アーク・スポットのラスター走査は、例えば、陰極アーク・スポットを陰極ターゲットのアーク蒸発領域上で磁気ステアリングすることによって、又は機械的に移動させることによって実現することができる。
【００４３】
図８Ａ〜８Ｈに関連して、磁気ステアリングされる陰極アーク・スポットを使用する、図７Ａ及び７Ｂの被膜システムの改良例を表す概略図が提供される。本変形例は、米国特許第６，３５０，３５６号の特徴を組み込み、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。図８Ａを参照すると、システム１９０’は、ハウジング２７４の２つの対向側面間の、陰極チャンバ１９４内部に形成されるプラズマ・ダクト２７２を囲むダクト磁気コイル２７０を含む。コイル２７０は、陰極ターゲット１９６の側面１９６Ａに面する巻線２７０Ａ、及び陰極ターゲット１９６の側面１９６Ｂに面する反対側の巻線２７０Ｂを含む。陰極ターゲット１９６は、長さがｄＡの略棒状である。ダクト・コイル２７０は、ダクト２７２に沿った磁場を生成し、磁力線が陰極ターゲット１９６の側面１９６Ａ及び１９６Ｂと略平行である。陰極アーク・スポット２７８が蒸発面１９６Ａ又は１９６Ｂ上で点弧されると、アーク・スポット２７８は、棒陰極１９６の長い側面に沿って移動する。棒の端部で、アーク・スポット２７８は、側面を切り替えて、棒の反対側で反対方向にその移動を続ける。磁力線に垂直な陰極棒の側面に取り付けられた絶縁セラミックス板（図示せず）は、アーク・スポットが陰極１９６の蒸発面から逸脱するのを防ぐ。シールド１９８は、被膜チャンバ１９２内の被膜領域に面するプラズマ・ダクト２７２の端部に任意選択で据え付けられる。改良例では、シールド１９８は、被膜プロセスの段階に応じてプラズマ・ダクト２７２を開閉できるように移動可能である。シールド１９８が閉じている場合、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマによるマグネトロン・スパッタリング環境のイオン化を促進しながら遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスを行うことができる。ダクト２７２の端部が開いている場合は、陰極アーク・プラズマは、ダクト・コイル２７０によって生成された磁力線に沿って被膜される基板２２へ向かって流れ、その結果望ましくない中性金属原子及びマクロ粒子から磁気的にフィルタされた陰極アーク金属蒸気プラズマによる陰極アーク被膜の堆積が行われる。フィルタ処理陰極アーク被膜堆積は、単一のプロセスフェーズとして、又はマグネトロン・スパッタ源２０４〜２１０によるマグネトロン・スパッタリングとともに行われてもよい。陰極チャンバ１９４内の陰極１９６と遠隔陽極２１０、２１４との間に確立された遠隔アーク放電によるプラズマ環境のイオン化及び活性化は、被膜の密度、平滑度、並びに他の物理化学的な及び機能的な特性を改善する。
【００４４】
図８Ｂ及び８Ｃを参照すると、細長い矩形の棒陰極のまわりで陰極アーク・スポットを磁気ステアリングするメカニズムを表す概略図が提供される。矩形の棒状陰極１９６は、ダクト・コイル巻線２７０の２つの部分間に置かれる。左の巻線２７０ａ及び右の巻線２７０Ｂは、陰極１９６の蒸発側面に面する。陰極側面１９６Ａは、ダクト・コイル巻線側２７０Ａに面し、陰極側面１９６Ｂは、ダクト・コイル巻線側２７０Ｂに面する。ダクト・コイル巻線２７０によって生成された磁場Ｂは、ダクト・コイル巻線に面する陰極１９６の側面と平行で、同時に細長い陰極１９６の軸ｄＡ（すなわち、陰極ターゲット１９６の長い側面）に垂直である。陰極アーク・スポット２７８がダクト・コイル巻線に面する陰極１９６の側面で点弧されると、陰極ターゲット１９６の表面と垂直に、したがってダクト・コイル２７０によって生成された磁力線Ｂと垂直にアーク電流Ｉａｒｃが生成される。この場合、陰極アーク・スポットは、陰極の長い側面に沿って平均速度Ｖａｒｃで移動し、この速度は、アーク電流Ｉａｒｃと磁場Ｂの積によって規定されるアンペールの力に比例し、よく知られているアンペールの法則
Ｖａｒｃ．＝（−／＋）ｃ＊Ｉａｒｃ＊Ｂ，      （１）
に従い、ここでｃは陰極材料によって規定される係数である。また、ダクト・コイル２７０によって生成された磁場が陰極ターゲットの４つの側面と平行である（すなわち、陰極ターゲット１９６の蒸発側面のまわりで同一方向に長い）ので、アーク・スポットの移動の方向（上記式中のかっこ内の符号）は、陰極ターゲットの材料によって決まる。例えば、陰極アーク・スポット２７８Ａがダクト・コイル巻線２７０Ａに面する陰極側面１９６Ａ上に生成される場合、アーク・スポットは、陰極ターゲット１９６を長い側面１９６Ａに沿って下に移動する。陰極棒の端部で、アーク・スポットは、短い側面１９６Ｄの方に向きを変え、続いて長い側面１９６Ｂの方に向きを変え、次いで長い側面１９６Ｂに沿って進む。
【００４５】
図８Ｃは、ダクト・コイル２７０によって生成された磁力線２８０と平行な、陰極ターゲット１９６の蒸発側面１９６ａ、１９６ｂ、１９６ｃ及び１９６ｄに沿って移動するアーク・スポットを表す。ダクト・コイルは、ダクト・コイル電源２８２によってエネルギーを与えられるが、アーク電源２８４は、陰極ターゲット１９６に接続されている。ダクト・コイルは、電流導体２８６、２８８、２９０及び２９２を含む電気回路によって接続されたコイル２７０ａ及び２７０ｂを含む。磁力線に垂直な陰極ターゲット１９６の側面は、アーク・スポットが陰極ターゲット１９６の蒸発面を逸脱するのを防ぐ絶縁板２９４によってカバーされる。陰極アーク・プラズマは、磁力線２８０を横切ってプラズマが拡散するのを防ぐ、ダクト・コイル２７０Ａ及び２７０Ｂによって生成された磁力線２８０によってトラップされるが、プラズマは、磁力線２８０に沿って自由に移動することができる。
【００４６】
図８Ｄは、ダクト・コイルによる陰極スポットのステアリングに関するさらなる詳細を提供する。ダクト・コイル２７０によって生成された磁場は、上述したように磁力線と平行な陰極ターゲット棒１９６の側面に沿って陰極アーク・スポットをステアリングする。陰極アーク・スポットの移動の方向は、矢印ＡＤによって示される。プラズマ・ダクト２７２の端部は、開けられ、それによって陰極金属蒸気プラズマが磁力線に沿って被膜チャンバ内の基板ホルダ２０に据え付けられた基板２２に向かって流れることができる。中性粒子及びマクロ粒子は、ダクト２７２の内部壁上の陰極チャンバ内部にトラップされ、ほぼ１００％イオン化された金属蒸気プラズマがプラズマ・ダクト２７２の外側の被膜領域に入るようにする。陰極チャンバのこの設計は、本質的に、改良された被膜を堆積させるために、出てくる金属蒸気プラズマ中のマクロ粒子及び中性粒子を取り除き、ほぼ１００％原子的にクリーンなイオン化された金属蒸気をもたらすことができるフィルタ処理陰極アーク金属蒸気プラズマ源の設計である。陰極１９６と遠隔陽極２１２、２１４との間に確立された遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマは、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）被膜堆積プロセスにおけるプラズマ環境のイオン化及び活性化を向上させ、結果として改善された被膜特性が得られる。この設計では、ハイブリッドの被膜堆積プロセスは、単一の陰極アーク若しくはマグネトロン被膜堆積として、又は陰極アーク金属蒸気プラズマを高度にイオン化された遠隔アーク・プラズマ環境中に浸漬されたマグネトロン金属スパッタリング流と組み合わせるハイブリッド・プロセスとして行われてもよい。
【００４７】
図８Ｄをさらに参照すると、大面積マグネトロン・スパッタリング被膜堆積プロセス及びハイブリッド・プロセスのアーク・プラズマ促進に関する課題が、陰極ターゲット棒１９６との見通し線外に少なくとも１つの遠隔アーク陽極を置くことによって対処されている。この変形例では、基板ホルダ２０’によって保持された少なくとも１つの基板２２、及びマグネトロン・スパッタ源２０４〜２１０は、プラズマ・ダクト２７２の外側の被膜チャンバ領域内に置かれる。この遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスは、従来のマグネトロン源によって生成された金属スパッタリング流を、高密度の、高度にイオン化された遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）ガス・プラズマ中に効果的に浸漬する。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマに電力を供給する遠隔アーク電源（図示せず）は、アーク陰極ターゲット１９６と少なくとも１つの遠隔陽極２１２との間に据え付けられる。遠隔陽極２１２、２１４は、アーク陰極１９６と最も近い陽極との間で点弧される陰極チャンバ内の主アーク放電に電力を供給する電源よりも少なくとも２０％高い開路電圧を提供する。最も近い陽極は、プラズマ・ダクト・エンクロージャの内部壁２９６Ａ、２９６Ｂ、又は任意選択でプラズマ・ダクト２７２内部の独立した陽極電極であってもよい。別の改良例では、それぞれがプラズマ・ダクト２７２内部に置かれた少なくとも１つのアーク陰極に関連付けられたいくつかの追加の遠隔陽極を利用することができる。遠隔陽極は、陰極１９６から見通し線外の、プラズマ・ダクト２７２の端部開口部間の被膜チャンバ内部の戦略的な位置に置かれる。プラズマ・ダクト２７２の端部開口部と遠隔陽極２１２、２１４との間の最小距離は、陰極と遠隔陽極との間に印加される電圧が、陰極と、電気的に接地されていても又は絶縁されていてもよい主（最も近い）陽極との間の電圧降下の１．２〜１０倍を上回ったときにプラズマ放電がブレークダウンする距離よりも小さくなければならない。
【００４８】
図８Ｅは、マクロ粒子フィルタを利用する、図８Ａ〜８Ｄの被膜システムの変形例を表す。この変形例の設計は、米国特許第７，４９８，５８７号及び欧州特許出願第ＥＰ１  ８５２  ８９１  Ａ２号の改良されたマクロ粒子フィルタを組み込み、それらの開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。システム１９０’は、陰極ターゲット１９６の両側に隣接して置かれ、プラズマ・ダクト２７２の両側に面するトリミング・コイル３００ａ及び３００ｂを含む。対向するダクトの内部壁２９６Ａ及び２９６Ｂは、溝、又は任意選択でマクロ粒子をトラップするためのバッフルを備える。ダクト・コイル２７０は、陰極ターゲット１９６Ａの長辺と平行であるが、ダクトの側面２９６Ａに面する巻線部分２７０Ａによってダクト２７２を囲む。同様に、巻線部分２７０Ｂは、陰極ターゲット１９６ｂの長辺と平行で、ダクトの側面２９６ｂに面する。トリミング・コイル３００Ａ、３００Ｂは、電磁コイル３０４によって囲まれた磁芯３０２を含む。陰極アーク・スポットは、上述した式（１）によるアンペール力の影響下で、陰極ターゲット１９６の蒸着側面１９６Ａ及び１９６Ｂに沿って移動する。ダクト２７２の対称面に垂直な陰極ターゲット１９６の側面は、アーク・スポットが陰極ターゲット１９６の蒸発面を逸脱するのを防ぐために、セラミック絶縁板２９４Ａ及び２９４Ｂによってカバーされる。トリミング・コイル３００Ａ、Ｂによって生成される磁場の方向は、ダクト・コイル２７０によって生成される磁場の方向と一致する。しかし、陰極ターゲットの蒸発面１９６Ａ又は１９６Ｂの近傍で、トリミング・コイル３００Ａ、Ｂによって生成される磁力線は、アーチ形であり、それによって、陰極アーク・スポットを、よく知られた鋭角規則による要請として陰極ターゲットの蒸発領域内部に閉じ込めることができる（例えば、Ｒ．Ｌ．Ｂｏｘｍａｎ，  Ｄ．Ｍ．Ｓａｎｄｅｒｓ，  ａｎｄ  Ｐ．Ｊ．Ｍａｒｔｉｎ，  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．  Ｐａｒｋ  Ｒｉｄｇｅ，  Ｎ．Ｊ．：Ｎｏｙｅｓ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  １９９５  ｐｇｓ．４２３−４４４を参照）。
【００４９】
図８Ｆ、８Ｇ及び８Ｈは、トリミング・コイル３００Ａ、Ｂによって生成された磁場によるアーク閉じ込めのメカニズムを示す概略図を提供する。陰極アーク・スポット２７８は、アーク・スポット閉じ込めの鋭角規則によって要請されるようにアーチ形の磁力線の最上点の下に位置する。陰極ターゲット１９６の蒸発面上方のアーチ形の形状を有する磁場は、ダクト２７２に面する陰極ターゲット１９６の両側のトリミング・コイル３００ＡのＳ極とトリミング・コイル３００ＢのＮ極との間に生成される。プラズマ・ダクト２７２内部の磁場の形状は、数値計算を使用して評価される。ダクト・コイル２７０及びトリミング・コイル３００の両方がオンしているとき、プラズマ・ダクト２７２内部の磁場が同じ方向の磁場を生成することが図８Ｇに示されている。この図は、磁力線が同じ方向を向いてはいるが、それでも陰極ターゲット１９６の蒸発面の近傍でアーチ形の形状を有することを示す。このモードでは、中性の金属原子及びマクロ粒子から磁気的にフィルタされた陰極アーク・プラズマは、磁力線に沿ってプラズマ・ダクト２７２から、プラズマ・ダクト２７２の外側の被膜チャンバの被膜領域で被膜される基板（図示せず）へ向かって流れる。このフィルタ処理陰極アーク堆積モードでは、たとえあったとしても、わずかな中性の金属原子又はマクロ粒子しか有さない、ほぼ１００％イオン化された金属蒸気プラズマが基板上に堆積し、それによって優れた特性を有する欠陥のない被膜を生成する。マグネトロン・スパッタリング被膜も、この動作モード中にプラズマ・ダクト２７２の外部壁に置かれたマグネトロンによって堆積させることができる。この動作モード中の被膜堆積プラズマ環境のさらなるイオン化及び活性化は、陰極１９６と、プラズマ・ダクト２７２の外部壁上の、或はマグネトロン源（図示せず）に対向する被膜チャンバの内部壁上のマグネトロンに隣接して置かれた遠隔陽極２１２、２１４との間に確立された遠隔アーク放電によってもたらされる。図８Ｈを参照すると、磁力線は、ダクト・コイル２７０が「オフ」しているとき、プラズマ・ダクト内部で方向を切り替えていることが示されている。しかし、両方のトリミング・コイル３００Ａ、Ｂが「オン」しているとき、陰極ターゲット１９６の蒸発面上方にアーチ形の磁場が生成される。動作モードに応じて、偏向ダクト・コイル２７０によって生成される偏向磁場を「オン」又は「オフ」することができる。偏向ダクト・コイル２７０の磁場を「オン」にしたとき、陰極ターゲット１９６によって生成された金属蒸気プラズマは、プラズマ・ダクト２７２の全体にわたって高い指向性で基板２０に向かって輸送される。偏向ダクト・コイル２７０を「オフ」にしたとき、陰極ターゲット１９６によって生成された金属蒸気プラズマは、基板２０に向かって輸送されないが、陰極アーク・スポットは、トリム・コイル３００Ａ、Ｂによって生成されたステアリング磁場によって推進される、ターゲット棒１９６のまわりの移動を続ける。この変形例では、ダクト・コイルは、機械シャッター又は図８Ａに示すようなシールドを不要にする磁気シャッターとして働く。磁気シャッターが「オン」の場合、金属蒸気は、プラズマ・ダクトを通って処理チャンバ内の基板２０に向かって輸送される。磁気シャッターが「オフ」の場合、磁気シャッターが閉じられ、金属蒸気は、基板２０に達しない。図８Ｈは、ダクト・コイルの電流がゼロに設定され、トリム・コイルの電流が０．１アンペアに設定されているときに、プラズマ・ダクト２７２中の磁場の分布がゼロであり、ダクト・コイルの電流がゼロであることを示す。ダクト・コイル２７０の磁場がゼロのとき、金属蒸気プラズマをプラズマ・ダクト２７２から運び出す磁場はないが、トリム・コイル３００ａ、３００ｂは、依然として、ターゲット１９６の蒸発領域内部へのアーク・スポット２７８の閉じ込め（蒸発ターゲット表面での磁気アーチ形状）、及び陰極棒１９６のまわりのアーク・スポットの移動のステアリングの両方を行うのに十分な、アーチ形幾何学形状を有する磁場を生成することがわかる。この後者の動作モードにおいて、陰極アーク金属蒸気プラズマがプラズマ・ダクト内部にトラップされるとき、電子は、それでもプラズマ・ダクトから、被膜チャンバ内のプラズマ・ダクト２７２の外側に置かれた遠隔陽極に向かって流れる。結果として生じる遠隔アーク放電は、プラズマ・ダクト２７２内の陰極１９６と、プラズマ・ダクト２７２の外部壁に又はマグネトロン源（図示せず）に対向する位置の被膜チャンバの壁に置くことができる遠隔陽極（図示せず）との間に確立される。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマは、被膜チャンバ内の被膜堆積処理環境のイオン化及び活性化を促進し、結果として優れた特性を有する改良された被膜の堆積がもたらされる。
【００５０】
磁気シャッターが閉まっているとき、陰極ターゲット１９６は、それでも、遠隔陽極に向かって抽出可能な大きな電子電流を生成し、処理チャンバ内に遠隔アーク支援放電プラズマを確立する。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマは、１０１０〜１０１３ｃｍ−３の高い密度、３〜２０ｅＶの高い電子温度、及び遠隔陽極の電位に概ね似た高いプラズマ電位によって特徴づけられる。実証研究によって、磁気シャッターがプラズマ・ダクト２７２を密閉することができ、それによって磁気シャッターが閉まっているときに金属蒸気プラズマが基板２０に達するのを防ぐことが確認されている。これらの実験で使用された陰極ターゲット棒１９６は、ステンレス鋼で作られた。基板２０として使用されるシリコンウェーハは、２時間の被膜堆積プロセス中に５ＲＰＭで回転する円テーブル基板ホルダの基板保持シャフトに据え付けられる。トリム・コイル３００の電流は、０．２Ａに設定され、ダクト・コイル２７０の電流は、ゼロに設定される。アルゴンの圧力は１．５ｍｔｏｒｒであり、主アークの電流は、１４０アンペアである。２時間曝した後、基板を取り外し、被膜厚さが、Ｖｅｅｃｏ  ＮＴ３３００  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｆｉｌｅｒを使用して光学干渉法によって測定される。結果を、以下の表１に示す。
【００５１】
【表１】
2015086471.tif 000003
【００５２】
表１に示す結果から、磁気シャッターが閉まっているとき、回転する基板ホルダ上の堆積速度は、６ｎｍ／ｈｒを上回らないということになる。フィルタ処理陰極アーク堆積又はマグネトロン・スパッタ源のいずれかによって、被膜堆積プロセスで生成される平均の被膜厚さは、典型的には１μｍ／ｈｒを上回る。この場合、金属蒸気の漏れによって、被膜内のドーピング元素が、産業用の被膜堆積プロセスで使用される陰極ターゲットの不純物の通常のレベルを超えて増加することはない。
【００５３】
遠隔アーク支援表面エンジニアリング（ＲＡＡＳＥ：ｒｅｍｏｔｅ  ａｒｃ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）チャンバ内で以下のプロセスを行うことができる。
高密度の遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ中でのイオン・クリーニング／エッチング（磁気シャッターは閉まっている）。
低温イオン窒化処理又は酸窒化処理、プラズマ浸炭処理。このプロセス中の基板の温度は、１５０℃程に低くてもよい。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）窒素プラズマ中のＭ２鋼のイオン窒化処理の速度は、０．１〜０．５μｍ／分である（磁気シャッターは閉まっている）。
低エネルギー・イオン注入（２ｋＶ未満の基板バイアス）（磁気シャッターは閉まっている）。
フィルタ処理アーク被膜の堆積（磁気シャッターは開いている）。
遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスによるマグネトロン・スパッタリング被膜の堆積（磁気シャッターは閉まっている）。
フィルタ処理アーク被膜によって変調されたマグネトロン・スパッタリング被膜の堆積（必要な被膜変調周期を実現するためデューティサイクルごとに磁気シャッターをオフ／オン）。
【００５４】
図９Ａ〜Ｅに関連して、追加のマグネトロン源を有するフィルタ処理アーク支援マグネトロン・スパッタリング（「ＦＡＡＭＳ」：ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ａｒｃ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）ハイブリッド・フィルタ処理アーク・マグネトロン双方向システムの概略図が提供される。この変形例では、追加のマグネトロン・スパッタ源３１０〜３１６は、フィルタ処理アーク源１９６と磁気的に結合されたアーク陰極チャンバ１９４に隣接して置かれ、１０度〜８０度の開き角を形成するマグネトロン・ターゲットを有する。この開き角Ａｏは、基板に向かうマグネトロン・スパッタリング流を集束させる手助けをする。フィルタ処理アーク支援マグネトロン・スパッタリング・ハイブリッド被膜堆積プロセスでは、フィルタされたアーク金属プラズマは、ダクト・コイル２７０によって生成された輸送磁場の磁力線に沿って流れる。さらに、磁力線は、プラズマ・ダクト２７２の出口で分岐する。これによって、マグネトロン・スパッタリング・ターゲット領域のそばをターゲット表面に近接して通過し、大きな閉ループ磁場トポロジーを有するマグネトロン放電領域を横切る、フィルタ処理アーク陰極からの金属イオンが得られる。これらの金属イオンの実質的な部分は、マグネトロン磁場にトラップされ、マグネトロン・ターゲットのスパッタリングに寄与し、スパッタ・ガス（アルゴン又は他の希ガス）がない場合でさえ、１０−６〜１０−２ｔｏｒｒの幅広い圧力でスパッタリングを起こすことができる。フィルタ処理アーク陰極によって生成された金属イオンの別の部分は、基板２２に向かって進み、そこで集束マグネトロン・スパッタリング流と混合し、一部がマグネトロン・スパッタリング被膜堆積プロセスのイオン化された金属を提供する。金属蒸気のイオン化率を向上させることによって、被膜の密着性、密度、及び他の機械的特性、並びに平滑度が改善されることはよく知られている。
【００５５】
図９Ｂは、フィルタ処理アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＦＡＡＭＳ）ハイブリッド・フィルタ処理アーク・マグネトロン双方向源のさらなる特徴を提供する。任意選択の追加の集束磁気コイル３２０は、プラズマ・ダクトの出口開口部に対向して置かれ、それによって、プラズマ密度のさらなる改善を行い、マグネトロン・スパッタリング流と被膜チャンバ内で被膜される基板に向かって集束するフィルタされたアーク金属プラズマ流との混合を制御する（図示せず）。加えて、任意選択の集束磁気コイル３２４が、プラズマ・ダクト２７２の出口部分のマグネトロン・ターゲット３１０〜３１６のまわりに置かれる。集束コイル３２４は、マグネトロン・ターゲット近くのプラズマ密度の濃度を改善する。ダクト・コイルに隣接する側でこれらのコイルによって生成される磁力線の方向は、ダクト・コイルによって生成される輸送磁場と同じ方向を有する。図９Ｃは、図９Ｂのシステムの改良例の概略図を提供する。この改良例では、磁場集束コイル３２８の対が、プラズマ・ダクトの出口部分に置かれ、マグネトロン源の両側でプラズマ・ダクトを囲む。図９Ｄは、図９Ａ〜Ｃの被膜システムの上部断面図を提供し、遠隔アーク・プラズマ（Ｆｌ）、マグネトロン・スパッタリング流（Ｆ２）、及びフィルタされたアーク・プラズマ流（Ｆ３）が表されている。これらの集束コイルによって生成される磁場の方向は、ダクト・コイルによって生成される輸送磁場の方向と一致する。図９Ｅは、被膜システムのさらに別の変形例を提供する。図９Ｅは、被膜される基板２０を備える回転する基板保持ターンテーブル２２を有する被膜チャンバ１９２の区分概略図を表す。陰極チャンバ１９４は、被膜チャンバ１９２内で被膜される基板２０に対向して置かれる。陰極チャンバ１９４内の主アーク放電は、ハウジング２７４で囲まれた陰極ターゲット１９６上のストライカ４４０によって点弧される。ハウジング２７４は、陰極ターゲット１９６の表面から放出されたイオン、原子及びマクロ粒子などの重粒子に対しては透過性がないが、電子が被膜チャンバ１９２内の遠隔陽極に向かって自由に流れることを可能にする開口部を備えたシールド１９８を有する。マグネトロン・ターゲット３１０、３１２は、マグネトロン・ターゲットから放出されたスパッタリング流がシールド１９８の前で高度にイオン化されたプラズマと結合し、被膜チャンバ１９２内の基板２０に向かって集束するように、陰極チャンバ・シールド１９８に隣接して置かれる。この配置では、陰極シールド１９８の前で生成する遠隔アーク・プラズマの陰極の部分は、マグネトロン・スパッタリング流と結合し、結果としてマグネトロン・ターゲット３１０、３１２のそばで生成するメタル・ガス・プラズマのイオン化及び活性化の実質的な増加をもたらし、このことが、被膜の密着性、密度、平滑度のさらなる改善、欠陥の低減、及び異なる用途に対するこれらの機能特性の改善に寄与する。
【００５６】
フィルタ処理アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＦＡＡＭＳ）表面エンジニアリング・システムは、以下のモードで動作することができる。
遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ浸漬イオン・クリーニング、イオン窒化処理、低エネルギー・イオン注入。陰極アーク源が動作しているこのモードでは、両方のトリム・コイルは、オンであるが、プラズマ輸送ダクト・コイルは、オフである。ダクト・コイルをオフにすることにより、プラズマ・ダクトの中心に置かれた陰極によって生成された金属プラズマが、プラズマ・ダクトから出て被膜チャンバ内で被膜される基板に向けて到達するのが効果的に防止されるが、ガス状の高密度の、及び高度にイオン化された遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマは、プラズマ・ダクトの内部、及び被膜される基板が基板ホルダに置かれるチャンバ内の領域を含む処理チャンバ全体を満たす。この高密度のガス・プラズマは、プラズマ浸漬イオン・クリーニング、イオン窒化処理（並びに、イオン浸炭処理、酸浸炭処理、ほう化処理、及び他のイオン飽和プロセス）、及び低エネルギー・イオン注入のための高度にイオン化された環境を提供する。また、この高密度のガス・プラズマは、炭化水素含有ガス雰囲気が被膜チャンバ内で生成されるとき、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）被膜の堆積を含む遠隔アーク支援化学気相堆積（ＲＡＡＣＶＤ）プロセスに使用されてもよい。このモードでは、遠隔アーク・プラズマ支援化学気相堆積プロセスを行うことができる。さらに、基板を（基板のタイプに応じて）５００〜１０００℃の堆積温度に加熱するとき、多結晶のダイヤモンド被膜を堆積させることが可能である。そうしたプロセスでは、ガス圧力は、典型的には１〜２００ｍＴｏｒｒであり、ガス雰囲気は、典型的には、ポンプ・システムの能力に応じて５０〜２００ｓｃｃｍの水素流量の水素中に０．１〜２％のメタンを含み、残りがアルゴンである。ダクト・コイルは、プラズマ・ダクト内の陰極によって生成された金属プラズマの出口を効果的に閉じ、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）生成されたガス・プラズマに対する通り道を開く磁気シャッターとして働く。
ダクト・コイルがオフ（磁気シャッターは閉まっている）で、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマが、プラズマ・ダクト内の陰極とプラズマ・ダクトの外側の被膜堆積領域内の遠隔陽極（複数可）との間の被膜チャンバ内部で生成されるとき、高度にイオン化されたプラズマ環境を、プラズマ支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスに使用することができる。この場合、被膜領域内の、プラズマ・ダクトの外側に置かれたマグネトロン源がオンにされ、マグネトロン・スパッタリング・プロセスは、高度にイオン化された遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ環境中で行われる。このプロセスでは、マグネトロン・スパッタリングの生産性は、３０％を上回って向上し、被膜は、ガス・プラズマ生成イオンによる基板表面のイオン衝撃によって高密度化される。
プラズマ・ダクト・コイルがオンのとき、磁気シャッターは開いており、プラズマ・ダクト内の陰極によって生成された金属プラズマは、ダクト・コイルによって生成された輸送磁場の磁力線に沿って被膜堆積領域に流れ込む。フィルタされたアーク金属プラズマは、グラファイト棒をプラズマ・ダクト内の陰極ターゲットとして使用するとき、超硬度水素フリー四面体無定形炭素（ｔａ−Ｃ）被膜を含む様々な被膜の堆積に使用することができる。プラズマ・ダクトの出口部分に置かれ、基板に面するターゲットを有するマグネトロン源をオンにしたとき、ハイブリッド・フィルタ処理アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＦＡＡＭＳ）プロセスがスタートする。この場合、１００％イオン化された、フィルタされたアーク金属プラズマが、マグネトロン源を通過して、一般に５％未満の低いイオン化率を有するマグネトロン・スパッタリング原子金属流と混合する。混合された、フィルタされたアーク金属プラズマ及びマグネトロン・スパッタリング原子金属流は、プラズマ・ダクトの出口の前の被膜領域内の基板に向かって誘導され、これによって堆積する金属原子流の高い、及び制御可能な密度を有するハイブリッド・フィルタ処理アーク支援マグネトロン・スパッタリング被膜堆積がもたらされる。
【００５７】
図１０は、本発明の双方向遠隔アーク放電に関係する物理的なプロセスの概略図を提供する。主アークは、トリミング・コイル３００の対によって放電チャンバから絶縁された陰極ターゲット１９６の表面上でアーク点弧器によって起こされる。この供給源は、２つのモードで、すなわち、第１は、アーク蒸気プラズマがダクト・コイル２７０の力によって生成される長手方向磁場の磁力線に沿って輸送されるときの被膜堆積モードで、及び第２は、ダクト・コイルがオフにされ、アーク・プラズマが、閉じ込められ、１対のトリミング・コイル３００により生成された磁場によって処理チャンバから磁気的に絶縁されるときの電子放出モードで、働くことができる。プラズマ・ダクト２７２内部のプラズマ電位は低く、ほとんどの場合、接地されている最も近い陽極の電位に近いが、遠隔アーク放電プラズマ中では、電位は高く、遠隔陽極２１４の電位に近い。図２に、有限要素モデリングによって得られた、プラズマ・ダクト２７２と遠隔陽極２１４との間のプラズマ電位の典型的な分布を示す。
【００５８】
図１１に関連して、周辺に位置するシールドされた陰極チャンバ組立体を備えたバッチ被膜システムの概略図が提供される。被膜システム３３０は、真空チャンバ３３２、陰極チャンバ組立体３３４を含み、この陰極チャンバ組立体３３４が陰極チャンバ３３６、陰極３３８及びシールド３４０を含む。また、被膜システム３３０は、陰極３３８と主陽極３４４との間の電位を設定する一次電源３４２を含む。また、被膜システム３３０は、それぞれがターゲットＴｓ、電源Ｐｓ、及び陽極Ａｓを含むマグネトロン・スパッタ源３５６〜３６６を含む。また、被膜システム３３０は、電源３６２によって陰極３３８に対してある電位に設定された遠隔陽極３６０を含む。本実施例では、基板２２は、それらが被膜されるにつれ、方向ｄ３に沿って軸のまわりを移動する。
【００５９】
図１２は、被膜チャンバの中心に位置するシールドされた陰極アーク電子放出源を提供するさらなる変形例を示す。具体的には、本変形例は、その中心領域に陰極チャンバ組立体３８２が位置する円形のバッチ被膜システム３８０を提供する。陰極３８４は、被膜システム３８０の軸に概ね沿って陰極チャンバ組立体３８２内部に置かれる。陰極チャンバ組立体３８２は、開口部３９０及び３９２が画定される陰極エンクロージャ３８８、陰極３８４、任意選択の主陽極（図示せず）、及びシールド３９６、３９８をそれぞれ含む。エンクロージャ３８８、及びシールド３９６、３９８は、それぞれ、陰極３８４を真空チャンバ４００から絶縁し、陰極チャンバ３８２内で点弧されるアーク放電に対する主陽極としても働くことができる。また、主アーク電源は、陰極３８４と陽極エンクロージャ３８８との間に設けられる（図示せず）。エンクロージャ３８８、及びシールド３９６、３９８それぞれは、電子放出電流を真空チャンバ４００内へ送出するための開口部を画定するが、同時に、陰極３８４から放出された金属蒸気原子、イオン及びマクロ粒子などの重粒子が被膜チャンバ４００内の被膜される基板２０に到達するのを阻止する障壁として働く。マグネトロン・スパッタ源４０２、４０４及び４０６は、チャンバ４００の壁４０８に取り付けられる。遠隔陽極４１０、４１２及び４１４は、対応するマグネトロン源に隣接して、好ましくはこれらのスパッタ源を囲むように置かれる。基板２０は、陰極チャンバとマグネトロン・スパッタリング・ターゲットとの間の距離ｄ１にある回転テーブル・プラットホーム４２０上に置かれる。マグネトロン・ターゲット表面から基板２０までの距離は、典型的には１０．１６〜２５．４ｃｍ（４〜１０インチ）である。遠隔アーク電源４２４、４２６、及び４２８は、遠隔陽極４１０、４１２及び４１４と陰極チャンバ３８２内の中心の陰極３８４との間に据え付けられる。陰極３８４は、熱電子フィラメント陰極であってもよいが、蒸発性真空アーク冷陰極を使用するのが好ましく、この蒸発真空アーク冷陰極は、炭化物、酸化物及び窒化物の被膜堆積用のメタン、酸素及び窒素などの化学的に反応性の強いガスを含有することができる反応性プラズマ処理環境に敏感でない。陰極３８４は、細長い熱電子フィラメント、又は細長い金属棒若しくはロッドの形態の冷陰極のいずれかである。さらに、陰極３８４は、被膜チャンバ４００の軸に沿って陰極チャンバ３８２内部に置かれ、陰極３８４の電子放出ゾーン長が基板２０装填ゾーンの高さと平行で、寸法的に略等しい。さらに、陰極３８４は、遠隔陽極３１０、３１２及び３１４の高さ以下の長さを有する。また、マグネトロン・ターゲットの高さは、遠隔陽極の高さ以下である。
【００６０】
改良例では、図１２に示すマグネトロン４０２、４０４、４０６を平面ヒータと置き換えることができる。被膜される基板は、ヒータ表面に配置され、シールドされた陰極チャンバ３８２が陰極３８４に関して置かれるチャンバの中心に面することができる。この場合、基板を９００℃に加熱することができ、同時に、陰極チャンバ３８２内の陰極３８４とチャンバ３８０の壁に置かれた遠隔陽極５３６、５３８、５４０との間の遠隔陽極アーク放電によってチャンバ３８０内に高度にイオン化された遠隔陽極アーク・プラズマを確立することができる。このプロセスでは、チャンバ３８０内のガス雰囲気が、１ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒの圧力のメタン、水素及びアルゴンの混合物から構成され、水素中のメタン濃度が０．１〜２原子重量％のとき、７００〜１０００℃の堆積温度に加熱された、ヒータの加熱面に置かれた基板に多結晶のダイヤモンド被膜を堆積させることができる。
【００６１】
図１３に関連して、電子放出真空アーク冷陰極源を組み込むシステムの概略図が提供される。具体的には、本変形例は、米国特許第５，２６９，８９８号のシステムの電子放出真空アーク冷陰極源の設計を採用し、この特許の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。ロッド形の陰極４３０が、陰極チャンバ４３２内部に取り付けられ、この陰極チャンバ４３２が、主アーク電源４３４によって電力が供給される真空陰極アーク放電のための主陽極として働く。陰極４３０は、アーク電源４３４の負出力部に接続され、陰極チャンバ４３２のエンクロージャ４３６は、アーク電源４３４の正出力部に接続される。図１３の破線によって示すように、主アーク電源の正出力部は任意選択で接地されてもよい。アーク電源４３４に対する接続部の反対にある、陰極４３０の端部に位置するストライカ４４０によって繰り返しアークが打たれる。螺旋形の電磁石コイル４４２は、陰極４３０と同軸方向に取り付けられ、磁束線が陰極４３０の軸と実質的に平行で、コイル電源４４６によって供給される電流に比例した大きさを有するソレノイド磁場を生成するように働く。被膜が堆積されることになる１つ又は複数の基板２０は、陰極チャンバ４３２を囲んで配置され、任意選択で、必要な場合は、堆積中に基板を回転させて、基板上の均一な被膜の膜厚分布を実現する基板保持ターンテーブル・プラットホーム（図示せず）に取り付けられる。また、アーク・スポット４５０、及び印加磁場の影響によって生じる典型的なアーク・スポット４５０の軌道４５２が表されている。アーク・スポットは、再度打たれる前にアーク電源４３４に対する接続部に向かって陰極４３０の長さのすべて又は一部を進む。絶縁体４５４は、アーク・スポット４５０の移動が陰極４３０の所望の蒸発可能な表面から外れるのを防ぐ。電磁石コイル４４２は、アーク回路から電気的に絶縁されてもよく、又は点線４５８によって示すように、アーク回路への接続によって陽極の一部を含んでもよい。或は、電磁コイル４４２は、陰極チャンバ４３２内の主アーク放電のための唯一の主陽極として働いてもよく、その場合は、電磁コイル４４２は、チャンバ４６６から電気的に絶縁され、主アーク電源４３４の正出力部に接続され、この正出力部が陰極チャンバ４３２から切り離される。１つ又は複数のマグネトロン・スパッタ源４６０は、遠隔陽極４７０によって囲まれたチャンバ４６６の壁４６２に沿って取り付けられる。遠隔陽極は、遠隔アーク電源４７２の正出力部に接続され、遠隔アーク電源４７２の負出力部が陰極チャンバ４３２の陰極４３０に接続される。陰極チャンバ４３０のエンクロージャ４３６は、陰極４３０によって放出された重粒子（イオン、中性原子及びマクロ粒子）が、陰極チャンバ４３２の外側の堆積領域に達するのを防ぐためのシールド４７８によってカバーされた開口部４７６を有するが、電子は、エンクロージャ４３６とシールド４７８との間の開口部４７６を通り抜けて被膜領域に自由に侵入することができる。遠隔アーク電流は、陰極チャンバ４３２内の陰極４３０と被膜チャンバ４６６の壁にあるマグネトロン・スパッタ源４６０を囲む遠隔陽極４７０との間を伝導する。遠隔陽極は、遠隔アーク電源４７２の正出力部に接続されるが、遠隔アーク電源４７２の負出力部は、陰極チャンバ４３２内の陰極４３０に接続される。遠隔アークは、マグネトロン・スパッタリング被膜堆積プロセス中にプラズマ環境をイオン化し活性化するが、被膜プロセスが開始する前の基板の予備イオン・クリーニング中の、並びにプラズマ浸漬イオン注入、イオン窒化処理及びプラズマ支援低圧化学気相堆積被膜堆積プロセスのための、被膜領域内のプラズマ環境のイオン化及び生成源としても働くことができる。
【００６２】
図１４Ａ〜１４Ｃに関連して、マクロ粒子フィルタを組み込む被膜システムの変形例の概略図が提供される。この変形例では、米国特許出願第２０１２／０１９９０７０号の陰極チャンバの設計が採用され、この特許出願の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。システム４８０は、マクロ粒子フィルタとして構成される陰極チャンバ４８４を含む。陰極チャンバ４８４は、細長い陰極４８６のまわりに対称に置かれた偶数のダクト組立体を含む。図１４Ａ及び１４Ｂに示した変形例は、４つのダクト組立体、すなわちダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４を含み、これらが効果的に陰極４８６のまわりにエンクロージャ４９６を形成する。ダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４は、正に帯電したイオンを陰極ターゲット４８６から基板２０に誘導するダクト５００、５０２、５０４、５０６を画定する。ダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４は、プラズマを誘導するための磁場を画定する。ダクト組立体それぞれは、支持部品５１０及びマクロ粒子を阻止するためのバッフル部品５１２を含む。改良例では、バッフル部品５１２は、マクロ粒子をフィルタ除去する能力を向上させるための突起部５１４を含む。ダクト組立体が正に帯電したイオンを跳ね返すために電気的にバイアスされるように、電気的ポスト５１６、５１８を使用して、フィルタ電源に接続する。ダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４が陰極４８６に対して正にバイアスされる場合、ダクト組立体は、陰極チャンバ４８４内部に確立される主アーク放電に対する主陽極として働く。また、ダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４は、絶縁され、浮遊電位を有してもよい。この場合、アーク・ステアリング電磁コイル（図示せず）は、図１４Ｂに示した本発明の実施例に関連して上で説明したように、陰極チャンバ４８４内の主アーク放電を点弧するための陰極４８６に対する主陽極として働くことができる。図１４Ｃに関連して、陰極チャンバ・エンクロージャ・フィルタ組立体４９６の概略斜視図が提供される。フィルタ・組立体陰極チャンバ・エンクロージャ４９６は、陰極４８６と平行な、好ましくはロッドの形状を有するが、任意の多角形断面を有する棒としても作ることができる、１組のダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４から作られる。フィルタ処理陰極アーク被膜堆積プロセス中に、フィルタは、磁場を確立するためにダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４に沿って電流を流すことよって電気的に活性化される。
【００６３】
図１４Ａ〜１４Ｃをさらに参照すると、磁場は、磁場を生成するように電流を、ダクト組立体を通過させることによって任意に生成される。具体的には、隣接したダクト組立体は、反対の磁気極性を有する磁場を生成する。矢印５２０、５２２、５２４、５２６は、そうした磁場を生成するように電流が流れることができる方向の実例を示す。矢印は、隣接するダクト組立体内の電流の方向が互いに反対であることを示す。このように生成された磁場は、細長い陰極表面に垂直の向き、及び電流がダクト組立体を通過することによって生成されるプラズマ誘導を促進する強度を有する。このフィルタ処理アーク堆積モードにおいて、陰極４８６から放出された金属蒸気プラズマは、各ダクト組立体間のダクトを通り抜け、それによって望ましくないマクロ粒子及び中性の金属蒸気成分を除去し、基板に１００％イオン化した金属蒸気プラズマを送り届けることができる。
【００６４】
遠隔陽極アーク・プラズマ放電（ＲＡＡＤ）モードでは、電流は、ダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４中を伝導せず、金属蒸気プラズマ抽出磁場は、発生しない。このダクト・パッシブ・モードでは、陰極４８６の表面から放出された電子は、陰極チャンバ４８４内の陰極４８６と、被膜システム３８０のチャンバ壁５０６に沿って置かれたマグネトロン源５３８及び５４０を囲む遠隔陽極５３０、５３２及び５３４との間で遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）電流を伝導するダクト５００、５０２、５０４、５０６を自由に通り抜けることができる。同時に、ダクト組立体４８８、４９０、４９２、４９４は、陰極４８６から放出された金属蒸気原子、イオン、及びマクロ粒子などの重粒子が基板に達するのを阻止する障壁として働く。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマは、基板が置かれる、システム３８０の処理領域内のプラズマ処理環境をイオン化し活性化する。これによって、結果としてイオンプラズマ・クリーニング、イオン注入イオン窒化処理、及び遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）を行うことができ、プラズマ処理製品の改良された特性がもたらされる。
【００６５】
図１５Ａ及び１５Ｂに関連して、システムの変形例の概略図が提供される。図１５Ａは、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）システムの概略側面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａの図面に垂直な概略側面図である。システム５３０はチャンバ５３２、被膜される基板５３６を備える基板ホルダ５３４、主陰極５３８Ａ、ｂ、マグネトロン５４０Ａ、Ｂ、及び遠隔陽極５４２Ａ、Ｂを含む。陰極５３８Ａ、Ｂは、山形シールド５５２によってチャンバ５３２の被膜区域５５０から分離された陰極区域５４８内のチャンバ５３２の側面５４４（すなわち底部）に位置し、この山形シールド５５２は、重粒子に対しては不透過性であるが、電子が被膜区域５５０内の遠隔陽極５４２Ａ、Ｂに向かって通り抜けできるようにする。シールド５５２は、電気的に浮遊状態であってもよく、又は主アーク電源５５４又は追加電源（図示せず）のいずれかの正端子に接続されてもよい。主アーク陽極５５６は、２つのアーク陰極、すなわち、陰極チャンバ５４８の左の区画内の陰極５３８Ａと陰極チャンバ５４８の右の区画内の陰極５３８Ｂとの間の陰極チャンバ５４８の中間に位置する。被膜される基板５３６を備える基板ホルダ５３４は、マグネトロン５４０Ａと５４０Ｂとの間に位置する。基板は、左側のマグネトロン５４０Ａ及び右側のマグネトロン５４０Ｂに面する。遠隔陽極５４２Ａ、Ｂは、マグネトロン５４０Ａ、Ｂの上方に位置し、任意選択の分離バッフル５６０によって互いに分離されている。分離を行う、陽極５５６、被膜される基板５３６を備える基板ホルダ５３４、及び任意選択の分離バッフル５６０によって、チャンバ５３２を効果的に２つの側（すなわち、左側及び右側）に分割し、それによって、チャンバ５３２の左側に位置する陰極５３８Ａに関連付けられたホットジェット５６２Ａが遠隔陽極５４２Ｂへ向かってチャンバ５３２の右側を通って流れること、及び遠隔陽極５４２Ａへ向かってチャンバ５３２の左側に流れ込むことを防ぐ。遠隔陽極５４２Ａは、基板ホルダ５３４の左側でアーク陰極５３８Ａと結合し、遠隔陽極５４２Ｂは、基板ホルダ５３４の右側で陰極５３８Ｂと結合する。陽極５５６、基板ホルダ５３４及び任意選択の分離バッフル５６０は、被膜チャンバ５５０を効果的に２つの区域、すなわち、左側陰極５３８Ａ、左側マグネトロン５４０Ａ、及び左側遠隔陽極５４２Ａを収容する左側区域と右側陰極５３８Ｂ、右側マグネトロン５４０Ｂ、及び右側遠隔陽極５４２Ｂを収容する右側区域とに分割する。この分割によって、２つの狭い放電ギャップ又は放電通路、すなわち、被膜区域５５０の左側で、左側マグネトロン５４０Ａと基板ホルダ５３４とを分離する左側ギャップ、及び被膜区域５５０の右側で、右側マグネトロン５４０Ｂと基板ホルダ５３４とを分離する右側ギャップが形成される。放電ギャップの幅は、５．０８〜５０．８ｃｍ（２〜２０インチ）である。
【００６６】
改良例では、陰極ターゲットは、チタン合金又はジルコニウム合金などのゲッタリング能力を有する金属で作られてもよい。この場合、シールドされた陰極電子放出源は、被膜システム５３０の排気効率を改善する真空ゲッタリング・ポンプとしても働く。ゲッタリング排気効率をさらに改善するために、陰極チャンバ５４８内の陰極ターゲット５３８Ａの蒸発面に面するシールド５５２は、水冷式で、任意選択で高電圧バイアス電源に接続されてもよい。水冷式シールド５５２が陰極ターゲット５３８Ａ及び５３８Ｂに対して−５０Ｖ〜−１０００Ｖの高い負電位にバイアスされるとき、シールド５５２は、陰極アーク蒸発プロセスによる金属イオンの発生によって強烈なイオン衝撃にさらされる。強烈なイオン衝撃の状態の下での金属蒸気の凝縮は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒなどの希ガス並びに水素を排気するのに好都合である。さらに、陰極ターゲット５３８Ａ、Ｂに面する水冷式主陽極５５６は、金属蒸気凝縮／ゲッタリング領域を増加させることによって排気能力にも寄与する。
【００６７】
図１５Ａ及び１５Ｂをさらに参照すると、いくつかのマグネトロン源５４０が被膜区域５５０内の陰極チャンバ５４８上方に位置していることがわかる。基板５３６を備える基板ホルダ５３４は、チャンバ５３２に沿って移動し、マグネトロンを通過する。陰極アーク・スポット５６４は、磁気ステアリング・コイル５７０又は他のステアリング手段によってステアリングされながらアーク陰極５３８の陰極ターゲット５６６に沿って移動する。このシステムの実験的調査によって、狭いプラズマ・ジェット５６２が１０１１〜１０１３ｃｍ−３の高いプラズマ密度、及び２ｅＶを上回る（典型的には３〜２０ｅＶの）電子温度を有していることが明らかとなった。遠隔陽極アーク放電電流の大部分は、狭いホット・プラズマ・ジェット５６２に沿って流れ、０．１ｍＡ／ｃｍ２〜１００Ａ／ｃｍ２のアーク電流密度を有する。被膜区域の残りの部分は、典型的には３ｅＶ未満の電子温度及び１０８〜１０１１ｃｍ−３のプラズマ密度を有する低温の希薄プラズマによって満たされている。ホット・プラズマ・ジェット５６２の幅は、陰極ターゲット５６６上の陰極アーク・スポット５６４のステアリング移動に追従する陰極アーク・スポット５６４と同じ速度で移動している間、典型的には１〜５ｃｍである。遠隔アーク電流の大半は、ホット・プラズマ・ジェット５６２全体にわたって、陰極チャンバ５４８内の陰極５３８と遠隔陽極５４２との間を伝導すると考えられる。また、図１５Ａから、２つのホット・プラズマ・ジェット５６２Ａ及び５６２Ｂが、左側マグネトロン５４０Ａと被膜区域５５０の左側の基板ホルダ５３４との間の、及び右側マグネトロン５４０Ｂと被膜区域５５０の右側の基板ホルダ５３４との間の狭い放電ギャップ内部に生じることがわかる。左側ジェット５６２Ａは、陰極チャンバ５４８の左側区画の左側陰極５３８Ａと被膜区域５５０の左側の左側遠隔陽極５４２Ａとを橋絡する。右側ジェット５６２Ｂは、陰極チャンバ５４８の右側区画内の右側陰極５３８Ｂを被膜区域５５０の右側の右側遠隔陽極５４２Ｂと橋絡する。
【００６８】
図１６に関連して、陰極チャンバの区画の１つにある陰極、及び２つの陰極アーク・スポットを有する図１５Ａ及び１５Ｂの変形例の概略図が提供される。本変形例では、陰極アーク・スポット５７６Ａ及び５７６Ｂのそれぞれの上方の、山形バッフル５５２と遠隔陽極５４２との間に形成された２つのプラズマ・ジェット５６２Ａ及び５６２Ｂが、陰極５３８と遠隔陽極５４２との間の電流接続を橋絡する。陰極アーク・スポット５７６Ａ及び５７６Ｂに関連付けられたジェット５６２Ａ及び５６２Ｂに沿った遠隔アーク電流の方向は、これらのジェット上の垂直の矢印によって示されている。プラズマ分布は、ターゲット５８２の向こうに位置するステアリング・コイル（図示せず）によって生成されたステアリング磁場又は以下で説明するような他の手段によって、陰極ターゲット５６６上の浸食通路５８０に沿って移動する陰極アーク・スポット５７６Ａ及び５７６Ｂのそれぞれの近くで最大値５７８Ａ及び５７８Ｂを有する。本変形例では、高いイオン化領域の寸法は、Ａｉ≒Ｌ（マグネトロン）×Ｗ（ジェット）である。上述した水平に一列に並んだシステムでは、イオン化領域は、単にＡｉ≒Ｗ（マグネトロン）×Ｗ（ジェット）である。（本件のようなマグネトロン５４０の短辺と平行な）アーク・ジェット５６２の水平整列に対して、（マグネトロン５４０の長辺と平行な）アーク・ジェット５６２の垂直整列よるマグネトロン・スパッタリング流のイオン化領域の増加は、ほぼＬ（マグネトロン）／Ｗ（マグネトロン）である。
【００６９】
図１６をさらに参照すると、遠隔陽極５４２と陰極ターゲット５６６との間の放電ギャップを、被膜領域５５０を通って橋絡する閉じ込められたプラズマ流（すなわち、プラズマ・ジェット）が、マグネトロン５４０の長辺に対して平行を維持しながら方向ｄ４に沿って移動する。閉じ込められたプラズマ・ジェット５６２の端部は、図１６に示すように方向ｄ４に沿って移動する。アーク・スポット５７６は、浸食ゾーン５７８に沿って陰極５８０上に生じる。遠隔陽極５４２におけるプラズマ場５８４及び陰極ターゲット５８０におけるプラズマ場５７８は、方向ｄ４に沿った寸法的に約２．５４〜１２．７ｃｍ（約１〜５インチ）の空間内に閉じ込められる。一改良例では、磁気ステアリング場を使用してｄ４に沿ったラスター移動を達成する。他の改良例では、このラスター移動は、陰極５８０を方向ｄ４に沿って機械的に移動させることによって達成される。さらに別の改良例では、二次電子放出を有する熱電子フィラメント陰極がｄ４に沿って移動する。
【００７０】
図１５Ａ、１５Ｂ、及び１６に関連して、被膜システム５３０の様々な構成要素の相対的なサイジングの態様が提供される。遠隔陽極５４２は、陰極ターゲット５３８と平行な直線状の遠隔陽極寸法Ｄａを有する。蒸気源５３８（すなわち図１５Ｂに示す４つのマグネトロン）の位置の水平の領域も関連性がある。マグネトロン５３８の短辺と平行な方向に沿った領域は、直線状の蒸気源寸法Ｄを有する。陰極ターゲット５６６は、遠隔陽極５４２と平行で、マグネトロン５３８の短辺にも平行な直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃを有する。改良例では、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａ、直線状の蒸気源寸法Ｄ、及び直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃは、互いに平行である。別の改良例では、直線状の遠隔陽極寸法Ｄａは、直線状の蒸気源寸法Ｄ以上である直線状の陰極ターゲット寸法Ｄｃ以上である。
【００７１】
図１７は、同軸のバッチ被膜チャンバ・レイアウトを利用する遠隔プラズマ・システムの代替構成を提供し、平坦なマグネトロン源５４０ａ、ｂがチャンバ壁に位置し、被膜される基板５３６が回転するカルーセル基板ホルダ５９２に取り付けられている。被膜チャンバ５９０は、被膜される基板５３６を備えるカルーセル基板ホルダ５９２、及び被膜される基板に面する、被膜チャンバ５９０の壁に取り付けられた１組の平坦なマグネトロン・スパッタ源５４０ａ、ｂを含む。また、被膜チャンバ５９０は、チャンバ５９０の底部に位置する主陰極５３８及び同軸の主陽極５５６を備える陰極チャンバ６００、並びにチャンバ５９０の頂部に位置する遠隔陽極リング５９６を含む。
【００７２】
陰極チャンバ６００は、マグネトロン５４０と基板ホルダ５９２との間のギャップに面する開口部５９８ａ、５９８ｂを備えるシールド・ハウジング５９８を含む。また、円筒の形態の任意選択の分離バッフル５６０が、回転する基板ホルダ５９２に据え付けられている。陽極５５６、基板ホルダ５９２、及び任意選択の分離バッフル５６０は、マグネトロン５４０と基板ホルダ５９２との間でチャンバ５９０内部に狭い同軸のギャップを生成し、ホットジェット５６２を閉じ込め、ホットジェット５６２の位置を確実にチャンバ５９０の軸と平行にする。開口部５９８は、基板ホルダ５９２と同軸に位置してもよい。陰極５４０は、被膜チャンバ５９０及び円筒状主陽極５５６と同軸のリングの形状を有する。或は、いくつかの主陰極５４０は、陰極チャンバ５４８内の主陽極５５６と同軸状に据え付けられる。また、主陽極は、陰極５３８によって生成された蒸気プラズマの凝縮によって陽極５５６の表面に生じる膜内部の残留ガスを効果的に吸収するゲッタリング効果によって、排気速度を改善する凝縮表面として働くことができる。この構成は、遠隔アーク・プラズマ密度を増加させ、それによってマグネトロン・スパッタリング中により強烈なイオン衝撃支援速度をもたらす。この構成では、遠隔アーク放電プラズマのより高密度のゾーンは、マグネトロン・ターゲットと被膜される基板との間のギャップに生成される。
【００７３】
図１８Ａ及び１８Ｂに関連して、各マグネトロン・スパッタリング源５４０に対して個別の主陰極チャンバ５４８を備える改良例が提供される。図１８Ａでは、陰極チャンバ５４８は、被膜チャンバ５５０の下に置かれる。マグネトロン５４０は、陰極チャンバ５４８を被膜チャンバ５５０から分離するシールド５５２のすぐ上の被膜チャンバ５５０内に置かれる。強力な電子エミッターとしての陰極アーク源５３８は、マグネトロン５４０の下に置かれる。アーク・スポット・ステアリング・ゾーンの寸法を画定する陰極ターゲットのサイズは、マグネトロン・ターゲットの幅の１／４〜２倍であるが、マグネトロン・ターゲットの幅の０．５〜１．５倍の範囲内であるのが好ましい。主陽極５５６は、陰極ターゲット５６６上方に置かれ、概ね陰極アーク・ターゲット５６６以下の寸法を有する。磁気ステアリング・コイル５７０は、陰極アーク・ターゲット５６６の表面でアーク・スポットをステアリングするために陰極５３８の下に任意に置かれる。遠隔陽極５４２は、マグネトロン５４０上方の被膜チャンバ５５０内に置かれ、陰極５３８、マグネトロン５４０、及び陽極５４２が、略同じ線に沿って一列に並ぶようにする。高密度プラズマ・ジェット５６２は、ステアリング・コイル５７０のステアリング磁場によってもたらされる磁気ステアリング効果によって陰極ターゲット５６６の表面上を移動する陰極アーク・スポット６０２上方のマグネトロン５４０の表面に沿って、シールド５５２と陽極５４２との間の被膜チャンバ５５０内部に生じる。陰極アーク・スポット６０２及びプラズマ・ジェット５６２は、遠隔陽極５４２に向かって放電ギャップを橋絡するマグネトロン５４０の長辺と平行な単一の垂直な線に沿って整列する。この配置では、陰極ターゲット５６６の表面での陰極アーク・スポット６０２のステアリングは、高密度プラズマ・ジェット５６２の対応するステアリングを提供し、遠隔陽極アーク電流がマグネトロン５４０の長辺と平行な方向に沿って誘導され、一方ジェット５６２の軸は、マグネトロン５４０の長辺と平行である。プラズマ・ジェット５６２は、マグネトロン・ターゲットの前のマグネトロン放電を横切り、シールドと遠隔陽極５４２との間の距離を橋絡し、プラズマ・ジェット５６２がマグネトロン放電を横切る領域内部の、マグネトロン・スパッタ源５４０の前のスパッタリング金属原子流及びガス環境をイオン化する。マグネトロン５４０の前の金属スパッタリング原子及びガス種のイオン化及び活性化の増加は、マグネトロン５４０の長辺と平行な方向、及びマグネトロン５４０の短辺と平行な方向の両方に沿って均一に分配される。マグネトロン５４０の長辺と平行な方向に沿ったプラズマ・ジェット５６２のイオン化能力の均一性は、プラズマ・ジェット５６２に沿ったプラズマ密度及び電子温度の均一な分布によって実現される。マグネトロン５４０の短辺と平行な方向に沿ったプラズマ・ジェット５６２のイオン化能力の均一性は、陰極アーク・ターゲット５６６上の陰極アーク・スポット６０２を磁気的にステアリングして変位させることによって、ジェット５６２をマグネトロン５４０の一方の端部からもう一方の端部へマグネトロン放電を横切って繰り返し前後に移動させることによって実現される。
【００７４】
典型的な実例では、陰極チャンバ５４８内の陰極５３８と主陽極５５６との間の主アーク放電は、電源５５４ａによって電力が供給される。陰極５３８と遠隔陽極５４２との間の遠隔陽極アーク放電は、電源６０８によって電力が供給される。安定抵抗器６１０は、遠隔陽極５４２と接地された被膜チャンバ５５０との間に据え付けられ、これによって遠隔陽極５４２と接地されたチャンバ５５０との間の電圧降下を制御することができる。マイクロ・アークが被膜チャンバ５５０壁で生じる場合、電子スイッチ６１２を閉じ、それによって遠隔陽極５４２を接地に短絡させ、アークを効果的に無くし、続いて電子スイッチ６１２の位置が開いたときに、遠隔アークを再点弧する。また、スイッチ６１２は、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマを点弧している間、開いていてもよい。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）の点弧は、マグネトロン５４０に高電圧の負電位を印加し、それによってマグネトロン放電を開始することによって、或は基板ホルダ５３４に高い負電圧を印加することによって行われ、陰極チャンバ５４８と遠隔陽極５４２との間の放電ギャップ両端間でグロー放電を確立することができる。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）を点弧するための手段としての高電圧放電は、ＤＣ又はパルス放電モードのいずれかで使用されてもよい。マグネトロン５４０のマグネトロン・スパッタリング・ターゲットの寸法は、典型的には幅１０ｃｍ×高さ１００ｃｍである。陰極アーク・ターゲット５６６の寸法は、典型的には約ｌ０ｃｍであり、マグネトロン５４０ターゲットの幅とほぼ等しい。プラズマ・ジェット５６２の幅は、約３ｃｍである。アーク・スポット６０２が磁気的にステアリングされて陰極ターゲット５６６の表面上を移動する速度は、およそ１０００ｃｍ／ｓである。この場合、マグネトロン放電ゾーン両端間のプラズマ・ジェット・ステアリングの繰返し周波数は、およそ５０Ｈｚである。プラズマ・ジェット５６ａが横切るマグネトロン放電の領域内部の改善されたイオン化率が≒３０％であると仮定すると、プラズマ・ジェット５６２によるマグネトロン放電プラズマの平均イオン化率は、≒１０％に達し、これは、従来のマグネトロン・スパッタリング流のイオン化率よりも少なくとも一桁高い大きさである。マグネトロン・スパッタリング流のイオン化率が改善されることによって、結果としてマグネトロン・スパッタリング被膜堆積プロセス中のイオン衝撃支援の強さが増加し、これによって、ほぼ理論的な高密度、低欠陥、高平滑度、及び優れた機能特性を有する被膜がもたらされる。図１８Ｂに、それぞれが個別の陰極チャンバを備える複数のマグネトロン源を利用する一列に並んだ真空被膜及びプラズマ処理システムを示す。
【００７５】
図１９Ａに関連して、図１４〜１８のシステムのさらに改良された変形例が提供される。マグネトロン５４０の前に中間の電極グリッド６２２が据え付けられ、これによって、マグネトロン・スパッタリング・ターゲット５４０の前の高密度プラズマ・ジェット５６２の閉じ込めの領域を効果的に制限する。この配置では、陰極チャンバ５４８は、エンクロージャ６２８で囲まれる。エンクロージャ６２８は、電気的に接地されてもよいが、エンクロージャ６２８は、接地されたチャンバから絶縁され、主アーク放電と遠隔アーク放電との間の直接的な電気的結合がないようにするのが好ましい。エンクロージャ６２８は、マグネトロン・ターゲット６３４と電極グリッド６２２との間の放電ギャップ又はプラズマ通路６３２に面する開口部６３０を有する。開口部６３０の長さは、マグネトロン・ターゲット６３４の幅の長さと略等しいが、開口部６３０の幅は、放電ギャップ６３２の幅ｄよりも小さい。電極グリッド６２２は、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｅ、Ｔｉ、Ｍｏ、及びステンレス鋼のグループから選ばれた高融点金属から作られる細いワイヤ６３８から構成されうる。ワイヤの直径は、典型的には０．０１ｍｍ〜２ｍｍである。０．０１ｍｍ未満の直径は、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマとの接触においてワイヤの溶融をもたらす可能性がある。２ｍｍより太い直径は、スパッタリング流から過度に多くの被膜材料を吸収する。ワイヤ６３８は、異なるパターンのスクリーンの状態で、又は互いに平行な単一配線のアレイとして配置されてもよい。グリッド電極６２２は、スパッタリング金属流に対して透過性でなければならず、透過率が５０％よりもよい。スクリーン又はグリッド電極６２２の隣接するワイヤ６３８間の距離は、典型的には０．５ｍｍ〜１０ｍｍである。０．５ｍｍよりも小さい、グリッド電極６２２の隣接ワイヤ間の距離は実際的でなく、グリッド電極６２２の透過率に影響する可能性がある。１０ｍｍよりも大きい、グリッド電極６２２の隣接ワイヤ６３８間の距離は、プラズマ・ジェット５６２を放電ギャップ又はプラズマ通路６３２内部に閉じ込めるのに十分なプラズマ閉じ込め特性を有さない。マグネトロン・ターゲット６３４とグリッド電極６２２との間の距離ｄは、典型的には１０ｍｍ〜１００ｍｍである。１０ｍｍよりも小さな距離は、アーク・ジェット５６２Ａを閉じ込めるのには小さすぎるが、１０ｃｍを超える距離は、大きすぎ、プラズマ・ジェットを押し込み、プラズマ・ジェットの電子密度、電子温度、及び金属スパッタリング流のイオン化率を効果的に向上させることができる狭い通路を提供することができない。
【００７６】
グリッド電極６２２は、一般に中間陽極として機能する。しかし、グリッド電極６２２は、遠隔放電プラズマ点弧電極としても働くことができる。この後者の場合、スイッチ６４２は、高電圧ＤＣ又はパルス電源６４４の負極をグリッド電極６２２に接続する。負の高電圧ＤＣ又はパルス・バイアス電位がグリッド電極６２２に印加されると、この負の高電圧ＤＣ又はパルス・バイアス電位は、遠隔陽極アーク・プラズマ放電ギャップ６３２内部で最初のイオン化をもたらすグロー放電を点弧し、それによって遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマを起こす。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマが点弧された後、スイッチ６４２は、中間陽極電源６４６の正極を電極グリッド６２２に接続し、電極グリッド６２２が遠隔陽極アーク放電の中間陽極になるとき、電極グリッド６２２を中間陽極モードに転換することができる。この場合、グリッド電極６２２は、電源６４６の正極に接続され、負極は、陰極５３８に接続される。改良例では、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマの動作中、電極グリッドは、電源６４４の負極に接続され、正極が陰極５３８に接続されてもよい。この場合、電極グリッド６２２の電位は陰極５３８に対して負になるが、電極グリッド６２２の電位は、陰極５３８と主陽極５５６との間の電圧降下の２倍を超えて陰極５３８よりも低くなることはできない。また、電極グリッド６２２、被膜チャンバ装置の他の構成要素から絶縁されてもよい。そうした場合、電極グリッド６２２の電位は、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ中のプラズマ密度及び電子温度によって決まる浮遊状態の電位値に設定される。放電ギャップの幅を低減し、遠隔陽極アーク電流を増加させることによって、放電ギャップ６３２内のプラズマ密度を極めて高いレベルにまで増加させることができる。これによって、マグネトロン・スパッタリング・プロセスで求められるような磁気強化を有さないダイオード・スパッタリング・プロセスにおいてスパッタリング・ターゲット５４０ａを使用することが可能となる。
【００７７】
陽極グリッド６２２とマグネトロン５４０との間に画定された遠隔アーク放電ギャップ内のジェット５６２の遠隔アーク電流密度は、０．１〜５００Ａ／ｃｍ２である。０．１Ａ／ｃｍ２よりも小さい遠隔電流密度は、マグネトロン・スパッタリング流の望ましいレベルのイオン化をもたらすには十分でない。５００Ａ／ｃｍ２を超える遠隔アーク電流密度は、遠隔アーク放電電源のあまりにも多くの電力を必要とし、これは各用途にとって実際的でない。陽極グリッド６２２とマグネトロン５４０との間に画定された放電ギャップ内の遠隔アーク放電（すなわち、ジェット（５６２））の高い電流密度は、遠隔陽極５４２及び／又はグリッド陽極６２２に１０〜２０００ＡのＤＣ電流を供給することができるＤＣ電源６４６及び／又は６０８を使用することによって、或は遠隔陽極５４２及び／又はグリッド陽極６２２に正電圧のパルスを印加することができるパルス電源を使用することによって実現されうる。正電圧パルスは、５００〜１０，０００Ｖであってもよく、関連付けられた電流パルスは、１０００〜５０，０００Ａであってもよい。
【００７８】
図１９Ｂに関連して、図１９Ａのシステムの変形例が提供される。グリッド電極アレイ６２２内のワイヤ６３８は、互いに及びマグネトロン５４０の短辺と平行に置かれる。各ワイヤ６３８は、キャパシタ６４０及び分路抵抗器６４２を介して遠隔陽極５４２に接続され、ダイオードが確実に電流の方向をワイヤ素子６３８の方向にする。動作中、遠隔放電が点弧される前に、キャパシタ６４０は、遠隔陽極アーク電源６０８の最大の開路電圧に充電される。この構成は、最初に、陰極５３８と、陰極５３８に最も近接して置かれた第１の単一ワイヤ６３８との間で遠隔アークを点弧することによって、続いて、遠隔アーク放電を、電極グリッドアレイ６２２のすべての中間の単一ワイヤ電極６３８を介して、遠隔陽極５４２に向けて順次伝搬させることによって、遠隔アーク放電のカスケード点弧を引き起こす。点弧フェーズ後、キャパシタ６４０は、放電され、各ワイヤ６３８及び電極グリッドアレイ６２２全体の電位は、分路抵抗器６４２によって決定される。遠隔陽極アーク放電が消滅する場合、キャパシタ６４０は、電源６０８の最大の開路電圧に再び充電され、カスケード点弧が自動的に繰り返される。或は、点弧は、制御システムによって起こされる。また、この手法は、図１６及び１８Ｂに示すものと同様のマルチ・マグネトロン・システムに適用することができる。この場合、カスケード点弧構成の中間の点弧電極は、それぞれのマグネトロン・スパッタ源間のギャップ内部に置くことができる。
【００７９】
図１９Ｃに関連して、図１９Ａの被膜システムのさらに改良された変形例が提供される。容量的に結合されたＲＦ電極６４８、６５０は、遠隔アーク放電カラム５６２の陰極端部６５２及び遠隔陽極端部６５４の両方に置かれる。ＲＦ発信器及びマッチング回路がＲＦ電極６４８と直列に据え付けられ、ＲＦ発振をプラズマ・ジェット５６２に沿って重畳することによってプラズマ・ジェット５６２を活性化する。発振の周波数は、１０ｋＨｚ〜５００ＭＨｚであってもよい。改良例では、発振器の周波数は、５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。通常用いられる１３．５６ＭＨｚのＲＦ発信器がこの目的に適している。強烈なＲＦ発振がプラズマ・ジェット５６２内部に生成されるとき、プラズマ密度、電子温度、並びにその結果としてマグネトロン・スパッタリング及びガス・プラズマのイオン化率が向上し、それによって、遠隔陽極アーク放電イオン化効率及び活性化能力の増大がもたらされる。これによって、被膜及び遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電プラズマによるプラズマ処理された表面の特性及び性能がさらに改善される。図１９Ｃに示すような別の変形例では、連続波ＲＦ発信器の代わりにパルス状高電圧発信器又はパルス状ＲＦ発信器６５６が用いられ、それによって、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電の点弧用の高電圧単極性又はＲＦパルス、並びに被膜堆積プロセス中の重畳される高電圧高電流パルスを提供する。高電圧高電流又はＲＦパルスの繰返し周波数は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚである。
【００８０】
図１９Ｄは、電極グリッドを備える遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールの斜視図を提供する。主陰極（図示せず）及び主陽極（図示せず）を備える陰極チャンバ５４８は、マグネトロン・スパッタリング・マグネトロン５４０の下に置かれる。電極グリッド６２２は、マグネトロン５４０の前に置かれる。遠隔アーク放電、すなわちジェット５６２は、陰極チャンバ５４８内の主陰極（図示せず）と遠隔陽極５４２との間で点弧される。遠隔アーク・ジェット５６２は、陰極チャンバ５４８の開口部から、グリッド電極６２２とマグネトロン５４０のスパッタ表面との間に生成された遠隔アーク放電ギャップ内へ入る。
【００８１】
図１９Ｅに関連して、別の遠隔陽極被膜システムの概略図が提供される。図１９Ｅで例示的に示すように、遠隔陽極アーク・プラズマ・ケージ６２２が、マグネトロン蒸気源５４０のマグネトロン・ターゲット６３４の前に生成されてもよい。遠隔アーク放電は、陰極チャンバ５４８内の主アーク陰極（図示せず）と、陽極ケージ（すなわち、グリッド６２２）及び／又は頂部の遠隔陽極５４２との間で確立されうる。本発明の本実施例では、遠隔陽極アーク・プラズマは、陰極チャンバ５４８内の開口部６３０からマグネトロン・ターゲット６３４の長辺に沿ってグリッド陽極６２２及び／又は頂部の遠隔陽極５４２に向かって流れる。ケージ・グリッド遠隔陽極６２２は、多くの異なるパターンで整列したワイヤから作ることができるが、図１９Ｅに示す本発明の実施例は、マグネトロン・ターゲット６３４の長辺と平行な直線ワイヤのアレイから構成される遠隔陽極ケージ６２２を利用する。
【００８２】
図１９Ｅに示すシステムの横断面図である図１９Ｆに関連して、ワイヤのアレイを使用するシステムの概略図が提供される。この平行なワイヤのアレイは、遠隔陽極グリッド・ケージ６２２の外側境界を形成する外側のワイヤ６２２ａのアレイから構成される。遠隔陽極アーク・プラズマ・ジェットは、この外側の陽極ケージ・ワイヤ６２２ａのアレイによって形成された陽極ケージ内部に閉じ込められる。陽極ケージは、任意選択で、陽極グリッド・ケージ６２２内部に置かれた内側ワイヤ６２２ｂのアレイから構成されてもよい。陰極チャンバ５４８内の陰極に対して、正のＤＣ又はパルス電位が陽極グリッド・ケージに印加されると、陽極のプラズマ・シースが外側ワイヤ６２２ａ及び内側ワイヤ６２２ｂのアレイのワイヤそれぞれのまわりに生じる。陽極のプラズマ・シース内部のイオン化効率は、バックグラウンド・プラズマのイオン化効率よりも大きく、その結果、マグネトロン・スパッタリング流のイオン化率の改善をもたらし、したがって被膜特性のさらなる改善に寄与する。また、内側ワイヤ６２２ｂの役割は、軌道を曲げる電子及び陽イオンなどの荷電粒子の方向を変え、振り子効果を生成し、荷電粒子の軌道の長さを増大し、荷電粒子を効果的に陽極グリッド・ケージ６２２内部にトラップして、したがってマグネトロン・スパッタリング流のイオン化確率を増大することである。また、プラズマ閉じ込めのこの手法は、磁場閉じ込めの必要なしに一緒に使用することができる。これによって、磁石のないダイオード・スパッタリング・モードにおいてスパッタリング・ターゲットを使用することができ、高密度の遠隔陽極アーク・プラズマが、陽極グリッド・ケージ６２２内部に静電的に閉じ込められる。図１９Ｅに示す陽極グリッド・ケージ６２２内の隣接ワイヤ間の特性距離は、０．５ｍｍ〜３０ｍｍである。各ワイヤの太さは、典型的には５０マイクロメートル〜３０００マイクロメートルである。陰極チャンバ開口部６３０からターゲット６３４の長辺と平行にターゲット６３４に沿って流れる遠隔陽極アーク電流の密度は、０．１〜５００Ａ／ｃｍ２である。遠隔陽極アーク電流は、ＤＣ電源又はパルス電源のいずれかによって供給されうる。陽極グリッド・ケージ６２２によって囲まれたマグネトロン・スパッタ源５４０の断面図を図１９Ｆに例示的に示す。マグネトロン放電６４７は、マグネトロン・スパッタリング金属原子流６４９を与えるマグネトロン・ターゲット６３４の上方に確立される。陽極ケージは、外側アレイ６２２ａ及び内側陽極のワイヤ・アレイ６２２ｂから構成される。ワイヤに、陰極チャンバ内の陰極（図示せず）に対して正電位を印加することによってエネルギーが与えられると、イオン化率が向上した陽極のプラズマ・シースが、陽極グリッド・ケージ６２２のワイヤそれぞれのまわりに確立される。荷電粒子（電子及び陽イオン）６５１の軌道は、粒子が、ワイヤ６２２ａ及び６２２ｂのアレイを囲む陽極のプラズマ・シースに接近すると、方向を変える。改良例では、陽極グリッド・ケージ６２２のワイヤは、Ｗ又はＴａなどの高融点金属から作られ、それらの温度は、５００〜２５００℃に維持され、それによって、ワイヤの表面に張り付くことがあるマグネトロン・スパッタリング流の金属原子を効果的に再蒸発させることができる。陽極グリッド・ケージ内部の高いイオン化率は、０．５ｍｔｏｒｒ未満の圧力で、アルゴン又はクリプトンなどの希ガスのない場合でさえスパッタリング蒸気源を動作させることができ、それによって被膜格子中の希ガス原子の有害な混入を排除すると考えられる。
【００８３】
図２０に関連して、非消耗陰極を備える電子放出陰極アーク源の変形例が提供される。陰極組立体６６０は、円筒形の又は矩形のキャビティを有する水冷式陰極を含む。矩形のキャビティ６６２は、内部蒸発及び電子放出面６６４、及び陽極板６７０に取り付けられた円筒形の又は矩形のインサート６６８から全体的に構成される主陽極６６６を含む。陽極インサート６６８は、陰極キャビティ６６２内部に延出する。陽極６６６は、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びステンレス鋼のグループから選ばれた高融点金属から作られる。陽極板６７０は、セラミックのスペーサー６７２によって陰極から絶縁される。主陽極６６６は、プラズマ容器６７６と主陽極６６６との間で高い熱抵抗を提供する小さな断面積を有するスペーサー６７８を介して水冷式プラズマ移送容器６７６に取り付けられている。プラズマ容器６７６は、管状の陽極インサート６６８を通って陰極５３８に面する、陰極５３８側の開口部６８０、及び電極グリッド６２２とマグネトロン源５４０との間の放電ギャップに面する、被膜チャンバ５５０側の開口部６８２を含む。開口部６８２の長さは、マグネトロン・ターゲット６３４の幅の長さと略等しいが、開口部６８２の幅は、放電ギャップ６３２の幅ｄよりも小さい。スペーサー６７８は、高融点金属から作ることができる。この場合、プラズマ容器６７６は、主陽極６６６に電気的に接続される。或は、スペーサー６７８は、プラズマ容器６７６を主陽極６６６から電気的に絶縁する非導電性のセラミックから作られてもよい。いずれにせよ、スペーサー６７８は、水冷式プラズマ容器６６２と主陽極６６８との間で高い熱伝導率を提供する小さな断面積を有しなければならない。動作において、主陽極は、アーク電流によって加熱され、陰極から移送された金属が再蒸発を起こすときの温度に達し、陰極アーク放電において内部陰極表面６６９から蒸発する陰極金属を効果的に再利用する。
【００８４】
陰極容器６６２は、典型的には比較的低い溶融温度及び高い飽和蒸気圧を有する金属から形成される。そうした金属の例は、限定されないが、Ｃｕ、Ａｌ、青銅及び他の低温合金を含む。或は、陰極容器６６２は、銅から作られてもよいが、陰極容器６６２の内部蒸発及び電子放出面６６９は、低沸点を有する金属（例えば、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｒｂ）の薄層によって覆われるべきである。低温蒸発金属は、主陽極の温度が摂氏６００〜１１００度のとき、高温の主陽極によって容易に再蒸発する。また、プラズマ容器６７６の水冷式内部表面は、陰極原子束が被膜チャンバ区域５５０に流れ込むのを効果的に防ぐ凝縮表面として機能することができる。図１８〜２０の変形例を電極グリッド６２２なしで使用することもできることを認識されたい。この場合、被膜チャンバ５５０に面する陰極チャンバ５４８の開口部は、スパッタリング原子の密度がより高いマグネトロン放電の領域に面して、マグネトロン・ターゲット６３４の表面に近接して置かれるべきである。
【００８５】
図２１Ａ及び２１Ｂは、遠隔プラズマ・システムの代替構成を提供する。図２１Ａに関連して、被膜システム６７０は、マグネトロン・スパッタ源６７４と陽極６７６との間に置かれた基板ホルダ６７２を含む。また、被膜システム６７０は、上述した設計である陰極チャンバ６７８を含む。この構成は、遠隔アーク・プラズマ密度を増加させ、それによって、マグネトロン・スパッタリング中、より高いイオン衝撃支援率を提供する。図２１Ｂに関連して、被膜システム６８０は、細いワイヤから構成される陽極６８２を含む。陽極６８２は、マグネトロン・ターゲット６８４と基板ホルダ６８６との間に据え付けられる。また被膜システム６８０は、上述したような陰極チャンバ６８８を含む。この後者の構成では、遠隔アーク放電プラズマのより高密度のゾーンは、マグネトロン・ターゲットと被膜される基板との間のギャップ内に生成される。
【００８６】
遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ又はアーク放電を含む被膜組立体は、マグネトロン・ターゲットの前に置かれたグリッド陽極によって生成される静電トラップの代わりに、真空チャンバの外側に及びマグネトロン・スパッタリング領域の外側に戦略的に置かれた磁気コイルによって生成される磁気閉じ込め場によって作られた磁気トラップを使用して、マグネトロン陰極の近傍に及びマグネトロン・ターゲットの前に静磁的に閉じ込めることができる。磁気トラップは、カスプの収束側が被膜される基板に面する磁場半カスプ形状によって生成されてもよく、磁場は、被膜される基板に向かって「つまみ取られる」。磁気鏡としても知られているこの磁気トラップ形状は、電子を効果的に反射してマグネトロン・ターゲットに戻し、マグネトロン・ターゲットに隣接する領域からアーク放電、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマが拡散損失するのを防ぐ。或は、アーク・プラズマを、マグネトロン・ターゲットの１つ又は２つの長辺に沿って閉ループ磁場領域内部にトラップすることができる。
【００８７】
図２２Ａに関連して、プラズマ組立体の断面図を示し、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマが、矩形の閉じ込め磁気コイル５７８及び５７９の凸状の磁力線とマグネトロン・ターゲット６３４との間に生成された半カスプ内部の磁気鏡トラップによって閉じ込められている。この設計では、矩形ターゲットを有する平坦なマグネトロン又は円筒形ターゲットを有する回転するマグネトロンの両方を、スパッタ源として使用することができる。或は、磁石のない陰極ターゲットもダイオード・スパッタリング用のスパッタ源として使用することができる。
【００８８】
マグネトロン・スパッタリング源５４０は、ハウジング５４５で囲まれ、１対の閉じ込め磁気コイル５７８及び５７９が、マグネトロン５４０の両側に置かれる。遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールは、被膜チャンバに取り付けるためのフランジ５４６を備える。矩形の閉じ込め磁気コイルのそれぞれ５７８、５７９は、マグネトロン・ターゲット６３４の長辺と平行な１対の直線状導体である、被膜チャンバ内の被膜される基板に隣接する前部の直線状導体５７８ａ及び５７９ａ、及び基板から離れた後部の直線状導体５７８ｂ、５７９ｂを有する。前部及び後部の直線状導体は、マグネトロン・ターゲット６３４の短辺に垂直な閉路導体を介して接続され、こうしてコイルを生成する。閉じ込め磁気コイル５７８及び５７９は、逆極性に設定され、例えば、前部の直線状導体５７８ａの電流の方向は、前部の直線状導体５７９ａの電流の方向と反対である。閉じ込めコイルは、それらの中心から放射する磁力線がマグネトロン・ターゲットの表面を横切るように置かれる。この磁気コイル構成において、磁気半カスプは、凸状の磁力線５８９とマグネトロン・ターゲット６３４との間に生成される。磁力線５８９の面は、磁力線５８９が被膜チャンバ内の被膜される基板に向かって収束するにつれ、マグネトロン・ターゲット６３４の面に垂直になる。マグネトロン・スパッタリング陰極による磁場５８５は、収束点５７１で反射される、アーク放電５６２を閉じ込める磁力線５８９と混ざる。
【００８９】
図２２Ｂ及び２２Ｃを参照すると、１対の結合した不平衡のマグネトロン源５４５が互いに相対して据え付けられている。この場合、マグネトロン５４５の磁気システムは、マグネトロン・ターゲットの前の磁場の極が同一で、Ｎ極又はＳ極のどちらかである場合、図２２Ｂに示すミラー様の構成に設定されうる。また、磁気システムのこの極性は、一致した極性と命名される。或は、２つの対向する結合した不平衡のマグネトロン源５４５の磁場の構成は、図２２Ｃに示すように不一致になりえる。どちらの場合も、１対の集束プラズマ閉じ込めコイル５７８、５７９によって生成される磁場の極性は、マグネトロン５４５の磁石によって生成される磁場の極性と同じでなければならない。マグネトロン・プラズマは、図２２Ｂに示すミラー様の構成では、より分散するのに対して、図２２Ｃに示す構成では、より集束した高密度プラズマ流である。
【００９０】
磁場閉じ込めを有する遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールの側面図を図２２Ｄに概略的に示す。遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールのこの構成は、マグネトロン・ターゲット６３４に沿って遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ領域の底部及び頂部に置かれたフードを除いて図１９Ａに示したものと似ている。基板５３６を備える基板ホルダ５３４は、プラズマ・ジェット５６２に面する。ＤＣ電源８５１は、陰極に電力を供給するために使用される。電源８５１の正極は、接地されても、或は、スイッチ８５３を介して遠隔陽極８ａに接続されてもよい。陰極フード１８ｂは、陰極チャンバ・シールド１８の頂部に据え付けられ、マグネトロン・ターゲット６３４と同じ高さの接地された壁に取り付けられ、陽極フード８ｂは、陽極チャンバ８の前の遠隔陽極８Ａを囲む。陰極フード１８ｂ及び陽極フード８ｂは、マグネトロン・ターゲット６３４の浸食領域（レーストラック）の短いエッジを横切り、これらフードの開口部がマグネトロン・ターゲット６３４内部の短いエッジの浸食領域の境界を越えて置かれる。陰極チャンバ１Ａ及び陰極チャンバ・シールド１８は、主アーク陽極５、主アーク陰極４、ステアリング磁気コイル１５、及び陰極アーク・スポット６６を含む。陰極チャンバｌａ内の主アークは、主アーク電源１０によって電力が供給され、プラズマ・ジェット５６２は、遠隔アーク電源１１によって電力が供給される。ステアリング磁気コイル１５は、陰極ターゲットの前部表面の陰極アーク・スポット６６を誘導する。前部の直線状導体５７８ａ及び後部の直線状導体５７８ｂを有する１つの閉じ込め磁気コイル５７８のみがこの図に示されている。磁気コイル５７８導体に沿った電流の方向は、矢印によって示される。動作において、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ・ジェット５６２は、陰極チャンバ・エンクロージャ１８の開口部１８ａを通って陰極フード１８ｂに入り、短辺のマグネトロン・ターゲット浸食通路の領域においてマグネトロン磁場を横切り、マグネトロン・ターゲットの長辺と平行なマグネトロン浸食ゾーンの領域にさらに侵入し、そこでマグネトロン・ターゲット６３４上方の磁気半カスプ５７１（図２２Ａ）内部に閉じ込められる。この閉じ込めは、収束する凸状の磁力線５７１による磁気鏡反射効果によるものであり、この収束する凸状の磁力線５７１が、電子を効果的に反射して、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマに対するプラズマ・トラップを生成する磁気半カスプに戻す。陽極チャンバ８内の遠隔陽極８ａへのアーク・ジェット５６２の接続は、陽極フード８ｂによって確実に行われる。閉じ込めコイル５７８及び５７９によって生成された磁力線５８９の方向は、マグネトロン・ターゲット６３４の後ろに置かれたマグネトロン磁気システムによって生成された、図２２Ａに示すマグネトロン磁力線５８５の方向と一致しなければならない。陰極フード１８ｂ及び陽極フード８ｂによって、遠隔アーク・プラズマ・ジェット５６２がマグネトロン・ターゲット６３４の短辺の浸食領域近くのマグネトロン磁場によって生成された磁気障壁を横切り、磁気カスプ閉じ込めゾーン５７１の領域に侵入することができる。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ閉じ込めの磁気鏡構成を、図１９に示す陽極グリッドと組み合わせて、プラズマの静電気及び静磁場閉じ込めを組み合わせることができ、それによって、磁気カスプ・アーク・プラズマ・トラッピング領域５７１を囲む磁力線に沿ってアーク・プラズマを閉じ込める正電位をかけることによってマグネトロン・ターゲットの前で、特に、「つまみ取られた」磁力線の端部で、プラズマ・トラップの閉じ込め能力をさらに改善することができ、これによって、イオンの反射を増加させ磁気カスプ・プラズマ・トラップ５７１を効果的に密閉するマグネトロン・ターゲット６３４領域に戻す。
【００９１】
本実施例の変形例において、図２２Ｅは、陰極５４０を備えた、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマを閉じ込めるためのハイブリッド静磁場／静電気プラズマ・トラップを示す。陽極グリッドを形成するワイヤ電極６３８は、好ましくは、マグネトロン・ターゲット６３４の前の磁気カスプ５７１の境界を形成する、コイル５７８及び５７９による磁力線５８９の形状を繰り返す形状を有するべきである。この陽極トラップは、磁気カスプの境界を高い正の「陽極」電位で効果的に帯電させ、それによって磁気カスプ・トラップ領域５７１内部の遠隔アーク・プラズマの閉じ込めを改善し、基板５３６におけるプラズマ種の密度を増加させる。
【００９２】
図２２Ｆは、図２２Ｄに示す構成の変形例を示し、陰極電源がＲＦ電源８４９である。図２２Ｇは、図２２Ｄに示す構成の変形例を示し、陰極電源がＤＣパルス電源８００である。
【００９３】
本実施例によると、図２３は、マグネトロン・ターゲット６３４及び陰極５４０の前で磁気カスプ５７１を生成するコイル５７８及び５７９を使用して、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマの磁気鏡閉じ込めを行う、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）垂直モジュールの斜視図を示す。マグネトロン陰極は、長いエッジ５４０ｄ及び短いエッジ５４０ｃを有する。陰極フード１８ｂ及び陽極フード８Ｂは、遠隔アーク・プラズマ・ジェットをマグネトロン・ターゲット６３４の底部及び頂部の短辺のまわりの磁気障壁を通り抜けて橋絡し、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマを拡散損失なしに磁気カスプ５７１へ移送させることができる。
【００９４】
この手法は、図１８に示すものと同様のマルチ・マグネトロン・システムに適用することもできる。図２４Ａに示す改良例では、先に図２２〜２３で示した遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマの磁気鏡閉じ込めを有する１組の遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールを備えるモジュール式の一列に並んだシステム１０が提供される。遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールは、互いに対向して一列に並んで設置されるが、被膜される基板５３６を備える基板ホルダ５３４は、２列の遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールの間に置かれ、往復及び／又は直線運動をすることができる。遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールのそれぞれにおいて磁場の磁気カスプ形状を実現するために、プラズマ閉じ込めコイルの極性は、マグネトロン・スパッタリング源の両側の各コイル対において反対でなければならない。閉じ込めコイルの極性は、マグネトロン・スパッタリング源の永久磁石の極性と一致し、磁場閉じ込めコイルによって生成されるプラズマ閉じ込め磁場の方向が、コイルが置かれたときに、マグネトロン・ターゲットと同じ側でマグネトロン磁場の方向と同じになるようにしなければならない。例えば、コイル５７８の前部の直線状導体５７８ａ中の電流の方向は、マグネトロン５４０の反対側の前部の電流導体５７９ａ中の電流の方向と反対である。加えて、隣接するマグネトロン源の極性も互いに反対でなければならない。この配列において、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマ・ジェット５６２は、マグネトロン・ターゲットに隣接する磁気カスプ領域５７１内部に閉じ込められ、マグネトロン金属スパッタリング流並びにチャンバ・ガス・プラズマのイオン化及び活性化率の改善がもたらされる。これによって、結果として基板保持カート５３４上の被膜される基板５３６に堆積される被膜の高い堆積速度及び高密度化が得られる。一列に並んだシステム１０の対向するモジュールの出口磁気カスプ磁場は、一列に並んだシステムの反対側のモジュールと（図２４Ｂに示すように）同じ極性、又は反対の極性を有することができる。互いに向き合う、対向するモジュールが、同じ極性の出口磁気カスプを有する場合、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマは、より多く分散して、チャンバ１０内部の被膜ゾーンのより大きな領域にわたって広がる。この場合、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマは、被膜される基板５３６の基板保持カート５３４の経路に沿ってより均一に分布する。この場合、プラズマから被膜される基板に向かって運ばれるエネルギーも、より大きな領域にわたって高エネルギー粒子束を分散させることによって低減する。或は、対向する遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）モジュールの出口磁気カスプの極性が反対であってもよい。この場合、一列に並んだシステム１０の対向するモジュールによって生成された遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマを、互いに向き合う、対向するモジュール間の領域に集束させる。この場合、一列に並んだチャンバ１０に沿った遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマの分布は、互いに向き合う、対向するマグネトロン源５４０の各対の軸に沿って最大のプラズマ密度を有しあまり均一ではない。この場合、被膜される基板５３６に達する高エネルギー粒子束は、対向するマグネトロン源の軸に沿ってより大きく、結果としてマグネトロン・ターゲットの軸近くの領域において、被膜される基板の堆積速度及び堆積温度がより大きくなる。
【００９５】
有限要素モデリング法の使用によって計算された一列に並んだ構成の磁力線のマップを図２４Ｃ、Ｄ、及びＥに示す。このシステム・レイアウトにおいて、マグネトロン磁場は、マグネトロン・ターゲット６３４の後ろに置かれた１対の電流導体５４１を使用してモデル化された。磁場の極性は、一列に並んだシステムの反対側で鏡映になっており、例えば、互いに向き合う、対向するモジュールは、磁気的に一致した磁場形状を形成する反対極性の出口磁気カスプを有する。図２４Ｃでは、磁場閉じ込めコイル５７８の前部の直線状導体５７８ａ及び閉路直線状導体５７８ｂ中の電流密度は、１．２×１０６Ａ／ｍ２、マグネトロン５４０の永久磁石に基づく磁気システムをシミュレートする直線状導体５４１ａ及び５４１ｂ中の電流密度は、２×１０６Ａ／ｍ２である。直線状導体中の電流の方向は、十字及びドットマークによって示され、ドット、例えば５４１ａは紙面から流出する電流、及び十字、例えば５４１ｂは紙面に流入する電流を示す。この構成では、マグネトロン放電は、マグネトロン・ターゲット６３４に隣接する領域５８５に生成される。磁気カスプ５７１は、磁場閉じ込めコイル５７８の前部の直線状導体とマグネトロン・ターゲット６３４との間のマグネトロン・ターゲット６３４の前に生じている。対向するマグネトロン源５４０の対称面に沿って強い磁性線５７３が生じているのがわかる。隣接するマグネトロンに関連付けられた磁性線５７３ａ及び５７３ｂは、互いに反対向きである。閉じ込め磁気コイル中の電流が増加すると、磁気カスプ５７１は、図２４Ｄに示すようにシステムの反対側に向かって特徴がより明確でより鋭く狭くなり、この図２４Ｄでは、図２４Ｃと同じ形状の磁気マップを示すが、電流密度が、閉じ込めコイル直線状導体５７８及び５７９中で２×１０７、マグネトロン磁場をシミュレートする直線状導体５４１中で２×１０６である。この場合、磁気カスプ５７１は、システムの反対側に向かって収束している。比較して、磁気極性は一致していないが、閉じ込めコイル中に電流がない対向するマグネトロン５４０を有する一列に並んだシステムの磁気マップを図２４Ｅに示す。本実例では、マグネトロン磁気システムをシミュレートする直線状導体５４１中の電流は、５×１０６Ａ／ｍ２である。この場合、磁気カスプ５７１は、マグネトロン５４０の前に形成されておらず、代わりに、磁力線がマグネトロン・ターゲットからシステムの反対側に向かって発散していることがわかる。同時に、磁性線５７３は、それでもなお対向するマグネトロン源５４０間の対称面に沿って形成されている。磁性線５７３は、イオン化された金属スパッタリング・プラズマをマグネトロン・ターゲットから２つの対向するマグネトロン源５４０の列間の被膜領域に置かれた被膜される基板に向かって輸送している。
【００９６】
この改良例の変形例において、図２４Ｂは、遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）プラズマの静磁場及び静電気閉じ込めを使用するハイブリッドの一列に並んだシステムの平面図を概略的に示す。ワイヤ電極６３８は、各磁気カスプに対して繰り返される。
【００９７】
さらなる改良例において、図２５Ａは、２つの遠隔アーク・ジェットがマグネトロン放電領域の長辺に沿って伝播する遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスを示す。この場合、遠隔アーク放電は、陰極チャンバ１８から陰極フード１８ａ及び１８ｂを通り抜けてマグネトロン放電の２つの長辺部分６６７ａ及び６６７ｂの１つに輸送される。陰極チャンバ１ａ及び陰極チャンバ・シールド１８は、主アーク陽極５、主アーク陰極４、ステアリング磁気コイル１５、及び陰極アーク・スポット６６を囲む。この場合、２つの別々の遠隔アーク・プラズマ・ジェット５６２ａ及び５６２ｂが、マグネトロン放電６６７の長辺６６７ａ及び６６７ｂに沿って形成される。マグネトロン放電の短辺部分６６７ｃの磁気障壁を通り抜ける、マグネトロン放電の長辺部分６６７ａ又は６６７ｂの１つへのアーク電流の侵入は、高さが典型的にはマグネトロン放電の厚さ以下の陰極フード１８ａ及び１８ｂの下で行われる。各陰極フード１８ａ及び１８ｂの幅は、マグネトロン・ターゲット６３４の長辺と平行なマグネトロン・レーストラック浸食ゾーンの幅以下である。典型的には、フードの高さは、１０〜５０ｍｍである。別々の陽極フード８ａ及び８ｂに据え付けられた遠隔陽極９ａ及び９ｂ側のマグネトロン放電の短辺部分６６７ｄの磁気障壁を通り抜けて遠隔アーク・プラズマを輸送するため同一の２重フードが設けられる。陰極チャンバ１ａ内の主アークは、電源１０によって電力が供給され、各遠隔アーク５６２ａ及び５６２ｂは、別個の電源１１ａ及び１１ｂによって電力が供給される。本発明の本実施例では、遠隔アーク・プラズマは、マグネトロン放電の長辺に沿った閉ループ磁場によってトラップされる。
【００９８】
さらに別の改良例において、図２５Ｂは、陰極側のマグネトロン放電領域６６７の短い部分６６７ｃを貫く陰極フード１８ｃを示す。陰極フード１８ｃは、開口部１８ｄを介して陰極チャンバ１８に対して開かれ、マグネトロン放電領域６６７の短い部分６６７ｃの反対側に陽極区画１８ｅを有する。中間の陽極９ｃは、陰極フード１８ｃの陽極区画１８ｅの内部に据え付けられる。また、陰極フード１８ｃは、アーク陰極側のマグネトロン放電領域の短い部分６６７ｃに、マグネトロン放電領域の両側６６７ａ及び６６７ｂに面する２つの開口部１８ａ及び１８ｂを有する。図２２ａに示す遠隔アーク放電５６２は、陰極フードを通り抜け、遠隔アーク・プラズマがマグネトロンの閉ループ磁場６６９によって閉じ込められるマグネトロン放電領域６６７ａ、６６７ｂ、及び６６７ｃに沿って伝播する。陰極チャンバ１ａ及び陰極チャンバ・シールド１８は、主アーク陽極５、主アーク陰極４、ステアリング磁気コイル１５、及び陰極アーク・スポット６６を含む。陰極チャンバ１ａ内の主アークは、主アーク電源１０によって電力が供給され、主陰極４と遠隔陽極（図示せず）との間を伝わる遠隔アークは、遠隔アーク電源１１によって電力が供給される。具体的には、アーク遠隔アーク放電は、陰極チャンバ１８から陰極フード１８ｃ内の開口部１８ｄを介して、別個の電源によって電力が供給される中間の陽極９ｃに向かって伝播し、同時に、アーク遠隔アーク放電は、開口部１８ａ及び１８ｂを通って、陰極側のマグネトロン放電領域の短い部分６６７ｃの内部に磁気的に閉じ込められたマグネトロン放電領域６６７内へ伝播し、マグネトロン放電の両方の長辺部分６６７ａ及び６６７ｂに沿って、マグネトロン・ターゲットのもう一方の側の遠隔陽極に向かって伝搬を続ける。矢印は、マグネトロン・ターゲットのもう一方の側（図示せず）に置かれた遠隔陽極へ向かう遠隔アーク電流の方向を示す。これによって、図２５Ｂに示すように、遠隔プラズマ・ジェット５６２ａ及び５６２ｂが、磁気的に閉じ込められるマグネトロン放電の長い部分６６７ａ及び６６７ｂの内部に効果的に閉じ込められる。
【００９９】
本実施例によると、図２５Ｃは、マグネトロン放電５６４及び浸食溝を有する陰極５４０の長い部分の断面図を埋め込まれた遠隔アーク放電５６２とともに示す。図２５Ｃに示す閉ループ・マグネトロン磁場５８５による遠隔アーク・プラズマ磁場の閉じ込めは、対向する閉じ込めコイルによる磁場閉じ込めと、及び図２２Ｅ及び２４Ｂに示すような陽極グリッドとも組み合わせられてもよいことに留意されたい。改良例では、主アーク放電は、マグネトロン放電の短い部分内部に埋め込まれてもよい。この場合、アーク放電は、陰極がマグネトロン放電の短い部分内部に完全に浸漬された、熱フィラメント熱電子放電又は中空陰極放電であってもよい。
【０１００】
改良例では、マグネトロン・ターゲットの前の遠隔アーク・プラズマの閉じ込めは、図２５Ｄに示すように永久磁石なしで実現することができる。本発明の本実施例では、電磁コイル５３９がマグネトロン・ターゲット５４１の後ろに置かれる。アーチ形の閉じ込め磁力線５８５は、直線状電流導体５３９ａ及び５３９ｂのまわりに生成される磁力線の一部としてマグネトロン・ターゲットの前に生成される。レーストラック浸食領域５４２は、磁場アーチ５８５の下に生じ、遠隔アーク５６２は、開口部がレーストラックの短辺の一方に面する、長いマグネトロン・ターゲットの一方の端部に置かれた陰極チャンバと、マグネトロン・ターゲットのもう一方の端部におけるレーストラックのもう一方の短辺に隣接する遠隔陽極との間で、マグネトロン・ターゲットの長辺に沿って生成され、遠隔アーク５６２が、アーチ形の磁力線５８５の下に画定されるレーストラック・プラズマ放電領域内部に浸漬される。図２５Ｅは、マグネトロン・ターゲット５４１の裏面から延出する、マグネトロン・ターゲット５４１の後ろに置かれた２つの電磁コイル５３８及び５３９を備える変形例を示す。この変形例では、直線状電流導体５３８ａ及び５３９ａは、反対方向の電流を有し、マグネトロン・ターゲット５４１のすぐ後ろに置かれ、マグネトロン・ターゲット５４１の前のアーチ形のプラズマ閉じ込め磁場５８５を生成する。この磁場形状は、従来のマグネトロン・スパッタリングで使用される閉ループ形状を生成しないが、代わりに、電流導体５３９ａ及び５３８ａのまわりの円形の閉ループ磁場の一部分である２つの異なる平行なレーストラック磁場を生成する。閉路直線状導体５３８ｂ及び５３９ｂは、マグネトロン・ターゲット５４１から離して置かれる。この構成では、２つの独立した遠隔アーク放電５６２ａ及び５６２ｂは、マグネトロン・スパッタリング・ターゲット５４１の前のアーク磁力線５８５ａ及び５８５ｂの下の２つのレーストラック領域内部に確立されうる。２つの平行な、接続されていない浸食領域５４２ａ及び５４２ｂは、遠隔アーク放電５６２ａ及び５６２ｂによって生成される、レーストラックの磁気的に閉じ込められた高密度プラズマのすぐ下に生じる。また、マグネトロン・ターゲット５４１のすぐ後ろに置かれた前部直線状導体５３８ａ、５３９ａなどを備え、マグネトロン・ターゲット５４１に面する互いに平行な隣接する直線状導体５３９ａ及び５３８ａ並びに追加の直線状導体中の電流の方向が反対の多数の電磁コイル５３９を使用することによって、磁気的に閉じ込められた平行な独立した遠隔アーク５６２、及び関連付けられた平行な接続されていない浸食領域５４２を備えたより多数の平行な接続されていないレーストラック領域５８５を生成することが可能である。互いに平行な電磁コイル５３８、５３９の閉路導体及び追加の導体は、マグネトロン・ターゲット５４１から離して置かれる。マグネトロン・ターゲット５４１のすぐ前のレーストラック領域内部の、直線状導体５３８ａ及び５３９ａによって生成された磁束密度は、遠隔アーク・プラズマ・カラムをレーストラックの放電領域内部に閉じ込めるのに十分なはずであり、５×１０−３Ｔｅｓｌａ〜２Ｔｅｓｌａ���あってもよい。最も高い磁束密度は、プラズマ制御核融合のための反応炉、プラズマ・スラスター及び金属蒸気イオンレーザといった本発明の多様な用途にとって必要な場合がある。０．５〜１．５Ｔの磁場密度を実現するために、極低温に冷却された超電導体ワイヤを備えた電磁コイルを利用することができる。電磁コイルを使用してレーストラック領域内にアーチ磁場形状を作る場合、スパッタリング・ターゲット５４１のスパッタリングは、３００Ｖあたりの開始しきい値を有する従来のマグネトロン放電とは極めて対照的に、典型的には１００Ｖから開始するはるかに低いターゲット電圧で実現することができる。永久磁石の代わりに電磁コイルを使用する場合、スパッタリング・ターゲットは、マグネトロン・ターゲットにＤＣ電源、ＲＦ電源の両方、及び／又はＤＣパルス電源を印加することによってエネルギーを与えられてもよい。ＤＣ電圧は、典型的には１００Ｖ〜２ｋＶであってもよく、直流パルス電圧は、１００Ｖ〜１０ｋＶであってもよく、パルスの電流振幅が１Ａ〜１００ｋＡである。また、低電圧スパッタリング・モードは、反応性スパッタリング・プロセスにおいてスパッタリング・ターゲット５４１のイオン・クリーニングのために使用することができる。任意選択で、スパッタリング・ターゲット５４１は、図２５Ｅの双方向矢印によって示すようにターゲットの面と平行な方向に移動可能であってもよい。スパッタリング・ターゲット５４１の材料の利用率は、ターゲット５４１の後ろに置かれた直線状導体５３８及び５３９によって画定される浸食通路５４２の定常位置を維持しながらターゲット５４１を前後に走査することによって実質的に改善することができる。図２５Ｆを参照すると、ターゲット５４１のスパッタリングにおいて４つの独立したレーストラック浸食領域を生成するために４つの電磁コイル５３６、５３７、５３８及び５３９を利用する、本発明のマグネトロン・スパッタリング源５４０の全体像が示される。電磁コイルは、ターゲット５４１に隣接する前部の直線状導体５３６ａ、５３７ａ、５３８ａ及び５３９ａを有し、これらの前部の直線状導体が、スパッタリング・ターゲット５４１の前の４つの平行な独立したレーストラックに相当する４つの平行なカラムのアーチ形の磁場をスパッタリング・ターゲット５４１の前に生成する。電磁コイル５３６〜５３９は、図２５Ｆの矢印によって示すように交番する電流の方向を有する。また、電磁コイルは、ターゲット５４１から離れた、前部の直線状導体と平行な閉路導体５３６ｂ、５３７ｂ、５３８ｂ及び５３９ｂを有する。４つの独立した主アークを生成する主陰極アーク源を備える陰極チャンバ１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄは、ターゲット５４１の底部側に隣接して置かれ、４つの遠隔アークすべてに共通の遠隔アーク陽極が、ターゲット５４１の頂部側に隣接した遠隔陽極チャンバ８内に置かれる。遠隔アーク５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃ及び５６２ｄは、マグネトロン・ターゲット５４１の前の対応するレーストラック内部に浸漬される。遠隔アークの電流の方向は、図の底部の陰極から図の頂部の陽極に向かって同一方向である。遠隔アークは、陰極チャンバ１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄそれぞれの開口���１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄを介して対応するレーストラック領域へ入る。遠隔アーク・プラズマ・カラムは、直線状導体５３６ａ、５３７ａ、５３８ａ及び５３９ａによって生成されたアーチ形の磁場によってターゲット５４１に閉じ込められる。本発明の改良された実施例は、レーストラックを生成する手段として電磁コイルを使用しながら、共通のスパッタリング・ターゲットに隣接する多数の平行なレーストラックを有する機会があることを示す。或は、隣接したアレイの極性が交番する平行なアレイの永久磁石を使用して、浸漬された遠隔アーク・プラズマ・カラムを有する複数のレーストラック・マグネトロン放電を、大きな矩形のマグネトロン・スパッタリング・ターゲット５４１の前に生成することもできる。
図２５Ｇを参照すると、２つの平行の独立したレーストラックが２組の永久磁石ヨーク形アレイ５３９及び５３８によって生じている。これらのアレイのそれぞれは、ＳｍＣｏ合金などの磁気合金から作ることができる、マグネトロン・ターゲット５４１の裏面に隣接する永久磁石５３９ａ、５３９ｂ、５３８ａ、５３８ｂから構成される。閉路磁気分路器５３９ｃ及び５３８ｃは、純鉄合金などの柔らかな磁気合金から作られてもよい。ターゲット５４１の長辺と平行な、埋め込まれた遠隔アーク放電５６２を有する磁気トンネルは、マグネトロン・スパッタリング・ターゲット５４１の前のプラズマの生成を主として担う２つの独立した遠隔アーク５６２ａ及び５６２ｂを閉じ込める、レーストラック５４２ａ及び５４２ｂ上方の２つの独立した磁気トンネルを生成するそれぞれの磁気ヨーク５３８及び５３９のＮ極とＳ極との間のアーチ形の磁力線５８５の下に生成される。図２５Ｇの矢印によって示すように、スパッタリング・ターゲットは、ターゲットの面と平行な方向に移動可能で、ターゲットの利用率を向上させることができる。回転するターゲットに隣接して置かれた永久磁石アレイを備える回転するマグネトロンを使用することもでき、それによって、スパッタリング・ターゲット材料の利用率を実質的に向上させることができる。図２５Ｈを参照すると、図２５Ｇに示すものと同様のヨーク形永久磁石アレイ５３９が、磁石アレイ５３９の長辺が、図２５Ｈの矢印によって示す、ターゲットの回転軸と平行となる状態で回転するスパッタリング・ターゲット５４１の後ろに配列される。遠隔アーク・プラズマ・ジェット５６２は、磁気アレイ５３９のＮ極及びＳ極との間に置かれたターゲットの領域及びアーチ形の磁力線５８５によって画定される閉じ込め磁気障壁の内部に磁気的に閉じ込められる。本発明の本実施例の別の変形例が図２５Ｉに示され、ここでは移動可能な薄板のスパッタリング・ターゲット５４１が、ロール・ツー・ロール構成によって２つのロール、５４１ａと５４１ｂとの間に作られている。改良例では、スパッタリング・ターゲットは、図２５Ｊに示すように平行な遠隔アーク放電に関してディスクの形態で作られてもよい。この配置では、マグネトロン・スパッタリング・ターゲット５４１は、ディスクの形態であり、接地されたシールド５４１ａ内部に置かれる。いくつかの平行な遠隔アーク放電５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃ及び５６２ｄは、シールド５４１ａの一方の側の陰極チャンバ１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄと、シールド５４１ａの反対側の互いの遠隔陽極８との間に生成され、磁気的に閉じ込められ、ターゲット５４１の後ろに置かれた平行な磁気アレイ又は電磁コイルによってシールド５４１ａに沿って伸ばされる。遠隔アークは、陰極チャンバ１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄの開口部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄを介してレーストラック領域内部に侵入する。ターゲット５４１は、マグネトロン電源１２によってエネルギーを与えられる。ターゲット５４１が図２５Ｊの矢印の方向に回転している場合、トラックの浸食は、ターゲット上で均一であり、結果としてターゲットの利用率が向上する。図２５Ｃに示す実施例の変形例において、図２５Ｋに示すように追加の電磁コイル５８１を追加して陰極５４０を囲むことができる。コイル５８１の磁力線５８６は、マグネトロン陰極５４０の永久磁石によって生成される磁力線５８５と同じ向きでなければならない。この場合、永久磁石によって生成される磁場は、コイル５８１によって生成された磁場と混ぜ合わせられ、これによって遠隔アーク・プラズマ支援マグネトロン５４０の磁気トラップ能力及びマグネトロン・ターゲット５４１の前のプラズマ密度をさらに改善する。電磁的に強化された遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）の一列に並んだ構成を図２５Ｌに概略的に示す。この図では、ＦＥＭに基づくソフトウェアを使用してコンピュータ・モデリングによって生成された磁気マッピングも示す。このモデルでは、マグネトロン陰極を囲む電磁コイルの直線状導体５８１ａ、５８１ｂ、５８２ａ、５８２ｂなどの電流は、１０，０００Ａに設定されている。ＳｍＣｏ合金などの硬質磁性材料から作られるマグネトロン磁気ヨーク５３９の永久磁石５３９ａ、５３９ｂ及び５３９ｃは、磁化ベクトルによってシミュレートされ、典型的には軟鉄から作られる磁気分路器５３９ｄは、非線形のＢＨ曲線によってシミュレートされている。図２５Ｌに示すモデルでは、永久磁石の磁化は、Ｍ＝５×１０５Ａ／ｍに設定されている。一列に並んだシステム１０の対向する列に置かれたマグネトロン５４０の極、並びに１つの列内で互いに隣接して置かれたマグネトロンの極は、互いに反対である。被膜される基板を横方向に移動させることができる基板保持機構５３４は、２つの対向する列のマグネトロン５４０間の中間に、マグネトロン・ターゲット５４１と平行な線に沿って置かれる。改良例において、回転式マグネトロンを有する電磁的に強化された遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）の一列に並んだチャンバを図２５Ｍに示す。回転式マグネトロン５４０は、横に移動可能な基板保持プラットホーム５３４に据え付けられた基板に面する２つの対向する列を形成する真空チャンバ１０内に置かれる。回転式マグネトロンは、回転可能な円筒形ターゲット５４１及び磁気ヨーク５３９から構成される。電磁コイル５８１、５８２、５８３などは、隣接するマグネトロン５４０間のギャップ内で真空チャンバの外側に据え付けられる。マグネトロン陰極の両側に置かれた直線状導体中の電流は、反対方向を有する。例えば、導体５８１ａ、５８２ａ、５８３ａ及び５８４ａ中の電流は、導体５８１ｂ、５８２ｂ、５８３ｂ及び５８４ｂ中の電流と反対である。対向する列の互いに向き合うマグネトロン陰極の極性並びに同じ列の隣接する陰極の極性も互いに反対である。遠隔アーク放電は、例えば、図１Ａに示すようなマグネトロン・ターゲット５４１の短辺と平行な方向に、又は例えば、図１８Ｂに示すようなマグネトロン・ターゲット５４１の長辺と平行な方向に延在することができる。
【０１０１】
変形例において、図２６Ａは、マグネトロン放電の短い部分を横切って置かれた２つの対向するロッド電極間の主真空アークの側部断面図を示す。２つの同軸のロッド電極、主陰極７０１、及び主陽極７０２は互いに向き合い、ロッド電極の軸がマグネトロン放電に垂直な状態で、マグネトロン放電５６４の短い部分内部に浸漬される。両電極は、水冷ジャケットを有する。ロッド電極は、タングステン、モリブデン、グラファイト、又は他の高融点金属若しくは合金から作ることができる。電源１０によって電力が供給される主アークは、ソレノイド７０４及びスプリング７０５から構成される磁性スプリング・コイル装置を使用することによって点弧されうる。任意選択で、磁性スプリング・コイル装置は、陰極７０１の表面上で真空アーク放電を引き起こすことができる別個の点弧器を有することもできる。別個の点弧器も電極間ギャップの近くに置くことができ、高電圧パルス電源又はＲＦ電源によって電力を供給することができる。ロッド陰極７０１若しくはロッド陽極７０２のいずれか、又は両方のロッド電極は、図２６Ｃに例示的に示すように、主アーク放電の点弧を容易にするために、アルゴンなどのガスを電極間ギャップ内に供給するチャネルを有することがわかる。図２６Ｃを参照すると、主アーク陰極ロッド７０１は、プラズマ生成ガスを電極間ギャップ７３８内へ供給するためのチャネル７３６を有する。プラズマ生成ガス、典型的にはアルゴンは、陰極ガス供給管路７３４を介して供給される。この場合、ＲＦパルス電圧は、発振器を使用して分離キャパシタを介して陰極７０１又は陽極７０２に供給され、主アーク放電を点弧することができる。インダクタンスは、主アークＤＣ電源回路において使用され、ＤＣ電源を高電圧ＲＦパルスから保護することができる。点弧パルス又はＲＦ電圧、並びに主陰極中のガス流は、主アークの点弧直後に中断されてもよく、これによって真空アーク・モードでの動作を続ける。任意選択で、陰極フード１８ａは、主アーク・ロッド電極をカバーし、図２６Ｄに示すように陰極の浸食がマグネトロン・スパッタリング金属流を汚染するのを防ぐ。陰極フード１８ａは、遠隔アーク放電の一部を、マグネトロン・ターゲット６３４の短辺と平行なマグネトロン・レーストラックの短い枝路内部に閉じ込めるための放電管を形成するマグネトロン放電の短い部分を部分的に囲む又は完全にカバーすることができる。フードの形態の遠隔陽極９は、長いマグネトロン・ターゲット５４１の反対側のマグネトロン放電の短い部分を部分的に囲み又は完全にカバーし、遠隔アーク電源１１の正極に接続され、遠隔アーク電源１１の負極が主陰極７０１に接続される。或は、遠隔アーク放電は、主陽極７０２と遠隔陽極９との間に確立されてもよい。この場合、主陽極７０２は、遠隔アーク放電５６２に対する中間の陰極として働く。主アーク電源１０は、主アーク・ロッド電極、７０１と７０２との間でＡＣ主アークを確立する交流電源であってもよい。この場合、電極７０１又は７０２のいずれかが、遠隔アーク放電５６２に対する陰極として働くことができる。主陰極７０１と主陽極７０２との間の主アーク放電の点弧後、遠隔アーク放電５６２は、主陰極７０１と遠隔陽極フード９との間で直ちに点弧される。遠隔アーク放電の２つの枝路が、陰極７０１を遠隔陽極９に接続するマグネトロン放電５６４の長い部分に沿って生成される。遠隔陽極アークの方向を図２６Ａに矢印によって示す。遠隔アーク５６２プラズマは、プラズマを磁気的に分離するマグネトロン磁場５８５によって、マグネトロン放電内部に磁気的に閉じ込められ、拡散による遠隔アーク５６２プラズマの損失を防ぐ。マグネトロン・ターゲット５４１の短い部分と平行なマグネトロン放電の短い部分内部の主アーク電極の位置をより詳細に図２６Ｂに示す。両電極は、７０６及び７０３で概略的に示す水冷ジャケットを有する。水冷ジャケット７０３は、陽極ロッドの背面に示される。主アーク陰極・陽極間ギャップは、マグネトロン磁場５８５の磁力線が、陰極・陽極間の同軸の電極対の軸と略平行である、マグネトロン放電５６４の部分に置かれる。
【０１０２】
図２６Ｂに示す本実施例によると、陰極７０１は、典型的には円錐台形であるが、陽極７０２は、陽極軸に垂直な平坦面を有することができる。円錐台形の陰極形状のこの場合には、陰極アークは、陽極に面する陰極ロッドの端部に位置するのが好ましい。電極間ギャップは、典型的には１〜５０ｍｍであり、全体にレーストラック幅を上回らず、ロッド電極の直径は、５〜３０ｍｍである。陰極・陽極間の軸からマグネトロン・ターゲット５４１までの距離は、概ね５ｍｍ〜４０ｍｍであるが、１０ｍｍ〜２５ｍｍであるのが好ましい。
【０１０３】
本実施例をさらに参照すると、図２６Ｄは、マグネトロン・レーストラック６６７の短い部分の１つの中央に置かれた主ロッド陰極７０１及び主ロッド陽極７０２を含む、真空主陰極アークを有する陰極５４０を示す。陰極・陽極間のロッドは、マグネトロン・レーストラック６６７を横切って同軸状に設置される。主陰極７０１と主陽極７０２との間の主アーク放電ギャップ４は、マグネトロン磁場の磁力線が陰極・陽極間の軸と略平行な領域に置かれる。スプリング・コイル７０４は、陰極・陽極間ギャップ７３８内部で主アーク放電を点弧するために、陰極を移動させるのに使用される。主アークは、電源１０によって電力が供給される。フードの形態の遠隔陽極９は、マグネトロン・ターゲットの反対側でマグネトロン・レーストラックの短い部分を囲む。遠隔陽極は、主陰極７０１と遠隔陽極９との間に接続される電源１１によって電力が供給される。遠隔アーク放電５６２は、マグネトロン放電６６７内部に埋め込まれ、遠隔アーク電流は、対応するマグネトロン放電の長辺の平行な枝路６６７ａ及び６６７ｂ内部に埋め込まれた遠隔アーク放電の２つの平行な枝路５６２ａ及び５６２ｂを通って伝わる。埋め込まれた遠隔アーク放電５６２を有するマグネトロン放電のプラズマ６６７は、閉ループのマグネトロン磁場５８５によって閉じ込められる。矢印は、マグネトロン・ターゲットの反対側に置かれた遠隔陽極に向かう遠隔アーク電流の方向を示す。遠隔アーク電流密度は、次式、
ｊＲＡＡＤ＝ＩＲＡＡＤ／ＡＭ．Ｄ．＝ＩＲＡＡＤ／（ＷＭ．Ｄ．＊ＨＭ．Ｄ．）
のように見積もることができ、ここでＩＲＡＡＤ及びｊＲＡＡＤは、それぞれ遠隔陽極アーク放電電流及び遠隔陽極アーク放電電流密度であり、ＷＭ．Ｄ．、ＨＭ．Ｄ．は、典型的にはマグネトロン・ターゲット上のレーストラックの幅と等しいマグネトロン放電の幅、及び典型的にはレーストラックの幅以下のマグネトロン放電の厚さ又は高さである。マグネトロン閉じ込めゾーンの面積は、ＡＭ．Ｄ．＝ＷＭ．Ｄ．＊ＨＭ．Ｄ．である。マグネトロン・スパッタリング流の高いイオン化を確実にするために必要な、マグネトロン放電内部に閉じ込められるべき遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）電流密度は、典型的には１〜５００Ａ／ｃｍ２である。例えば、ＨＭ．Ｄ．＝５ｃｍ、ＷＭ．Ｄ．＝５ｃｍ、ＡＭ．Ｄ．＝２５ｃｍ、及びマグネトロン放電の２つの長辺の枝路の１つの内部に埋め込まれた遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）放電の遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）電流がＩＲＡＤＤ＝２５０Ａの場合、ｊＲＡＡＤ＝１０Ａ／ｃｍ２である。以前に論じ、図２２Ｅ及び２４Ｂに示したようなマグネトロン磁場自体による磁場閉じ込めに加えて、マグネトロン放電を囲む閉じ込めコイル及び陽極ケージを使用することもできる。
【０１０４】
改良例では、主アーク放電を、図２６Ｅに示すようなマグネトロン放電レーストラックの短い部分に隣接して置かれたアークジェット・スラスターによって生成することができ、これは、図２６Ｃに示す本発明の実施例の改良された変形例である。陰極５４０は、マグネトロン・レーストラックの短い部分６６７ｃを横切るアーク・プラズマ・プルーム７０５を生成する、ロッド陰極７０１及び陽極ノズル７０３から構成される、主アーク源としてのアークジェット・スラスター７２２を有し、遠隔陽極８は、マグネトロン・ターゲットの反対側でマグネトロン放電の短い部分６６７ｄを囲むフード９を有する。アークジェット・スラスター７２２内部の主アークは、一次電源１０によって電力が供給される。任意選択で、陰極フード１８ａは、アークジェット・スラスター７２２をカバーし、陰極の浸食がマグネトロン・スパッタリング金属流を汚染するのを防ぐ。陰極フード１８ａを延在させて、放電管の形状のアーク・プラズマ・プルーム７０５を形成する主アーク源ジェット・スラスター７２２の側のマグネトロン・レーストラックの短い部分６６７ｃ全体を囲み、マグネトロン放電プラズマ６６７内部のマグネトロン・レーストラックに沿って遠隔アーク・ジェットを誘導することができる。遠隔アーク放電５６２は、マグネトロン・レーストラック放電プラズマの長い部分６６７ａ及び６６７ｂに沿って遠隔陽極９に向かって伝播する。遠隔アーク放電電流の方向を図２６Ｅの矢印によって示す。遠隔アーク放電プラズマをマグネトロン放電内部に埋め込むことができる理由の１つは、磁力線を横切る電気抵抗率がマグネトロン放電の軸に沿ったものよりもはるかに高いためであり、これによって、マグネトロン・プラズマを埋め込まれた遠隔アーク・プラズマとともにマグネトロン・ターゲット表面近くで磁気的に閉じ込めることが可能となり、遠隔アーク電流がマグネトロン・レーストラック領域の外側に向かって逸脱するのを防ぐ。遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスでは、マグネトロン磁場は、マグネトロン・プラズマ及び遠隔アーク・プラズマの両方をマグネトロン放電レーストラックに沿って閉じ込める。その結果、レーストラックの放電領域内部のプラズマ密度は増加し、結果として、被膜堆積プロセスの生産性及び堆積した被膜の特性の改善に寄与するマグネトロン・スパッタリング速度及び金属原子イオン化率の向上につながる。
【０１０５】
本発明の別の変形例を図２６Ｆに示す。マグネトロン・ターゲットの両側の、マグネトロン放電レーストラックの短い部分に隣接して置かれた２つの電極間でマグネトロン放電内部にアーク放電を起こすことができる。２つのロッド電極８２２及び８２１は、マグネトロン・ターゲットの両側の、マグネトロン・レーストラックの短い部分内部のマグネトロン放電内に浸漬される。ロッド電極は、底部電極ホルダ１８及び頂部電極ホルダ８にそれぞれ置かれたフード１８ａ及び９によってカバーされる。電極は、高圧トランス８０１、整流器８０３及びエネルギー蓄積キャパシタ８０５から構成されるＤＣパルス電源８００及びスイッチ８０７に接続される。トリガー８０７が閉じているときに、単極性高電圧パルスが電極８２１と８２２との間に生成される。電極８２１と８２２との間に印加される、典型的には３００Ｖ〜５０ｋＶの電圧振幅、及び典型的には１Ａ〜１０ｋＡの電流を有する高圧パルスが、マグネトロン放電レーストラック内部に埋め込まれたアーク放電を点弧し、それによってマグネトロン放電プラズマ密度及び電子温度を劇的に増加させ、マグネトロン・スパッタリング金属原子流のイオン化を増大させる。同時に、ＤＣ電源、ＲＦ電源、又はＤＣパルス電源をマグネトロン・スパッタリング・ターゲットに印加することができる。ＤＣ電圧は、典型的には３００Ｖ〜２ｋＶであり、ＤＣパルス電圧は３００Ｖ〜１０ｋＶで、パルス電流の大きさが１Ａ〜１００ｋＡである。
【０１０６】
別の改良例において、図２６Ｇは、電源８００が、内部高電圧導体８１０ｂ及び接地されたシェル８１０ａから構成される同軸ケーブル８１０を介して、電極８２１及び８２２に接続されたＲＦ発信器８０２から構成されるＲＦ電源又はＲＦパルス電源であってもよいことを示す。誘電体フランジ８２３及び８２４によって保持された水冷式ロッド電極８２１及び８２２は、マグネトロン・レーストラックの短い部分６６７ｃ及び６６７ｄ内へそれぞれ浸漬される。高電圧導体８１０ｂは、マッチング・コイル８０４及びキャパシタＣを介してＲＦ発信器と結合する。高電圧ＲＦパルスが電極８２１と８２２との間に印加されるときに、高電流放電がマグネトロン・レーストラックの長い部分６６７ａ及び６６７ｂに沿って発生する。パルス放電は、マグネトロン放電内部に埋め込まれたパルス・アーク・カラム５６２ａ及び５６２ｂから成る。この場合、マグネトロン放電レーストラックは、ＲＦ電源によって発生する電磁波を導くための導光路として働く。マグネトロン・プラズマ浸漬アーク放電は、マグネトロン・プラズマの電子密度及び電子温度を増加させ、結果としてマグネトロン・スパッタリング原子流のイオン化の実質的な増加をもたらす。遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマにおいて得ることができる高いイオン化、高密度及び高温は、被膜の堆積及び表面処理以外の用途にも使用されうることを認識されたい。例えば、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電によって生成された、高度にイオン化された金属蒸気流は、宇宙空間プラズマ・スラスターにおけるプラズマ推進剤に使用することができる。マグネトロン・ターゲットに正の、浮遊状態の、又は接地された電位を印加し、アーク浸漬電極８２１と８２２との間にＤＣ又はＲＦ高電圧パルスを印加した逆の遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電は、マグネトロン・レーストラックの磁気トラップ内部に閉じ込められた重水素及び三重水素の混合プラズマ中でのプラズマ制御核融合に使用することができる。逆転させた遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマ源が従来のグロー放電よりも低い圧力で高密度のイオンビームを生成することができる場合、逆転させた遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電は、慣性静電制御核融合（ＩＥＣＦ：ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｆｕｓｉｏｎ）に使用することもできる。この場合、高電圧の正パルスがマグネトロン・ターゲットに印加され、バックグラウンドの高密度プラズマが遠隔アーク放電によって生成される。任意選択で、正パルスを、例えば、図２２Ｅ及び２４Ｂに示すようなマグネトロン源の前に置かれた正の一連の電極にも印加することができる。図２４Ｂに示すものと同様のこの構成において、対向する逆転遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマ源によって生成されたイオンビームは、イオンビーム衝突領域内部で衝突して、プラズマ核融合反応を起こすことができる。
【０１０７】
図２７Ａは、図２２Ｂ及び２２Ｃに示す構成とよく似たマグネトロン磁気システムと同じ構成を有するが、閉じ込めコイル中に電流がない１組の対向する磁石を有する、及び有さない場合の、遠隔陽極アーク電流に対して、発光分析（ＯＥＳ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって収集された、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電で生成されたクロム・イオンのスペクトルを示す。遠隔陽極アーク放電（ＲＡＡＤ）閉じ込め領域内の磁場の増加が、結果として、クロム・スパッタリング原子のイオン化率の実質的な向上をもたらすことがわかる。有限要素法計算によって図２４Ｅに示したように、一致した（鏡映の）磁気極性を有する、対向する磁石は、対向するマグネトロンとの対称面に沿って磁性線を生成する。遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プロセスのイオン化効率の向上に寄与する磁性線の磁力線に沿った磁場によってマグネトロン・スパッタリング・プラズマを集束させる。図２７Ｂを参照すると、この図は、遠隔アーク電流の増加とともに、アルゴン・窒素のガス混合物の遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマ中の励起されたアルゴン原子の濃度及び原子状窒素の濃度が増加することを示す。これは、遠隔アーク電流が増加するとき、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）プラズマ中の電子密度及び温度が実質的に増加することに起因するとも考えられる。
【０１０８】
図２８Ａは、図２８Ｂに示す遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電においてクロム・イオン化率の測定に使用された金属蒸気イオン化センサーの概略図である。水晶振動子微量天秤と結合されたＩＮＦＩＣＯＮの前面搭載デュアルセンサーを備えたグリッド付き水晶振動子微量天秤（ＧＱＣＭ：ｇｒｉｄｄｅｄ  ｑｕａｒｔｚ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサー８３０が金属イオン化率を直接測定するのに使用される。水晶振動子微量天秤（ＱＣＭ）の出力は、トランスデューサ８４０及びコンピュータ８４２に入る。配線図８３２は、接地されたグリッド８３４、第１のグリッド８３６、及び第２のグリッド８３８を示す。第１のグリッド８３６は、接地電位に対して１２ｖの電位を有し、第２のグリッド８３８は、−１２ｖ〜８８ｖの調整可能な電位を有する。金属スパッタリング流におけるイオン化率の測定値は、次式、
【数１】
2015086471.tif 000004
のように規定することができ、ここでｍ’及びｍ’Ｉは、それぞれ中性の蒸気及び金属イオンの流体質量である。イオン化率γｉの測定に対して、両方のセンサーは、同一のグリッド付きエネルギーアナライザー（ＧＥＡ：ｇｒｉｄｄｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ａｎａｌｙｚｅｒ）ヘッドを有するが、グリッド付きエネルギーアナライザー（ＧＥＡ）は、これらのセンサーの一方でのみ作動し、第２のセンサーのグリッド付きエネルギーアナライザー（ＧＥＡ）は、作動しないままである。作動しているグリッド付きエネルギーアナライザー（ＧＥＡ）を備えるセンサー＃１は、イオン化された蒸気成分をはね返すことによって中性の金属蒸気束ｇ１＝ｍ’を測定し、作動してないグリッド付きエネルギーアナライザー（ＧＥＡ）を備えるセンサー＃２は、合計の金属蒸気束ｇ２＝ｍ’＋ｍ’ｉを測定する。この場合、センサー結晶面での蒸着速度に対するグリッド付きエネルギーアナライザー（ＧＥＡ）の影響は、センサー＃１及びセンサー＃２の両方に対して同じである。次いで、イオン化率は、センサー＃１の読み取り値ｇ１とセンサー＃２の読み取り値ｇ２との比によって規定され、
γｉ＝（ｇ２−ｇ１）／ｇ２
である。
【０１０９】
図２８Ｂは、図２２Ｂ及び２２Ｃに示す構成とよく似た、コイル中に電流がない、対向する磁石を有する、及び有さない場合の、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電においてグリッド付き水晶振動子微量天秤（ＧＱＣＭ）プローブによって測定されたクロム・スパッタリング原子のイオン化率を示す。クロム・スパッタリング原子のイオン化が遠隔陽極電流の増加とともに増加することがわかる。対向する磁石による磁気閉じ込め場の増加は、結果として発光分析（ＯＥＳ）によって得られた結果と一致する、遠隔アーク支援マグネトロン・スパッタリング（ＲＡＡＭＳ）放電におけるクロム・イオン化の実質的な増加をもたらす。
【０１１０】
図２７Ａ及び２８Ｂに示すスパッタリング束のクロム・イオン化レベルは、約２０ｍｍ〜５０ｍｍの直径のスパッタリング流内のクロム・イオン化の平均量である。グリッド付き水晶振動子微量天秤（ＧＱＣＭ）センサー並びに発光分析（ＯＥＳ）プラズマ監視装置は、１秒当たり１測定のオーダの比較的高い積分時間で、金属スパッタリング流のイオン化値を測定する。アーク・ジェットがマグネトロン・レーストラックを横切る領域の瞬間のイオン化度は、最大１００％である。
【０１１１】
別の実施例において、上述した方法及びシステムによって形成された被膜物が提供される。図２９Ａに関連して、被膜物９２６は、表面９３０、及び表面９３０上に配置された被膜９３２を有する基板９２８を含む。改良例では、被膜は、保護被膜である。典型的には、被膜は、高密度微細構造及び特徴的な色を有する。改良例では、被膜は、窒素、酸素、及び／又は炭素と反応して、高融点金属窒化物、酸化物、又は炭化物を形成する高融点金属を含む。適切な高融点金属の例は、限定されないが、クロミウム、ハフニウム、タンタル、ジルコニウム、チタン及びジルコニウム・チタン合金を含む。クロミウム窒化物は、上述した方法によって作られた特に有用な被膜の実例である。改良例では、被膜は、約１〜約６ミクロンの厚さを有する。図２９Ｂに関連して、上述した方法によって形成された多層構造であるクロミウム窒化物被膜の変形例が提供される。被膜物９３４は、基板９２８上に配置された反応しないクロム層の薄層９３６、及び反応しないクロム層９３６上に配置された厚い化学量論的なクロム窒化物層９３８を含む。さらなる改良例では、多層構造は、化学量論的なクロム窒化物層９３８上に配置された中間のサブ化学量論的なクロム窒化物層の層９４０をさらに含む。中間の化学量論的なクロム窒化物９４０は、ＣｒＮ（１＿ｘ）によって与えられる化学量論比を有し、ここでｘは０．３〜１．０の数である。改良例では、反応しないクロム層９３６の厚さは、０．０５〜０．５ミクロン、厚いクロム窒化物層９３８の厚さは、１〜３ミクロン、中間の化学量論的なクロム窒化物９４０は、０．５〜１ミクロンである。
【０１１２】
本発明の実施例について示し、説明したが、これらの実施例が本発明の可能性のあるあらゆる形態を示し、説明することは意図されていない。むしろ、本明細書において使用される用語は、限定ではなく説明の用語であり、様々な変更が本発明の精神及び範囲から逸脱せずに行われてもよいことが理解される。
【符号の説明】
【０１１３】
１ａ  陰極チャンバ
１ｂ  陰極チャンバ
１ｃ  陰極チャンバ
１ｄ  陰極チャンバ
４  主アーク陰極
５  主アーク陽極
８  陽極チャンバ
８ａ  陽極フード
８ｂ  陽極フード
９  フード
９ａ  遠隔陽極
９ｂ  遠隔陽極
９ｃ  中間の陽極
１０  被膜システム
１１  電源
１２  真空チャンバ、マグネトロン電源
１５  ステアリング磁気コイル
１６  蒸気源
１８  陰極チャンバ組立体
１８ａ  開口部
１８ｂ  陰極フード、開口部
１８ｃ  陰極フード、開口部
１８ｄ  開口部
１８ｅ  陽極区画
２０  基板ホルダ
２２  基板
２４  陰極エンクロージャ
２６  開口部
２８  陰極
３４  主陽極
３６  シールド
３８  開口部
４０  電子電流
４４  遠隔陽極
４８  主アーク電源
５２  二次電源
５４  低域フィルタ
５６  ポンプ・システム
５８  ガス・システム
６０  アーク点弧器
６２  プラズマ場
６４  プラズマ場
６６  アーク・スポット
６８  浸食ゾーン
７０  堆積システム
７２  真空チャンバ
７６  蒸気源
７８  蒸気源
８０  陰極チャンバ組立体
８２  陰極チャンバ組立体
８４  基板ホルダ
９０  陰極エンクロージャ
９２  陰極エンクロージャ
９４  開口部
９６  開口部
９８  陰極
１００  陰極
１０２  主陽極
１０４  主陽極
１０６  シールド
１０８  シールド
１１０  遠隔陽極
１１２  遠隔陽極
１２０  被膜システム
１２２  真空チャンバ
１２４  陰極チャンバ組立体
１２６  陰極チャンバ
１２８  陰極
１３０  アーク点弧器
１３２  シールド
１３４  主陽極
１３６  一次電源、マグネトロン・スパッタ源
１３８  マグネトロン・スパッタ源
１４０  マグネトロン・スパッタ源
１４２  遠隔陽極
１４４  二次電源
１４６  スレーブ陽極
１４８  スレーブ陽極
１５０  スレーブ陽極
１５２  スレーブ陽極
１５４  被膜システム
１５６  モジュール
１５８  モジュール
１６０  モジュール
１６２  モジュール
１６４  モジュール
１６６  ロード・ロック・ゲート・バルブ
１６８  ロード・ロック・ゲート・バルブ
１７０  ロード・ロック・ゲート・バルブ
１７２  ロード・ロック・ゲート・バルブ
１７４  ロード・ロック・ゲート・バルブ
１７６  ロード・ロック・ゲート・バルブ
１８０  遠隔陽極
１８２  磁気コイル
１８４  磁気コイル
１９０  被膜システム
１９０’  システム
１９２  真空チャンバ
１９４  陰極チャンバ
１９６  陰極
１９６ａ  蒸発側面
１９６ｂ  蒸発側面
１９６ｃ  蒸発側面
１９６ｄ  蒸発側面
１９８  シールド
２０２  主陽極
２０４  マグネトロン・スパッタ源
２０６  マグネトロン・スパッタ源
２０８  マグネトロン・スパッタ源
２１０  マグネトロン・スパッタ源
２１２  遠隔陽極
２１４  遠隔陽極
２１６  電源
２１８  電源
２７０  コイル
２７０ａ  コイル
２７０ｂ  コイル
２７２  プラズマ・ダクト
２７４  ハウジング
２７８  アーク・スポット
２７８ａ  陰極アーク・スポット
２８０  磁力線
２８２  ダクト・コイル電源
２８４  アーク電源
２８６  電流導体
２８８  電流導体
２９０  電流導体
２９４  絶縁板
２９４ａ  セラミック絶縁板
２９４ｂ  セラミック絶縁板
２９６ａ  プラズマ・ダクト・エンクロージャの内部壁
２９６ｂ  プラズマ・ダクト・エンクロージャの内部壁
３００  トリミング・コイル
３００ａ  トリミング・コイル
３００ｂ  トリミング・コイル
３０２  磁芯
３０４  電磁コイル
３１０  マグネトロン・スパッタ源
３１２  マグネトロン・スパッタ源
３１４  マグネトロン・スパッタ源
３１６  マグネトロン・スパッタ源
３２０  集束磁気コイル
３２４  集束磁気コイル
３２８  磁場集束コイル
３３２  真空チャンバ
３３４  陰極チャンバ組立体
３３６  陰極チャンバ
３３８  陰極
３４０  シールド
３４２  一次電源
３４４  主陽極
３５６  マグネトロン・スパッタ源
３６０  遠隔陽極
３６２  電源
３８０  被膜システム
３８２  陰極チャンバ組立体
３８４  陰極
３９６  シールド
３８８  エンクロージャ
３９０  開口部
３９２  開口部
３９６  シールド
３９８  シールド
４００  真空チャンバ
４０２  マグネトロン・スパッタ源
４０４  マグネトロン・スパッタ源
４０６  マグネトロン・スパッタ源
４０８  壁
４１０  遠隔陽極
４１２  遠隔陽極
４１４  遠隔陽極
４２０  回転テーブル・プラットホーム
４２４  遠隔アーク電源
４２６  遠隔アーク電源
４２８  遠隔アーク電源
４３０  陰極
４３２  陰極チャンバ
４３４  主アーク電源
４３６  エンクロージャ
４４０  ストライカ
４４２  電磁石コイル
４４６  コイル電源
４５０  アーク・スポット
４５２  軌道
４５４  絶縁体
４５８  点線
４６０  マグネトロン・スパッタ源
４６２  壁
４６６  チャンバ
４７０  遠隔陽極
４７２  遠隔アーク電源
４７６  開口部
４７８  シールド
４８０  システム
４８４  陰極チャンバ
４８６  陰極
４８８  ダクト組立体
４９０  ダクト組立体
４９２  ダクト組立体
４９４  ダクト組立体
４９６  エンクロージャ
５００  ダクト
５０２  ダクト
５０４  ダクト
５０６  ダクト
５１０  支持部品
５１２  バッフル部品
５１４  突起部
５１６  電気的ポスト
５１８  電気的ポスト
５２０  電流の方向
５２２  電流の方向
５２４  電流の方向
５２６  電流の方向
５３０  遠隔陽極、システム
５３２  遠隔陽極、チャンバ
５３４  遠隔陽極、基板ホルダ
５３６  基板、電磁コイル
５３６ａ  導体
５３６ｂ  閉路導体
５３７  電磁コイル
５３７ａ  導体
５３７ｂ  閉路導体
５３８  マグネトロン源、陰極、電磁コイル
５３８ａ  主陰極、導体
５３８ｂ  主陰極、閉路導体
５３９  電磁コイル
５３９ａ  導体、永久磁石
５３９ｂ  閉路導体、永久磁石
５３９ｃ  永久磁石
５４０  マグネトロン源
５４０ａ  マグネトロン
５４０ｂ  マグネトロン
５４０ｃ  短いエッジ
５４０ｄ  長いエッジ
５４１  電流導体、マグネトロン・ターゲット
５４１ａ  直線状導体、ロール
５４１ｂ  直線状導体、ロール
５４２  遠隔陽極、レーストラック浸食領域
５４２ａ  遠隔陽極、浸食領域
５４２ｂ  遠隔陽極、浸食領域
５４４  側面
５４５  ハウジング、マグネトロン
５４６  フランジ
５４８  陰極区域
５５０  被膜区域
５５２  シールド
５５４  電源
５５４ａ  電源
５５６  陽極
５６０  分離バッフル
５６２  プラズマ・ジェット
５６２ａ  アーク・ジェット
５６２ｂ  アーク・ジェット
５６２ｃ  遠隔アーク放電
５６２ｄ  遠隔アーク放電
５６４  アーク・スポット、マグネトロン放電
５６６  陰極ターゲット
５７０  ステアリング・コイル
５７１  収束点
５７６ａ  アーク・スポット
５７６ｂ  アーク・スポット
５７８  磁気コイル
５７８ａ  最大値、前部の直線状導体
５７８ｂ  最大値、後部の直線状導体
５７９  磁気コイル
５７９ａ  前部の直線状導体
５７９ｂ  後部の直線状導体
５８０  浸食通路
５８１  電磁コイル
５８１ａ  導体
５８１ｂ  導体
５８２ａ  導体
５８２ｂ  導体
５８５  磁場
５８５ａ  アーク磁力線
５８５ｂ  アーク磁力線
５８６  磁力線
５８９  磁力線
５９０  被膜チャンバ
５９２  基板ホルダ
５９６  遠隔陽極リング
５９８  シールド・ハウジング
５９８ａ  開口部
５９８ｂ  開口部
６００  陰極チャンバ
６０２  アーク・スポット
６０８  電源
６１０  安定抵抗器
６１２  スイッチ
６２２  電極グリッド
６２２ａ  ワイヤ
６２２ｂ  ワイヤ
６２８  エンクロージャ
６３０  開口部
６３２  放電ギャップ
６３４  マグネトロン・ターゲット
６３８  ワイヤ
６４０  キャパシタ
６４２  スイッチ
６４４  電源
６４６  中間陽極電源
６４７  マグネトロン放電
６４８  ＲＦ電極
６４９  マグネトロン・スパッタリング金属原子流
６５０  ＲＦ電極
６５１  荷電粒子
６５２  陰極端部
６５４  遠隔陽極端部
６５６  ＲＦ発信器
６６０  陰極組立体
６６２  キャビティ
６６４  電子放出面
６６６  主陽極
６６７  マグネトロン放電のプラズマ
６６７ａ  マグネトロン放電の長辺部分
６６７ｂ  マグネトロン放電の長辺部分
６６７ｃ  マグネトロン放電の短辺部分
６６７ｄ  マグネトロン放電の短辺部分
６６８  陽極インサート
６６９  内部陰極面、閉ループ磁場
６７０  陽極板、被膜システム
６７２  スペーサー、基板ホルダ
６７４  マグネトロン・スパッタ源
６７６  プラズマ容器、陽極
６７８  スペーサー、陰極チャンバ
６８０  開口部
６８２  開口部、陽極
６８４  マグネトロン・ターゲット
６８６  基板ホルダ
６８８  陰極チャンバ
７０１  ロッド電極、主陰極
７０２  ロッド電極、主陽極
７０３  水冷ジャケット
７０４  ソレノイド
７０５  スプリング
７０６  水冷ジャケット
７２２  アークジェット・スラスター
７３４  ガス供給管路
７３８  ギャップ
８００  ＤＣパルス電源
８０１  高圧トランス
８０２  ＲＦ発信器
８０３  整流器
８０４  マッチング・コイル
８０５  キャパシタ
８０７  スイッチ
８１０  同軸ケーブル
８１０ａ  シェル
８１０ｂ  高電圧導体
８２１  電極
８２２  電極
８２３  誘電体フランジ
８２４  誘電体フランジ
８３０  センサー
８３２  配線図
８３４  グリッド
８３６  第１のグリッド
８３８  第２のグリッド
８４９  ＲＦ電源
８５１  電源
８５３  スイッチ
９２６  被膜対象物
９２８  基板
９３０  表面
９３２  被膜
９３４  被膜物
９３６  薄層
９３８  クロム窒化物層
９４０  クロム窒化物
Ａｏ  開き角
Ａｓ  陽極
Ｄａ  遠隔陽極寸法
Ｄｃ  陰極ターゲット寸法
Ｄｈ  ホルダ寸法
Ｄｖ  蒸気源寸法
Ｐｓ  電源
Ｔｓ  ターゲット
【図１Ｂ】
2015086471.tif 000005
【図１Ｃ】
2015086471.tif 000006
【図１Ｄ】
2015086471.tif 000007
【図１Ｅ】
2015086471.tif 000008
【図２】
2015086471.tif 000009
【図３】
2015086471.tif 000010
【図４Ｂ】
2015086471.tif 000011
【図４Ｃ】
2015086471.tif 000012
【図５】
2015086471.tif 000013
【図６】
2015086471.tif 000014
【図７Ａ】
2015086471.tif 000015
【図７Ｂ】
2015086471.tif 000016
【図８Ａ】
2015086471.tif 000017
【図８Ｂ】
2015086471.tif 000018
【図８Ｃ】
2015086471.tif 000019
【図８Ｄ】
2015086471.tif 000020
【図８Ｅ】
2015086471.tif 000021
【図８Ｆ】
2015086471.tif 000022
【図８Ｇ】
2015086471.tif 000023
【図８Ｈ】
2015086471.tif 000024
【図９Ａ】
2015086471.tif 000025
【図９Ｂ】
2015086471.tif 000026
【図９Ｃ】
2015086471.tif 000027
【図９Ｄ】
2015086471.tif 000028
【図９Ｅ】
2015086471.tif 000029
【図１０】
2015086471.tif 000030
【図１１】
2015086471.tif 000031
【図１２】
2015086471.tif 000032
【図１３】
2015086471.tif 000033
【図１４Ａ】
2015086471.tif 000034
【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２２Ｆ】
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【図２２Ｇ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２４Ｅ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２５Ｅ】
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【図２５Ｆ】
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【図２５Ｇ】
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【図２５Ｈ】
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【図２５Ｉ】
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【図２５Ｊ】
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【図２５Ｋ】
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【図２５Ｌ】
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【図２５Ｍ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２６Ｅ】
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【図２６Ｆ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図１Ａ】
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【図４Ａ】
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【図１９Ｆ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２６Ｇ】
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【外国語明細書】
2015086471000001.pdf