(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、
ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、
少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段と、
プラズマからマクロ粒子を除去するために、該プラズマを、前記フィルタダクトを通り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、
前記第１のフィルタ手段の前記ダクトと前記基板との間に配置され、前記プラズマからマクロ粒子をさらに除去する第２のフィルタ手段であって、バッフルと、前記プラズマが通過可能な開口と、前記プラズマを前記開口を通り抜けるように案内する、前記第２のフィルタ手段の領域に局所的に強い磁場を生じる第２の磁気手段とを有する、第２のフィルタ手段をさらに有している陰極アーク源。
【請求項２】
内部で前記プラズマが基板上に堆積されるチャンバに取付けられている第１のフィルタダクトを有し、前記第２のフィルタ手段が、前記フィルタダクトの出口に、またはその近くに配置されている、請求項１に記載の陰極アーク源。
【請求項３】
前記第２のフィルタ手段が、実質的に円形の開口を有するディスクの形態のバッフルである、請求項１または２に記載の陰極アーク源。
【請求項４】
前記ディスクが前記フィルタダクトの幅を横切って広がっている、請求項３に記載の陰極アーク源。
【請求項５】
前記ディスクが２ｍｍより薄い、請求項３または４に記載の陰極アーク源。
【請求項６】
前記フィルタディスクの前記開口の幅が、その位置の前記フィルタダクトの幅の１０％から５０％である、請求項３から５のいずれかに記載の陰極アーク源。
【請求項７】
前記開口の幅が、その位置の前記フィルタダクトの幅の２５％から４０％である、請求項６に記載の陰極アーク源。
【請求項８】
プラズマを前記バッフルから離して前記開口を通り抜けるように案内するように、前記第２のフィルタ付近に局所的な磁場を生じる、１つまたは複数の永久磁石を有する、請求項１から７のいずれかに記載の陰極アーク源。
【請求項９】
プラズマを前記バッフルから離して前記開口を通り抜けるように案内するように、前記第２のフィルタ付近に局所的な磁場を生じる、電源へ接続されるようになっている１つまたは複数の電磁石を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の陰極アーク源。
【請求項１０】
使用時に、前記第２のフィルタ付近の前記磁場が１００から２００Ｇの範囲の強さを有する、請求項８または９に記載の陰極アーク源。
【請求項１１】
中央に実質的に円形の開口がある実質的に円形のディスクからなり、１ｍｍの厚さの鋼箔により形成されている第２のフィルタを有する、請求項１から１０のいずれかに記載の陰極アーク源。
【請求項１２】
前記第２のフィルタが、前記開口の開閉用のシャッターをさらに有している、請求項１から１１のいずれかに記載の陰極アーク源。
【請求項１３】
前記シャッターが、該シャッターから前記フィルタダクトの外部に延びるハンドル手段によって手動で制御される、請求項１２に記載の陰極アーク源。
【請求項１４】
前記シャッターが、前記開口を横切って、前記開口から離れた退避位置と、前記開口の前方で互いに当接して前記開口を遮る閉位置との間を運動するようになった実質的に半円形の２つの半片を有している、請求項１３に記載の陰極アーク源。
【請求項１５】
前記シャッターが水冷されている、請求項１３または１４に記載の陰極アーク源。
【請求項１６】
堆積チャンバ内に、イオンビームを生成し該ビームを前記基板に向ける手段をさらに有する、請求項１から１５のいずれかに記載の陰極アーク源。
【請求項１７】
前記第２のフィルタが、イオンビームを生成し、該ビームを前記基板に向ける手段を有する、請求項１から１５のいずれかに記載の陰極アーク源。
【請求項１８】
前記第２のフィルタが、「エンドホール」イオンビームタイプのイオンビーム生成手段を有している、請求項１７に記載の陰極アーク源。
【請求項１９】
前記イオンビーム生成手段が１つまたは複数の電気フィラメントを有している、請求項１６から１８のいずれかに記載の陰極アーク源。
【請求項２０】
前記第２のフィルタが、前記開口の周りに実質的に等間隔に配置されている、イオンビーム用のイオンを生成する複数のフィラメントを有している、請求項１９に記載の陰極アーク源。
【請求項２１】
アルゴンガスの源が、前記第２のフィルタに、またはその近くに配置されている、請求項１５から２０のいずれか１項に記載の陰極アーク源。
【請求項２２】
陰極アーク源から出射されたプラズマビームからマクロ粒子を濾過により除去する方法であって、
前記ビームを、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを含む第１のフィルタを通り抜けるように案内するために磁場を用いることと、
その後、前記ビームを、バッフルと開口とを有する第２のフィルタを通り抜けるように案内することとを含み、この際、前記ビームを、前記開口を通り抜けるように案内するように、前記第２のフィルタの領域で局所的に強くなっている磁場が生じさせられる、マクロ粒子を濾過により除去する方法。
【請求項２３】
前記開口の幅が、前記フィルタダクトの幅の１０％から５０％である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１２から１５のいずれか１項に記載の陰極アーク源を備えた堆積装置を用いて、基板上へ被膜を堆積する方法であって、
シャッターを、前記基板上へのプラズマの堆積を阻止するように、前記フィルタダクトを横切って動かすことと、
アークを前記陽極と前記ターゲットとの間に点弧することと、
プラズマの質が所定のレベルに到達した時点を判定し、または所定の期間だけ待機することと、
前記シャッターを、プラズマが前記基板上へ堆積できるように開くこととを含む、基板上へ被膜を堆積する方法。
【請求項２５】
基板上へ堆積するためのプラズマを生成する装置であって、
メインプラズマダクトと、請求項１から２１のいずれか１項に記載の第１の陰極アーク源と、第１の側方ダクトと、第２の陰極アーク源と、第２の側方ダクトとを有し、前記第１の陰極アーク源からのプラズマ出力が、磁場によって、前記メインダクトに接続された前記第１の側方ダクトを介して前記メインダクト内に案内され、前記第２の陰極アーク源からのプラズマ出力が、磁場によって、前記メインダクトに接続された前記第２の側方ダクトを介して前記メインダクト内に案内され、前記メインダクトが前記装置からの単一のプラズマ出力を出力する、プラズマを生成する装置。
【請求項２６】
前記第１および第２の陰極アーク源が、異なるターゲット物質を用いて同時に動作するようになっている、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記メインプラズマダクトが、堆積チャンバと作用的に接続された一端部を有する、請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記メインプラズマダクトが、１つまたは複数の、（１）前記装置によって堆積された被膜の厚みのモニターと、（２）イオンビーム源と、（３）観察穴と、（４）ポンプ用穴とが取り付けられた第２の端部を有する、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
不活性ガスの入口と出口の穴をさらに有し、前記メインプラズマダクトに取り付けられた堆積チャンバ内に導入される反応性ガスによる前記両陰極アーク源内の両ターゲットの汚染を減らすのに十分な、前記メインプラズマダクト内の不活性ガスの分圧を維持するようになっている、請求項２５から２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
陰極アーク源と、堆積チャンバを有する堆積装置に使用されるフィルタであって、
貫通している開口を有するバッフル板と、使用時にプラズマを前記アーク源から前記開口を通り抜けるように案内する、フィルタの領域に局所的に強い磁場を生じる磁場生成手段と、前記開口を開閉するシャッターとを有するフィルタ。
【請求項３１】
前記バッフル板が実質的に円形であり、前記開口が実質的に円形であり中央に配置されている、請求項３０に記載のフィルタ。
【請求項３２】
永久磁石を有する、請求項３０または３１に記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、陰極アーク源を用いて被膜を堆積すること、陰極アーク源内のプラズマからのマクロ粒子を、特に、磁気が強いマクロ粒子フィルタを使用して濾過して除去すること、堆積前に基板を準備して堆積を制御することに関する。
【０００２】
四面体の非結晶の炭素、金属、誘電体、およびその他のこのような被膜の陰極アーク堆積は、当該技術分野において公知であり、高品位な薄膜堆積の可能性を持っている。ひっかき傷のつきにくい光学的な被膜およびハードディスク媒体の被膜における応用は、提案された広範囲の使用法のうちのたった２つである。
【０００３】
これまで、陰極アーク方法による被膜の堆積は、一般に、マクロ粒子すなわち大きな中性の粒子を含まないか、またはそれによる汚染が許容できる程度に少ない被膜を信頼性高く堆積することが当該技術では困難であるために、試験的な使用に限られていた。
【０００４】
アークプラズマからマクロ粒子を濾過して除去する、改善された手段を備えることが、国際特許公開ＷＯ９６／２６５３１号公報、そして国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９７／０１９９２号明細書にも最近記載されている。それにもかかわらず、マクロ粒子の濾過による除去をもっと改善することが望ましく、堆積被膜に対する用途がさらに生じるにつれていっそう望ましくなるであろう。
【０００５】
本願の発明者達は、アークプラズマを用いた薄い被膜の堆積に伴う問題、すなわち、堆積の初期の期間には低品質の被膜が生じることがあることを確認した。したがって、アークをターゲットに点弧した後放出されるプラズマを用いて堆積を避けることが望ましい。同様に、プラズマの密度が低下している間で、アークの分解の直前の、堆積の最後の期間にも低品質の被覆が得られることがあり、この時の堆積を避けることが望ましい。しかしながら、公知の、フィルタ付きの陰極アーク源にはこのような能力がない。
【０００６】
ある用途においては、被膜を正確な厚みにし、望ましい厚みに達した時に堆積を停止できることが重要である。しかしながら、アークを停止した後少量の残余量の堆積が行われる数秒の期間があり、これにより、要求された厚みよりわずかに厚い被覆の厚みになることがある。既存の装置では、堆積を急に停止することができない。
【０００７】
フィルタ付きの陰極アーク装置を用いて設けられた、四面体の非結晶の炭素の被膜は、引き裂かれたり、基板から剥がされたりしやすい場合があり、これを避ける、または低減する試みにおいて、被膜を受け止める表面を清掃する基板の前処理は、任意に行われるが、これまでは、堆積装置から分離された装置、または陰極アーク源に加えてイオンビーム源が組み込まれた堆積装置においてのみ実行できた。前者では、２つの別個の構成が必要なだけでなく、不便なことに、商業的な観点からは魅力のない余分な工程が被膜製造に入ってくる。それ自身のイオンビーム源を有する堆積装置は、イオンビーム源がチャンバへ取り付けられる別個の付属品であるため、高価である。
【０００８】
本発明は、アークプラズマをさらに濾過することを可能とし、従来技術の陰極アーク源の問題を克服するか、または少なくとも改善しようとするものである。したがって、本発明の目的は、陰極アーク源内のプラズマからマクロ粒子を濾過により除去する方法および装置を提供することにある。他の目的は、被膜の基板への付着を促進するように前処理された基板上への被膜の堆積を容易にすることにある。
【０００９】
したがって、本発明の第１の態様は、
被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、
ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、
少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段と、
プラズマからマクロ粒子を除去するために、プラズマを、フィルタダクトを通り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、
その装置が、バッフルと、プラズマが通過可能な開口と、プラズマを開口を通り抜けるように案内する第２の磁気手段とを有する、プラズマからマクロ粒子をさらに除去するための第２のフィルタを有している陰極アーク源を提供する。
【００１０】
本発明のこの装置の利点は、陰極アーク源から堆積される、四面体の非結晶の炭素被膜のような被膜の質をさらに改善することになる、マクロ粒子を濾過によりさらに除去することである。開口は閉じることができることが好ましい。本発明のこの第１の態様は、装置の他の部分から分離した第２のフィルタも提供する。
【００１１】
本発明の１つの実施態様では、第２のフィルタが、第１のフィルタのダクトと基板との間に配置されている。使用時に、正イオンを含み、マクロ粒子により汚染されているプラズマは、第１のフィルタの湾曲部を周って案内され、マクロ粒子の一部がフィルタダクトの側部に当たりプラズマから取り除かれる。ダクトの、基板に最も近い端部には、すなわちプラズマが湾曲部を通り過ぎた後には、ダクトの外に向かう比較的高密度の残留マクロ粒子が存在する。しかしながら、プラズマは、正イオンがダクトの中央付近において密度がより高い。したがって、本発明の第２のフィルタは、バッフルがダクトの外側付近に配置されており、ダクトの外側付近のマクロ粒子がこのバッフルに当たり、基板に向かってさらに移動することが阻止されるので、有効である。
【００１２】
したがって、本発明のアーク源の好ましい実施態様は、内部においてプラズマが基板上に堆積されるチャンバに取付けられている第１のフィルタダクトを有し、第２のフィルタ手段が、フィルタダクトの出口に、またはその近くに配置されており、プラズマがチャンバに到達する前にそのフィルタ作用を発揮する。
【００１３】
第２のフィルタ手段が、実質的に円形の開口を有する概ねディスク形状であることがさらに好ましい。ダクト内のプラズマは、ダクトの中央に向かって密度がより高くなっており、円形の開口を通り抜けるように案内され得るので、これは、プラズマからマクロ粒子を濾過により除去しながら、第２のフィルタを通してプラズマの高効率な伝達が得られる、開口の好都合な形状である。開口の形はさらに、少なくとも部分的にはフィルタダクトの横断面に左右されてもよい。フィルタダクトの横断面が円形ではなく楕円形である場合には、楕円形の開口、すなわち円形から変形している開口がふさわしい。
【００１４】
本発明の典型的なフィルタは、フィルタダクトの幅を横切って延びている。ディスクのバッフルに当たったマクロ粒子は、基板から離れたダクトの側部上に飛び移る。したがって、濾過による除去の大部分はダクトの第１の湾曲部で行われるのでフィルタディスクの清掃は頻繁には必要ないが、一定期間の使用の後、この領域のダクトおよび／またはディスクを清掃することが好ましい。
【００１５】
本発明の、後述の実施例に示す実施態様では、フィルタディスクは実質的に平坦な、中央の開口を有する、鋼箔の円形のディスクである。本発明の、後述の他の実施例に示す他の実施態様では、フィルタディスクは平坦ではなく、マクロ粒子をプラズマから離すように偏向させるためのバッフル角度を有している。この実施態様の利点は、バッフルの目的が基板に到達するマクロ粒子の数を減らすということである。マクロ粒子には、バッフルによって止められたとき、プラズマビーム内に偏向され、その後プラズマの勢いによって基板に向かって運ばれるものもある。したがって、マクロ粒子がプラズマから離れてダクトの側部に向かって偏向するようにプラズマに対して傾けられたバッフルは、フィルタの好ましい構成要素である。
【００１６】
概して、ディスクは薄く、フィルタダクトの作用を損わず、プラズマをフィルタダクトを通り抜けるように案内する磁場を損わないものであるべきである。通常、ディスクは２ｍｍより薄く、好ましくは１ｍｍより薄い。
【００１７】
フィルタ内の開口はプラズマが通過する通路用であり、フィルタダクトの内側の幅の１０％〜５０％の幅を有し、好ましくは、フィルタダクトの、その位置の幅の２５％〜４０％である。開口は、その特定の用途に応じて構成され、フィルタの位置と、フィルタダクトの大きさと、被膜の材料の種類とに応じて異なる大きさが妥当である。フィルタダクトの第１の湾曲部の丸みが鋭い場合には、マクロ粒子は案内磁場によって湾曲部付近では曲げられないため、ダクトの外に向かうマクロ粒子の密度がより高くなり、この場合にはより小さいバッフルとより大きい開口とが適している。
【００１８】
プラズマ密度は、一般に、ダクトの中央部に向かって高くなり、プラズマの少しの部分しか第２のフィルタの作用によってブロックされない。そうではあるが、装置は、バッフルから離れて開口を通り抜けるようにプラズマを案内するように、局所的な磁場を第２のフィルタ付近に生成する、１つまたは複数の永久磁石を有することが好ましい。これは、案内磁場が、マクロ粒子がフィルタの開口を通り抜ける通過量を直接に増やさない一方、フィルタを通過するプラズマの割合が増えるという利点がある。フィルタダクトの湾曲部付近にプラズマを案内することに用いられる案内磁場に追加して、かつそれとは別個の案内磁場を用いることによって、第２のフィルタの領域内で局所的に強い磁場が、実質的に全てのプラズマが通過するのを可能にしながら結果的により小さくできる開口を通るプラズマを得るために生成される。開口の大きさを小さくすることにより、ビームからのマクロ粒子の濾過による除去がさらに増大する。
【００１９】
永久磁石は、ダクトの外部からダクト内に配置された１つまたは複数のコイルへの電気的な接続が必要がないという利点がある。あるいは、装置は、第２のフィルタ付近に局所的な磁場を生成する、外部電源に接続されるようになっている電磁石コイルを有している。
【００２０】
フィルタによる除去をより増大させることが要求される場合には、磁場をより強くすることが適当であり、それでフィルタの開口をさらに小さくすることが容易になるが、第２のフィルタ付近の磁場は、使用時に１００〜２００Ｇの範囲の強度を有することが可能である。
【００２１】
第２のフィルタをダクトの一方の側部のみに配置されたバッフル板から構成することは、任意である。したがって、この実施態様のフィルタは、穴または開口を有するディスクではなく、板であり、プラズマは、局所的に強い磁場によってこの板のまわりに案内され、それによって板に当たるマクロ粒子が基板に到達するのが阻止される。
【００２２】
本発明の他の実施態様は、堆積の迅速な制御と、基板の前処理とに関している。したがって、本発明の特定の装置は、開口の開閉用の、第２のフィルタに付属したシャッターをさらに有している。陰極アーク源を使用している間、シャッターの閉位置と開位置との間の動作が、それぞれ、堆積を停止させ、また開始させる。堆積は、正確な時間にかつ迅速に停止および開始することができる。アークを点弧した直後の期間の間の堆積を避けるために、シャッターは最初に閉じ、それから、プラズマの質が所定の水準に達した後、または所定時間の後に開くことができる。このように、本発明のこの特徴によって、堆積工程全体に亘って改善された制御を行うことができる。
【００２３】
シャッターは、シャッターからフィルタダクトの外部に延びるハンドル手段によって任意に手動で制御される。シャッターを、陰極源の制御回路と作用的に組み合わされているアクチュエーターによって制御し、シャッターをアークのある所定の状態に応じて閉じるようにすることもできる。このような状態の１つは、プラズマの質の低下である。他に、プラズマ密度の低下がある。
【００２４】
以下に詳述されるシャッターは、実質的に半円形の２つの半片を有し、これら半円は開口を横切って、開口から離れた退避位置と、開口の前で接触して開口を遮る閉位置との間で、運動するようになっている。ここに記述された特定のシャッターは水冷されている。
【００２５】
本発明のさらに他の特定の実施態様は、
被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、
ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、
少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段と、
プラズマからマクロ粒子を除去するために、該プラズマを、前記フィルタダクトを通り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、
その装置が、バッフルと、前記プラズマが通過可能な開口と、前記プラズマを前記開口を通り抜けるように案内する第２の磁気手段とを有する、前記プラズマからマクロ粒子をさらに除去するための第２のフィルタを有し、
イオンビームを生成し、このビームを基板に向ける、堆積チャンバ内の手段をさらに有している。
【００２６】
本発明のさらに他の実施態様は、
被膜を基板上に堆積するための陰極アーク源であって、
ターゲット用の陽極および陰極ステーションと、
少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを有する第１のフィルタ手段と、
プラズマからマクロ粒子を除去するために、該プラズマを、前記フィルタダクトを通り抜けるように案内する第１の磁気手段とを有し、
その装置が、バッフルと、前記プラズマが通過可能な開口と、前記プラズマを前記開口を通り抜けるように案内する第２の磁気手段とを有する、前記プラズマからマクロ粒子をさらに除去するための第２のフィルタを有し、
第２のフィルタが、イオンビームを生成し、このビームを基板に向ける手段を有している。
【００２７】
これにより、堆積前の基板の清掃または堆積前の基板の他の表面処理を、本発明のこれらの実施態様を用いて、容易にかつ好都合に行うことができる。チャンバ内の、または第２のフィルタに関連しているイオンビームは、被膜の堆積開始前に作動することができる。多層被膜において異なる層を設ける間に、イオンビームを使用することも可能である。
【００２８】
イオンビーム生成手段としては、「エンドホール」イオンビームタイプのものが適しており、１つまたは複数の電気フィラメントを有している。本発明の特定の第２のフィルタは、フィルタの開口付近に実質的に均等に間隔を置いて配置されている、イオンビーム源用の電子を生成するための複数のフィラメントを有している。アルゴンなどのガス源が第２のフィルタに、またはその近くに配置されている。
【００２９】
本発明は、陰極アーク源から出射されたプラズマビームからマクロ粒子を濾過により除去する方法であって、
ビームを、少なくとも１つの湾曲部を有するフィルタダクトを含む第１のフィルタを通り抜けるように案内することと、
その後、ビームを、バッフルと、プラズマが通過可能な開口とを有する第２のフィルタを通り抜けるように案内することとを含む、マクロ粒子を濾過により除去する方法も提供する。
【００３０】
好ましい方法は、第２のフィルタのまわりで局所的に強い磁場を用いてビームを案内すること、またビームを第２のフィルタを通り抜けるように案内することを有する。このように、プラズマはバッフル付近で、かつバッフルを避けるように優先的に案内されるのに対して、マクロ粒子の一部はこのように案内されないので、バッフルに当たり、基板から離れるようにそらされ、基板への到達を阻止される。
【００３１】
本発明の他の態様は、陰極アーク源を有する堆積装置を用いて、基板上へ被膜を堆積する方法であって、
基板を装置の堆積チャンバ内で位置決めすることと、
イオンビームを基板に向けることと、
陰極アーク源からプラズマ内に放出された正イオンの被膜を、基板上に堆積することとを含む、基板上へ被膜を堆積する方法を提供する。
【００３２】
イオンビームは、堆積チャンバ内に配置されているイオンビーム生成手段から生成してもよい。
【００３３】
本発明の他の実施態様では、装置が、堆積チャンバと陰極アーク源との間に第１のフィルタダクトを有し、イオンビームが、フィルタダクト内に、またはダクトのチャンバ内への出口に、またはその近くに配置されているイオンビーム生成手段から生成される。シャッターがフィルタダクト内に好都合に配置されており、シャッターを閉じる工程と、イオンビームを基板に向ける工程と、シャッターを開ける工程と、基板上に正イオンの被膜を堆積する工程とを含んでいてもよい。
【００３４】
本発明は、陰極アーク源を有する堆積装置を用いて、基板上へ被膜を堆積する方法であって、
陰極アーク源からプラズマ内に出射された正イオンの被膜を基板上に堆積することと、
被膜の厚みを測定することとを有し、
厚みが所定のレベルに達した時に、シャッターを、基板上へプラズマがさらに堆積するのを阻止するようにプラズマを横切って動かすこととを含む、基板上へ被膜を堆積する方法をさらに提供する。
【００３５】
本発明は、正イオンを含むプラズマの放出用の陽極および陰極ターゲットと、プラズマからマクロ粒子を濾過により除去するためのフィルタダクトとを有する陰極アーク源を備えた堆積装置を用いて、基板上へ被膜を堆積する方法であって、
シャッターを、基板上へのプラズマの堆積を阻止するように、フィルタダクトを横切って動かすことと、
アークを陽極とターゲットとの間に点弧することと、
プラズマの質が所定のレベルに到達した時点を判定し、または所定の期間だけ待機することと、
シャッターを、プラズマが基板上に堆積するように開くこととを含む方法をさらに提供する。
【００３６】
本発明のさらに他の態様は、基板上へ堆積するためのプラズマを生成する装置であって、第１の陰極アーク源と、第２の陰極アーク源と、メインプラズマダクトとを有し、第１の陰極アーク源からのプラズマ出力が、メインダクトに接続された第１の側方ダクトを介してメインダクト内に案内され、第２の陰極アーク源からのプラズマ出力が、メインダクトに接続された第２の側方ダクトを介してメインダクト内に案内され、単一のプラズマが装置のメインダクトからの出力である、プラズマを生成する装置を提供する。
【００３７】
装置の動作中、プラズマが第１および第２の陰極アーク源の両方から生成されると、プラズマ出力はメインダクト内で組み合わされて、基板上に堆積される単一のプラズマ出力が生成される。あるいは、第１および第２の陰極アーク源を、例えば、一方のアーク源が修繕されている時に、他方のアーク源が使用されるように、互いに独立して動作させることが可能である。
【００３８】
この装置は、両方のアーク源を同時に使用してそれらの出力を組み合わせることで、より速い堆積速度を達成できるという利点がある。この装置はまた、第１のアーク源をある物質のターゲットを用いて作動させ、第２のアーク源を違う物質のターゲットを用いて作動させることによって、多層被膜が得られるという利点もある。一例として、第１のアーク源をシリコンターゲットを用いて作動させ、第２のアーク源をグラファイトターゲットを用いて作動させる。
【００３９】
この装置は、プラズマ出力を、各アーク源から側方ダクトを介してメインダクトに案内する、電磁石または永久磁石などの磁場生成手段を有している。この装置は、互いに反対向きの、ターゲットの下方の磁場と案内磁場の結果として、垂直な磁場の強さが零の点をターゲットの上方に、かつ強い横向きの磁場をターゲットの表面に生じさせるように、各アーク源内のターゲットの下方に配置されている磁場生成手段をさらに有していることが好ましい。
【００４０】
本発明の好ましい実施態様では、メインダクトが、一方の端部が堆積チャンバに取り付けられ、または堆積チャンバ内に向かって開口し、または他の方法で堆積チャンバと連通されている、実質的に直線状であり、側方ダクトがメインダクトに実質的に互いに向き合って取り付けられている。観察穴、または堆積される被膜の厚みのモニターを、メインダクトの、堆積チャンバに接続されている端部の反対側の端部に配置するのが好都合である。これは、メインダクトのその端部から基板へ直接延びる照準線ができるという点で有利な構成である。このことは、例えば、図５に示し後述する本発明の特定の実施例に示されている。
【００４１】
酸化物を含む被膜の堆積のために、この装置は、酸化物が堆積チャンバ内に導入されるのと同時に、アルゴンガスをメインダクト内および／または側方ダクト内の入口穴を介してメインダクトへ入れるようになっていることがさらに好ましい。メインダクト内へ、およびメインダクトからアーク源の陽極がある側方ダクト内へ酸素が入り込むのを減らすのに十分な、メインダクト内のアルゴンの分圧を維持して、それによってターゲット材料の酸化による汚染を減らすように、アルゴンガスをメインダクトの堆積チャンバに近い端部に入れ、堆積チャンバの末端に送り込めるように、穴がメインダクト内に任意に設けられる。このアルゴンの分圧は、少なくとも約１０-4ｔｏｒｒで任意である。堆積チャンバ内の酸素分圧が約１０-2〜１０-3ｔｏｒｒの場合、このようなアルゴンの分圧によって、酸素がメインダクトへ入り込むのが大部分阻止され、その結果、酸素が側方ダクトへ入るのが大部分阻止され、したがって、陽極表面上で酸化物が形成されることによる陰極源の汚染が最小限になる。
【００４２】
陰極アーク源を、高い透磁率を有する材料からなる覆いを用いることによって、案内磁場などの外部の磁場から遮蔽することも好ましい。鉄やいわゆる「μ金属」が適している。陰極アーク源が、プラズマ出力を基板に向けて案内するために必要とされる案内磁場による過度の影響から遮断されている限り、ターゲットに配置されている、またはターゲットの下方に配置されている「反転」場を用いることなく、装置を作動させてもよい。
【００４３】
本発明のこの態様の他の実施態様では、メインプラズマダクトが、プラズマからのマクロ粒子を濾過により除去する、少なくとも１つの湾曲部を有している。湾曲部の角度は３０〜９０°の範囲で任意である。本発明のこの態様の装置は、基板の前面および後面の両方に同時に被膜できるように、堆積チャンバと組み合わせることができる。したがって、堆積装置は、本発明のこの態様による装置が両側部に取付けられる堆積チャンバを有していてもよい。
【００４４】
ここで、本発明を図面を参照して説明する。
【００４５】
図１（ａ）と図１（ｂ）を参照すると、フィルタディスクが全体が１０で示されており、このフィルタディスクは、１ｍｍより薄いステンレス鋼箔から作られている。このフィルタはバッフル１１と開口１２とを有している。リング状の永久磁石１３（または電磁石１３）が、このディスクの外縁の周りに配置されており、使用中、プラズマを、開口１２を通りぬけるように案内し、その結果、電気的に中性のマクロ粒子がバッフル１１に当たってそれ以上基板に向かって進まなくなるようにする、局所的に強い磁場を発生する。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されているディスクの模式的な断面図を示している。開口１２は、約１００ｍｍの内径を有するフィルタダクトで使用するために、通常は１０〜５０ｍｍの範囲の大きさである。
【００４６】
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図２（ｃ）と、図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）とを参照すると、本発明のフィルタディスクが全体が２０で示されており、このフィルタディスクはバッフル２１と開口２２とを有している。環状の永久磁石２３（または電磁石２３）が、このフィルタディスクの外縁に配置されており、プラズマを、開口を通りぬけるように案内するように、局所的に強い磁場を発生する。上述したように、局所的に強い磁場は電磁石によって発生することもできる。
【００４７】
本発明の、これら２つの図に示された実施例は、図２（ａ）および図３（ａ）に示されている閉位置にある時には開口２２を閉ざし、図２（ｃ）および図３（ｃ）に示されている開位置に移動させられた時には、陰極アーク源から出射されたプラズマビームが開口を通過して基板に到達することを可能にする、シャッター部材２６から構成されたシャッターを有している。シャッター部材２６も鋼からできており、冷却管２７を通る水流によって冷却されている。図示されている構成では、この冷却管はシャッター部材に取り付けられ、ピボット２８を支点とするピボット運動をするように据え付けられている。オペレーターによって操作されるシャッター開閉用のハンドルが取付けられているが、これらの図面には示されていない。冷却管が取り付けられたシャッターは、この装置の、チャンバ側２５ではなくダクト側２４に配置されている。このシャッターがグラファイトからできている場合には、冷却管は省略できる。
【００４８】
堆積する前に基板を清掃するため、または基板表面に他のイオンビーム処理を実施するために、イオンビームを生成するためのイオンビーム付属品が、フィルタディスクに任意に取り付けられ、または組み合わされており、通常はフィルタディスク組立体のチャンバ側２５に配置されている。
【００４９】
イオンビーム付属品が動作している時、チャンバ側２５に取り付けられている１つまたは複数のフィラメント１７によって電子が供給され、永久磁石または電磁石２３によって、電子を動き出させるのに必要な磁場が生成され、チャンバ側でのプラズマの放出が継続される。ディスク２０には、陽極の役目をするように正のバイアス電圧（通常＋１５０Ｖまで）がかけられており、かつシャッタは閉じられて（変動する電圧を有する）反射器の役目をする。こうして、イオンビームが生成され、チャンバに向けられる。図３（ｂ）に示されているディスクの構造は、わずかに、より集中されたイオンビームを生成するので、この点で好ましい。このようなイオンビーム源は、「エンドホール」タイプである。
【００５０】
本発明者達は、本発明の、磁気の強いフィルタの使用を試し、磁気の強いフィルタを用いて被膜を堆積させ、従来の技術によって得られた被膜と比較した。その結果が図４（ａ）、図４（ｂ）、および図４（ｃ）に示されている。
【００５１】
図４（ａ）は、従来の技術を用いて堆積された被膜を示している。黒ずんだしみ、すなわち被膜を汚す電気的に中性のマクロ粒子が大きい。それらがこの従来技術の被膜に多量に見られる。
【００５２】
図４（ｂ）は、国際特許公開ＷＯ９６／２６５３１号公報に記載されているような、二重湾曲フィルタダクトを用いて堆積された被膜を示しており、マクロ粒子による汚れは減少しているものの、それでも多量のマクロ粒子が見られる。
【００５３】
最後に、図４（ｃ）は、二重湾曲フィルタダクトと、本発明による、磁気が強いフィルタとを有する堆積装置を用いて堆積された被膜を示している。この堆積された被膜にはマクロ粒子がほとんど見られず、被膜の、ここに示された領域にはマクロ粒子がない。
【００５４】
図５を参照すると、全体が３０として示されている堆積装置は、２つの陰極アーク源３１と３２を有している。各陰極アーク源は、ターゲット板３４および陰極体３５に電気的に接触しているターゲット３３を有している。ターゲット板３４と陰極体３５との結合体は、陰極ステーションとも呼ばれ、その上の陰極ターゲットの配置およびアーク電源との電気的接続のためのものである。
【００５５】
使用中、ターゲットの冷却は、入口３６に流入し出口３７を経て流出する冷却水の流れによって行われる。
【００５６】
いわゆる「反転場」が、ターゲットの下部の周りおよび下方に備えられている永久磁石３８によって生成されている。永久磁石３８は、任意に、電磁石と置き換え可能である。プラズマをターゲットから基板に向かって案内する案内磁場用の磁石またはコイルが、図示されていないが、側方ダクト３９の周りに配置されている。
【００５７】
ターゲット３３の周りには、遮蔽体４０とセラミックの円形体４１と遮蔽キャップ４２とからなる遮蔽が形成されている。陽極ライナーが、陽極壁４４の内部にきつくはめ込まれ電気的に接触している。冷却が、冷却水ハウジング４５を通る水流によって行われ、アークの観察が観察穴４６を通して行われる。アークを発する、直線的な発射装置４７が設けられている。
【００５８】
この堆積装置は、位置４８においてフランジ５０によってメインダクト４９に取り付けられている、不図示のチャンバを有している。このチャンバ内の基板へのプラズマの案内は、案内磁場コイル５１と磁場を強めるコイル５２とによって生成される通常の磁場によって行われる。メインダクト内の案内磁場は、通常、４００〜１０００Ｇの間の強さであり、一方、側方ダクト内の案内磁場は、通常、２００〜６００Ｇの間の強さであり、この磁場を生じさせる磁石は、側方ダクトを通ってメインダクトに入り堆積チャンバ内の基板上に向かう連続的な案内磁場を生成するのに好適に配置されている。あるいは、これらの磁場を永久磁石によって生成することもできる。メインダクト４９と、そのコイルまたは他の磁石と、側方ダクトと、その案内コイルまたは磁石とは、高い透磁率の物質（鉄またはμ金属がふさわしい）の図示しない覆いによって任意に覆われる。覆いの作用は、ターゲットにおける、またターゲット周囲の磁場への案内磁場の影響を低減することである。
【００５９】
示されている実施例において、側方ダクトの直径は約１５ｃｍ（６inch）であり、メインダクトの直径は約２０ｃｍ（８inch）である。側方ダクトの直径がメインダクトの直径より好適に小さければ、他の直径を採用することができる。
【００６０】
位置５３には、１つか２つ以上の観察穴と、イオンビーム源と、基板上に堆積される被膜の厚みのモニターと、ポンプ用穴とを備えることができる。フランジ５０が、アーク源を補助する目的で、チャンバ４８からメインダクトおよび側方ダクトを隔離するための弁を有していてもよく、またはその弁の一部となっていてもよい。そこで、ポンプ用穴が、この弁を再び開く前にメインダクトおよび側方ダクトを空にするために使用される。この装置は、マクロ粒子を除去するように、メインダクト内、または側方ダクト内、または両方に配置されている、本発明による、強い磁気のフィルタを有することもできる。
【００６１】
このように、本発明は、陰極アーク源の技術を用いて、堆積される被膜の汚れをさらに減らし、従来のダクトフィルタであっても、堆積工程全体の制御を改善し、堆積工程の前、または途中、または後の、基板のイオンビーム処理を提供し容易にすることを実現可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明によるフィルタディスクの模式的正面図および模式的断面図を示している。
【図２】  図２（ａ）、図２（ｂ）、および図２（ｃ）は、本発明のフィルタディスクの第１および第２の位置にある状態の模式図と、第１の位置にある状態の模式的断面図とを示している。
【図３】  図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、本発明のフィルタディスクの第１および第２の位置にある状態の模式図と、第１の位置にある状態の模式的断面図とを示している。
【図４】  図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、従来技術により得られた被膜、国際特許公開ＷＯ９６／２６５３１号公報に記載されているような二重湾曲部を用いて得られた被膜、本発明による磁気が強められたフィルタを用いて得られた被膜をそれぞれ示している。
【図５】  ２つの陰極アーク源を有する、本発明の堆積装置の模式的断面図を示している。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５】
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