(57)【要約】【課題】  真空内で基板上にコーティングを形成するためのアセンブリを提供する。【解決手段】  本発明は、真空内で基板にコーティングを形成するアセンブリに関する。当該アセンブリによると、カソードとして接続されている１つのターゲット上で少なくとも、電気アーク放電を発生させることによってプラズマが生成される。アーク放電は、アノードとターゲットとの間において、窓を通してターゲット表面に方向づけられている偏向可能な集束レーザビームによって発生させられる。本発明は、真空チャンバの窓領域に形成される望ましくないコーティングを大幅に低減するための技術的解決法を提供することを目的とする。本発明によると、このような構成とすることによって、永久磁石または電磁石が、窓と、少なくとも１つのターゲットとの間において、レーザビームの光軸に対して隣接して、上方、または、下方に配設され、レーザビームは、永久磁石または電磁石によって発生させられる磁界によって誘導される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空内で基板上にコーティングを形成するためのアセンブリであって、
カソードとして接続されている１つのターゲット上で少なくとも、電気アーク放電を発生させることによってプラズマが生成され、前記アーク放電は、アノードと前記ターゲットとの間において、前記ターゲットの表面に方向付けられている偏向可能なレーザビームによって発生させられ、前記レーザビームは、前記真空チャンバに形成されている窓を介して前記ターゲットに方向付けられ、
前記窓と、前記ターゲット（６）との間には、少なくとも１つの永久磁石または電磁石（３、３´）が、前記レーザビーム（５）の光軸に対して、隣接して、上方に、または下方に配設されており、前記レーザビーム（５）は、前記永久磁石または電磁石（３、３´）によって形成される磁界によって誘導される
アセンブリ。
【請求項２】
１以上の永久磁石または電磁石（３、３´）によって形成される磁界は、前記レーザビーム（５）の前記光軸に対しておよび／または前記レーザビーム（５）が偏向される平面に対して法線となる磁界成分を含む
請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記永久磁石または電磁石（３、３´）と前記窓との間には、第１の有孔部材（１）が配設されており、前記第１の有孔部材（１）の開口を通して、前記レーザビーム（５）は前記ターゲット（６）に方向付けられる
請求項１または請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記永久磁石または電磁石のうち第１の永久磁石または電磁石（３）は、前記光軸に対して一方の側に配設されており、前記永久磁石または電磁石のうち第２の永久磁石または電磁石（３´）は、前記レーザビーム（５）の前記光軸に対して反対側に配設されている
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記永久磁石または電磁石（３、３´）は、極の配置が同じである
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項６】
正の電位に接続されている構成要素（９）が、前記光軸および／または前記レーザビーム（５）が偏向される前記平面を基準として、少なくとも前記１つの永久磁石または電磁石（３）とは反対側に配設されている
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記永久磁石または電磁石（３）によって、前記アノード（７）の前記長手軸に対して平行な磁界が生成される
請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記構成要素（９）は、プレート状、長尺状、格子状、または、複数の長尺部材として形成される
請求項６または請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記構成要素（９）は、前記レーザビーム（５）の前記光軸および／または前記レーザビーム（５）が偏向される前記平面に対して平行に配置されている
請求項６から請求項８のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記永久磁石または電磁石（３、３´）は、前記窓と前記ターゲット（６）との間において、ずらして配置される
請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
２つの永久磁石または電磁石（３、３´）は、有孔部材を形成する
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記ターゲット（６）の前記表面にわたって前記レーザビームを誘導するべく前記レーザビームを通過させる１つの窓の長さは、前記レーザビーム（５）の位置合わせを考慮して、前記ターゲット（６）の長さに略一致する
請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記永久磁石または電磁石（３、３´）の幅は、前記ターゲット（６）の長さに少なくとも略一致する
請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記窓と前記ターゲット（６）との間に、第２の有孔部材（２）が配設されている
請求項１から請求項１３のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記有孔部材（１、２）の前記開口の長さは、前記レーザビーム（５）の偏向を考慮して、前記ターゲット（６）の長さに少なくとも略一致する
請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記有孔部材（１、２）の前記開口の幅または高さは、前記ターゲット（６）の前記表面の全長にわたって前記レーザビーム（５）が方向付けられるように設定されている
請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記１以上の永久磁石または電磁石（３、３´）は、前記２つの有孔部材（１、２）の間に配置される
請求項１から請求項１６のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記第１の有孔部材（１）と前記窓との間において、窓保護用の箔（４）が配設されている
請求項１から請求項１７のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記窓保護用の箔（４）は、ある機構を用いて、巻きつけることおよび巻いてある状態から伸ばすことが可能である
請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記ターゲット（６）は、巻回体または円筒として形成されており、前記レーザビーム（５）は、前記ターゲット（６）の外周面に方向付けられる
請求項１から請求項１９のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記レーザビーム（５）は、振動によって、ある平面内で偏向可能である
請求項１から請求項２０のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記レーザビーム（５）の前記光軸は、位置合わせを行う平面内に配置される
請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
複数の前記ターゲット（６）が、線状に配置されている
請求項１から請求項２２のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空内で基板上にコーティングを形成するためのアセンブリに関する。当該アセンブリでは、カソードとして接続されている少なくとも１つのターゲット上に、電気アーク放電によって、プラズマを形成し、当該アーク放電は、アノードとターゲットとの間に、ターゲットの表面に方向付けられている偏向可能な集束レーザビームによって、発生させられる。真空チャンバの外部に設けられるレーザ光源から放出されるレーザビームは、真空チャンバに形成されている窓を通して、真空チャンバ内に方向付けられており、その結果ターゲットの表面に方向付けられている。
【０００２】
このようにして、ターゲットの表面の複数の異なる位置においてアーク放電を発生させることができ、ターゲットの有効表面上で均一に材料を摩損させることができる。このため、真空チャンバの内部に設けられたターゲットの利用可能期間を長くすることができると同時に、均一なコーティングを形成することができる。
【０００３】
上述したようなレーザビームは、スキャナシステムまたはその他の適切な可動偏向素子等の従来のシステムによって偏向され得る。
【０００４】
このような技術的解決法は特に、独国特許発明第１９８５０２１７号明細書に記載されており、当該特許文献に係る方法は「レーザ−アーク法」とも呼ばれている。
【０００５】
ここで、形成されたプラズマの一部が真空チャンバの内部で浮遊することが避けられない。このため、コーティング材料が、真空チャンバの内側および真空チャンバの窓にも堆積してしまう場合がある。窓にもコーティングが形成される。このため、窓の透明性が望ましくないことに低減してしまい、頻繁に窓を掃除する必要がでてきたり、または、窓を交換する必要がでてくる。このような欠点を克服するべく、窓保護用の箔を用いてきた。このような箔は、真空チャンバ内で堆積されてコーティングに対して窓を保護するが、箔自体にも同様にコーティングが形成されてしまう。このような窓保護用の箔は、リール状に巻いた状態で入手可能であり、各コーティング工場において、供給スプールに巻かれている状態から伸ばされて、第２のスプールに巻きつけられる。尚、このような手順は、工場の作業において逐次的または連続的に実施される。このため、巻きつける作業は、１時間当たり約２メートルという速度で実施される。このような箔を真空チャンバ内で供給する作業には、制限が課されてしまう。これは、箔を巻きつけたスプールの内部に水分および気体が含まれており、この気体が放出されると真空条件に悪影響を及ぼしてしまうからである。したがって、スプールの交換は約１５時間の作業時間が経過した後で行う必要がある。交換のために必要な時間および窓保護用の箔の費用のため、言うまでもなく、製造コストが上昇してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上を鑑みて、本発明は、窓領域に形成される望ましくないコーティングを大幅に低減するための技術的解決法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、上記の目的は、請求項１に記載の特徴を備えるアセンブリによって実現される。本発明の実施形態および改善例は、従属請求項に記載の特徴によって実現され得る。
【０００８】
本発明に係るアセンブリは、真空内で基板上にコーティングを形成するためのものである。当該アセンブリは、先行技術から公知の「レーザ−アーク法」に従って動作し得る当該アセンブリの改善点は、少なくとも１つの永久磁石または電磁石を、窓と少なくとも１つのターゲットとの間に配設する点にある。このような構成とすることによって、少なくとも１つの永久磁石または電磁石は、レーザビームの光軸に隣接して、または、該光軸の上下に位置することになる。この結果、永久磁石または電磁石によって磁界が生成される。この磁界によって、レーザビームをターゲットの表面に向かう方向に方向付けることができる。
【０００９】
１以上の永久磁石または電磁石によって形成される磁界はそれぞれ、レーザビームの光軸に対する法線および／またはレーザビームが偏向される平面に対する法線と揃えられている磁界成分を持つ必要がある。
【００１０】
本明細書の導入部分で既に触れたが、レーザビームは偏向することが可能である。偏向は、平面内の反転点間の振動によって実現されることが望ましい。このため、真空チャンバが有する窓の形状および寸法は、レーザビームが偏向されることによってターゲットを全長にわたって確実にスキャンできるように適切に設定する必要がある。
【００１１】
保護を改善するべく、真空チャンバの内部において、窓と永久磁石または電磁石との間に、有孔部材を配設するとしてよい。レーザビームは、該有効部材の開口を通過して、アーク放電を発生させる。
【００１２】
本発明の改善点によると、先行技術から公知であるように、窓保護用の箔を、窓の前方に、好ましくは有孔部材と窓との間に配設することができる。窓保護用の箔は、これ自体は公知の方法で、供給リールに巻きつけられている状態から伸ばされて別のリールに巻きつけることができる。
【００１３】
磁界によって、プラズマおよびターゲット材料を、窓および窓保護用の箔の方向には向かい得ないように、偏向することができる。この結果、少なくとも窓および窓保護用の箔の領域において形成されるコーティングを大幅に低減することができる。
【００１４】
また、上述した有孔部材に加えて、第２の有孔部材を真空チャンバ内に配設することによって、望ましくないコーティングに対する保護効果が高く成り得る。
【００１５】
このように、ターゲットと、第１の有孔部材および窓保護用の箔のそれぞれとの間、または窓との間に、第２の有孔部材を、レーザビームを通過させてアーク放電を発生させるべくターゲットに方向付けることができる開口を有する別の有孔部材として、配設することができる。このため、このような有孔部材は、ターゲットに非常に近接させて配置される。
【００１６】
本発明の別の実施形態によると、このような有孔部材は、少なくとも２つの永久磁石または電磁石を備えるアセンブリにおいて設けられるとしてもよい。この場合、これらの永久磁石または電磁石は、有孔部材の開口を形成し得る間隙を持つように配置される。この場合、２つの永久磁石または電磁石は、一方の永久磁石または電磁石がレーザビームの光軸の片側に配置され、他方の永久磁石または電磁石がレーザビームの光軸に対して反対側に配置されるとしてよい。そして、永久磁石または電磁石同士は、互いに平行になるように、揃えられるとしてよい。
【００１７】
本発明によると、永久磁石または電磁石は、極の配置が同じになるように配置されなければならない。
【００１８】
そして、少なくとも２つの永久磁石または電磁石を、窓とターゲットとの間で、互い違いに設けて、それぞれターゲットまでの距離または窓までの距離が異なるようにしてよい。
【００１９】
また、本発明に係るアセンブリが備える各構成要素、つまり、有孔部材、および、永久磁石または電磁石は、ターゲットの寸法を考慮して配置および形成することが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、基板をコーティングするべくプラズマを形成するためのターゲットを１つのみ利用するまで精度を上げることが可能となる。しかし、別の実施形態によると、アセンブリにおいて、好ましくは線状に配置される複数のターゲットを設けるとしてもよい。このようにターゲットを複数設ける場合、基板上には多層構造を形成することができる。この場合は、複数の異なる物質または複数の異なる物質の混合物から成るターゲットを利用する。
【００２１】
ターゲットは、ローラ形状または円筒状に形成され、コーティング形成中において軸を中心に回転するとしてよい。このような構成とすることによって、プラズマ形成についてターゲット材料を均一に摩損させることができる。
【００２２】
先述したように、本発明において、有孔部材の長さおよび永久磁石または電磁石の幅を決める際には、各ターゲットの長さを考慮すべきである。具体的には、有孔部材の開口または永久磁石および電磁石の幅は少なくとも、１つのターゲットの長さ、または、線状に配置されている複数のターゲットの合計長に略一致すべきで、このような構成とすることによって、レーザビームを、１以上のターゲットの全長にわたって偏向させることができ、望ましくないコーティングが形成されないようにすることができる。
【００２３】
既に述べたが、レーザビームは平面内で振動させることができ、このようにして偏向させることができる。この場合、レーザビームの光軸は、偏向が実現する平面内に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下で、例を参照しつつより詳細に本発明を説明する。図面は以下の通りである。
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るアセンブリを示す概略図である。
【００２６】
【図２】本発明の実施形態に係るアセンブリを示す側面図である。
【００２７】
【図３】本発明の別の実施形態に係るアセンブリを示す図である。
【００２８】
図面では、真空チャンバ、および、真空チャンバ上に形成され、レーザビーム５を通過させてターゲット６に向かうように真空チャンバ内に方向付ける窓は図示していない。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、レーザビーム５が、真空チャンバの外部に配設されたレーザ光源から、窓および窓保護用の箔４、有孔部材１の開口および第２の有孔部材２の別の開口を通過して、ターゲット６に向かうように方向付けられ得る様子を示す図である。有孔部材１および２の開口は、矩形状に形成され、その長さは、レーザビーム５が１以上のターゲット６の全長にわたって偏向され得るのに十分な大きさに設定されている。
【００３０】
図１に示す実施形態によると、２つの永久磁石３および３´は、２つの有孔部材１および２の間に配設されている。より具体的には、永久磁石３はレーザビーム５の光軸の下方に配設されており、永久磁石３´はレーザビーム５の光軸の上方に配設されている。レーザビーム５は、２つの永久磁石３および３´の間を通って、ターゲット６に向かって方向付けられるとしてよい。有孔部材１は、高さが約１０ｍｍの開口を有し、窓保護用の箔４の直前に配設されている。有孔部材２の開口は、高さが４ｍｍであり、カソードとして接続されているターゲット６の直前に配設されている。
【００３１】
２つの永久磁石３および３´は、レーザビーム５の伝播方向において、極の配置が同じになるように配置される。２つの永久磁石３および３´の磁界の磁力線を、概略的に図示している。図２でも同様に図示している。
【００３２】
ローラ形状に形成されているターゲット６の長さは、２００ｍｍ以上になるとしてよい。このため、永久磁石３および３´は、全長が少なくともターゲットの長さである２００ｍｍとなるものを用いるとしてよい。しかし、また、これよりも長さが短い永久磁石を複数線状に配列して、つまり、永久磁石３および３´を極の配置が同じになるように線状に配列することも可能である。このような構成とすることによって、例えば、それぞれ長さが７０ｍｍで幅が１５ｍｍの永久磁石３または３´を合計４つ用いることで、合計長は２８０ｍｍとすることができる。
【００３３】
図２は、レーザビーム５が、有孔部材１および２の開口を通過して、永久磁石３および３´の間を、円筒状のターゲット６の表面に向けて方向付けられ得る様子を示す別の図である。このように構成することによって、カソードとして接続されているターゲット６と、アノード７との間で、電気アーク放電を発生させることができる。この結果、プラズマ８が形成され、図２には図示していないが、真空チャンバ内で基板をコーティングするべく利用され得る。
【００３４】
本発明では、磁気誘導が２０ｍＴから５０ｍＴの永久磁石３または３´を用いるとしてよい。
【００３５】
図３は、本発明の別の実施形態に係るアセンブリを示す図である。先の実施形態と同様に、電気アーク放電を発生させるためのレーザビーム５が図示されている。当該レーザビーム５は、自身の長手方向軸を中心として回転する円筒状のターゲット６の表面に平行な平面において偏向が可能で、図３には図示していないが窓を通って、さらに窓保護用の箔４および２つの有孔部材１および２の開口を通過して、ターゲット６に方向付けられている。
【００３６】
ここで、永久磁石３は、レーザビーム５が偏向される平面および／または偏向されていないレーザビーム５の光軸の下方に配置されている。永久磁石３によって形成される磁界は、アノード２と平行に並んでいる。当該平面または光軸の反対側には、アノード７と同様に電源に電気接続されている構成要素９が配置されている。構成要素９を設けることによって、特に永久磁石３の磁界と組み合わせることによって、有孔部材２を通過するプラズマ８は、または有孔部材２を設けない変形例ではこの方向に到達しているプラズマ８は、窓保護用の箔４に対するコーティングが低減され得るように、さらに偏向され得る。
【００３７】
ここで、構成要素９は、導電性材料から成る単一のシート状部材として形成され得る。また、格子状に形成することもできるし、または、図３に示すように、１または複数の長尺状部材として設けられるとしてもよい。
【００３８】
ここで、構成要素９も同様に、レーザビーム５を妨害しないように配置および位置決めする必要がある。しかし、構成要素９によって生成される磁界は、その領域に到達するプラズマ８を制御して、窓保護用の箔４から離れるように所望の方向に偏向させるとしてよい。
【００３９】
このため、構成要素９は、レーザビーム５の光軸または偏向平面に対して平行になるように位置決めされ得る。しかし、構成要素９のターゲット６側から有孔部材１および窓保護用の箔４の側が高くなるように、比較的小さい傾斜角度で、構成要素９を傾斜させて設けることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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