(57)【要約】本発明は、陰極としてのターゲットを有し、陽極をなすハウジングによってターゲットが取り囲まれたアーク蒸着装置に関する。ターゲット材料の均一な蒸着を得るために、ハウジングから複数の第２の導電性ジョイント（８４、８６）が張り出し、該第２の導電性ジョイントは第２の導体（７４）を介して連結され、該第２の導体は幾何学的にターゲット又は第１の導体（７２）の包絡面に相当する包絡面を張る。該第１の導体（７２）は、ターゲットの導電性ジョイント（７６，７８）を連結する。第１及び第２の導体（７２，７４）は電源（８２）の極（８０，８８）と連結されている。
2006508246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の極、例えば陰極をなすターゲット（１６、４９）を有し、該ターゲットが第２の極、例えば陽極をなすハウジング（１０）の中に配置され、ターゲットの少なくとも周辺部がマウント（２０）と導電結合され、ターゲットの周辺区域に延びるとりわけ複数の第１の導電性ジョイント（３８、４０、７６、７８）がマウント（２０）ないしはターゲット（１６）から出ており、一方、第１の導電性ジョイント（３８、４０、７６、７８）はハウジングの外部に配置された電源（１８、８２）に通じる第１の導電性導体（４２、７２）によって連結され、ハウジングが少なくとも１個の第２の導電性ジョイント（４４、４６、４９、５３、５４、８４、８６）を介して第１の導電性導体（４２、７２）と結合されているアーク蒸着装置において、
ハウジング（１０）から複数の第２の導電性ジョイント（４６、４８、５２、５４、８４、８６）が出ており、第２の導電性ジョイントが第２の導電性導体（４４、７０、７４）によって互いに連結され、幾何学的にターゲット（１６、４９）の包絡面ないしは第１の導電性ジョイント（３８、４０、７６、７８）が形成する包絡面に相当する少なくとも１個の包絡面又は少なくとも部分包絡面を張ることを特徴とするアーク蒸着装置。
【請求項２】
第２の導電性ジョイント（４６、４８、５２、５４、８４、８６）が張る第２の包絡面が、ターゲット（１６）が張る第１の包絡面又は第１の導電性ジョイント（３８、４０、７６、７８）が張る第３の包絡面と同心又はほぼ同心であることを特徴とする請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項３】
第１の導電性ジョイント（３８、４０、７６、７８）が第１の平面を張り、第２の導電性ジョイント（４６、４８、５２、５４、８４、８６）が第２の平面を張り、第１及び第２の平面が互いに平行又はほぼ平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク蒸着装置。
【請求項４】
第１ないしは第３の包絡面の中心点から出る法線が第２の包絡面の中心点又はほぼ中心点を貫くことを特徴とする少なくとも請求項２に記載のアーク蒸着装置。
【請求項５】
第２の導電性ジョイント（４６、４８、５２、５４、８４、８６）がハウジング（１０）の外で、リング特に閉じたリングとして形成された第２の導体（４４、７０、７４）を介して電源（１８、８２）と結合されていることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項６】
とりわけ周回形に形成された第２の導体（４４、７０、７２）がとりわけ銅又はアルミニウムからなり、又はこれを含むことを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項７】
第２の導電性ジョイント（４６、４８、５２、５４、８４、８６）がとりわけ黄銅又は特殊鋼からなることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項８】
第２の導電性ジョイント（４４、５２、５４、８４、８６）がハウジングの外側から張り出し、特にハウジングに溶接されていることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項９】
第２の導電性ジョイント（５２、５４）がハウジング（５０）の外面（５６）に固定された、例えば溶接された、雌ネジ（６２、６４）付きの環状又は筒状部材を具備し、雌ネジに結合部材例えばねじ部材（６６、６８）がねじ込まれ、環状又は筒状部材とねじ部材の間に第２の導体（７０）例えば環状導体が通っており、環状導体自体は電源（１８、８２）と結合されていることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１０】
第１の導電性ジョイント（３８、４０）がハウジング（１０）の外側で、リング特に閉じたリングとして形成された第１の導体（４２）を介して電源（１８、８２）と結合されていることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１１】
各アークスポット（４４）の位置に関係なく等しい又はおおむね等しいインピーダンスが支配するように、第１の導電性ジョイント（３８、４０）がターゲット（１６）に対して整列されていることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１２】
ターゲット（１６）とマウント（２０）の間に良電導性材料の箔、特に銅箔が配置されていることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１３】
とりわけ周回形に形成された第１の導体（４２）がとりわけ銅又はアルミニウムからなり、又はこれを含むことを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１４】
マウント（２０）又はターゲット（１６）に通じる第１の導電性ジョイントが特にねじ又はボルト（３８、４０）であって、これらがとりわけ黄銅からなることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１５】
第１の導電性ジョイントが張る第３の包絡面がターゲットの周囲の幾何学的形状を有し、とりわけターゲットと同軸であることを特徴とする少なくとも請求項２に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１６】
第１の導電性ジョイントが張る第３の包絡面が四角形の幾何学的形状を有し、各辺に沿って第１の導電性ジョイントの間に等しい又はおおむね等しい間隔（ｂ、ｄ）があることを特徴とする少なくとも請求項２に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１７】
第２の導電性ジョイント（８４、８６）が張る第２の包絡面が四角形の幾何学的形状を有し、各辺に沿って第２の導電性ジョイントの間に等しい又はおおむね等しい間隔（ｅ、ｆ）があることを特徴とする少なくとも請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は第１の極、例えば陰極をなすターゲットを有し、ターゲットが第２の極、例えば陽極をなすハウジングの中に配置され、ターゲットの少なくとも周辺部がマウントと導電結合され、マウント及び／又はターゲットから、ターゲットの周辺区域に延びる複数の第１の導電性ジョイントが出ており、一方、第１の導電性ジョイントはハウジングの外部に配置された電源に通じる第１の導電性導体によって連結され、ハウジングが少なくとも１個の第２の導電性ジョイントを介して第１の導体と結合されているアーク蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に挙げた種類の装置は欧州特許第０３０６４９１号に見られる。部材に合金膜を被着するために、異なる活性面区域に少なくとも２つの異なる金属を有するターゲットが利用される。
【０００３】
米国特許第５，２０３，９８０号は複数の電流接続部を周辺区域に設けたターゲットを有する上記種概念に基づくアーク蒸着装置に関する。電流接続部は均等に分布して、ターゲットのマウントから出ている。
【０００４】
ドイツ特許公開第４２４３５９２号に基づくアーク蒸着装置では、アークスポットをランダム軌道に沿って移動するために、ターゲットへの給電が電磁コイルを介して行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁石の配線の仕方又は陰極をなすターゲットの構造に関係なく、ターゲットに点状の給電が行われ、その結果、電流接続のためのターゲット上のアークスポットの位置に応じて様々なインピーダンスが生じる。インピーダンスのこの変動によって、アークの枝分かれが増し、その結果ターゲット表面からますます多くの小滴が放出される。このような小滴は被覆される部材の表面を粗面化し、それとともに膜の望ましくない品質低下を招く。所定のアーク電流で特に給電及び排流の際の損失によるインピーダンスの変動、即ちアーク電圧の変化は、コントロールシステム／電子制御装置によって認識されず、従って設備の経営者は再現性と品質について打つ手がないから、すこぶる危険である。
【０００６】
アーク蒸着装置の第２の極、特に陽極をなすハウジングは通常、第２の導電性ジョイントと呼ばれる点を経て、電流接続部又は電源と結合される。通常、特殊鋼からなるハウジングは、元来比較的不良な導体である。アークスポットがある部位に応じて、電流は第２のジョイントに到達し、そこから流出するために、ハウジング壁部の様々な長さの区間を流れなければならない。こうして電位損失が起こり、これもまたアーク電流に対して必ずしもコントロールできない影響を生じ、このため場合によってはターゲット上にアークスポットの無秩序な運動が起こる。
【０００７】
本発明の課題は、一方ではアークスポットの位置に関係なくターゲット材料の所望の均一な蒸着が行われ、他方では特にハウジングに沿って流れる電流によりアークスポットの位置に関係なく起こる電位損失が極小になるように、冒頭に挙げた種類のアーク蒸着装置を改良することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、上記課題はおおむね次のようにして解決される。即ちハウジングから複数の第２の導電性ジョイントが出ており、第２の導電性導体により互いに連結され、幾何学的にターゲットの包絡面ないしは第１の導電性ジョイントが形成する包絡面に相当する少なくとも１個の包絡面又は少なくとも部分包絡面を張るのである。特に第２のジョイントが張る第２の包絡面は、ターゲットが形成する第１の包絡面又は第１のジョイントが張る第３の包絡面と同心又はほぼ同心である。また第１のジョイントが第１の平面を張り、第２のジョイントが第２の平面を張り、第１及び第２の平面が互いに平行又はほぼ平行であって、特に包絡面の中心点は、第１ないしは第２の平面から出る法線に沿って配置されている。
【０００９】
一方、第２の導電性ジョイントはハウジングの外部で、リング特に閉じたリングとして形成された導体を介して電源と結合されている。ターゲット又はターゲットのマウントも複数の第１の導電性ジョイントを介して電源と結合される場合は、これらの導電性ジョイントはリング、特に閉じたリングとして形成された導体によって、ハウジングの外部で互いに連結される。
【００１０】
ハウジングの外面に沿って配置された第２のジョイントは、特に溶接又はねじ継手によりハウジングと結合されており、ねじ部材をねじ込んで環状導体を固定し、第２のジョイントと導電結合するために、雌ねじ付きの環状又は筒状の幾何学的形状を有する。
【００１１】
第１のジョイントはピン、ねじ、鋲、ボルト等であって、ターゲットを受けるターゲットプレートの区域まで延びており、前述のようにその外側は特に銅からなる環状導体と結合されている。こうしてターゲットに対する第１の導電性ジョイントの配置は、もちろんプロセスパラメータ例えば圧力、バイアス等が不変であるとして、原則としてターゲット上のアークスポットの位置に関係なく等しい又はおおむね等しいインピーダンスが支配するように行われる。
【００１２】
ターゲットに相対して、ハウジングの外側壁面から張り出して、複数の第２の導電性ジョイントが配属され、いわばターゲットの周囲を間隔を置いて取り囲むから、陰極と陽極の間を流れる電流は第２のジョイントの１つを直接通って流出することができ、その結果プラズマの外部の電位損失が極めて小さくなる。こうしてアークスポットの最適な瞬時滞留条件が生じ、このため均一なエロージョンでターゲット材料の再現性ある最適な蒸着を行うことができる。
【００１３】
本発明において第１のジョイントも第２のジョイントも存在するならば、直接給電又は直接排流が常にアークスポットに相当するターゲットの部位で行われ、電流がハウジングの長い区間を流れる必要がないから、等しいインピーダンスが支配し、極小の電位損失が生じる。
【００１４】
このためアークスポットに作用する磁界の妨害が極めて小さいから、所望の通りにターゲットの均一なエロージョン又は蒸発が起こる。ターゲットから滴が離脱して、ハウジングに囲まれた真空室に入り込み、このため被覆される基体に不規則な又は粗い表面が生じる恐れがない。アークスポットに作用する磁界の最適な保持効果又は案内効果を得ることができる。さらに最適なターゲットエロージョンが得られ、その結果ターゲット材料の費用が節減される。
【００１５】
本発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組み合わせとして−だけでなく、図面に見られる好ましい実施例の下記の説明からも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ハウジング１０によって取り囲まれた真空室１２を有し、真空室１２の中にある基体１４を処理例えば被覆するためのアーク蒸着装置の概要図を図１に示す。エッチングも可能である。但し本例では応用例として超硬材料被覆装置を略示することにする。
【００１７】
回転皿の上に配置される基体１４に被覆するために、真空室１２の中にあるターゲット１６、例えばチタンターゲット又はその他の適当なターゲットから材料を蒸発する。この材料は導入される反応ガス例えばＮ2又はＣ2Ｈ2と反応して、基体１４の上に所望の通りに沈着する。そのために電源１８によりターゲット１６とハウジング１０の間に電圧が接続され、その際ハウジング１０は陽極、ターゲット１６は陰極である。但しこの点については周知の技術を参照されたい。例えば約２０Ｖ程度の印加電圧と１００Ａ程度の電流についても同様である。真空室１２の中の圧力は、単なる一例として数値を挙げれば、応用例に応じて０．０００１ないし０．１バールである。
【００１８】
ターゲット１６はベースないしマウント２０から張り出し、一方、ベース２０は絶縁物２２により例えばアルミニウム製のフランジプレートないし台板２４に対して電気的に絶縁され、フランジプレート２４自体はハウジング１０と結合されている。ターゲット１６とベース２０の間に間隙２６があり、ターゲット１６を希望に応じて冷却するために、間隙２６に冷却流体、例えば液体が送入される。ターゲット１６は底面側に周回形のフランジを有し、それによってベース２０と固定板３０の間に固定される。外気と真空室の間の密封を保証するために、ターゲット１６とベース２０の間に周回形のＯリング２８が配置されている。固定板３０自体は例えば窒化ホウ素からなる絶縁物３２で覆われ、絶縁物３４、３６によって台板２４と結合され、保護される。
【００１９】
ベース２０、固定板３０及びターゲット１６は第１の導電性ジョイントとして形成されたボルト又はねじ３８、４０又は同様に働く部材によって接続部４２と導電結合される。接続部４２は第１の導電性導体をなす銅−環状導体として形成されており、ねじ又はボルト３８、４０を互いに連結し、電源１８に接続する。電源１８の別の極は環状導体４４を経てハウジング１０に通じている。
【００２０】
ハウジング１０は陽極をなし、ベース２０、カバープレート３０及びターゲット１６は陰極をなす。但しターゲット１６だけはその表面４２が真空室１２に露出しているから、陽極とターゲット１６の間にアークが、またそれとともにアークスポット４７が形成され、面４２に沿ったアークスポットの運動は、ターゲット１６の下方で真空室１２の外にある磁石４３、即ちその磁界によって決まる。図１に表示した「ＭＡＣ」は「磁場によるアーク閉じ込め」を意味する。
【００２１】
本発明によればターゲット１６の周辺区域で終わる、例えばボルト又はねじ３８、４０の形の多数の第１の導電性ジョイントが絶縁物２２を貫き、マウント２０及びターゲット１６へ延びており、環状導体４２によって電源１８と結合されている。その場合第１の導電性ジョイントは少なくともターゲット１６の互いに平行な側面で、相等しい間隔を有する。
【００２２】
ターゲット１６が平面図で長方形の幾何学的形状を有するならば、ジョイントも同様に長方形の幾何学的形状の包絡面を張ることになる。このため面４２のアークスポットの位置に関係なく、おおむね等しいインピーダンスが生じ、その結果、ターゲット１６の均一な蒸発が起こり、こうして処理又は被覆される基体１４が所望の表面性状を得る。  
【００２３】
図２に、概要を略示した環状導体４２及び台板２４を含むターゲット１６の下面概要図を示す。さらに環状導体４２から張り出す、特にねじとして形成された導電性ジョイント３８、４０の概要が示されている。これに基づいて導電性ジョイント３８、４０はターゲット１６の縦縁に沿って互いに等間隔であり、平行な縁端に沿ったねじ３８、４０の間隔は等しいことが明らかになる（それぞれ互いに平行な側又は縁端の区域の等しい間隔ｂ又はｄを参照）。
【００２４】
環状導体４２は前述のようにとりわけ銅からなり、これに対してねじ又は同じ働きをするジョイント３８、４０は黄銅からなることができる。
【００２５】
所望の均一な電流分布を得るために、さらにターゲット１６とマウント２０、場合によっては固定板３０との間に良電導性材料、例えば銅箔を設けるとよい。
【００２６】
特殊鋼の形のハウジング材料によって生じる電位損失を極小にするために、本例ではターゲット１６もしくはボルト又はねじ３８、４０の形の第１の導電性ジョイントが張る被覆ないし包絡面は、第２の導電性ジョイント４６、４８によって取り囲まれる。第２の導電性ジョイントはとりわけ同じく銅からなる環状導体４４によって互いに連結され、一方、環状導体４４は電源１８に接続される。その場合第２の導電性ジョイント４６、４８は、第１の導電性ジョイント３８、４０が張る被覆ないし包絡面と同心の被覆ないし包絡面を張る。図１及び図４の図示によりその概要を示す。
【００２７】
図３にターゲット４９及び当該のハウジング壁部５０の部分図を示す。外壁面５０に沿って、図１に関連する説明と同様に、例えば黄銅又は特殊鋼からなる第２の導電性ジョイント５２、５４が第１の導電性ジョイントと同心に壁部又はその外壁面５６に取り付けられている。第２の導電性ジョイントは、外面５６に溶接された環状又は筒状の第１の部分５８、６０と、固定手段例えばねじ６６、６８とりわけ黄銅ねじをねじ込むための雌ねじ６２、６４を有する。さらに各ねじ頭部と第１の部分５８、６０の外面との間に第２の導電性導体をなす環状導体７０、例えば銅条片が通っている。導体７０は第２の導電性ジョイント５２、５４を互いに連結し、従ってターゲット４９のための導体４２と同様に、とりわけ環状導体として形成されている。そこで当該の環状導体７０は電源の正極と結合される。
【００２８】
図３がさらに明らかにするように、ターゲット４９とハウジング５０の間に流れるプラズマ、即ちアーク電流が最短距離で第２の導電性ジョイント５２、５４の１つを経て環状導体７０へ流出するから、さもなければターゲット４８上のアークスポットの位置に応じてハウジングで長い電流路を通るために起こる電位損失がない。
【００２９】
第１の導電性ジョイント７６、７８及び第２の導電性ジョイント８４、８６をそれぞれ互いに連結するとりわけ互いに同心の２つの導電性環状導体７２、７４は、それぞれ第１及び第２の導電性導体をなし、本発明に基づく配置構成の概要が図４で明らかである。第１の導電性導体７２は第１の導電性ジョイント７６、７８を連結し、これらのジョイントはターゲットに通じており、電源８２の負極８０と結合される。第２の導電性ジョイント８４、８６を連結する第２の導電性導体７４は電源８２の正極８８と結合される。この処置によって、電流の流出が高い電位損失を生ぜず、すべての電力が蒸着とプラズマに使用されることが保証される。
【００３０】
本例では、ほぼ同じ幾何学的形状を有するが、大きさが異なる環状導体７２、７４が形成されているが、別の寸法を選択することもできる。
【００３１】
また図４は、環状導体の各辺に沿った第２の導電性ジョイント８４、８６が互いに等しい間隔ｅ又はｆを有することを明らかにしている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】アーク蒸着装置の概要図を示す。
【図２】ターゲット及びアークスポットの概要図を示す。
【図３】ターゲット及びハウジングの一部の部分概要図を示す。
【図４】ターゲット又はハウジングと導電結合された環状導体の概要図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2006508246.tif 000007
2006508246.tif 000008
2006508246.tif 000009
2006508246.tif 000010