(57)【要約】      （修正有）【課題】マクロ粒子のフィルタ処理を改良した改良型の陰極アーク蒸着システムを提供する。【解決手段】アーク源フィルタが、真空アーク蒸着システム内のアーク陰極１２と基板２０の間に配置される。フィルタは、アーク源を囲む複数のダクトエレメント２６，２８，３０，３２を含む。ダクトエレメントは、粒子を遮断するのに十分な空間寸法を有する。さらに、ダクトエレメントは、フィルタを通してプラズマ透過を導く電気及び磁気特性を有する。フィルタを通過する際に、高度に電離したアークプラズマには基本的に粒子がなく、これによって高密度でほぼ欠点がない品質を特徴とする反応及び未反応コーティングの源プラズマとなる。この設計によって、フィルタ処理の程度、コーティングゾーンの長さ、並びにアーク源の選択に関して融通性を持たせることができる。【選択図】図１Ａ
2012162803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い陰極、陽極、及び少なくとも１つの基板を備えるアーク蒸着システムのフィルタであって、
前記細長い陰極の周囲に対称に位置決めされた偶数のダクトアセンブリを備え、前記ダクトアセンブリが、プラズマを誘導する磁界を画定し、マクロ粒子を遮断するバッフル部品を有するフィルタ。
【請求項２】
前記ダクトアセンブリが、正に帯電したイオンを反発させるために電気的に付勢される、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記フィルタが、前記陰極と前記基板の間に位置決め可能である、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項４】
隣接するダクトアセンブリが、反対の磁気極性を有する、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記ダクトアセンブリの数が、２から８の偶数である、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記ダクトアセンブリの数が、４である、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項７】
前記バッフル部品が、前記陰極に面する前記ダクトアセンブリの側に位置決めされ、したがって前記陰極と基板領域の間の見通し線が遮断される、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記バッフル部品が、電気的に正に帯電した表面を有する、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項９】
ダクトアセンブリが、細長い円筒形陰極表面に垂直な方向、及び前記ダクトアセンブリを通る電流によって生じるプラズマ誘導を導く強度を有する磁界に囲まれる、請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１０】
細長い陰極、陽極、及び少なくとも１つの基板を備えるアーク蒸着システムのフィルタであって、前記細長い陰極の周囲に対称に位置決めされた偶数のダクトアセンブリを備え、該ダクトアセンブリが、プラズマを誘導する磁界、及び正に帯電したイオンを反発させるために電気的バイアスを画定し、マクロ粒子を遮断するバッフル部品を有し、前記バッフル部品が電気的に正に帯電した表面を有するフィルタ。
【請求項１１】
前記フィルタが、前記陰極と前記基板の間に位置決め可能である、請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１２】
隣接するダクトアセンブリが、反対の磁気極性を有する、請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１３】
前記ダクトアセンブリの数が、２から８の偶数である、請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１４】
前記バッフル部品が、前記陰極に面する前記ダクトアセンブリの側に位置決めされ、したがって前記陰極と基板領域の間の見通し線が遮断される、請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１５】
ダクトアセンブリが、細長い円筒形陰極表面に垂直な方向、及び前記ダクトアセンブリを通る電流によって生じるプラズマ誘導を導く強度を有する磁界に囲まれる、請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１６】
細長い陰極と、
前記アーク陰極の周囲に配置された複数の基板を有する基板領域と、
前記細長いアーク陰極から離れて配置された陽極と、
負に付勢された基板領域と、
前記陰極と前記基板との間に配置されたフィルタであって、該フィルタが、前記細長い陰極の周囲に対称に位置決めされた偶数のダクトアセンブリを備え、前記ダクトアセンブリが、プラズマを誘導する磁界を形成し、マクロ粒子を遮断するバッフル部品を有し、前記ダクトアセンブリが、正に帯電したイオンを反発させるために任意選択的に電気的に付勢されるフィルタと、
を備えるアーク蒸着システム。
【請求項１７】
隣接するダクトアセンブリが、反対の磁気極性を有する、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項１８】
前記ダクトアセンブリの数が、２から８の偶数である、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項１９】
前記バッフル部品が、前記陰極に面する前記ダクトアセンブリの側に位置決めされ、したがって前記陰極と基板領域の間の見通し線が遮断される、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項２０】
前記バッフル部品が、電気的に正に帯電した表面を有する、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項２１】
ダクトアセンブリが、細長い円筒形陰極表面に垂直な方向、及び前記ダクトアセンブリを通る電流によって生じるプラズマ誘導を導く強度を有する磁界に囲まれる、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項２２】
前記磁界を変更する複数の永久磁石をさらに備える、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項２３】
前記磁界がアーク陰極表面にて０ガウスと２００ガウスの間の変動磁場であり、前記磁界が前記アーク陰極表面から所定の距離で０〜１０００ガウスの最小変動磁場へ向けて変化し、前記基板領域に向かって次第に消滅する、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項２４】
前記フィルタが、低い磁界強度で１ｍＴ未満の圧力にてバッフルが付勢されてない状態で動作し、したがって電子がフィルタ出口を通って脱出し、前記アーク蒸着システムを電子ビームシステムに変換する、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【請求項２５】
前記フィルタが、低い磁界強度で１ｍＴ以上の圧力にて動作し、したがって脱出アーク電子が、フィルタ出口を通って脱出する気体分子を電離させて、前記アーク蒸着システムをイオンビームシステムに変換する、請求項１６に記載のアーク蒸着システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアーク蒸着システムに関し、特に、このようなアーク蒸着システムから粒子をフィルタ処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この２０年間、陰極アーク蒸着は、ジルコン、チタン、クロム、アルミニウム、銅及びその合金のような導電性ターゲット材料から反応コーティング、さらに未反応コーティングを蒸着させるために、高電離プラズマの信頼のあるアーク源として確立されている。イオンスパッタ、エッチング、打ち込み及び拡散プロセスのような表面処理技術では、アーク蒸着プロセスで発生する高電離プラズマ及び関連する電子ビームも使用される。
【０００３】
アーク蒸着プロセスの望ましくない副作用は、最終的に処理される基板上に残る傾向があるマクロ的に大きい粒子（「マクロ粒子」）が発生することである。これらのマクロ粒子は、現像中のフィルムの欠陥、軽く付着した不純物、表面の不均一性及び表面粗さの増大を生じる可能性がある。マクロ粒子が存在すると、腐食性能、均一性、硬度、光沢又は障壁性能のような非常に優れた特性を必要とする要求の厳しい用途で、コーティングの価値及び全体的適用性が低下する。
【０００４】
アーク蒸着プラズマから基板に到達するマクロ内容物を減少させることができるフィルタが周知である。このような先行技術のフィルタは通常、以下のメカニズムに依存する。幾つかのフィルタは、マクロ粒子が陰極上のアークスポットから基板に向かって見通し線に沿って伝搬する場合、それを遮断する物理的障壁を提供する。このような障壁は、跳ね返ったマクロ粒子が基板に到達するのを部分的に防止する特徴を伴うことがある。他の先行技術のフィルタとして、物理的障壁がない軌跡及び物理的障壁が電子の陽極になることを少なくとも部分的に妨げるような磁気強度のない軌跡にアーク電子ビームを向けるように成形された磁界を用いるものがある。最後に、幾つかの先行技術のフィルタは、物理的障壁の正の電位を使用して、アークが生成したプラズマ中に存在するイオンを反発させる。これら３つのフィルタ原理の組み合わせに依存するフィルタが、科学文献及び特許文献に記載されている。概要については、A.Andersの「Approaches to rid cathodic arc plasmas of macro - and nanoparticles - a review」（SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY、第１２０巻、１９９９年、ｐｐ．３１９〜３３０）を参照されたい。
【０００５】
フィルタードアーク源の陰極は、通常は点源、すなわち円形の陰極であるが、線形に位置合わせした複数の点源や線形源のような幾つかの細長い構成も開示されている。アーク源を線形に構成することによってコーティング領域を細長くすることが可能になり、フィルタードアーク技術の大量生産の可能性が大幅に増大する。それでも、大型基板、ロール形態のシート材料のコーティング又はイオン処理、及び線形コンベヤ又は円形回転ラック上の基板の数が比較的少ない場合には、円筒形のターゲットフィルタードアークプラズマ源の方がさらに望ましい。
【０００６】
アーク蒸着プロセスからマクロ粒子をフィルタ処理する先行技術の方法は十分良好に機能しているが、これらの方法には未だに幾つかの欠点がある。例えば、先行技術のフィルタを使用する蒸着システムは、陰極ターゲットからの正味イオン出力電流が低い傾向がある。先行技術の方法は、また、陰極表面の使用が最適ではない傾向もある。最後に、このような方法で形成したコーティングは、望ましくないレベルの欠陥を含む傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，２６９，８９８号
【特許文献２】米国特許第６，２６２，５３９号
【特許文献３】米国特許第４，８９２，６３３号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A.Andersの「Approaches to rid cathodic arc plasmas of macro - and nanoparticles - a review」（SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY、第１２０巻、１９９９年、ｐｐ．３１９〜３３０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、マクロ粒子のフィルタ処理を改良した改良型の陰極アーク蒸着システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも１つの実施形態で、細長い陰極、陽極、及び少なくとも１つの基板を含むアーク蒸着システムのフィルタを提供することにより、先行技術の１つ又は複数の問題を解決する。フィルタは、細長い陰極の周囲に対称に配置された偶数のダクトアセンブリを含む。ダクトアセンブリは、プラズマを誘導する磁界を画定し、マクロ粒子を遮断するバッフル部品を有する。
【００１１】
他の実施形態では、アーク蒸着システムに使用するフィルタアセンブリが提供される。フィルタアセンブリは、陰極ターゲットの周囲に対称に配置された偶数のダクトアセンブリを含む。ダクトアセンブリは、陰極ターゲットから基板へと誘導される正に帯電したイオンが通る経路を画定する。このような誘導を行うために、ダクトアセンブリは、正に帯電したイオンを反発させるために電気的に付勢される。ダクトアセンブリは、また、陰極ターゲットから基板へとプラズマを誘導する磁界を生成する部品も含む。特に、磁界は、イオン（すなわち正に帯電した）がフィルタとの衝突を避ける方法で移動するという望ましい結果をもたらすように電子の運動を誘導する。ダクトアセンブリは、また、マクロ粒子が基板に到達するのを遮断するバッフルも含む。中性粒子又は負に帯電した粒子は望ましくない。何故なら、コーティングの不具合及び凝集物につながるからである。中性粒子及び負に帯電した粒子はフィルタと衝突し、それ故、除去され、基板への到達が遮断される。
【００１２】
さらに別の実施形態では、陰極ターゲットから基板に蒸着した物質を除去するアーク蒸着システムが提供される。アーク蒸着システムは真空室内に配置された細長い陰極ターゲットを含む。１つ又は複数の基板が、真空室内で陰極ターゲットから所定の距離にある基板領域内に配置される。フィルタアセンブリはさらに、フィルタアセンブリが陰極ターゲットと基板領域の間に挿入されるように真空室内に配置される。フィルタアセンブリは、陰極ターゲットの周囲に対称に配置された偶数のダクトアセンブリを含むことが特徴的である。ダクトアセンブリは、陰極ターゲットから基板へと誘導される正に帯電したイオンが通る経路を画定する。このような誘導を行うために、ダクトアセンブリは、正に帯電したイオンを反発させるために電気的に付勢される。ダクトアセンブリは、また、陰極ターゲットから基板へとプラズマを誘導する磁界を生成する部品も含む。磁界は、イオン（すなわち正に帯電した）がフィルタとの衝突を避ける方法で移動するという望ましい結果をもたらすように電子の運動を誘導する。ダクトアセンブリは、マクロ粒子が基板に到達するのを遮断するバッフルも含む。中性粒子又は負に帯電した粒子は望ましくない。何故なら、コーティングの不具合及び凝集物につながるからである。中性粒子及び負に帯電した粒子はフィルタと衝突し、それ故、除去され、基板への到達が遮断される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の例示的実施形態は、下記の詳細な説明及び添付の図面からよりよく理解することができるだろう。
【図１Ａ】フィルタを組み込んだアーク蒸着システムの概略図である。
【図１Ｂ】アーク蒸着の蒸着室及びその部品の概略断面図である。
【図２】陰極ターゲットの周囲のダクトエレメントの配置を示す上面図である。
【図３】アーク蒸着システムで陰極の周囲に配置されるフィルタの斜視図である。
【図４】真空フランジに装着される陰極の周囲に配置されるフィルタの斜視図である。
【図５】図１から図４によるフィルタを使用して、クロム陰極のイオン透過モードで動作した場合のフィルタの等磁線を示す。
【図６】図４に示すようなフィルタ付き円筒形陰極アークプラズマ源を通る断面における磁束密度を示す。
【図７Ａ】フィルタ処理していないＣｒコーティングの２００倍率の光学顕微鏡写真である。
【図７Ｂ】フィルタ処理したＣｒコーティングの２００倍率の光学顕微鏡写真である。
【図８】クロムターゲットを使用してフィルタから実現した通りの粒径の関数として粒子の周波数のプロットを示す。
【図９】クロムターゲットで実現した通りの４つのフィルタポートのうち１つからの蒸着物出力の相対的な水平角分布のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の発明者が現在分かっている本発明の最善の形態を構成する本発明の現在好ましい構成、実施形態及び方法を詳細に参照する。図は必ずしも同一の縮尺ではない。しかし、開示される実施形態は、様々な代替方法で実現することができる本発明の例示にすぎないことを理解されたい。したがって、本明細書で開示されている特定の詳細は制限するものではなく、本発明の任意の態様の代表的なベースとしてのみ、及び／又は本発明を様々に使用することを当業者に教示する代表的なベースとしてのみ解釈されたい。
【００１５】
例示を除き、又は他に明示的に示されている場合を除き、物質の量又は反応及び／又は使用の状態を示す本文書の数値は、本発明の最も広義の範囲を述べる際に「約」という用語で修飾されるものと理解されたい。言及された数値限界内で実践することが一般的に好ましい。また、明示されていない限り、パーセント、「〜の部分」及び比率の値は重量単位であり、本発明に関連して所与の目的にとって適切又は好ましいものとして物質のグループ又はクラスを述べた場合、それはグループ又はクラスの部材のうち任意の２つ以上の混合物も等しく適切であるか、又は好ましいことを示唆し、化学的名称の成分を述べた場合、それは説明で特定された任意の組み合わせに添加した時点における成分を指すものであって、混合した後の混合物の成分間における化学的相互作用を必ずしも排除せず、頭字語又は他の略語の最初の定義は、本明細書において同じ略語のその後の使用にも適用されて、最初に定義した略語の通常の文法的変形に準用され、明示されていない限り、ある特性の測定値は、同じ特性について上述又は後述するものと同じ技術によって決定される。
【００１６】
特定の部品及び／又は状態は言うまでもなく変化することがあるので、本発明は、以下で述べる特定の実施形態及び方法に限定されないことも理解されたい。さらに、本明細書で使用する用語は、本発明の特定の実施形態を説明する目的のみに使用され、いかなる意味でも制限するものではない。
【００１７】
本明細書及び特許請求の範囲で使用する単数形の名詞、「ある」及び「前記」は、文脈が他の状態を明らかに示していない限り、複数形も含むことに留意しなければならない。例えば、単数の部品に言及した場合、それは複数の部品も含むものとする。
【００１８】
本出願を通じて、出版物に言及した場合、それらの出版物の開示は、本発明が関係する最新技術をさらに十分に説明するために、全体を参照により本出願に組み込むものとする。
【００１９】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、フィルタを組み込んだアーク蒸着システムの概略図が提供されている。この実施形態のアーク蒸着は、参照により開示の全体を本明細書に組み込むものとする、米国特許第５，２６９，８９８号に記載されたシステムより進歩している。特に、この実施形態は、マクロ粒子によるコーティングの損傷を著しく低減させることができるフィルタを、米国特許第５，２６９，８９８号のシステムに適合させたシステムを提供する。図１Ａは、フィルタを組み込んだアーク蒸着システムの概略図である。図１Ｂは、アーク蒸着の蒸着室及びその部品の概略断面図である。上記アーク蒸着システムの動作中に、アークが衝突し、これにより気体及び陰極原子が著しく電離して、それによりプラズマを形成する。電離した金属陰極イオンは、陰極の領域から金属層でコーティングされた基板に向かって配向される。アーク蒸着システム１０は、真空室１６内に配置された陰極ターゲット１２を含む。アーク蒸着システム１０は少なくとも１つの陽極を含む。改良点として、真空室１６の壁１８が陽極である。陰極ターゲット１２は細長い設計（例えば円筒形又は棒形）であることが特徴的である。ターゲット１２の断面は実質的に任意の形状でよく、その例としては、円形、三角形、四角形、五角形、六角形、楕円形、又は不規則な形状が挙げられるが、これらに限定されないことも理解されたい。アーク蒸着システム１０は、基板のコーティング中に、当技術分野で周知のような適切な真空システムにより、ポート１９を介して減圧状態に維持される。通常、動作圧は０．５ｍＴと５０ｍＴの間である。（例えばアルゴンと窒素を混合した雰囲気中でクロムターゲットを）使用して、約１ｍＴより上で完全に反応したコーティングを実現できることに留意されたい。
【００２０】
この実施形態は、陰極ターゲット１２の寸法によって限定されないが、通常、陰極１２は、１インチ（２．５４ｃｍ）から１０インチ（２５．４ｃｍ）の直径及び６インチ（１５．２４ｃｍ）から５フィート（１．５２４ｍ）の長さを有する。基板２０は、陰極ターゲット１２から距離ｄ１にある基板領域２２内に配置される。フィルタアセンブリ２４も真空室１６内に配置される。特に、フィルタアセンブリ２４は、陰極ターゲット１２と基板領域２２の間に挿入される。フィルタアセンブリ２４は、陰極ターゲット１２の周囲に対称に配置された偶数のダクトアセンブリ２６、２８、３０、３２を含む。ダクトアセンブリ２６、２８、３０、３２は、陰極ターゲット１２から基板２０へと誘導される正に帯電したイオンが通るダクト３４、３６、３８、４０を画定する。このような誘導を行うために、ダクトアセンブリ２６、２８、３０、３２は、正に帯電したイオンがフィルタ電源４２によって反発するように電気的に付勢される。プラス１０ボルト以上の電圧が、正に帯電したイオンを効果的に反発させる。ダクトアセンブリ２４、２６、２８、３０は、また、陰極ターゲット１２から基板２０へとプラズマ（すなわち正に帯電したイオン）を誘導する磁界を生成する部品も含む。改良点として、ダクトアセンブリ２４、２６、２８、３０は、また、マクロ粒子が基板２０に到達するのを遮断するバッフルも含む。
【００２１】
改良点として、システム１０は陰極ターゲット１２の周囲に同軸で装着された螺旋状電磁コイル４８を含む。螺旋状電磁コイル４８は、別のコイル電源５０から電力供給される。電磁コイル４８は、電気的に絶縁するか、又は真空室１６に接続することができる。
【００２２】
陰極ターゲット１２の各端部への電流を、供給される合計アーク電流の０％と１００％の間で変化させることができるように、合計アーク電流を実質的に一定に維持しながら、陰極ターゲット１２の各端部への電流入力を変化させる制御システム５２が提供される。アーク電流は蒸着速度と直接的な相関があり、５０Ａと例えば２０００Ａの間で制御することができ、この上限はターゲットの冷却効率によって決定される。これは、陰極ターゲット１２の各端部にて制御装置５８に接続された別のアーク電源５４、５６を使用し、別のアーク電源５４、５６に相補的な設定信号を提供することによって達成することができる。代替変形例では、２つの相補的電流出力を有する１つのアーク電源を使用することができる。
【００２３】
さらに図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、アークは、陰極ターゲット中のアーク電流の自己磁界により、陰極ターゲット１２の２つの端部のうち電流入力が大きい方の端部に向かって引っ張られる傾向がある。アークが陰極ターゲット１２に沿って１つの方向に移動する速度はある程度、陰極ターゲット１２の各端部に流れ込む電流間の不均衡の程度によって決定される。したがって、陰極ターゲット１２の２つの端部における電流の分配を振動状態で変化させることによって、陰極ターゲット１２に沿ってアークスポットを前後に走査することができる。したがって、陰極ターゲット１２を均一に消耗させることができ、アークは、先行技術によって教示されたように繰り返して衝突するのではなく、陰極表面上に連続的に維持することができる。センサを陰極ターゲット１２の揮発性表面の各端部に都合よく配置して、アークスポットが陰極ターゲット１２の揮発性表面の一方端に到達した場合に信号を提供することができ、この時点で電流の分配を逆転させ、陰極ターゲット１２の全表面に沿ってアークスポットを自動的に走査可能にすることができる。
【００２４】
アーク電流が電磁コイル４８を通って軸方向の磁界を生成するように、電磁コイル４８をアーク電源５４、５６に直列に接続することができる。コイルはアーク電源５４、５６の正の出力と陽極の間に接続され、合計アーク電流は一定であるので、電磁コイル４８への電流入力は、陰極ターゲット１２の２つの端部への電流の変動に影響されない。この構成により、電磁コイル４８に電力を供給する別の電源の必要性がなくなるが、電磁コイル４８のピッチを選択しない限り、加えられる磁界の強度を独立に調節する機能が犠牲になる。
【００２５】
図２及び図３を参照すると、アーク蒸着システムのフィルタが提供されている。この実施形態のフィルタは、アーク蒸着システムの陰極と基板の間に配置可能である。フィルタアセンブリ２４は、細長い陰極１２の周囲に対称に配置された偶数のダクトアセンブリを含む。図２及び図３で述べる変形例は、４つのダクトアセンブリ、すなわちダクトアセンブリ２６、２８、３０、３２を含む。ダクトアセンブリ２６、２８、３０、３２は、陰極ターゲット１２から基板２０へと誘導される正に帯電したイオンが通るダクト３４、３６、３８、４０を画定する。ダクトアセンブリ２６、２８、３０、３２は、プラズマを誘導する磁界を画定する。ダクトアセンブリ２６、２８、３０、３２はそれぞれ、支持部品６０及びマクロ粒子を遮断するバッフル部品６２を含む。改良点として、バッフル部品６２はフィルタによるマクロ粒子の除去能力を向上させる突起６４を含む。電気ポスト６６、６８を使用してフィルタ電源に接続し、したがってダクトアセンブリは正に帯電したイオンを反発させるように電気的に付勢される。このような状態で、バッフル部品は正に帯電した表面を有する。
【００２６】
図４を参照すると、周囲基板ホルダがあるフィルタアセンブリの概略斜視図が提供されている。フィルタアセンブリ８０は、真空フランジ９０に装着されたダクトアセンブリ８２、８４、８６、８８を含む。フィルタアセンブリ８０は、コーティングされるサンプルが装着されたサンプルホルダ９２も含む。図４では、ダクトアセンブリが見えるように、幾つかのサンプルホルダが除去されていることが分かる。通常、サンプルホルダ９２は、ダクトアセンブリの周囲に円形に分布している。ダクトアセンブリ８２、８４、８６、８８はそれぞれ、金属管から形成された構造部品９４を独立に含む。上述したように、電流が構造部品９４を通って磁界を確立する。ダクトアセンブリ８２、８４、８６、８８は、また、自身に配置された突起１００でマクロ粒子を遮断するバッフル部品９８も独立して含む。さらに、ダクトアセンブリ８２、８４、８６、８８は、上述したように接合部１００を介して相互に連結される。
【００２７】
以上で示したダクトアセンブリの寸法及び方向、さらに磁界要素の特徴、透過及びフィルタ効率は、本発明の基本となる教示から逸脱することなく変更することができる。コーティング内のマクロ粒子含有量を調整できるようにするフィルタが達成可能である。
【００２８】
図２、図３、図４、図５及び図６を参照すると、磁界を生成するようにダクトアセンブリに電流を通すことによって、任意選択的に磁界が生成される。特に、隣接するダクトアセンブリは、反対の磁気極性の磁界を発生する。矢印７０、７２、７４、７６は、このような磁界を生成するために電流が流れることができる方向の例を示す。このような方向の変更を達成するために、ダクトアセンブリは図示のようにリンク８０、８２、８４によって頂部又は底部にて千鳥状に電気的に接続される。この方法で発生した磁界は、細長い円筒形の陰極表面に垂直の方向を有すると共にダクトアセンブリを通る電流によって生じるプラズマ誘導を導く強度を有する。プラズマ誘導に十分な磁界強度は設計によって決定される。例えば、有用な範囲は６，０００アンペア回数と１２，０００アンペア回数の間で提供される。下限はターゲットのイオン透過によって画定され、上限はターゲットのイオン透過を遮断する電子散乱現象（磁気電子ミラー）によって画定される。図５は、図４に示すように、４つのダクトアセンブリを有するフィルタの等磁界線の断面を提供する。この図には、等磁界線に対するダクトアセンブリ８２、８４、８６、８８の位置が示されている。同様に、図６は、フィルタ付き円筒形陰極アークプラズマ源を通る断面における磁束密度を提供する。ダクトアセンブリ８２、８４、８６、８８は、必要な磁界を生成するために電流を通すばかりでなく、付勢（正に帯電）できることに留意されたい。変形例では、バッフル部品が付勢されている間に、構造部品が電流を通す。この変形例では、構造部品とバッフル部品が電気的に絶縁されている。別の変形例では、構造部品とバッフル部品が電気的に絶縁されていない。
【００２９】
上述したように、この実施形態のフィルタは、陰極ターゲット１２の周囲に対称に配置された偶数のダクトアセンブリを含む。改良点として、ダクトアセンブリの数は２から８の偶数である。別の改良案においては、ダクトアセンブリの数は４から８の偶数である。４つのダクトアセンブリを含むことが特に有用であることが判明している。さらに、図１Ａ及び図２に示すように、バッフル部品６２は、陰極ターゲット１２に面するダクトアセンブリの側に配置され、したがって陰極と基板領域の間の見通し線が遮断される。
【００３０】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、アーク蒸着システムを電子ビームシステムとして動作させることができる。このような動作中に、フィルタはバッフルが付勢されてない状態で動作することができる。この場合は、磁界強度は低くてもよい。フィルタが電子ビームモードで動作すると、基板の洗浄を補助することができ、基板を正に付勢する必要がある。また、電子ビームを使用して、２次ターゲット源を使用したアルミニウムの蒸着のような電子ビーム蒸着を補助することもできる。
【００３１】
さらに図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、アーク蒸着システムをイオンビームシステムとして動作させることができる。このような動作中に、蒸着室内の圧力は１ｍＴ以上であり、フィルタはバッフルが付勢されてない。この場合は、脱出電子が、フィルタ出口を通って脱出する気体分子を電離させる。イオンビームモードでフィルタが動作すると、基板の洗浄を補助することができ、基板を負に付勢する必要がある。イオンビームで基板を広範に処理すると、高温で鋼基板の窒化（窒素含有プラズマ）及び鋼の炭化（炭素含有プラズマ）を促進することができる。
【００３２】
本発明のフィルタ構成で、代替的な陰極構成を動作させ得ることがさらに明白になる。当技術分野で周知のこのような陰極構成の１つは、例えば米国特許第６，２６２，５３９号（その全開示を参照により本明細書に組み込むものとする）に記載された円筒形の回転陰極であり、これは、本発明の範囲及び教示から逸脱することなく、本発明のフィルタで動作させることができる。当技術分野で周知の別の陰極構成は、例えば米国特許第４，８９２，６３３号（その全開示を参照により本明細書に組み込むものとする）に記載された平面マグネトロンであり、これは、本発明の範囲及び教示から逸脱することなく、本発明のフィルタで動作させることができる。
【００３３】
以下の例は、本発明の様々な実施形態を示す。当業者であれば、本発明の精神及び特許請求の範囲に含まれる多くの変形例を考えつくことができるだろう。
【００３４】
４つのダクトエレメントで開示されたようなフィルタ処理アークに、クロムの円筒形陰極を与えた。室を１ｍＴｏｒｒまでポンプダウンし、バックグラウンドガスとしてアルゴンを使用してその圧力に維持した。８０００Ａを＋３０ボルトで付勢したダクトエレメントに通し、１００Ａをステアリングコイルに通し、基板をマイナス５０ボルトで付勢する間に、アークを衝突させ、９００Ａに維持した。４０Ａの電流を基板にて集め、Ｃｒ膜を蒸着した。蒸着した膜をマクロに関して検証したところし、マクロ含有率がフィルタ処理していないアークと比較して１体積％から０．０１体積％未満まで低減していることが実証された。断面にしたＣｒ膜は、全体的に非晶質であり、等方性の特性を示し、欠陥の徴候はなかった。
【００３５】
図７Ａ及び図７Ｂは、上述したようにフィルタ処理した状態とフィルタ処理していない状態で得たＣｒコーティングのマクロ粒子含有率を比較している。図７Ａは、フィルタ処理していないＣｒコーティングの走査電子顕微鏡写真であり、図７Ｂはフィルタ処理したＣｒコーティングの走査電子顕微鏡写真である。フィルタ処理したコーティングに含まれるマクロ粒子が極めて少なくなることが容易に観察可能である。図８は、粒径の関数として粒子の度数のプロットを提供する。この図は、約１ミクロンのサイズの粒子の分布が非常に低いことを示している。マクロの詳細な記録に使用された光学顕微鏡写真の解像度限界により、０．５ミクロン未満のマクロ直径ではマクロ度数密度が過小評価されることに留意されたい。図９は、基板領域内で基板に蒸着したコーティングの相対的（％）厚さの変動を、長さ方向に沿って陰極ターゲットを通る面に対する配置角度（０〜９０°）の関数として示す。対称であるので、０°〜９０°のみ実証した。
【００３６】
４つのダクトエレメントで開示されたようなフィルタ処理アークに円筒形のクロム陰極を設けた。室を１ｍＴｏｒｒまでポンプダウンし、バックグラウンドガスとして１：１の比率のアルゴン及び窒素を使用してその圧力に維持した。８０００Ａを＋３０ボルトで付勢したダクトエレメントに通し、１００Ａをステアリングコイルに通し、基板を−５０ボルトで付勢している間に、アークを衝突させ、９００Ａに維持した。４０Ａの電流を基板にて集め、Ｃｒ膜を蒸着した。蒸着した膜をマクロに関して検証し、マクロ含有率がフィルタ処理していないアークと比較して１体積％から０．０１体積％未満まで低減していることを実証した。断面にしたＣｒＮ膜は、全体的に非晶質であり、等方性の特性を示し、欠陥の徴候はなかった。
【００３７】
本発明の実施形態を図示し説明してきたが、これらの実施形態は本発明で可能なすべての形態を図示し説明しているものではない。そうではなく、本明細書で使用した用語は、説明のための用語であり、制限するものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々に変更できることを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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