(57)【要約】  アーク蒸発器は、冷却板（１１）と、カソード要素としてのターゲット（１）とを備えるカソードアセンブリ、電極とターゲット（１）の前面（１Ａ）との間のアークを確立できるように配置された電極、及びターゲット（１）の背面（１Ｂ）の前に配置され、１つ又はそれ以上の磁場の生成手段を備える磁気誘導システムを備える。カソードアセンブリの境界は、強磁性材料からなる周囲シールド（１５）を備える。周囲シールド（１５）は横断方向に全高（Ｈ）を有する。全高（Ｈ）は、任意の長手方向に延びる磁力線の遮蔽効果を生じさせるコンポーネント（Ｃ）を含んで、任意の長手方向における磁力線の延長の限界としてカソードアセンブリの前記境界を確立する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却板（１１）と、カソード要素としてのターゲット（１）とを備えるカソードアセンブリと、
電極と、
磁気誘導システムと、
を備えるアーク蒸発器であって、
前記ターゲット（１）は、好ましくは円盤形状のターゲットであるが、例えば矩形のターゲットであってもよく、
前記ターゲット（１）は、交差方向に厚みを有し、蒸発されるように配置された前面（１Ａ）と、背面（１Ｂ）とを有し、
前記前面（１Ａ）は前記背面（１Ｂ）に平行であり、
前記前面（１Ａ）と前記背面（１Ｂ）は前記ターゲット（１）の前記厚みによって互いに分離されており、
前記カソードアセンブリは、横断方向に全高を有し、任意の長手方向において全振幅の範囲を定める境界を有し、
前記電極は、前記ターゲット（１）の前記前面の少なくとも一部を蒸発させるために前記電極と前記ターゲット（１）の前記前面（１Ａ）との間のアークを確立できるように配置され、
前記磁気誘導システムは前記ターゲット（１）の前記背面（１Ｂ）の前に配置され、
前記磁気誘導システムは、１つ又はそれ以上の磁場の生成手段を備え、
前記生成手段は、前記ターゲット（１）の断面を通って前記ターゲット（１）の前記前面（１Ａ）の前の空間に沿って延びる磁力線を含む全磁場を生じさせ、前記電極と前記ターゲット（１）の前記前面（１Ａ）との間に前記アークが確立された場合に前記アークが前記ターゲット（１）に接触した結果生じるカソードスポットを誘導し、
前記カソードアセンブリの前記境界は、強磁性材料からなる周囲シールド（１５）を備え、
前記周囲シールド（１５）は横断方向に全高（Ｈ）を有し、
前記全高（Ｈ）は、任意の長手方向に延びる磁力線の遮蔽効果を生じさせるコンポーネント（Ｃ）を含んで、任意の長手方向における前記磁力線の延長の限界として前記カソードアセンブリの前記境界を確立することを特徴とするアーク蒸発器。
【請求項２】
前記カソードアセンブリは、ターゲット直径（Ｄ１）の円盤形状ターゲットを備える対称構造を有し、
前記カソードアセンブリは全直径（Ｄ）を有し、
前記コンポーネント（Ｃ）は、Ｄ／２０≦Ｃ≦Ｄ／５の範囲の値を有することを特徴とする、請求項１に記載のアーク蒸発器。
【請求項３】
ターゲット直径は１００ｍｍ≦Ｄ１≦１５０ｍｍの範囲にあり、
前記カソードアセンブリの全直径は１５０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアーク蒸発器。
【請求項４】
前記強磁性材料は、純鉄、ＡＲＭＣＯ純鉄、構造用鋼又はマルテンサイトクロム鋼であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のアーク蒸発器。
【請求項５】
前記強磁性材料は構造用鋼Ｓ３５５Ｊ２であることを特徴とする、請求項４に記載のアーク蒸発器。
【請求項６】
アーク源の前記磁気誘導システムは、中央領域に配置された、少なくとも１つの磁場の生成手段と、周辺領域に配置された、少なくとも１つのさらなる磁場の生成手段とを備え、
生成された前記磁場は、前記アークを誘導して前記ターゲットの前記前面（１Ａ）での前記カソードスポットの経路を制御するため、全磁場を生じさせることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のアーク蒸発器。
【請求項７】
前記中央領域に配置された生成手段は、磁場を生成する１つの電磁コイル（Ｃ３）を備え、
前記周辺領域に配置された生成手段は、２つのさらなる磁場を生成する２つの電磁コイル（Ｃ１、Ｃ２）を備えることを特徴とする、請求項６に記載のアーク蒸発器。
【請求項８】
前記生成手段は、磁場特性の変化を生じさせる制御コイルとして使用される永久磁石と１つのみの電磁コイルを備えることを特徴とする、請求項６に記載のアーク蒸発器。
【請求項９】
前記磁気誘導システムは、前記生成手段を囲むように配置された強磁性材料（２０）を備え、
前記強磁性材料（２０）は前記生成手段を囲んで分布し、
前記強磁性材料（２０）は前記磁気誘導システムと前記カソードアセンブリとの間に配置されないことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のアーク蒸発器。
【請求項１０】
前記磁気誘導システムは、前記生成手段を囲むように配置された強磁性材料（２０）を備え、
前記強磁性材料（２０）は前記生成手段を部分的に囲むように分布し、
前記強磁性材料（２０）は前記磁気誘導システムと前記カソードアセンブリとの間に配置されず、
前記中央領域に配置された前記電磁コイル（Ｃ３）の長さ（Ｓ）の上部と、前記周辺領域に配置されているが前記中央領域に配置された前記電磁コイルに最も近い前記電磁コイル（Ｃ２）の長さ（Ｓ’）の上部とは、前記強磁性材料（２０）で囲まれていないことで、空気を含む空間（Ｓｐｃ）が生じて、生成された磁場の総和から生じる全磁場が、空気を含む空間（Ｓｐｃ）を有しない同様のアーク蒸発器と比較して、前記ターゲット（１）の前記前面（１Ａ）に平行なより多くの磁場線を示すことが可能になることを特徴とする、請求項７に記載のアーク蒸発器。
【請求項１１】
前記上部の長さ（Ｓ）は３ｍｍ≦Ｓ≦１５ｍｍの範囲にあり、
前記ターゲット直径（Ｄ１）は１００ｍｍ≦Ｄ１≦１５０ｍｍの範囲にあり、
前記カソードアセンブリの全直径は１５０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１０に記載のアーク蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉じ込め磁場を含む新規なアーク源に関する。
【０００２】
本発明のアーク源は、コーティングされる基板表面にコーティング膜を堆積するためのコーティング材料を生成するために蒸発されるカソード材料と、従来技術に属する既知のアーク源と比較してコーティング中の効率をかなり向上できる特別なシールドとを含む。
【０００３】
以下、ターゲットという用語は、蒸発されるカソード材料を指すために使用される。
【０００４】
本発明の文脈において、アーク源という用語は、アーク放電の影響によって蒸発されるカソード材料として操作されるターゲットを含むアーク蒸発器を指すために使用される。
【０００５】
本発明は、アーク蒸発器の分野に属し、より詳細には、磁場の発生によってアーク軌道の誘導を生じさせる手段を備えるアーク蒸発器の分野に属する。
【背景技術】
【０００６】
アーク蒸発器は、通常、チャンバ自体に加えて、少なくとも１つの電極及び１つのカソードを備え、それらの間に電気アークが確立される。蒸発するカソード表面の侵食を制御して液滴形成を低減する目的でアークの動きのランダムな性質を防止又は低減するため、アークの動きを制御する制御又は磁気誘導システムが開発されている。このような誘導システムは、電気アークの動きに影響を与える磁場を形成し、変更する。この種の様々なシステムを説明する特許又は特許出願の公報が幾つかある。
【０００７】
Ｇｏｉｋｏｅｔｘｅａ  Ｌａｒｒｉｎａｇａは、例えば、出願番号１２／０９７，２８の米国特許出願において、磁気誘導システムを備えるアーク蒸発器について説明している。この文献では、磁気誘導システムが、カソードアークを制御でき、カソードプレートの広範囲に亘りカソードアークを移動させるように設計されていることが説明されている。より詳細には、磁気誘導システムは、カソード点（カソードスポットともいう）を誘導可能であるべきである。カソード点は、カソードへのアークの衝突点として理解されるべきである。磁気誘導システムを使用することで、カソード点は、実質的に無数の可能な経路の中から個別に選択された経路に従って誘導されるべきである。磁気誘導システムは、蒸発チャンバの完全に外側に配置されるように設計されている。このアーク蒸発器は、カソード要素として使用される蒸発ターゲット（直径１００ｍｍの円形の蒸発器ターゲット）と、支持部を形成するように設計された強磁性コアと、磁場を生成する磁気デバイスとを備える。磁気デバイスは、中心極と周辺極、及び第１の磁場を生成する手段と第２の磁場を生成する手段を備え、その結果、それぞれの磁場成分がカソード要素に対応する全磁場に寄与する。
【０００８】
現在利用可能なアーク源（即ち、アーク蒸発器）を使用する場合、２つ又はそれ以上のアーク源がコーティングチャンバ内で隣り合うように配置されると、アーク軌道を誘導してアーク源のターゲット表面でのカソードスポットの経路を制御するために生成される磁場により、隣り合うように配置された他のアーク源に対応する他の磁場を妨害することとなる欠点があり、これは、互いに隣り合うように配置された異なるアーク源の磁場間の相互妨害につながることもある。
【発明の概要】
【０００９】
従来技術のアーク源の上記欠点を考慮して、本発明の主な目的は、コーティングチャンバ内でアーク源がより狭い間隔で配置されるアーク源配置を実施可能にする代替構成を有する新規なアーク源を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】コーティングチャンバの構成を示す。
【図２】コーティングチャンバの別の構成を示す。
【図３】従来技術の開放磁気ループの使用（図３ａを参照）と本発明の遮断された磁場の使用（図３ｂを参照）との比較を示す。
【図４】２つの円形ターゲットを使用して得られた条件を考慮して計算された磁力線のグラフを示す。
【図５】磁石構成で調整できる軸対称構成の範囲の様々な磁場を示す。
【図６】図６ａは、本発明のアーク源の好ましい実施形態に対応する、磁気誘導システムにおいて磁場の生成手段の可能な構成を概略的に示す。図６ｂは、強磁性材料２０が磁場を生成する手段を完全に囲んでいない本発明のさらに好ましい実施形態を概略的に示す。
【図７】コーティングチャンバの壁の高さに沿ってより高密度なパッキング分布で配置された５つの本発明のアーク源を使用して堆積したＡｌＴｉＮコーティングの堆積速度（任意単位）に関する高い均一性を、同じコーティングチャンバの同じ壁の高さに沿って配置された３つの本発明のアーク源を使用した場合と比較して示す。
【図８】本発明ではないアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合と、本発明のアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合との、堆積速度（任意単位）の比較を示す。
【図９】本発明ではないアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合と、本発明のアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合との、コーティング量／蒸発材料に関して計算されたコーティング効率の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明は、効率を向上させるため、より高密度のパッキング構成を形成するアーク源を配置可能にする、請求項１に定義されるようなアーク源を提供する。
【００１２】
具体的には、本発明のアーク源（アーク蒸発器）は以下を備える。
・冷却板１１と、カソード要素としてのターゲット１とを備えるカソードアセンブリ。ターゲット１は、好ましくは円盤形状のターゲットであるが、例えば矩形のターゲットであってもよく、ターゲット１は、交差方向に厚みを有し、蒸発されるように配置された前面１Ａと、背面１Ｂとを有し、前面１Ａは背面１Ｂに平行であり、前面１Ａと背面１Ｂはターゲット１の厚みによって互いに分離されており、カソードアセンブリは、横断方向に全高を有し、任意の長手方向において全振幅の範囲を定める境界を有する。
・ターゲット１の前面の少なくとも一部を蒸発させるために電極とターゲット１の前面１Ａとの間のアークを確立できるようにするため、既知の方法で配置された電極（図６ａ及び図６ｂに図示せず）。
・ターゲット１の背面１Ｂの前に配置された磁気誘導システム。磁気誘導システムは、１つ又はそれ以上の磁場の生成手段を備え、該手段は、ターゲット１の断面を通ってターゲット１の前面１Ａの前の空間に沿って延びる磁力線を含む全磁場を生じさせ、電極とターゲット１の前面１Ａとの間にアークが確立された場合にアークがターゲット１に接触した結果生じるカソードスポットを誘導する。
磁気誘導システムにおいて、
・カソードアセンブリの境界は、強磁性材料からなる周囲シールド１５を備え、周囲シールド１５は横断方向に全高Ｈを有し、全高Ｈは、任意の長手方向に延びる磁力線の遮蔽効果を生じさせるためのコンポーネントＣを含み、このようにして、任意の長手方向における磁力線の延長の限界としてカソードアセンブリの境界を確立する。
【００１３】
周囲シールド１５の全高Ｈの適切なコンポーネントＣを選択するため、カソードアセンブリの寸法を考慮する必要がある。
【００１４】
例えば、図６ａに概略的に示す例の場合のように、カソードアセンブリがターゲット直径Ｄ１の円盤形状ターゲットを備える対称構造を有し、カソードアセンブリが全直径Ｄを有する場合、周囲シールド１５の全高ＨのコンポーネントＣの推奨値は、Ｄ／２０≦Ｃ≦Ｄ／５の範囲であってもよい。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、ターゲット直径は１００ｍｍ≦Ｄ１≦１５０ｍｍの範囲にあり、カソードアセンブリの全直径は１５０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍの範囲にある。
【００１６】
強磁性材料は、飽和度が高く残留磁気が小さい軟鉄材料である。本発明の文脈において、使用するのが好ましい強磁性材料には、純鉄、ＡＲＭＣＯ純鉄、構造用鋼（例えば、Ｓ２３５ＪＲ又はＳ３５５Ｊ２）、マルテンサイトクロム鋼（例えば、１．４０２１）がある。より好ましくは、構造用鋼Ｓ３５５Ｊ２が使用されてもよい。
【００１７】
好ましくは、アーク源の磁気誘導システムは、中央領域に配置された、少なくとも１つの磁場の生成手段と、周辺領域に配置された、少なくとも１つのさらなる磁場の生成手段とを備える。このようにして生成された磁場は、アークを誘導してターゲットの前面１Ａでのカソードスポットの経路を制御するため、全磁場を生じさせる。これに関して、図６ａは、本発明のアーク源の好ましい実施形態に対応する、磁気誘導システムにおいて磁場の生成手段の可能な構成を概略的に示す。この好ましい実施形態において、該手段は、磁場を生成するための中央領域における１つの電磁コイルＣ３と、２つのさらなる磁場を生成するための周辺領域における２つの電磁コイルＣ１、Ｃ２とを備える。
【００１８】
磁場の生成手段として、電磁コイルのみ又は３つの電磁コイルのみを備える磁気誘導システムを使用する必要はない。磁場特性の変化を生じさせる制御コイルとして使用される永久磁石と１つのみの電磁コイルを使用することも有益である。
【００１９】
本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、磁気誘導システムは、図６ａに例示的に示すように、磁場の生成手段を包囲する（言い換えれば、囲む）ように配置された強磁性材料２０を備える。強磁性材料２０は該手段を囲んで分布しているが、磁気誘導システムとカソードアセンブリとの間に強磁性材料２０は配置されていないことに留意されたい。
【００２０】
図６ｂは、強磁性材料２０が磁場を生成する手段を完全に囲んでいない本発明のさらに好ましい実施形態を概略的に示す。この好ましい実施形態では、中央領域に配置された電磁コイル（この例ではＣ３）の長さＳの上部と、周辺領域に配置されているが中央領域に配置された電磁コイルに最も近い電磁コイル（この例ではＣ２）の長さＳ’の上部とは、強磁性材料２０で囲まれていないので、空気を含む空間Ｓｐｃが生じ、このようにして、生成された磁場の総和から生じる全磁場が、空気を含む空間Ｓｐｃを有しない同様のアーク蒸発器と比較して、ターゲット１の前面１Ａに平行なより多くの磁場線を示すことが可能になる。この好ましい実施形態を使用することで、ターゲット直径が１００ｍｍ≦Ｄ１≦１５０ｍｍの範囲にあり、カソードアセンブリの全直径が１５０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍの範囲にある場合、上部の長さＳは３ｍｍ≦Ｓ≦１５ｍｍの範囲にあることが推奨される。
【００２１】
このようにして、例えば次のようにして効率を向上させることが可能である。
・蒸発されるカソード材料とコーティングされる基板表面との間の距離を短くする、つまり、ターゲットまでの基板の距離を短くする。
・蒸発されるカソードを備えるコーティングチャンバ壁の領域内で、より多くのカソードを互いにより近くに配置する、即ち、アーク源をより高密度でパッキングする（各アーク源が互いに近くに隣り合うように配置される）ことで、蒸発されるカソード材料の表面を増加させる。
・磁場がよりよく集中することを可能にする、即ち、より集中した磁場を得るために使用される磁気手段の適応性と性能を高める。
・蒸発されるカソード材料の表面を小さくする、詳細には、円形のターゲットが使用される場合、ターゲット直径を縮める、即ち、ターゲット直径を小さくする。
・コーティングされる基板をアーク源配置の近くに配置することを可能にする。
【００２２】
本発明の文脈における効率の向上に関する上記態様の幾つかをよりよく説明するため、図１及び図２は、コーティングチャンバの２つの異なる構成を示す。図１において、それぞれ直径Ｄｂを有する２つの円形ターゲット１が、コーティングされる基板３から距離Ｌｂ離れて、コーティングチャンバ内に配置される。図２において、それぞれ直径Ｄｓを有する３つの円形ターゲット１が、コーティングされる基板３から距離Ｌｓ離れて、チャンバ内に配置される。図２は、カソードからカソードまでの距離が短く、さらにカソードから基板までの距離が短い可能性があるため（Ｌｂ＞Ｌｓ）、アーク源の密度がより高いコーティング構成を示し、これは、詳細には、ターゲット直径が小さい場合（Ｄｂ＞Ｄｓ）にも可能である。これは、例えば、図１及び図２に示す構成の概略図を見て比較することで、確認できる。
【００２３】
本発明のアーク源の上記実施形態を使用することにより、従来技術の欠点を解消し、以下の利点を得ることができる。
・源の間の「クロストーク」を管理する（「クロストーク」という用語は、磁場クロストーク、即ち、２つ又はそれ以上のアーク源の２つ又はそれ以上の磁場間の磁気干渉を意味する。）。
・利用可能な磁気システムや利用可能なアーク蒸発技術に対応可能な新規な特性を有する新規なアーク源を開発する。
・直径の小さいターゲットを使用する（詳細には、適切なアノードを設計すること、及び、磁場を生成するための適切な磁石システムを設計することによる困難性のため）。
【００２４】
周囲シールド（本発明の文脈において、高透磁率の回路に組み込まれた磁気シールドともいう）の使用の詳細：
本発明の新規なアーク源は、図３ｂに示すように、遮断された磁場を使用することで、源から源までの狭い距離を示すアーク源配置（カソード配置ともいう）を実施可能にする。
【００２５】
既に上で説明したように、遮断された磁場（以下、分路された磁気ループともいう）は、本発明によれば、アーク源に軟磁性材料シールド（強磁性材料からなる周囲シールドともいう）（例えば、軟鉄シールド又は低炭素鋼シールド）を設けることにより得られる。このようにして、磁場の生成手段の軟磁性材料の分路（例えば、軟鉄の分路）により、磁気干渉を１０倍を超えて低減できる。上記のような軟磁性材料シールド（詳細には、ターゲットを囲む軟鉄シールド又は低炭素鋼シールド）と直径の小さい円形ターゲットとを組み合わせた本発明のアーク源を使用することで、ターゲットをより高密度でパッキングすることが可能になる。この組み合わせは、軸対称のアノード定義についても重要である。詳細には、このようにして、円形ターゲットを囲み、全ての方向に（言い換えれば、アノードを形成する全ての点において対称に）同じ効果を有する１つ又はそれ以上の環状アノードを使用できるためである。
【００２６】
図３は、従来技術の開放磁気ループの使用（図３ａを参照）と本発明の遮断された磁場の使用（図３ｂを参照）との比較を示す。
【００２７】
この例示的な例から、図３ａに示すように、開放磁気ループを使用すると、隣接する源が互いに近くに配置されている場合、隣接する源との干渉が生じるであろうことは明らかである。
【００２８】
言い換えれば、第１のアーク源が開放磁気ループを使用して作動される場合、一部の磁力線はアーク源１０のターゲット１の横に半径方向の距離に沿って延びる。このような磁力線は、本発明の文脈において、外部磁力線（ＭＬＥ）といい、図３ａに例示的に示されている。この例から、隣接する源が別の源の外部磁力線（ＭＬＥ）で占められている領域内に含まれる半径方向の距離に配置されている場合、隣接する源との干渉が生じるであろうことは明らかである。
【００２９】
本発明をよりよく説明するために、それに沿って外部磁力線（ＭＬＥ）が延びるアーク源１０の横の半径方向の距離を、外部磁力線を含む半径方向の距離といい、図３に示すように、ＬＲＤＭＬＥとして示す。
【００３０】
本発明によれば、図３ｂに例示的に示すように、遮断された磁場が使用される。この場合、外部磁力線（ＭＬＥ）はアーク源１０の横の半径方向の大きな距離に沿って延びることができない。そのため、外部磁力線を含む半径方向の距離は実質的にゼロであり、ＬＲＤＭＬＥ＝０である。このようにして、隣接する源との干渉を生じさせずに、互いの間の半径方向の距離が近い２つ又はそれ以上の源を配置できる。
【００３１】
図４は、２つの円形ターゲットを使用して得られた条件を考慮して計算された磁力線のグラフを示す。各ターゲットの直径は１００ｍｍで、ターゲットは、ターゲットからターゲットまでの距離が約１５０ｍｍになるよう配置されている（以下、ターゲットからターゲットまでの距離をＴＴ距離ともいう。この距離は、半径方向に隣り合うように配置された２つの隣接するターゲットの間の距離として理解される。該距離は、半径方向において２つの隣接するターゲットのうち一方の中心点から他方の隣接するターゲットの中心点までを測定したものである）。
【００３２】
図４において、（軟鉄シールドを備えない）開放磁気ループを備えるアーク源と（軟鉄シールドを備える）分路された磁気ループを備える本発明のアーク源が使用される場合、半径方向に沿った磁場の大きさの分布の違いを観察することが可能である。分路された磁気ループを備える本発明のアーク源が使用される場合、磁場の大きさは、１５０ｍｍ未満のＴＴ距離で軟鉄シールドの影響によって、無視できる程度である、或いは、完全に打ち消される。反対に、開放磁気ループを備えるアーク源が使用される場合、磁場の大きさは、少なくとも２５０ｍｍのＴＴ距離で、無視できる程度であるのみである。
【００３３】
本発明の新規なアーク源は、磁場構成に関して高い適応性を有することができるように設計されてもよい。これは、詳細には、本発明の文脈において、空間分布と磁場の強さが独立して調整可能に設計されていることを意味する。このようにして、軸対称構成での磁場に対する広い範囲での磁石の調整可能性に関して高い適応性を得ることができる。
【００３４】
図５は、磁石構成で調整できる軸対称構成の範囲の様々な磁場を示す。
【００３５】
特に３つの電磁コイルを備えた磁石システム（磁気誘導システムともいう）を使用することによる磁場生成の詳細：
好ましくは、本発明のアーク源は、電磁コイルと軟磁性材料（強磁性材料ともいう）を備える磁石システムを備える。この好ましい実施形態では、純鉄が非常に適切な軟磁性材料である。また、低炭素鋼が軟磁性材料として適切であり、上記種類の強磁性材料も、この好ましい実施形態の軟磁性材料として適切である。
【００３６】
すぐ上で述べた好ましい実施形態の好ましい変形例によれば、磁石システムは、電磁コイルのみからなる（以下、この磁石システムをコイルシステムともいう）。
【００３７】
図６は、すぐ上で述べた変形例による概略的な本発明のアーク源２を示す。この変形例では、２つの電磁コイルＣ１、Ｃ２が外部（周辺）の磁石リングとして機能するために使用される。これら２つのコイルＣ１、Ｃ２は、互いに相殺できるように配置される必要がある。これら２つのコイルＣ１、Ｃ２は、例えば、逆平行に分極されてもよい。Ｃ１のＣ２に対する関係（Ｃ１／Ｃ２）が磁気集束を決定する。本発明のアーク源のこの変形例のコイルシステムは、好ましくは、ターゲットの中心と磁場強度の大きさに影響を与える、中心領域（中央領域）に配置された第３のコイルをさらに備える。このコイルシステムは、同等の永久磁石設定と同じ磁場を生成でき、磁石を動かさずに磁場強度を変更できるという大きな利点を有する。電磁コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、軟磁性材料２０、好ましくは純鉄又は低炭素鋼によって囲まれている。
【００３８】
（好ましくは純鉄からなる）軟磁性材料のシールド１５も図６に示す。
【００３９】
上記の好ましい実施形態のさらに好ましい変形例によれば、上記磁石システムは、永久磁石と、制御コイルとして使用される１つの電磁コイルとからなる。
【００４０】
本発明の上記実施形態に関して、以下を考慮することが重要である。
・コイル設定の冷却が必要である。
・軟磁性材料は、飽和磁束密度が高く残留磁気が小さい必要がある。
【００４１】
図７は、コーティングチャンバの壁の高さに沿ってより高密度なパッキング分布で配置された５つの本発明のアーク源を使用して堆積したＡｌＴｉＮコーティングの堆積速度（任意単位）に関する高い均一性を、同じコーティングチャンバの同じ壁の高さに沿って配置された３つの本発明のアーク源を使用した場合と比較して示す。比較を可能にするため、両方の場合で同じコーティングパラメータが使用されている。両方の場合において高い均一性が得られるが、特に、より多くのアーク源を使用することで、この場合は５つのアーク源を使用することで、より高い均一性（つまり、＜±１０％の低い非均一性）が得られることが観察できる。
【００４２】
図８は、本発明ではないアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合と、本発明のアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合との、堆積速度（任意単位）の比較を示す。該速度はコーティングライン毎に考察された。本発明のアーク源を備える構成を使用することにより、約２倍の堆積速度の増加が達成された。
【００４３】
図９は、本発明ではないアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合と、本発明のアーク源を備えるコーティング構成を使用する場合との、コーティング量／蒸発材料に関して計算されたコーティング効率の比較を示す。本発明のアーク源を備える構成を使用することにより、ターゲットから蒸発した材料の利用において約５０％の増加が達成された。これは、本発明のアーク源を使用することにより、ターゲットから蒸発した材料から、コーティングされる基板表面に約５０％多く堆積したことを意味する。
【００４４】
図８に示す結果：
・本発明ではない例：２つの本発明ではないアーク源。各アーク源は、直径１５０ｍｍのターゲットを備え、１５０Ａのアーク電流を使用して作動される。２つの本発明ではないアーク源は、４００ｍｍのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
・本発明の例：３つの本発明のアーク源。各アーク源は、直径１５０ｍｍのターゲットを備え、１５０Ａのアーク電流を使用して作動される。３つの本発明のアーク源は、５００ｍｍのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
【００４５】
２つの本発明ではないアーク源の代わりに、３つの本発明のアーク源が使用されたので、堆積速度の増加は１．５倍と予測されたが、約２倍であったので、増加はかなり大きかった。このような結果は、本発明のアーク源を使用することにより達成できる効率の大きな利点の根拠を示す。
【００４６】
図９に示す結果：
・本発明ではない例：２つの本発明ではないアーク源。各アーク源は、直径１５０ｍｍのターゲットを備え、２００Ａのアーク電流を使用して作動される。２つの本発明ではないアーク源は、４００ｍｍのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
・本発明の例：３つの本発明のアーク源。各アーク源は、直径１５０ｍｍのターゲットを備え、２００Ａのアーク電流を使用して作動される。３つの本発明のアーク源は、５００ｍｍのコーティングチャンバの壁の高さに沿って配置されている。
【００４７】
各々の場合（つまり、本発明でないアーク源を使用する場合と本発明のアーク源を使用する場合）において、効率は、コーティング量を蒸発材料の総量で割った関係を計算することにより、決定された。計算のため、コーティングされた基板上に堆積されたコーティングの総量と、ターゲットから蒸発した材料の総量とが決定された。蒸発した材料の総量は、コーティング後の各ターゲットの侵食を測定し、各ターゲットの蒸発した材料に対応する侵食された量を追加することにより、決定された。本発明のアーク源を使用することにより、約１．５倍の増加が達成された。このような結果は、本発明のアーク源を使用することにより達成できる効率の大きな利点の根拠を示す。
【００４８】
本発明のアーク源を使用することで提供される最も重要な利点のまとめ：
上記のように新規で革新的なアーク源を構成するための１つ又はそれ以上の属性を選択することにより、それぞれ次の目的のうち１つ又はそれ以上を達成できる。
・高い効率と生産性
・磁場変化に対する高い適応性
・反応性気体が気体イオン化又は低イオン化されているか否かに関わらず、例えば、高イオン化窒素ガス又は低イオン化窒素ガスが必要な場合に、反応性雰囲気内で効率的に作動すること
・任意の種類のコーティング（例えば、窒化物、酸化物、炭化物又はこれらのうちの組み合わせ）の堆積に対する適応性
・アーク源作動中の全体的な効率の向上、特に以下による運用コストの削減：
・エネルギー効率の向上
・カソード材料から蒸発したコーティング材料の最大利用に関する効率の向上
・コーティング膜堆積速度の上昇
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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