JPS59208070A - ア−ク安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えばアーク蒸着システムにおいて使用される
アーク安定化装置に関するものである、。

〈従来技術） アーク蒸着システムはアルビンＡ、スネーバーに与えら
れた米国特許第３，６２５，８４８号、第３．８３６，
４５１号、Ｊ５　Ｊ、ヒＩ−サ７’　１７７　Ｗに与え
られた米国特許第３．７８３，２３１号、第３．７９３
，１７９号に開示されている。このアーク蒸着システム
は蒸着速度が高い等の種々の長所を有づるものであるが
、アークが不衣定であるためにその長所が幾分相殺され
ｃしまうきらいがある。づなわら、そのアーク放電は６
０アンペア乃至それ以上もの電流を伴い、しかもその電
流が極めて小さな陰極スポラ１〜に集中されるため電流
密度が１０３〜１０６／平方インヂという大きな値にな
る。このときの電圧は１５〜４５ボルトである。したが
ってその小さな陰極スポット上の出力密度は平方インチ
当たりメガワットのΔ−ダ−に達づる。したがって局所
的な烈しさであると（１うのには出ツノ密度が高過ぎる
。陰極スポットの下のター７７１〜面は激しい熱のため
に瞬時【こ蒸発づ−る。基板上［こ蒸着被膜を形成する
のはこ′の蒸発したターゲツト材わ１′ｃある。院極ス
ボツ１へ（まターグツｌ−の表面を不規則に移動し、そ
の速度Ｇは秒速イ角メートルにも達りると報告されてい
る。陰極スフ１；ットはこのように不規則に移動するた
め、ターゲットの表面から外れ−Ｃしようことがあり、
そのために装置が損傷したり、得られる被膜が汚れたり
することがある。

上記のようなアークの不安定性を解消するｌこめに種々
の方法が提案されている。例えばサブレフ等の米国特許
第３．７９３．１７９号に（まターゲットの縁に近接し
−Ｃシールドを配づることが提案され工いる。より詳細
には、そのシールド（よターゲットに対して、存在する
気体の平均自由行程より短い距離内に配される。しかし
ながら、アーク放電においては、部分的平均自由行程を
時として１０００分の数インチにまで短ｌｌ１ｉｉ“る
ような激しさで、陰極スボッ１−上でカスとプラズマが
発生づる。このような局所的な高圧がシールド（数ミリ
メートルすなわち約１０００分の８０インチ離れている
）の下で発生ずると、アークがシールドの下を通ってし
まう可能性がある。そうづると、飽極がアークで′破損
されたり、蒸発源が汚れたり、アークが消えたりするこ
とになる。

サブレフ等の米国特許第３，７８３，２３１号はフィー
ドバック機構によって前述のような問題を解消しようと
するものであるが、そのフィードバック機構は複雑で実
施上の問題をより大きくりることになってしまっている
。そのフィードバック機構は陰極スポットをターグツ１
〜上に保持づるために磁場を利用している。Ｈ，ロー等
の米国特許第２，９７２，６９５号においでも陰極スポ
ットをターグツ１〜上に保持するのに磁場を利用してい
る。

（発明の目的） 上記のような事情に鑑みて本発明はアーク蒸着法におい
て、従来の方法にＪ′３ける上記のようｔＺ問題なしに
、アークを安定化させることを目的とするものである。

（発明の構成） 上記目的はターグツ１〜の蒸発面の所定−の部分を二次
電子放出率の絶対値が小さく、表面エネルギーが蒸発材
料の表面エネルギーより小さい閉込めリングによって、
ターゲットとその閉込めリングが接触するようにして、
取り巻くことによって達成される。このときターゲット
の二次電子放出率が閉込めリングのそれより大きいのが
望ましい。

この閉込めリングは、ターゲットから蒸発した８電性材
料がその上に被っているときでもアークがその表面上に
移動づるとそのアークを蒸発面の方に戻Ｊ作用をする。

動作原理が完全に解明されている分けではないが上記の
特性が次のように機能して本発明の意図する望ましい結
果が得られると考えられる。すなわち閉込めリングの二
次電子放出率が小さいためにその閉込めリングの表面に
アークが来るとターゲットの方にそのアークが戻される
。蒸着プロセス中に蒸発したターグツ１〜月判の一部が
ｒＪ］込めリング上に付着覆ることがある。これによっ
て、開込めリング自身の二次電子放出率が小さいにもか
かわらずその閉込めリングを横断しＣアークが動くため
の橋ができることになる可能１ノ１もある。しかしなが
ら蒸発した材料の表面エネルギーにス・１してリングの
表面エネルギーが小さいために蒸発した材料によるリン
グ表面のぬれは生じない。したがってリング表面に付着
した蒸発したイΔ利はアークによって瞬時に蒸発せしめ
られ、アークは再びリングの表面に接触し、ターグツ１
へ」二に戻される。

上記のような特性を備えた閉込めリングを作るための材
料としては例えば窒化硼素（ＢＮ）を使用することがで
きる。この材料は従来大電流スイッヂにおいてワイパー
および絶縁体として使用されているものである。またア
ーク噴霧装置のノズルとしても使用されている。これら
の装置にｄ３いては、８Ｎがその表面にアークが飛ぶの
をｒｌさない性質が利用されている。しかしながら、い
ずれの場合にも、前述のように動作中にターゲッ１−拐
料の厚い被膜がＢＮ上に被ることはない。ＢＮが他の目
的に使用されている例は米国特Ｗ］第３，２０２．８６
２号、第３，５５５，２３８号、第３，９４５，２４０
号等に見ることができる。

本発明のアーク安定化装置はターゲットが透過性であっ
ても非透過性であっても簡単な方法で長期間アークを安
定させることができ、蒸着等の用途に使用づることがで
きる。またターゲットの初期清抑の際に使用゛りること
もできる。

実施例 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１Ａ、ＩＢ、２Ａ、２Ｂ図は本発明の第１〜第４の実
施例を示り一断面図である。なお、便宜上第１、第２の
実施例および第２、第３の実施例をそれぞれ組み合わせ
て示しであるが、実際には第１Ａ図は中心軸１０を有す
る回転体の断面図の左半分を示すものであり、第１Ｂ図
は中心軸１０を有する回転体の断面図の右半分を示すも
のである。

第２Ａ、２Ｂ図についても同様である。

第１Ａ図において、支持体１２に蒸着を施こり−ための
アーク蒸着シスｉムはアノード１４、ターゲット１６、
カソード１８、クランブリング２０、ボルト２２、閉込
めリング２１１　ｄ３　Ｊ、び電源２６からなっている
。必要に応じて支持体１２とアノード１４は同一で゛よ
く、またターグツ１へ１６とカソード１８も同−Ｃ゛よ
い。またターグツｊ〜１６は導電性のものでも絶縁性の
ものでも差し支えない。

電源２６としてはターグツ１へ１６が導電性の場合には
ｌ）　Ｃ電源が使用され、ターグツ１〜１６が絶縁性の
場合にはＲＦ電源が使用される。本発明においては閉込
めリング２４は窒化硼素もしくは後述づるように窒化硼
素と同様な材料によって形成される。

電源２６によってアノ−１〜１４とカソード１８の間に
電圧がかけられ公知の方法でアノード１４とターグツ１
へ１６の間にアークが発生ｕしめられる。アークを開始
させるアーク開始手段を使用してもよい。ターゲット材
料がターゲツト面上のアークの根元に形成される陰極ス
ポットから瞬時に蒸発せしめられて被膜として支持体１
２上に付着する。閉込めリング２４はターグツ１〜１６
と接触しているとともに、ターゲット１６の蒸発面とな
る露出した部分を取り囲んでいる。これ−によって陰極
スボッ１〜が蒸発面内に閉じ込められ、例え閉込めリン
グ２４上に蒸発したターゲット側斜が何ミルもの厚さに
イ」看してもターゲット１６の青白が続く限り安定した
作動がなされる。

簡単に言えば、閉込めリング２４は閉込めリングの二次
電子放出率の絶対値が小さくなり（ターゲットの二次電
子放出率の方が閉込めリングの二次電子放出率ｊ、り人
さいのが望ましい。）、またその表面エネルギーが蒸発
した材料の表面エネルギーより小ざくなるような材料で
形成される。

二次電子放出率Ｓはターゲットに入射づる一次電子もし
くは他の帯電粒子１個によって放出される二次電子の数
と定義される。ローなわら、二次電子放出率Ｓ− ある材料から放出される電子の数 一次帯電粒子の数 ターゲットから放出される電子の数（，１そのターグツ
１〜の月利に依存リ−るだりでなく、−次帯電粒子のエ
ネルギーにも依存する。本発明の一側面によれば閉込め
リングの二次電子放出率Ｓ（閉込めリング）はアーク蒸
着において一般的な一次帯電粒子の平均エネルギー（前
述のスネーパー、％１）→ノブレフの米国特許において
は４０〜６０ｅＶ）において１未満でなければならない
。さらにターゲットの二次電子放出率Ｓ（ターグツ１〜
）か閉込めリングの二次電子放出率Ｓ（閉込めリング）
ｊ、り大きいのが望ましい。

１１λし−Ｃ窒化物特に窒化１１１１＋素は二次電子放
出棒′が１より小さい（Ｓ＜１）。金属は種類が異なっ
ても二次電子放出率はほぼ同じであるが、酸化物か金属
の二次電子放出を促進り゛るのに対して窒化物がそれを
抑えるという点で窒化物と酸化物セラミックは異なって
いる。これはアルミナの二次電子放出率５（１５〜２０
）についても言えることである。これは明らかにアルミ
ナシールドの場合に観察されるアークの不安定さの理由
を説明りるものである。

窒化）別素ＢＮは金属ターゲットに使用した場合に効果
的であるのが分かつている。しかしながら、絶縁性ター
グツｊ〜にも使用することができる。絶縁性ターゲット
の多くは相当の酸化物成分を含んでおり、そのため二次
電子放出率が大きい。窒化チタンは導電性が良いがやは
りアークのパスを制限づる。

酸化物レラミツクと窒化硼素等とのもう１つの大きな相
違は金属質の被膜が窒化硼素等をぬらさないということ
である。それ故にアークが窒化硼素の閉込めリング上に
移動するとその閉込めリングの縁部の導電性被膜が容易
に蒸発りるように思われる。そのＬ９？ａ性被膜は窒化
硼素との結合によって熱的に支持されていないためにア
ークによって瞬間的に蒸発せしめられる。これによって
、少なくとも閉込めリングの縁に近い部分では新たな絶
縁面が露出され、それによってアークが閉込めリングか
ら離れる方向に向きを変える確率が最も大きくなる。さ
らに閉込めリングの縁部の弱く結合されている被膜が蒸
発してしまうと、閉込めリング上に残っている導電性被
膜とターグツ１−の間には電気的接続が殆どなくなって
しまう。これによってアークがその導電性被膜上を進む
０Ｊ能性が更に小さくなる。これは６０アンペア以上も
の電流に相当な電気的接続が必要だからである。低電流
抵抗測定によると閉込めリング上の被膜とターグツ１〜
の間には電気的接触がない場合か多い。

本発明の他の一側面では閉込めリングの表面エネルギー
γが蒸発材料の表面エネルギーγＪ、り小さい（γ（閉
込めリング）〈γ（蒸発材料））ことによってアークの
閉込めがなされる。この点に関して、表面エネルギーが
６００〜７００エルグ／’　ｃｍであるＢＮは前述のス
ネーパーや１ノフレフの特許に記載されているアーク蒸
着］−程において出会うＪ％　ＩＰＥ下では殆ど金属に
よってぬらされることがない。表面エネルキーが１００
〜３００エルグ／　ａＭである鉛、ビスマス、銅および
アンチ七ンの酸化物のみがＢＮをぬらして侵食り−る。

しかしながらＢＮ等の材料はアーク蒸着への実用上は適
している。

要するに、閉込めリング２４は前述のような特性を有づ
る材料で形成されるか、そのような材料をコーティング
されＣいなければならな−い。窒化物化合物が特に適し
ＵＪ５す、中でも硼素とチタンの窒化物が望ましい。な
お、窒化物化合物が閉込めリング組成物の１００％に満
たなくとも全体の組成物が上述のような特性を協えてい
る限りは閉込めリングは所望の機能を果たす。以下この
タイプの閉込めリングを「Ｎ−リング」と称づる。

第１Ｂ、２Ａ、２Ｂ図に他の形状の閉込めリングが示さ
れている。第１Ｂ図の実施例においてはリング２０とボ
ルト（図示せず）によってターゲット１６がカソード１
８に固定されてａ３す、第２Ａ、２Ｂ図の実施例におい
てはターグツ１〜１６がカソード１８に両者のインター
フェース面２８において適当な手段によって結合されて
いる。

閉込めリングの形状は殆ど問題にならず、アーク（陰極
スポット）閉込め機能に関しては上記４つの実施例は殆
ど同等に適している。また、第２Ａ図に承り−ように、
リング２４は支拍体３０」−にコーティングを施こした
もので゛もＪ、い。なＪ５、第２Ａ図にＪ３いては、図
示の便宜上そのコーティングの厚みが拡大されている。

リングをコーティングで形成しない場合には、リングを
小ルト漬の適当な手段で取り付けてもよい。ポルｌ−止
めにづる場合にはポル１へヘッドを閉込めリングの材料
で゛カバーしてもよい。

なｄ３、本発明のアーク安定化装置は前述の米田特ｎ第
３，７８３，２３１号、第２，９７２，６９５号に記載
されているような磁界を利用したアーク閉込め技術では
閉込めに必要な均一な磁界を形成りることができない、
長方形のカソードと円筒状のアーク源のような非円筒対
称の場合にもλ・ｊ処できる。さらに、前ｊホの米国特
許第３，７９３，１７９号に開示されている技術におい
ては圧力に制限があるが、本発明の装置は殆ど全ての圧
ツノ下（待に、高い圧力下）で作用可能である。

なお、以上本発明の望ましい実施例をアーク蒸着システ
ムとの関係において述べて来たが、材斜がアークによっ
て瞬時にターゲットから蒸発ぜしめられ、しかもそのア
ークをターゲツト面の所定の領域内に閉じ込めなければ
ならないような他のシステムにも本発明を応用すること
かて′ぎる。

第３図に示すように、ターゲット１６が非透過性である
限りは、第１Ａ、１Ｂ、２Ａ、、２Ｂ図に示づ閉込めリ
ングを使用したときの侵食パターン１７は全く均一であ
る。しかしながら、ターグツｉ〜１６が透過性である場
合には侵食パターン１７はＭ４図に承りように不均一に
なってしまう。第４図のターグツ１−を調べたところア
ークを透過性ターゲットの縁のｈに向かって動かずよう
な力が作用しているよってあり、これ以外にはアークが
Ｎ−リング２４に向かって特異的に動く理由が考えられ
ない。

本出願人は幾つかの実験を行なった。その内の１つでＮ
−リングを透過性材料の大きなシートのほぼ中央にシー
トの面とＮ−リングの面が平行となるように載置し、ア
ークをそのＮ−リング内に発生さけたどころ、侵食パタ
ーンはほぼ正常であつた。寸なわら、第３図に示刀のと
Ｉｉ）、１様な侵食パターンが１４られた。

このＦＪ′Ａ理が第５図の実施例に使用されている。

第５図の実施例においては透過性ターゲット１６が軟鉄
、パーンロイ、ターグツ１−と同じ材料等の透過性材料
で゛形成された平たいリング１９によって取り巻かれて
いる。リング１９の４Ａ料としては磁気透過性のもので
あればどのような材料でも使用することができ、例えば
鉄、ニッケル、コハル）−１これ等の金属に必要に応じ
て少量の添加物を加えた合金、フエライｌ−、スヂール
等も使用りることができる。またリング１９はターゲッ
ト１６自体の延長部を構成していてもよい。以下、第５
図に示すようにターゲット１６と別体であるか、ターゲ
ット１６の延長部を１１４成りるものであるかにかかわ
らずリング１９を「１〕−リング」と称する。

Ｎ−リング２４はターゲット１６の周縁に沿って配され
、アークをターゲツト面上に閉じ込めるのに一役果たづ
−０またＮ−リングはＰ−リング１９とターゲット１６
を、カソード１８に螺入されるボルト２１を介しＣ所定
の位置に保持する。

特定の動作原理に限定しようとするものではないが、本
発明にＪ５けるＰ−リングには次゛のような考察が摘要
できるようである。非透過性ターゲットに向（）られＣ
いる真空アークは不規則に動き回るがターゲットを則れ
て陰極の他の部分に移動するのは１秒程度以下である場
合が殆どであることが観察されている。透過性ターゲッ
トの場合にはアークがそのターゲットを外れて陰極の他
の部分に移るのはミリ１．？］ンドの範囲内である。汚
染されていないコーティングを得るためには、当然アー
クはターゲットから外れてはならない。

真空アークにかりられる磁界に関する初期の文献では磁
界密度の最も大きい方向にアークが動き易いことになつ
Ｃいる。これが第４図においてターグツｈの縁の方にア
ークを動か寸メカニズムであると仮定づると、アークは
磁界密度を減らず透過性材料から離れる方向に動くと考
えられる。

閉込め機構に関するもう１つの考え方を、カップ形のフ
エライｊ・ターゲットからフェライト複合体をアーク蒸
発させｔｃ直直圧山中のω１究（１−Ｈ本応用物理ジャ
ーナルＪ　　（Ｖｏ　ｌ、１０．Ｎｏ、６．１９７１年
６月発行）所載の［フエフイ１〜の真空アーク蒸発およ
びその蒸着体の組成（ｙａｃｕｕｍ　　Ａｒｃ　　Ｅｖ
ａｐｏｒａｔｉｏｎｓ　　ｏｌ’１−ｅｒｒｉｔｅｓ　
　ａｎｄ　　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　　ｏｆ　　下
ｈｅｉｒ　　Ｐｅｐｏｓｉｔｓ）Ｊ参照。）から見出す
ことができる。ターグツ１〜の溶融部分にａ３いて、酸
化物月利は金属とは神スめて異なる振舞をした。直圧と
山中はアークは極めて安定しており、カップのほぼ中央
で非富にゆっくりとした円運動をしたと報告しＣいる。

彼等はこの異゛帛なｊ辰舞については言及していないが
Ｌｌ　？５．！によるアークの運動についてはかなり詳
しく述へている。アークの閉込め一般については記載が
ない。

この現象をさらに良く理解４るために、本出願人はワイ
４７−に直流を通して、アークがターゲットの近くに形
成されるであろうような円筒状の磁界を発生させた。こ
のワイＡ７−を杆々の形状の透過性ターゲラ１へに近づ
け、また鉄のヤスリ屑によってこれらの）Ａ過性材料の
磁界に与える影響を洞察した。

なお、これは上述の米国特許第２．’ＩＪ”７２，６９
５号および第３．７８３，２３１号におけるようにアー
クフィールドと相互に作用し合う磁界をか（プるのとは
、外部フィールドをかけないという点で幾分界なってい
る。ワイヤーに電流を通ずと、そのワイヤーの周囲に対
称に磁束が発生り−る。２本のワイＡ７−を平行に置い
て電流を同じ方向に通ずと、両ワイ１フーは互いに引き
合う。ワイヤーの右と左では磁束の方向が異なるために
、両ワイＡ７−の間に発生した磁界は相殺される。

実際に、は、アークというのは極めてユニークなもので
あり、アークを電流を通したワイヤーでモデル化したも
のはアークの挙動について真に正確に示づ−ものＣはな
い。もしも、充分な電流がアーク内を流れることができ
たら、アークは陰極面を別々に動き回る２つのアークス
ポットに分かれるであろう。これは電流が流れたときに
一緒に動くワイヤーの場合とは全く逆である。アークと
ワイヤーのこの違いに対づる簡単な説明は、アークの場
合には電子が横り向に自由に動くことかできるが、ワイ
ヤーの場合には電子かワイＡ７−内に閉じ込められてい
るという表現（゛なされることもある。

電子はワイヤー内で横に動こうどして大きさが賓しく、
方向の異なる力をワイＶ−に及ぼづ。したがってワイヤ
ーはアークとは反対の方向に□動ぎ、アークを透過性タ
ーゲラ１〜の縁の方に動かそうとする力の大きさは、ア
ークを一般に非透過性ターゲラｉ−の周囲に動かす不規
則連動の〕ｊに対して相当大きい。

第６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ図は透過性ター　フット、非
透過性ターゲットの両方の場合にｄ３いて種々の条件下
におりる磁束密度を鉄のや一すリ屑の分布パターンによ
って表現したちのひある。第６ａ図にＪ３いては鉄のプ
レー１へ３２に近づく程磁束密度２３が小さくなってい
る。これは磁力線（断面のみが図に見えている。）が鉄
の中の方が通り易いために鉄のプレー１へ３２内に引き
込まれるからである。アルミニウムターゲラ１〜３４の
場合には第６ｂ図に示１ようにターゲットに近づいＣも
磁束密度は殆ど変らない。またアルミニウムのターゲラ
ｉ〜３４の場合には第７ｂ図に示すようにターゲラ１−
の縁に近つりでも磁束密度は変化しない。

これに対しＣ鉄のターゲットの場合には縁に近づけると
第７ａ図に示づようにターゲットの外側の磁束密度が大
きくなり、内側では磁束が殆どなくなつＣしよう。した
がってアークを外側に押す力が存在Ｊるとアークが暴走
的にターゲラ１への外縁を外れてしまうというのは容易
に理解てぎることである。アークを外側に押す力はアー
クが完全にターゲットの中心にあるときはゼロであろう
が、アークは通常不規則に移動−りるから、直ぐに中心
から外れてしまう。アークがターゲットの縁に近づくに
つれてアークを外側に押づ力は１Ｂ加する。

したがって、外側へのｔｙＥ　ｊ９電磁気力と、アーク
がそれ以上外側へ動くのを凹１止するＮ−リングの間に
アークが捕えられるため第４図に示りようなパターンＣ
侵食が生ずるのは当然である。運動の相対的自由度は第
４図の平面に向かってのみ存在りる。したがってアーク
はその１〜ラツプに直角な方向にターゲットの周囲を動
く。ここではアークの・運動を完全に説明するのが目的
で１．Ｌなく、アークの運動の幾つかの面のうら相当に
大きな影ν゛１．）を制御の目的をもって与えることが
できるものを承り”のが目的で′ある。

さらに、第５図の実施例のように１−）−リング１９が
存在すると磁ノＪ線がそのＰ−リング１９と、そのＰ−
リング１９の内側のターゲラ１−１６とで同程度に良好
に通るため、Ｐ−リング１つの内側の磁束密度とＰ−リ
ング１９の内縁の外側の磁束密度とがほぼ等しくなる。

したがって第４図の装置の場合のようにアークを外側に
押づツノは発生しない。したがってアークは第３図の装
置の非透過性ターゲット上を動き回る場合と同様にして
透過性ターゲツト面上全体を不規則に動き回り、その透
過性ターゲラ１−を均一に侵食づる。

第８図は本発明の他の実施例を示づものである。

本出願人の研究によって、非透過性ターグツ１−を一旦
超清浄にしＣおくと、その非透過性ターグツ１へを取り
巻くＰ−リングのアーク閉込め効果がさらに強くなるこ
とが分かった。以下に述べるように第８図に示づ構成に
よればアークによってターゲットを超清浄にし、その後
１つ一リングがアーク保持機能を果たすようにすること
ができる。なＪ５、第８図にａ３いて、Ｎ−リング２４
はＰ−リング１９上に被膜られる別体のカバーとしても
よいし、あるいは塗布、スパッタリング、蒸着等の適当
な方法でＰ−リング１９上に形成された被膜としてもよ
い。

文献にはターグツ１〜アセンブリを超清浄状態に覆る必
要性が繰返し強調されているが、酸化物などによって汚
染されたターゲットの挙動については殆ど記載がない。

酸化物は、実効的な金属の蒸発が始まり得ないうちにア
ークによってターグツ１へ表面から蒸発（分解）せしめ
られる。これ等の汚染物質はターゲットの初期クリーニ
ング段階において除去されることが多いが、このとき、
支持体をシステムから外しておくこともある。この間は
、ターゲットを実効的には蒸発さけない所謂第１種（ｔ
ｙｐｅ−ｏｎｅ）陰極スポットが形成される。その第１
種陰極スポットは汚染物が実質的に除去されＣから初め
て、ターゲットを実効的に蒸発さじる所謂第２種陰極ス
ポラ（〜によって取って替わられる。支持体がシステム
から外されている場合には、このとぎ支持体をシステム
内に導入りる。

Ｎ−リングはターゲットが汚れた状態で組み立てられて
いる場合でさえも初期クリーニング段階時にアークをタ
ーゲット内に閉じ込める。Ｐ−リングには完全な忌避性
がある分けではないので、初期クリーニング段階の間の
アークの最初の何回かの開始時にはアークはターゲット
Ｊ３Ｊ：びＰ−リング上を走ることがある。ターグツｌ
−が充分きれいになってターゲット材料の蒸発が始まる
と、蒸発したターゲット材料がリングのターゲットに直
ぐ隣接した部分に（１着するとともに、アークの制御が
完全になる。しかしながら、初＋１ＪＪクリーニング段
階の間にアークがカソード１８の後方や側部に回り込ん
で周囲の構造に損傷を与えたり、汚染金属をヂ１７ンバ
内に蒸発させる可能性がある。

使い方によってはＮ−リングが幾分脆かったり、スを命
が短かったり、高価であったり、また湿潤性が乏しいた
めにそのＮ−リング上にイ＝ｔ＠’したターゲット材料
を失っ−Ｃしまったりすることがある。

したがって、初期クリーンアップの間はＮ−リングのア
ーク保持能の長所を生かしくＮ−リングは多くのターグ
ツｌ−４４料に対して第１種アークを保持するように思
われる。この能力は出願人が現在までにテスｌ−した全
てのターゲット材料に対して確認されたが、あるいは全
てのターゲット材料に対してこの能力があるかも知れな
い。）、ターグツ［・か一旦アークによってクリーニン
グされた後にＰ−リングを使用Ｊるようにするのが望ま
しい。

一般に、主に２つの事が重要である。まず、カソード上
のターグツ１〜以外の部分、特に絶縁体の近くの部分を
侵食から保護する必要がある。Ｊなわちアークによるク
リーニングはターグツ１〜とクランプアセンブリ上に限
定しなければならない。

次に二、三日の衝撃によって清浄な表面が得られるＪ二
うにアーク消滅周波数を（Ｌｔ　＜　Ｌなりればならな
い。現在の方法では、軽いＰ−リングを備えた大きなア
ルミニウム陰極の揚台には１００回以」−もの′ｆＪｊ
撃が必要な場合がある。

アーククリーニング上の問題の大小はターゲット材料に
よって左右される。例えばアルミニウムは極めて悪く、
ジルコニウムは極めて良い。出願人の観察によれば第１
アーク（ま橘能上の段階がある。最初に酸化物部分を探
し出し“Ｃ攻撃りる。金属の酸化物のような化合物は電
子を容易に放出づる傾向があるから、これは当然のこと
である。この酸化物探査モードの時にのみアークがＰ−
リングを容易に越えられるようである。明らかな酸化物
部分からの激しい閃光が終ると、アークの何回もの衝撃
が進行リ−る。通常アークが消減り−る前に持続時間が
次第に長くなる。この期間の大部分では、例え持続時間
が何秒もに亘っても放雷（こよって金属が蒸発すること
は殆どない。このときシュアークはまだ、蒸発出力の微
小な第１種アークとして動作しているようである。これ
は、極めて低いアーク電圧によって美人な数の電子を放
出することのできる尖つｌ〔部分などが爆発するせいで
はないかと思われる。

クリーンアップの酸化物段階では、アー　りは容易にＰ
−リングを越えてカソード上のターゲット以外の部分に
移動する。上述の尖った部分などが爆発する段階では、
Ｐ−リングが放電を保持するが、放電は頻繁に跡絶れる
。第１種アークが消えた時にのみ、全−Ｃの電子放出源
がアークを第２種アークに変え、ターゲツト面の瞬時蒸
発を進行させる。

上述のようにＮ−リングは酸化物相の放電を保持づるか
ら、第８図の実施例はＮ−リング２４とＰ−リング１９
の各長所を最大限に生かすのに使用することができる。

Ｎ−リングが別体の）Ｊバーであるときには、そのＮ−
リングは初期クリーンアップ段階の間第２種アークがタ
ーゲット上に確立されるまＣ゛は所定の位置に置かれる
。その後、そのＮ−リングはターゲットから外される。

次に第１のクリーンアップ段階ではそのＮ−リング２４
に被われていた酸化物部分等を除去りる第２のアークク
リーンアップ段階が実行される。しかしながらこのとき
は除去づへき酸化物等が少なく、総クリーンアップ時間
はＮ−リングのカバーがない場合に比べて短くなる。さ
らに、このカバーはクリーンアップ完了後は取り除かれ
るから（「〕−リングがアーク保持機能を果たＵるよう
に）、カバーの寿命は相当長くなる。また、その上にイ
」ルしたターゲット材料の損失の問題もなくなる。

Ｎ−リングカバー２４が薄い被膜であるときには、ター
ゲットが新しくなるたびにぞの被膜のコーディングをし
なければならない。場合によつＣはこれは不便かも知れ
ないが、特にその被膜かＴｉＮもしくは類似の材料から
形成される場合は良い点がある。ＢＮのペイントは付着
性が余り良くない。８Ｎの場合には無線周波数スパッタ
リングによってリング１９上に蒸着する方が良い。窒化
チタンを使用するのが最も望ましい。多くのアークシス
テムは窒化チタン用に設計されている。鉄のリング１９
を例えば幾つかの工具と一緒にコーティングすることが
できる。このリングはその次のターゲット（チタンであ
っても差し支えない。）用に使用リー把ことができる。

ＴｉＮは鉄のリングと極めて良好に結合する。このコー
ティングは導電性であるが、それでも上述したような理
由でアークをはねつりる。この窒化物コーティングはタ
ーゲットのクリーンアップの酸化物段階の間に露出され
さえづれば良く、したがってこの方法は極めＣ実ｎＪ的
Ｃある。ざらにＴｉＮコーティングはフレーキングを起
こすことがない。

【図面の簡単な説明】

第１へ、１Ｂ図は閉込めリングをクランプされたターゲ
ラ］・とともに使用した本発明の第１、第２の実施例を
それぞれ示す図、第２Ａ、２Ｂ図はターゲットがカソー
ドに結合されている、本発明の他の実施例をそれぞれ示
す図、第３図は非透過性ターグツ１〜をＮ−リングによ
って取り巻いたときにｉｑられる均一な侵食パターンを
承り断面図、第４図は透過性ターゲットをＮ−リングに
よって取り巻いたときに得られる侵食パターンを示す断
面図、第５図は本発明の一実施例の透過性ターゲット用
のアーク安定化装置を示り断面図、第６ａ、６ｂ、７ａ
、７ｂ図は透過性ターグツ１−１非透過性ターゲツトの
種々の条件に１Ｊ５Ｉブる磁束密度を鉄の゛（７スリ屑
の分布パターンににっＣそれぞれ示り図、第８図はター
ゲラ１〜の初期クリーンアップに使用する本発明の更に
他の実施例のアーク安定化装置を示づ断面図である。 １２・・・・・・支持体　　　　１４・・・・・・アノ
−１−１６・・・・・・ターゲット　　１８・・・・・
・カソード１９・・・・・・１〕−リング　　２４・・
・・・・Ｎ−リングＦＩＧ、　２４　　　　　　　　　
　　　ＦＩＧ、　２ＢＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　６ａ　　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　６
ｂＦＩＧ、　７ａ　　　　　　　　　　　　ＦＩ　Ｇ、
　７ｂＦＩ　Ｇ、　８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）蒸発されるべき材料の表面を備えたターゲット、
   ターゲット材料を蒸発させるためのアークをターゲツト
   面上に形成するアーク形成手段、および前記ターグツ１
   〜と接触しているとともに前記ターゲツト面を取り巻く
   閉込めリング、からなり、前記アークが帯電粒子の存在
   と、前記ターゲツト面上を不規則に移動する陰極スポッ
   トの存在によって特徴づけられるとともに、前記閉込め
   リングが、前記アークの前記帯電粒子の平均エネルギー
   にあける二次電子放出率が１より小さくかつ蒸発した前
   記ターゲット材料の表面エネルギーより表面エネルギー
   が小さい材料で形成されてＪ５す、それによって前記陰
   極スポットが前記ターゲツト面上に閉じ込められるよう
   になっていることを特徴とＪる蒸発アーク安定化装置。 （２）　　前記ターゲットが透過性材料の表面を備えて
   おり、さらにそのターゲットが透過性のリングで取り巻
   かれており、それによってターゲット材料がターゲツト
   面からほぼ均一に蒸発せしめられるようになっているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 （３）　　前記前記ターゲットが前記陰極スポラ１−を
   前記ターゲツト面上に保持するための透過性リングによ
   って取り巻かれており、前記閉込めリングが少なくとも
   前記ターゲットから馬乗物質を除去する初期クリーンア
   ップの間は、その透過性リングを被って前記陰極スポラ
   １へがその透過性リングに当たらないようにしているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 （４）　　前記閉込めリングが前記透過性リングと別体
   であり、前記初期クリーンアップ後にその透過性リング
   から外すことができるようになっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の装置。 （５）　　前記閉込めリングが前記透過性リング上にコ
   ーティングされた被成であることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の装置。 （６）前記閉込めリングが窒化チタンからなっているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の装置。 （７）　　前記透過性リングと前記ターゲットが一別体
   であることを特徴とする特５′Ｆ請求の範囲第２項記載
   の装置。 （８）前記透過性リングと前記ターゲットが互いに一体
   的に結合されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の装置。 くっ）　前記透過性リングが前記ターゲットと同じ材料
   で形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第７
   項または第８項記載の装置。 〈１０）　　前記透過性リングが鉄もしくはパーマロイ
   で形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第７
   項または第８項記載の装置。 （１１）　　前記閉込めリングの二次電子放出率が前記
   ターゲットの二次電子放出率より小さいことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記
   載の装置。 （１２）　　前記アークの前記帯電粒子の平均エネルギ
   ーが２０〜１００ｅＶであることをことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項から第３１１１のいり“れか１項に
   記載の装置。 （１３）　　前記帯電粒子の平均エネルキーが４０〜６
   ０ｅＶであることを特徴とする特９′［請求の範囲−第
   １２項記載の装置。 （１４）　　前記閉込めリングが窒化物からなっている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項のい
   ずれか１項に記載の装置。 （１５）　　前記窒化物が窒化硼素または窒化チタンで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１４項ａｄ載の
   装置。 （１６）　　前記窒化物が窒化硼素であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１５項記載の装置。 （１７）　　蒸発した前記ターゲットｔｌＡｒ、’ｌが
   被膜として支持体上に蒸着されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の装
   置。 （１８）　　前記支持体とアノードが同一であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の装置。 （１９）　　前記アーク形成手段がカソードとアノード
   を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第３項のいずれか１項に記載の装置。 （２０）　　前記ターゲットが前記カソード上′に取り
   付りられていることを特徴とする特許請求の範囲第１９
   項記載の装置。 （２１）　　前記ターゲットと前記カソードが同一であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１９項記載の装置
   。 （２２）　　前記ターゲットが非透過性材料からなって
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の装置
   。