特許 7461367 パルス型カソードアーク堆積

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-26

(45)【発行日】2024-04-03

(54)【発明の名称】パルス型カソードアーク堆積

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/32 20060101AFI20240327BHJP

   C23C 14/24 20060101ALI20240327BHJP

   H05H 1/50 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

C23C14/32 Z

C23C14/24 F

H05H1/50

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021551587

(86)(22)【出願日】2020-02-10

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-26

(86)【国際出願番号】 EP2020000040

(87)【国際公開番号】W WO2020173598

(87)【国際公開日】2020-09-03

【審査請求日】2023-01-24

(31)【優先権主張番号】62/811,641

(32)【優先日】2019-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】598051691

【氏名又は名称】エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，プフェフィコーン

【氏名又は名称原語表記】ＯＥＲＬＩＫＯＮ ＳＵＲＦＡＣＥ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＡＧ， ＰＦＡＥＦＦＩＫＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】コレフマイネン，ユッカ

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１６２０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１１１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４８３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０２９８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３５４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１９５２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２８０００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１１７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２２６５０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００２０１３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

Ｈ０５Ｈ １／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物品上への材料のカソードアーク堆積のためのアセンブリであって、前記アセンブリは、
コーティング対象となる物品を受容するためのチャンバであって、大気圧未満の圧力に排気されている前記チャンバと、
前記チャンバ内に設けられる回転可能なターゲットであって、プラズマ材料が放出される表面と、回転軸とを有する前記回転可能なターゲットと、
前記チャンバに設けられ、前記回転可能なターゲットの前記表面から第１距離に配置されるアノードリングであって、前記アノードリングを通って延在する開口を有し、前記開口の中心軸は、前記回転可能なターゲットの前記回転軸に平行に配置され、前記回転可能なターゲットの前記回転軸から第２の距離にオフセットされる、前記アノードリングと、
前記回転可能なターゲットの前記表面上にアークを生成するために前記チャンバに設けられるスパーク装置と、を備え、
前記アセンブリは、前記回転可能なターゲットの前記表面から放出される荷電粒子の流れを前記アノードリングの前記開口を通って前記コーティング対象となる物品へ方向付けるように構成される、アセンブリ。

【請求項2】

前記スパーク装置は、前記アノードリングの前記開口と前記回転可能なターゲットの前記表面との間に設けられる遠位端を有する、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項3】

前記アノードリングの前記中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するフォーカスコイルであって、前記回転可能なターゲットの前記表面から第３距離に第１端を有する前記フォーカスコイルと、
前記アノードリングの前記中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するフィルタコイルであって、前記フォーカスコイルの前記第１端から軸方向に離間される前記フィルタコイルと、
前記アノードリングの前記中心軸に垂直な方向に延在するリミッタであって、前記フォーカスコイルの前記第１端と前記フィルタコイルとの間に配置され、前記アノードリングの前記中心軸と軸方向に位置合わせされる開口を有する前記リミッタと、をさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項4】

前記フォーカスコイルが前記チャンバの外面上に設けられる、請求項３に記載のアセンブリ。

【請求項5】

前記チャンバの開放端に取り付けられるフィルタダクトをさらに備え、前記フィルタコイルは前記フィルタダクトの外面上に設けられる、請求項３に記載のアセンブリ。

【請求項6】

カソードアーク堆積アセンブリを用いて物品をコーティングする方法であって、前記カソードアーク堆積アセンブリは、排気されたチャンバ内に設けられるターゲットであって、プラズマ材料が放出される表面と、回転軸とを有する前記ターゲットと、前記排気されたチャンバに設けられ、前記ターゲットの前記表面から第１距離に配置されるアノードリングであって、前記アノードリングを通って延在する開口を有し、前記開口の中心軸は、前記ターゲットの前記回転軸に平行に配置され、前記ターゲットの前記回転軸から第２距離にオフセットされる、前記アノードリングと、前記ターゲットの前記表面上にアークを生成するために前記排気されたチャンバに設けられるスパーク装置とを備え、前記方法は、
前記ターゲットの前記回転軸の周りに前記ターゲットを回転させるステップと、
プラズマを前記ターゲットの前記表面から放出させ、前記アノードリングの前記開口を通って前記物品へ方向付けるために、前記ターゲットおよび前記アノードに電圧を印加するステップとを含む、方法。

【請求項7】

前記スパーク装置は、前記アノードリングの前記開口と回転可能な前記ターゲットの前記表面との間に設けられる遠位端を有する、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記ターゲットおよび前記アノードに印加される前記電圧は、一連のプラズマパルスを生成するためにパルス化される、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記カソードアーク堆積アセンブリは、
前記アノードリングの前記中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するフォーカスコイルであって、前記ターゲットの前記表面から第３距離に第１端を有する前記フォーカスコイルと、
前記アノードリングの前記中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するフィルタコイルであって、前記フォーカスコイルの前記第１端から軸方向に離間される前記フィルタコイルと、
前記アノードリングの前記中心軸に垂直な方向に延在するリミッタであって、前記フォーカスコイルの前記第１端と前記フィルタコイルとの間に配置され、前記アノードリングの前記中心軸と軸方向に位置合わせされる開口を有する前記リミッタと、をさらに備え、
前記電圧を印加するステップに先立って、
前記ターゲットの前記表面から放出される前記プラズマをフィルタリングするための均一な磁場を生成するために、前記フィルタコイルに電圧を印加するステップを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

前記ターゲットおよび前記アノードに印加される前記電圧、前記フィルタコイルに印加される前記電圧、ならびに前記フォーカスコイルに印加される電圧は、一連のプラズマパルスを生成するためにパルス化される、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
なし
本発明の分野
この出願は、概して、物理蒸着のための機器、より具体的には、コーティングチャンバにおけるカソードアーク堆積のための機器に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明の背景
従来、カソードアーク堆積は、カソード（陰極）として作用する金属材料源（すなわち、ターゲット）とアノード（陽極）との間に電圧が印加される、既知の物理蒸着法である。カソードおよびアノード、ならびにコーティング対象となる基板は、コーティングチャンバに配置される。基板上にコーティングを堆積するのに先立って、コーティングチャンバは排気される。ターゲット表面から材料を蒸発させるために、電子アークが用いられる。電子アークは、ターゲットの表面から電子を引き離し、それらをアノードへ案内する。電子アークの点火は、典型的には、ターゲット表面と接触する点火フィンガによって達成される。電子がターゲット表面から離れる場所（「スポット」と呼ばれる）において、表面は非常に素早く高温まで熱せられる。この迅速加熱および高温が、ターゲットの材料を、蒸発させ、その後コーティング対象となる基板の表面上で凝結させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

堆積プロセスの間、スポットは、ターゲットの表面上で、多かれ少なかれランダムに動くまたは「ダンスする（dance）」傾向にある。理想的には、これが、ターゲットの材料をかなり均質に除去させる。

【0004】

既知の堆積プロセスにおける１つの課題は、何らかの理由でスポットがターゲットの表面上の同じ位置にとどまる場合、ターゲットには穴が焼き付けられ得るということである。これは、ターゲットを使用できなくする。一般に、ターゲットの表面から不均質に材料を除去することは問題となる。これは、基板上に化学化合物コーティングを形成するために反応性ガスが用いられる場合に特に問題となる。化学化合物は、ターゲットの表面上にも形成し得る。これらの化学化合物が電気伝導性に乏しい場合（たとえば、多くの金属酸化物化合物など）、スポットは化学化合物が形成されてないターゲットの表面における場所に制限され得る。このような「ターゲット被毒（target poisoning）」は、材料を不均質に除去させ、最終的にはターゲットを使えなくする。

【0005】

本発明は、カソードアーク堆積プロセスにおけるターゲットからの材料の均質な除去を向上させるための機器を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の概要
１つの局面によれば、物品上への材料のカソードアーク堆積のためのアセンブリが提供される。アセンブリは、コーティング対象となる物品を受容するためのチャンバを含む。チャンバは、大気圧未満の圧力に排気される。チャンバ内には、回転可能なターゲットが設けられる。回転可能なターゲットは、プラズマ材料が放出される表面と、回転軸とを有する。チャンバにはアノードリングが設けられ、アノードリングは、回転可能なターゲットの表面から第１距離に配置される。アノードリングは、アノードリングを通って延在する開口を有する。開口の中心軸は、回転可能なターゲットの回転軸に平行に配置され、回転可能なターゲットの回転軸から第２距離にオフセットされる。回転可能なターゲットの表面上にアークを生成するために、チャンバにはスパーク装置が設けられる。システムは、回転可能なターゲットの表面から放出される荷電粒子の流れをアノードリングの開口を通ってコーティング対象となる物品へ方向付けるように構成され得る。

【0007】

固定アセンブリは、スパーク装置がアノードリングの開口と回転可能なターゲットの表面との間に設けられる遠位端を有するように構成され得る。

【0008】

固定アセンブリは、アノードリングの中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するフォーカスコイルをさらに含むように構成され得る。フォーカスコイルは、回転可能なターゲットの表面から第３距離に第１端を有する。アセンブリは、アノードリングの中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するフィルタコイルも含み得る。フィルタコイルは、フォーカスコイルの第１端から軸方向に離間される。アノードリングの中心軸に垂直な方向に、リミッタが延在し得る。リミッタは、フォーカスコイルの第１端とフィルタコイルとの間に配置され、アノードリングの中心軸と軸方向に位置合わせされる開口を有する。

【0009】

固定アセンブリは、フォーカスコイルがチャンバの外面上に設けられるように構成され得る。

【0010】

固定アセンブリは、チャンバの開放端に取り付けられるフィルタダクトをさらに含むように構成されてもよく、フィルタコイルはフィルタダクトの外面上に設けられる。

【0011】

別の実施形態によれば、カソードアーク堆積アセンブリを用いて物品をコーティングする方法が提供される。アセンブリは、排気されたチャンバ内に設けられるターゲットを含む。ターゲットは、プラズマ材料が放出される表面と、回転軸とを有する。チャンバにはアノードリングが設けられ、アノードリングは、ターゲットの表面から第１距離に配置される。アノードリングは、アノードリングを通って延在する開口を有する。開口の中心軸は、ターゲットの回転軸に平行に配置され、ターゲットの回転軸から第２距離にオフセットされる。ターゲットの表面上にアークを生成するために、チャンバにはスパーク装置が設けられる。方法は、ターゲットの回転軸の周りにターゲットを回転させるステップと、ターゲットの表面から放出されてアノードリングの開口を通ってコーティング対象となる物品へ方向付けられるプラズマパルスを生成するために、ターゲットおよびアノードにパルス電圧を印加するステップとを含む。

【0012】

方法は、スパーク装置がアノードリングの開口とターゲットの表面との間に設けられる遠位端を有するように構成され得る。

【0013】

方法は、ターゲットおよびアノードに印加される電圧が、一連のプラズマパルスを生成するためにパルス化される（pulsed）ように構成され得る。

【0014】

方法は、カソードアーク堆積アセンブリが、アノードリングの中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するフォーカスコイルをさらに含むように構成され得る。フォーカスコイルは、ターゲットの表面から第３距離に第１端を有する。アノードリングの中心軸と位置合わせされる軸を備えるらせん形状を有するように、フィルタコイルが提供される。フィルタコイルは、フォーカスコイルの第１端から軸方向に離間される。アノードリングの中心軸に垂直な方向に、リミッタが延在する。リミッタは、フォーカスコイルの第１端とフィルタコイルとの間に配置され、アノードリングの中心軸と軸方向に位置合わせされる開口を有する。電圧を印加するステップに先立って、ターゲットの表面から放出されるプラズマをフィルタリングするための均一な磁場を生成するために、フィルタコイルに電圧を印加するステップがある。

【0015】

方法は、ターゲットおよびアノードに印加される電圧、フィルタコイルに印加される電圧、ならびにフォーカスコイルに印加される電圧がすべて、一連のプラズマパルスを生成するためにパルス化されるように構成され得る。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る、カソードアーク堆積アセンブリの側面断面図であって、回転するターゲットの表面の上方かつ誘導コイルに隣接して配置される閉込めアノードを示し、コントローラと電源が概略的に示される図である。

【図2】図１の閉込めアノードの拡大端部図であって、点火器および回転するターゲットの表面に対して配置される閉込めアノードを示す図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る、炭素プラズマの１つのパルスを図示するダイアグラムである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

例示の実施形態の説明
ここで図面を参照すると、図１は、コーティング対象となる１つ以上の物品１０上にコーティングを堆積するためのカソードアーク堆積アセンブリ５０を示す。カソードアーク堆積アセンブリ５０は、一般に、チャンバ５２と、閉込めアノードアセンブリ６０と、ターゲットアセンブリ７０と、点火器アセンブリ８０と、フィルタダクト９０と、堆積チャンバ１１０とを含む。

【0018】

図１は、チャンバ５２の側面断面図である。チャンバ５２は、閉込めアノードアセンブリ６０、ターゲットアセンブリ７０および点火器アセンブリ８０を受容するためのキャビティ５３を規定する。示される実施形態において、チャンバ５２は、概ね円筒形状である。チャンバ５２は、閉込めアノードアセンブリ６０、ターゲットアセンブリ７０および点火器アセンブリ８０を受容するのに十分な大きさの直径Ｄ_１を有し得ることが考えられる。

【0019】

閉込めアノードアセンブリ６０は、スタンド６８に取り付けられる基部６４を有するリング形状アノード６２を含む。図２に示されるように、アノード６２の基部６４をスタンド６８の上端に固定するために、固定具６３が提供される。スタンド６８の反対側の端部は、チャンバ５２の端壁５２ａに固定される。

【0020】

開口６６はアノード６２を通って延在する。開口６６はアノード６２の軸Ａを規定する。示される実施形態においては、開口６６の外周の周りにおけるアノード６２の部分は面取りされている。開口６６の直径Ｄ_Ａは、以下に詳細に記載されるように、ターゲット７４の表面７４ａの半径に関連して寸法決めされてもよいことが考えられる。示される実施形態において、開口６６の直径Ｄ_Ａは３４ｍｍである。アノード６２は、以下に詳細に説明されるように、電源１４の陽端子に電気的に接続される。

【0021】

ターゲットアセンブリ７０は、ターゲットアセンブリ７０が閉込めアノードアセンブリ６０とチャンバの端壁５２ａとの間にあるように、閉込めアノードアセンブリ６０に隣接してチャンバ５２の端壁５２ａに取り付けられる。ターゲットアセンブリ７０は、ターゲット７４を保持するためのホルダ７２を含む。ターゲット７４の一端は、ホルダ７２の開放端の外へ延在する。ターゲット７４のこの端部は、以下に詳細に記載されるように配置される表面７４ａを有する。ターゲット７４の反対側の端部には、シャフト７６が取り付けられる。シャフト７６は、端壁５２ａを通って延在し、シャフト７６およびターゲット７４に回転運動を与えるモータ７８に取り付けられる。シャフト７６は、シャフト７６の軸に沿ってターゲット７４を長手方向に動かすようにも構成される。シャフト７６の軸に沿ってターゲット７４を長手方向に動かすために、アクチュエータ７７が提供されてもよいことが考えられる。ターゲット７４は直径Ｄ_Ｔを有する。示される実施形態において、直径Ｄ_Ｔは６０ｍｍであり、ターゲット７４の長さは６０ｍｍである。以下に詳細に説明されるように、制御線１８ｂがターゲット７４を電源１４の陰端子に電気的に接続する。

【0022】

点火器アセンブリ８０は、チャンバ５２の端壁５２ａに取り付けられる。点火器アセンブリ８０は、スパーク装置８２、たとえばセラミック点火フィンガと、スタンド８４とを含む。スパーク装置８２は、ターゲット７４の表面７４ａに沿ってスパークを形成するように構成される。スパーク装置８２の一端はスタンド８４に接続され、スタンド８４はチャンバ５２の端壁５２ａに固定される。スタンド８４は、１つ以上の固定方法、たとえばスクリュ、溶接、スレッドなどを用いて端壁５２ａに取り付けられてもよいことが考えられる。

【0023】

図１を参照すると、閉込めアノードアセンブリ６０は、アノード６２の下面とターゲット７４の表面７４ａとの間に距離「Ｈ」があるように、ターゲットアセンブリ７０に対して配置される。図２を参照すると、閉込めアノードアセンブリ６０は、また、アノード６２の中心軸Ａが距離ｄ_Ｏでターゲット７４の中心軸Ｂからオフセットされるように、ターゲットアセンブリ７０に対して配置される。点火器アセンブリ８０は、スパーク装置８２の遠位端がアノード６２の開口６６とターゲット７４の表面７４ａとの間に設けられるように配置される。示される実施形態において、距離Ｈは４～１０ｍｍの間であり、距離ｄ_Ｏは５５ｍｍである。アノード６２の直径Ｄ_Ａは、ターゲット７４の直径Ｄ_Ｔの半分であり得ることが考えられる。示される実施形態において、直径Ｄ_Ａは３４ｍｍであり、直径Ｄ_Ｔは６０ｍｍである、すなわち直径Ｄ_Ａは直径Ｄ_Ｔの５７％である。

【0024】

図１に戻って参照すると、チャンバ５２の外側円筒壁の周りには、フォーカスコイル８８が巻き付けられる。示される実施形態において、フォーカスコイル８８は、らせん形状であり、銅管で作製される。フォーカスコイル８８は、冷却流体、たとえば水をその中に流して動作中にチャンバ５２を所望の温度に維持するのを助けるように構成される。示される実施形態では、フォーカスコイル８８は、１６０ｍｍの直径、１７０ｍｍの長さおよび３６．５マイクロヘンリー（μＨ）のインダクタンスを有する。チャンバ５２の外壁の周りにフォーカスコイル８８が巻き付けられているため、チャンバ５２の直径Ｄ_１は１６０ｍｍより小さく適切に選択され得る。

【0025】

フィルタダクト９０は、チャンバ５２の開放端に取り付けられる第１端９０ａを含む。フィルタダクト９０は、概ね円筒形状であり、２つのリミッタ９２ａ，９２ｂおよび２つのフィルタコイル９６ａ，９６ｂがフィルタダクト９０に取り付けられる。

【0026】

リミッタ９２ａ，９２ｂは、アノード６２の軸Ａに垂直な方向においてフィルタダクト９０のキャビティにわたって延在する、板状要素である。各リミッタ９２ａ，９２ｂは、アノード６２の軸Ａと軸方向に位置合わせされるそれぞれの開口９４ａ，９４ｂを含む。第１リミッタ９２ａは、フィルタダクトの第１端９０ａに配置される。第２リミッタ９２ｂは、フィルタダクト９２の第１端９０ａと第２端９０ｂとの間の中ほどに配置される。

【0027】

フィルタダクト９０の外側円筒面の周りには、第１フィルタコイル９６ａおよび第２フィルタコイル９６ｂが巻き付けられる。第１フィルタコイル９６ａは、リミッタ９２ａ，９２ｂ間に配置される。第２フィルタコイル９６ｂは、第２リミッタ９２ｂとフィルタダクト９０の第２端９０ｂとの間に配置される。示される実施形態において、フィルタダクト９０の直径Ｄ_２は２２０ｍｍであり、フィルタダクト９０の長さは１８８ｍｍである。

【0028】

堆積チャンバ１１０は、フィルタダクト９０の第２端９０ｂに取り付けられる。堆積チャンバ１１０は、コーティング対象となる物品１０を受容するように寸法決めされるキャビティ１１２を規定する。示される実施形態において、堆積チャンバ１１０は、フィルタダクト９０の直径Ｄ_２より大きい直径Ｄ_３を有する。

【0029】

上述されたように、閉込めアノードアセンブリ、６０、ターゲットアセンブリ７０および点火器アセンブリ８０はすべて、チャンバ５２の端壁５２ａに取り付けられる。（上記に詳細に記載されるような）アノード６２、ターゲット７４およびスパーク装置８２の相対位置が維持される限り、上記のアセンブリの１つ以上は、チャンバ５２の他の部分に、互いに、またはチャンバ５２における別の構造に取り付けられてもよいことが考えられる。特に、上記に詳細に記載されるように、アノード６２は、ターゲット７４の表面７４ａから距離Ｈにあり、ターゲット７４の軸Ｂから距離ｄ_Ｏにオフセットされ、スパーク装置８２は、アノード６２の開口６６とターゲット７４の表面７４ａとの間に配置される。

【0030】

カソードアーク堆積アセンブリ５０の様々な構成部品の動作を制御するために、コントローラ１６が提供される。様々な制御線１８ａ～１８ｇがコントローラ１６から構成部品まで延在しており、すなわち、制御線１８ａはコントローラ１６をアノード６２に接続し、制御線１８ｂはコントローラ１６をターゲット７４に接続し、制御線１８ｃはコントローラ１６をスパーク装置８２に接続し、制御線１８ｄはコントローラ１６をモータ７８に接続し、制御線１８ｅ，１８ｆはコントローラ１６を第１フィルタコイル９６ａおよび第２フィルタコイル９６ｂにそれぞれ接続し、制御線１８ｇはコントローラ１６をフォーカスコイル８８に接続し、制御線１８ｈはコントローラ１６をアクチュエータ７７に接続する。制御線１８ａ～１８ｈは、それぞれの構成部品とコントローラ１６との間で電力および／または信号を送るように構成されてもよいことが考えられる。制御線１８ａ～１８ｈは、限定ではないが、ハードワイヤ、ＷｉＦｉｉ、ｅｔｈｅｒｎｅｔなど、およびその組み合わせを含む、コントローラ１６とカソードアーク堆積アセンブリ５０の様々な構成部品との間における、他の一般に知られたタイプの有線および／または無線通信を表し得ることも考えられる。

【0031】

ここで、カソードアーク堆積アセンブリ５０がその動作に関して説明される。カソードアーク堆積アセンブリ５０の動作の間、アノード６２およびターゲット７４には電圧が供給される。上記は、ターゲット７４の表面７４ａにおけるスパークの生成およびコーティング対象となる物品１０へのターゲット７４から放出される炭素プラズマ１２０の流れをもたらす。アノード６２およびターゲット７４に印加される電圧は、炭素プラズマ１２０のパルスを生成するためにパルス化され得ることが考えられる。

【0032】

フォーカスコイル８８は、炭素プラズマ１２０をアノード６２の開口６６を通ってコーティング対象となる物品１０へ方向付けるまたは集中させるように構成されてもよいことも考えられる。アノード６２およびターゲット７４への電圧がパルス化される実施形態において、フォーカスコイル８８およびフィルタコイル９６ａ，９６ｂは、パルス回路（図示せず）の一部であってもよく、フォーカスコイル８８およびフィルタコイル９６ａ，９６ｂの誘導性によって、それらはカソードアーク堆積アセンブリ５０のパルス効果に寄与する。このように、カソードアーク堆積アセンブリ５０は、複雑なパルス生成器の必要性を回避する。

【0033】

ここで、炭素プラズマ１２０の１つのパルスを図解した図３を特に参照して、カソードアーク堆積アセンブリ５０の動作が説明される。上で述べたように、コントローラ１６は、カソードアーク堆積アセンブリ５０の様々な構成部品の動作を制御するように構成され得る。時間ｔ_１において、すなわちスパーク装置８２におけるスパークの点火に先立って、コントローラ１６は、フィルタコイル９６ａ，９６ｂを通して電流を印加させ得る（点Ｐ_１）。一実施形態において、６０アンペアの電流が０．６ミリ秒（ｍｓ）の遅延時間（ｔ_Ｄ）の間、印加される。上記の電流は、以下に詳細に説明されるように、ターゲット７４の表面７４ａから出される炭素プラズマ１２０をフィルタリングするための、パルス時間（ｔ_Ｐ）の残りの時間を持続させる均一な磁場（Ｕ_ＭＦ）を形成する。示される実施形態において、パルス時間（ｔ_Ｐ）は３ミリ秒（ｍｓ）である。

【0034】

遅延時間（ｔ_Ｄ）の後、コントローラ１６は、スパークパルス（Ｓ_Ｐ）を生成するために、スパークパルス時間（ｔ_ＳＰ）の間、スパーク装置８２に高電圧パルスを印加させ得る。示される実施形態において、高電圧パルスは１０～８００ボルトであり、スパークパルス時間（ｔ_ＳＰ）は３０マイクロ秒（μｓ）である。高電圧パルスは、ターゲット７４の表面７４ａ上にパルスアークを点火するように構成される。このとき、ターゲット７４は、あるスピードで回転している。示される実施形態において、ターゲット７４は３ＲＰＭで回転する。スパークパルス（Ｓ_Ｐ）は、炭素プラズマ（ＣＰ）のパルスをターゲット７４の表面７４ａから放出させる。

【0035】

電源１４は、フォーカスコイル８８を介してアノード６２に接続される。示される実施形態において、電源１４は、１００～２５０ボルトの電圧を有する９ミリファラド（ｍＦ）のキャパシタバンクである。アノード６２とターゲット７４との間には１．５～１．８キロアンペア（ｋＡ）のアーク電流が形成され、アーク電流はフォーカスコイル８８を通って流れ、軸Ａに対して高軸方向双極子モーメントを生成する。磁束密度は０．５～１テスラのピーク値に達し、アノード６２とターゲット７４との間におけるプラズマシースポテンシャルを上昇させて、炭素プラズマ１２０の運動エネルギを５０～１００エレクトロンボルト（ｅＶ）まで増加させる。高軸方向双極子モーメントは、フィルタコイル９６ａ，９６ｂの中心線（アノード６２の軸Ａと位置合わせされる）に沿って炭素プラズマ１２０を集中させる。フォーカスコイル８８は、また、アークの電流を安定させ、アークのパルスの長さを２．５ｍｓまで低減させる。

【0036】

炭素プラズマ１２０は、その後、フィルタダクト９０に流れる。フィルタコイル９６ａ，９６ｂは、炭素プラズマ１２０の閉込めを維持するために、および炭素プラズマ１２０からのマクロ粒子のフィルタリングのために、５０～１００ミリテスラ（ｍＴ）の磁束密度を形成する。リミッタ９２ａ，９２ｂは、炭素プラズマ１２０から散乱するマクロ粒子を回収するように構成される。特に、炭素プラズマ１２０は、軸Ａに垂直な方向において円軌道に押し込まれる荷電粒子で作られるが、マクロ粒子は、上記軌道に押し込められない非荷電粒子である。リミッタ９２ａ，９２ｂおよびフィルタコイル９６ａ，９６ｂはともに動作して、非荷電マクロ粒子がコーティング対象となる物品１０に向かって移動することを阻止する。

【0037】

本発明は、スパーク装置８２によって生成されたアークが均一にターゲット７４の表面７４ａの周りに移動するように、ターゲット７４を回転させる。

【0038】

上記は、カソードアーク堆積アセンブリ５０の単一のパルスについて説明している。上記のステップは、物品１０をコーティングするための炭素プラズマ１２０の複数のパルスを生成するために、必要に応じて繰り返される。上記に詳細に記載されたように、各スパークパルス（Ｓ_Ｐ）に先立って、ターゲット７４の表面７４ａから放出された炭素プラズマ１２０のパルスをフィルタリングするための均一な磁場を生成するために、電圧がフィルタコイルに印加される。

【0039】

本発明は、上記に記載された例示の実施形態に関して説明された。この明細書を読解および理解する際、修正および変更が起こり得る。本発明の１つ以上の局面を組み込む例示の実施形態は、それらが添付の請求項およびそれらの等価物の範囲内にある限り、このような修正および変更のすべてを含むことが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】