成膜速度が速いアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法及び成膜装置
【課題】アーク式蒸発源において、磁力線を基材方向に誘導して成膜速度を速くする。
【解決手段】本発明に係るアーク式蒸発源１は、ターゲット２の外周を取り囲んでいて磁化方向がターゲット２表面と直交する方向に沿うように配置された１又は複数の外周磁石３と、ターゲット２の背面側に配置された背面磁石４とを備え、背面磁石４は、極性が外周磁石３と同方向で且つ磁化方向がターゲット２表面と直交する方向に沿うように配置されている非リング状の第１の永久磁石４Ａを有し、第１の永久磁石４Ａとターゲット２との間、又は、第１の永久磁石４Ａの背面側に、第１の永久磁石４Ａと間隔をあけて配置された非リング状の第２の永久磁石４Ｂを有し、第２の永久磁石４Ｂは、極性が外周磁石３と同方向で且つ磁化方向がターゲット２表面と直交する方向に沿うように配置されており、第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとの間に磁性体５が配置されている。
【解決手段】本発明に係るアーク式蒸発源１は、ターゲット２の外周を取り囲んでいて磁化方向がターゲット２表面と直交する方向に沿うように配置された１又は複数の外周磁石３と、ターゲット２の背面側に配置された背面磁石４とを備え、背面磁石４は、極性が外周磁石３と同方向で且つ磁化方向がターゲット２表面と直交する方向に沿うように配置されている非リング状の第１の永久磁石４Ａを有し、第１の永久磁石４Ａとターゲット２との間、又は、第１の永久磁石４Ａの背面側に、第１の永久磁石４Ａと間隔をあけて配置された非リング状の第２の永久磁石４Ｂを有し、第２の永久磁石４Ｂは、極性が外周磁石３と同方向で且つ磁化方向がターゲット２表面と直交する方向に沿うように配置されており、第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとの間に磁性体５が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品等の耐摩耗性などの向上のために用いられる、窒化物及び酸化物などのセラミック膜、非晶質炭素膜等の薄膜を形成する成膜装置のアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法及び成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐摩耗性、摺動特性及び保護機能向上などの目的で、機械部品、切削工具、摺動部品などの基材の表面に薄膜をコーティングする技術として、アークイオンプレーティング法、スパッタ法などの物理蒸着法が広く知られており、アークイオンプレーティング法においては、カソード放電型アーク式蒸発源が用いられている。
カソード放電型アーク式蒸発源は、カソードであるターゲットの表面にアーク放電を発生させ、ターゲットを構成する物質を瞬時に溶解し、イオン化したその物質を処理物である基材の表面に引き込むことで薄膜を形成している。このアーク式蒸発源は、蒸発速度が速く、蒸発したターゲットを構成する物質のイオン化率が高いことから、成膜時に基材にバイアスを印加することで緻密な皮膜を形成できるため切削工具などの耐摩耗性皮膜を形成するために産業的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、カソード（ターゲット）とアノード間で生じるアーク放電のカソード側の電子放出点（アークスポット）を中心としたターゲットの蒸発が生じる時にスポット近傍から溶融したターゲットが放出され、被処理体に付着し、面粗度悪化の原因となる。
アークスポットから放出される溶融ターゲット物質（マクロパーティクル）の量は、アークスポットが高速で移動する場合に抑制される傾向があり、その移動速度はターゲットに印加された磁界に影響されることが知られている。
【０００４】
また、アーク放電により蒸発するターゲット原子はアークプラズマ中において高度に電離、イオン化することが知られており、ターゲットから基材に向かうイオンの軌跡はターゲットと基材との間の磁界に影響されるなどの問題がある。
さらには、カソード放電型アーク式蒸発源による成膜のようなＰＶＤ成膜により得られる皮膜には、原理的に圧縮応力が残留し、その応力は皮膜が厚くなるほど大きくなる傾向にある。また、圧縮応力が−２ＧＰａより大きくなる（圧縮応力＜−２ＧＰａ）と、皮膜の工具への密着性が低下して剥離し易くなる。切削工具に被覆する皮膜を厚くすることが可能になれば、切削工具の寿命を延ばすことができるが、前述した理由により、皮膜を厚くすることが出来ない。
【０００５】
これらの問題を解消するために、ターゲットに磁界を印加し、アークスポットの移動を制御する下記のような試みが提案されており、ターゲット周囲にリング状の磁力発生機構（永久磁石、電磁コイル）を配置し、ターゲット表面に垂直磁場を印可する技術（特許文献１）、イオン化されたターゲットを構成する物質を効率よく基材方向に収束させるように、ターゲットの前方に収束のための磁力発生機構（電磁コイル）を配置する技術（特許文献２）、アーク式蒸発源のターゲット背面中心に永久磁石を設置し、それを取り巻くようにターゲット背面に極性の異なるリング磁石を配置し、アーク放電を閉じこめるような磁場成分を形成すると共に、リング磁石とほぼ同じ直径の電磁コイルを設ける技術（特許文献３）、ターゲット周囲に配置されたリング状磁石と背面の電磁コイルによりターゲット表面に平行な磁場を形成する技術（特許文献４）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２８２３６号公報
【特許文献２】特開平０７−１８００４３号公報
【特許文献３】特開２００７−０５６３４７号公報
【特許文献４】特表２００４−５２３６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の磁力発生機構によれば、ターゲット表面から磁力線がリング側面のマグネットに向かって伸びることから、イオンの多くがマグネット方向に誘導される。さらに、ターゲット前方において基材方向に向かって伸びる磁力線が基材方向から大きくそれるために、蒸発してイオン化されたターゲットの物質が効率的に到達できない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術では、磁力線は基材方向に向かって伸びるものの、ターゲットと基材との間に大型の電磁コイルを配置する必要があることから、必然的にターゲットと基材との間の距離が長くなり、結果として成膜速度が低下することになる。
さらに、特許文献３に開示された配置では、アーク放電は磁場の垂直成分（ターゲット表面に対する磁場の垂直方向の成分）が０になる点で優先的に放電する傾向があることから、永久磁石とリング磁石のほぼ中間部分にトラップされ、電磁コイルを使用しても、それより内周の部分にアーク放電を制御するのは困難であり、ターゲットの利用効率は高くならない。また、このような配置ではターゲットから前方に向かって伸びる磁力線の成分が無いことから、ターゲットから放出されたイオンは基材に向かって効率的に収束されない。
【０００９】
そして、特許文献４において示された技術では、電磁コイルの内径がターゲットの直径より小さい実施形態しか記載されておらず、その場合には磁力線はターゲットから外側に向けて発散する傾向があり、効率的なイオンの収束はできないと思われる。また、ターゲット表面に平行な磁場に必要な強度を得るためにアークプラズマの放電を高速に移動させており、電磁コイル（あるいは磁性体ヨーク）との組合せにおいて大型の電磁コイルで大電流が必要とされて蒸発源が大型化するため、産業上好ましくない。
【００１０】
前述した問題に鑑み、本発明は、成膜速度が速いアーク式蒸発源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係るアーク式蒸発源は、ターゲットの外周を取り囲んでいて磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置された１又は複数の外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置された背面磁石とを備え、前記背面磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されている非リング状の第１の永久磁石を有すると共に、前記第１の永久磁石と前記ターゲットとの間、もしくは、前記第１の永久磁石の背面側に、前記第１の永久磁石と間隔をあけて配置された非リング状の第２の永久磁石をさらに有し、前記第２の永久磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されており、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に磁性体が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、ターゲット表面（ターゲット蒸発面）に水平成分の大きな磁場を形成するために、ターゲットの外周に外周磁石を配置するとともに、外周磁石と同じ向きの極性を有する磁石をターゲットの背面側に配置して、ターゲット表面上で双方の磁石によって反発磁場を形成させることを基本的な構成としている。このような磁石構成にすることにより、アークの回転が早くなり、マクロパーティクルの発生が減少し、平滑な皮膜を形成することができる。なお、ターゲットの外周を取り囲むように外周磁石を配置するのは、ターゲット表面に形成される磁場の水平成分を大きくするためである。
【００１３】
ここで、本発明では、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を多数発生させるために、外周磁石と同じ向きの極性であってターゲットの背面に配置された非リング状の永久磁石（第１の永久磁石）を有している。この第１の永久磁石の磁極の向きと外周磁石の磁極の向きを同じにして、且つ第１の永久磁石の形状を非リング状としているのは、ターゲット表面（端面）の中心部分から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を多数発生させるためである。ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線を多数発生させることにより、ターゲットから蒸発して、イオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度が向上する。
【００１４】
仮に、外周磁石及び第１の永久磁石の磁極向きを反対にすると、ターゲット表面（端面）の中心部分から発生する磁力線は外周磁石に引き込まれるため、基材方向に伸びる磁力線を発生することが出来ない。
また、各磁石の磁極向きを同方向とした場合でも、背面磁石の形状が中実状でない（リング状である）場合、磁石の中心部から磁力線が発生しないため、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線を発生させることが出来ない。さらに、前記本発明の構成範囲外とした場合、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線を発生することができないため、成膜速度を向上する効果は得られない。
【００１５】
これに加え、本発明では、ターゲット表面の中心部分から発生する磁力線の直進性を向上するために、前述の第１の永久磁石の他に、また別の永久磁石（第２の永久磁石）を、ターゲットの背面に間隔を設けて配置している。
このように第１と第２の永久磁石を間隔を置いて配置しているのは、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線の直進性を向上するためである。磁力線の直進性を向上することにより、ターゲットから蒸発して、イオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度が向上する。
【００１６】
一方、第１と第２の永久磁石を密着して配置した場合、直進性は向上しないため、成膜速度を向上する効果は得られない。
本発明における最も大きな特徴は、ターゲット表面の中心部分から発生する直進性の高い磁力線の数を増大するために、第１の永久磁石と第２の永久磁石の間に磁性体を配置していることである。第１の永久磁石と第２の永久磁石の間に磁性体を配置しているのは、各永久磁石の互いに対向する面（端面）からのびる磁力線を漏れなく繋げ、ターゲット表面の中心部分から発生する直進性の高い磁力線の数をさらに増大させるためである。
【００１７】
ここで、アーク放電中、電子は磁力線に巻きつきながら移動すると同時に、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子は電子に引寄せられながら移動していることを鑑みるに、直進性の高い磁力線の数を増大することにより、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度がさらに向上する。
【００１８】
なお、本発明において、「リング状の永久磁石」とは、リング形状を有する単一の永久磁石だけでなく、リング状に配列した複数の永久磁石をも意味する。また、「リング状」とは真円に限定されず、楕円及び多角形などをも含む。
好ましくは、前記磁性体の端面が、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石の端面とにそれぞれ密着してもよい。
【００１９】
こうすることにより、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石における対向する端面からのびる磁力線を、漏れなく繋げることができる。
また、前記ターゲットは円盤状であり、前記外周磁石はリング状の永久磁石であることとしてもよい。
このようにすることで、ターゲット表面より前方の磁力線の向きを基材方向に向けることができ、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度が向上する。
【００２０】
さらに好ましくは、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状と相似であることとしてもよい。
本発明に係る皮膜の製造方法は、上述したアーク式蒸発源を用いて、皮膜を形成することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成してもよい。
さらには、前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成することも好適である。
【００２２】
また、本発明に係る成膜装置は、上述のアーク式蒸発源を用いても好ましく、さらには、前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しても好適である。
さらに好ましくは、前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、アーク式蒸発源を用いた成膜装置の成膜速度を速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアーク式蒸発源を備えた第１実施形態の成膜装置の概要図である。
【図２】本発明の実施例１に係るアーク式蒸発源の概要図である。
【図３】本発明の実施例２に係るアーク式蒸発源の概要図である。
【図４】比較例１のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図５】比較例２のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図６】比較例３のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図７】比較例４のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図８】本発明のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図９】アーク式蒸発源を複数備えた第２実施形態の成膜装置の側面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線矢視図であって、（ａ）はアーク式蒸発源を直線的に配置した図であり、（ｂ）はアーク式蒸発源を非直線的に配置した図である。
【図１１】アーク式蒸発源を複数備えた第３実施形態の成膜装置の平面図である。
【図１２】アーク式蒸発源と、スパッタ式蒸発源とをそれぞれ複数備えた第４実施形態の成膜装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の一実施形態に係るアーク式蒸発源１（以下、蒸発源１）が備えられた第１実施形態の成膜装置６が示されている。
成膜装置６は、真空チャンバ１１を備え、真空チャンバ１１内には処理物である基材７を支持する回転台１２と、基材７に向けて取り付けられた蒸発源１が配備されている。真空チャンバ１１には、当該真空チャンバ１１内へ反応ガスを導入するガス導入口１３と、真空チャンバ１１内から反応ガスを排出するガス排気口１４とが設けられている。
【００２６】
加えて、成膜装置６は、ターゲット２に負のバイアスをかけるアーク電源１５と、基材７に負のバイアスをかけるバイアス電源１６とが設けられ、両電源１５、１６の正側はグランド１８に接続されている。
図１に示すように、蒸発源１は、円盤状（以下、「円盤状」とは所定の高さを有した円柱状のものも含む）のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配備された磁界形成手段８と、ターゲット２の外周部に配置されたアノード１７とを有している。なお、アノード１７はグランド１８に接続されており、同電位にある真空チャンバ１１もアノード１７として作用することができる。すなわち、蒸発源１は、カソード放電型のアーク式蒸発源である。
【００２７】
ターゲット２は、基材７上に形成しようとする薄膜に応じて選択された材料（例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、チタンアルミ（ＴｉＡｌ）、又は炭素（Ｃ）など）で構成されている。
磁界形成手段８は、ターゲット２の外周に配置された外周磁石３と、ターゲット２の背面側に配置された背面磁石４とを有している。また、磁界形成手段８は、外周磁石３の極性の向きと背面磁石４の極性の向きとが同方向となるように外周磁石３及び背面磁石４が配置されている。
【００２８】
なお、ターゲット２の蒸発面（基材７側の面）を「前面」、その反対側の面を「背面」とする（図２、図３参照）。
これら外周磁石３及び背面磁石４は、保持力の高いネオジム磁石により形成された永久磁石によって構成されている。
外周磁石３は、リング状であって、ターゲット２と同心軸状となるように配置されている。外周磁石３の磁化方向は、ターゲット２の軸心に沿うように（ターゲット２を構成する物質の蒸発面に対して垂直になるように）、且つ外周磁石３の径方向における投影面がターゲット２の径方向における投影面と重なるように配置されている。すなわち、外周磁石３は、ターゲット２の蒸発面と平行な方向に外周磁石３とターゲット２とを投影することにより形成される影が互いに重なるように配置されている。
【００２９】
なお、外周磁石３は、複数の円柱状等の永久磁石をターゲット２の外周を取り囲むように環状に配置することで形成してもよい（以下、「リング状」又は「環状」とは、複数の磁石をターゲット２の外周に沿って並べた状態も含む）。
背面磁石４は、その磁化方向がターゲット２の軸心に沿うように（ターゲット２を構成する物質の蒸発面に対して垂直になるように）、且つターゲット２の背面側に配置されている。
【００３０】
図２、図３においては、外周磁石３及び背面磁石４の極性をともに基材７に近い側をＮ極、基材７から遠い側をＳ極としているが、逆に、基材７に近い側をＳ極、基材７から遠い側をＮ極として外周磁石３及び背面磁石４を配置してもよい。
磁界形成手段８が前述した構成であるため、ターゲット２の外周部の外周磁石３によって形成される磁界と、ターゲット２の背面側の背面磁石４によって形成される磁界の組合せにより、磁力線を基材７方向に誘導することが可能となる。
【００３１】
本実施形態における背面磁石４は、後述の円盤背面磁石４Ａ、４Ｂのように非リング状のものである。ここで、「非リング状」とは、ドーナツ様に径方向内部に孔が空いているものではなく、中身の詰まった中実であるものを指し、円盤状や円柱状等を含む。
すなわち、「非リング状」とは、表面から外方へ向くいずれの法線も互いに交わらない形状をいう。
【００３２】
なお、図２は、背面磁石４として、後述する円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）の背後にまた別の円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）を配置し、これら円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの間に磁性体５を有した実施例１における磁界形成手段８を示している。
なお、図３は、第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとを入れ替えた実施例２における磁界形成手段８を示している。
【００３３】
次に、蒸発源１が備えられた成膜装置６を用いた成膜の方法を説明する。
まず真空チャンバ１１を真空引きにより真空にした後、アルゴンガス（Ａｒ）等をガス導入口１３より導入する。そして、ターゲット２及び基材７上の酸化物等の不純物をスパッタすることにより除去し、真空チャンバ１１内を再び真空にした後、反応ガスをガス導入口１３より真空チャンバ１１内に導入する。この状態で真空チャンバ１１に設置されたターゲット２上でアーク放電を発生させることによりターゲット２を構成する物質をプラズマ化し反応ガスと反応させることで、回転台１２に置かれた基材７上に窒化膜、酸化膜、炭化膜、炭窒化膜、或いは非晶質炭素膜等を成膜する。
【００３４】
なお、反応ガスとしては窒素ガス（Ｎ２）、酸素ガス（Ｏ２）、メタン(ＣＨ４）などの炭化水素ガスを用途に合わせて選択すればよく、真空チャンバ１１内の反応ガスの圧力は１〜７Ｐａ程度とする。また、成膜時、ターゲット２は、１００〜２００Ａのアーク電流を流すことで放電させると共に、１０〜３０Ｖの負電圧をアーク電源１５により印加している。基材７には１０〜２００Ｖの負電圧をバイアス電源１６により印加している。
［実施例１、実施例２］
本発明に係る蒸発源１を用いた実施例１について説明する。
【００３５】
本実施例では、背面磁石４が円盤状（円柱形状）の永久磁石（以下、「円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）」という）と、その背面側（基材７とは反対側）に、所定間隔をおいて配置されたまた別の円盤状の永久磁石（以下、「円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）」という）を有していて、さらに、これらの円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの間には、円盤状の磁性体５を備えている。
【００３６】
なお、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状（以下、「投影面形状」という）は、ターゲット２の投影面形状と相似となっており、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５は、ターゲット２と同心軸状となるように配置されている。
各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂは、保持力の高いネオジム磁石により形成されているため、磁界形成手段８全体をコンパクトにすることができる。
【００３７】
磁性体５は、手近で安価な炭素鋼によって形成されているが、比透磁率が１よりも大きい材料であればよく、磁気ガイドとしての役割を果たす。
なお、磁性体５は、比透磁率が２５０以上の材料で形成されることで、磁気ガイドとしての機能が向上する。具体的には、コバルト（比透磁率は２５０、以下括弧内の数字は各材料の比透磁率を示す）、ニッケル（６００）、炭素鋼（１０００）、鉄（５０００）、珪素鉄（７０００）、純鉄（２０００００）等を用いるとよい。
【００３８】
磁性体５の端面は、円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）における背面側（基材７とは反対側）の端面と、円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）における基材７側の端面とに、それぞれ密着している。
なお、実施例２は、実施例１における第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとを入れ替えただけであり、各永久磁石４Ａ、４Ｂは、同一形状であるため、実施例２の説明も以下併せて行う。
【００３９】
ターゲット２は、その直径を１００ｍｍで、その厚さを１６ｍｍとしており、チタン（Ｔｉ）とアルミ（Ａｌ）の原子比が１：１のチタンアルミ（ＴｉＡｌ）により形成されている。
外周磁石３は、外径が１７０ｍｍ、内径が１５０ｍｍ、厚さが１０ｍｍである。
実施例１において、反応ガスとして窒素（Ｎ２）を選択し、その圧力は４Ｐａ、成膜時間は３０分とした。ターゲット２にはアーク電源１５を使用して１５０Ａで放電させ、基材７にはバイアス電源１６を用いて３０Ｖの負電圧を印加している。
【００４０】
基材７は、１５ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの鏡面研磨した超硬合金のチップを用い、ターゲット２表面から約１８０ｍｍ離れた位置に配置され、基材７の温度を５００℃としている。
また、図４〜図７に示した比較例１〜比較例４においても、ターゲット２、外周磁石３、アーク電流値、反応ガス、成膜時間、印加した負電圧及び基材７に関する条件は同様である。
【００４１】
比較例１は、ターゲット２の背面に背面磁石４を有さない比較用の測定例である。
比較例２は、ターゲット２の背面側に配置された永久磁石がリング状である比較用の測定例である。この比較例２において、ターゲット２の背面側に配置したリング状の磁石は、外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍ、厚さが１０ｍｍであって、ターゲット２表面から６０ｍｍと１００ｍｍの位置に配置している。
【００４２】
比較例３は、ターゲット２の背面側に配置された２つの永久磁石の形状がリング状であって、各永久磁石の間に磁性体である炭素鋼を前記磁石と密着して配置した比較用の測定例である。各永久磁石の形状、ターゲット２表面からの距離は比較例２と同じにしている。
比較例４は、ターゲット２の背面側に配置された２つの永久磁石の形状が円盤状の磁石であるが、これらの永久磁石の間に磁性体を配置していない比較用の測定例である。
【００４３】
表１は、比較例１〜比較例４と、実施例１（実施例２も兼ねる）の背面磁石の枚数、背面磁石の厚み、各磁石の直径、ターゲット２表面からの距離と、基材７に流れる電流値と、成膜速度の評価、皮膜残留応力値、皮膜残留応力の評価結果を示している。
なお、表１では、比較例における各磁石も、便宜上、第１の永久磁石、第２の永久磁石としている。
【００４４】
【表１】
【００４５】
次に、基材７上の成膜速度、残留応力の評価について説明する。
成膜速度は、アーク放電により基材７に流れるイオン電流に比例することから、基材７に流れる電流値が大きいほど成膜速度が速いことがわかる。生産性、作業効率などを鑑みたとき、成膜速度に比例する電流値は１．５Ａ以上であることが望ましいため、１．５Ａ以上で合格とした。
【００４６】
また、薄膜の残留応力については、厚さ１ｍｍのＳｉウェハ上に成膜を行い、成膜後の基材７のたわみの曲率半径を光てこを利用して測定し、式（１）に示すＳｔｏｎｅｙの式により薄膜の残留応力を計算した。薄膜の残留応力については、切削工具用の硬質皮膜の剥離を想定して、その絶対値が２．０ＧＰａ以下で合格とした。
【００４７】
【数１】
【００４８】
まず、各測定例における磁力線分布図について考察する。
比較例１の磁力線分布図は図４であるが、この図に示されたように、比較例１は、ターゲット２から前方に向かって伸びる磁力線がターゲット２の正面方向（すなわち、基材７方向）から大きくそれている。
詳しくは、比較例１では、ターゲット２の軸心に最も近い側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約２００ｍｍ進んだ地点で、すでにターゲット２の軸心から約２８ｍｍも離れてしまう（図４中の矢印Ａ参照）。
【００４９】
比較例２においては、ターゲット２の軸心から最も近い側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約２００ｍｍ進んだ地点で、ターゲット２の軸心から約２４ｍｍ離れている（図５中の矢印Ｂ参照）。
同様に、比較例３、比較例４におけるターゲット２の軸心から最も近い側の磁力線は、ターゲット２表面から約２００ｍｍの地点で、ターゲット２の軸心から約２０ｍｍ離れる（図６中の矢印Ｃ、及び図７中の矢印Ｄ参照）。
【００５０】
次に、各比較例において、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線について考察する。
比較例１においては、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約５０ｍｍしか進んでいない地点で、すでにターゲット２の軸心から２００ｍｍも離れている、つまり大きくそれていることがわかる（図４中の矢印Ａ’参照）。
【００５１】
これと同様に、比較例２〜比較例４においても、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約１００〜１１５ｍｍしか進んでいない地点で、すでにターゲット２の軸心から２００ｍｍも大きくそれている（図５〜図７中の矢印Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’参照）。
このように比較例１〜比較例４では、ターゲット２から前方に向かって伸びる磁力線が基材７方向から大きくそれており、これに伴って、イオンの軌跡も基材７方向からそれる傾向にある。
【００５２】
その結果、表１に示したように、比較例１〜比較例４での基材７に流れる電流値は、それぞれ１．０Ａ、１．１Ａ、１．２Ａ、１．３Ａで成膜速度の評価も不合格となっており、効率的な成膜が困難である。
また、イオンの軌跡が基材７から大きくそれ、成膜速度が遅いため、表１に示したように、比較例１〜比較例４での皮膜残留応力値は、それぞれ−２．４０ＧＰａ、−２．３０ＧＰａ、−２．２５ＧＰａ、−２．０９ＧＰａを示し、皮膜残留応力の評価も不合格となっており、皮膜残留応力の低い皮膜が形成できない。
【００５３】
これらの比較例に対して、図８に示す如く、本発明の実施例１及び実施例２では、磁力線を基材７方向に誘導することが可能となっている。
つまり、実施例１及び実施例２においては、ターゲット２の軸心に最も近い側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に２００ｍｍ進んだ地点であっても、ターゲット２の軸心から２０ｍｍも離れていない（図８中の矢印Ｅ参照）ことから、基材７にはより多くの磁力線が直接伸びていることがわかる。
【００５４】
さらに、実施例１と実施例２では、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約１３０ｍｍまで進んだ地点でなくては、ターゲット２の軸心から２００ｍｍ離れることはなく（図８中の矢印Ｅ’参照）、より多くの磁力線がターゲット２の基材７方向へ向かって伸びている。
加えて、実施例１、実施例２では、磁性体５の端面が各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの端面とそれぞれ密着しているが、これにより、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの端面からのびる磁力線を、漏れなく繋げることができる。
【００５５】
その結果、表１に示したように、本発明の実施例１及び実施例２における基材７に流れる電流値は１．５Ａ以上で成膜速度の評価が合格となっており、比較例１〜比較例４よりも成膜速度が速く、効率的な成膜が可能となる。
また、皮膜残留応力の絶対値は、２．０ＧＰａ以下を示し、皮膜残留応力の評価が合格となっており、残留応力の低い皮膜の形成が可能となる。
【００５６】
なお、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の直径を４０ｍｍ（つまり、ターゲット２と対向する表面（以下、単に「表面」という）の面積は４００πｍｍ２）としてもよく、このとき、ターゲット２表面の面積２５００πｍｍ２の０．１６倍（１００分の１６）となる。
また、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の直径は、８０ｍｍであってもよく、各磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の表面の面積は１６００πｍｍ２、つまりターゲット２表面の面積２５００πｍｍ２の０．６４倍（１００分の６４）となる。
【００５７】
すなわち、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂや磁性体５の表面の面積は、ターゲット２表面の面積の０．２５倍（４分の１）以上としてもよく、この場合であっても、ターゲット２の軸心からそれることなく、より多くの磁力線が基材７へ直接伸び、効率的にターゲット２から蒸発したイオンを基材７に誘導することができる。
なお、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の表面の面積は、好ましくはターゲット２表面の面積の０．６４倍（１００分の６４）以上であり、さらに好ましくはターゲット２表面の面積（つまり、ターゲット２表面の面積の１．０倍）以上である。また、好ましい上限としては、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの直径は、ターゲット２の直径の１．５倍、つまりターゲット２表面の面積が２．２５倍（４分の９）以下となる。
【００５８】
また、アーク放電は、ターゲット２表面と平行な方向の磁力線の成分（以下、「平行成分」という）に対して直角方向（つまり基材７方向）に移動する力を受けており、アークスポットの移動速度は、磁力線の平行成分の強さに比例する。
磁力線の平行成分は、ターゲット２表面に垂直な磁力線の成分（以下、「垂直成分」という）が０（０近傍の値を含む。以下同じ）となる点で強くなる。また、アーク放電は磁力線の垂直成分が０となる点で優先的におこる傾向がある。この垂直成分が０となる点はターゲット２表面に近い側の円盤背面磁石の表面までの距離で決まるが、距離が近い場合にはアーク放電が外周部で生じる傾向があり、イオンが外側で発生するが、距離を離すと磁力線の垂直成分が０となる点が中央部に寄り、イオンを効率的に基材７へと到達させることができる。
【００５９】
しかしながら、距離が遠すぎる場合にはターゲット２表面上の磁力線及び基材７方向に伸びる磁力線が弱くなり、イオンを効率的に運ぶことができないことから、測定例６で最も成膜レートが早く、皮膜残留応力が小さくなったと考えられる。
なお、垂直成分が０で、且つ、平行成分のみを有する磁力線の位置を変化させるために、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５をターゲット２に対して近接離反するように前後に移動させる機構を組み込むことも可能である。このように、各磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５のターゲット２表面からの距離を変化させることで、磁力線の平行成分の強さを調節できると共に、磁力線の垂直成分が０となる点をコントロールすることができる。
［第２実施形態］
図９、図１０には、上述したアーク式蒸発源１を複数備えた第２実施形態の成膜装置６が示されている。
【００６０】
なお、各アーク式蒸発源１の構成は、第１実施形態と略同じである。
この第２実施形態に係る成膜装置６の最も大きな特徴は、複数（４台）の蒸発源１を、真空チャンバ１１内で上下に並べ、且つ隣接するアーク式蒸発源１の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的（図１０（ａ）、（ｂ）参照）に配置している点である。
【００６１】
図９に示すように、それぞれの蒸発源１は、磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）における基材７に近い側の極性（磁極の向き）が、隣接する蒸発源１同士で互いに逆極性（逆向き）となるように配置されている。
この逆向き配置とは、例えば、基材７方向（ターゲット２から基材７に近づく方向）に磁力線が向くように蒸発源１を配置し、この蒸発源１に隣接する蒸発源１を、磁力線が基材７方向とは逆向き（基材７からターゲット２に向かって遠ざかる方向）となるように配置することを意味する。
【００６２】
このような配置によって、外周磁石３によって形成される磁力線と、背面磁石４（つまり、第１の永久磁石４Ａ、第２の永久磁石４Ｂ及び磁性体５）によって形成される磁力線とが、隣り合うアーク式蒸発源１同士で互いに繋がることとなる。
例えば、１番上の蒸発源１Ａの磁界形成手段８においてターゲット２表面側（基材７に近い側）がＮ極であり、上から２番目の蒸発源１Ｂではターゲット２表面側がＳ極であるため、隣接する１番上の蒸発源１Ａと、２番目の蒸発源１Ｂとの間では、１番上の蒸発源１Ａから２番目の蒸発源１Ｂに向かう磁力線が発生する（図９参照）。
【００６３】
したがって、１番上の蒸発源１Ａと２番目の蒸発源１Ｂとの間の磁力線は閉じた状態となっており（この領域を「閉磁場領域Ｈ」とする）、アーク式蒸発源１からの放出電子がこの閉磁場領域Ｈ内にトラップされ（閉じ込められ）、放出電子がアノード１７や真空チャンバ１１に安易に誘導されることを防ぐ。
なお、このような閉磁場領域Ｈは、蒸発源１Ａ、１Ｂ以外の隣接する蒸発源１同士の間でそれぞれ形成されることとなる。
【００６４】
また、上述したように、アーク式蒸発源１から多くの磁力線が基材７方向へ向かって伸びていることから、閉磁場領域Ｈは、基材７近傍まで到達することとなる。
この結果、放出電子の濃度が各閉磁場領域Ｈ内で高まり、基材７の周辺で真空チャンバ１１中の反応ガスと放出電子との衝突が増加し、高効率で反応ガスのイオン化が図れる。
したがって、隣接するアーク式蒸発源１の磁力線が互いにつながるように、複数のアーク式蒸発源１を配備することによって、成膜速度が上がり、さらに効率的な成膜が可能となる。
【００６５】
図１０は、複数並べたアーク式蒸発源１を正面（基材７に近い側）からの投影図（図９のＡ−Ａ線矢視図）であるが、蒸発源１の配列は、図１０（ａ）のように、上下１列に直線的に配備してもよく、または、図１０（ｂ）のように、非直線的（例えば、ジグザグ）に配備してもよい。
直線的に配備した場合には、上述の閉磁場領域Ｈの左右幅が狭くなって、放出電子濃度がさらに上がり、閉磁場領域Ｈ内の基材７をより高い効率で成膜できる。
【００６６】
また、非直線的に配備した場合には、蒸発源１が蛇行している幅分だけ、閉磁場領域Ｈの幅も広がることとなり、基材７が幅広であっても、閉磁場領域Ｈ内で効率よく皮膜を形成することが可能となる。
なお、本発明において、「直線的に」配備するとは、上述のように上下１列に並べるだけでなく、真空チャンバ１１の内面に左右１列に並べたり、斜め１列に並べることも含む。
【００６７】
また、第２実施形態における成膜装置６は、基材７が上述した閉磁場領域Ｈ内を通過するように、真空チャンバ１１内に基材７を回転台１２上に複数個（例えば、回転軸に対して２個対称に）設置し、回転台１２により基材７を回転させて、基材７が交互に蒸発源１の前方側（ターゲット２正面側）を通るように構成されている。
基材７が閉磁場領域Ｈ内を通過するのであれば、回転台１２や基材７のほうを回転させずともよく、蒸発源１が基材７の周りを回るように構成する等、成膜装置６は、閉磁場領域Ｈに対して基材７が順次相対的に移動する手段を有していればよい。
【００６８】
なお、第２実施形態の成膜装置６は、その他の構成、又は皮膜を形成する方法は、第１実施形態と同様である。
［第３実施形態］
図１１は、上述の蒸発源１を複数備えた第３実施形態の成膜装置６を示している。
第３実施形態の違いは、複数（４台）の蒸発源１を、円周状に（基材７の周りを取り囲むように）配備している点である。
【００６９】
円周状に隣接する蒸発源１は、それぞれの磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）の極性の向き（磁極の向き）が、隣接する蒸発源１同士で互いに逆向きとなるように配置されている。
この配置によって、外周磁石３及び背面磁石４によって形成される磁力線が、隣り合うアーク式蒸発源１同士で互いに繋がることとなる。
【００７０】
例えば、図１１の紙面右上の蒸発源１Ｃの磁界形成手段８においてターゲット２表面側（基材７に近い側）がＮ極であり、同じく図１１の紙面右下の蒸発源１Ｄではターゲット２表面側がＳ極であるため、右上の蒸発源１Ｃから右下の蒸発源１Ｄに向かう磁力線が発生する。
図１１に示すように、蒸発源１Ｃ、１Ｄ以外の隣接する蒸発源１同士の間でも磁力線がつながり、且つ各蒸発源１が基材７を囲んで円周状に配置されているため、それぞれの磁力線も基材７の周りを取り囲むようにつながる。
【００７１】
したがって、第３実施形態の場合には、基材７を含む領域を囲んで磁力線は閉じた状態となっており、上述した閉磁場領域Ｈは、基材７を囲んだ広い範囲に発生することとなる。
このように、蒸発源１からの放出電子が、基材７を含む大きな閉磁場領域Ｈ内にトラップされ、基材７周辺の放出電子の濃度が高まり、成膜速度の向上と同時に、基材７の大型化や数量の増加に対応した効率的な成膜が実現する。
【００７２】
なお、本発明において、「直線的に」配備するとは、第２実施形態のように上下１列に並べる配置のみならず、上述のように基材７を囲んで円周状に、且つ真空チャンバ１１の内底から一定高さで配置することも含む。さらに、本発明において、「非直線的に」配備するとは、第２実施形態で述べた上下ジグザグ配置だけでなく、基材７を囲んで円周状に、且つ真空チャンバ１１の内底からの高さを異なるようにして配置することも含む。
【００７３】
これに加えて、第３実施形態の成膜装置６は、基材７が上述の広い閉磁場領域Ｈ内に位置するように、真空チャンバ１１内に基材７を回転台１２上に複数個（例えば、回転軸に対して２個対称に）設置している。
したがって、回転台１２で基材７を回転させることによって、基材７が各蒸発源１の前方側を順次通過することとなり、各アーク式蒸発源１のターゲット２を、同一の、あるいは異なる物質で構成して、基材７上に、同一の、あるいは異なる組成や厚みの皮膜を順次多層に成膜することが可能となる。
【００７４】
なお、第３実施形態の成膜装置６は、その他の構成、又は皮膜を形成する方法は、第１実施形態と同様である。
［第４実施形態］
図１２には、上述のアーク式蒸発源１と、スパッタ式蒸発源２１をそれぞれ複数備えた第４実施形態の成膜装置６が示されている。
【００７５】
第４実施形態は、第３実施形態における複数の蒸発源１のうち、対向する２台を、スパッタ式蒸発源２１に変えて、各蒸発源１、２１を円周状に配備したものである。
ここで用いるスパッタ式蒸発源２１は、真空チャンバ１１中に導入した不活性ガス（アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等）を放電によってプラズマイオン化させ、このプラズマイオンをターゲット２にぶつけて（スパッタして）ターゲット物質を基材７側に弾き飛ばす一般的なスパッタリング方式の蒸発源である。
【００７６】
このスパッタ式蒸発源２１における磁界形成手段８は、ターゲット２の背面磁石４として、リング磁石４Ｃ（リング状の永久磁石）と、このリング磁石４Ｃの内側で、且つ同軸に配置された円柱磁石４Ｄ（円柱状の永久磁石）とを備えている。
図１２に示す如く、磁界形成手段８は、リング磁石４Ｃの極性の向きと円柱磁石４Ｄの極性の向き（磁極の向き）とが、互いに逆向きとなるようにリング磁石４Ｃ及び円柱磁石４Ｄが配置されている。
【００７７】
この配置によって、リング磁石４Ｃと円柱磁石４Ｄとの間でターゲット２表面側を囲むように磁力線がつながり、ターゲット２表面近傍で磁力線は閉じた状態となる（この領域を「プラズマ閉磁場領域Ｈ’」とする）。
したがって、スパッタ式蒸発源２１からの放出電子がこのプラズマ閉磁場領域Ｈ’内に閉じこめられて、プラズマ閉磁場領域Ｈ’内での不活性ガスのプラズマの濃度が高まり、より多くのプラズマイオンがターゲット２にぶつかることから、成膜効率を向上できる。
【００７８】
これに加え、各蒸発源１、２１は、スパッタ式蒸発源２１のリング磁石４Ｃの極性と、隣接するアーク式蒸発源１の磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）の磁極の向きが、隣接する蒸発源１、２１同士で互いに逆向きに配置されている。
よって、スパッタ式蒸発源２１のリング磁石４Ｃと、アーク式蒸発源１の磁界形成手段８によって形成される磁力線が、隣り合う蒸発源１、２１同士で互いに繋がることとなる。
【００７９】
この結果、それぞれのアーク式蒸発源１及びスパッタ式蒸発源２１間で磁力線が基材７の周りを取り囲むようにつながって、上述したプラズマ閉磁場領域Ｈ’とは独立して、また別の閉磁場領域Ｈが、基材７を囲んだ広い範囲に発生する。
つまり、スパッタ式蒸発源２１の近傍で高いプラズマ濃度を保ったまま、閉磁場領域Ｈ内で基材７周辺の放出電子濃度を高め、大型または大量の基材７を一度に、且つ成膜速度を速く皮膜を形成することが可能となる。
【００８０】
次に、第４実施形態の成膜装置６を用いた成膜の方法を説明する。
アーク式蒸発源１のみを用いて皮膜を形成する場合は、窒素（Ｎ２）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の反応ガスを真空チャンバ１１内に導入して、数Ｐａ（１〜７Ｐａ程度）の圧力下で成膜を実施する。
一方、スパッタ式蒸発源２１のみを用いて皮膜を形成する場合は、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを真空チャンバ１１内に導入して、０．数Ｐａ程度の圧力下で成膜を実施する。
【００８１】
さらに、アーク式蒸発源１とスパッタ式蒸発源２１とを同時に用いて皮膜を形成する場合には、窒素等の反応ガスと、アルゴン等の不活性ガスとを混合して用い、混合雰囲気の全圧力は２〜４Ｐａ程度とし、アーク式蒸発源１のみによる成膜よりも低い圧力で成膜することとなる。なお、反応ガス(窒素等)の分圧は０．５〜２．６５Ｐａとする。
このように、２種類の蒸発源１、２１を同時用いたとしても、閉磁場領域Ｈと、プラズマ閉磁場領域Ｈ’は、磁力線によってそれぞれ分けられており、プラズマの濃度、及び放出電子の濃度をそれぞれ独自に高めることができ、アーク式蒸発源１による成膜効率と、スパッタ式蒸発源２１による成膜効率とを同時に向上できる。
【００８２】
なお、第４実施形態の成膜装置６は、回転台１２や基材７の配置など、その他の構成は、第１実施形態及び第３実施形態と同様である。
ところで、本発明は、前述した各実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した本発明の範囲内で適宜変更可能である。
ターゲット２は、円盤状以外の任意の形状であってもよい。
【００８３】
具体的には、ターゲット２の投影面形状が、点対称な図形（正方形、六角形等）であってもよく、その際、ターゲット２に対して外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５は同心軸状に配置されていなくてもよい。ただし、外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５は、それらの中心軸（外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５が回転対称体の場合はその回転軸）がターゲット２を通るように配置されていることが好ましい。
【００８４】
また、ターゲット２は、投影面形状が長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。このとき、ターゲット２の投影面形状が、楕円の場合には直径を長径、短径と、長方形の場合には直径を長辺、短辺と読み替えればよい。
外周磁石３は、ターゲット２の外周を取り囲むものであればよく、ターゲット２の投影面形状に沿う形で且つリング状の永久磁石（例えば、ターゲット２が楕円であれば、これを取り囲むように形成された楕円形状の永久磁石）でもよい。
【００８５】
例えば、外周磁石３は、ターゲット２の投影面形状に応じて、点対称な図形（正方形、六角形等）、又は長手方向を有した図形（楕円、長方形等）で且つターゲット２を囲うものであってもよい。
背面磁石４は、円盤状以外の任意の形状でもよく、投影面形状が点対称な図形（正方形、六角形等）や長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。
【００８６】
また同様に、磁性体５も、円盤状以外の任意の形状であってもよく、投影面形状が点対称な図形（正方形、六角形等）や長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもかまわない。
なお、背面磁石４及び磁性体５の投影面形状は、ターゲット２の投影面形状と相似であることが好ましい。
【００８７】
また、外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５をそれぞれ複数備えていてもよい。
成膜装置６に用いる蒸発源は、アーク式蒸発源１やスパッタ式蒸発源２１に限らず、プラズマビーム式蒸発源や、抵抗加熱式蒸発源等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、薄膜を形成する成膜装置のアーク式蒸発源として利用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ 蒸発源（アーク式蒸発源）
２ ターゲット
３ 外周磁石
４ 背面磁石
４Ａ 第１の永久磁石（円盤背面磁石）
４Ｂ 第２の永久磁石（円盤背面磁石）
５ 磁性体
６ 成膜装置
７ 基材
８ 磁界形成手段
１１ 真空チャンバ
１２ 回転台
１３ ガス導入口
１４ ガス排気口
１５ アーク電源
１６ バイアス電源
１７ アノード
１８ グランド
Ａ 比較例１にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｂ 比較例２にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｃ 比較例３にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｄ 比較例４にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｅ 実施例１、実施例２にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ａ’ 比較例１にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｂ’ 比較例２にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｃ’ 比較例３にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｄ’ 比較例４にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｅ’ 実施例１、実施例２にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品等の耐摩耗性などの向上のために用いられる、窒化物及び酸化物などのセラミック膜、非晶質炭素膜等の薄膜を形成する成膜装置のアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法及び成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐摩耗性、摺動特性及び保護機能向上などの目的で、機械部品、切削工具、摺動部品などの基材の表面に薄膜をコーティングする技術として、アークイオンプレーティング法、スパッタ法などの物理蒸着法が広く知られており、アークイオンプレーティング法においては、カソード放電型アーク式蒸発源が用いられている。
カソード放電型アーク式蒸発源は、カソードであるターゲットの表面にアーク放電を発生させ、ターゲットを構成する物質を瞬時に溶解し、イオン化したその物質を処理物である基材の表面に引き込むことで薄膜を形成している。このアーク式蒸発源は、蒸発速度が速く、蒸発したターゲットを構成する物質のイオン化率が高いことから、成膜時に基材にバイアスを印加することで緻密な皮膜を形成できるため切削工具などの耐摩耗性皮膜を形成するために産業的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、カソード（ターゲット）とアノード間で生じるアーク放電のカソード側の電子放出点（アークスポット）を中心としたターゲットの蒸発が生じる時にスポット近傍から溶融したターゲットが放出され、被処理体に付着し、面粗度悪化の原因となる。
アークスポットから放出される溶融ターゲット物質（マクロパーティクル）の量は、アークスポットが高速で移動する場合に抑制される傾向があり、その移動速度はターゲットに印加された磁界に影響されることが知られている。
【０００４】
また、アーク放電により蒸発するターゲット原子はアークプラズマ中において高度に電離、イオン化することが知られており、ターゲットから基材に向かうイオンの軌跡はターゲットと基材との間の磁界に影響されるなどの問題がある。
さらには、カソード放電型アーク式蒸発源による成膜のようなＰＶＤ成膜により得られる皮膜には、原理的に圧縮応力が残留し、その応力は皮膜が厚くなるほど大きくなる傾向にある。また、圧縮応力が−２ＧＰａより大きくなる（圧縮応力＜−２ＧＰａ）と、皮膜の工具への密着性が低下して剥離し易くなる。切削工具に被覆する皮膜を厚くすることが可能になれば、切削工具の寿命を延ばすことができるが、前述した理由により、皮膜を厚くすることが出来ない。
【０００５】
これらの問題を解消するために、ターゲットに磁界を印加し、アークスポットの移動を制御する下記のような試みが提案されており、ターゲット周囲にリング状の磁力発生機構（永久磁石、電磁コイル）を配置し、ターゲット表面に垂直磁場を印可する技術（特許文献１）、イオン化されたターゲットを構成する物質を効率よく基材方向に収束させるように、ターゲットの前方に収束のための磁力発生機構（電磁コイル）を配置する技術（特許文献２）、アーク式蒸発源のターゲット背面中心に永久磁石を設置し、それを取り巻くようにターゲット背面に極性の異なるリング磁石を配置し、アーク放電を閉じこめるような磁場成分を形成すると共に、リング磁石とほぼ同じ直径の電磁コイルを設ける技術（特許文献３）、ターゲット周囲に配置されたリング状磁石と背面の電磁コイルによりターゲット表面に平行な磁場を形成する技術（特許文献４）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２８２３６号公報
【特許文献２】特開平０７−１８００４３号公報
【特許文献３】特開２００７−０５６３４７号公報
【特許文献４】特表２００４−５２３６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の磁力発生機構によれば、ターゲット表面から磁力線がリング側面のマグネットに向かって伸びることから、イオンの多くがマグネット方向に誘導される。さらに、ターゲット前方において基材方向に向かって伸びる磁力線が基材方向から大きくそれるために、蒸発してイオン化されたターゲットの物質が効率的に到達できない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術では、磁力線は基材方向に向かって伸びるものの、ターゲットと基材との間に大型の電磁コイルを配置する必要があることから、必然的にターゲットと基材との間の距離が長くなり、結果として成膜速度が低下することになる。
さらに、特許文献３に開示された配置では、アーク放電は磁場の垂直成分（ターゲット表面に対する磁場の垂直方向の成分）が０になる点で優先的に放電する傾向があることから、永久磁石とリング磁石のほぼ中間部分にトラップされ、電磁コイルを使用しても、それより内周の部分にアーク放電を制御するのは困難であり、ターゲットの利用効率は高くならない。また、このような配置ではターゲットから前方に向かって伸びる磁力線の成分が無いことから、ターゲットから放出されたイオンは基材に向かって効率的に収束されない。
【０００９】
そして、特許文献４において示された技術では、電磁コイルの内径がターゲットの直径より小さい実施形態しか記載されておらず、その場合には磁力線はターゲットから外側に向けて発散する傾向があり、効率的なイオンの収束はできないと思われる。また、ターゲット表面に平行な磁場に必要な強度を得るためにアークプラズマの放電を高速に移動させており、電磁コイル（あるいは磁性体ヨーク）との組合せにおいて大型の電磁コイルで大電流が必要とされて蒸発源が大型化するため、産業上好ましくない。
【００１０】
前述した問題に鑑み、本発明は、成膜速度が速いアーク式蒸発源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係るアーク式蒸発源は、ターゲットの外周を取り囲んでいて磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置された１又は複数の外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置された背面磁石とを備え、前記背面磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されている非リング状の第１の永久磁石を有すると共に、前記第１の永久磁石と前記ターゲットとの間、もしくは、前記第１の永久磁石の背面側に、前記第１の永久磁石と間隔をあけて配置された非リング状の第２の永久磁石をさらに有し、前記第２の永久磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されており、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に磁性体が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、ターゲット表面（ターゲット蒸発面）に水平成分の大きな磁場を形成するために、ターゲットの外周に外周磁石を配置するとともに、外周磁石と同じ向きの極性を有する磁石をターゲットの背面側に配置して、ターゲット表面上で双方の磁石によって反発磁場を形成させることを基本的な構成としている。このような磁石構成にすることにより、アークの回転が早くなり、マクロパーティクルの発生が減少し、平滑な皮膜を形成することができる。なお、ターゲットの外周を取り囲むように外周磁石を配置するのは、ターゲット表面に形成される磁場の水平成分を大きくするためである。
【００１３】
ここで、本発明では、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を多数発生させるために、外周磁石と同じ向きの極性であってターゲットの背面に配置された非リング状の永久磁石（第１の永久磁石）を有している。この第１の永久磁石の磁極の向きと外周磁石の磁極の向きを同じにして、且つ第１の永久磁石の形状を非リング状としているのは、ターゲット表面（端面）の中心部分から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を多数発生させるためである。ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線を多数発生させることにより、ターゲットから蒸発して、イオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度が向上する。
【００１４】
仮に、外周磁石及び第１の永久磁石の磁極向きを反対にすると、ターゲット表面（端面）の中心部分から発生する磁力線は外周磁石に引き込まれるため、基材方向に伸びる磁力線を発生することが出来ない。
また、各磁石の磁極向きを同方向とした場合でも、背面磁石の形状が中実状でない（リング状である）場合、磁石の中心部から磁力線が発生しないため、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線を発生させることが出来ない。さらに、前記本発明の構成範囲外とした場合、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線を発生することができないため、成膜速度を向上する効果は得られない。
【００１５】
これに加え、本発明では、ターゲット表面の中心部分から発生する磁力線の直進性を向上するために、前述の第１の永久磁石の他に、また別の永久磁石（第２の永久磁石）を、ターゲットの背面に間隔を設けて配置している。
このように第１と第２の永久磁石を間隔を置いて配置しているのは、ターゲット表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線の直進性を向上するためである。磁力線の直進性を向上することにより、ターゲットから蒸発して、イオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度が向上する。
【００１６】
一方、第１と第２の永久磁石を密着して配置した場合、直進性は向上しないため、成膜速度を向上する効果は得られない。
本発明における最も大きな特徴は、ターゲット表面の中心部分から発生する直進性の高い磁力線の数を増大するために、第１の永久磁石と第２の永久磁石の間に磁性体を配置していることである。第１の永久磁石と第２の永久磁石の間に磁性体を配置しているのは、各永久磁石の互いに対向する面（端面）からのびる磁力線を漏れなく繋げ、ターゲット表面の中心部分から発生する直進性の高い磁力線の数をさらに増大させるためである。
【００１７】
ここで、アーク放電中、電子は磁力線に巻きつきながら移動すると同時に、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子は電子に引寄せられながら移動していることを鑑みるに、直進性の高い磁力線の数を増大することにより、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度がさらに向上する。
【００１８】
なお、本発明において、「リング状の永久磁石」とは、リング形状を有する単一の永久磁石だけでなく、リング状に配列した複数の永久磁石をも意味する。また、「リング状」とは真円に限定されず、楕円及び多角形などをも含む。
好ましくは、前記磁性体の端面が、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石の端面とにそれぞれ密着してもよい。
【００１９】
こうすることにより、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石における対向する端面からのびる磁力線を、漏れなく繋げることができる。
また、前記ターゲットは円盤状であり、前記外周磁石はリング状の永久磁石であることとしてもよい。
このようにすることで、ターゲット表面より前方の磁力線の向きを基材方向に向けることができ、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度が向上する。
【００２０】
さらに好ましくは、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状と相似であることとしてもよい。
本発明に係る皮膜の製造方法は、上述したアーク式蒸発源を用いて、皮膜を形成することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成してもよい。
さらには、前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成することも好適である。
【００２２】
また、本発明に係る成膜装置は、上述のアーク式蒸発源を用いても好ましく、さらには、前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しても好適である。
さらに好ましくは、前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、アーク式蒸発源を用いた成膜装置の成膜速度を速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアーク式蒸発源を備えた第１実施形態の成膜装置の概要図である。
【図２】本発明の実施例１に係るアーク式蒸発源の概要図である。
【図３】本発明の実施例２に係るアーク式蒸発源の概要図である。
【図４】比較例１のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図５】比較例２のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図６】比較例３のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図７】比較例４のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図８】本発明のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
【図９】アーク式蒸発源を複数備えた第２実施形態の成膜装置の側面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線矢視図であって、（ａ）はアーク式蒸発源を直線的に配置した図であり、（ｂ）はアーク式蒸発源を非直線的に配置した図である。
【図１１】アーク式蒸発源を複数備えた第３実施形態の成膜装置の平面図である。
【図１２】アーク式蒸発源と、スパッタ式蒸発源とをそれぞれ複数備えた第４実施形態の成膜装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の一実施形態に係るアーク式蒸発源１（以下、蒸発源１）が備えられた第１実施形態の成膜装置６が示されている。
成膜装置６は、真空チャンバ１１を備え、真空チャンバ１１内には処理物である基材７を支持する回転台１２と、基材７に向けて取り付けられた蒸発源１が配備されている。真空チャンバ１１には、当該真空チャンバ１１内へ反応ガスを導入するガス導入口１３と、真空チャンバ１１内から反応ガスを排出するガス排気口１４とが設けられている。
【００２６】
加えて、成膜装置６は、ターゲット２に負のバイアスをかけるアーク電源１５と、基材７に負のバイアスをかけるバイアス電源１６とが設けられ、両電源１５、１６の正側はグランド１８に接続されている。
図１に示すように、蒸発源１は、円盤状（以下、「円盤状」とは所定の高さを有した円柱状のものも含む）のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配備された磁界形成手段８と、ターゲット２の外周部に配置されたアノード１７とを有している。なお、アノード１７はグランド１８に接続されており、同電位にある真空チャンバ１１もアノード１７として作用することができる。すなわち、蒸発源１は、カソード放電型のアーク式蒸発源である。
【００２７】
ターゲット２は、基材７上に形成しようとする薄膜に応じて選択された材料（例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、チタンアルミ（ＴｉＡｌ）、又は炭素（Ｃ）など）で構成されている。
磁界形成手段８は、ターゲット２の外周に配置された外周磁石３と、ターゲット２の背面側に配置された背面磁石４とを有している。また、磁界形成手段８は、外周磁石３の極性の向きと背面磁石４の極性の向きとが同方向となるように外周磁石３及び背面磁石４が配置されている。
【００２８】
なお、ターゲット２の蒸発面（基材７側の面）を「前面」、その反対側の面を「背面」とする（図２、図３参照）。
これら外周磁石３及び背面磁石４は、保持力の高いネオジム磁石により形成された永久磁石によって構成されている。
外周磁石３は、リング状であって、ターゲット２と同心軸状となるように配置されている。外周磁石３の磁化方向は、ターゲット２の軸心に沿うように（ターゲット２を構成する物質の蒸発面に対して垂直になるように）、且つ外周磁石３の径方向における投影面がターゲット２の径方向における投影面と重なるように配置されている。すなわち、外周磁石３は、ターゲット２の蒸発面と平行な方向に外周磁石３とターゲット２とを投影することにより形成される影が互いに重なるように配置されている。
【００２９】
なお、外周磁石３は、複数の円柱状等の永久磁石をターゲット２の外周を取り囲むように環状に配置することで形成してもよい（以下、「リング状」又は「環状」とは、複数の磁石をターゲット２の外周に沿って並べた状態も含む）。
背面磁石４は、その磁化方向がターゲット２の軸心に沿うように（ターゲット２を構成する物質の蒸発面に対して垂直になるように）、且つターゲット２の背面側に配置されている。
【００３０】
図２、図３においては、外周磁石３及び背面磁石４の極性をともに基材７に近い側をＮ極、基材７から遠い側をＳ極としているが、逆に、基材７に近い側をＳ極、基材７から遠い側をＮ極として外周磁石３及び背面磁石４を配置してもよい。
磁界形成手段８が前述した構成であるため、ターゲット２の外周部の外周磁石３によって形成される磁界と、ターゲット２の背面側の背面磁石４によって形成される磁界の組合せにより、磁力線を基材７方向に誘導することが可能となる。
【００３１】
本実施形態における背面磁石４は、後述の円盤背面磁石４Ａ、４Ｂのように非リング状のものである。ここで、「非リング状」とは、ドーナツ様に径方向内部に孔が空いているものではなく、中身の詰まった中実であるものを指し、円盤状や円柱状等を含む。
すなわち、「非リング状」とは、表面から外方へ向くいずれの法線も互いに交わらない形状をいう。
【００３２】
なお、図２は、背面磁石４として、後述する円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）の背後にまた別の円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）を配置し、これら円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの間に磁性体５を有した実施例１における磁界形成手段８を示している。
なお、図３は、第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとを入れ替えた実施例２における磁界形成手段８を示している。
【００３３】
次に、蒸発源１が備えられた成膜装置６を用いた成膜の方法を説明する。
まず真空チャンバ１１を真空引きにより真空にした後、アルゴンガス（Ａｒ）等をガス導入口１３より導入する。そして、ターゲット２及び基材７上の酸化物等の不純物をスパッタすることにより除去し、真空チャンバ１１内を再び真空にした後、反応ガスをガス導入口１３より真空チャンバ１１内に導入する。この状態で真空チャンバ１１に設置されたターゲット２上でアーク放電を発生させることによりターゲット２を構成する物質をプラズマ化し反応ガスと反応させることで、回転台１２に置かれた基材７上に窒化膜、酸化膜、炭化膜、炭窒化膜、或いは非晶質炭素膜等を成膜する。
【００３４】
なお、反応ガスとしては窒素ガス（Ｎ２）、酸素ガス（Ｏ２）、メタン(ＣＨ４）などの炭化水素ガスを用途に合わせて選択すればよく、真空チャンバ１１内の反応ガスの圧力は１〜７Ｐａ程度とする。また、成膜時、ターゲット２は、１００〜２００Ａのアーク電流を流すことで放電させると共に、１０〜３０Ｖの負電圧をアーク電源１５により印加している。基材７には１０〜２００Ｖの負電圧をバイアス電源１６により印加している。
［実施例１、実施例２］
本発明に係る蒸発源１を用いた実施例１について説明する。
【００３５】
本実施例では、背面磁石４が円盤状（円柱形状）の永久磁石（以下、「円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）」という）と、その背面側（基材７とは反対側）に、所定間隔をおいて配置されたまた別の円盤状の永久磁石（以下、「円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）」という）を有していて、さらに、これらの円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの間には、円盤状の磁性体５を備えている。
【００３６】
なお、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状（以下、「投影面形状」という）は、ターゲット２の投影面形状と相似となっており、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５は、ターゲット２と同心軸状となるように配置されている。
各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂは、保持力の高いネオジム磁石により形成されているため、磁界形成手段８全体をコンパクトにすることができる。
【００３７】
磁性体５は、手近で安価な炭素鋼によって形成されているが、比透磁率が１よりも大きい材料であればよく、磁気ガイドとしての役割を果たす。
なお、磁性体５は、比透磁率が２５０以上の材料で形成されることで、磁気ガイドとしての機能が向上する。具体的には、コバルト（比透磁率は２５０、以下括弧内の数字は各材料の比透磁率を示す）、ニッケル（６００）、炭素鋼（１０００）、鉄（５０００）、珪素鉄（７０００）、純鉄（２０００００）等を用いるとよい。
【００３８】
磁性体５の端面は、円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）における背面側（基材７とは反対側）の端面と、円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）における基材７側の端面とに、それぞれ密着している。
なお、実施例２は、実施例１における第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとを入れ替えただけであり、各永久磁石４Ａ、４Ｂは、同一形状であるため、実施例２の説明も以下併せて行う。
【００３９】
ターゲット２は、その直径を１００ｍｍで、その厚さを１６ｍｍとしており、チタン（Ｔｉ）とアルミ（Ａｌ）の原子比が１：１のチタンアルミ（ＴｉＡｌ）により形成されている。
外周磁石３は、外径が１７０ｍｍ、内径が１５０ｍｍ、厚さが１０ｍｍである。
実施例１において、反応ガスとして窒素（Ｎ２）を選択し、その圧力は４Ｐａ、成膜時間は３０分とした。ターゲット２にはアーク電源１５を使用して１５０Ａで放電させ、基材７にはバイアス電源１６を用いて３０Ｖの負電圧を印加している。
【００４０】
基材７は、１５ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの鏡面研磨した超硬合金のチップを用い、ターゲット２表面から約１８０ｍｍ離れた位置に配置され、基材７の温度を５００℃としている。
また、図４〜図７に示した比較例１〜比較例４においても、ターゲット２、外周磁石３、アーク電流値、反応ガス、成膜時間、印加した負電圧及び基材７に関する条件は同様である。
【００４１】
比較例１は、ターゲット２の背面に背面磁石４を有さない比較用の測定例である。
比較例２は、ターゲット２の背面側に配置された永久磁石がリング状である比較用の測定例である。この比較例２において、ターゲット２の背面側に配置したリング状の磁石は、外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍ、厚さが１０ｍｍであって、ターゲット２表面から６０ｍｍと１００ｍｍの位置に配置している。
【００４２】
比較例３は、ターゲット２の背面側に配置された２つの永久磁石の形状がリング状であって、各永久磁石の間に磁性体である炭素鋼を前記磁石と密着して配置した比較用の測定例である。各永久磁石の形状、ターゲット２表面からの距離は比較例２と同じにしている。
比較例４は、ターゲット２の背面側に配置された２つの永久磁石の形状が円盤状の磁石であるが、これらの永久磁石の間に磁性体を配置していない比較用の測定例である。
【００４３】
表１は、比較例１〜比較例４と、実施例１（実施例２も兼ねる）の背面磁石の枚数、背面磁石の厚み、各磁石の直径、ターゲット２表面からの距離と、基材７に流れる電流値と、成膜速度の評価、皮膜残留応力値、皮膜残留応力の評価結果を示している。
なお、表１では、比較例における各磁石も、便宜上、第１の永久磁石、第２の永久磁石としている。
【００４４】
【表１】
【００４５】
次に、基材７上の成膜速度、残留応力の評価について説明する。
成膜速度は、アーク放電により基材７に流れるイオン電流に比例することから、基材７に流れる電流値が大きいほど成膜速度が速いことがわかる。生産性、作業効率などを鑑みたとき、成膜速度に比例する電流値は１．５Ａ以上であることが望ましいため、１．５Ａ以上で合格とした。
【００４６】
また、薄膜の残留応力については、厚さ１ｍｍのＳｉウェハ上に成膜を行い、成膜後の基材７のたわみの曲率半径を光てこを利用して測定し、式（１）に示すＳｔｏｎｅｙの式により薄膜の残留応力を計算した。薄膜の残留応力については、切削工具用の硬質皮膜の剥離を想定して、その絶対値が２．０ＧＰａ以下で合格とした。
【００４７】
【数１】
【００４８】
まず、各測定例における磁力線分布図について考察する。
比較例１の磁力線分布図は図４であるが、この図に示されたように、比較例１は、ターゲット２から前方に向かって伸びる磁力線がターゲット２の正面方向（すなわち、基材７方向）から大きくそれている。
詳しくは、比較例１では、ターゲット２の軸心に最も近い側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約２００ｍｍ進んだ地点で、すでにターゲット２の軸心から約２８ｍｍも離れてしまう（図４中の矢印Ａ参照）。
【００４９】
比較例２においては、ターゲット２の軸心から最も近い側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約２００ｍｍ進んだ地点で、ターゲット２の軸心から約２４ｍｍ離れている（図５中の矢印Ｂ参照）。
同様に、比較例３、比較例４におけるターゲット２の軸心から最も近い側の磁力線は、ターゲット２表面から約２００ｍｍの地点で、ターゲット２の軸心から約２０ｍｍ離れる（図６中の矢印Ｃ、及び図７中の矢印Ｄ参照）。
【００５０】
次に、各比較例において、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線について考察する。
比較例１においては、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約５０ｍｍしか進んでいない地点で、すでにターゲット２の軸心から２００ｍｍも離れている、つまり大きくそれていることがわかる（図４中の矢印Ａ’参照）。
【００５１】
これと同様に、比較例２〜比較例４においても、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約１００〜１１５ｍｍしか進んでいない地点で、すでにターゲット２の軸心から２００ｍｍも大きくそれている（図５〜図７中の矢印Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’参照）。
このように比較例１〜比較例４では、ターゲット２から前方に向かって伸びる磁力線が基材７方向から大きくそれており、これに伴って、イオンの軌跡も基材７方向からそれる傾向にある。
【００５２】
その結果、表１に示したように、比較例１〜比較例４での基材７に流れる電流値は、それぞれ１．０Ａ、１．１Ａ、１．２Ａ、１．３Ａで成膜速度の評価も不合格となっており、効率的な成膜が困難である。
また、イオンの軌跡が基材７から大きくそれ、成膜速度が遅いため、表１に示したように、比較例１〜比較例４での皮膜残留応力値は、それぞれ−２．４０ＧＰａ、−２．３０ＧＰａ、−２．２５ＧＰａ、−２．０９ＧＰａを示し、皮膜残留応力の評価も不合格となっており、皮膜残留応力の低い皮膜が形成できない。
【００５３】
これらの比較例に対して、図８に示す如く、本発明の実施例１及び実施例２では、磁力線を基材７方向に誘導することが可能となっている。
つまり、実施例１及び実施例２においては、ターゲット２の軸心に最も近い側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に２００ｍｍ進んだ地点であっても、ターゲット２の軸心から２０ｍｍも離れていない（図８中の矢印Ｅ参照）ことから、基材７にはより多くの磁力線が直接伸びていることがわかる。
【００５４】
さらに、実施例１と実施例２では、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線が、ターゲット２表面から基材７方向に約１３０ｍｍまで進んだ地点でなくては、ターゲット２の軸心から２００ｍｍ離れることはなく（図８中の矢印Ｅ’参照）、より多くの磁力線がターゲット２の基材７方向へ向かって伸びている。
加えて、実施例１、実施例２では、磁性体５の端面が各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの端面とそれぞれ密着しているが、これにより、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの端面からのびる磁力線を、漏れなく繋げることができる。
【００５５】
その結果、表１に示したように、本発明の実施例１及び実施例２における基材７に流れる電流値は１．５Ａ以上で成膜速度の評価が合格となっており、比較例１〜比較例４よりも成膜速度が速く、効率的な成膜が可能となる。
また、皮膜残留応力の絶対値は、２．０ＧＰａ以下を示し、皮膜残留応力の評価が合格となっており、残留応力の低い皮膜の形成が可能となる。
【００５６】
なお、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の直径を４０ｍｍ（つまり、ターゲット２と対向する表面（以下、単に「表面」という）の面積は４００πｍｍ２）としてもよく、このとき、ターゲット２表面の面積２５００πｍｍ２の０．１６倍（１００分の１６）となる。
また、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の直径は、８０ｍｍであってもよく、各磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の表面の面積は１６００πｍｍ２、つまりターゲット２表面の面積２５００πｍｍ２の０．６４倍（１００分の６４）となる。
【００５７】
すなわち、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂや磁性体５の表面の面積は、ターゲット２表面の面積の０．２５倍（４分の１）以上としてもよく、この場合であっても、ターゲット２の軸心からそれることなく、より多くの磁力線が基材７へ直接伸び、効率的にターゲット２から蒸発したイオンを基材７に誘導することができる。
なお、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の表面の面積は、好ましくはターゲット２表面の面積の０．６４倍（１００分の６４）以上であり、さらに好ましくはターゲット２表面の面積（つまり、ターゲット２表面の面積の１．０倍）以上である。また、好ましい上限としては、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの直径は、ターゲット２の直径の１．５倍、つまりターゲット２表面の面積が２．２５倍（４分の９）以下となる。
【００５８】
また、アーク放電は、ターゲット２表面と平行な方向の磁力線の成分（以下、「平行成分」という）に対して直角方向（つまり基材７方向）に移動する力を受けており、アークスポットの移動速度は、磁力線の平行成分の強さに比例する。
磁力線の平行成分は、ターゲット２表面に垂直な磁力線の成分（以下、「垂直成分」という）が０（０近傍の値を含む。以下同じ）となる点で強くなる。また、アーク放電は磁力線の垂直成分が０となる点で優先的におこる傾向がある。この垂直成分が０となる点はターゲット２表面に近い側の円盤背面磁石の表面までの距離で決まるが、距離が近い場合にはアーク放電が外周部で生じる傾向があり、イオンが外側で発生するが、距離を離すと磁力線の垂直成分が０となる点が中央部に寄り、イオンを効率的に基材７へと到達させることができる。
【００５９】
しかしながら、距離が遠すぎる場合にはターゲット２表面上の磁力線及び基材７方向に伸びる磁力線が弱くなり、イオンを効率的に運ぶことができないことから、測定例６で最も成膜レートが早く、皮膜残留応力が小さくなったと考えられる。
なお、垂直成分が０で、且つ、平行成分のみを有する磁力線の位置を変化させるために、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５をターゲット２に対して近接離反するように前後に移動させる機構を組み込むことも可能である。このように、各磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５のターゲット２表面からの距離を変化させることで、磁力線の平行成分の強さを調節できると共に、磁力線の垂直成分が０となる点をコントロールすることができる。
［第２実施形態］
図９、図１０には、上述したアーク式蒸発源１を複数備えた第２実施形態の成膜装置６が示されている。
【００６０】
なお、各アーク式蒸発源１の構成は、第１実施形態と略同じである。
この第２実施形態に係る成膜装置６の最も大きな特徴は、複数（４台）の蒸発源１を、真空チャンバ１１内で上下に並べ、且つ隣接するアーク式蒸発源１の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的（図１０（ａ）、（ｂ）参照）に配置している点である。
【００６１】
図９に示すように、それぞれの蒸発源１は、磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）における基材７に近い側の極性（磁極の向き）が、隣接する蒸発源１同士で互いに逆極性（逆向き）となるように配置されている。
この逆向き配置とは、例えば、基材７方向（ターゲット２から基材７に近づく方向）に磁力線が向くように蒸発源１を配置し、この蒸発源１に隣接する蒸発源１を、磁力線が基材７方向とは逆向き（基材７からターゲット２に向かって遠ざかる方向）となるように配置することを意味する。
【００６２】
このような配置によって、外周磁石３によって形成される磁力線と、背面磁石４（つまり、第１の永久磁石４Ａ、第２の永久磁石４Ｂ及び磁性体５）によって形成される磁力線とが、隣り合うアーク式蒸発源１同士で互いに繋がることとなる。
例えば、１番上の蒸発源１Ａの磁界形成手段８においてターゲット２表面側（基材７に近い側）がＮ極であり、上から２番目の蒸発源１Ｂではターゲット２表面側がＳ極であるため、隣接する１番上の蒸発源１Ａと、２番目の蒸発源１Ｂとの間では、１番上の蒸発源１Ａから２番目の蒸発源１Ｂに向かう磁力線が発生する（図９参照）。
【００６３】
したがって、１番上の蒸発源１Ａと２番目の蒸発源１Ｂとの間の磁力線は閉じた状態となっており（この領域を「閉磁場領域Ｈ」とする）、アーク式蒸発源１からの放出電子がこの閉磁場領域Ｈ内にトラップされ（閉じ込められ）、放出電子がアノード１７や真空チャンバ１１に安易に誘導されることを防ぐ。
なお、このような閉磁場領域Ｈは、蒸発源１Ａ、１Ｂ以外の隣接する蒸発源１同士の間でそれぞれ形成されることとなる。
【００６４】
また、上述したように、アーク式蒸発源１から多くの磁力線が基材７方向へ向かって伸びていることから、閉磁場領域Ｈは、基材７近傍まで到達することとなる。
この結果、放出電子の濃度が各閉磁場領域Ｈ内で高まり、基材７の周辺で真空チャンバ１１中の反応ガスと放出電子との衝突が増加し、高効率で反応ガスのイオン化が図れる。
したがって、隣接するアーク式蒸発源１の磁力線が互いにつながるように、複数のアーク式蒸発源１を配備することによって、成膜速度が上がり、さらに効率的な成膜が可能となる。
【００６５】
図１０は、複数並べたアーク式蒸発源１を正面（基材７に近い側）からの投影図（図９のＡ−Ａ線矢視図）であるが、蒸発源１の配列は、図１０（ａ）のように、上下１列に直線的に配備してもよく、または、図１０（ｂ）のように、非直線的（例えば、ジグザグ）に配備してもよい。
直線的に配備した場合には、上述の閉磁場領域Ｈの左右幅が狭くなって、放出電子濃度がさらに上がり、閉磁場領域Ｈ内の基材７をより高い効率で成膜できる。
【００６６】
また、非直線的に配備した場合には、蒸発源１が蛇行している幅分だけ、閉磁場領域Ｈの幅も広がることとなり、基材７が幅広であっても、閉磁場領域Ｈ内で効率よく皮膜を形成することが可能となる。
なお、本発明において、「直線的に」配備するとは、上述のように上下１列に並べるだけでなく、真空チャンバ１１の内面に左右１列に並べたり、斜め１列に並べることも含む。
【００６７】
また、第２実施形態における成膜装置６は、基材７が上述した閉磁場領域Ｈ内を通過するように、真空チャンバ１１内に基材７を回転台１２上に複数個（例えば、回転軸に対して２個対称に）設置し、回転台１２により基材７を回転させて、基材７が交互に蒸発源１の前方側（ターゲット２正面側）を通るように構成されている。
基材７が閉磁場領域Ｈ内を通過するのであれば、回転台１２や基材７のほうを回転させずともよく、蒸発源１が基材７の周りを回るように構成する等、成膜装置６は、閉磁場領域Ｈに対して基材７が順次相対的に移動する手段を有していればよい。
【００６８】
なお、第２実施形態の成膜装置６は、その他の構成、又は皮膜を形成する方法は、第１実施形態と同様である。
［第３実施形態］
図１１は、上述の蒸発源１を複数備えた第３実施形態の成膜装置６を示している。
第３実施形態の違いは、複数（４台）の蒸発源１を、円周状に（基材７の周りを取り囲むように）配備している点である。
【００６９】
円周状に隣接する蒸発源１は、それぞれの磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）の極性の向き（磁極の向き）が、隣接する蒸発源１同士で互いに逆向きとなるように配置されている。
この配置によって、外周磁石３及び背面磁石４によって形成される磁力線が、隣り合うアーク式蒸発源１同士で互いに繋がることとなる。
【００７０】
例えば、図１１の紙面右上の蒸発源１Ｃの磁界形成手段８においてターゲット２表面側（基材７に近い側）がＮ極であり、同じく図１１の紙面右下の蒸発源１Ｄではターゲット２表面側がＳ極であるため、右上の蒸発源１Ｃから右下の蒸発源１Ｄに向かう磁力線が発生する。
図１１に示すように、蒸発源１Ｃ、１Ｄ以外の隣接する蒸発源１同士の間でも磁力線がつながり、且つ各蒸発源１が基材７を囲んで円周状に配置されているため、それぞれの磁力線も基材７の周りを取り囲むようにつながる。
【００７１】
したがって、第３実施形態の場合には、基材７を含む領域を囲んで磁力線は閉じた状態となっており、上述した閉磁場領域Ｈは、基材７を囲んだ広い範囲に発生することとなる。
このように、蒸発源１からの放出電子が、基材７を含む大きな閉磁場領域Ｈ内にトラップされ、基材７周辺の放出電子の濃度が高まり、成膜速度の向上と同時に、基材７の大型化や数量の増加に対応した効率的な成膜が実現する。
【００７２】
なお、本発明において、「直線的に」配備するとは、第２実施形態のように上下１列に並べる配置のみならず、上述のように基材７を囲んで円周状に、且つ真空チャンバ１１の内底から一定高さで配置することも含む。さらに、本発明において、「非直線的に」配備するとは、第２実施形態で述べた上下ジグザグ配置だけでなく、基材７を囲んで円周状に、且つ真空チャンバ１１の内底からの高さを異なるようにして配置することも含む。
【００７３】
これに加えて、第３実施形態の成膜装置６は、基材７が上述の広い閉磁場領域Ｈ内に位置するように、真空チャンバ１１内に基材７を回転台１２上に複数個（例えば、回転軸に対して２個対称に）設置している。
したがって、回転台１２で基材７を回転させることによって、基材７が各蒸発源１の前方側を順次通過することとなり、各アーク式蒸発源１のターゲット２を、同一の、あるいは異なる物質で構成して、基材７上に、同一の、あるいは異なる組成や厚みの皮膜を順次多層に成膜することが可能となる。
【００７４】
なお、第３実施形態の成膜装置６は、その他の構成、又は皮膜を形成する方法は、第１実施形態と同様である。
［第４実施形態］
図１２には、上述のアーク式蒸発源１と、スパッタ式蒸発源２１をそれぞれ複数備えた第４実施形態の成膜装置６が示されている。
【００７５】
第４実施形態は、第３実施形態における複数の蒸発源１のうち、対向する２台を、スパッタ式蒸発源２１に変えて、各蒸発源１、２１を円周状に配備したものである。
ここで用いるスパッタ式蒸発源２１は、真空チャンバ１１中に導入した不活性ガス（アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等）を放電によってプラズマイオン化させ、このプラズマイオンをターゲット２にぶつけて（スパッタして）ターゲット物質を基材７側に弾き飛ばす一般的なスパッタリング方式の蒸発源である。
【００７６】
このスパッタ式蒸発源２１における磁界形成手段８は、ターゲット２の背面磁石４として、リング磁石４Ｃ（リング状の永久磁石）と、このリング磁石４Ｃの内側で、且つ同軸に配置された円柱磁石４Ｄ（円柱状の永久磁石）とを備えている。
図１２に示す如く、磁界形成手段８は、リング磁石４Ｃの極性の向きと円柱磁石４Ｄの極性の向き（磁極の向き）とが、互いに逆向きとなるようにリング磁石４Ｃ及び円柱磁石４Ｄが配置されている。
【００７７】
この配置によって、リング磁石４Ｃと円柱磁石４Ｄとの間でターゲット２表面側を囲むように磁力線がつながり、ターゲット２表面近傍で磁力線は閉じた状態となる（この領域を「プラズマ閉磁場領域Ｈ’」とする）。
したがって、スパッタ式蒸発源２１からの放出電子がこのプラズマ閉磁場領域Ｈ’内に閉じこめられて、プラズマ閉磁場領域Ｈ’内での不活性ガスのプラズマの濃度が高まり、より多くのプラズマイオンがターゲット２にぶつかることから、成膜効率を向上できる。
【００７８】
これに加え、各蒸発源１、２１は、スパッタ式蒸発源２１のリング磁石４Ｃの極性と、隣接するアーク式蒸発源１の磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）の磁極の向きが、隣接する蒸発源１、２１同士で互いに逆向きに配置されている。
よって、スパッタ式蒸発源２１のリング磁石４Ｃと、アーク式蒸発源１の磁界形成手段８によって形成される磁力線が、隣り合う蒸発源１、２１同士で互いに繋がることとなる。
【００７９】
この結果、それぞれのアーク式蒸発源１及びスパッタ式蒸発源２１間で磁力線が基材７の周りを取り囲むようにつながって、上述したプラズマ閉磁場領域Ｈ’とは独立して、また別の閉磁場領域Ｈが、基材７を囲んだ広い範囲に発生する。
つまり、スパッタ式蒸発源２１の近傍で高いプラズマ濃度を保ったまま、閉磁場領域Ｈ内で基材７周辺の放出電子濃度を高め、大型または大量の基材７を一度に、且つ成膜速度を速く皮膜を形成することが可能となる。
【００８０】
次に、第４実施形態の成膜装置６を用いた成膜の方法を説明する。
アーク式蒸発源１のみを用いて皮膜を形成する場合は、窒素（Ｎ２）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の反応ガスを真空チャンバ１１内に導入して、数Ｐａ（１〜７Ｐａ程度）の圧力下で成膜を実施する。
一方、スパッタ式蒸発源２１のみを用いて皮膜を形成する場合は、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを真空チャンバ１１内に導入して、０．数Ｐａ程度の圧力下で成膜を実施する。
【００８１】
さらに、アーク式蒸発源１とスパッタ式蒸発源２１とを同時に用いて皮膜を形成する場合には、窒素等の反応ガスと、アルゴン等の不活性ガスとを混合して用い、混合雰囲気の全圧力は２〜４Ｐａ程度とし、アーク式蒸発源１のみによる成膜よりも低い圧力で成膜することとなる。なお、反応ガス(窒素等)の分圧は０．５〜２．６５Ｐａとする。
このように、２種類の蒸発源１、２１を同時用いたとしても、閉磁場領域Ｈと、プラズマ閉磁場領域Ｈ’は、磁力線によってそれぞれ分けられており、プラズマの濃度、及び放出電子の濃度をそれぞれ独自に高めることができ、アーク式蒸発源１による成膜効率と、スパッタ式蒸発源２１による成膜効率とを同時に向上できる。
【００８２】
なお、第４実施形態の成膜装置６は、回転台１２や基材７の配置など、その他の構成は、第１実施形態及び第３実施形態と同様である。
ところで、本発明は、前述した各実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した本発明の範囲内で適宜変更可能である。
ターゲット２は、円盤状以外の任意の形状であってもよい。
【００８３】
具体的には、ターゲット２の投影面形状が、点対称な図形（正方形、六角形等）であってもよく、その際、ターゲット２に対して外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５は同心軸状に配置されていなくてもよい。ただし、外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５は、それらの中心軸（外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５が回転対称体の場合はその回転軸）がターゲット２を通るように配置されていることが好ましい。
【００８４】
また、ターゲット２は、投影面形状が長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。このとき、ターゲット２の投影面形状が、楕円の場合には直径を長径、短径と、長方形の場合には直径を長辺、短辺と読み替えればよい。
外周磁石３は、ターゲット２の外周を取り囲むものであればよく、ターゲット２の投影面形状に沿う形で且つリング状の永久磁石（例えば、ターゲット２が楕円であれば、これを取り囲むように形成された楕円形状の永久磁石）でもよい。
【００８５】
例えば、外周磁石３は、ターゲット２の投影面形状に応じて、点対称な図形（正方形、六角形等）、又は長手方向を有した図形（楕円、長方形等）で且つターゲット２を囲うものであってもよい。
背面磁石４は、円盤状以外の任意の形状でもよく、投影面形状が点対称な図形（正方形、六角形等）や長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。
【００８６】
また同様に、磁性体５も、円盤状以外の任意の形状であってもよく、投影面形状が点対称な図形（正方形、六角形等）や長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもかまわない。
なお、背面磁石４及び磁性体５の投影面形状は、ターゲット２の投影面形状と相似であることが好ましい。
【００８７】
また、外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５をそれぞれ複数備えていてもよい。
成膜装置６に用いる蒸発源は、アーク式蒸発源１やスパッタ式蒸発源２１に限らず、プラズマビーム式蒸発源や、抵抗加熱式蒸発源等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、薄膜を形成する成膜装置のアーク式蒸発源として利用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ 蒸発源（アーク式蒸発源）
２ ターゲット
３ 外周磁石
４ 背面磁石
４Ａ 第１の永久磁石（円盤背面磁石）
４Ｂ 第２の永久磁石（円盤背面磁石）
５ 磁性体
６ 成膜装置
７ 基材
８ 磁界形成手段
１１ 真空チャンバ
１２ 回転台
１３ ガス導入口
１４ ガス排気口
１５ アーク電源
１６ バイアス電源
１７ アノード
１８ グランド
Ａ 比較例１にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｂ 比較例２にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｃ 比較例３にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｄ 比較例４にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ｅ 実施例１、実施例２にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
Ａ’ 比較例１にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｂ’ 比較例２にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｃ’ 比較例３にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｄ’ 比較例４にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
Ｅ’ 実施例１、実施例２にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットの外周を取り囲んでいて磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置された１又は複数の外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置された背面磁石とを備え、
前記背面磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されている非リング状の第１の永久磁石を有すると共に、
前記第１の永久磁石と前記ターゲットとの間、もしくは、前記第１の永久磁石の背面側に、前記第１の永久磁石と間隔をあけて配置された非リング状の第２の永久磁石をさらに有し、
前記第２の永久磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されており、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に磁性体が配置されていることを特徴とするアーク式蒸発源。
【請求項２】
前記磁性体の端面が、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石の端面とにそれぞれ密着していることを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
【請求項３】
前記ターゲットは円盤状であり、前記外周磁石はリング状の永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
【請求項４】
前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状と相似であることを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のアーク式蒸発源を用いて、皮膜を形成することを特徴とする皮膜の製造方法。
【請求項６】
前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の皮膜の製造方法。
【請求項７】
前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の皮膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載のアーク式蒸発源を用いることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備することを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備することを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１】
ターゲットの外周を取り囲んでいて磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置された１又は複数の外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置された背面磁石とを備え、
前記背面磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されている非リング状の第１の永久磁石を有すると共に、
前記第１の永久磁石と前記ターゲットとの間、もしくは、前記第１の永久磁石の背面側に、前記第１の永久磁石と間隔をあけて配置された非リング状の第２の永久磁石をさらに有し、
前記第２の永久磁石は、極性が前記外周磁石と同方向で且つ磁化方向が前記ターゲット表面と直交する方向に沿うように配置されており、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に磁性体が配置されていることを特徴とするアーク式蒸発源。
【請求項２】
前記磁性体の端面が、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石の端面とにそれぞれ密着していることを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
【請求項３】
前記ターゲットは円盤状であり、前記外周磁石はリング状の永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
【請求項４】
前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状と相似であることを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のアーク式蒸発源を用いて、皮膜を形成することを特徴とする皮膜の製造方法。
【請求項６】
前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の皮膜の製造方法。
【請求項７】
前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備しておき、皮膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の皮膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載のアーク式蒸発源を用いることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
前記アーク式蒸発源を、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備することを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、直線的又は非直線的に複数配備することを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２６０２６（Ｐ２０１２−２６０２６Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０１９４６（Ｐ２０１０−２０１９４６）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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