JP5081327B1 - アーク式蒸発源 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット表面から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を、ターゲット表面の広い領域において発生させることができるアーク式蒸発源を提供する。
【解決手段】アーク式蒸発源１ａに、ターゲット２の外周を取り囲むように配置されたリング状の外周磁石３と、ターゲット２の背面側に配置されたリング状の背面磁石４ａとを備える。アーク式蒸発源１ａにおいて、外周磁石３は、ターゲット２の前面と直交する方向に沿うと共に前方を向くような磁化方向となる極性を有する。背面磁石４ａは、ターゲット２の前面と平行であり且つリング径内方向を向くような磁化方向となる極性を有すると共に、ターゲット２の大きさ以上の内径を有する。
【選択図】図２

Description

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に関するものである。

従来より、機械部品、切削工具、摺動部品などの耐摩耗性、摺動特性及び保護機能を向上させる目的で、当該部品及び工具の基材の表面に薄膜をコーティングする物理蒸着法が広く用いられている。この物理蒸着法としては、アークイオンプレーティング法や、スパッタ法が広く知られており、アークイオンプレーティング法は、カソード放電型アーク式蒸発源を用いる技術である。

カソード放電型アーク式蒸発源（以下、アーク式蒸発源という）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及び蒸発させてイオン化する。アーク式蒸発源は、アーク放電によってイオン化されたその物質を被処理物である基材側に引き込んで、基材表面に薄膜を形成する。このアーク式蒸発源では、ターゲットの蒸発速度が速く、かつ蒸発した物質のイオン化率が高いので、成膜時には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。このため、アーク式蒸発源は、切削工具などの表面に耐摩耗性皮膜を形成する目的で産業的に用いられている。

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及びイオン化する。その場合、ターゲットから基材に向かうイオンの輸送は、ターゲットと基材との間の磁界に影響され、その軌跡は、ターゲットから基材に向かう磁力線に沿ったものとなる。
しかし、カソード（ターゲット）とアノードの間で生じるアーク放電において、カソード側の電子放出点（アークスポット）を中心としてターゲットが蒸発する際に、アークスポット近傍から溶融した蒸発前の溶融ターゲット（マクロパーティクル）が放出されることがある。この溶融ターゲットの被処理体への付着は、薄膜の面粗度を低下させる原因となる。

これに関して、アークスポットが高速で移動すると、マクロパーティクルの量は抑制される傾向にあるが、そのアークスポットの移動速度は、ターゲット表面に印加された磁界に影響される。
このような問題を解消するために、ターゲット表面に磁界を印加し、アークスポットの移動を制御する次のような技術が提案されている。

特許文献１には、ターゲットの周囲に、リング状の磁場発生源を設け、ターゲット表面に垂直な磁場を印加する真空アーク蒸発源が開示されている。この真空アーク蒸発源によれば、アークスポットの動きが高速になり、溶融粒子の発生を抑制できるとされている。
特許文献２には、ターゲットの外周を取り囲み、磁化方向がターゲット表面と直交する方向に沿った外周磁石と、極性が外周磁石と同方向で且つ磁化方向が磁化方向がターゲット表面と直交する方向に沿った背面磁石とを備えアーク式蒸発源が開示されている。このアーク式蒸発源によれば、磁力線の直進性を向上させることができるとされている。

特許文献３には、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アーク蒸発装置が開示されている。このアーク蒸発装置によれば、ターゲットの中心からその外縁部までのあらゆるトラックに従ったアークの誘導が達成されるとされている。

特開平１１−２６９６３４号公報 特開２０１０−２７５６２５号公報 特表２００４−５２３６５８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の真空アーク蒸発源は、ターゲット周辺部からのみターゲット表面に磁場を印加する構成を採用しているために、ターゲット表面の中心付近では磁場が弱くなる。また、ターゲット表面から基材方向に伸びる磁力線は軸芯から逸れる方向に向かっており、基材から逸れる磁力線が多数発生してしまう。このような磁力線が形成される磁場形態では、ターゲットから蒸発したイオンを効率的に基材に輸送することができないため、成膜速度が遅くなる。

特許文献２に開示のアーク式蒸発源は、ターゲットの背面に間隔を空けて配置された２枚の円板磁石によって、ターゲット表面から基材に向かう方向に磁力線を発生させている。これら２枚の円板磁石は、中央部においては直進性の高い磁力線を発生させることができるが、中央部よりも外周側から出た磁力線は、円板磁石の軸芯に対して外向きに発散する。これは、一般的な磁石の特性として避けがたい現象であり、イオン化されたターゲット物質を効率的に基材方向に誘導するには、特許文献２のアーク式蒸発源において、更なる改善の余地がある。

さらに、特許文献３に開示のアーク蒸発装置によれば、電磁コイルの中央部からは直進性の高い磁力線が発生するが、電磁コイルの中央部よりも外周側から出た磁力線は、電磁コイルの軸芯に対して外向きに発散する。
つまり、特許文献２及び３に開示の技術では、ターゲットの背面に設ける磁石や電磁石の特性上、ターゲットの前面から基材に向かって直進性の高い磁力線を発生させることができるのは、ターゲットの中央部のみである。そのため、特許文献２及び３に開示の技術によっても、成膜速度を十分に向上させることができない。

前述の問題に鑑み、本発明は、ターゲット表面から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を、ターゲット表面の広い領域において発生させることができるアーク式蒸発源を提供することを目的とする。

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むように配置されたリング状の外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置されたリング状の背面磁石と、を備えたアーク式蒸発源において、前記外周磁石は、前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うと共に前方又は後方を向くような磁化方向となる極性を有し、前記背面磁石は、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有すると共に、前記ターゲットの大きさ以上の内径を有し、前記背面磁石の磁化方向は、前記外周磁石の磁化方向が前方を向く場合はリング径内方向を向く、又は前記外周磁石の磁化方向が後方を向く場合はリング径外方向を向くことを特徴とする。

ここで、好ましくは、前記外周磁石の前端面が、前記ターゲットの前面と同一平面上、又は前記ターゲットの前面よりも前方となるように配置されているとよい。
また、好ましくは、前記背面磁石と同じ磁化方向となる極性を有するリング状の第２の背面磁石を有し、前記第２の背面磁石が、前記背面磁石の後方又は背面磁石の前方であって、且つターゲットの背面側で、前記背面磁石と同軸状に配備されているとよい。

さらに、好ましくは、前記背面磁石及び第２の背面磁石の径内には、両背面磁石を貫通する磁性体が設けられており、前記磁性体の外周が前記背面磁石の内周面と接しているとよい。
なお、好ましくは、前記ターゲットは円板状であり、前記背面磁石及び前記外周磁石は永久磁石であるとよい。

本発明によると、アーク式蒸発源において、ターゲット表面から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を、ターゲット表面の広い領域において発生させることができる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源を備えた成膜装置の概略構成を示す側面図であり、（ｂ）は、成膜装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源の概略構成を示す図である。 第１実施形態によるアーク式蒸発源の磁力線分布を示す図である。 比較例によるアーク式蒸発源の磁力線分布を示す図である。 本発明の第２実施形態によるアーク式蒸発源の概略構成を示す図である。 第２実施形態によるアーク式蒸発源の磁力線分布を示す図である。 本発明の第３実施形態によるアーク式蒸発源の概略構成を示す図である。 第３実施形態によるアーク式蒸発源の磁力線分布を示す図である。

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〜図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源１ａ（以下、蒸発源１ａという）を備えた成膜装置６を示している。

成膜装置６は、チャンバ１１を備え、このチャンバ１１内には被処理物である基材７を支持する回転台１２と、基材７に向けて配置された蒸発源１ａとが備えられている。チャンバ１１には、当該チャンバ１１内へ反応ガスを導入するガス導入口１３と、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。
加えて、成膜装置６には、後に詳述する蒸発源１ａのターゲット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とが設けられている。両電源１５、１６の正極側はグランド１８に接地されている。

図１に示すように、蒸発源１ａは、蒸発面が基材７に向くように配置された所定の厚みを有する円板状（以下、「円板状」とは所定の高さを有する円柱形状も含む）のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配置された磁界形成手段８ａ（外周磁石３と背面磁石４ａから構成される）を備えている。なお、本実施形態では、チャンバ１１がアノードとして作用する。このような構成によって、蒸発源１ａは、カソード放電型のアーク式蒸発源として機能する。

図１及び図２を参照し、成膜装置６に備えられた蒸発源１ａの構成について、以下に説明する。図２は、本実施形態による蒸発源１ａの概略構成を示す図である。
蒸発源１ａは、上述したように、所定の厚みを有する円板状のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配備された磁界形成手段８ａとから構成されている。
なお、以下の説明において、ターゲット２の蒸発面であって基材７側（基材方向）を向く面を「前面（ターゲット前面）」といい、その反対側（基材と反対方向）を向く面を「背面（ターゲット背面）」という（図１及び図２参照）。

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で構成されている。その材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、及びチタンアルミ（ＴｉＡｌ）などの金属材料や炭素（Ｃ）などのイオン化可能な材料がある。
磁界形成手段８ａは、ターゲット２の外周を取り囲むように配置されたリング状（環状乃至はドーナツ状）の外周磁石３と、ターゲット２の背面側で外周磁石３と同軸状に配置されたリング状（環状乃至はドーナツ状）の背面磁石４ａとを有している。これら外周磁石３及び背面磁石４ａは、保磁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。

つまり、蒸発源１ａは、ターゲット２、外周磁石３、及び背面磁石４ａを、互いの軸心をほぼ一致させるように配置することで構成される。
外周磁石３は、上述のとおりリング体であって、ターゲット２の径（寸法）よりも若干大きな（１〜２倍程度の）内径（内寸）と軸心方向に沿った所定の高さとを有している。外周磁石３の高さは、ターゲット２の軸心方向に沿った高さとほぼ同じであるか若干小さい。

このようなリング状の外周磁石３の外観は、互いに平行な２つの円環状の面（円環面）と、当該２つの円環面を軸心方向につなぐ２つの周面とからなっている。この２つの周面は、円環面の内周側（径内側）に形成される内周面と、円環面の外周側（径外側）に形成される外周面である。これら内周面と外周面の幅は、すなわち外周磁石３の厚み（径方向厚み）である。

なお、外周磁石３の径内側の内周面の形状は、外周磁石３とターゲット２とをターゲット２の前面と直交する方向に沿って投影したときの両者の投影形状において、外周磁石３の径内側の内周面の投影形状と、ターゲット２の投影形状とが相似となるように形成されている。
図２に示すように、外周磁石３は、基材７側を向く前方の円環面（前端面）がＮ極となり、その反対側を向く後方の円環面（後端面）がＳ極となるように構成されている。図中、外周磁石３の後方の円環面（Ｓ極）から前方の円環面（Ｎ極）に向かう矢印が示されているが、以降、この矢印の方向を磁化方向と呼ぶ。本実施形態の外周磁石３は、この磁化方向がターゲット２の前面と直交する方向に沿うと共に前方を向くように配置されている。

外周磁石３は、上述のように、リング状あるいは環状の一体形状をなすものであるとよい。しかし、円柱状あるいは直方体状の複数の磁石を、それらの磁化方向がターゲット２の前面と直交する方向に沿うと共に前方を向くようにリング状あるいは環状に並べて外周磁石３を構成してもよい。
外周磁石３は、ターゲット２の外周を取り囲むように配置されており、このような配置においてターゲット２と同心軸状となっている。このとき、外周磁石３の前方の円環面は、ターゲット２の前面と同一平面上にあって互いに面一となっているか、ターゲット２の前面よりも前方に配置されている。

例えば、図２においてターゲット２は、その前面が外周磁石３の高さの範囲から出ないように配置されている。よって、本実施形態では、外周磁石３の径方向から見た投影がターゲット２の径方向から見た投影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の前面（蒸発面）と平行な方向に外周磁石３とターゲット２とを投影したときに形成される影が互いに重なると共に、外周磁石３の影がターゲット２の影に完全に含まれるように配置されている。

このように、外周磁石３は、前端面がターゲット２の前面と同一平面上、又はターゲット２の前面よりも前方に配置されるように、蒸発源１ａに備えられている。
背面磁石４ａは、外周磁石３とほぼ同径のリング体であって、外周磁石３とほぼ同じ内径（内寸）と外径（外寸）を有している。従って、ターゲット２の径よりも若干大きな（１〜２倍程度の）内径と軸心方向に沿った所定の高さとを有している。外周磁石３の厚みは、ターゲット２の厚みよりも若干大きく、外周磁石３の厚みの２倍程度である。

このようなリング状の背面磁石４ａの外観も、外周磁石３と同様に、互いに平行な２つの円環状の面（前端面及び後端面）と、当該２つの円環面を軸心方向につなぐ２つの周面（内周面及び外周面）とからなっている。これら内周面と外周面の幅は、すなわち外周磁石３の軸心方向に沿った高さである。
図２に示すように、背面磁石４ａは、径内側の内周面がＮ極となり、その反対の径外側の外周面がＳ極となるように構成されている。図中、背面磁石４ａの外周面（Ｓ極）から内周面（Ｎ極）に向かって磁化方向を表す矢印が示されている。本実施形態の背面磁石４ａにおいて、磁化方向は、ターゲット２の前面と平行となると共に径内方向を向くように配置されている。

このような構成の外周磁石３の磁化方向と背面磁石４ａの磁化方向とは、外周磁石３の前端面と背面磁石４ａの内周面が同じ極性を有した上で、互いに垂直な方向となっている。
このように、外周磁石３と背面磁石４のそれぞれの磁化方向が、互いに垂直な方向となることで、外周磁石３によって形成される磁界と背面磁石４ａによって形成される磁界とを組合せることができる。これにより、ターゲット２の蒸発面を通過する磁力線の方向を蒸発面に対してほぼ垂直とすることができ、且つターゲット２の表面から基材７に向かって伸びる直進性の高い磁力線をターゲット表面の広い領域において発生させることができるという効果が得られる。

なお、上述の通り、外周磁石３の磁化方向と背面磁石４ａの磁化方向とは、外周磁石３の前端面と背面磁石４ａの内周面が同じ極性を有した上で、互いに垂直な方向となっていればよい。従って、外周磁石３の極性と背面磁石４ａの極性を、図２に示した上述の構成とは反対にして、外周磁石３の磁化方向と背面磁石４ａの磁化方向をそれぞれ反転させてもよい。

次に、蒸発源１ａを用いた成膜装置６における成膜の方法を説明する。
まず、チャンバ１１を真空引きして真空にした後、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスをガス導入口１３より導入し、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によって除去する。不純物の除去後、チャンバ１１内を再び真空にして、真空となったチャンバ１１内にガス導入口１３より反応ガスを導入する。

この状態でチャンバ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と、ターゲット２を構成する物質がプラズマ化して反応ガスと反応する。これによって、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ことができる。
なお、反応ガスとしては、窒素ガス（Ｎ_２）や酸素ガス（Ｏ_２）、またはメタン(ＣＨ_４）などの炭化水素ガスを用途に合わせて選択すればよく、チャンバ１１内の反応ガスの圧力は１〜１０Ｐａ程度とすればよい。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により印加するとよい。さらに、基材７には１０〜２００Ｖの負電圧をバイアス電源１６により印加するとよい。

また、ターゲット２の前面における磁束密度が５０ガウス以上となるように、外周磁石３及び背面磁石４を構成及び配置すると好ましい。このようにターゲット２の前面における磁束密度の下限を設定することで、成膜を確実に行うことができる。なお、ターゲット２の前面における磁束密度は７５ガウス以上であればより好ましく、１００ガウス以上であればさらに好ましい。

これら磁束密度の下限に加えて、ターゲット２の前面における磁束密度を２５０ガウス以下とすると好ましい。ターゲット２の前面における磁束密度の上限を設定することで、成膜をより確実に行うことができる。なお、ターゲット２の前面における磁束密度は２２５ガウス以下であればより好ましく、２００ガウス以下であればさらに好ましい。
上記のような磁束密度を採用することで、ターゲット２の表面上にアークスポットを閉じこめることができるとともに、アーク放電による成膜を安定して行うことができる。
（実施例１）
図３を参照しながら、第１実施形態による蒸発源１ａで発生する磁力線の分布について説明する。なお、図３で示される磁力線分布図は、背面磁石４ａの後方から基材７の表面までの磁力線分布を示している。図３の磁力線分布図において、右端は基材７の表面の位置を示している。

以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲット２の寸法は、（１００ｍｍφ×１６ｍｍ厚み）である。外周磁石３の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）であり、外周磁石３のターゲット２の表面からの距離は５ｍｍとなっている。背面磁石４ａの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）であり、背面磁石４ａのターゲット２の表面からの距離は４０ｍｍとなっている。ターゲット２の表面での磁束密度は、５０ガウス以上である。

図３を参照すると、背面磁石４ａから径内方向に出た磁力線は、その進行方向を背面磁石４ａの軸心方向に沿うように変化させて、ターゲット２に向かってほぼ垂直に伸びる。これら磁力線は、外周磁石３から出た磁力線と組み合わされてターゲット２の蒸発面を通過する。ターゲット２の蒸発面からは、基材方向に伸びる直進性の高い磁力線が、ターゲット２の蒸発面の広い領域において発生している。言い換えれば、ターゲット２の蒸発面の広い領域において、垂直の磁力線（垂直成分）が多く発生している。

ここで、図３のターゲット２の外周部において、２つの丸印Ｐで囲んだ部分の磁力線に注目する。２つの丸印Ｐにおける磁力線は、ターゲット２の蒸発面から出ると、ターゲット２の径外方向、つまり、外周磁石３に向かって湾曲している。これは、２つの丸印Ｐで囲んだターゲット２の外周部においては、ターゲット２の蒸発面に垂直となる磁力線成分がほぼ存在していないということを表している。

成膜装置６において発生するカソード側の電子放出点（アークスポット）は、ターゲット２の蒸発面に略平行な磁力成分が存在する（垂直となる磁力線成分が存在しない）場所に捕捉（トラップ）されやすい。つまり、ターゲット２の蒸発面上を高速に移動するアークスポットが、ターゲット２の外周部を越えてターゲット２の蒸発面の外に移動してしまうといった不具合を回避することができ、アークスポットをターゲット２の蒸発面上に留めておくことができる。
（比較例）
本実施形態による蒸発源１ａの特徴及び効果を明確にするために、上記実施例１に対する比較例を説明する。

図４は、本比較例による蒸発源で発生する磁力線の分布を示している。本比較例による蒸発源は、第１実施形態による蒸発源１ａと同様のターゲット及び外周磁石を備えると共に、蒸発源１ａの背面磁石４ａの代わりに、電磁コイルからなる背面電磁石２０を備えている。本比較例による蒸発源は、特許文献３に開示されたアーク蒸発装置と類似の構成を有している。

なお、図４で示される磁力線分布図も、背面電磁石２０の後方から基材の表面までの磁力線分布を示している。図４の磁力線分布図において、右端は基材の表面の位置を示している。
以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲットの寸法は、（１００ｍｍφ×１６ｍｍ厚み）である。外周磁石の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）であり、外周磁石３のターゲット２の表面からの距離は５ｍｍとなっている。背面電磁石２０の寸法は、（内径５０ｍｍ、外径１００ｍｍ、高さ２５ｍｍ）であり、背面電磁石２０のターゲット２の表面からの距離は４５ｍｍとなっている。ターゲットの表面での磁束密度は、５０ガウス以上である。

図４を参照すると、電磁コイル径内における中央部よりも外周側から出た磁力線は、電磁コイルを出た直後からコイルの軸芯に対して外向きに発散している。これら発散した磁力線は、ターゲット内でさらに発散してターゲットの前面に達することなく、ターゲットの側方へ向かう。
一方、背面電磁石２０の中央部からは、直進性の高い磁力線が出ており、これら磁力線はターゲットの前面を透過している。しかし、直進する磁力線の密度は、図３に示した実施例１と比較して非常に低い。

また、本比較例におけるターゲットの外周部には、上記実施例１を説明する図３に示した丸印Ｐの部分に相当する磁力線分布は存在していない。つまり、本比較例では、アークスポットをターゲットの蒸発面上に留めておくことは困難であるといえる。

［第２実施形態］
図５及び図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態によるアーク式蒸発源１ｂ（以下、蒸発源１ｂという）の概略構成を示す図である。本実施形態による成膜装置６は、第１実施形態による蒸発源１ａの代わりに、後述する蒸発源１ｂを備えるものである。本実施形態による成膜装置６において、蒸発源１ｂ以外の構成は第１実施形態で説明した構成と同様であるので、同様の構成要素については説明を省略し同じ参照番号を付す。

本実施形態における蒸発源１ｂは、第１実施形態における蒸発源１ａと同様に、所定の厚みを有する円板状のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配備された磁界形成手段８ｂとから構成されている。磁界形成手段８ｂは、第１実施形態と同様の外周磁石３と背面磁石４ａとを備え、さらに、背面磁石４ａと同様の構成であって、外周磁石３とほぼ同径のリング体である背面磁石４ｂ（第２の背面磁石）を備えている。

リング状の背面磁石４ｂは、背面磁石４ａの背面側で、背面磁石４ａ及び外周磁石３と同軸状に配置されている。これによって、背面磁石４ｂの磁化方向は、背面磁石４ａの磁化方向と平行かつ同じ向きとなる。背面磁石４ａと背面磁石４ｂは互いに隣接しているが、その間隔は任意とは限らない。背面磁石４ａと背面磁石４ｂの間で互いに斥力が働くように、背面磁石４ａと背面磁石４ｂを接近させるとよい。

図５に示すように、背面磁石４ａと背面磁石４ｂを同軸状に接近させると、背面磁石４ａから出て背面磁石４ｂに向かって発散する磁力線と、反対に背面磁石４ｂから出て背面磁石４ａに向かって発散する磁力線とが、互いに反発しあう。この反発によって、背面磁石４ａと背面磁石４ｂの間における磁力線の発散が抑制されて、背面磁石４ａと背面磁石４ｂの径内において直進性の高い磁力線を多数発生させることができる。
（実施例２）
図６を参照しながら、第２実施形態による蒸発源１ｂで発生する磁力線の分布について説明する。なお、図６で示される磁力線分布図は、背面磁石４ｂの後方から基材７の表面までの磁力線分布を示している。図６の磁力線分布図において、右端は基材７の表面の位置を示している。

以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲット２の寸法は、（１００ｍｍφ×１６ｍｍ厚み）である。外周磁石３の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）であり、外周磁石３のターゲット２の表面からの距離は５ｍｍとなっている。
背面磁石４ａの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）であり、背面磁石４ａのターゲット２の表面からの距離は６０ｍｍとなっている。背面磁石４ｂの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）であり、背面磁石４ｂのターゲット２の表面からの距離は９０ｍｍとなっている。背面磁石４ａと背面磁石４ｂの間隔は１０ｍｍである。

なお、ターゲット２の表面での磁束密度は、５０ガウス以上である。
図６を参照すると、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂから径内方向へ向かって、直進性の高い磁力線が多数出ている。これら磁力線は、その進行方向を背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの軸心方向に沿うように変化させて、ターゲット２に向かってほぼ垂直に伸びる。これら磁力線は、外周磁石３から出た磁力線と組み合わされてターゲット２の蒸発面を通過する。ターゲット２の蒸発面からは、基材方向に伸びる直進性の高い磁力線が、ターゲット２の蒸発面の広い領域において発生している。言い換えれば、ターゲット２の蒸発面の広い領域において、垂直の磁力線（垂直成分）が多く発生している。

ここで、実施例１の図３と本実施例の図６とを比較する。図３と図６では、磁力線分布の範囲及び形状はほぼ同じである。しかし、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの径内方向に沿って伸びる磁力線と、両背面磁石からターゲット２の軸心に沿って基材７へ伸びる磁力線との直進性及び密度は、図６の方が高くなっている。
また、図６においても、実施例１の図３における丸印Ｐと同様に、ターゲット２の外周部において、蒸発面に垂直となる磁力線成分がほぼ存在しない領域が形成されている。よって、本実施例も、アークスポットが、ターゲット２の外周部を越えてターゲット２の蒸発面の外に移動してしまうといった不具合を回避することができ、アークスポットをターゲット２の蒸発面上に留めておくことができる。

［第３実施形態］
図７及び図８を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態によるアーク式蒸発源１ｃ（以下、蒸発源１ｃという）の概略構成を示す図である。本実施形態による成膜装置６は、第２実施形態による蒸発源１ｂの代わりに、後述する蒸発源１ｃを備えるものである。本実施形態の成膜装置６において、蒸発源１ｃ以外の構成は第２実施形態で説明した構成と同様であるので、同様の構成要素については説明を省略し同じ参照番号を付す。

本実施形態における蒸発源１ｃは、第２実施形態における蒸発源１ｂと同様に、所定の厚みを有する円板状のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配備された磁界形成手段８ｃとから構成されている。磁界形成手段８ｃは、第２実施形態と同様に、外周磁石３、背面磁石４ａ、及び背面磁石４ｂを備え、さらに、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの径内には単一の磁性体９を備えている。

磁性体９は、非リング状の磁気コアであって、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの磁心となるものである。磁性体９は、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂを貫通するように設けられており、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの内径と同一の径を有する円板状又は円柱状を有している。ここで、「非リング状」とは、ドーナツ状に径方向内部に孔が空いている環状ではなく、円板状や円柱状等の中実な形状を指す。

言い換えれば、背面磁石４ａと背面磁石４ｂは、一つの磁性体９の外周を密着（密接）して取り巻くように配置されているとも言える。このような配置において、背面磁石４ａの前端面は、磁性体９の前端面とほぼ面一であり、背面磁石４ｂの後端面は、磁性体９の後端面とほぼ面一である。
蒸発源１ｃの構成をまとめると、ターゲット２、外周磁石３、背面磁石４ａ、背面磁石４ｂ、及び磁性体９は、それぞれの各軸心が互いに一致するように同軸状に配置されているといえる。

図７に示すように、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの内側側面と磁性体９の側面を密着させることにより、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの端面から出た磁力線を、磁性体９を通じて背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの軸芯方向に直線的に誘導することが可能となる。
従って、磁性体９において、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂの軸心に近い位置での磁力線の反発作用を大きくすることが可能となる。その結果、磁性体９の前端面の軸心に近い位置から、直進性の高い磁力線を多数発生させることができる。
（実施例３）
図８を参照しながら、第３実施形態による蒸発源１ｃで発生する磁力線の分布について説明する。なお、図８で示される磁力線分布図は、背面磁石４ｂの後方から基材７の表面までの磁力線分布を示している。図８の磁力線分布図において、右端は基材７の表面の位置を示している。

以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲット２の寸法は、（１００ｍｍφ×１６ｍｍ厚み）である。外周磁石３の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）であり、外周磁石３のターゲット２の表面からの距離は５ｍｍとなっている。
背面磁石４ａの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）であり、背面磁石４ａのターゲット２の表面からの距離は６０ｍｍとなっている。背面磁石４ｂの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）であり、背面磁石４ｂのターゲット２の表面からの距離は９０ｍｍとなっている。背面磁石４ａと背面磁石４ｂの間隔は１０ｍｍである。

磁性体９の寸法は、（１５０ｍｍφ×高さ５０ｍｍ）である。
なお、ターゲット２の表面での磁束密度は、５０ガウス以上である。
図８を参照すると、背面磁石４ａ及び背面磁石４ｂから径内方向へ向かって、直進性の高い磁力線が図６に示す実施例２よりも多数出ている。これら磁力線は、磁性体９の軸心近くで、進行方向を当該軸心方向に沿うように変化させて、ターゲット２に向かってほぼ垂直に伸びる。これら磁力線は、外周磁石３から出た磁力線と組み合わされてターゲット２の蒸発面を通過する。ターゲット２の蒸発面からは、図６に示す実施例２よりも直進性の高い磁力線がターゲット２の蒸発面の広い領域において発生し、基材方向に伸びている。言い換えれば、ターゲット２の蒸発面の広い領域において、垂直の磁力線（垂直成分）が多く発生している。

ここで、実施例２の図６と本実施例の図８とを比較する。図６と図８では、磁力線分布の範囲及び形状はほぼ同じである。しかし、図８に示す磁力線は、図６に示す磁力線よりも、磁性体９及びターゲット２の軸心付近に集約されるように集中している。従って、磁力線全体の直進性及び密度は、図６よりも図８の方が高くなっている。
また、図８においても、上述した実施例２の図６と同様に、ターゲット２の外周部において、蒸発面に垂直となる磁力線成分がほぼ存在しない領域が形成されている。よって、本実施例も、アークスポットが、ターゲット２の外周部を越えてターゲット２の蒸発面の外に移動してしまうといった不具合を回避することができ、アークスポットをターゲット２の蒸発面上に留めておくことができる。

ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

例えば、各実施形態による蒸発源の説明において、各構成要素の形状や寸法に関して、平行、直交、及び同一といった表現、加えて、同軸といった表現を用いているが、これは、数学的な厳密さをもって平行、直交、同一、及び同軸を規定しているのではない。通常の機械部品の工作精度及び組立精度において、平行、直交、同一、及び同軸と言える範囲の誤差は、当然に許容される。

また、ターゲット２は、円板形状に限定されず、例えば四角形状などの多角形状を有していてもよい。さらに、外周磁石３及び背面磁石４ａ，４ｂは、円環状に限定されず、例えば四角形などの多角形の環状となっていてもよい。

１ａ〜１ｃ 蒸発源（アーク式蒸発源）
２ ターゲット
３ 外周磁石
４ａ，４ｂ 背面磁石
６ 成膜装置
７ 基材
８ａ〜８ｃ 磁界形成手段
９ 磁性体
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
１８ グランド
２０ 背面電磁石

Claims (5)

1. ターゲットの外周を取り囲むように配置されたリング状の外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置されたリング状の背面磁石と、を備えたアーク式蒸発源において、
   前記外周磁石は、前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うと共に前方又は後方を向くような磁化方向となる極性を有し、
   前記背面磁石は、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有すると共に、前記ターゲットの大きさ以上の内径を有し、
   前記背面磁石の磁化方向は、前記外周磁石の磁化方向が前方を向く場合はリング径内方向を向く、又は前記外周磁石の磁化方向が後方を向く場合はリング径外方向を向くことを特徴とするアーク式蒸発源。
2. 前記外周磁石の前端面が、前記ターゲットの前面と同一平面上、又は前記ターゲットの前面よりも前方となるように配置され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。
3. 前記背面磁石と同じ磁化方向となる極性を有するリング状の第２の背面磁石を有し、
   前記第２の背面磁石が、前記背面磁石の後方又は背面磁石の前方であって、且つターゲットの背面側で、前記背面磁石と同軸状に配備されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク式蒸発源。
4. 前記背面磁石及び第２の背面磁石の径内には、両背面磁石を貫通する磁性体が設けられており、前記磁性体の外周が前記背面磁石の内周面と接していることを特徴とする請求項３に記載のアーク式蒸発源。
5. 前記ターゲットは円板状であり、前記背面磁石及び前記外周磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアーク式蒸発源。