TWI507555B - An arc-type evaporation source, and a method for manufacturing the same - Google Patents

An arc-type evaporation source, and a method for manufacturing the same Download PDF

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Description

電弧型蒸發源及使用它的被膜的製造方法
本發明是關於為提昇機械零件等的耐磨耗性等，被使用於形成氮化物及氧化物等的陶瓷膜及非晶質碳膜等的薄膜的成膜裝置的電弧型蒸發源及使用此電弧型蒸發源的被膜的製造方法者。
以往，以提昇耐磨耗性、滑動特性及保護功能等的目的，作為將薄膜覆蓋於機械零件、切削工具、滑動零件等的基板的表面的技術，眾知有電弧離子植入法，濺鍍法等的物理蒸鍍法。作為電弧離子植入法，使用著陰極放電型電弧型蒸發源。
陰極放電型電弧型蒸發源，是在陰極的靶材表面發生電弧放電，瞬時地溶解構成靶材的物質。藉由將離子化的物質被拉進處理對象物的基板的表面，在該基板上形成有薄膜。此電弧型蒸發源是具有靶材的蒸發速度較快，而構成蒸發的靶材的物質的離子化率較高的特性之故，因而藉由在成膜時施加偏壓於基板而可形成緻密的被膜。因此，電弧型蒸發源是為了形成切削工具等的耐磨耗性被膜而產業上被使用。
然而，在陰極(靶材)與陽極之間產生電弧放電的情形，則產生以陰極側的電子放出點(電弧點)作為中心的靶材的蒸發時會從點近旁放出熔融的靶材，使得此熔融材料附著於處理對象物，有惡化面粗度的情形。
眾知如此地從電弧點所放出的熔融靶材物質(微粒子：電性地中性的溶滴)的量是在電弧點以高速移動時有被抑制的趨勢，而其移動速度是會影響被施加於靶材的磁場。
又，利用電弧放電所蒸發的靶材原子是在電弧電漿中高度地進行電離離子化之故，因而從靶材朝基板的離子的軌跡，是會影響到靶材與基板之間的磁場的問題。
為了解決此些的問題，提案在靶材施加磁場，而進行控制電弧點的移動的如下述的嘗試。例如，在專利文獻1中，揭示著在靶材的周圍配置環狀磁力發生機構(永久磁鐵、電磁線圈)，而在靶材表面施加垂直磁場的技術。在專利文獻2中揭示著將構成被離子化的靶材的物質朝著基板方向有效率地收歛的方式，在靶材的前方發生用以收歛的磁力所用的機構(電磁線圈)的技術。在專利文獻3中，揭示著在電弧型蒸發源的靶材的背面中心設置永久磁鐵，包圍該磁鐵的方式將極性不相同的環形磁鐵配置於靶材的背面側，而形成關閉電弧放電的磁場成分，而且設置與環形磁鐵大約相同直徑的電磁線圈的技術。在專利文獻4中，揭示著藉由配置於靶材的周圍的環狀磁鐵與背面的電磁線圈，形成平行於靶材的表面的磁場的技術。
然而，依照專利文獻1的磁力發生機構，來自靶材的表面的磁力線朝著環狀磁鐵延伸之故，因而離子的大部分被感應至磁鐵方向。又，在靶材前方朝著基板方向延伸的磁力線從基板方向偏離較大之故，因而被蒸發而構成被離子化的靶材的物質是無法有效率地到達至基板。
又，在記載於專利文獻2的技術中，雖磁力線朝著基板方向延伸，而在靶材與基板之間必須配置大型的電磁線圈之故，因而必定加長靶材與基板之間的距離，結果成為降低成膜速度。
又，電弧放電是在磁場的垂直成分(磁場對於靶材表面的垂直方向的成分)成為0之點有優先地放電的趨勢，惟在被揭示於專利文獻3的配置，磁場的垂直成分成為0之點被陷入在永久磁鐵與環形磁鐵的大約中央部分之故，因而即使用電磁線圈，也很難在比其點還要內周的部分控制電弧放電，而不會提昇靶材的利用效率。又，在如專利文獻3的配置中，因沒有從靶材朝前方延伸的磁力線成分，因此無法將從靶材所放出的離子朝著基板有效率地收歛。
又，專利文獻4是僅揭示電磁線圈的內徑比靶材的直徑還要小的實施形態，而在此實施形態中，因磁力線是有從靶材朝外側發散的趨勢，因此相信無法有效率地進行離子收束。又，為了高速地移動電弧電漿的放電而必須提高平行於靶材表面的磁場強度，惟對此必須將電磁線圈(或是磁性軛)作成大型化，而且對於此電磁線圈需要用以供應大電流的構成之故，因而蒸發源會大型化，而在產業上較差。
又，第5圖是表示專利文獻4所述的技術(在靶材背面配置內徑比其直徑還要小的電磁線圈，而在此電磁線圈的內徑側配置磁心的技術，以下簡稱為「比較技術」)的磁力線分布圖。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2000-328236號公報
專利文獻2：日本特開平07-180043號公報
專利文獻3：日本特開2007-056347號公報
專利文獻4：日本特開2004-523658號公報
鑑於上述的缺點問題，本發明是提供一種成膜速度快速的電弧型蒸發源作為目的。
為了達成上述目的，本發明是採用以下的技術性手段。
本發明的一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的非環狀的第1永久磁鐵。
又本發明的另一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式環狀地設置有永久磁鐵的環形永久磁鐵，將上述環形永久磁鐵與上述靶材沿著垂直於上述靶材的表面的方向投影所得到的上述環形永久磁鐵的影及上述靶材的影，是不會互相地重疊。
又，本發明的另一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是由以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的永久磁鐵所構成。
本發明的一種被膜的製造方法，其特徵為：使用上述的電弧型蒸發源，蒸發含有兩種類以上的元素的靶材，形成含有上述兩種以上的元素的被膜。
又，本發明的一種被膜的製造方法，其特徵為：使用上述的電弧型蒸發源，蒸發含有Al、Ti、Cr的元素中的任一元素的靶材，將上述元素的氮化物、碳化物或碳氮化物的被膜形成5μm以上的厚度。
利用本發明，可加快使用電弧型蒸發源的成膜裝置的成膜速度。
一面參照以下所附圖式，一面針對於本發明的實施形態加以說明。又，以下的實施形態是將本發明予以具體化的一例子，並未限定本發明的技術性範圍的性質者。
以下，依據圖式進行說明本發明的實施形態。
在第1圖，表示著具備有本發明的一實施形態的電弧型蒸發源1(以下，蒸發源1)的成膜裝置5。
成膜裝置5是具備真空腔11。在真空腔11內配備有：支撐處理物的基板6的旋轉台12，及對基板6安裝的蒸發源1。在真空腔11設有將反應氣體導入至該真空腔11內的氣體導入口13，及從真空腔11內排出反應氣體的氣體排氣口14。
又，成膜裝置5是具備：對靶材2施加負偏壓所用的電弧電源15，及對基板6施加負偏壓所用的偏壓電源16。兩電源15、16的正極側，是連接於接地18。
如第1圖所示地，蒸發源1是具有：圓盤狀(以下，「圓盤狀」是也包含具有所定高度的圓柱狀者)的靶材2，及配備於靶材2的近旁的磁場形成手段7，及配置於靶材2的外周部的陽極17。又，陽極17是被連接於接地18。又，真空腔11是被連接於接地18而作成與上述陽極17相同電位之故，因而可作用作為陽極17。亦即，蒸發源1是陰極放電型的電弧型蒸發源。
靶材2是含有因應於欲形成於基板6上的薄膜所選擇的元素(例如鉻(Cr)、鈦(Ti)、鈦鋁(TiAl)、或碳(C)等)的材料所構成。
磁場形成手段7是具有配置於靶材2外周的外周磁鐵3，及配置於靶材2的背面側的背面磁鐵4。外周磁鐵3及背面磁鐵4是配置成使得外周磁鐵3的極性方向與背面磁鐵4的極性方向成為相同方向。
又，將靶材2的蒸發面(基板6側的一面)作為「前面」，而將其相反側的一面作為「背面」(參照第2圖至第4圖)。
此些外周磁鐵3及背面磁鐵4是藉由利用磁性保持力高的釹磁鐵所形成的永久磁鐵所構成。
外周磁鐵3是具有環狀的形狀，配置成與靶材2形成同心軸狀。外周磁鐵3的磁化方向是配成沿著靶材2的軸心(沿著與靶材2的蒸發面正交的方向)。又，配置成將外周磁鐵3朝徑方向投影時的影的至少一部分，是重疊於將靶材2朝徑方向投影時的影。亦即，藉由將外周磁鐵3及靶材2投影於與靶材2的蒸發面平行的方向所形成的外周磁鐵3及靶材2的影互相地重疊的方式，背面磁鐵3是對靶材2進行定位。
又，在上述的說明中，針對於具有環形狀的外周磁鐵3進行說明，惟外周磁鐵3是並不被限定於具有環形狀者，至少設成環狀就可以。具體來說，例如準備具有圓柱形狀的永久磁鐵所成的複數個外周磁鐵3，將此些外周磁鐵3包圍靶材2的外周的方式配置成環狀也可以。亦即，「設置成環狀」是不僅外周磁鐵3本體具有環形狀的構成，也包含沿著靶材2的外周排列複數外周磁鐵3的構成的意思。
背面磁鐵4是配置於靶材2的背面側成為其磁化方向沿著靶材2的軸心(沿著與靶材2的蒸發面正交的方向)。
在第2圖至第4圖中，將外周磁鐵3及背面磁鐵4雙方的N極配置於靠近基板6的一側，而且將外周磁鐵3及背面磁鐵4雙方的S極配置於距基板6較遠的一側，惟並不被限定於此。具體來說，將外周磁鐵3及背面磁鐵4雙方的S極配置於靠近基板6的一側，而且將外周磁鐵3及背面磁鐵4雙方的N極距基板6較遠的一側也可以。
磁場形成手段7為上述的構成之故，因而藉由設成包圍靶材2的外周的外周磁鐵3所形成的磁場，及藉由靶材2的背面側的背面磁鐵4所形成的磁場的組合，藉此，成為可將磁力線朝基板6方向感應。
本實施形態的背面磁鐵4，是可適用如後述的圓盤背面磁鐵4A的非環狀者，或是如後述的環形背面磁鐵4B的環狀者。在此，「非環狀」並不是指如甜甜圈地在徑方向內部空著孔，而是指中間裝滿的中實者，而是包含圓盤狀或圓柱狀等。又，作為「非環狀」的更佳形狀，例舉有對於背面磁鐵的所有外側面的法線不會互相地交叉的形狀。
又，第2圖是表示將背面磁鐵4作為後述的圓盤背面磁鐵4A(第1永久磁鐵)的實施例1的磁場形成手段7。第3圖是表示將背面磁鐵4作為後述的環形背面磁鐵4B(環形永久磁鐵)的實施例2的磁場形成手段7。又，第4圖是表示作為背面磁鐵4，同時地使用圓盤背面磁鐵4A與環形背面磁鐵4B的實施例3的磁場形成手段7。
以下，將使用具備有蒸發源1的成膜裝置5的成膜方法加以說明。
首先，將真空腔11藉由抽引真空進行真空之後，自氣體導入口13導入氬氣(Ar)等。又，藉由將靶材2及基板6上的氧化物等的不純物進行濺鍍予以除去，再將真空腔11內作成真空之後，將反應氣體導入口13導入至真空腔11內。在該狀態下藉由在設於真空腔11的靶材2上發生電弧放電，電漿化構成靶材2的物質與反應氣體進行反應。又，藉由把被電漿化的靶材2拉入至基板6的表面，而在置放於旋轉台12的基板6上成膜有氮化膜、氧化膜、碳化膜、碳氟化膜、或非晶質碳膜等。
又，作為反應氣體，從氮氣體(N2 )、氧氣體(O2 )、以及例如甲烷(CH4 )等的碳化氫氣體中視用途可進行選擇。又，真空腔11內的反應氣體的壓力，是作為大約1至7Pa。在成膜時，藉由電弧電源15將10至30V的負電壓施加於靶材2與陽極17之間，而且利用偏壓電源16藉由將10至200V的負電壓施加於陽極17與基板6之間，產生來自靶材2的放電，成為有100至200A的電弧電流流動。
[實施例1]
針對於使用本發明的蒸發源的實施例1加以說明。
在本實施例中，背面磁鐵4為以圓盤狀(圓柱形狀)的永久磁鐵(以下，稱為「圓盤背面磁鐵4A(第1永久磁鐵)」所形成。亦即，將圓盤背面磁鐵4A沿著與其表面正交的方向進行投影的影形狀(以下，稱為「投影形狀」)，是與靶材2的投影形狀相似。又，圓盤背面磁鐵4A是配置成與靶材2成為同心軸狀，藉由磁性保持力高的釹磁鐵所形成之故，因而可將磁場形成手段7全體作成小型精緻化。
靶材2的直徑是100mm，靶材2的厚度是16mm。靶材2是由鈦(Ti)與鋁(Al)的原子比為1：1的鈦鋁(TiAl)所構成。
外周磁鐵3的外徑是170mm，外周磁鐵3的內徑是150mm，外周磁鐵3的厚度是10mm。
在實施例1中，反應氣體是氟(N2 )，反應氣體的壓力是4Pa。成膜時間是作為30分鐘。使用電弧電源15而產生來自靶材2的放電，藉此流著150A的電流。在基板6與陽極17之間使用偏壓電源16而施加30V的負電壓。基板6是15mm×15mm×5mm的經鏡面研磨的超硬合金的晶片。基板6是配置在從靶材2的表面距約180mm的位置。基板6的溫度是作為500℃。
又，在表示於第5圖的比較技術(作為比較用的測定例1)，除了在靶材2的背面側配置電磁線圈19以外，有關於靶材2、外周磁鐵3、電弧電流值、反應氣體、成膜時間、施加的負電壓及基板6的條件也同樣。相乘流在電磁線圈19的電流值與電磁線圈19的捲數的數值，是作為2000A‧T。
測定例2，是未具有背面磁鐵4的習知技術，為比較用的測定例。
在測定例3～測定例8中，將圓盤背面磁鐵4A作為不相同的形狀(直徑、厚度)，將圓盤背面磁鐵4A配置在不相同的位置(自靶材2的表面一直到圓盤背面磁鐵4A的表面為止的距離)，或是將圓盤背面磁鐵4A的數量作成不相同的數量，而在上述的條件下進行成膜。
表1是針對於比較技術的測定例1及測定例2，及實施例1的測定例3～測定例8之各個，表示圓盤背面磁鐵4A的直徑、背面磁鐵4A的厚度、來自靶材2的表面的距離、背面磁鐵的個數、流在基板6的電流值、及成膜速度的評價。
以下，針對於基板6上的成膜速度，殘留應力的評價加以說明。
成膜速度是比例於利用電弧放電流在基板6的離子電流之故，因而流在基板6的電流值愈大使得成膜速度愈快。鑑於生產性，作業效率等時，比例於成膜速度的電流值是1.5A以上較佳之故，因而在1.5A以上作為合格。
又，針對於薄膜的殘留應力，在厚度1mm的矽(Si)晶圓上進行成膜，而利用光槓桿進行測定成膜後的基板6的彎曲的曲率半徑，藉由表示於數式1的Stoney的式來計算薄膜的殘留應力。針對於薄膜的殘留應力，假設切削工具用的硬質被膜的剝離，其絕對值為2.0GPa以下作為合格。
在該數式1中，σf 是殘留應力，Es 是基板的楊氏模數，ts 是基板的厚度，νs 是基板的蒲松氏比(Poisson's ratio)，tf 是膜厚，R是彎曲狀態的基板的曲率半徑。
首先，針對於各測定例的磁力線分布圖進行考察。
第5圖是測定例1的磁力線分布圖，第6圖是測定例2的磁力線分布圖。如第5圖及第6圖所示地，測定例1及測定例2是從靶材2朝前方延伸的磁力線為從靶材2的正面方向(亦即，基板6方向)有很大偏離。
更詳細地說明，在測定例1中，自靶材2的軸心距最遠的一側的磁力線，在自靶材2表面朝基板6方向僅進行大約75mm的地點，已經自靶材2的軸心距200mm，亦即，可知有很大偏離(參照第5圖中的箭號A)。
在測定例2中，自靶材2的軸心距最遠的一側的磁力線，在自靶材2表面朝基板6方向僅進行大約45mm的地點，已經自靶材2的軸心距200mm有很大偏離(參照第6圖中的箭號B)。
如此地，因自靶材2朝前方延伸的磁力線為自基板6方向偏離很大，因此離子的軌跡也有自基板6方向偏離的趨勢。
其結果，如表1所示地，流在測定例1、測定例2的基板6的電流值分別為1.1A、1.0A而成膜速度的評價也成為不合格，很難進行有效率的成膜。又，起因於離子的軌跡自基板6有很大偏離，使得成膜速度變慢。因此，如表1所示地，測定例1、測定例2的被膜殘留應力值是分別表示-2.11GPa，-2.23GPa，而被膜殘留應力的評價也成為不合格，無法形成被膜殘留應力低的被膜。
第7圖是測定例3的磁力線分布圖，第8圖是測定例4的磁力線分布圖，第9圖是測定例5的磁力線分布圖，第10圖是測定例6的磁力線分布圖，第11圖是測定例7的磁力線分布圖，第12圖是測定例8的磁力線分布圖。由此些圖可知，測定例3～測定例8是成為可將磁力線朝基板6方向感應的情形。
亦即，在測定例3～測定例8中，距靶材2的軸心最遠的一側的磁力線，是自靶材2表面朝基板6方向未進到約90～約120mm的地點，就不會有自靶材2的軸心偏離200mm以上(例如，參照第7圖中的箭號C，第8圖中的箭號D)，而有更多的磁力線朝靶材2的基板6方向延伸。
在測定例3～測定例8中，存在著自靶材2的中心附近直接朝基板6的磁力線的成分(例如，參照第7圖的箭號E，第8圖的箭號F)。又，在測定例3～測定例8中，最接近於靶材2的軸心的一側的磁力線，是即使自靶材2表面朝基板6的方向進行200mm地點，也僅自靶材2的軸心距20mm(例如，參照第7圖中的箭號C'，第8圖中的箭號D')，而與在同一地點自靶材2的軸心距約24mm以上(參照第5圖中的箭號A'，第6圖中的箭號B')的測定例1～測定例2相比較，可知對於基板6有更多的磁力線直接延伸。
其結果，如表1所示地流在測定例3～測定例8的基板6的電流值，都成為1.5A以上，而成膜速度的評價是成為合格。因此，在測定例3～測定例8中，測定例1及測定例2相比較，可作成成膜速度快速，有效率的成膜。又，在測定例3～測定例8的被膜殘留應力的絕對值都表示2.0GPa以下之故，因而被膜殘留應力的評價都可成為合格，而成為可形成殘留應力低的被膜。
比較測定例3與測定例4。
測定例3的圓盤背面磁鐵4A的直徑是40mm，而與圓盤背面磁鐵4A的靶材2相對的表面(以下，僅稱為「表面」)的面積是400πmm2 。因此，圓盤背面磁鐵4A表面的面積是成為靶材2表面的面積2500πmm2 的0.16倍(100分之16)。
測定例4的圓盤背面磁鐵4A的直徑是80mm，而圓盤背面磁鐵4A表面的面積是1600πmm2 。因此，圓盤背面磁鐵4A表面的面積是成為靶材2表面的面積2500πmm2 的0.64倍(100分之64)。
又，如第7圖、第8圖及表1所示地，測定例4的磁力線分布圖是與測定例3的磁力線分布圖相比較，有較多的磁力線朝著基板6方向，而流在基板6的電流值，測定例4者也比測定例3還要大，可知測定例4是成膜速度比測定例3還要快。
因此，圓盤背面磁鐵4A表面的面積，是靶材2表面的面積的0.25倍(4分之1)以上時，則更多的磁力線不會自靶材2的軸心偏離而直接延伸至基板6之故，因此可將從靶材2所蒸發的離子更有效率地感應至基板6。
又，圓盤背面磁鐵4A表面的面積是較佳為靶材2表面的面積的0.64倍(100分之64)以上。更佳為靶材2表面的面積(亦即，靶材2表面的面積的1.0倍)以上。又，圓盤背面磁鐵4A的直徑上限，是靶材2的直徑的1.5倍較佳，亦即，圓盤背面磁鐵4A表面的面積上限，是靶材2表面的面積的2.25倍(4分之9)較佳。
比較測定例5～測定例7。
圓盤背面磁鐵4A的直徑及厚度是相同，惟自靶材2的表面一直到圓盤背面磁鐵4A表面為止的距離不相同。詳言之，距測定例5的靶材2表面的距離是40mm，距測定例6的靶材2表面的距離是50mm，而距測定例7的靶材2表面的距離是60mm。
該距離的不相同是如表1所示地，對流在測定例6的基板6的電流值比測定例5及測定例7還要大，測定例6的成膜速度比測定例5及測定例7還要快，而測定例6的被膜的殘留應力比測定例5及測定例7還要小的結果有所關連。
此為，電弧放電是對於與靶材2表面平行的方向的磁力線的成分(以下，稱為「平行成分」)受到朝直角方向(亦即基板6方向)移動的力量，而電弧點的移動速度是為了比例於磁力線的平行成分的強度。又，磁力線的平行成分是在垂直於靶材2表面的磁力線的成分(以下，稱為「垂直成分」)成為0(包含0近旁的數值，以下相同)之處變強。又，電弧放電是磁力線的垂直成分成為0之處，有優先地產生的趨勢。此垂直成分成為0之處是自靶材2表面一直到圓盤背面磁鐵4A表面為止的距離所決定，惟距離近時，則使得電弧放電會產生在外周部的趨勢，離子發生在外側，惟若距有距離，則磁力線的垂直成分成為0之處，藉由中央部，可將離子有效率地到達至基板6。然而，在距離過遠時，則靶材2表面上的磁力線及朝基板6方向延伸的磁力線變弱，無法有效率地搬運離子之故，因而在測定例6會成為成膜速度最快，而被膜殘留應力變小的情形。
又，為了垂直成分為0，且變更僅具有平行成分的磁力線的位置，也可組裝將圓盤背面磁鐵4A對靶材2作成接近遠離的方式朝前後移動的機構。如此地，藉由變更來自圓盤背面磁鐵4A的靶材2表面的距離，可調節磁力線的平行成分的強度，而且可控制磁力線的垂直成分成為0之處。
測定例8是與測定例6同樣地，將直徑100mm，厚度3mm的圓盤背面磁鐵4A(第1永久磁鐵)配置在距靶材2的表面50mm的距離，惟不同處為在此圓盤背面磁鐵4A的背後且在同軸心上又配置1枚相同形狀且相同直徑的圓盤背面磁鐵4A(第2永久磁鐵)。
藉此，可更提昇從配置於背面側的圓盤背面磁鐵4A(第1永久磁鐵)所產生的磁力線的直進性，成為更多的磁力線直接延伸至基板6的情形。因此，流在測定例8的基板6的電流值，是比測定例6還要大，而測定例8的成膜速度是比測定例6還要快，而可將測定例8的被膜的殘留應力作成比測定例6還要小。
(實施例2)
針對於使用本發明的蒸發源1的其他實施例加以說明。
實施例2是作為背面磁鐵4配置環狀的永久磁鐵(以下，稱為「環形背面磁鐵4B(環形永久磁鐵)」)而在環形背面磁鐵4B的內側(包圍於環形背面磁鐵4B的內周面的範圍)未具有磁鐵的例子。環形背面磁鐵4B的外周及內周的投影形狀，是與靶材2的投影形狀相似。又，環形背面磁鐵4B是配置成與靶材2同心軸狀，而藉由磁性保持力高的釹磁鐵所形成之故，因而可得到磁場形成手段7全體的小型精緻化。
環狀的背面磁鐵4的外徑及內徑，是各測定例別地不相同。又，環形背面磁鐵4B的厚度是20mm，自靶材2表面一直到環形背面磁鐵4B表面為止的距離是30mm，而此些的厚度及距離是在各測定例作成相同。其他的條件是與實施例1同樣。在測定例9中，環形背面磁鐵4B的外徑是40mm，而環形背面磁鐵4B的內徑是20mm。在測定例10中，環形背面磁鐵4B的外徑是170mm，而環形背面磁鐵4B的內徑是150mm。又，在測定例10中，外周磁鐵3與環形背面磁鐵4B是配置於同軸心上，且外周磁鐵3及環形背面磁鐵4B，是具有相同的內徑及外徑。
表2是針對於比較技術的測定例2及測定例9，及實施例2的測定例10，表示環形背面磁鐵4B的外徑、內徑、厚度、來自靶材2表面的距離及個數，流在基板6的電流值，成膜速度的評價，被膜的殘留應力值及被膜的殘留應力的評價。
針對於測定例2，如上述地，因流在基板6的電流值為1.0A，因此成膜速度的評價是不合格，成膜速度慢。又，針對於測定例9，表示對於本發明的比較技術，沿著垂直於靶材2的蒸發面的方向投影環形背面磁鐵4B與靶材2之際所得到的環形背面磁鐵4B及靶材2的影成為互相地重疊。換言之，在測定例9，被配置於靶材2的背面側的環形背面磁鐵4B的內徑小，成為本發明的技術性思想的範圍外的構成。在此測定例9中，因被感應至基板6的磁力線數少，因此無法有效率地收歛離子，而流在基板6的電流值是成為比1.5A還要小，成膜速度的評價是成為不合格。
一方面，在測定例10中，沿著垂直於靶材2的蒸發面的方向投影環形背面磁鐵4B與靶材2之際，所得到的環形背面磁鐵4B及靶材2的影成為互相地未重疊。換言之，在測定例10中，環形背面磁鐵4B的內徑比靶材2的外徑還要大。在此測定例10中，磁力線從靶材2延伸至基板6方向而可將離子有效率地到達至基板6之故，因而成膜速度的評價是成為合格，而與測定例2相比較，成膜速度變快(參照表2)。又，被膜殘留應力的評價也成為合格，而成為可成膜被膜殘留應力小的被膜。
第13圖是測定例9的電弧型蒸發源的磁力線分布圖，第14圖是實施例2的測定例10的磁力線分布圖。如此些圖式所示地，可知隨著增大環形背面磁鐵4B的外徑，磁力線是朝著基板6方向的趨勢。
(實施例3)
實施例3是作為背面磁鐵4，同時地使用第1永久磁鐵的圓盤背面磁鐵4A，及環狀永久磁鐵的環形背面磁鐵4B(環形永久磁鐵)的情形。圓盤背面磁鐵4A與環形背面磁鐵4B是與靶材2同心軸狀地被配置。又，圓盤背面磁鐵4A是配置於環形背面磁鐵4B的內側(包圍環形背面磁鐵4B的內周面的範圍內。又，外周磁鐵3，圓盤背面磁鐵4A，及環形背面磁鐵4B的極性是朝著相同方向。
圓盤背面磁鐵4A及環形背面磁鐵4B的形狀(直徑、外徑、內徑、厚度)及來自靶材2表面的距離是各測定例別地不相同。其他的條件是與實施例1同樣。
又，實施例3的環形背面磁鐵4B，是以靶材2的背面側包圍圓盤背面磁鐵4A的周圍的方式環狀地配置複數圓柱狀永久磁鐵所形成。
測定例11與測定例12是使用同一形狀的圓盤背面磁鐵4A之處共通，而在環形背面磁鐵4B的厚度及來自靶材2表面的距離不相同。
測定例12與測定例15，是使用同一形狀(配置)的圓盤背面磁鐵4A及環形背面磁鐵4B之處共通，而來自圓盤背面磁鐵4A及環形背面磁鐵4B的靶材2的表面的距離不相同。
測定例13與測定例14，是使用同一形狀(配置)的環形背面磁鐵4B及圓盤背面磁鐵4A之處，以及來自環形背面磁鐵4B的靶材2的表面的距離相同之處共通，而在圓盤背面磁鐵4A的直徑及厚度上不相同。
又，在測定例11～15的任一例，外周磁鐵3與環形背面磁鐵4B都具有相同內徑及外徑。
表3是針對實施例3的測定例12～測定例16，表示兩個背面磁鐵4的形狀，來自靶材2的表面的距離及個數、流在基板6的電流值、成膜速度的評價、被膜的殘留應力值及被膜的殘留應力的評價。
第15圖是測定例11的電弧型蒸發源的磁力線分布圖，第16圖是測定例12的電弧型蒸發源的磁力線分布圖，第17圖是表示測定例13的電弧型蒸發源的磁力線分布圖，第18圖是測定例14的電弧型蒸發源的磁力線分布圖，第19圖是測定例15的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。如此些圖所示地，針對於測定例11～測定例15，從靶材2的中心附近有更多的磁力線朝著基板6的方向直接延伸，而距靶材2的軸心最遠的一側的磁力線被收歛在朝著基板6的方向。因此，針對於測定例11～測定例15，可將離子有效地到達至基板6，成膜速度的評價都合格，而可更加快成膜速度。又，藉由作成測定例11～測定例15的配置，在靶材2上產生磁力線的垂直成分成為0之故，因而對於此點可穩定發生電弧放電，若電弧放電太靠近外側，則如上述地，離子的發生位置太靠近外側，所發生的離子無法從靶材2的中央部沿著朝著基板6延伸的磁力線前進而有降低成膜比率的趨勢。在此，垂直成分成為0之點的位置，是藉由設置於背面側的圓盤背面磁鐵4A及環形背面磁鐵4B的大小或位置所決定之故，因而利用適當地選擇此些位置或大小，可加快成膜速度。
比較測定例11與測定例12，若愈加厚環形背面磁鐵4B的厚度，愈減小來自靶材2的表面的距離，會增加流在基板6的電流值而成膜速度變快。
比較測定例12與測定例15，圓盤背面磁鐵4A及環形背面磁鐵4B的形狀是相同，惟從靶材2的表面一直到圓盤背面磁鐵4A表面及環形背面磁鐵4B的表面為止的距離。
比較測定例13與測定例14，即使同時地配置圓盤背面磁鐵4A及環形背面磁鐵4B的情形，可知增加對於靶材2的直徑的圓盤背面磁鐵4A的直徑者成為可加快成膜速度。
如上述地，電弧放電是磁力線的垂直成分成為0處有優先性地放電的趨勢，惟此時的電弧點的移動速度，是基本上比例於此點的磁力線的平行成分的強度。又，電弧點以高速移動時，抑制微粒子(電性地中性的溶滴)的發生。
因此，磁力線的垂直成分成為0之處的磁力線的平行成分是強者較適當，具體上，磁力線的平行成分的強度為5Gauss以上較佳，更佳是20Gauss以上，最佳是50Gauss以上。
在磁力線的平行成分過強時，磁場的拘束變強而放電區域變極窄小之故，因而背面磁鐵4未具有移動手段時，則靶材2成為偏消耗。為了抑制此偏消耗，磁力線的平行成分的強度是必須在200Gauss以下，而作成100Gauss以下較佳。
又，如表3所示地，測定例11～測定例15的被膜殘留應力的絕對值，都表示2.0GPa以下，而被膜殘留應力的評價成為合格，藉由使用測定例11～測定例15的電弧型蒸發源，成為可形成殘留應力低的被膜。
又，為了將背面磁鐵4的磁通有效率地引導至基板6方向，將鐵等的導磁率高的材料(軛)與背面磁鐵4一起配置於靶材2的背面側也較理想。
併用圓盤背面磁鐵4A與環形背面磁鐵4B時，對於圓盤背面磁鐵4A的靶材2的直徑的大小並未特別加以限制，而藉由欲發生磁力線的垂直成分的位置可任意地選擇。
又，為了控制發生靶材2表面的磁力線的平行成分的位置，除了圓盤背面磁鐵4A及環形背面磁鐵4B以外，在此些的同軸心上設置電磁線圈也可以。
(實施例4)
以下，針對於使用本發明的蒸發源1的實施例4加以說明。
本實施例是藉由更多的磁力線朝著基板6方向，表示包含在形成於基板6上的被膜的元素的組成，及包含於靶材2的元素的組成的不相同被抑制的情形。又，本實施例的成膜方法(被膜的製造方法)是依照上述的比較用的測定例2，及本發明的實施例3的實施例11，僅分別變更所使用的靶材2的組成。
所形成的被膜的組成分析，使用元素分析裝置(EDX)進行，表4及表5是表示從組成分析結果去掉氮的組成比。又，分析條件是作成加速電壓20kV，作動距離15mm，觀察倍率1000倍。
又，在表示於表4的成膜方法所使用的靶材2的組成比是Al：Ti=50：50，在表示於表5的成膜方法所使用的靶材2的組成比是Al：Ti=70：30。
參照表4及表5，在比較用的測定例2中，與靶材2的組成相比較，被膜中的Al組成變小，而在Al量多的Al：Ti=70：30的試驗(表5)中，其變化顯著。
一方面，在本發明的測定例11中，與測定例2相比較，可知靶材2的組成與被膜中的Al與Ti的組成比的偏移(不同)變小的情形。如此地，依照利用本發明的電弧型蒸發源1，因將磁力線從靶材2朝著基板6方向感應，因此可將從靶材2所蒸發的離子粒子有效率地到達至基板6之故，因而可減小與靶材2所形成的被膜的組成比的偏移。
亦即，本實施例的被膜製造方法，是使用電弧型蒸發源1而在基板6上形成被膜，即使使用含有兩種類以上的元素的靶材2，也可使得基板6上的被膜中的各元素的組成比與靶材2中的各元素的組成比的不相同變小之故，因而依據靶材2的組成可精確地控制被膜的組成。
還有，傳統上若在基板6上增加膜厚，則只能得到利用殘留應力而容易剝離的被膜，惟依照上述的電弧型蒸發源1，可形成殘留應力小的被膜之故，因而可得到5μm以上的厚度也不容易剝離的實用性的厚膜。
又，靶材2的組成是可作成含有Al，Ti，Cr中的至少一種者。
可是，本發明是並不被限定於上述的各實施形態及實施例者，而在表示於申請專利範圍的本發明的範圍內可適當地變更。
靶材2是圓盤狀以外的任意形狀也可以。
具體來說，靶材2的投影形狀是點對稱的圖形(正方形、六角形)也可以，這時候，對於靶材2，外周磁鐵3及背面磁鐵4是未配置成同心軸狀也可以。但是，外周磁鐵3及背面磁鐵4是此些的中心軸(外周磁鐵3及背面磁鐵4為旋轉對稱體時是其旋轉軸)為配成通過靶材2較佳。
又，靶材2是投影形狀具有長度方向的形狀(橢圓、長方形等)也可以。此時，靶材2的投影形狀，為橢圓時，將直徑稱為長徑、短徑，而為長方形時將直徑稱為長邊、短邊。
外周磁鐵3包圍靶材2的外周者就可以，如上述地，靶材2為具有圓形以外的投影形狀時，也可採用具有沿著靶材2的投影形狀的形的環狀永久磁鐵(例如，靶材2為橢圓，則為包圍此所形成的橢圓形狀的永久磁鐵)所構成的外周磁鐵3。
例如，外周磁鐵3是因應於靶材2的投影形狀，點對稱的形狀(正方形、六角形等)，或是具有具長度方向的形狀(橢圓、長方形等)而包圍靶材2也可以。
背面磁鐵4是圓盤狀或圓形的環狀以外的任意形狀都可以，投影形狀為點對稱的形狀(正方形、六角形等)，投影形狀具有長度方向的形狀(橢圓、長方形等)，或是將此些形狀作成外周及內周的投影形狀的環狀永久磁鐵也可以。
又，背面磁鐵4的投影形狀是與靶材2的投影形狀相似較佳。
又，分別具備複數外周磁鐵3，背面磁鐵4也可以。
又，在上述的具體性實施形態主要包括具有以下的構成的發明。
本發明的一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向所配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的非環狀的第1永久磁鐵。
在本發明，為了在靶材表面(靶材蒸發面)形成水平成分大的磁場，在靶材的外周配置外周磁鐵，而且將具有與外周磁鐵相同方向的極性的磁鐵配置於靶材的背面側，而在靶材的表面上藉由雙方磁鐵形成推斥磁場作為基本性的構成。利用此種磁鐵構成，電弧的旋轉變快，減少微粒子的發生，可形成平滑的被膜。又，包圍靶材的外周的方式進行配置外周磁鐵乃為了增大形成於靶材表面的磁場的水平成分。
在此，在本發明，將設於靶材的背面側的背面磁鐵作為永久磁鐵之故，因而成為可將多磁力線感應至基板方向。假設在靶材的背面側設置螺線管時，則發生磁力線為僅在線圈的內側部分之故，因而發生磁力線的面積變小，而有磁力線擴散的趨勢。對於此，在本發明中，並不使用螺線管，而將非環狀的永久磁鐵使用作為背面磁鐵之故，因而從背面磁鐵的相對面(與靶材相對的面)的廣大領域發生磁力線，而提昇磁力線的直進性。又，利用使用非環狀的永久磁鐵，從磁場的中心部分(相對面)也發生強磁力線之故，因而可增加朝著被膜的形成對象的基板的磁力線。
此些的結果，增加被感應於基板的磁力線數，提昇成膜速度，而且可形成殘留應力小的被膜。
較佳是，上述背面磁鐵是又包含設於上述第1永久磁鐵與上述靶材之間，或是上述第1永久磁鐵的背面側，而且與上述第1永久磁鐵隔著間隔所配置的非環狀的第2永久磁鐵，上述第2永久磁鐵是配置成上述第2永久磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述第2永久磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向也可以。
如此地，藉由隔著間隔串聯地配置著第1永久磁鐵與第2永久磁鐵，提昇磁力線的直進性，且也增加磁力線數。結果，增加被感應於基板的磁力線數，又可提昇成膜速度，可形成殘留應力小的被膜。
又，上述背面磁鐵是又包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式環狀地設置有永久磁鐵的環形永久磁鐵，將上述環形永久磁鐵與上述靶材沿著垂直於上述靶材的表面投影所得到的上述環形永久磁鐵的影及上述靶材的影，是不會互相地重疊也可以。
又，在本發明中，「環狀地設置的永久磁鐵」，是不僅指具有環形狀的單一永久磁鐵，也指環狀地排列的複數永久磁鐵。又，「環狀」並不被限定於真圓，也包含橢圓及多角形等。
環形永久磁鐵，是可將直進性高的磁力線形成於環內側之故，因而藉由設置比靶材還要大的環形永久磁鐵，在靶材前方的廣大範圍內提昇磁力線的直進性。結果，增加被感應於基板的磁力線數，更提昇成膜速度，而且可形成殘留應力小的被膜。
又，上述外周磁鐵及上述背面磁鐵，是將對於上述靶材的表面垂直的方向的磁力線的成分具有成為0之點的磁場形成於上述靶材的表面上較佳。
電弧放電是磁場的垂直成分(對於靶材的表面的磁場的垂直方向的成分)成為0之點有優先性地放電的趨勢之故，因而在藉由外周磁鐵及背面磁鐵所形成的磁場中，藉由在靶材的表面上產生磁力線的垂直成分成為0之點，在此點上優先地產生電弧放電，而在此點可穩定化電弧放電。
又，上述靶材是圓盤狀，上述外周磁鐵是設置成環狀的永久磁鐵也可以。
又，上述第1永久磁鐵的表面面積，是上述靶材的表面面積的四分之一以上較佳。
如此地藉由將背面磁鐵的表面面積作成靶材的表面面積的四分之一以上，磁力線的方向對著基板方向變更較大，而且一部分的磁力線直接從靶材的表面直接延伸至基板方向之故，因而可將從靶材蒸發的離子更有效率地感應至基板。
更佳，是將上述第1永久磁鐵投影於與其表面正交的方向的上述第1永久磁鐵的影的形狀，是與將上述靶材投影於與其表面正交的方向的上述靶材的影的形狀相似也可以。
又，本發明的其他的一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式環狀地設置有永久磁鐵的環形永久磁鐵，將上述環形永久磁鐵與上述靶材沿著垂直於上述靶材的表面投影所得到的上述環形永久磁鐵的影及上述靶材的影，是不會互相地重疊。
又，在本發明中，「環狀地設置的永久磁鐵」，是不僅指具有環形狀的單一永久磁鐵，也指環狀地排列的複數永久磁鐵。又，「環狀」並不被限定於真圓，也包含橢圓及多角形等。
如此地，藉由串聯地配置可將直進性高的磁場形成於環形內側的環形永久磁鐵與外周磁鐵，增加被感應於基板的磁力線數，更提昇成膜速度，而且可形成殘留應力小的被膜。
在此，將環形永久磁鐵與上述靶材沿著垂直於靶材的表面的方向投影所得到的環形永久磁鐵及靶材的影不會互相地重疊的方式，亦即，藉由將配置於靶材的背面側的環形永久磁鐵作成比靶材還要大，提昇朝著基板方向的磁力線的直進性，而更增加被感應於基板的磁力線數。
又，本發明的其他的一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是由以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的永久磁鐵所構成。
如此地，包圍靶材的周圍的方式配置外周磁鐵，而且藉由將具有與此外周磁鐵的極性相同方向的極性又具有與上述外周磁鐵的磁化方向相同的磁化方向的背面磁鐵配置於靶材的背面側，成為可將磁力線感應至基板方向。又，構成背面磁鐵的永久磁鐵，是磁性的保持力高之故，因而不必將機構作成大型，而可得到精緻小型化。
上述背面磁鐵是作成環狀也可以。
藉此，使得靶材前方的磁力線朝著基板方向延伸，而可將離子有效率地到達至基板。若背面磁鐵的外周比靶材的外周還要小時，則磁力線是對於朝著基板的方向有偏向外側的趨勢，惟藉由將背面磁鐵形成環狀，因存在著從靶材的中心部分直接朝著基板的方向延伸的磁力線成分，因此有效率地可收歛離子。又，若外徑比靶材的外周還要大時，則整體上，磁力線具有朝著基板的趨勢，具備離子朝著基板方向收歛。
又，上述背面磁鐵是包含第1永久磁鐵與設置成環狀的永久磁鐵的環形永久磁鐵，上述第1永久磁鐵是配置成上述第1永久磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述第1永久磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向，上述環形永久磁鐵是配置成上述環形永久磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述環形永久磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向也可以。
藉此，靶材的中心附近的磁力線成分朝著基板的方向直接延伸，而且外側的磁力線成分朝著基板的方向更被收歛。
在上述電弧型蒸發源中，上述第1永久磁鐵是作成具有朝著上述靶材的背面所配置的相對面的非環狀，上述第1永久磁鐵的相對面，是以其外周緣所包圍的領域全體全面地連續的面所構成較佳。
依照此構成，並不是螺線管，因將具有以外周緣所包圍的領域全體全面地連續的面所構成的相對面的非環狀永久磁鐵使用作為背面磁鐵，因此從背面磁鐵的相對面(與靶材相對的面)的廣大領域發生著磁力線，而提昇磁力線的直進性。又，藉由使用非環狀永久磁鐵，從磁鐵的中心部分(相對面)也發生著強的磁鐵線之故，因而可增加對著被膜的形成對象的基板的磁力線。
又，作為上述第1永久磁鐵的相對面，與靶材的表面平行的面較佳。作為這樣子，對於第1永久磁鐵的表面可均等地配置磁力線。又，若將第1永久磁鐵的相對面作成平坦面，就可將從第1永久磁鐵的相對面所延伸的磁力線更有效地沿著朝向靶材的方向。
在上述電弧型蒸發源中，上述第2永久磁鐵是作成具有朝著上述靶材的背面所配置的相對面的非環狀，上述第2永久磁鐵的相對面，是以其外周緣所包圍的領域全體全面地連續的面所構成較佳。
依照此構成，藉由第1永久磁鐵與第2永久磁鐵隔著間隔串聯地配置，提昇磁力線的直進性，且也增加磁力線數。結果，增加被感應至基板的磁力線數，更提昇成膜速度，可形成殘留應力小的被膜。
本發明的被膜的製造方法，其特徵為：使用上述的電弧型蒸發源，蒸發含有兩種類以上的元素的靶材，形成含有上述兩種以上的元素的被膜。
藉此，形成含有複數元素的被膜時，則靶材中的各元素的組成比與被膜中的各元素的組成比的不同變小之故，因而依據靶材的組成而可精確地控制被膜的組成。
本發明的被膜的製造方法，其特徵為：使用上述的電弧型蒸發源，蒸發含有Al、Ti、Cr的元素中的任一元素的靶材，將上述元素的氮化物、碳化物或碳氮化物的被膜形成5μm以上的厚度。
藉此，傳統上若將膜厚作成較厚，則只能得到藉由殘留應力容易剝離的被膜，惟依照上述的電弧型蒸發源，可形成殘留應力小的被膜之故，因而即使厚度5μm以上也可得到不容易剝離的實用性的厚膜。
產業上的利用可能性
本發明是可利用作為形成薄膜的成膜裝置的電弧型蒸發源。
1．．．蒸發源(電弧型蒸發源)
2．．．靶材
3．．．外周磁鐵
4．．．背面磁鐵
4A．．．圓盤背面磁鐵
4B．．．環形背面磁鐵
5．．．成膜裝置
6．．．基板
7．．．磁場形成手段
11．．．真空腔
12．．．旋轉台
13．．．氣體導入口
14．．．氣體排氣口
15．．．電弧電源
16．．．偏壓電源
17．．．陽極
18．．．接地
A．．．表示在測定例1從靶材的軸心最遠離的一側的磁力線的箭號
B．．．表示在測定例2從靶材的軸心最遠離的一側的磁力線的箭號
C．．．表示在測定例3從靶材的軸心最遠離的一側的磁力線的箭號
D．．．表示在測定例4從靶材的軸心最遠離的一側的磁力線的箭號
A'．．．表示在測定例1從靶材的軸心最近的一側的磁力線的箭號
B'．．．表示在測定例2從靶材的軸心最近的一側的磁力線的箭號
C'．．．表示在測定例3從靶材的軸心最近的一側的磁力線的箭號
D'．．．表示在測定例4從靶材的軸心最近的一側的磁力線的箭號
E．．．表示在測定例3從靶材的中心附近直接朝著基板的磁力線的成分的箭號
F．．．表示在測定例4從靶材的中心附近直接朝著基板的磁力線的成分的箭號
第1圖是具備本發明的一實施形態的電弧型蒸發源的成膜裝置的概要圖。
第2圖是本發明的實施例1的電弧型蒸發源的概要圖。
第3圖是本發明的實施例2的電弧型蒸發源的概要圖。
第4圖是本發明的實施例3、4的電弧型蒸發源的概要圖。
第5圖是比較技術(比較用的測定例1)的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第6圖是比較用的測定例2的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第7圖是本發明的實施例1的測定例3的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第8圖是測定例4的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第9圖是測定例5的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第10圖是測定例6的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第11圖是測定例7的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第12圖是測定例8的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第13圖是比較用的測定例9的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第14圖是本發明的實施例2的測定例10的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第15圖是本發明的實施例3的測定例11的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第16圖是測定例12的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第17圖是測定例13的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第18圖是測定例14的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
第19圖是測定例15的電弧型蒸發源的磁力線分布圖。
1．．．蒸發源(電弧型蒸發源)
2．．．靶材
3．．．外周磁鐵
4A．．．圓盤背面磁鐵
7．．．磁場形成手段

Claims (17)

  1. 一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的非環狀的第1永久磁鐵，上述背面磁鐵是又包含設於上述第1永久磁鐵與上述靶材之間，或是上述第1永久磁鐵的背面側，而且與上述第1永久磁鐵隔著間隔所配置的非環狀的第2永久磁鐵，上述第2永久磁鐵是配置成上述第2永久磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述第2永久磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向。
  2. 一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及 配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的非環狀的第1永久磁鐵，上述背面磁鐵是又包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式環狀地設置有永久磁鐵的環形永久磁鐵，將上述環形永久磁鐵與上述靶材沿著垂直於上述靶材的表面的方向投影所得到的上述環形永久磁鐵的影及上述靶材的影，是不會互相地重疊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電弧型蒸發源，其中，上述背面磁鐵是又包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式環狀地設置有永久磁鐵的環形永久磁鐵，將上述環形永久磁鐵與上述靶材沿著垂直於上述靶材的表面的方向投影所得到的上述環形永久磁鐵的影及上述靶材的影，是不會互相地重疊。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的電弧型蒸發源，其中，上述外周磁鐵及上述背面磁鐵，是將具有對於上述靶 材的表面垂直的方向的磁力線的成分成為0之點的磁場形成於上述靶材的表面上。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的電弧型蒸發源，其中，上述靶材是圓盤狀，上述外周磁鐵是設置成環狀的永久磁鐵。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述的電弧型蒸發源，其中，上述第1永久磁鐵的表面面積，是上述靶材的表面面積的四分之一以上。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的電弧型蒸發源，其中，將上述第1永久磁鐵於與其表面正交的方向投影的上述第1永久磁鐵的影的形狀，是與將上述靶材於與其表面正交的方向投影的上述靶材的影的形狀相似。
  8. 一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是包含以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述背面磁鐵的磁化方向 沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式環狀地設置有永久磁鐵的環形永久磁鐵，將上述環形永久磁鐵與上述靶材沿著垂直於上述靶材的表面的方向投影所得到的上述環形永久磁鐵的影及上述靶材的影，是不會互相地重疊。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電弧型蒸發源，其中，上述靶材是圓盤狀，上述外周磁鐵是設置成環狀的永久磁鐵。
  10. 一種電弧型蒸發源，是藉由電弧放電進行蒸發靶材的表面的電弧型蒸發源，其特徵為：具備：設置成包圍上述靶材的外周，以其磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的至少一個外周磁鐵，及配置於上述靶材的背面側的背面磁鐵，上述背面磁鐵是由以上述背面磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且以上述背面磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向的方式配置的永久磁鐵所構成，上述背面磁鐵是包含第1永久磁鐵與設置成環狀的永久磁鐵的環形永久磁鐵，上述第1永久磁鐵是配置成上述第1永久磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述第1永久磁 鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向，上述環形永久磁鐵是配置成上述環形永久磁鐵的極性與上述外周磁鐵的極性朝著相同方向，且上述環形永久磁鐵的磁化方向沿著與上述靶材的表面正交的方向。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電弧型蒸發源，其中，上述背面磁鐵是環狀。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電弧型蒸發源，其中，上述外周磁鐵及上述背面磁鐵，是將具有對於上述靶材的表面垂直的方向的磁力線的成分成為0之點的磁場形成於上述靶材的表面上。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的電弧型蒸發源，其中，上述靶材是圓盤狀，上述外周磁鐵是設置成環狀的永久磁鐵。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的電弧型蒸發源，其中，上述背面磁鐵的表面面積，是上述靶材的表面面積的四分之一以上。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的電弧型蒸發源，其中，將上述背面磁鐵沿著與其表面正交的方向投影的影的形狀，是與將上述靶材沿著與其表面正交的方向投影的影 的形狀相似。
  16. 一種被膜的製造方法，其特徵為：使用申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述的電弧型蒸發源，蒸發含有兩種類以上的元素的靶材，形成含有上述兩種以上的元素的被膜。
  17. 一種被膜的製造方法，其特徵為：使用申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述的電弧型蒸發源，蒸發含有Al、Ti、Cr的元素中的至少任一元素的靶材，將上述元素的氮化物、碳化物或碳氮化物的被膜形成5μm以上的厚度。
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