WO2010125756A1 - アーク式蒸発源及びこれを用いた皮膜の製造方法 - Google Patents

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谷藤信一
山本兼司
藤井博文
黒川好徳
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株式会社神戸製鋼所
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    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an arc evaporation source used in a film forming apparatus for forming a ceramic film such as a nitride and an oxide and a thin film such as an amorphous carbon film in order to improve wear resistance of a machine part and the like, and
  • the present invention relates to a method for producing a film using this arc evaporation source.
  • an arc ion plating method As a technique for coating a thin film on the surface of a substrate such as a machine part, a cutting tool, or a sliding part for the purpose of improving wear resistance, sliding characteristics and protection function, an arc ion plating method, a sputtering method, etc. Physical vapor deposition is widely known.
  • a cathode discharge arc evaporation source is used as the arc ion plating method.
  • the cathode discharge type arc evaporation source generates an arc discharge on the surface of the target, which is the cathode, and instantaneously dissolves the material constituting the target.
  • a thin film is formed on the substrate by drawing the ionized substance onto the surface of the substrate that is the object to be processed. Since this arc evaporation source has the characteristics that the evaporation rate of the target is high and the ionization rate of the substance constituting the evaporated target is high, a dense film is formed by applying a bias to the substrate during film formation. Can do. Therefore, the arc evaporation source is industrially used to form a wear-resistant film such as a cutting tool.
  • the amount of molten target material (macroparticles: electrically neutral droplets) released from the arc spot tends to be suppressed when the arc spot moves at high speed, and the moving speed is It is known to be affected by a magnetic field applied to a target.
  • target atoms evaporated by arc discharge are highly ionized and ionized in the arc plasma, there is a problem that the trajectory of ions from the target to the substrate is affected by the magnetic field between the target and the substrate.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a ring-shaped magnetic force generation mechanism (permanent magnet, electromagnetic coil) is arranged around a target and a vertical magnetic field is applied to the target surface.
  • Patent Document 2 there is a technique in which a mechanism (electromagnetic coil) for generating a magnetic force for convergence is arranged in front of the target so that the substance constituting the ionized target is efficiently converged in the direction toward the substrate. It is disclosed.
  • Patent Document 3 a permanent magnet is installed in the center of the back surface of the target of the arc evaporation source, and ring magnets having different polarities are arranged on the back surface side of the target so as to surround the permanent magnet.
  • a technique for forming and providing an electromagnetic coil having substantially the same diameter as the ring magnet is disclosed.
  • Patent Document 4 discloses a technique for forming a magnetic field parallel to the surface of a target by a ring-shaped magnet disposed around the target and a back electromagnetic coil.
  • the lines of magnetic force from the surface of the target extend toward the ring-shaped magnet, so that most of the ions are induced in the magnet direction. Furthermore, since the magnetic lines of force extending in the substrate direction in front of the target are greatly deviated from the substrate direction, the substances constituting the evaporated and ionized target cannot efficiently reach the substrate.
  • arc discharge tends to discharge preferentially at a point where the vertical component of the magnetic field (the vertical component of the magnetic field with respect to the target surface) becomes zero. Since the point where the component becomes 0 is trapped in the almost middle part of the permanent magnet and the ring magnet, it is difficult to control the arc discharge in the inner peripheral part from the point even if the electromagnetic coil is used. The utilization efficiency of is not high. Further, in the arrangement as in Patent Document 3, since there is no component of the magnetic lines of force extending forward from the target, ions emitted from the target cannot be efficiently converged toward the substrate.
  • Patent Document 4 discloses only an embodiment in which the inner diameter of the electromagnetic coil is smaller than the diameter of the target, and in this embodiment, the magnetic field lines tend to diverge from the target toward the outside, so that efficient ions are generated. It seems that cannot converge. In order to move the arc plasma discharge at high speed, it is necessary to increase the strength of the magnetic field parallel to the target surface. To that end, the electromagnetic coil (or magnetic yoke) is enlarged and On the other hand, since a configuration for supplying a large current is required, the evaporation source becomes large, which is not industrially preferable.
  • Patent Document 4 a technique in which an electromagnetic coil having an inner diameter smaller than its diameter is arranged on the back surface of a target and a core is arranged on the inner diameter side of the electromagnetic coil, hereinafter simply referred to as “comparison technique”. )) Is shown.
  • JP 2000-328236 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-180043 JP 2007-056347 A JP-T-2004-523658
  • an object of the present invention is to provide an arc evaporation source having a high film formation rate.
  • the present invention employs the following technical means.
  • An arc evaporation source is an arc evaporation source that evaporates a surface of a target by arc discharge, and is provided so as to surround an outer periphery of the target, and a magnetization direction thereof is perpendicular to the surface of the target.
  • Another arc evaporation source is an arc evaporation source that evaporates the surface of the target by arc discharge, and is provided so as to surround the outer periphery of the target, and the magnetization direction thereof is the surface of the target. And at least one outer peripheral magnet disposed along a direction orthogonal to the target, and a rear magnet disposed on the back side of the target, wherein the rear magnet has a polarity of the rear magnet and a polarity of the outer peripheral magnet.
  • the ring permanent magnet is a permanent magnet provided in a ring shape so that the magnetization direction of the back magnet is along the direction orthogonal to the surface of the target, and the ring permanent magnet and the The shadow of the ring permanent magnet obtained by projecting the target along the direction perpendicular to the surface of the target and the shadow of the target must not overlap each other. It is characterized in.
  • Another arc evaporation source is an arc evaporation source that evaporates the surface of the target by arc discharge, and is provided so as to surround the outer periphery of the target, and the magnetization direction thereof is the surface of the target. And at least one outer peripheral magnet disposed along a direction orthogonal to the target, and a rear magnet disposed on the back side of the target, wherein the rear magnet has a polarity of the rear magnet and a polarity of the outer peripheral magnet.
  • the rear magnet has a polarity of the rear magnet and a polarity of the outer peripheral magnet.
  • the method for producing a film according to the present invention is characterized in that the above-described arc evaporation source is used to evaporate a target containing two or more elements to form a film containing the two or more elements.
  • the method for producing a film according to the present invention uses the arc evaporation source described above to evaporate a target containing at least one element of Al, Ti, and Cr, and nitrides of the element
  • the carbide or carbonitride film is formed to have a thickness of 5 ⁇ m or more.
  • the film forming speed of the film forming apparatus using the arc evaporation source can be increased.
  • FIG. 1 shows a film forming apparatus 5 provided with an arc evaporation source 1 (hereinafter, evaporation source 1) according to an embodiment of the present invention.
  • the film forming apparatus 5 includes a vacuum chamber 11.
  • a turntable 12 that supports a substrate 6 that is an object to be processed and an evaporation source 1 that is attached to the substrate 6 are disposed.
  • the vacuum chamber 11 is provided with a gas introduction port 13 for introducing a reaction gas into the vacuum chamber 11 and a gas exhaust port 14 for discharging the reaction gas from the vacuum chamber 11.
  • the film forming apparatus 5 includes an arc power source 15 for applying a negative bias to the target 2 and a bias power source 16 for applying a negative bias to the substrate 6.
  • the positive sides of both power supplies 15 and 16 are connected to the ground 18.
  • the evaporation source 1 is disposed in the vicinity of a target 2 having a disc shape (hereinafter, “disc shape” also includes a cylindrical shape having a predetermined height). It has a magnetic field forming means 7 and an anode 17 disposed on the outer periphery of the target 2.
  • the anode 17 is connected to the ground 18.
  • the vacuum chamber 11 is connected to the ground 18 and has the same potential as the anode 17, it can act as the anode 17. That is, the evaporation source 1 is a cathode discharge type arc evaporation source.
  • the target 2 is made of a material containing an element (for example, chromium (Cr), titanium (Ti), titanium aluminum (TiAl), or carbon (C)) selected according to a thin film to be formed on the substrate 6. Become.
  • an element for example, chromium (Cr), titanium (Ti), titanium aluminum (TiAl), or carbon (C)
  • the magnetic field forming means 7 has an outer peripheral magnet 3 disposed on the outer periphery of the target 2 and a back magnet 4 disposed on the back side of the target 2.
  • the outer circumference magnet 3 and the rear magnet 4 are arranged so that the polarity direction of the outer circumference magnet 3 and the polarity direction of the rear magnet 4 are the same.
  • the evaporation surface (surface on the substrate 6 side) of the target 2 is referred to as “front surface”, and the opposite surface is referred to as “rear surface” (see FIGS. 2 to 4).
  • the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 are constituted by permanent magnets formed of neodymium magnets having high magnetic holding power.
  • the outer peripheral magnet 3 has a ring shape and is arranged concentrically with the target 2.
  • the magnetization direction of the outer peripheral magnet 3 is arranged so as to be along the axis of the target 2 (so as to be along a direction orthogonal to the evaporation surface of the target 2). Further, at least a part of the shadow when the outer peripheral magnet 3 is projected in the radial direction is arranged to overlap the shadow when the target 2 is projected in the radial direction. That is, the outer peripheral magnet 3 is placed on the target 2 so that the shadows of the outer peripheral magnet 3 and the target 2 formed by projecting the outer peripheral magnet 3 and the target 2 in a direction parallel to the evaporation surface of the target 2 overlap each other. It is positioned.
  • the outer peripheral magnet 3 having a ring shape has been described.
  • the outer peripheral magnet 3 is not limited to the one having a ring shape, and may be provided at least in a ring shape.
  • a plurality of outer peripheral magnets 3 made of a permanent magnet having a cylindrical shape may be prepared, and the outer peripheral magnets 3 may be arranged in a ring shape (annular) so as to surround the outer periphery of the target 2.
  • “provided in a ring shape” means not only a configuration in which the outer peripheral magnet 3 itself has a ring shape but also a configuration in which a plurality of outer peripheral magnets 3 are arranged along the outer periphery of the target 2.
  • the back magnet 4 is arranged on the back side of the target 2 so that its magnetization direction is along the axis of the target 2 (so as to be along a direction orthogonal to the evaporation surface of the target 2).
  • the N poles of both the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 are arranged on the side close to the substrate 6, and the S poles of both the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 are arranged on the side far from the substrate 6.
  • the south poles of both the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 may be arranged on the side close to the substrate 6, and the north poles of both the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 may be arranged on the side far from the substrate 6.
  • the magnetic field forming means 7 has the configuration described above, a combination of a magnetic field formed by the outer peripheral magnet 3 provided so as to surround the outer periphery of the target 2 and a magnetic field formed by the rear magnet 4 on the back side of the target 2. This makes it possible to guide the magnetic lines of force in the direction of the substrate 6.
  • the back magnet 4 in the present embodiment can be a non-ring-shaped magnet such as a disk back magnet 4A described later or a ring-shaped magnet such as a ring back magnet 4B described below.
  • the “non-ring shape” refers to a solid material that is not filled with a hole in the radial direction like a donut, but includes a disk shape, a cylindrical shape, and the like.
  • a shape in which normals to all outer surfaces of the back magnet do not cross each other can be cited.
  • FIG. 2 shows the magnetic field forming means 7 in the first embodiment in which the back magnet 4 is a disc back magnet 4A (first permanent magnet) described later.
  • FIG. 3 shows the magnetic field forming means 7 in Example 2 in which the back magnet 4 is a ring back magnet 4B (ring permanent magnet) described later.
  • FIG. 4 shows the magnetic field forming means 7 in the third embodiment in which the disc back magnet 4A and the ring back magnet 4B are used as the back magnet 4 at the same time.
  • argon gas (Ar) or the like is introduced from the gas inlet 13.
  • impurities such as oxides on the target 2 and the substrate 6 are removed by sputtering
  • the inside of the vacuum chamber 11 is evacuated again, and then a reactive gas is introduced into the vacuum chamber 11 from the gas inlet 13.
  • a reactive gas is introduced into the vacuum chamber 11 from the gas inlet 13.
  • the plasma-ized target 2 is drawn into the surface of the substrate 6 so that a nitride film, an oxide film, a carbonized film, a carbonitride film, an amorphous carbon film or the like is formed on the substrate 6 placed on the turntable 12. Is deposited.
  • the reactive gas can be selected from hydrocarbon gases such as nitrogen gas (N 2 ), oxygen gas (O 2 ), or methane (CH 4 ) according to the intended use.
  • the pressure of the reaction gas in the vacuum chamber 11 is about 1 to 7 Pa.
  • Example 1 using the evaporation source 1 according to the present invention will be described.
  • the back magnet 4 is formed of a disk-shaped (cylindrical) permanent magnet (hereinafter referred to as “disk back magnet 4A (first permanent magnet)”). That is, the shadow shape (hereinafter referred to as “projection shape”) obtained by projecting the disk back magnet 4A along the direction orthogonal to the surface thereof is similar to the projection shape of the target 2. Further, the disk back magnet 4A is arranged so as to be concentric with the target 2 and is formed of a neodymium magnet having high magnetic coercive force, so that the entire magnetic field forming means 7 can be made compact.
  • disk back magnet 4A first permanent magnet
  • the diameter of the target 2 is 100 mm, and the thickness of the target 2 is 16 mm.
  • the target 2 is made of titanium aluminum (TiAl) having an atomic ratio of titanium (Ti) to aluminum (Al) of 1: 1.
  • the outer diameter of the outer peripheral magnet 3 is 170 mm, the inner diameter of the outer peripheral magnet 3 is 150 mm, and the thickness of the outer peripheral magnet 3 is 10 mm.
  • Example 1 the reaction gas is nitrogen (N 2 ), and the pressure of the reaction gas is 4 Pa.
  • the film formation time was 30 minutes.
  • a current of 150 A was applied by causing discharge from the target 2 using the arc power supply 15.
  • a negative voltage of 30 V was applied between the substrate 6 and the anode 17 using a bias power source 16.
  • the substrate 6 is a cemented carbide chip of 15 mm ⁇ 15 mm ⁇ 5 mm mirror-polished.
  • the substrate 6 was disposed at a position about 180 mm away from the surface of the target 2.
  • the temperature of the substrate 6 was 500 ° C.
  • the target 2 In the comparative technique shown in FIG. 5 (measurement example 1 for comparison), the target 2, the outer peripheral magnet 3, the arc current value, except that the electromagnetic coil 19 is disposed on the back side of the target 2,
  • the conditions regarding the reaction gas, the film formation time, the applied negative voltage, and the substrate 6 are the same.
  • a value obtained by multiplying the value of the current passed through the electromagnetic coil 19 by the number of turns of the electromagnetic coil 19 is 2000 A ⁇ T.
  • Measurement example 2 is a measurement example for comparison in the prior art that does not have the back magnet 4.
  • the disk back magnet 4A has a different shape (diameter and thickness), and the disk back magnet 4A is disposed at a different position (distance from the surface of the target 2 to the surface of the disk back magnet 4A).
  • the number of disc back magnets 4A is different, and film formation is performed under the conditions described above.
  • Table 1 shows the diameter of the disk back magnet 4A, the thickness of the back magnet 4A, the target 2 for each of the measurement examples 1 and 2 that are comparative techniques and the measurement examples 3 to 8 according to the example 1.
  • 3 shows the evaluation of the distance from the surface, the number of back magnets, the value of the current flowing through the substrate 6, and the deposition rate.
  • the film formation speed is proportional to the ionic current flowing through the substrate 6 due to arc discharge, so the larger the current value flowing through the substrate 6, the faster the film formation speed.
  • the current value proportional to the film formation rate is desirably 1.5 A or more, and therefore, 1.5 A or more was considered acceptable.
  • the residual stress of the thin film is formed on a Si wafer having a thickness of 1 mm, and the curvature radius of the deflection of the substrate 6 after the film formation is measured using an optical lever.
  • the residual stress of the thin film was calculated by As for the residual stress of the thin film, the absolute value was assumed to be 2.0 GPa or less assuming that the hard film for the cutting tool was peeled off.
  • sigma f is the residual stress
  • E s is Young's modulus of the substrate
  • t s is the curvature of the substrate thickness of the substrate
  • [nu s is Poisson's ratio of the substrate
  • t f is the thickness
  • R represents a state where a deflected Radius.
  • FIG. 5 is a magnetic field distribution diagram of Measurement Example 1
  • FIG. 6 is a magnetic field distribution diagram of Measurement Example 2.
  • the lines of magnetic force extending forward from the target 2 deviate greatly from the front direction of the target 2 (that is, toward the substrate 6).
  • the magnetic field lines farthest from the axis of the target 2 are already about 75 mm in the direction from the surface of the target 2 toward the substrate 6, and are already from the axis of the target 2. It can be seen that the distance is as large as 200 mm, that is, greatly deviated (see arrow A in FIG. 5).
  • the magnetic field line farthest from the axis of the target 2 has already deviated as much as 200 mm from the axis of the target 2 at a point where only about 45 mm has advanced from the surface of the target 2 toward the substrate 6. (See arrow B in FIG. 6).
  • the locus of ions also tends to deviate from the direction of the substrate 6.
  • the current values flowing through the substrate 6 in Measurement Example 1 and Measurement Example 2 were 1.1 A and 1.0 A, respectively, and the evaluation of the film formation rate was also rejected. Efficient film formation is difficult. In addition, the film formation rate is slow due to the fact that the ion trajectory deviates greatly from the substrate 6. Therefore, as shown in Table 1, the film residual stress values in Measurement Example 1 and Measurement Example 2 are -2.11 GPa and -2.23 GPa, respectively, and the evaluation of the film residual stress is also rejected. A film with a low thickness cannot be formed.
  • FIG. 7 is a magnetic field distribution diagram of Measurement Example 3
  • FIG. 8 is a magnetic field distribution diagram of Measurement Example 4
  • FIG. 9 is a magnetic force line distribution diagram of Measurement Example 5
  • FIG. 10 is a magnetic force line distribution diagram of Measurement Example 6.
  • 11 is a distribution diagram of magnetic lines of force in Measurement Example 7
  • FIG. 12 is a distribution diagram of magnetic lines of force in Measurement Example 8.
  • the magnetic field lines farthest from the axis of the target 2 must travel from the surface of the target 2 toward the substrate 6 to a point of about 90 to about 120 mm. No more than 200 mm away from the axis 2 (see, for example, arrow C in FIG. 7 and arrow D in FIG. 8), and more lines of magnetic force extend toward the substrate 6 of the target 2.
  • Measurement Example 3 to Measurement Example 8 there are components of magnetic lines of force directly from the vicinity of the center of the target 2 toward the substrate 6 (see, for example, the arrow E in FIG. 7 and the arrow F in FIG. 8).
  • the line of magnetic force closest to the axis of the target 2 is 20 mm from the axis of the target 2 even if it is a point advanced 200 mm in the direction from the surface of the target 2 toward the substrate 6.
  • 7 see, for example, arrow C ′ in FIG. 7 and arrow D ′ in FIG. 8
  • away from the axis of the target 2 by about 24 mm or more at the same point arrow A ′ in FIG. 5
  • 6 see arrow B ′ in FIG. 6
  • the values of the current flowing through the substrate 6 in Measurement Example 3 to Measurement Example 8 are all 1.5 A or more, and the evaluation of the film formation rate is acceptable. Therefore, in measurement example 3 to measurement example 8, compared with measurement example 1 and measurement example 2, the film formation rate is faster and efficient film formation is possible.
  • the absolute values of the film residual stresses according to Measurement Example 3 to Measurement Example 8 all show 2.0 GPa or less, the evaluation of the film residual stress is also passed, and the formation of a film with low residual stress is possible. It becomes possible.
  • the diameter of the disk back magnet 4A in Measurement Example 3 is 40 mm, and the area of the surface facing the target 2 (hereinafter simply referred to as “surface”) of the disk back magnet 4A is 400 ⁇ mm 2 . Therefore, the area of the surface of the disk back magnet 4A is 0.16 times (16/100) of the surface area 2500 ⁇ mm 2 of the target 2.
  • the diameter of the disk back magnet 4A in Measurement Example 4 is 80 mm, and the surface area of the disk back magnet 4A is 1600 ⁇ mm 2 . Therefore, the surface area of the disc back magnet 4A is 0.64 times (64/100) the surface area 2500 ⁇ mm 2 of the target 2.
  • the magnetic force line distribution diagram of the measurement example 4 has more magnetic force lines toward the substrate 6 than the magnetic force line distribution diagram of the measurement example 3.
  • the value of the flowing current is also larger in measurement example 4 than in measurement example 3, and it can be seen that film formation speed is faster in measurement example 4 than in measurement example 3.
  • the area of the surface of the disk back magnet 4A is preferably 0.64 times (64/100) or more of the area of the surface of the target 2, and more preferably the area of the surface of the target 2 (that is, the surface of the target 2). Is 1.0 times the area of).
  • the upper limit of the diameter of the disc back magnet 4A is preferably 1.5 times the diameter of the target 2. That is, the upper limit of the surface area of the disc back magnet 4A is 2. It is preferably 25 times (9/4).
  • the diameter and thickness of the disc back magnet 4A are the same, but the distance from the surface of the target 2 to the surface of the disc back magnet 4A is different. Specifically, the distance from the target 2 surface in Measurement Example 5 is 40 mm, the distance from the target 2 surface in Measurement Example 6 is 50 mm, and the distance from the target 2 surface in Measurement Example 7 is 60 mm.
  • the difference in distance is that the value of the current flowing through the substrate 6 in measurement example 6 is larger than that in measurement examples 5 and 7, and the film formation speed in measurement example 6 is the same as in measurement examples 5 and 5. It is faster than Example 7 and leads to the result that the residual stress of the film in Measurement Example 6 is smaller than that of Measurement Example 5 and Measurement Example 7.
  • the arc discharge receives a force that moves in a direction perpendicular to the component of the magnetic field lines in the direction parallel to the surface of the target 2 (hereinafter referred to as “parallel component”) (that is, in the direction of the substrate 6). This is because the moving speed is proportional to the strength of the parallel component of the magnetic field lines.
  • parallel component of the magnetic field lines is strong in that the component of the magnetic field lines perpendicular to the surface of the target 2 (hereinafter referred to as “perpendicular component”) is 0 (including values near 0; the same applies hereinafter).
  • perpendicular component is 0 (including values near 0; the same applies hereinafter).
  • arc discharge tends to occur preferentially at the point where the vertical component of the magnetic field lines becomes zero.
  • the point at which this vertical component becomes 0 is determined by the distance from the surface of the target 2 to the surface of the disc back magnet 4A, but when the distance is close, there is a tendency for arc discharge to occur at the outer periphery, and ions are generated outside.
  • the point where the vertical component of the lines of magnetic force becomes zero allows the ions to efficiently reach the substrate 6 by the central portion.
  • the magnetic field lines on the surface of the target 2 and the magnetic field lines extending in the direction of the substrate 6 become weak and ions cannot be efficiently transported. It is thought that the residual stress was reduced.
  • disk back magnet 4A (first permanent magnet) having a diameter of 100 mm and a thickness of 3 mm is arranged at a distance of 50 mm from the surface of target 2. Another difference is that another disk back magnet 4A (second permanent magnet) having the same shape and the same diameter is arranged behind 4A and coaxially.
  • the value of the current flowing through the substrate 6 of measurement example 8 is larger than that of measurement example 6, the film formation rate of measurement example 8 is faster than that of measurement example 6, and the residual stress of the film of measurement example 8 is measured. Can be made smaller.
  • Example 2 Another embodiment using the evaporation source 1 according to the present invention will be described.
  • a ring-shaped permanent magnet (hereinafter referred to as “ring back magnet 4B (ring permanent magnet)”) is arranged as the back magnet 4, and the inside of the ring back magnet 4B (on the inner peripheral surface of the ring back magnet 4B).
  • ring back magnet 4B ring permanent magnet
  • the projected shape of the outer periphery and the inner periphery of the ring back magnet 4B is similar to the projected shape of the target 2.
  • the ring back magnet 4B is arranged so as to be concentric with the target 2 and is formed of a neodymium magnet having a high magnetic holding power, so that the entire magnetic field forming means 7 can be made compact.
  • the outer diameter and inner diameter of the ring-shaped back magnet 4 are different for each measurement example.
  • the thickness of the ring back magnet 4B is 20 mm, the distance from the surface of the target 2 to the surface of the ring back magnet 4B is 30 mm, and these thicknesses and distances are the same in each measurement example. Other conditions are the same as in the first embodiment.
  • the outer diameter of the ring back magnet 4B is 40 mm, and the inner diameter of the ring back magnet 4B is 20 mm.
  • the outer diameter of the ring back magnet 4B is 170 mm, and the inner diameter of the ring back magnet 4B is 150 mm.
  • the outer peripheral magnet 3 and the ring back magnet 4B are arranged on the same axis, and the outer peripheral magnet 3 and the ring back magnet 4B have the same inner diameter and outer diameter.
  • Table 2 shows the outer diameter, inner diameter, and thickness of the ring back magnet 4B, the distance from the surface of the target 2 and the number of the measurement examples 2 and 9, which are comparative techniques, and the measurement example 10 according to the example 2.
  • the values of the current flowing through the substrate 6, the evaluation of the deposition rate, the residual stress value of the film, and the evaluation of the residual stress of the film are shown.
  • the measurement example 9 shows a comparison technique with respect to the present invention, and the ring back magnet 4B obtained when the ring back magnet 4B and the target 2 are projected along the direction perpendicular to the evaporation surface of the target 2. The shadows of the target 2 overlap each other.
  • the inner diameter of the ring back magnet 4B arranged on the back side of the target 2 is small, and the configuration is outside the scope of the technical idea according to the present invention.
  • the ions since the number of magnetic lines of force induced to the substrate 6 is small, the ions cannot be efficiently converged, and the current value flowing through the substrate 6 becomes smaller than 1.5 A, and the film formation speed is low. Evaluation is rejected.
  • the ring back magnet 4B and the target 2 are projected along the direction perpendicular to the evaporation surface of the target 2, the shadows of the ring back magnet 4B and the target 2 obtained do not overlap each other. It has become.
  • the inner diameter of the ring back magnet 4 ⁇ / b> B is larger than the outer diameter of the target 2.
  • the lines of magnetic force extend from the target 2 toward the substrate 6 and ions can efficiently reach the substrate 6, so the evaluation of the film formation rate is acceptable, and the film formation rate is higher than in measurement example 2. (See Table 2).
  • the evaluation of the film residual stress is also passed, and a film having a small film residual stress can be formed.
  • FIG. 13 is a magnetic field distribution diagram of the arc evaporation source of the measurement example 9
  • FIG. 14 is a magnetic force distribution diagram of the measurement example 10 according to the second embodiment. As shown in these drawings, it can be seen that the lines of magnetic force tend to be directed toward the substrate 6 as the outer diameter of the ring back magnet 4B is increased.
  • the third embodiment is a case in which a disc back magnet 4A that is a first permanent magnet and a ring back magnet 4B (ring permanent magnet) that is a ring-shaped permanent magnet are used as the back magnet 4 at the same time.
  • the disc back magnet 4A and the ring back magnet 4B are arranged concentrically with the target 2.
  • the disk back magnet 4A is disposed inside the ring back magnet 4B (within the range surrounded by the inner peripheral surface of the ring back magnet 4B).
  • the polarities of the outer peripheral magnet 3, the disc back magnet 4A, and the ring back magnet 4B are directed in the same direction.
  • the shape (diameter, outer diameter, inner diameter, thickness) of the disc back magnet 4A and the ring back magnet 4B and the distance from the surface of the target 2 are different for each measurement example. Other conditions are the same as in the first embodiment.
  • the ring back magnet 4B in Example 3 is formed by arranging a plurality of cylindrical permanent magnets in a ring shape so as to surround the periphery of the disk back magnet 4A on the back side of the target 2.
  • Measurement Example 11 and Measurement Example 12 are common in that the disk back magnet 4A having the same shape is used, and the thickness of the ring back magnet 4B and the distance from the surface of the target 2 are different.
  • the measurement example 12 and the measurement example 15 are common in that the disk back magnet 4A and the ring back magnet 4B having the same shape (arrangement) are used, and the distance between the disk back magnet 4A and the ring back magnet 4B from the surface of the target 2 is the same. There is a difference.
  • the measurement example 13 and the measurement example 14 use the ring back magnet 4B and the disk back magnet 4A having the same shape (arrangement) and have the same distance from the surface of the target 2 of the ring back magnet 4B. In common, there is a difference in the diameter and thickness of the disc back magnet 4A.
  • the outer peripheral magnet 3 and the ring back magnet 4B have the same inner diameter and outer diameter.
  • Table 3 shows the measurement examples 12 to 16 in Example 3, the shapes of the two back magnets 4, the distance and number from the surface of the target 2, the value of the current flowing through the substrate 6, the evaluation of the film formation rate, The evaluation of the residual stress value and the residual stress of the film is shown.
  • FIG. 15 is a magnetic field distribution diagram of the arc evaporation source of measurement example 11
  • FIG. 16 is a magnetic field distribution diagram of the arc evaporation source of measurement example 12
  • FIG. 17 is a magnetic force distribution of the arc evaporation source of measurement example 13.
  • FIG. 18 is a distribution diagram of magnetic field lines of the arc evaporation source of the measurement example 14, and
  • FIG. 19 is a distribution map of magnetic field lines of the arc evaporation source of the measurement example 15.
  • more magnetic lines of force extend from the vicinity of the center of the target 2 in the direction directly toward the substrate 6 and the side farthest from the axis of the target 2. Magnetic field lines are converged in a direction toward the substrate 6.
  • Measurement Example 11 to Measurement Example 15 ions can efficiently reach the substrate 6 and all the evaluations of the film formation rate are acceptable, and the film formation rate can be further increased.
  • the measurement examples 11 to 15 are arranged, a point where the vertical component of the magnetic field lines is 0 is generated on the target 2, and arc discharge can be stably generated at this point. If the discharge is too close to the outside, the ion generation position is too close to the outside as described above, and the generated ions cannot travel along the magnetic field lines extending from the center of the target 2 toward the substrate 6. The film rate tends to decrease.
  • the position of the point where the vertical component is 0 is determined by the size and position of the disk back magnet 4A and the ring back magnet 4B installed on the back side, the film is formed by appropriately selecting these positions and sizes. The speed can be increased.
  • the film is formed by increasing the diameter of the disk back magnet 4A relative to the diameter of the target 2. You can see that the speed increases.
  • arc discharge tends to preferentially discharge at the point where the vertical component of the magnetic field lines becomes zero, but the moving speed of the arc spot at that time is basically the parallel component of the magnetic field lines at that point. Is proportional to the strength of And when an arc spot moves at high speed, generation
  • the parallel component of the magnetic force line is strong at the point where the vertical component of the magnetic force line is 0.
  • the strength of the parallel component of the magnetic force line is preferably 5 Gauss or more, more preferably 20 Gauss or more, More preferably, it is 50 Gauss or more.
  • the strength of the parallel component of the magnetic lines of force needs to be 200 Gauss or less, and more preferably 100 Gauss or less.
  • the absolute value of the film residual stress in each of measurement examples 11 to 15 was 2.0 GPa or less, and the evaluation of the film residual stress was passed.
  • the arc evaporation source of Measurement Example 15 it is possible to form a film with low residual stress.
  • the size of the disc back magnet 4A with respect to the diameter of the target 2 is not particularly limited, and can be arbitrarily selected depending on the position where the vertical component of the magnetic field lines is desired to be generated. It is.
  • an electromagnetic coil may be installed on these coaxial cores in addition to the disk back magnet 4A and the ring back magnet 4B.
  • the film-forming method (film manufacturing method) in the present Example is only the composition of the target 2 to be used, according to the above-described Comparative Measurement Example 2 and Measurement Example 11 of Example 3 according to the present invention. It has changed.
  • composition analysis of the formed film was performed using EDX (elemental analyzer).
  • Tables 4 and 5 show composition ratios obtained by removing nitrogen from the composition analysis results.
  • the analysis conditions are an acceleration voltage of 20 kV, a working distance of 15 mm, and an observation magnification of 1000 times.
  • measurement example 11 it can be seen that the deviation (difference) between the composition of target 2 and the composition ratio of Al and Ti in the film is smaller than in measurement example 2.
  • the magnetic lines of force are induced from the target 2 toward the substrate 6, so that the ion particles evaporated from the target 2 can efficiently reach the substrate 6. Therefore, the deviation of the composition ratio between the target 2 and the formed film can be reduced.
  • the film manufacturing method forms the film on the substrate 6 using the arc evaporation source 1 described above, so that the substrate 2 can be used even if the target 2 containing two or more elements is used. 6, the difference between the composition ratio of each element in the film on 6 and the composition ratio of each element in the target 2 becomes small, so that the composition of the film can be accurately controlled based on the composition of the target 2.
  • composition of the target 2 can include at least one of Al, Ti, and Cr.
  • the target 2 may have any shape other than a disk shape.
  • the projected shape of the target 2 may be a point-symmetric figure (square, hexagon, etc.), and the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 are arranged concentrically with respect to the target 2 at that time. It does not have to be. However, it is preferable that the outer peripheral magnet 3 and the rear magnet 4 are arranged so that their central axes (the rotation axes when the outer peripheral magnet 3 and the rear magnet 4 are rotationally symmetric bodies) pass through the target 2.
  • the target 2 may have a shape (an ellipse, a rectangle, or the like) having a projection shape having a longitudinal direction.
  • the projection shape of the target 2 is an ellipse
  • the diameter may be read as a long side and a short side
  • the projection shape is a rectangle
  • the diameter may be read as a long side and a short side.
  • the outer peripheral magnet 3 only needs to surround the outer periphery of the target 2.
  • a ring-shaped permanent magnet having a shape that follows the projected shape of the target 2.
  • an outer peripheral magnet 3 made of an elliptical permanent magnet formed so as to surround the target 2 can be employed.
  • the outer peripheral magnet 3 surrounds the target 2 with a point-symmetric shape (square, hexagon, etc.) or a shape with a longitudinal direction (ellipse, rectangle, etc.) according to the projected shape of the target 2. It may be.
  • the back magnet 4 may have any shape other than a disk shape or a circular ring shape, a projected shape is point-symmetric (square, hexagon, etc.), and a projected shape has a longitudinal direction (ellipse, rectangle, etc.) Alternatively, it may be a ring-shaped permanent magnet having these shapes as projected shapes on the outer periphery and the inner periphery.
  • the projected shape of the back magnet 4 is preferably similar to the projected shape of the target 2.
  • outer peripheral magnets 3 and rear magnets 4 may be provided.
  • An arc evaporation source is an arc evaporation source that evaporates a surface of a target by arc discharge, and is provided so as to surround an outer periphery of the target, and a magnetization direction thereof is perpendicular to the surface of the target.
  • an outer peripheral magnet is disposed on the outer periphery of the target, and a magnet having the same polarity as the outer peripheral magnet is disposed on the back side of the target. And a repulsive magnetic field is formed by both magnets on the surface of the target.
  • the back magnet provided on the back side of the target is a permanent magnet
  • a solenoid coil is provided on the back side of the target
  • the lines of magnetic force are generated only from the inner part of the coil, so that the area where the lines of magnetic force are generated tends to be small and the lines of magnetic force tend to diffuse.
  • not a solenoid coil but a non-ring-shaped permanent magnet is used as a back magnet, so that lines of magnetic force are generated from a wide area of the back magnet facing surface (surface facing the target).
  • the straightness of magnetic lines of force improves.
  • strong magnetic field lines are generated also from the central part (opposing surface) of the magnets, so that the magnetic field lines directed to the substrate on which the film is to be formed can be increased.
  • the number of lines of magnetic force induced on the substrate is increased, and the film formation rate can be improved and a film having a small residual stress can be formed.
  • the back magnet is provided between the first permanent magnet and the target or on the back side of the first permanent magnet, and is arranged at a distance from the first permanent magnet.
  • the second permanent magnet has a polarity of the second permanent magnet and a polarity of the outer peripheral magnet in the same direction, and the second permanent magnet It is good also as arrange
  • the first permanent magnet and the second permanent magnet are arranged at intervals in series, so that the straightness of the magnetic field lines is improved and the number of magnetic field lines is increased. As a result, the number of lines of magnetic force induced on the substrate is increased, and the film formation rate can be further improved to form a film having a small residual stress.
  • the back magnet is provided in a ring shape so that the polarity of the back magnet is in the same direction as the polarity of the outer peripheral magnet, and the magnetization direction of the back magnet is along the direction perpendicular to the surface of the target.
  • the “permanent magnet provided in a ring shape” means not only a single permanent magnet having a ring shape but also a plurality of permanent magnets arranged in a ring shape. Further, the “ring shape” is not limited to a perfect circle and includes an ellipse and a polygon.
  • the ring permanent magnet can form magnetic lines of high rectilinearity inside the ring, by providing a ring permanent magnet larger than the target, the linearity of the magnetic lines improves over a wide range in front of the target. As a result, the number of magnetic lines of force induced on the substrate increases, and the film formation rate can be further improved, and a film having a small residual stress can be formed.
  • the outer peripheral magnet and the rear magnet form a magnetic field having a point at which a component of a magnetic force line in a direction perpendicular to the surface of the target becomes 0 on the surface of the target.
  • the target may be a disc shape
  • the outer peripheral magnet may be a permanent magnet provided in a ring shape.
  • the surface area of the first permanent magnet is one quarter or more of the surface area of the target.
  • the direction of the lines of magnetic force changes greatly depending on the substrate direction, and some of the lines of magnetic force directly from the surface of the target to the substrate Therefore, ions evaporated from the target can be more efficiently guided to the substrate.
  • the shape of the shadow of the first permanent magnet obtained by projecting the first permanent magnet in a direction perpendicular to the surface thereof is the shape of the shadow of the target obtained by projecting the target in a direction perpendicular to the surface thereof. It is good also as being similar.
  • Another arc evaporation source is an arc evaporation source that evaporates the surface of the target by arc discharge, and is provided so as to surround the outer periphery of the target, and the magnetization direction thereof is the surface of the target. And at least one outer peripheral magnet disposed along a direction orthogonal to the target, and a rear magnet disposed on the back side of the target, wherein the rear magnet has a polarity of the rear magnet and a polarity of the outer peripheral magnet.
  • the ring permanent magnet is a permanent magnet provided in a ring shape so that the magnetization direction of the back magnet is along the direction orthogonal to the surface of the target, and the ring permanent magnet and the The shadow of the ring permanent magnet obtained by projecting the target along the direction perpendicular to the surface of the target and the shadow of the target must not overlap each other. It is characterized in.
  • the “permanent magnet provided in a ring shape” means not only a single permanent magnet having a ring shape but also a plurality of permanent magnets arranged in a ring shape. Further, the “ring shape” is not limited to a perfect circle and includes an ellipse and a polygon.
  • the ring permanent magnet obtained by projecting the ring permanent magnet and the target along a direction perpendicular to the surface of the target and the shadow of the target do not overlap each other, that is, arranged on the back side of the target.
  • Another arc evaporation source is an arc evaporation source that evaporates the surface of the target by arc discharge, and is provided so as to surround the outer periphery of the target, and the magnetization direction thereof is the surface of the target. And at least one outer peripheral magnet disposed along a direction orthogonal to the target, and a rear magnet disposed on the back side of the target, wherein the rear magnet has a polarity of the rear magnet and a polarity of the outer peripheral magnet.
  • the rear magnet has a polarity of the rear magnet and a polarity of the outer peripheral magnet.
  • the outer peripheral magnet is arranged so as to surround the periphery of the target, and the back magnet having the same direction as the polarity of the outer peripheral magnet and having the same magnetization direction as that of the outer periphery magnet is disposed on the back side of the target
  • the permanent magnet which comprises a back magnet has high magnetism retention power, it is not necessary to enlarge a mechanism and it can achieve size reduction.
  • the back magnet may be ring-shaped.
  • the magnetic field lines in front of the target extend toward the substrate, and ions can efficiently reach the substrate.
  • the outer circumference of the back magnet is smaller than the outer circumference of the target, the magnetic lines of force tend to deviate outwardly with respect to the direction toward the substrate. Since there is a magnetic line component extending in the direction of the ions, ions can be efficiently converged. Further, when the outer diameter is larger than the outer periphery of the target, the lines of magnetic force tend to move toward the substrate as a whole, and ions are converged in the direction toward the substrate.
  • the back magnet includes a first permanent magnet and a ring permanent magnet which is a permanent magnet provided in a ring shape, and the first permanent magnet includes the polarity of the first permanent magnet and the outer peripheral magnet.
  • the first permanent magnet includes the polarity of the first permanent magnet and the outer peripheral magnet.
  • the ring permanent magnet includes the polarity of the ring permanent magnet and the polarity of the ring permanent magnet. It may be arranged so that the polarity of the outer peripheral magnet is in the same direction and the magnetization direction of the ring permanent magnet is along a direction perpendicular to the surface of the target.
  • the magnetic force component near the center of the target extends in the direction directly toward the substrate, and the outer magnetic force component converges in the direction toward the substrate.
  • the first permanent magnet has a non-ring shape having a facing surface disposed toward the back surface of the target, and the facing surface of the first permanent magnet is at the outer periphery thereof. It is preferable that it consists of a continuous surface over the entire enclosed region.
  • the back magnet since the non-ring-shaped permanent magnet having a facing surface composed of a continuous surface over the entire region surrounded by the outer peripheral edge is used as the back magnet, not the solenoid coil, the back magnet is opposed. Magnetic field lines are generated from a wide area of the surface (the surface facing the target), and the straightness of the magnetic field lines is improved. Furthermore, by using a non-ring-shaped permanent magnet, strong magnetic field lines are generated also from the central part (opposing surface) of the magnets, so that the magnetic field lines directed to the substrate on which the film is to be formed can be increased.
  • the facing surface of the first permanent magnet is preferably a surface parallel to the surface of the target. If it does in this way, a line of magnetic force can be arranged equally to the surface of the 1st permanent magnet. Furthermore, if the facing surface of the first permanent magnet is a flat surface, the lines of magnetic force extending from the facing surface of the first permanent magnet can be more effectively aligned in the direction toward the target.
  • the second permanent magnet has a non-ring shape having a facing surface disposed toward the back surface of the target, and the facing surface of the second permanent magnet is an outer peripheral edge thereof. It is preferable that it consists of a continuous surface over the entire enclosed region.
  • the first permanent magnet and the second permanent magnet are arranged in series with an interval therebetween, thereby improving the straightness of the magnetic field lines and increasing the number of magnetic field lines.
  • the number of lines of magnetic force induced on the substrate is increased, and the film formation rate can be further improved to form a film having a small residual stress.
  • the method for producing a film according to the present invention is characterized in that the above-described arc evaporation source is used to evaporate a target containing two or more elements to form a film containing the two or more elements.
  • composition of the film is accurately determined based on the composition of the target. Can be controlled.
  • the method for producing a film according to the present invention uses the arc evaporation source described above to evaporate a target containing at least one element of Al, Ti, and Cr, and nitrides of the element
  • the carbide or carbonitride film is formed to have a thickness of 5 ⁇ m or more.
  • the present invention can be used as an arc evaporation source of a film forming apparatus for forming a thin film.

Abstract

　アーク式蒸発源において、磁力線を基板方向に誘導して成膜速度を速くする。　ターゲット２の外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向がターゲット２の表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石３と、ターゲット２の背面側に配置される背面磁石４とを備えている。背面磁石４は、その極性が外周磁石３の極性と同方向に向き、且つ、背面磁石４の磁化方向がターゲット２の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を有している。

Description

アーク式蒸発源及びこれを用いた皮膜の製造方法
　本発明は、機械部品等の耐摩耗性などの向上のために窒化物及び酸化物などのセラミック膜及び非晶質炭素膜等の薄膜を形成する成膜装置に用いられるアーク式蒸発源、及びこのアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法に関するものである。
　従来、耐摩耗性、摺動特性及び保護機能の向上などの目的で機械部品、切削工具、摺動部品などの基板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いる。アークイオンプレーティング法としては、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する。そして、イオン化した物質を処理対象物である基板の表面に引き込むことにより、当該基板上に薄膜が形成される。このアーク式蒸発源は、ターゲットの蒸発速度が速く、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という特性を有するため、成膜時に基板にバイアスを印加することにより緻密な皮膜を形成することができる。したがって、アーク式蒸発源は、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。
　しかしながら、カソード（ターゲット）とアノードとの間でアーク放電を生じさせる場合、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、この溶融材料が処理対象物に付着して、面粗度を悪化させることがある。
　このように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：電気的に中性な溶滴）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。
　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、イオン化するため、ターゲットから基板に向かうイオンの軌跡は、ターゲットと基板との間の磁界に影響されるという問題がある。
　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いる。例えば、特許文献１では、ターゲットの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が開示されている。特許文献２では、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板に向かう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を発生させるための機構（電磁コイル）を配置する技術が開示されている。特許文献３では、アーク式蒸発源のターゲットの背面の中心に永久磁石を設置し、それを取り巻くように極性の異なるリング磁石をターゲットの背面側に配置し、アーク放電を閉じこめるような磁場成分を形成するとともに、リング磁石とほぼ同じ直径の電磁コイルを設ける技術が開示されている。特許文献４では、ターゲットの周囲に配置されたリング状磁石と背面の電磁コイルとによりターゲットの表面に平行な磁場を形成する技術が開示されている。
　しかしながら、特許文献１の磁力発生機構によれば、ターゲットの表面からの磁力線がリング状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板方向に向かって伸びる磁力線が基板方向から大きくそれているため、蒸発してイオン化されたターゲットを構成する物質は、効率的に基板に到達できない。
　また、特許文献２に記載の技術では、磁力線が基板方向に向かって伸びるものの、ターゲットと基板との間に大型の電磁コイルを配置する必要があるため、必然的にターゲットと基板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、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が、特許文献３に開示された配置では、磁場の垂直成分が０となる点が永久磁石とリング磁石のほぼ中間部分にトラップされるため、電磁コイルを使用しても、その点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、特許文献３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ため、ターゲットから放出されたイオンを基板に向けて効率的に収束することができない。
　そして、特許文献４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のみを開示しており、この実施形態では、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るため、効率的なイオンの収束はできないと思われる。また、アークプラズマの放電を高速に移動させるためにはターゲット表面に平行な磁場の強度を高くする必要があるが、そのためには電磁コイル（あるいは磁性体ヨーク）を大型化するとともにこの電磁コイルに対して大電流を供給するための構成を要するため、蒸発源が大型化し、産業上好ましくない。
　なお、図５は、特許文献４に記載された技術（ターゲットの背面にその直径よりも内径が小さい電磁コイルを配置し、この電磁コイルの内径側にコアを配置する技術、以下単に「比較技術」という）の磁力線分布図を示している。
特開２０００－３２８２３６号公報 特開平０７－１８００４３号公報 特開２００７－０５６３４７号公報 特表２００４－５２３６５８号公報
　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。
　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、アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される非リング状の第１の永久磁石を有することを特徴とする。
　また、本発明に係る他のアーク式蒸発源は、アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うようにリング状に設けられた永久磁石であるリング永久磁石を有し、前記リング永久磁石と前記ターゲットとを前記ターゲットの表面に垂直な方向に沿って投影して得られる前記リング永久磁石の影及び前記ターゲットの影は、互いに重ならないことを特徴とする。
　また、本発明に係る他のアーク式蒸発源は、アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される永久磁石からなることを特徴とする。
　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、２種類以上の元素を含むターゲットを蒸発させて、前記２種以上の元素を含む皮膜を形成することを特徴とする。
　また、本発明に係る皮膜の製造方法は、上述のアーク式蒸発源を用いて、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒの元素のうちの少なくとも１種の元素を含むターゲットを蒸発させて、前記元素の窒化物、炭化物または炭窒化物の皮膜を５μｍ以上の厚さとなるように形成することを特徴とする。
　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。
本発明の一実施形態に係るアーク式蒸発源を備えた成膜装置の概要図である。 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。 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。 本発明の実施例３、４に係るアーク式蒸発源の概要図である。 比較技術（比較用の測定例１）のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 比較用の測定例２のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 本発明の実施例１に係る測定例３のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例４のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例５のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例６のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例７のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例８のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 比較用の測定例９のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 本発明の実施例２に係る測定例１０のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 本発明の実施例３に係る測定例１１のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例１２のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例１３のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例１４のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 測定例１５のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。
　以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
　以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。
　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）が備えられた成膜装置５が示されている。
　成膜装置５は、真空チャンバ１１を備えている。真空チャンバ１１内には、処理物である基板６を支持する回転台１２と、基板６に向けて取り付けられた蒸発源１とが配備されている。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。
　加えて、成膜装置５は、ターゲット２に負のバイアスを印加するためのアーク電源１５と、基板６に負のバイアスを印加するためのバイアス電源１６とを備えている。両電源１５、１６の正極側は、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７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に接続されている。また、真空チャンバ１１は、グランド１８に接続されて前記アノード１７と同電位とされているため、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。
　ターゲット２は、基板６上に形成しようとする薄膜に応じて選択された元素（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）を含む材料からなる。
　磁界形成手段７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。外周磁石３及び背面磁石４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じ方向となるように配置されている。
　なお、ターゲット２の蒸発面（基板６側の面）を「前面」、その反対側の面を「背面」とする（図２～図４参照）。
　これら外周磁石３及び背面磁石４は、磁性の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、リング状の形状を有し、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の蒸発面と直交する方向に沿うように）配置されている。また、外周磁石３を径方向に投影したときの影の少なくとも一部は、ターゲット２を径方向に投影したときの影に重なるように配置されている。すなわち、ターゲット２の蒸発面と平行な方向に外周磁石３及びターゲット２を投影することにより形成される外周磁石３及びターゲット２の影が互いに重なるように、外周磁石３は、ターゲット２に対して位置決めされている。
　なお、上記の説明では、リング形状を有する外周磁石３について説明したが、外周磁石３は、リング形状を有するものに限定されず、少なくともリング状に設けられていればよい。具体的には、例えば、円柱形状を有する永久磁石からなる外周磁石３を複数個準備し、これら外周磁石３をターゲット２の外周を取り囲むようにリング状（環状）に配置してもよい。つまり、「リング状に設けられ」とは、外周磁石３自体がリング形状を有する構成だけでなく、複数の外周磁石３をターゲット２の外周に沿って並べた構成も含む意味である。
　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の蒸発面と直交する方向に沿うように）、ターゲット２の背面側に配置されている。
　図２～図４においては、外周磁石３及び背面磁石４双方のＮ極を基板６に近い側に配置するとともに、外周磁石３及び背面磁石４双方のＳ極を基板６から遠い側に配置しているが、これに限定されることはない。具体的に、外周磁石３及び背面磁石４双方のＳ極を基板６に近い側に配置するとともに、外周磁石３及び背面磁石４双方のＮ極を基板６から遠い側に配置してもよい。
　磁界形成手段７が前述した構成であるため、ターゲット２の外周を取り囲むように設けられた外周磁石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との組合せにより、磁力線を基板６方向に誘導することが可能となる。
　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のように非リング状のものや、後述のリング背面磁石４Ｂのようにリング状のものを適用することができる。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。また、「非リング状」のより好ましい形状としては、背面磁石の全ての外側面に対する法線が互いに交わらないような形状が挙げられる。
　なお、図２は、背面磁石４を後述する円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）とした実施例１における磁界形成手段７を示している。図３は、背面磁石４を後述するリング背面磁石４Ｂ（リング永久磁石）とした実施例２における磁界形成手段７を示している。また、図４は、背面磁石４として、円盤背面磁石４Ａとリング背面磁石４Ｂとを同時に用いた実施例３における磁界形成手段７を示している。
　次に、蒸発源１が備えられた成膜装置５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及び基板６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から真空チャンバ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て反応ガスと反応させる。そして、プラズマ化されたターゲット２が基板６の表面に引き込まれることにより、回転台１２に置かれた基板６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が成膜される。
　なお、反応ガスとしては、窒素ガス（Ｎ２）、酸素ガス（Ｏ２）、又はメタン(ＣＨ４）などの炭化水素ガスの中から用途に合わせて選択することができる。また、真空チャンバ１１内の反応ガスの圧力は、１～７Ｐａ程度とする。成膜時には、アーク電源１５によりターゲット２とアノード１７との間に１０～３０Ｖの負電圧を印加するとともに、バイアス電源１６によりアノード１７と基板６との間に１０～２００Ｖの負電圧を印加することによって、ターゲット２からの放電を生じさせて、１００～２００Ａのアーク電流が流れることになる。
［実施例１］
　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。
　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）で形成されている。つまり、円盤背面磁石４Ａをその表面と直交する方向に沿って投影した影の形状（以下、「投影形状」という）は、ターゲット２の投影形状と相似する。また、円盤背面磁石４Ａは、ターゲット２と同心軸状となるように配置され、磁性の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７全体をコンパクトにすることができる。
　ターゲット２の直径は、１００ｍｍで、ターゲット２の厚さは、１６ｍｍである。ターゲット２は、チタン（Ｔｉ）とアルミ（Ａｌ）との原子比が１：１であるチタンアルミ（ＴｉＡｌ）からなる。
　外周磁石３の外径は、１７０ｍｍであり、外周磁石３の内径は、１５０ｍｍであり、外周磁石３の厚さは、１０ｍｍである。
　実施例１において、反応ガスは、窒素（Ｎ２）であり、反応ガスの圧力は、４Ｐａである。成膜時間は、３０分とした。アーク電源１５を使用してターゲット２からの放電を生じさせることにより、１５０Ａの電流を流した。基板６とアノード１７との間にバイアス電源１６を用いて３０Ｖの負電圧を印加した。基板６は、１５ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの鏡面研磨した超硬合金のチップである。基板６は、ターゲット２の表面から約１８０ｍｍ離れた位置に配置した。基板６の温度は、５００℃とした。
　また、図５に示した比較技術（比較用の測定例１とする）においても、ターゲット２の背面側に電磁コイル１９を配置している以外は、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板６に関する条件は同様である。電磁コイル１９に流す電流値と電磁コイル１９の巻き数とを乗じた値は、２０００Ａ・Ｔとしている。
　測定例２は、背面磁石４を有しない従来技術で比較用の測定例である。
　測定例３～測定例８では、円盤背面磁石４Ａを異なる形状（直径、厚み）とし、円盤背面磁石４Ａを異なる位置（ターゲット２の表面から円盤背面磁石４Ａの表面までの距離）に配置し、又は円盤背面磁石４Ａの数量を異なる数量とし、前述した条件下にて成膜を行っている。
　表１は、比較技術である測定例１及び測定例２と、実施例１に係る測定例３～測定例８とのそれぞれについて、円盤背面磁石４Ａの直径、背面磁石４Ａの厚さ、ターゲット２の表面からの距離、背面磁石の個数、基板６に流れる電流値、及び成膜速度の評価を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、基板６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板６に流れるイオン電流に比例するため、基板６に流れる電流値が大きいほど成膜速度が速い。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。
　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、成膜後の基板６のたわみの曲率半径を光てこを利用して測定し、数式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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　この数式１において、σｆは残留応力、Eｓは基板のヤング率、ｔｓは基板の厚み、νｓは基板のポアソン比、ｔｆは膜厚、Ｒはたわんだ状態での基板の曲率半径である。
　まず、各測定例における磁力線分布図について考察する。
　図５は、測定例１の磁力線分布図であり、図６は、測定例２の磁力線分布図である。図５及び図６に示さるように、測定例１及び測定例２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、基板６方向）から大きくそれている。
　詳しくは、測定例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は、ターゲット２の表面から基板６に向かう方向に約７５ｍｍ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５中の矢印Ａ参照）。
　測定例２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は、ターゲット２表面から基板６方向に約４５ｍｍ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６中の矢印Ｂ参照）。
　このように、ターゲット２から前方に向かって伸びる磁力線が基板６方向から大きくそれるために、イオンの軌跡も基板６方向からそれる傾向にある。
　その結果、表１に示したように、測定例１、測定例２での基板６に流れる電流値は、それぞれ１．１Ａ、１．０Ａ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、イオンの軌跡が基板６から大きくそれることに起因して、成膜速度が遅くなる。したがって、表１に示したように、測定例１、測定例２における皮膜残留応力値は、それぞれ－２．１１ＧＰａ、－２．２３ＧＰａを示し、皮膜残留応力の評価も不合格となり、皮膜残留応力の低い皮膜を形成できない。
　図７は測定例３の磁力線分布図であり、図８は測定例４の磁力線分布図であり、図９は測定例５の磁力線分布図であり、図１０は測定例６の磁力線分布図であり、図１１は測定例７の磁力線分布図であり、図１２は測定例８の磁力線分布図である。これらの図から明らかなように、測定例３～測定例８は磁力線を基板６方向に誘導することが可能となっている。
　つまり、測定例３～測定例８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は、ターゲット２表面から基板６に向かう方向に約９０～約１２０ｍｍの地点まで進まなくては、ターゲット２の軸心から２００ｍｍ以上離れることはなく（例えば、図７中の矢印Ｃ、図８中の矢印Ｄ参照）、より多くの磁力線がターゲット２の基板６方向へ向かって伸びている。
　測定例３～測定例８では、ターゲット２の中心付近から直接基板６に向かう磁力線の成分（例えば、図７中の矢印Ｅ、図８中の矢印Ｆ参照）が存在している。また、測定例３～測定例８において、ターゲット２の軸心に最も近い側の磁力線は、ターゲット２表面から基板６に向かう方向に２００ｍｍ進んだ地点であっても、ターゲット２の軸心から２０ｍｍほどしか離れておらず（例えば、図７中の矢印Ｃ’、図８中の矢印Ｄ’参照）、同地点でターゲット２の軸心から約２４ｍｍ以上離れている（図５中の矢印Ａ’、図６中の矢印Ｂ’参照）測定例１及び測定例２と比較して、基板６に対してより多くの磁力線が直接伸びていることがわかる。
　その結果、表１に示したように、測定例３～測定例８における基板６に流れる電流値は、いずれも１．５Ａ以上となり、成膜速度の評価は、合格となっている。したがって、測定例３～測定例８では、測定例１及び測定例２と比較して成膜速度が速く、効率的な成膜が可能となる。また、測定例３～測定例８に係る皮膜残留応力の絶対値は、いずれも２．０ＧＰａ以下を示すため、皮膜残留応力の評価も、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。
　測定例３と測定例４とを比較する。
　測定例３における円盤背面磁石４Ａの直径は、４０ｍｍであり、円盤背面磁石４Ａのターゲット２と対向する表面（以下、単に「表面」という）の面積は、４００πｍｍ２である。したがって、円盤背面磁石４Ａの表面の面積は、ターゲット２の表面の面積２５００πｍｍ２の０．１６倍（１００分の１６）となる。
　測定例４における円盤背面磁石４Ａの直径は、８０ｍｍであり、円盤背面磁石４Ａの表面の面積は、１６００πｍｍ２である。したがって、円盤背面磁石４Ａの表面の面積は、ターゲット２の表面の面積２５００πｍｍ２の０．６４倍（１００分の６４）となる。
　そして、図７、図８及び表１に示されたように、測定例４の磁力線分布図は測定例３の磁力線分布図と比べより多くの磁力線が基板６方向に向かっており、基板６に流れる電流値も測定例４の方が測定例３よりも大きく、測定例４は測定例３よりも成膜速度が速いことがわかる。
　したがって、円盤背面磁石４Ａの表面の面積は、ターゲット２の表面の面積の０．２５倍（４分の１）以上である場合には、より多くの磁力線がターゲット２の軸心からそれることなく基板６へ直接伸びることから、より効率的にターゲット２から蒸発したイオンを基板６に誘導することができる。
　なお、円盤背面磁石４Ａの表面の面積は、好ましくはターゲット２の表面の面積の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の表面の面積（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、円盤背面磁石４Ａの直径の上限は、ターゲット２の直径の１．５倍であることが好ましい、つまり、円盤背面磁石４Ａの表面の面積の上限は、ターゲット２の表面の面積の２．２５倍（４分の９）であることが好ましい。
　測定例５～測定例７を比較する。
　円盤背面磁石４Ａの直径及び厚さは、同一であるものの、ターゲット２の表面から円盤背面磁石４Ａの表面までの距離が異なっている。詳しくは、測定例５におけるターゲット２表面からの距離は４０ｍｍであり、測定例６におけるターゲット２表面からの距離は５０ｍｍであり、測定例７におけるターゲット２表面からの距離は６０ｍｍである。
　この距離の違いは、表１に示されたように、測定例６における基板６に流れる電流値が測定例５及び測定例７よりも大きく、測定例６における成膜速度が測定例５及び測定例７よりも速く、測定例６における皮膜の残留応力が測定例５及び測定例７よりも小さいという結果に結びついている。
　これは、アーク放電はターゲット２の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（つまり基板６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ためである。なお、磁力線の平行成分は、ターゲット２の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の表面から円盤背面磁石４Ａ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より、イオンを効率的に基板６へと到達させることができる。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板６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で最も成膜速度が早く、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、円盤背面磁石４Ａ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、円盤背面磁石４Ａのターゲット２の表面からの距離を変化させることにより、磁力線の平行成分の強さを調節できるとともに、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。
　測定例８は、測定例６と同様に、直径１００ｍｍで厚さ３ｍｍの円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）をターゲット２の表面から５０ｍｍの距離に配置しているが、この円盤背面磁石４Ａの背後で且つ同軸心上に同形状且つ同径の円盤背面磁石４Ａ（第２の永久磁石）をもう１枚配置していることが相違している。
　これによって、背面側に配置された円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）から生じる磁力線の直進性がいっそう向上し、より多くの磁力線が基板６へ直接伸びることとなる。したがって、測定例８の基板６に流れる電流値は、測定例６よりも大きくなり、測定例８の成膜速度は測定例６よりも速くなり、測定例８の皮膜の残留応力を測定例６よりも小さくすることが可能となる。
［実施例２］
　本発明に係る蒸発源１を用いたその他の実施例について説明する。
　実施例２は、背面磁石４としてリング状の永久磁石（以下、「リング背面磁石４Ｂ（リング永久磁石）」という）を配置し、リング背面磁石４Ｂの内側（リング背面磁石４Ｂの内周面に取り囲まれた範囲）に磁石を有していない例である。リング背面磁石４Ｂの外周及び内周の投影形状は、ターゲット２の投影形状と相似である。なお、リング背面磁石４Ｂは、ターゲット２と同心軸状となるように配置され、磁性の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７全体のコンパクト化が図れる。
　リング状の背面磁石４の外径及び内径は、各測定例ごとに異なっている。なお、リング背面磁石４Ｂの厚みは２０ｍｍであり、ターゲット２表面からリング背面磁石４Ｂ表面までの距離は３０ｍｍであり、これらの厚み及び距離は各測定例で同一としている。その他の条件は、実施例１と同様である。測定例９において、リング背面磁石４Ｂの外径は４０ｍｍであり、リング背面磁石４Ｂの内径は２０ｍｍである。測定例１０において、リング背面磁石４Ｂの外径は１７０ｍｍであり、リング背面磁石４Ｂの内径は１５０ｍｍである。なお、測定例１０において、外周磁石３とリング背面磁石４Ｂとは、同軸心上に配置され、且つ、外周磁石３及びリング背面磁石４Ｂは、同じ内径及び外径を有している。
　表２は、比較技術である測定例２及び測定例９と、実施例２に係る測定例１０とについて、リング背面磁石４Ｂの外径、内径、厚さ、ターゲット２表面からの距離及び個数、基板６に流れる電流値、成膜速度の評価、皮膜の残留応力値及び皮膜の残留応力の評価を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　測定例２については、前述したように、基板６に流れる電流値が１．０Ａであるため成膜速度の評価は不合格であり、成膜速度が遅い。また、測定例９については、本発明に対する比較技術を示しており、ターゲット２の蒸発面に垂直な方向に沿ってリング背面磁石４Ｂとターゲット２とを投影した際に得られるリング背面磁石４Ｂ及びターゲット２の影が互いに重なるようになっている。換言すれば、測定例９では、ターゲット２の背面側に配置されるリング背面磁石４Ｂの内径が小さく、本発明に係る技術的思想の範囲外の構成となっている。この測定例９では、基板６に誘導される磁力線の数が少ないため、イオンを効率的に収束することが出来ず、基板６に流れる電流値は１．５Ａよりも小さくなり、成膜速度の評価は不合格となる。
　一方、測定例１０では、ターゲット２の蒸発面に垂直な方向に沿ってリング背面磁石４Ｂとターゲット２とを投影した際に、得られるリング背面磁石４Ｂ及びターゲット２の影が互いに重ならないようになっている。換言すれば、測定例１０では、リング背面磁石４Ｂの内径がターゲット２の外径よりも大きい。この測定例１０では、磁力線がターゲット２から基板６方向に伸びてイオンを基板６に効率的に到達させることができるため、成膜速度の評価は合格となり、測定例２に比べて成膜速度が速くなる（表２参照）。また、皮膜残留応力の評価も合格となり、皮膜残留応力の小さい皮膜の成膜が可能となる。
　図１３は、測定例９のアーク式蒸発源の磁力線分布図であり、図１４は、実施例２に係る測定例１０の磁力線分布図である。これらの図に示されたように、リング背面磁石４Ｂの外径を大きくするにつれて、磁力線は、基板６方向に向かう傾向にあることがわかる。
［実施例３］
　実施例３は、背面磁石４として、第１の永久磁石である円盤背面磁石４Ａと、リング状の永久磁石であるリング背面磁石４Ｂ（リング永久磁石）とを同時に用いた場合である。円盤背面磁石４Ａとリング背面磁石４Ｂとは、ターゲット２と同心軸状に配置されている。また、円盤背面磁石４Ａは、リング背面磁石４Ｂの内側（リング背面磁石４Ｂの内周面に取り囲まれた範囲内）に配置されている。そして、外周磁石３、円盤背面磁石４Ａ、及びリング背面磁石４Ｂの極性は、同方向に向けられている。
　円盤背面磁石４Ａ及びリング背面磁石４Ｂの形状（直径、外径、内径、厚み）及びターゲット２表面からの距離は、各測定例ごとに異なっている。その他の条件は、実施例１と同様である。
　なお、実施例３におけるリング背面磁石４Ｂは、複数の円柱状の永久磁石をターゲット２の背面側で円盤背面磁石４Ａの周囲を取り囲むようにリング状に配置することで形成している。
　測定例１１と測定例１２とは、同一形状の円盤背面磁石４Ａを使用する点で共通し、リング背面磁石４Ｂの厚み及びターゲット２の表面からの距離に違いがある。
　測定例１２と測定例１５とは、同一形状（配置）の円盤背面磁石４Ａ及びリング背面磁石４Ｂを使用する点で共通し、円盤背面磁石４Ａ及びリング背面磁石４Ｂのターゲット２の表面からの距離に違いがある。
　測定例１３と測定例１４とは、同一形状（配置）のリング背面磁石４Ｂ及び円盤背面磁石４Ａを使用する点、及び、リング背面磁石４Ｂのターゲット２の表面からの距離が同一である点で共通し、円盤背面磁石４Ａの直径及び厚みに違いがある。
　なお、測定例１１～１５のいずれにおいても、外周磁石３とリング背面磁石４Ｂとは、同じ内径及び外径を有している。
　表３は、実施例３における測定例１２～測定例１６について、２つの背面磁石４の形状、ターゲット２の表面からの距離及び個数、基板６に流れる電流値、成膜速度の評価、皮膜の残留応力値及び皮膜の残留応力の評価を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図１５は測定例１１のアーク式蒸発源の磁力線分布図であり、図１６は測定例１２のアーク式蒸発源の磁力線分布図であり、図１７は測定例１３のアーク式蒸発源の磁力線分布図であり、図１８は測定例１４のアーク式蒸発源の磁力線分布図であり、図１９は測定例１５のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。これらの図に示したように、測定例１１～測定例１５については、ターゲット２の中心付近からさらに多くの磁力線が直接基板６に向かう方向に伸びるとともに、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線が基板６に向かう方向に収束されている。したがって、測定例１１～測定例１５については、イオンを基板６に効率的に到達させることができ、成膜速度の評価はすべて合格であり、成膜速度をより速くすることができる。また、測定例１１～測定例１５の配置とすることにより、ターゲット２上に磁力線の垂直成分が０となる点が生じるため、この点においてアーク放電を安定して発生させることが出来るものの、アーク放電が外側に寄りすぎると、前述のようにイオンの発生位置が外側に寄りすぎて、発生したイオンがターゲット２の中央部から基板６に向かって伸びる磁力線に沿って進むことが出来ずに成膜レートは低下する傾向にある。ここで、垂直成分が０となる点の位置は、背面側に設置する円盤背面磁石４Ａ及びリング背面磁石４Ｂの大きさや位置により決まるため、これら位置や大きさを適宜選択することにより、成膜速度を大きくすることができる。
　測定例１１と測定例１２とを比較すると、リング背面磁石４Ｂの厚みを厚くし、ターゲット２の表面からの距離を小さくするほど、基板６に流れる電流値が増し成膜速度が速くなっている。
　測定例１２と測定例１５とを比較すると、円盤背面磁石４Ａ及びリング背面磁石４Ｂの形状は同一であるものの、ターゲット２の表面から円盤背面磁石４Ａの表面及びリング背面磁石４Ｂの表面までの距離が異なっている。
　測定例１３と測定例１４とを比べて、円盤背面磁石４Ａとリング背面磁石４Ｂとを同時に配置した場合であっても、ターゲット２の直径に対する円盤背面磁石４Ａの直径を大きくした方が成膜速度が速くなることがわかる。
　前述のように、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放電する傾向があるが、そのときのアークスポットの移動速度は、基本的にはその点における磁力線の平行成分の強さに比例する。そして、アークスポットが高速で移動する場合には、マクロパーティクル（電気的に中性な溶滴）の発生が抑制される。
　したがって、磁力線の垂直成分が０となる点における磁力線の平行成分は強い方が好適であり、具体的には磁力線の平行成分の強さが５Ｇａｕｓｓ以上であることが好ましく、より好ましくは２０Ｇａｕｓｓ以上、さらに好ましくは５０Ｇａｕｓｓ以上である。
　磁力線の平行成分が強すぎる場合には、磁界の拘束が強く放電エリアがきわめて狭くなるため、背面磁石４が移動手段を持たない場合にターゲット２が偏消耗することになる。この偏消耗を抑制するために、磁力線の平行成分の強さは、２００Ｇａｕｓｓ以下である必要があり、１００Ｇａｕｓｓ以下とすることがより好ましい。
　また、表３に示したように、測定例１１～測定例１５における皮膜残留応力の絶対値は、いずれも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、測定例１１～測定例１５のアーク式蒸発源を用いることにより、残留応力の低い皮膜の形成が可能となる。
　なお、背面磁石４の磁束をより効率的に基板６方向に導くために、鉄などの透磁率の高い材料（ヨーク）をターゲット２の背面側に背面磁石４とともに配置することも望ましい。
　円盤背面磁石４Ａとリング背面磁石４Ｂとを併用する場合には、円盤背面磁石４Ａのターゲット２の直径に対する大きさには特に制限は無く、磁力線の垂直成分を発生させたい位置により任意に選択可能である。
　また、ターゲット２の表面における磁力線の平行成分の発生する位置を制御するために、円盤背面磁石４Ａ及びリング背面磁石４Ｂに加えて、これらの同軸心上に電磁コイルを設置してもよい。
［実施例４］
　次に、本発明に係る蒸発源１を用いた実施例４について説明する。
　本実施例は、より多くの磁力線が基板６方向に向かうことにより、基板６上に形成された皮膜に含まれる元素の組成と、ターゲット２に含まれる元素の組成との相違が抑えられることを示す。また、本実施例における成膜方法（皮膜の製造方法）は、上述した比較用の測定例２と、本発明に係る実施例３の測定例１１とに従い、使用するターゲット２の組成のみをそれぞれ変更している。
　形成した皮膜の組成分析は、ＥＤＸ（元素分析装置）を用いて行った。表４及び表５は、組成分析結果から窒素を除いた組成比を示している。なお、分析条件は、加速電圧２０ｋＶ、作動距離１５ｍｍ、観察倍率１０００倍としている。
　また、表４に示す成膜方法で使用されたターゲット２の組成比はＡｌ：Ｔｉ＝５０：５０であり、表５に示す成膜方法で使用されたターゲット２の組成比はＡｌ：Ｔｉ＝７０：３０である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
  
　表４及び表５を参照して、比較用の測定例２では、ターゲット２の組成に比べて、皮膜中のＡｌ組成が小さくなっており、Ａｌの量が多いＡｌ：Ｔｉ＝７０：３０の試験（表５）ではその変化が顕著である。
　一方、本発明に係る測定例１１では、測定例２に比べて、ターゲット２の組成と皮膜中のＡｌとＴｉの組成比のずれ（相違）が小さくなっていることが分かる。このように、本発明によるアーク式蒸発源１によれば、ターゲット２から基板６方向に磁力線を誘導しているため、ターゲット２から蒸発したイオン粒子を基板６に効率的に到達させることができるため、ターゲット２と形成した皮膜の組成比のずれを小さくすることが出来る。
　つまり、本実施例に係る皮膜の製造方法は、上述したアーク式蒸発源１を用いて基板６上に皮膜を形成することで、２種類以上の元素を含むターゲット２を使用しても、基板６上の皮膜中における各元素の組成比とターゲット２中の各元素の組成比との違いが小さくなるので、ターゲット２の組成に基づいて皮膜の組成を精確に制御することができる。
　さらに、従来は基板６上で膜厚を厚くすると残留応力により剥離しやすい皮膜しか得られなかったが、上述したアーク式蒸発源１によれば、残留応力の小さい皮膜を形成することができるので、５μｍ以上の厚さでも剥離しにくい実用的な厚膜が得られる。
　なお、ターゲット２の組成は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちの少なくとも１種を含むものとすることができる。
　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、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。
　具体的には、ターゲット２の投影形状が、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及び背面磁石４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及び背面磁石４は、それらの中心軸（外周磁石３及び背面磁石４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。
　また、ターゲット２は、投影形状が長手方向を有した形状（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、上述のようにターゲット２が円形以外の投影形状を有する場合には、ターゲット２の投影形状に沿う形を有する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）からなる外周磁石３を採用することができる。
　例えば、外周磁石３は、ターゲット２の投影形状に応じて、点対称な形状（正方形、六角形等）、又は長手方向を有した形状（楕円、長方形等）を有してターゲット２を囲うものであってもよい。
　背面磁石４は、円盤状や円形のリング状以外の任意の形状でもよく、投影形状が点対称な形状（正方形、六角形等）、投影形状が長手方向を有した形状（楕円、長方形等）、又はこれらの形状を外周及び内周の投影形状とするリング状の永久磁石であってもよい。
　なお、背面磁石４の投影形状は、ターゲット２の投影形状と相似であることが好ましい。
　また、外周磁石３、背面磁石４をそれぞれ複数備えていてもよい。
　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
　本発明に係るアーク式蒸発源は、アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される非リング状の第１の永久磁石を有することを特徴とする。
　本発明では、ターゲットの表面（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、ターゲットの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、ターゲットの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。
　ここで、本発明では、ターゲットの背面側に設けられた背面磁石を永久磁石としているため、多くの磁力線を基板方向に誘導することが可能となる。仮にターゲットの背面側にソレノイドコイルを設ける場合、磁力線が発生するのはコイルの内側部分からのみであるので、磁力線の発生する面積が小さくなって、磁力線が拡散する傾向がある。これに対して、本発明では、ソレノイドコイルではなく、非リング状の永久磁石を背面磁石として使用しているため、背面磁石の対向面（ターゲットと対向する面）の広い領域から磁力線が発生し、磁力線の直進性が向上する。さらに、非リング状の永久磁石を使用することにより、磁石の中心部分（対向面）からも強い磁力線が発生するので、皮膜の形成対象である基板へ向かう磁力線を多くすることができる。
　これらの結果、基板に誘導される磁力線の数が増加し、成膜速度を向上させるとともに、残留応力の小さい皮膜を形成することができる。
　好ましくは、前記背面磁石は、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設けられるとともに、前記第１の永久磁石と間隔を空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、前記第２の永久磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記第２の永久磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置されることとしてもよい。
　このように、第１の永久磁石と第２の永久磁石とが直列に間隔を空けて配置されることにより、磁力線の直進性が向上し、且つ、磁力線の数も増える。その結果、基板に誘導される磁力線の数が増加し、さらに成膜速度を向上させ、残留応力の小さい皮膜を形成することができる。
　また、前記背面磁石は、前記背面磁石の極性が前記外周磁石の極性と同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うようにリング状に設けられた永久磁石であるリング永久磁石をさらに有し、前記リング永久磁石と前記ターゲットとを前記ターゲットの表面に垂直な方向に沿って投影して得られる前記リング永久磁石の影及び前記ターゲットの影は、互いに重ならないこととしてもよい。
　なお、本発明において、「リング状に設けられた永久磁石」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。
　リング永久磁石は、直進性の高い磁力線をリング内側に形成することができるので、ターゲットよりも大きなリング永久磁石を設けることにより、ターゲット前方の広い範囲にわたって磁力線の直進性が向上する。その結果、基板に誘導される磁力線の数が増加し、成膜速度をさらに向上させるともに、残留応力の小さい皮膜を形成することができる。
　また、前記外周磁石及び前記背面磁石は、前記ターゲットの表面に対して垂直な方向の磁力線の成分が０となる点を持つ磁界を前記ターゲットの表面上に形成することが好適である。
　アーク放電は磁場の垂直成分（ターゲットの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ため、外周磁石及び背面磁石によって形成された磁界においてターゲットの表面上で磁力線の垂直成分が０となる点が生じさせることにより、その点で優先的にアーク放電が起こり、アーク放電をその点で安定化させることができる。
　さらに、前記ターゲットは、円盤状であり、前記外周磁石は、リング状に設けられた永久磁石であることとしてもよい。
　そして、前記第１の永久磁石の表面の面積は、前記ターゲットの表面の面積の４分の１以上であることが好ましい。
　このように背面磁石の表面の面積をターゲットの表面の面積の４分の１以上とすることにより、磁力線の向きが基板方向により大きく変化するとともに、一部の磁力線が直接ターゲットの表面から基板方向に直接伸びることになるため、より効率的にターゲットから蒸発したイオンを基板に誘導することができる。
　さらに好ましくは、前記第１の永久磁石をその表面と直交する方向に投影した前記第１の永久磁石の影の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に投影した前記ターゲットの影の形状と相似であることとしてもよい。
　また、本発明に係る他のアーク式蒸発源は、アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うようにリング状に設けられた永久磁石であるリング永久磁石を有し、前記リング永久磁石と前記ターゲットとを前記ターゲットの表面に垂直な方向に沿って投影して得られる前記リング永久磁石の影及び前記ターゲットの影は、互いに重ならないことを特徴とする。
　なお、本発明において、「リング状に設けられた永久磁石」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。
　このように、リング内側に直進性の高い磁場を形成できるリング永久磁石と外周磁石とを直列に配置することにより、基板に誘導される磁力線の数が増加し、成膜速度を向上させるとともに、残留応力の小さい皮膜を形成することができる。
　ここで、リング永久磁石と前記ターゲットとをターゲットの表面に垂直な方向に沿って投影して得られるリング永久磁石及びターゲットの影が互いに重ならないように、すなわち、ターゲットの背面側に配置されるリング永久磁石をターゲットよりも大きくすることにより、基板方向へ向かう磁力線の直進性が向上し、基板に誘導される磁力線の数がさらに増加する。
　また、本発明に係る他のアーク式蒸発源は、アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される永久磁石からなることを特徴とする。
　このように、ターゲットの周囲を取り囲むように外周磁石を配置するとともに、この外周磁石の極性と同方向の極性を有するとともに前記外周磁石の磁化方向と同じ磁化方向を有する背面磁石をターゲットの背面側に配置することにより、磁力線を基板方向に誘導することが可能となる。また、背面磁石を構成する永久磁石は、磁性の保持力が高いため、機構を大型にする必要がなく、コンパクト化が図れる。
　前記背面磁石は、リング状であることとしてもよい。
　これにより、ターゲット前方の磁力線が基板方向に伸び、イオンを基板に効率的に到達させることができる。背面磁石の外周がターゲットの外周よりも小さい場合、磁力線は、基板に向かう方向に対して外側にそれる傾向にあるが、背面磁石をリング状に形成することによりターゲットの中心部分から直接基板に向かう方向に伸びる磁力線成分が存在するために、イオンが効率的に収束できる。また、外径がターゲットの外周よりも大きくなる場合には全体として、磁力線が基板に向かう傾向にあり、イオンの基板へ向かう方向への収束がもたらされる。
　さらに、前記背面磁石は、第１の永久磁石とリング状に設けられた永久磁石であるリング永久磁石とを含み、前記第１の永久磁石は、前記第１の永久磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記第１の永久磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置され、前記リング永久磁石は、前記リング永久磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記リング永久磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置されてもよい。
　これにより、ターゲットの中心付近の磁力線成分が直接基板に向かう方向に伸びるとともに、外側の磁力線成分がより基板に向かう方向に収束される。
　前記アーク式蒸発源において、前記第１の永久磁石は、前記ターゲットの背面に向けて配置される対向面を有する非リング状とされ、前記第１の永久磁石の対向面は、その外周縁で囲まれた領域の全体にわたって連続する面からなることが好ましい。
　この構成によれば、ソレノイドコイルではなく、外周縁で囲まれた領域の全体にわたって連続する面からなる対向面を有する非リング状の永久磁石を背面磁石として使用しているため、背面磁石の対向面（ターゲットと対向する面）の広い領域から磁力線が発生し、磁力線の直進性が向上する。さらに、非リング状の永久磁石を使用することにより、磁石の中心部分（対向面）からも強い磁力線が発生するので、皮膜の形成対象である基板へ向かう磁力線を多くすることができる。
　なお、前記第１の永久磁石の対向面としては、ターゲットの表面と平行する面であることが好ましい。このようにすれば、第１の永久磁石の表面に対して均等に磁力線を配置することができる。さらに、第１の永久磁石の対向面を平坦面とすれば、第１の永久磁石の対向面から伸びる磁力線をより有効にターゲットに向かう方向に沿わせることができる。
　前記アーク式蒸発源において、前記第２の永久磁石は、前記ターゲットの背面に向けて配置される対向面を有する非リング状とされ、前記第２の永久磁石の対向面は、その外周縁で囲まれた領域の全体にわたって連続する面からなることが好ましい。
　この構成によれば、第１の永久磁石と第２の永久磁石とが直列に間隔を空けて配置されることにより、磁力線の直進性が向上し、且つ、磁力線の数も増える。その結果、基板に誘導される磁力線の数が増加し、さらに成膜速度を向上させ、残留応力の小さい皮膜を形成することができる。
　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、２種類以上の元素を含むターゲットを蒸発させて、前記２種以上の元素を含む皮膜を形成することを特徴とする。
　これにより、複数の元素を含む皮膜を形成した場合に、ターゲット中の各元素の組成比と皮膜中の各元素の組成比の違いが小さくなるので、ターゲットの組成に基づいて皮膜の組成を精確に制御することができる。
　また、本発明に係る皮膜の製造方法は、上述のアーク式蒸発源を用いて、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒの元素のうちの少なくとも１種の元素を含むターゲットを蒸発させて、前記元素の窒化物、炭化物または炭窒化物の皮膜を５μｍ以上の厚さとなるように形成することを特徴とする。
　これにより、従来は膜厚を厚くすると残留応力により剥離しやすい皮膜しか得られなかったが、上述したアーク式蒸発源によれば、残留応力の小さい皮膜を形成することができるので、５μｍ以上の厚さでも剥離しにくい実用的な厚膜が得られる。
　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。
　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　円盤背面磁石
　４Ｂ　リング背面磁石
　５　　成膜装置
　６　　基板
　７　　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　　測定例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　　測定例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　　測定例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　　測定例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
　Ａ’　測定例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’　測定例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’　測定例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’　測定例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　　測定例３にてターゲット中心付近から直接基板に向かう磁力線の成分を示す矢印
　Ｆ　　測定例４にてターゲット中心付近から直接基板に向かう磁力線の成分を示す矢印

Claims (18)

  1. 　アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、
    　前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、
    　前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、
    　前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される非リング状の第１の永久磁石を有することを特徴とするアーク式蒸発源。
  2. 　前記背面磁石は、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設けられるとともに、前記第１の永久磁石と間隔を空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、前記第２の永久磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記第２の永久磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置され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. 　前記背面磁石は、前記背面磁石の極性が前記外周磁石の極性と同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うようにリング状に設けられた永久磁石であるリング永久磁石をさらに有し、
    　前記リング永久磁石と前記ターゲットとを前記ターゲットの表面に垂直な方向に沿って投影して得られる前記リング永久磁石の影及び前記ターゲットの影は、互いに重ならないことを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
  4. 　前記外周磁石及び前記背面磁石は、前記ターゲットの表面に対して垂直な方向の磁力線の成分が０となる点を持つ磁界を前記ターゲットの表面上に形成することを特徴とする請求項１に記載のアーク式蒸発源。
  5. 　前記ターゲットは、円盤状であり、
    　前記外周磁石は、リング状に設けられた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。
  6. 　前記第１の永久磁石の表面の面積は、前記ターゲットの表面の面積の４分の１以上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。
  7. 　前記第１の永久磁石をその表面と直交する方向に投影した前記第１の永久磁石の影の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に投影した前記ターゲットの影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。
  8. 　アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、
    　前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、
    　前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、
    　前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うようにリング状に設けられた永久磁石であるリング永久磁石を有し、
    　前記リング永久磁石と前記ターゲットとを前記ターゲットの表面に垂直な方向に沿って投影して得られる前記リング永久磁石の影及び前記ターゲットの影は、互いに重ならないことを特徴とするアーク式蒸発源。
  9. 　前記ターゲットは、円盤状であり、
    　前記外周磁石は、リング状に設けられた永久磁石であることを特徴とする請求項８に記載のアーク式蒸発源。
  10. 　アーク放電によりターゲットの表面を蒸発させるアーク式蒸発源であって、
    　前記ターゲットの外周を取り囲むように設けられ、その磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される少なくとも１つの外周磁石と、
    　前記ターゲットの背面側に配置される背面磁石とを備え、
    　前記背面磁石は、前記背面磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置される永久磁石からなることを特徴とするアーク式蒸発源。
  11. 　前記背面磁石は、リング状であることを特徴とする請求項１０に記載のアーク式蒸発源。
  12. 　前記背面磁石は、第１の永久磁石とリング状に設けられた永久磁石であるリング永久磁石とを含み、
    　前記第１の永久磁石は、前記第１の永久磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記第１の永久磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置され、
    　前記リング永久磁石は、前記リング永久磁石の極性と前記外周磁石の極性とが同方向に向き、且つ、前記リング永久磁石の磁化方向が前記ターゲットの表面と直交する方向に沿うように配置されることを特徴とする請求項１０に記載のアーク式蒸発源。
  13. 　前記外周磁石及び前記背面磁石は、前記ターゲットの表面に対して垂直な方向の磁力線の成分が０となる点を持つ磁界を前記ターゲットの表面上に形成していることを特徴とする請求項１０に記載のアーク式蒸発源。
  14. 　前記ターゲットは、円盤状であり、
    　前記外周磁石は、リング状に設けられた永久磁石であることを特徴とする請求項１０に記載のアーク式蒸発源。
  15. 　前記背面磁石の表面の面積は、前記ターゲットの表面の面積の４分の１以上であることを特徴とする請求項１０に記載のアーク式蒸発源。
  16. 　前記背面磁石をその表面と直交する方向に沿って投影した影の形状は、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影の形状と相似することを特徴とする請求項１０に記載のアーク式蒸発源。
  17. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源を用い、２種類以上の元素を含むターゲットを蒸発させて、前記２種以上の元素を含む皮膜を形成することを特徴とする皮膜の製造方法。
  18. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源を用いて、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒの元素のうちの少なくとも１種の元素を含むターゲットを蒸発させて、前記元素の窒化物、炭化物または炭窒化物の皮膜を５μｍ以上の厚さとなるように形成することを特徴とする皮膜の製造方法。
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