WO2011161903A1 - 成膜速度が速いアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法及び成膜装置 - Google Patents

成膜速度が速いアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法及び成膜装置 Download PDF

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evaporation source
permanent magnet
arc
magnet
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信一 谷藤
山本　兼司
誉 野村
好徳 黒川
直行 後藤
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株式会社神戸製鋼所
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus that is used for improving wear resistance of machine parts and the like and forms a thin film such as a ceramic film such as a nitride and an oxide, and an amorphous carbon film.
  • the present invention also relates to an arc evaporation source used in the film forming apparatus and a film manufacturing method using the arc evaporation source.
  • arc ion plating As a technique for coating thin films on the surface of base materials such as machine parts, cutting tools, and sliding parts for the purpose of improving wear resistance, sliding characteristics and protection functions
  • the physical vapor deposition method is widely known.
  • a cathode discharge arc evaporation source is used.
  • the cathode discharge type arc evaporation source generates arc discharge on the surface of the target which is a cathode.
  • the substance which comprises a target is melt
  • the thin film is formed by drawing the ionized substance into the surface of the base material which is a processed material.
  • This arc evaporation source has a high evaporation rate and a high ionization rate of the material constituting the evaporated target. Therefore, a dense film can be formed by applying a bias to the substrate during film formation. 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 (macro particles) released from the arc spot tends to be suppressed when the arc spot moves at high speed.
  • the moving speed of the arc spot is affected by the magnetic field applied to the target.
  • target atoms evaporated by arc discharge are highly ionized and ionized in arc plasma.
  • the trajectory of ions from the target toward the substrate is affected by the magnetic field between the target and the substrate.
  • a compressive stress remains in principle in a film obtained by PVD film formation such as film formation by a cathode discharge arc evaporation source.
  • This compressive stress tends to increase as the film becomes thicker.
  • ⁇ 2 GPa compressive stress ⁇ 2 GPa
  • the adhesion of the coating to the tool is lowered and the film is easily peeled off. If it becomes possible to increase the thickness of the coating on the cutting tool, the life of the cutting tool can be extended. However, it is difficult to increase the thickness of the film for the reasons described above.
  • Patent Document 1 describes an arc evaporation source having a ring-shaped magnetic force generation mechanism (permanent magnet, electromagnetic coil) disposed around a target and applying a vertical magnetic field to the target surface.
  • Patent Document 2 describes an ion plating apparatus having a magnetic force generation mechanism (electromagnetic coil) disposed in front of a target so that a substance constituting an ionized target is efficiently converged in the direction of the substrate. Yes.
  • Patent Document 3 a permanent magnet installed at the center position on the back of the target, a ring magnet disposed on the back of the target so as to surround the permanent magnet, and having a polarity different from that of the permanent magnet, arc discharge is disclosed.
  • an evaporation source for an arc ion plating apparatus that forms a confining magnetic field component and includes an electromagnetic coil having substantially the same diameter as the ring magnet.
  • Patent Document 4 describes an arc vapor deposition apparatus that has a ring-shaped magnet disposed around a target and an electromagnetic coil disposed on the back surface of the target, and forms a magnetic field parallel to the target surface by the electromagnetic coil. Has been.
  • the magnetic lines of force from the surface of the target extend toward the magnet on the side of the target. Therefore, many of the ions are induced in the direction toward the magnet. Furthermore, the magnetic lines of force extending in the direction of the base material in front of the target go in a direction that greatly deviates from the base material. Therefore, the target material evaporated and ionized cannot efficiently reach the substrate.
  • Patent Document 4 only an embodiment in which the inner diameter of the electromagnetic coil is smaller than the diameter of the target is described. In this case, the magnetic field lines tend to diverge from the target toward the outside, and it is considered that efficient ion focusing cannot be performed. Moreover, in the arc vapor deposition apparatus described in Patent Document 4, the arc plasma discharge is moved at a high speed in order to obtain a strength required for a magnetic field parallel to the target surface. Therefore, in combination with the electromagnetic coil (or magnetic yoke), it is necessary to supply a large current to the large electromagnetic coil, which results in an increase in the size of the evaporation source, which is not industrially preferable.
  • 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 forming speed, a film manufacturing method and a film forming apparatus using the arc evaporation source.
  • the present invention provides an arc evaporation source for melting the target by generating an arc discharge on the surface of the target, surrounding the outer periphery of the target and having a magnetization direction thereof.
  • At least one outer peripheral magnet disposed along a direction orthogonal to the surface of the target, and disposed on the back side of the target, having a polarity in the same direction as the polarity of the outer peripheral magnet and having a magnetization direction of the target
  • a non-ring-shaped second permanent magnet disposed along a direction orthogonal to the surface; and a magnetic body disposed between the first permanent magnet and the second permanent magnet.
  • the present invention also provides a method for producing a film, including a film forming step of forming a film using the arc evaporation source.
  • the present invention provides a film forming apparatus comprising the arc evaporation source and an arc power source that applies a voltage for generating arc discharge to the arc evaporation source.
  • the film forming speed of the film forming apparatus using the arc evaporation source can be increased.
  • FIG. 6 is a distribution diagram of magnetic lines of force of an arc evaporation source of Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a distribution diagram of magnetic lines of force of an arc evaporation source of Comparative Example 2.
  • FIG. 6 is a magnetic force line distribution map of the arc type evaporation source of comparative example 3.
  • FIGS. 9A and 9B are views taken along line AA in FIG. 9, in which FIG. 9A is a diagram in which arc-type evaporation sources are linearly arranged, and FIG. 9B is a diagram in which arc-type evaporation sources are non-linearly arranged. . It is a top view of the film-forming apparatus of 3rd Embodiment provided with multiple arc type evaporation sources. It is a top view of the film-forming apparatus of 4th Embodiment provided with two each of the arc type evaporation sources and the sputtering type evaporation sources.
  • FIG. 1 shows a film forming apparatus 6 of a first embodiment provided with an arc evaporation source 1 (hereinafter referred to as an evaporation source 1) according to an embodiment of the present invention.
  • an arc evaporation source 1 hereinafter referred to as an evaporation source 1
  • the film forming apparatus 6 includes a vacuum chamber 11, a turntable 12 that is provided in the vacuum chamber 11 and supports a base material 7 that is an object to be processed, and a part of the turntable 12 is provided in the vacuum chamber 11 and There are provided an evaporation source 1 attached to the surface, an arc power source 15 for applying a negative bias to the evaporation source 1, and a bias power source 16 for applying a negative bias to the substrate 7.
  • 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 arc power supply 15 applies a negative bias to the target 2 of the evaporation source 1 described later.
  • the positive electrode of the arc power supply 15 and the positive side of the bias power supply 16 are each connected to a 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 8 and an anode 17 arranged on the outer periphery of the target 2.
  • the anode 17 is connected to the ground 18, and the vacuum chamber 11 having the same potential as the anode 17 can also function 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 (for example, chromium (Cr), titanium (Ti), titanium aluminum (TiAl), or carbon (C)) selected according to a thin film to be formed on the base material 7. ing.
  • a material for example, chromium (Cr), titanium (Ti), titanium aluminum (TiAl), or carbon (C)
  • the magnetic field forming means 8 includes an outer peripheral magnet 3 disposed so as to surround the outer periphery of the target 2, and a back magnet 4 and a magnetic body 5 disposed on the back side of the target 2.
  • the outer peripheral magnet 3 and the rear magnet 4 are arranged so that the direction of the polarity of the outer peripheral magnet 3 and the direction of the polarity of the rear magnet 4 are the same direction.
  • the outer peripheral magnet 3 is provided in the vacuum chamber 11, and the back magnet 4 and the magnetic body 5 are provided outside the vacuum chamber 11.
  • the evaporation surface (surface on the base material 7 side) of the target 2 is referred to as “front surface”, and the opposite surface is referred to as “rear surface” (see FIGS. 2 and 3).
  • the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 are composed of permanent magnets formed of neodymium magnets having high holding power.
  • the outer peripheral magnet 3 has a ring shape and is arranged so as to be concentric with the target 2.
  • the magnetization direction of the outer peripheral magnet 3 is arranged along the axis of the target 2 (so as to be perpendicular to the evaporation surface of the substance constituting the target 2). Further, the outer peripheral magnet 3 is arranged so that the projection surface in the radial direction of the outer peripheral magnet 3 overlaps the projection surface in the radial direction of the target 2. That is, the outer peripheral magnet 3 is arranged so that shadows 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.
  • the outer peripheral magnet 3 may be formed by arranging a plurality of cylindrical permanent magnets in an annular shape so as to surround the outer periphery of the target 2. That is, the “ring shape” includes a state in which a plurality of magnets 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 the magnetization direction is along the axis of the target 2 (so as to be perpendicular to the evaporation surface of the substance constituting the target 2).
  • the back magnet 4 has the same polarity as that of the outer peripheral magnet 3. Specifically, in FIGS. 2 and 3, for each of the outer magnet 3 and the back magnet 4, the polarity on the side closer to the base material 7 is the N pole, and the polarity on the side far from the base material 7 is the S pole. . Conversely, the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4 may be arranged so that the polarity on the side closer to the base material 7 becomes the S pole and the polarity on the side far from the base material 7 becomes the N pole.
  • the magnetic field forming means 8 has the configuration described above. Therefore, the direction of the lines of magnetic force toward the substrate 7 is determined by the combination of the magnetic field formed by the outer peripheral magnet 3 provided on the outer periphery of the target 2 and the magnetic field formed by the rear magnet 4 provided on the back side of the target 2. It becomes possible to guide to.
  • the back magnet 4 in the present embodiment is a non-ring-like one like disk back magnets 4A and 4B described later.
  • the “non-ring shape” refers to a solid material that is not filled with a hole in the radial direction, such as a donut shape, and includes a disk shape, a cylindrical shape, and the like.
  • non-ring-like means a shape in which no normals facing outward from the surface intersect each other.
  • FIG. 2 shows the magnetic field forming means 8 according to the first embodiment.
  • the back magnet 4 includes a disk back magnet 4A (first permanent magnet) and another disk back magnet 4B (second permanent magnet) disposed behind the disk back magnet 4A.
  • the magnetic body 5 is provided between the disk back magnet 4A and the disk back magnet 4B.
  • FIG. 3 shows the magnetic field forming means 8 according to the second embodiment.
  • the arrangement of the first permanent magnet 4A and the second permanent magnet 4B is switched while maintaining the direction of the magnetic pole and the magnetization direction.
  • the vacuum chamber 11 is evacuated by depressurizing the vacuum chamber 11. Thereafter, argon gas (Ar) or the like is introduced from the gas inlet 13. Then, impurities such as oxides on the target 2 and the substrate 7 are removed by sputtering, and the vacuum chamber 11 is evacuated again. Thereafter, the reactive gas is introduced into the vacuum chamber 11 through the gas inlet 13. In this state, an arc discharge is generated on the target 2 installed in the vacuum chamber 11 to evaporate and ionize the material constituting the target 2 and to react with the reaction gas. Thereby, a nitride film, an oxide film, a carbonized film, a carbonitride film, an amorphous carbon film, or the like is formed on the substrate 7 placed on the turntable 12.
  • nitrogen gas (N 2), oxygen gas (O 2), or methane (CH 4) a hydrocarbon gas may be selected according to the use of such.
  • the pressure of the reaction gas in the vacuum chamber 11 is about 1 to 7 Pa.
  • the arc discharge current during film formation is 100 to 200 A.
  • a negative voltage of 10 to 200 V is applied to the base material 7 by the bias power supply 16.
  • Example 1 using the evaporation source 1 according to the present invention will be described.
  • the back magnet 4 is a disc-shaped (columnar) permanent magnet (hereinafter referred to as “disk back magnet 4A (first permanent magnet)”) and a disc back magnet 4A in a state of being spaced apart. And another disk-shaped permanent magnet (hereinafter referred to as “disk back magnet 4B (second permanent magnet)”) disposed on the back side (the side opposite to the base material 7) of the disk back magnet 4A.
  • the disc-shaped magnetic body 5 is provided between the disc back magnet 4A and the disc back magnet 4B.
  • projection surface shape The shape of the surface (hereinafter referred to as “projection surface shape”) obtained by projecting each disk back magnet 4A, 4B and magnetic body 5 along the direction orthogonal to the surface thereof is similar to the projection surface shape of the target 2.
  • the axis of each disk back magnet 4A, 4B, the axis of the magnetic body 5, and the axis of the target 2 are arranged on the same straight line.
  • Each disk back magnet 4A, 4B is formed of a neodymium magnet having a high holding power. Therefore, the whole magnetic field formation means 8 can be made compact.
  • the magnetic body 5 according to Examples 1 and 2 is made of carbon steel that is close and inexpensive, but the material of the magnetic body 5 is not limited to this.
  • the magnetic body 5 can be formed of a material having a relative permeability greater than 1. This is because a material having a relative permeability greater than 1 serves as a magnetic guide.
  • the function as a magnetic guide of the magnetic body 5 improves by forming the magnetic body 5 with the material whose relative permeability is 250 or more.
  • cobalt (relative permeability: 250), nickel (relative permeability: 600), carbon steel (relative permeability: 1000), iron (relative permeability: 5000), silicon iron (relative permeability: 7000) ), Pure iron (relative magnetic permeability: 200000) or the like is preferably used as the material of the magnetic body 5.
  • Both end surfaces of the magnetic body 5 are the end surface on the back side (the side opposite to the base material 7) of the disc back magnet 4A (first permanent magnet) and the base material 7 of the disc back magnet 4B (second permanent magnet). It is in close contact with the end face on the side.
  • the second embodiment is different from the first embodiment only in that the position of the first permanent magnet 4A and the position of the second permanent magnet 4B are interchanged. That is, each permanent magnet 4A, 4B has the same shape.
  • Example 2 will also be described.
  • the diameter of the target 2 is 100 mm.
  • the thickness of the target 2 is 16 mm.
  • the target 2 is formed of titanium aluminum (TiAl) having an atomic ratio of 1: 1 between titanium (Ti) and aluminum (Al).
  • the outer diameter of the outer peripheral magnet 3 is 170 mm.
  • the inner diameter of the outer peripheral magnet 3 is 150 mm.
  • the thickness of the outer peripheral magnet 3 is 10 mm.
  • Example 1 nitrogen (N 2 ) is selected as the reaction gas.
  • the pressure of the reaction gas is 4 Pa.
  • the film formation time is 30 minutes.
  • the arc discharge current is 150A.
  • a negative voltage of 30 V is applied to the substrate 7 using a bias power supply 16.
  • the base material 7 is a mirror-polished cemented carbide chip having dimensions of 15 mm ⁇ 15 mm ⁇ 5 mm.
  • the base material 7 is disposed at a position about 180 mm away from the surface of the target 2.
  • the temperature of the base material 7 is set to 500 ° C.
  • Comparative Example 1 is a comparative example in which the back magnet 4 is not provided on the back surface of the target 2.
  • Comparative Example 2 is a comparative example having two ring-shaped permanent magnets arranged on the back side of the target 2.
  • the outer diameters of the two ring-shaped permanent magnets arranged on the back side of the target 2 are 100 mm.
  • Each ring-shaped permanent magnet has an inner diameter of 80 mm.
  • Each of the ring-shaped permanent magnets has a thickness of 10 mm.
  • One of the ring-shaped permanent magnets is disposed at a position 60 mm from the surface of the target 2, and the other is disposed at a position 100 mm from the surface of the target 2.
  • Comparative Example 3 is a comparative example having two ring-shaped permanent magnets arranged on the back side of the target 2 and carbon steel which is a magnetic body arranged between the permanent magnets.
  • the carbon steel as the magnetic body is disposed in close contact with the two ring-shaped permanent magnets.
  • the shape of each permanent magnet and the distance of each permanent magnet from the surface of the target 2 are the same as in Comparative Example 2.
  • Comparative Example 4 is a comparative example having two disk-shaped permanent magnets arranged on the back side of the target 2. In Comparative Example 4, no magnetic material is disposed between the two disk-shaped permanent magnets.
  • Table 1 shows the number of back magnets, the thickness of the back magnet, the diameter of each magnet, the distance from the surface of the target 2 and the substrate for Comparative Examples 1 to 4 and Example 1 (also Example 2).
  • 7 shows an evaluation result of the current value flowing through the film 7, the evaluation of the film formation rate, the film residual stress value, and the film residual stress.
  • each magnet in the comparative example is also a first permanent magnet and a second permanent magnet for convenience.
  • the film formation speed is proportional to the ionic current flowing through the base material 7 by arc discharge. That is, the larger the current value flowing through the base material 7, the faster the film forming speed.
  • the current value proportional to the film formation rate is preferably 1.5 A or more. For this reason, the current value was 1.5 A or more, which was regarded as acceptable.
  • the residual stress of the thin film was calculated by the Stoney's formula shown in Formula (1). Specifically, a film was formed on a Si wafer having a thickness of 1 mm, and the radius of curvature of the deflection of the base material 7 after the film formation was measured using an optical lever. This radius of curvature was used as the radius of curvature R in equation (1). Assuming the peeling of the hard coating for cutting tools, the absolute value of the residual stress of the thin film was determined to be 2.0 GPa or less.
  • FIG. 4 shows the magnetic field distribution diagram of Comparative Example 1. As shown in FIG. 4, in Comparative Example 1, the magnetic field lines extending forward from the target 2 are greatly deviated from the front direction of the target 2 (that is, the direction toward the base material 7).
  • the line of magnetic force closest to the axis of the target 2 is about 28 mm from the axis of the target 2 at a point advanced about 200 mm in the direction from the surface of the target 2 toward the base material 7. They are separated (see arrow A in FIG. 4).
  • FIG. 5 shows the magnetic force line distribution diagram of Comparative Example 2.
  • the magnetic field line closest to the axis of the target 2 is about 24 mm away from the axis of the target 2 at a point advanced by about 200 mm in the direction from the surface of the target 2 toward the base material 7 (FIG. (See arrow B in 5).
  • FIG. 6 shows a magnetic force line distribution diagram of Comparative Example 3.
  • the magnetic force line distribution diagram of Comparative Example 4 is shown in FIG. Similar to Comparative Examples 1 and 2, in Comparative Examples 3 and 4, the magnetic field lines closest to the axis of the target 2 are about 200 mm from the surface of the target 2 and about 20 mm from the axis of the target 2. They are separated (see arrow C in FIG. 6 and arrow D in FIG. 7).
  • Comparative Example 1 the magnetic field lines farthest from the axis of the target 2 are already about 200 mm away from the axis of the target 2 at a point where only about 50 mm has advanced in the direction from the surface of the target 2 toward the base material 7. (See arrow A ′ in FIG. 4). Thus, in Comparative Example 1, it can be seen that the magnetic field lines farthest from the axis of the target 2 deviate greatly from the axis of the target 2.
  • Comparative Examples 1 to 4 the ion trajectory deviates greatly from the substrate 7, and the film formation rate is slow. Therefore, as shown in Table 1, the film residual stress values in Comparative Examples 1 to 4 are ⁇ 2.40 GPa, ⁇ 2.30 GPa, ⁇ 2.25 GPa, and ⁇ 2.09 GPa, respectively. As a result, the evaluation of the film residual stress is also rejected. Therefore, a film having a low film residual stress cannot be formed.
  • Example 1 and Example 2 of the present invention it is possible to guide the magnetic lines of force in the direction toward the substrate 7.
  • Example 1 and Example 2 the line of magnetic force closest to the axis of the target 2 moves from the axis of the target 2 at a point advanced by 200 mm in the direction from the surface of the target 2 toward the substrate 7. It is not separated by 20 mm (see arrow E in FIG. 8). Therefore, many magnetic field lines can be guided to the base material 7.
  • the magnetic field line farthest from the axis of the target 2 is about 130 mm in the direction from the surface of the target 2 toward the substrate 7 until it is 200 mm away from the axis of the target 2. A distance is required (see arrow E ′ in FIG. 8). Therefore, more lines of magnetic force extend in the direction from the target 2 toward the base material 7.
  • both end surfaces of the magnetic body 5 are in close contact with the end surfaces of the disk back magnets 4A and 4B, respectively. Thereby, the magnetic force line extended from the end surface of each disk back magnet 4A, 4B can be connected without leakage.
  • Example 1 and Example 2 of the present invention As a result, as shown in Table 1, the value of the current flowing through the base material 7 in Example 1 and Example 2 of the present invention is 1.5 A or more. Thereby, evaluation of the film-forming speed is determined to be acceptable. Therefore, in Example 1 and Example 2, the film formation rate is faster than in Comparative Examples 1 to 4, and efficient film formation is possible.
  • Example 1 and Example 2 the absolute value of the film residual stress is 2.0 GPa or less. As a result, the evaluation of the film residual stress is acceptable. Therefore, it is possible to form a film having a low residual stress.
  • the diameters of the disk back magnets 4A and 4B and the magnetic body 5 may be 40 mm. That is, the area of the surface facing the target 2 (hereinafter simply referred to as “surface”) may be 400 ⁇ mm 2 . Thereby, the area of the surface of the target 2 becomes 0.16 times (16/100) compared with the case where the diameter is 100 mm (when the surface area is 2500 ⁇ mm 2 ).
  • the diameters of the disc back magnets 4A and 4B and the magnetic body 5 may be 80 mm. That is, the areas of the surfaces of the magnets 4A and 4B and the magnetic body 5 may be 1600 ⁇ mm 2 . Thereby, the area of the surface of the target 2 becomes 0.64 times (64/100) compared with the case where the diameter is 100 mm (when the surface area is 2500 ⁇ mm 2 ).
  • the area of the surface of each disk back magnet 4A, 4B or the magnetic body 5 may be 0.25 times (one quarter) or more of the area of the surface of the target 2. Even in this case, more magnetic lines of force can be guided to the substrate 7 by suppressing the magnetic lines of force from deviating from the axis of the target 2. Thereby, the ions evaporated from the target 2 can be efficiently guided to the base material 7.
  • the surface areas of the disk back magnets 4A and 4B and the magnetic body 5 are preferably 0.64 times (64/100) or more of the surface area of the target 2, and more preferably the surface area of the target 2. 1.0 times or more.
  • the diameters of the disk back magnets 4A and 4B are 1.5 times the diameter of the target 2. That is, the surface area of the disk back magnets 4A and 4B is preferably 2.25 times (9/4) or less of the area of the target 2 surface.
  • the electrons emitted by the arc discharge move 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, the direction toward the base material 7).
  • parallel component that is, the direction toward the base material 7.
  • the moving speed of the arc spot is proportional to the strength of the parallel component of the magnetic field lines.
  • the parallel component of the magnetic field lines becomes stronger in that the component of the magnetic field lines perpendicular to the surface of the target 2 (hereinafter referred to as “perpendicular component”) becomes 0 (including values near 0; the same applies hereinafter). Also, 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 is 0 is determined by the distance to the surface of the disk back magnet on the side close to the surface of the target 2. For this reason, when the distance is short, arc discharge tends to occur at the outer peripheral portion, and ions are generated outside. On the other hand, when the distance is increased, the point where the vertical component of the magnetic field lines becomes 0 is closer to the central portion, and ions can efficiently reach the substrate 7.
  • the disk back magnets 4A and 4B and the magnetic body 5 are moved back and forth so as to be close to and away from the target 2. It is also possible to incorporate a mechanism. Thus, by changing the distance from the surface of the target 2 of each magnet 4A, 4B and the magnetic body 5, the strength of the parallel component of the magnetic force line can be adjusted, and the point where the vertical component of the magnetic force line becomes zero is controlled. can do.
  • [Second Embodiment] 9 and 10 show a film forming apparatus 6 according to the second embodiment including a plurality of the arc evaporation sources 1 described above.
  • each arc evaporation source 1 is substantially the same as in the first embodiment.
  • the greatest feature of the film forming apparatus 6 according to the second embodiment is as follows.
  • a plurality (four units) of the arc evaporation sources 1 are prepared (preparation process).
  • the plurality of (four) evaporation sources 1 are arranged side by side so that the magnetic field lines of the adjacent arc evaporation sources 1 are connected to each other (arrangement step).
  • the plurality of evaporation sources 1 are arranged linearly or non-linearly (see FIGS. 10A and 10B). Then, a film is formed using the plurality of arc evaporation sources 1 (film forming process).
  • each evaporation source 1 other than the back magnet 4 and the magnetic body 5 are arranged in the vacuum chamber 11.
  • the polarities (directions of the magnetic poles) near the substrate 7 are opposite to each other in the adjacent evaporation sources 1 (reverse direction).
  • Each evaporation source 1 is arrange
  • This reverse arrangement is, for example, the following arrangement.
  • the specific evaporation source 1 is arranged so that the magnetic lines of force are directed in a direction toward the base material 7 (a direction approaching the base material 7 from the target 2).
  • the evaporation source 1 adjacent to the specific evaporation source 1 is arranged so that the magnetic field lines are in the opposite direction to the direction toward the base material 7 (the direction away from the base material 7 toward the target 2). .
  • the magnetic lines of force formed by the specific evaporation source 1 and the magnetic lines of force formed by the evaporation source 1 adjacent to the specific evaporation source 1 are connected to each other.
  • the north pole of the magnetic field forming means 8 of the uppermost evaporation source 1A is directed to the surface side of the target 2 (side closer to the base material 7), and S of the magnetic field forming means 8 of the second evaporation source 1B from the top.
  • the pole faces the surface side of the target 2. For this reason, a line of magnetic force is generated between the adjacent uppermost evaporation source 1A and the second evaporation source 1B from the uppermost evaporation source 1A to the second evaporation source 1B (see FIG. 9).
  • the magnetic field lines between the uppermost evaporation source 1A and the second evaporation source 1B are in a closed state (this closed region is referred to as a “closed magnetic field region H”).
  • the emitted electrons from the arc evaporation source 1 are trapped (confined) in the closed magnetic field region H. This prevents the emitted electrons from being easily guided to the anode 17 or the vacuum chamber 11.
  • such a closed magnetic field region H is not limited to the combination of the evaporation source 1A and the evaporation source 1B, but is formed between the other adjacent evaporation sources 1.
  • the concentration of emitted electrons increases in each closed magnetic field region H, and collision between the reaction gas in the vacuum chamber 11 and emitted electrons increases around the base material 7. Thereby, ionization of the reaction gas can be achieved with high efficiency.
  • the film formation rate is increased, and more efficient film formation is possible.
  • FIG. 10 is a projection view (a view taken along the line AA in FIG. 9) of a plurality of the arc evaporation sources 1 arranged from the front (the side close to the base material 7).
  • the plurality of evaporation sources 1 can be linearly arranged in an upper and lower row.
  • a plurality of evaporation sources 1 can be arranged non-linearly (for example, zigzag).
  • the left-right width of the above-mentioned closed magnetic field region H becomes narrow.
  • region H rises further, and the base material 7 can be formed into a film with higher efficiency in the closed magnetic field area
  • the width of the closed magnetic field region H increases by the width of the evaporation source 1 meandering. Thereby, even if the base material 7 is wide, a film can be efficiently formed in the closed magnetic field region H.
  • arranging “in a straight line” includes not only arranging in a vertical row as described above, but also arranging in a horizontal row or a diagonal row on the inner surface of the vacuum chamber 11.
  • the film forming apparatus 6 is configured such that the base material 7 passes through the closed magnetic field region H described above.
  • a plurality of base materials 7 are installed on the turntable 12 in the vacuum chamber 11 (for example, two symmetrically with respect to the rotation axis). As the turntable 12 rotates, the base material 7 on the turntable 12 sequentially moves so as to pass through the front side of the evaporation source 1 (the front side of the target 2).
  • the configuration for allowing the substrate 7 to pass through the closed magnetic field region H is not limited to the configuration for rotating the turntable 12 or the substrate 7.
  • the evaporation source 1 can be configured to go around the substrate 7. That is, the film forming apparatus 6 only needs to have means for sequentially moving the substrate 7 relative to the closed magnetic field region H.
  • the film forming apparatus 6 may have other configurations.
  • the method for forming the film is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 11 shows a film forming apparatus 6 according to the third embodiment provided with a plurality of the evaporation sources 1 described above.
  • the difference of the third embodiment from the second embodiment is that a plurality (four units) of the evaporation sources 1 are arranged in a circumferential shape (so as to surround the base material 7).
  • the adjacent evaporation sources 1 on the circumference are arranged so that the lines of magnetic force formed by the respective evaporation sources 1 are connected to each other.
  • the direction of the polarity (the direction of the magnetic pole) of the magnetic field forming means 8 (the outer peripheral magnet 3, the back magnet 4, and the magnetic body 5) of the specific evaporation source 1 is the evaporation source 1 adjacent to the specific evaporation source 1.
  • the magnetic field forming means 8 is arranged in the direction opposite to the polarity direction.
  • the N pole of the magnetic field forming means 8 of the evaporation source 1C in the upper right of FIG. 11 is directed to the surface side of the target 2 (side closer to the base material 7).
  • the south pole of the magnetic field forming means 8 of the evaporation source 1 ⁇ / b> D in the lower right of FIG. 11 faces the surface side of the target 2. Therefore, a magnetic field line is generated from the upper right evaporation source 1C to the lower right evaporation source 1D.
  • the lines of magnetic force are connected between adjacent evaporation sources 1 other than the combination of the evaporation source 1C and the evaporation source 1D. Further, since the respective evaporation sources 1 are arranged circumferentially around the base material 7, the respective lines of magnetic force are connected so as to surround the base material 7.
  • the magnetic lines of force extending from each evaporation source 1 are in a closed state surrounding the region including the base material 7.
  • the emitted electrons from the evaporation source 1 are trapped in the large closed magnetic field region H including the base material 7, and the concentration of the emitted electrons around the base material 7 is increased. Therefore, the film formation rate can be improved, and efficient film formation corresponding to an increase in the size and quantity of the base material 7 can be achieved.
  • “linearly” includes not only the arrangement in the upper and lower rows as in the second embodiment but also the following arrangement. Specifically, an arrangement in which the plurality of evaporation sources 1 are arranged in a circumferential shape so as to surround the base material 7 in a state where the plurality of evaporation sources 1 are arranged at a constant height is included. Further, in the third embodiment, “non-linearly” includes not only the arrangement in the upper and lower zigzags as described in the second embodiment, but also the following arrangement.
  • an arrangement in which the plurality of evaporation sources 1 are arranged circumferentially so as to surround the base material 7 is provided. included.
  • portions of the plurality of evaporation sources 1 other than the back magnet 4 and the magnetic body 5 are arranged in the vacuum chamber 11.
  • the film forming apparatus 6 of the third embodiment places the substrate 7 on the turntable 12 in the vacuum chamber 11 so that the substrate 7 is positioned in the wide closed magnetic field region H as described above.
  • a plurality (for example, two symmetrical with respect to the rotation axis) are installed.
  • the base material 7 when the base material 7 is rotated by the turntable 12, the base material 7 sequentially passes through the front side of each evaporation source 1. Therefore, by forming the target 2 of each arc evaporation source 1 with the same or different material, it becomes possible to sequentially form a film with the same or different composition and / or thickness on the base material 7. As a result, when the materials of the target 2 of each arc evaporation source 1 are different from each other, it is possible to form coatings of different materials in multiple layers.
  • the film forming apparatus 6 according to the third embodiment may have other configurations.
  • the method for forming the film is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 12 shows a film forming apparatus 6 according to the fourth embodiment including the plurality of arc evaporation sources 1 and the plurality of sputtering evaporation sources 21 described above.
  • a sputtering evaporation source 21 In the fourth embodiment, among the plurality of evaporation sources 1 in the third embodiment, two opposed units are replaced with a sputtering evaporation source 21. Each of the evaporation sources 1 and 21 is arranged in a circumferential shape.
  • a plurality of evaporation sources 1 and 21 including two arc evaporation sources 1 and two sputtering evaporation sources 21 is prepared (preparation step).
  • the plurality of evaporation sources 1 and 21 are arranged circumferentially so that the magnetic lines of force of the adjacent evaporation sources 1 and 21 are connected to each other (arrangement step).
  • a film is formed using the plurality of evaporation sources 1 and 21 (film formation process).
  • the sputtering evaporation source 21 is a general sputtering evaporation source. Specifically, the sputter evaporation source 21 causes plasma ionization of an inert gas (argon (Ar), neon (Ne), xenon (Xe), etc.) introduced into the vacuum chamber 11 by discharge, and this plasma ion is used as a target. The target material is bounced off to the base material 7 side by colliding with 2 (by sputtering).
  • an inert gas argon (Ar), neon (Ne), xenon (Xe), etc.
  • the magnetic field forming means 8 in the sputtering evaporation source 21 includes a ring magnet 4C (ring-shaped permanent magnet) as a back magnet 4 of the target 2, and a columnar magnet 4D arranged coaxially inside the ring magnet 4C. (Cylindrical permanent magnet).
  • the ring magnet 4C and the column magnet 4D are arranged such that the direction of the polarity of the ring magnet 4C and the direction of the polarity of the column magnet 4D (the direction of the magnetic pole) are opposite to each other.
  • the magnetic lines of force are connected so as to surround the surface side of the target 2 between the ring magnet 4C and the cylindrical magnet 4D, and are closed near the surface of the target 2 (this closed region is referred to as “plasma closed magnetic field”). Region H ′ ”).
  • the emitted electrons from the sputtering evaporation source 21 are confined in the plasma closed magnetic field region H ′.
  • the plasma concentration of the inert gas in the plasma closed magnetic field region H ′ increases, and more plasma ions collide with the target 2. Therefore, the film formation efficiency can be improved.
  • the adjacent evaporation sources 1 and 21 are arranged as follows. Specifically, the polarity of the ring magnet 4C of the sputtering evaporation source 21 and the direction of the magnetic poles of the magnetic field forming means 8 (the outer peripheral magnet 3 and the back magnet 4) of the arc evaporation source 1 adjacent to the sputtering evaporation source 21 are arranged in opposite directions.
  • the magnetic field lines formed by the ring magnet 4C of the sputtering evaporation source 21 and the magnetic field forming means 8 of the arc evaporation source 1 are connected to each other between the adjacent evaporation sources 1 and 21.
  • the lines of magnetic force are connected so as to surround the substrate 7 between each arc evaporation source 1 and each sputtering evaporation source 21.
  • a closed magnetic field region H different from the above-described plasma closed magnetic field region H ′ is generated.
  • the closed magnetic field region H is generated in a wide range surrounding the base material 7.
  • the concentration of emitted electrons around the substrate 7 can be increased in the closed magnetic field region H while maintaining a high plasma concentration in the vicinity of the sputtering evaporation source 21. Thereby, it becomes possible to form a film on the large-scale or large-scale base material 7 at a time and at a high film formation rate.
  • a reactive gas such as nitrogen (N 2 ), methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), etc. is introduced into the vacuum chamber 11 and several Pa ( Film formation is performed under a pressure of about 1 to 7 Pa).
  • an inert gas such as argon (Ar) is introduced into the vacuum chamber 11. Film formation is performed under a pressure of about several Pa.
  • a reaction gas such as nitrogen and an inert gas such as argon are mixed and used.
  • the total pressure in the mixed atmosphere is about 2 to 4 Pa, and the film is formed at a pressure lower than that at the time of film formation using only the arc evaporation source 1.
  • the partial pressure of the reaction gas (nitrogen or the like) is 0.5-2.65 Pa.
  • the closed magnetic field region H and the plasma closed magnetic field region H ′ are separated by the lines of magnetic force.
  • the plasma concentration and the emitted electron concentration can be independently increased. Accordingly, it is possible to simultaneously improve the film formation efficiency by the arc evaporation source 1 and the film formation efficiency by the sputtering evaporation source 21.
  • the target 2 may have any shape other than a disk shape.
  • the shape of the projection surface of the target 2 may be a rotationally symmetric figure (square, hexagon, etc.).
  • the outer peripheral magnet 3, the back magnet 4 and the magnetic body 5 may not be arranged concentrically with respect to the target 2.
  • the outer peripheral magnet 3, the rear magnet 4, and the magnetic body 5 are arranged so that their central axes pass through the target 2 (when the outer peripheral magnet 3, the rear magnet 4 and the magnetic body 5 are rotationally symmetric bodies, their rotational axes). It is preferable that
  • the target 2 may be a figure (an ellipse, a rectangle, etc.) having a projection plane shape having a longitudinal direction.
  • the diameter can be read as a major axis and a minor axis.
  • the diameter can be read as a long side and a short side.
  • the outer peripheral magnet 3 may be anything that surrounds the outer periphery of the target 2. Specifically, a ring-shaped permanent magnet having a projection surface shape that can surround the projection surface shape of the target 2 can be employed. For example, if the projection surface shape of the target 2 is an ellipse, a permanent magnet having an elliptical projection surface shape that can surround the ellipse can be used.
  • the outer peripheral magnet 3 may have the following shape as long as it can surround the target 2.
  • the outer peripheral magnet 3 may be a point-symmetric figure (square, hexagon, etc.) or a figure (ellipse, rectangle, etc.) having a longitudinal direction depending on the shape of the projection surface of the target 2.
  • the back magnet 4 may have any shape other than a disk shape.
  • the projected surface shape of the back magnet 4 may be a point-symmetric figure (square, hexagon, etc.) or a figure having a longitudinal direction (ellipse, rectangle, etc.).
  • the magnetic body 5 can have any shape other than a disk shape.
  • the projection surface shape of the magnetic body 5 may be a point-symmetric figure (square, hexagon, etc.) or a figure having a longitudinal direction (ellipse, rectangle, etc.).
  • the projection surface shapes of the back magnet 4 and the magnetic body 5 are similar to the projection surface shape of the target 2.
  • outer peripheral magnets 3, back magnets 4 and magnetic bodies 5 may be provided.
  • the evaporation source used in the film forming apparatus 6 is not limited to the arc evaporation source 1 or the sputtering evaporation source 21 but may be a plasma beam evaporation source, a resistance heating evaporation source, or the like.
  • the present invention is an arc evaporation source for melting the target by generating an arc discharge on the surface of the target, and surrounds the outer periphery of the target, and the magnetization direction thereof is orthogonal to the surface of the target.
  • At least one outer peripheral magnet disposed along the direction, and disposed on the back side of the target, having a polarity in the same direction as the polarity of the outer peripheral magnet and having a magnetization direction perpendicular to the surface of the target A non-ring-shaped first permanent magnet disposed along the first permanent magnet, and the first permanent magnet between the first permanent magnet and the target in a state of being spaced apart from the first permanent magnet.
  • the magnet is disposed on the back side of the permanent magnet, has a polarity in the same direction as the polarity of the outer peripheral magnet, and has a magnetization direction perpendicular to the surface of the target.
  • An arc-type evaporation source comprising: a non-ring-shaped second permanent magnet arranged in the manner described above; and a magnetic body arranged between the first permanent magnet and the second permanent magnet. To do.
  • the outer periphery magnet is arranged on the outer periphery of the target, and the magnets (the first permanent magnet and the second permanent magnet) having the same direction as the outer periphery magnet are the back surface of the target. Arranged on the side.
  • a magnetic field having a large horizontal component is formed on the surface of the target (target evaporation surface), and both magnets (both the outer peripheral magnet, the first permanent magnet, and the second permanent magnet) are formed on the target surface. ) Creates a repulsive magnetic field.
  • the outer peripheral magnet is arranged so as to surround the outer periphery of the target is to increase the horizontal component of the magnetic field formed on the target surface.
  • a non-ring-shaped permanent magnet (first permanent magnet) having a polarity in the same direction as the polarity of the outer peripheral magnet and disposed on the back surface of the target is provided.
  • first permanent magnet having a polarity in the same direction as the polarity of the outer peripheral magnet and disposed on the back surface of the target.
  • the direction of the magnetic pole of the first permanent magnet and the direction of the magnetic pole of the outer peripheral magnet are the same, and the shape of the first permanent magnet is a non-ring shape from the center portion of the surface (end face) of the target. This is because a large number of magnetic field lines having high straightness extending in the substrate direction are generated.
  • the magnetic pole of the outer peripheral magnet and the magnetic pole of the first permanent magnet are opposite to each other, the lines of magnetic force generated from the center portion of the surface (end surface) of the target are drawn into the outer peripheral magnet. Therefore, it is not possible to generate magnetic lines extending in the direction of the base material.
  • another permanent magnet (second permanent magnet) is arranged with a space between the first permanent magnet.
  • the reason why the first permanent magnet and the second permanent magnet are arranged at an interval in this manner is to improve the degree of straight movement of the magnetic force lines extending in the direction of the base material from the center portion of the surface of the target. .
  • the particles evaporated from the target and ionized can be efficiently transported to the coating substrate, so that the film formation rate is improved.
  • the greatest feature of the present invention is that a magnetic material is disposed between the first permanent magnet and the second permanent magnet.
  • a magnetic material is disposed between the first permanent magnet and the second permanent magnet.
  • the electrons move while being wound around the magnetic field lines, and at the same time, the particles evaporated from the target and ionized move while being attracted by the electrons.
  • the particles evaporated from the target and ionized can be efficiently transported to the coating substrate. Therefore, the film forming speed is further improved.
  • the term “ring-shaped permanent magnet” 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.
  • both end faces of the magnetic body are in close contact with the end face of the first permanent magnet and the end face of the second permanent magnet, respectively.
  • the lines of magnetic force extending from the mutually opposing end surfaces of the first permanent magnet and the second permanent magnet can be connected without leakage.
  • the target is a disk shape and the outer peripheral magnet is a ring-shaped permanent magnet.
  • the direction of the magnetic lines of force ahead of the surface of the target can be directed toward the base material, so that the particles evaporated and ionized from the target can be efficiently transported to the coating base material. Therefore, the film forming speed is improved.
  • the shape of the surface obtained by projecting the first permanent magnet and the second permanent magnet along the direction perpendicular to the surface thereof is projected along the direction perpendicular to the surface of the target. It is preferable that the shape of the surface is similar.
  • the projection shape of the first permanent magnet and the second permanent magnet is similar to the projection shape of the target.
  • the magnetic field lines extending from the first permanent magnet and the second permanent magnet to the target can be uniformly guided to the target.
  • the present invention also provides a method for producing a film, including a film forming step of forming a film using the arc evaporation source.
  • a film is formed using an arc evaporation source in which a magnetic material is disposed between a first permanent magnet and a second permanent magnet.
  • a film can be formed in a state where a large number of lines of magnetic force having a high degree of straight advance are generated from the central portion of the surface of the target.
  • the electrons move while being wound around the magnetic field lines, and at the same time, the particles evaporated from the target and ionized move while being attracted by the electrons.
  • the method for producing a film further includes a preparation step of preparing a plurality of the arc evaporation sources and an arrangement step of arranging the arc evaporation sources so that the magnetic lines of force of adjacent arc evaporation sources are connected to each other. It is preferable.
  • the preparation step of preparing a plurality of types of evaporation sources including the arc type evaporation source and an arrangement in which the plurality of types of evaporation sources are arranged so that the magnetic lines of force of adjacent evaporation sources are connected to each other. It is preferable that a process is further included.
  • a plurality of evaporation sources are arranged so that the magnetic field lines of adjacent evaporation sources are connected to each other.
  • the magnetic lines of force between adjacent evaporation sources are in a closed state, and the electrons emitted from the arc evaporation source can be confined in the region of the closed magnetic lines of force.
  • the collision probability of the emitted electrons from the arc evaporation source is increased, and the reaction gas can be ionized with high probability. Therefore, according to each aspect described above, the film formation rate can be further improved.
  • the plurality of arc evaporation sources can be arranged linearly or non-linearly.
  • the plurality of types of evaporation sources can be arranged linearly or non-linearly.
  • the present invention provides a film forming apparatus comprising the arc evaporation source and an arc power source that applies a voltage for generating arc discharge to the arc evaporation source.
  • a film forming apparatus includes an arc evaporation source in which a magnetic material is disposed between a first permanent magnet and a second permanent magnet, and an arc power source that applies a voltage to the arc evaporation source. And.
  • a large number of lines of magnetic force with a high degree of straight travel can be generated from the central portion of the surface of the target.
  • the electrons move while being wound around the magnetic field lines, and at the same time, the particles evaporated from the target and ionized move while being attracted by the electrons. Therefore, as described above, by generating a large number of lines of magnetic force that go straight ahead, the particles evaporated from the target and ionized can be efficiently transported to the coating substrate. Accordingly, the deposition rate can be improved.
  • the film forming apparatus includes a plurality of the arc evaporation sources, and the plurality of arc evaporation sources are arranged so that the magnetic lines of force of adjacent arc evaporation sources are connected to each other.
  • the film forming apparatus further includes a plurality of types of evaporation sources including the arc evaporation source, and the plurality of types of evaporation sources are preferably arranged so that the magnetic lines of force of adjacent evaporation sources are connected to each other. .
  • a plurality of evaporation sources are arranged so that the magnetic field lines of adjacent evaporation sources are connected to each other.
  • the magnetic lines of force between adjacent evaporation sources are in a closed state, and the electrons emitted from the arc evaporation source can be confined in the region of the closed magnetic lines of force.
  • the collision probability of the emitted electrons from the arc evaporation source is increased, and the reaction gas can be ionized with high probability. Therefore, according to each aspect described above, the film formation rate can be further improved.
  • the plurality of arc evaporation sources can be arranged linearly or non-linearly.
  • the plurality of types of evaporation sources can be arranged linearly or non-linearly.
  • the present invention can be used as an arc evaporation source of a film forming apparatus for forming a thin film.

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Abstract

　成膜速度の速いアーク式蒸発源を提供する。　本発明に係るアーク式蒸発源１は、ターゲット２の外周を取り囲むとともに、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、前記外周磁石３の極性と同方向極性を有するとともに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非リング状の第１の永久磁石４Ａと、前記第１の永久磁石４Ａと間隔を空けた状態で、第１の永久磁石４Ａとターゲット２との間、又は、第１の永久磁石４Ａの背面側に配置され、前記外周磁石３の極性と同方向の極性を有するとともに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非リング状の第２の永久磁石４Ｂと、第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとの間に配置された磁性体５とを備えている。

Description

成膜速度が速いアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法及び成膜装置
　本発明は、機械部品等の耐摩耗性などの向上のために用いられ、窒化物及び酸化物などのセラミック膜、非晶質炭素膜等の薄膜を形成する成膜装置に関するものである。また、本発明は、前記成膜装置に用いられるアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法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向上などの目的で、機械部品、切削工具、摺動部品などの基材の表面に薄膜をコーティングする技術として、アークイオンプレーティング法、スパッタ法などの物理蒸着法が広く知られている。前記アークイオンプレーティング法においては、カソード放電型アーク式蒸発源が用いられている。
　カソード放電型アーク式蒸発源は、カソードであるターゲットの表面にアーク放電を発生させる。これにより、ターゲットを構成する物質が瞬時に溶解され、イオン化する。そして、イオン化したその物質を処理物である基材の表面に引き込むことにより薄膜が形成される。このアーク式蒸発源は、蒸発速度が速く、蒸発したターゲットを構成する物質のイオン化率が高い。そのため、成膜時に基材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）とアノードとの間にアーク放電を生じさせることにより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。この時、アークスポット近傍から溶融したターゲットが放出され、被処理体に付着し、これが面粗度の悪化の原因となる。
　アークスポットから放出される溶融ターゲット物質（マクロパーティクル）の量は、アークスポットが高速で移動する場合に抑制される傾向がある。ここで、アークスポットの移動速度は、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、イオン化することが知られている。ここで、ターゲットから基材に向かうイオンの軌跡は、ターゲットと基材との間の磁界に影響されるなどの問題がある。
　さらには、カソード放電型アーク式蒸発源による成膜のようなＰＶＤ成膜により得られる皮膜には、原理的に圧縮応力が残留する。この圧縮応力は、皮膜が厚くなるほど大きくなる傾向にある。また、圧縮応力が－２ＧＰａより大きくなる（圧縮応力＜－２ＧＰａ）と、皮膜の工具への密着性が低下して剥離し易くなる。切削工具に被覆する皮膜を厚くすることが可能になれば、切削工具の寿命を延ばすことができる。しかし、前述した理由により、皮膜を厚くすることは困難である。
　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以下の試みが提案されている。例えば、特許文献１には、ターゲットの周囲に配置されたリング状の磁力発生機構（永久磁石、電磁コイル）を有し、ターゲット表面に垂直磁場を印可するアーク蒸発源が記載されている。特許文献２には、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材方向に収束させるように、ターゲットの前方に配置された磁力発生機構（電磁コイル）を有するイオンプレーティング装置が記載されている。特許文献３には、ターゲットの背面の中心位置に設置された永久磁石と、この永久磁石を取り巻くようにターゲットの背面に配置されるとともに前記永久磁石とは極性の異なるリング磁石と、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前記リング磁石とほぼ同じ直径を有する電磁コイルとを備えたアーク式イオンプレーティング装置用蒸発源が記載されている。特許文献４には、ターゲットの周囲に配置されたリング状磁石と、ターゲットの背面に配置された電磁コイルとを有し、前記電磁コイルによりターゲット表面に平行な磁場を形成するアーク蒸着装置が記載されている。
　しかしながら、特許文献１に記載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ターゲットの側方のマグネットに向かって延びている。そのため、イオンの多くがマグネットに向かう方向に誘導される。さらに、ターゲットの前方において基材方向に向かって延びる磁力線は、基材から大きくそれる方向に向かう。そのため、蒸発してイオン化されたターゲットの物質が効率的に基材に到達できない。
　また、特許文献２に記載の技術では、磁力線は、基材方向に向かって延びるものの、ターゲットと基材との間に大型の電磁コイルを配置する必要がある。そのため、必然的にターゲットと基材との間の距離が長くなり、結果として成膜速度が低下する。
　さらに、特許文献３に開示された配置では、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アーク放電が生じる傾向がある。そのため、電磁コイルを使用しても、アーク放電の生じる位置は、永久磁石とリング磁石とのほぼ中間部分にトラップされ、それより内周の部分に制御するのは困難である。したがって、ターゲットの利用効率は、高くならない。また、特許文献３に記載の配置では、ターゲットから前方に向かって延びる磁力線の成分が無い。そのため、ターゲットから放出されたイオンは、基材に向かって効率的に収束されない。
　そして、特許文献４には、電磁コイルの内径がターゲットの直径より小さい実施形態しか記載されていない。この場合、磁力線は、ターゲットから外側に向けて発散する傾向があり、効率的なイオンの収束はできないと思われる。また、特許文献４に記載のアーク蒸着装置では、ターゲット表面に平行な磁場に必要な強度を得るためにアークプラズマの放電を高速に移動させている。そのため、電磁コイル（あるいは磁性体ヨーク）との組合せにおいて大型の電磁コイルに大電流を供給することが必要となり蒸発源が大型化する結果、産業上好ましくない。
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
　本発明の目的は、成膜速度が速いアーク式蒸発源、このアーク式蒸発源を用いた皮膜の製造方法及び成膜装置を提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明は、ターゲットの表面にアーク放電を生じさせることにより、前記ターゲットを溶解させるための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とともに、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、前記外周磁石の極性と同方向の極性を有するとともに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非リング状の第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石と間隔を空けた状態で、前記第１の永久磁石と前記ターゲットとの間、又は、前記第１の永久磁石の背面側に配置され、前記外周磁石の極性と同方向の極性を有するとともに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非リング状の第２の永久磁石と、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に配置された磁性体とを備えている、アーク式蒸発源を提供する。
　また、本発明は、前記アーク式蒸発源を用いて皮膜を形成する皮膜形成工程を含む、皮膜の製造方法を提供する。
　さらに、本発明は、前記アーク式蒸発源と、前記アーク式蒸発源に対してアーク放電を生じさせるための電圧を印加するアーク電源とを備えている、成膜装置を提供する。
　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第１実施形態の成膜装置の概要図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図をそれぞれ示す。 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。 比較例１のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 比較例２のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 比較例３のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 比較例４のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 本発明のアーク式蒸発源の磁力線分布図である。 アーク式蒸発源を複数備えた第２実施形態の成膜装置の側面図である。 図９のＡ－Ａ線矢視図であって、（ａ）はアーク式蒸発源を直線的に配置した図であり、（ｂ）はアーク式蒸発源を非直線的に配置した図である。 アーク式蒸発源を複数備えた第３実施形態の成膜装置の平面図である。 アーク式蒸発源と、スパッタ式蒸発源とをそれぞれ複数備えた第４実施形態の成膜装置の平面図である。
　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。尚、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。
［第１実施形態］
　図１には、本発明の一実施形態に係るアーク式蒸発源１（以下、蒸発源１）を備えた第１実施形態の成膜装置６が示されている。
　成膜装置６は、真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１内に設けられるとともに処理物である基材７を支持する回転台１２と、その一部が真空チャンバ１１内に設けられるとともに基材７に向けて取り付けられた蒸発源１と、この蒸発源１に対し負のバイアスを印加するためのアーク電源１５と、基材７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。
　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。
　前記アーク電源１５は、後述する蒸発源１のターゲット２に負のバイアスを印加する。前記アーク電源１５の正極及びバイアス電源１６の正側は、それぞれグランド１８に接続されている。
　図１に示すように、蒸発源１は、円盤状（以下、「円盤状」とは所定の高さを有した円柱状のものも含む）のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配備された磁界形成手段８と、ターゲット２の外周部に配置されたアノード１７とを有している。なお、アノード１７は、グランド１８に接続されており、アノード１７と同電位にある真空チャンバ１１もアノード１７として作用することができる。すなわち、蒸発源１は、カソード放電型のアーク式蒸発源である。
　ターゲット２は、基材７上に形成しようとする薄膜に応じて選択された材料（例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、チタンアルミ（ＴｉＡｌ）、又は炭素（Ｃ）など）で構成されている。
　磁界形成手段８は、ターゲット２の外周を取り囲むよう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及び磁性体５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方向となるように配置されている。なお、磁界形成手段８のうち、外周磁石３は、真空チャンバ１１内に設けられ、背面磁石４及び磁性体５は、真空チャンバ１１の外側に設けられている。
　なお、ターゲット２の蒸発面（基材７側の面）を「前面」、その反対側の面を「背面」とする（図２、図３参照）。
　これら外周磁石３及び背面磁石４は、保持力の高いネオジム磁石により形成された永久磁石によって構成されている。
　外周磁石３は、リング状であって、ターゲット２と同心軸状となるように配置されている。外周磁石３の磁化方向は、ターゲット２の軸心に沿うように（ターゲット２を構成する物質の蒸発面に対して垂直になるように）配置されている。さらに、外周磁石３は、外周磁石３の径方向における投影面がターゲット２の径方向における投影面と重なるように配置されている。すなわち、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影が互いに重なるように、外周磁石３は、配置されている。
　なお、外周磁石３は、複数の円柱状等の永久磁石をターゲット２の外周を取り囲むように環状に配置することで形成してもよい。つまり、「リング状」とは、複数の磁石をターゲット２の外周に沿って並べた状態も含む。
　背面磁石４は、その磁化方向がターゲット２の軸心に沿うように（ターゲット２を構成する物質の蒸発面に対して垂直になるように）、且つターゲット２の背面側に配置されている。
　また、背面磁石４は、外周磁石３の極性と同方向の極性を有する。具体的に、図２、図３においては、外周磁石３及び背面磁石４のそれぞれについて、基材７に近い側の極性がＮ極であり、基材７から遠い側の極性がＳ極である。逆に、基材７に近い側の極性がＳ極となり、基材７から遠い側の極性がＮ極となるように、外周磁石３及び背面磁石４を配置してもよい。
　磁界形成手段８が前述した構成である。そのため、ターゲット２の外周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の背面側に設けられた背面磁石４によって形成される磁界との組合せにより、磁力線を基材７に向かう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、４Ｂのように非リング状のものである。ここで、「非リング状」とは、ドーナツ状のように径方向内部に孔が空いているものではなく、中身の詰まった中実であるものを指し、円盤状や円柱状等を含む。
　すなわち、「非リング状」とは、表面から外方へ向くいずれの法線も互いに交わらない形状をいう。
　図２は、実施例１に係る磁界形成手段８を示している。背面磁石４は、円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）と、この円盤背面磁石４Ａの背後に配置された別の円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）とを備えている。前記磁性体５は、円盤背面磁石４Ａと円盤背面磁石４Ｂとの間に設けられている。
　なお、図３は、実施例２に係る磁界形成手段８を示している。実施例２に係る磁界形成手段８では、磁極の向き及び磁化方向を保持したまま、第１の永久磁石４Ａと第２の永久磁石４Ｂとの配置が入れ替えられている。
　次に、蒸発源１を有する成膜装置６を用いた成膜の方法を説明する。
　まず、真空チャンバ１１内を減圧することにより真空チャンバ１１内を真空にする。その後、アルゴンガス（Ａｒ）等をガス導入口１３より導入する。そして、ターゲット２及び基材７上の酸化物等の不純物をスパッタすることにより除去し、真空チャンバ１１内を再び真空にする。その後、反応ガスをガス導入口１３より真空チャンバ１１内に導入する。この状態で真空チャンバ１１に設置されたターゲット２上でアーク放電を発生させることにより、ターゲット２を構成する物質を蒸発させてイオン化するとともに反応ガスと反応させる。これにより、回転台１２に置かれた基材７上に窒化膜、酸化膜、炭化膜、炭窒化膜、或いは非晶質炭素膜等が成膜される。
　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）等の炭化水素ガスを用途に合わせて選択すればよい。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。また、成膜時のアーク放電電流は、１００～２００Ａとする。基材７には、１０～２００Ｖの負電圧がバイアス電源１６により印加されている。
［実施例１、実施例２］
　本発明に係る蒸発源１を用いた実施例１について説明する。
　本実施例に係る背面磁石４は、円盤状（円柱形状）の永久磁石（以下、「円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）」という）と、円盤背面磁石４Ａと間隔を空けた状態で、円盤背面磁石４Ａの背面側（基材７とは反対側）に配置された別の円盤状の永久磁石（以下、「円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）」という）とを有する。円盤状の磁性体５は、円盤背面磁石４Ａと円盤背面磁石４Ｂとの間に設けられている。
　なお、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状（以下、「投影面形状」という）は、ターゲット２の投影面形状と相似する。また、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの軸線、磁性体５の軸線、及びターゲット２の軸線は、それぞれ同一直線上に配置されている。
　各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂは、保持力の高いネオジム磁石により形成されている。そのため、磁界形成手段８全体をコンパクトにすることができる。
　本実施例１、２に係る磁性体５は、手近で安価な炭素鋼によって形成されているが、磁性体５の材質はこれに限定されない。例えば、比透磁率が１よりも大きい材料によって磁性体５を形成することができる。比透磁率が１よりも大きい材料であれば、磁気ガイドとしての役割を果たすためである。
　なお、比透磁率が２５０以上の材料で磁性体５が形成されることにより、磁性体５の磁気ガイドとしての機能は、向上する。具体的には、コバルト（比透磁率：２５０）、ニッケル（比透磁率：６００）、炭素鋼（比透磁率：１０００）、鉄（比透磁率：５０００）、珪素鉄（比透磁率：７０００）、純鉄（比透磁率：２０００００）等を磁性体５の材料として用いることが好ましい。
　磁性体５の両端面は、円盤背面磁石４Ａ（第１の永久磁石）の背面側（基材７とは反対側）の端面と、円盤背面磁石４Ｂ（第２の永久磁石）の基材７側の端面とに、それぞれ密着している。
　なお、実施例２は、第１の永久磁石４Ａの位置と第２の永久磁石４Ｂの位置とを入れ替えた点のみ実施例１と相違するものである。つまり、各永久磁石４Ａ、４Ｂは、同一形状である。以下、実施例２の説明も併せて行う。
　ターゲット２の直径は、１００ｍｍである。ターゲット２の厚さは、１６ｍｍである。また、ターゲット２は、チタン（Ｔｉ）とアルミ（Ａｌ）の原子比が１：１のチタンアルミ（ＴｉＡｌ）により形成されている。
　外周磁石３の外径は、１７０ｍｍである。外周磁石３の内径は、１５０ｍｍである。外周磁石３の厚さは、１０ｍｍである。
　実施例１において、反応ガスとして窒素（Ｎ２）が選択されている。反応ガスの圧力は、４Ｐａである。成膜時間は、３０分である。アーク放電電流は、１５０Ａである。基材７には、バイアス電源１６を用いて３０Ｖの負電圧が印加されている。
　基材７は、１５ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの寸法を有する鏡面研磨した超硬合金のチップである。また、基材７は、ターゲット２の表面から約１８０ｍｍ離れた位置に配置されている。基材７の温度は、５００℃に設定されている。
　また、図４～図７に示した比較例１～比較例４においても、ターゲット２、外周磁石３、アーク電流値、反応ガス、成膜時間、印加した負電圧及び基材７に関する条件は同様である。
　比較例１は、ターゲット２の背面に背面磁石４を有さない比較例である。
　比較例２は、ターゲット２の背面側に配置された２つのリング状の永久磁石を有する比較例である。この比較例２において、ターゲット２の背面側に配置した２つのリング状の永久磁石の外径は、それぞれ１００ｍｍである。前記各リング状の永久磁石の内径は、それぞれ８０ｍｍである。前記各リング状の永久磁石の厚さは、それぞれ１０ｍｍである。また、前記各リング状の永久磁石のうちの一方は、ターゲット２の表面から６０ｍｍの位置に配置され、他方は、ターゲット２の表面から１００ｍｍの位置に配置されている。
　比較例３は、ターゲット２の背面側に配置された２つのリング状の永久磁石と、各永久磁石の間に配置された磁性体である炭素鋼とを有する比較例である。前記磁性体である炭素鋼は、前記２つのリング状の永久磁石と密着して配置されている。各永久磁石の形状、及び各永久磁石のターゲット２の表面からの距離は、比較例２と同じである。
　比較例４は、ターゲット２の背面側に配置された２つの円盤状の永久磁石を有する比較例である。なお、比較例４では、２つの円盤状の永久磁石の間に磁性体が配置されていない。
　表１は、比較例１～比較例４及び実施例１（実施例２も兼ねる）について、背面磁石の枚数、背面磁石の厚み、各磁石の直径、ターゲット２の表面からの距離と、基材７に流れる電流値と、成膜速度の評価、皮膜残留応力値、皮膜残留応力の評価結果を示している。
　なお、表１では、比較例における各磁石も、便宜上、第１の永久磁石、第２の永久磁石としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、基材７上の成膜速度、残留応力の評価について説明する。
　成膜速度は、アーク放電により基材７に流れるイオン電流に比例する。つまり、基材７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。そのため、電流値が１．５Ａ以上で合格とした。
　また、薄膜の残留応力は、式（１）に示すＳｔｏｎｅｙの式により計算した。具体的に、厚さ１ｍｍのＳｉウェハ上に成膜を行い、成膜後の基材７のたわみの曲率半径を光てこを利用して測定した。この曲率半径を式（１）の曲率半径Rとして用いた。切削工具用の硬質皮膜の剥離を想定して、薄膜の残留応力の絶対値が２．０ＧＰａ以下で合格とした。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　まず、各測定例における磁力線分布図について考察する。
　比較例１の磁力線分布図は、図４に示される。図４に示されるように、比較例１において、ターゲット２から前方に向かって延びる磁力線は、ターゲット２の正面方向（すなわち、基材７に向かう方向）から大きくそれている。
　具体的に、比較例１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表面から基材７に向かう方向に約２００ｍｍ進んだ地点で、すでにターゲット２の軸心から約２８ｍｍも離れている（図４中の矢印Ａ参照）。
　比較例２の磁力線分布図は、図５に示される。比較例２において、ターゲット２の軸心から最も近い側の磁力線は、ターゲット２の表面から基材７に向かう方向に約２００ｍｍ進んだ地点で、ターゲット２の軸心から約２４ｍｍ離れている（図５中の矢印Ｂ参照）。
　比較例３の磁力線分布図は、図６に示される。比較例４の磁力線分布図は、図７に示される。比較例１及び２と同様に、比較例３及び比較例４において、ターゲット２の軸心から最も近い側の磁力線は、ターゲット２の表面から約２００ｍｍの地点で、ターゲット２の軸心から約２０ｍｍ離れている（図６中の矢印Ｃ、及び図７中の矢印Ｄ参照）。
　次に、各比較例において、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線について考察する。
　比較例１において、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の表面から基材７に向かう方向に約５０ｍｍしか進んでいない地点で、すでにターゲット２の軸心から２００ｍｍも離れている（図４中の矢印Ａ’参照）。このように、比較例１において、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線は、ターゲット２の軸心から大きくそれていることが分かる。
　同様に、比較例２～比較例４において、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線は、ターゲット２の表面から基材７に向かう方向に約１００～１１５ｍｍしか進んでいない地点で、すでにターゲット２の軸心から２００ｍｍも離れている（図５～図７中の矢印Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’参照）。
　このように、比較例１～比較例４において、ターゲット２から前方に向かって延びる磁力線は、基材７に向かう方向から大きくそれている。これに伴って、イオンの軌跡も基材７に向かう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、比較例１～４において、基材７に流れる電流値は、それぞれ１．０Ａ、１．１Ａ、１．２Ａ、１．３Ａのように小さな値である。その結果、比較例１～４において、成膜速度の評価も不合格となっている。したがって、効率的な成膜が困難である。
　また、比較例１～４では、イオンの軌跡が基材７から大きくそれ、成膜速度が遅い。そのため、表１に示したように、比較例１～４での皮膜残留応力値は、それぞれ－２．４０ＧＰａ、－２．３０ＧＰａ、－２．２５ＧＰａ、－２．０９ＧＰａを示す。その結果、皮膜残留応力の評価も不合格となっている。したがって、皮膜残留応力の低い皮膜が形成できない。
　これらの比較例に対して、図８に示す如く、本発明の実施例１及び実施例２では、磁力線を基材７に向かう方向に誘導することが可能である。
　具体的に、実施例１及び実施例２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の表面から基材７に向かう方向に２００ｍｍ進んだ地点において、ターゲット２の軸心から２０ｍｍも離れていない（図８中の矢印Ｅ参照）。そのため、多くの磁力線を基材７に導くことができる。
　さらに、実施例１及び実施例２において、ターゲット２の軸心から最も離れた側の磁力線は、ターゲット２の軸心から２００ｍｍ離れるまでに、ターゲット２表面から基材７に向かう方向に約１３０ｍｍの距離を要する（図８中の矢印Ｅ’参照）。そのため、より多くの磁力線がターゲット２から基材７に向かう方向へ向かって延びている。
　加えて、実施例１及び実施例２では、磁性体５の両端面が各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの端面とそれぞれ密着している。これにより、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの端面からのびる磁力線を、漏れなく繋げることができる。
　その結果、表１に示したように、本発明の実施例１及び実施例２における基材７に流れる電流値は、１．５Ａ以上となる。これにより、成膜速度の評価は、合格と判定される。したがって、実施例１及び実施例２では、比較例１～比較例４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、実施例１及び実施例２において、皮膜残留応力の絶対値は、２．０ＧＰａ以下を示す。その結果、皮膜残留応力の評価は、合格となる。したがって、残留応力の低い皮膜の形成が可能となる。
　なお、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の直径は、４０ｍｍであってもよい。つまり、ターゲット２と対向する表面（以下、単に「表面」という）の面積を４００πｍｍ２としてもよい。これにより、ターゲット２の表面の面積は、上述した直径１００ｍｍの場合（表面の面積が２５００πｍｍ２の場合）と比較して、０．１６倍（１００分の１６）となる。
　また、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の直径は、８０ｍｍであってもよい。つまり、各磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の表面の面積を１６００πｍｍ２としてもよい。これにより、ターゲット２の表面の面積は、上述した直径１００ｍｍの場合（表面の面積が２５００πｍｍ２の場合）と比較して０．６４倍（１００分の６４）となる。
　すなわち、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂや磁性体５の表面の面積は、ターゲット２の表面の面積の０．２５倍（４分の１）以上としてもよい。この場合であっても、磁力線がターゲット２の軸心からそれるのを抑制することにより、より多くの磁力線を基材７へ導くことができる。これにより、効率的にターゲット２から蒸発したイオンを基材７に誘導することができる。
　なお、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５の表面の面積は、好ましくはターゲット２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の表面の面積の１．０倍以上である。また、好ましい上限として、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの直径は、ターゲット２の直径の１．５倍である。つまり、円盤背面磁石４Ａ、４Ｂの表面の面積は、ターゲット２表面の面積の２．２５倍（４分の９）以下であることが好ましい。
　また、アーク放電により放出される電子は、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）に対して直角の方向（つまり基材７に向かう方向）に移動する力を受けている。アークスポットの移動速度は、磁力線の平行成分の強さに比例する。
　磁力線の平行成分は、ターゲット２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の表面に近い側の円盤背面磁石の表面までの距離で決まる。そのため、前記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。一方、前記距離を離すと磁力線の垂直成分が０となる点が中央部に寄り、イオンを効率的に基材７へと到達させることができる。
　しかしながら、前記距離が遠すぎる場合、ターゲット２の表面上の磁力線及び基材７に向かう方向に延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。
　なお、垂直成分が０で、且つ、平行成分のみを有する磁力線の位置を変化させるために、各円盤背面磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５をターゲット２に対して近接離反するように前後に移動させる機構を組み込むことも可能である。このように、各磁石４Ａ、４Ｂ及び磁性体５のターゲット２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。
［第２実施形態］
　図９、図１０には、上述したアーク式蒸発源１を複数備えた第２実施形態に係る成膜装置６が示されている。
　なお、各アーク式蒸発源１の構成は、第１実施形態と略同じである。
　この第２実施形態に係る成膜装置６の最も大きな特徴は、次の点にある。
　具体的に、図９に示すように、第２実施形態に係る成膜装置６では、複数（４台）のアーク式蒸発源１が準備されている（準備工程）。そして、これら複数のアーク式蒸発源１は、隣接するアーク式蒸発源１の磁力線が互いにつながるように、複数（４台）の蒸発源１が上下に並べて配置されている（配置工程）。具体的に、複数の蒸発源１は、直線的又は非直線的（図１０（ａ）、（ｂ）参照）に配置されている。そして、前記複数のアーク式蒸発源１を用いて皮膜が形成される（皮膜形成工程）。
　なお、第１実施形態と同様、各蒸発源１のうち、背面磁石４及び磁性体５以外の部分は真空チャンバ１１内に配置されている。
　図９に示すように、磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）における基材７に近い側の極性（磁極の向き）が隣接する蒸発源１同士で互いに逆極性（逆向き）となるように、それぞれの蒸発源１が配置されている。
　この逆向き配置とは、例えば、次のような配置である。特定の蒸発源１は、基材７に向かう方向（ターゲット２から基材７に近づく方向）に磁力線が向くように配置されている。この場合、この特定の蒸発源１に隣接する蒸発源１は、磁力線が基材７に向かう方向とは逆向き（基材７からターゲット２に向かって遠ざかる方向）となるように配置されている。
　このような配置によって、特定の蒸発源１によって形成される磁力線と、特定の蒸発源１に隣接する蒸発源１によって形成される磁力線とが互いに繋がる。
　例えば、１番上の蒸発源１Ａの磁界形成手段８のＮ極は、ターゲット２の表面側（基材７に近い側）に向き、上から２番目の蒸発源１Ｂの磁界形成手段８のＳ極は、ターゲット２の表面側に向く。そのため、隣接する１番上の蒸発源１Ａと、２番目の蒸発源１Ｂとの間では、１番上の蒸発源１Ａから２番目の蒸発源１Ｂに向かう磁力線が発生する（図９参照）。
　したがって、１番上の蒸発源１Ａと２番目の蒸発源１Ｂとの間の磁力線は閉じた状態となる（この閉じた領域を「閉磁場領域Ｈ」とする）。アーク式蒸発源１からの放出電子は、この閉磁場領域Ｈ内にトラップされる（閉じ込められる）。これにより、前記放出電子がアノード１７や真空チャンバ１１に安易に誘導されることが防止される。
　なお、このような閉磁場領域Ｈは、蒸発源１Ａと蒸発源１Ｂとの組み合わせに限らず、それ以外の隣接する蒸発源１同士の間でそれぞれ形成される。
　また、上述したように、多くの磁力線がアーク式蒸発源１から基材７に向かう方向へ延びている。そのため、閉磁場領域Ｈは、基材７近傍まで到達することとなる。
　その結果、放出電子の濃度が各閉磁場領域Ｈ内で高まり、基材７の周辺で真空チャンバ１１中の反応ガスと放出電子との衝突が増加する。これにより、高効率で反応ガスのイオン化が図れる。
　したがって、隣接するアーク式蒸発源１の磁力線が互いにつながるように、複数のアーク式蒸発源１を配備することによって、成膜速度が上がり、さらに効率的な成膜が可能となる。
　図１０は、複数並べたアーク式蒸発源１を正面（基材７に近い側）からの投影図（図９のＡ－Ａ線矢視図）である。図１０（ａ）のように、複数の蒸発源１を上下１列に直線的に配列することができる。また、図１０（ｂ）のように、複数の蒸発源１を非直線的（例えば、ジグザグ）に配備することもできる。
　直線的に配備した場合には、上述の閉磁場領域Ｈの左右幅が狭くなる。これにより、閉磁場領域Ｈ内の放出電子の濃度がさらに上がり、閉磁場領域Ｈ内で基材７をより高い効率で成膜できる。
　非直線的に配備した場合には、蒸発源１が蛇行している幅分だけ、閉磁場領域Ｈの幅も広がる。これにより、基材７が幅広であっても、閉磁場領域Ｈ内で効率よく皮膜を形成することが可能となる。
　なお、「直線的に」配備するとは、上述のように上下１列に並べるだけでなく、真空チャンバ１１の内面に左右１列に並べたり、斜め１列に並べることも含む。
　また、第２実施形態に係る成膜装置６は、基材７が上述した閉磁場領域Ｈ内を通過するように構成されている。具体的に、前記成膜装置６では、真空チャンバ１１内の回転台１２上に基材７が複数個（例えば、回転軸に対して２個対称に）設置されている。この回転台１２が回転することにより、回転台１２上の基材７が順次蒸発源１の前方側（ターゲット２正面側）を通るように移動する。
　基材７を閉磁場領域Ｈ内を通過させる構成としては、回転台１２又は基材７を回転させる構成に限定されない。例えば、蒸発源１が基材７の周りを回るように構成することもできる。つまり、成膜装置６は、閉磁場領域Ｈに対して基材７を順次相対的に移動させる手段を有していればよい。
　なお、第２実施形態に係る成膜装置６は、その他の構成であってもよい。また、皮膜を形成する方法は、第１実施形態と同様である。
［第３実施形態］
　図１１は、上述の蒸発源１を複数備えた第３実施形態に係る成膜装置６を示している。
　第３実施形態の第２実施形態との相違点は、複数（４台）の蒸発源１が円周状に（基材７の周りを取り囲むように）配備されている点である。
　円周上で隣接する蒸発源１は、それぞれの蒸発源１で形成される磁力線が互いにつながるように配置されている。具体的に、特定の蒸発源１の磁界形成手段８（外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５）の極性の向き（磁極の向き）は、前記特定の蒸発源１に隣接する蒸発源１の磁界形成手段８の極性の向きと逆向きに配置されている。
　この配置によって、外周磁石３及び背面磁石４によって形成される磁力線は、隣り合うアーク式蒸発源１同士で互いに繋がることとなる。
　例えば、図１１の右上の蒸発源１Ｃの磁界形成手段８のＮ極は、ターゲット２の表面側（基材７に近い側）に向いている。図１１の右下の蒸発源１Ｄの磁界形成手段８のＳ極は、ターゲット２の表面側に向いている。そのため、右上の蒸発源１Ｃから右下の蒸発源１Ｄに向かう磁力線が発生する。
　図１１に示すように、蒸発源１Ｃと蒸発源１Ｄとの組み合わせ以外の隣接する蒸発源１同士の間でも磁力線がつながる。さらに、各蒸発源１が基材７を囲んで円周状に配置されているため、それぞれの磁力線が基材７の周りを取り囲むようにつながる。
　したがって、第３実施形態の場合には、各蒸発源１から延びる磁力線は、基材７を含む領域を囲んで閉じた状態となる。そして、上述した閉磁場領域Ｈは、基材７を囲んだ広い範囲に発生する。
　これにより、蒸発源１からの放出電子は、基材７を含む大きな閉磁場領域Ｈ内にトラップされ、基材７周辺の放出電子の濃度が高まる。そのため、成膜速度を向上することができるとともに、基材７の大型化や数量の増加に対応した効率的な成膜が可能となる。
　なお、第３の実施形態において「直線的に」配備するとは、第２実施形態のように上下１列に並べる配置のみならず、次の配列を含む。具体的に、複数の蒸発源１を一定の高さで配置した状態で、当該複数の蒸発源１を基材７を囲むように円周状に配置した配列が含まれる。また、第３の実施形態において「非直線的に」配備するとは、第２実施形態で記載したように上下ジグザグに配置することだけでなく、次の配列を含む。具体的に、真空チャンバ１１の底からの高さが異なるように複数の蒸発源１を配置した状態で、当該複数の蒸発源１を基材７を囲むように円周状に配置した配列が含まれる。なお、本実施形態においても、複数の蒸発源１のうちの背面磁石４及び磁性体５以外の部分が真空チャンバ１１内に配置されている。
　これに加えて、第３実施形態の成膜装置６は、上述のように広い閉磁場領域Ｈ内に基材７が位置するように、真空チャンバ１１内の回転台１２上に基材７を複数個（例えば、回転軸に対して２個対称に）設置している。
　したがって、回転台１２で基材７を回転させることによって、基材７が各蒸発源１の前方側を順次通過する。そのため、各アーク式蒸発源１のターゲット２を同一又は異なる材質で構成することにより、基材７上に同一又は異なる組成及び／又は厚みの皮膜を順次成膜することが可能となる。その結果、各アーク式蒸発源１のターゲット２の材質がそれぞれ異なる場合には、異なる材質の皮膜を多層に形成することができる。
　なお、第３実施形態に係る成膜装置６は、その他の構成でもよい。また、皮膜を形成する方法は、第１実施形態と同様である。
［第４実施形態］
　図１２には、上述した複数のアーク式蒸発源１と、複数のスパッタ式蒸発源２１とをそれぞれ備えた第４実施形態に係る成膜装置６が示されている。
　第４実施形態は、第３実施形態における複数の蒸発源１のうち、対向する２台を、スパッタ式蒸発源２１に代えたものである。そして、各蒸発源１、２１は、円周状に配備されている。
　具体的に、図１２に示すように、第４実施形態に係る成膜装置６では、２台のアーク式蒸発源１と２台のスパッタ式蒸発源２１とを含む複数の蒸発源１、２１を準備する（準備工程）。そして、これら複数の蒸発源１、２１は、隣接する蒸発源１、２１の磁力線が互いにつながるように、円周状に配置されている（配置工程）。そして、前記複数の蒸発源１、２１を用いて皮膜が形成される（皮膜形成工程）。
　スパッタ式蒸発源２１は、一般的なスパッタリング方式の蒸発源である。具体的に、スパッタ式蒸発源２１は、真空チャンバ１１中に導入した不活性ガス（アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等）を放電によってプラズマイオン化させ、このプラズマイオンをターゲット２に衝突させることにより（スパッタすることにより）、ターゲット物質を基材７側に弾き飛ばす。
　このスパッタ式蒸発源２１における磁界形成手段８は、ターゲット２の背面磁石４として、リング磁石４Ｃ（リング状の永久磁石）と、このリング磁石４Ｃの内側で、且つ同軸に配置された円柱磁石４Ｄ（円柱状の永久磁石）とを備えている。
　図１２に示す如く、リング磁石４Ｃ及び円柱磁石４Ｄは、リング磁石４Ｃの極性の向きと円柱磁石４Ｄの極性の向き（磁極の向き）とが互いに逆向きとなるように配置されている。
　この配置によって、磁力線は、リング磁石４Ｃと円柱磁石４Ｄとの間でターゲット２の表面側を囲むようにつながり、ターゲット２の表面近傍で閉じた状態となる（この閉じた領域を「プラズマ閉磁場領域Ｈ’」とする）。
　したがって、スパッタ式蒸発源２１からの放出電子は、このプラズマ閉磁場領域Ｈ’内に閉じこめられる。これにより、プラズマ閉磁場領域Ｈ’内での不活性ガスのプラズマの濃度が高まり、より多くのプラズマイオンがターゲット２にぶつかる。そのため、成膜効率を向上できる。
　さらに、隣接する蒸発源１、２１は、次のように配置されている。具体的に、スパッタ式蒸発源２１のリング磁石４Ｃの極性と、このスパッタ式蒸発源２１に隣接するアーク式蒸発源１の磁界形成手段８（外周磁石３及び背面磁石４）の磁極の向きとは、互いに逆向きに配置されている。
　よって、スパッタ式蒸発源２１のリング磁石４Ｃと、アーク式蒸発源１の磁界形成手段８によって形成される磁力線が、隣り合う蒸発源１、２１同士で互いに繋がる。
　その結果、各アーク式蒸発源１と各スパッタ式蒸発源２１との間において、磁力線は、基材７の周りを取り囲むようにつながる。これにより、上述したプラズマ閉磁場領域Ｈ’とは別の閉磁場領域Ｈが発生する。この閉磁場領域Ｈは、基材７を囲んだ広い範囲に発生する。
　その結果、スパッタ式蒸発源２１の近傍で高いプラズマ濃度を保ったまま、閉磁場領域Ｈ内で基材７の周辺の放出電子濃度を高めることができる。これにより、大型又は大量の基材７を一度に、且つ高い成膜速度で皮膜を形成することが可能となる。
　次に、第４実施形態の成膜装置６を用いた成膜の方法を説明する。
　アーク式蒸発源１のみを用いて皮膜を形成する場合、窒素（Ｎ２）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の反応ガスを真空チャンバ１１内に導入し、数Ｐａ（１～７Ｐａ程度）の圧力下で成膜を実施する。
　一方、スパッタ式蒸発源２１のみを用いて皮膜を形成する場合は、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを真空チャンバ１１内に導入し、０．数Ｐａ程度の圧力下で成膜を実施する。
　さらに、アーク式蒸発源１とスパッタ式蒸発源２１とを同時に用いて皮膜を形成する場合、窒素等の反応ガスと、アルゴン等の不活性ガスとを混合して用いる。混合雰囲気の全圧力は、２～４Ｐａ程度とし、アーク式蒸発源１のみによる成膜時よりも低い圧力で成膜することとなる。なお、反応ガス(窒素等)の分圧は０．５～２．６５Ｐａとする。
　このように、２種類の蒸発源１、２１を同時用いたとしても、閉磁場領域Ｈとプラズマ閉磁場領域Ｈ’とは、磁力線によってそれぞれ分けられている。これにより、プラズマの濃度、及び放出電子の濃度をそれぞれ独自に高めることができる。したがって、アーク式蒸発源１による成膜効率と、スパッタ式蒸発源２１による成膜効率とを同時に向上できる。
　なお、第４実施形態の成膜装置６において、回転台１２や基材７の配置など、その他の構成は、第１実施形態及び第３実施形態と同様である。
　ところで、本発明は、前述した各実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した本発明の範囲内で適宜変更可能である。
　ターゲット２は、円盤状以外の任意の形状であってもよい。
　具体的に、ターゲット２の投影面形状は、回転対称体の図形（正方形、六角形等）であってもよい。その際、ターゲット２に対して外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５は同心軸状に配置されていなくてもよい。ただし、外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５は、それらの中心軸（外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５が回転対称体の場合はその回転軸）がターゲット２を通るように配置されていることが好ましい。
　また、ターゲット２は、投影面形状が長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。このとき、ターゲット２の投影面形状が楕円の場合、前記直径を長径及び短径と読み替えることができる。また、ターゲット２の投影面形状が長方形の場合、前記直径を長辺及び短辺と読み替えれることができる。
　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い。具体的に、ターゲット２の投影面形状を取り囲むことができる投影面形状を有するリング状の永久磁石を採用することができる。例えば、ターゲット２の投影面形状が楕円であれば、これを取り囲むことができる楕円の投影面形状を持つ永久磁石を用いることができる。
　また、外周磁石３は、ターゲット２を取り囲むことができれば、次のような形状のものでもよい。具体的に、外周磁石３は、ターゲット２の投影面形状に応じて、点対称な図形（正方形、六角形等）、又は長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。
　背面磁石４は、円盤状以外の任意の形状でもよい。例えば、背面磁石４の投影面形状は、点対称な図形（正方形、六角形等）、又は長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。
　同様に、磁性体５は、円盤状以外の任意の形状とすることができる。具体的に、磁性体５の投影面形状は、点対称な図形（正方形、六角形等）又は長手方向を有した図形（楕円、長方形等）であってもよい。
　なお、背面磁石４及び磁性体５の投影面形状は、ターゲット２の投影面形状と相似であることが好ましい。
　また、外周磁石３、背面磁石４及び磁性体５をそれぞれ複数備えていてもよい。
　成膜装置６に用いる蒸発源は、アーク式蒸発源１やスパッタ式蒸発源２１に限らず、プラズマビーム式蒸発源や、抵抗加熱式蒸発源等であってもよい。
　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。
　本発明は、ターゲットの表面にアーク放電を生じさせることにより、前記ターゲットを溶解させるための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とともに、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、前記外周磁石の極性と同方向の極性を有するとともに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非リング状の第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石と間隔を空けた状態で、前記第１の永久磁石と前記ターゲットとの間、又は、前記第１の永久磁石の背面側に配置され、前記外周磁石の極性と同方向の極性を有するとともに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非リング状の第２の永久磁石と、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に配置された磁性体とを備えている、アーク式蒸発源を提供する。
　本発明に係るアーク式蒸発源では、ターゲットの外周に外周磁石が配置されているとともに、外周磁石と同じ向きの極性を有する磁石（第１の永久磁石及び第２の永久磁石）がターゲットの背面側に配置されている。これにより、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が形成されるとともに、ターゲット表面上で双方の磁石（外周磁石と第１の永久磁石及び第２の永久磁石との双方の磁石）によって反発磁場が形成される。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るとともに、マクロパーティクルの発生が減少する。そのため、平滑な皮膜を形成することができる。なお、ターゲットの外周を取り囲むように外周磁石を配置するのは、ターゲット表面に形成される磁場の水平成分を大きくするためである。
　ここで、本発明では、外周磁石の極性と同じ向きの極性を有するとともにターゲットの背面に配置された非リング状の永久磁石（第１の永久磁石）を備えている。これにより、ターゲットの表面の中心部分から基材方向に延びる直進性の高い磁力線が多数発生する。ここで、第１の永久磁石の磁極の向きと外周磁石の磁極の向きを同じにし、且つ第１の永久磁石の形状を非リング状としているのは、ターゲットの表面（端面）の中心部分から基材方向に延びる直進性の高い磁力線を多数発生させるためである。このように、ターゲットの表面の中心部分から基材方向に延びる磁力線を多数発生させることにより、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することができる。そのため、成膜速度が向上する。
　仮に、外周磁石の磁極と第１の永久磁石の磁極とを反対向きにした場合、ターゲットの表面（端面）の中心部分から発生する磁力線は、外周磁石に引き込まれる。そのため、基材方向に延びる磁力線を発生することが出来ない。
　また、外周磁石の磁極と第１の永久磁石の磁石とを同方向としても、背面磁石の形状が中実でない（リング状である）場合、磁石の中心部から磁力線が発生しない。そのため、ターゲットの表面の中心部分から基材方向に伸びる磁力線を発生させることが出来ない。さらに、前記本発明の構成範囲外とした場合、ターゲットの表面の中心部分から基材方向に延びる磁力線を発生することができないため、成膜速度を向上する効果は得られない。
　さらに、本発明では、前述の第１の永久磁石の他に、別の永久磁石（第２の永久磁石）を、第１の永久磁石との間に間隔を設けて配置している。これにより、ターゲットの表面の中心部分から発生する磁力線の直進性を向上することができる。
　このように第１の永久磁石と第２の永久磁石とを間隔を置いて配置しているのは、ターゲットの表面の中心部分から基材方向に延びる磁力線の直進する度合いを向上するためである。磁力線の直進する度合いを向上することにより、ターゲットから蒸発して、イオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来るため、成膜速度が向上する。
　一方、第１の永久磁石と第２の永久磁石とを密着して配置した場合、直進する度合いは向上しないため、成膜速度を向上する効果は得られない。
　本発明における最も大きな特徴は、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間に磁性体を配置していることにある。これにより、ターゲットの表面の中心部分から発生する直進する度合いの高い磁力線の数を増大することができる。つまり、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間に磁性体を配置することにより、各永久磁石の互いに対向する面（端面）からのびる磁力線を漏れなく繋げ、ターゲットの表面の中心部分から発生する直進する度合いの高い磁力線の数をさらに増大させるためである。
　ここで、アーク放電中、電子は、磁力線に巻きつきながら移動すると同時に、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子は、電子に引寄せられながら移動する。これを鑑みるに、直進する度合いの高い磁力線の数を増大することにより、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することが出来る。そのため、成膜速度がさらに向上する。
　なお、本発明において、「リング状の永久磁石」とは、リング形状を有する単一の永久磁石だけでなく、リング状に配列した複数の永久磁石をも意味する。また、「リング状」とは真円に限定されず、楕円及び多角形などをも含む。
　前記アーク式蒸発器において、前記磁性体の両端面は、前記第１の永久磁石の端面と前記第２の永久磁石の端面とにそれぞれ密着していることが好ましい。
　この態様によれば、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石の互いに対向する端面からのびる磁力線を漏れなく繋げることができる。
　前記アーク式蒸発器において、前記ターゲットは、円盤状であり、前記外周磁石は、リング状の永久磁石であることが好ましい。
　この態様によれば、ターゲットの表面よりも前方の磁力線の向きを基材方向に向けることができるため、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することができる。したがって、成膜速度が向上する。
　前記アーク式蒸発器において、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状と相似することが好ましい。
　この態様では、第１の永久磁石及び第２の永久磁石の投影形状とターゲットの投影形状とが相似する。これにより、第１の永久磁石及び第２の永久磁石からターゲットへ延びる磁力線をターゲットに対して満遍なく導くことができる。
　また、本発明は、前記アーク式蒸発源を用いて皮膜を形成する皮膜形成工程を含む、皮膜の製造方法を提供する。
　本発明に係る製造方法では、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間に磁性体が配置されたアーク式蒸発源を用いて皮膜を形成する。これにより、直進する度合いの高い多数の磁力線をターゲットの表面の中心部分から発生させた状態で、皮膜を形成することができる。ここで、アーク放電中、電子は、磁力線に巻きつきながら移動すると同時に、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子は、電子に引き寄せられながら移動する。そのため、前述のように直進する度合いの高い多数の磁力線を生じさせた状態で皮膜を形成することにより、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することができる。したがって、成膜速度を向上することができる。
　前記皮膜の製造方法において、前記アーク式蒸発源を複数準備する準備工程と、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、前記複数のアーク式蒸発源を配置する配置工程とをさらに含むことが好ましい。
　また、前記皮膜の製造方法において、前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を準備する準備工程と、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、前記複数種の蒸発源を配置する配置工程とをさらに含むことが好ましい。
　これらの態様では、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように複数の蒸発源が配置される。これにより、隣接する蒸発源の間の磁力線が閉じた状態となり、この閉じた磁力線の領域内にアーク式蒸発源からの放出電子を閉じ込めることができる。その結果、アーク式蒸発源からの放出電子の衝突確率が上昇し、反応ガスのイオン化を高確率で生じさせることができる。したがって、前記各態様によれば、成膜速度をより向上することができる。
　具体的に、前記配置工程では、前記複数のアーク式蒸発源を直線的又は非直線的に配置することができる。
　同様に、前記配置工程では、前記複数種の蒸発源を直線的又は非直線的に配置することができる。
　さらに、本発明は、前記アーク式蒸発源と、前記アーク式蒸発源に対してアーク放電を生じさせるための電圧を印加するアーク電源とを備えている、成膜装置を提供する。
　本発明に係る成膜装置は、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間に磁性体が配置されたアーク式蒸発源と、このアーク式蒸発源に対して電圧を印加するアーク電源とを備えている。これにより、直進する度合いの高い多数の磁力線をターゲットの表面の中心部分から発生させることができる。ここで、アーク放電中、電子は、磁力線に巻きつきながら移動すると同時に、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子は、電子に引き寄せられながら移動する。そのため、前述のように直進する度合いの高い多数の磁力線を生じさせることにより、ターゲットから蒸発してイオン化した粒子をコーティング基材に効率的に輸送することができる。したがって、成膜速度を向上することができる。
　前記成膜装置において、前記アーク式蒸発源を複数備え、前記複数のアーク式蒸発源は、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように配置されていることが好ましい。
　また、前記成膜装置において、前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源をさらに備え、前記複数種の蒸発源は、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように配置されていることが好ましい。
　これらの態様では、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように複数の蒸発源が配置されている。これにより、隣接する蒸発源の間の磁力線が閉じた状態となり、この閉じた磁力線の領域内にアーク式蒸発源からの放出電子を閉じ込めることができる。その結果、アーク式蒸発源からの放出電子の衝突確率が上昇し、反応ガスのイオン化を高確率で生じさせることができる。したがって、前記各態様によれば、成膜速度をより向上することができる。
　具体的に、前記複数のアーク式蒸発源を直線的又は非直線的に配置することができる。
　同様に、前記複数種の蒸発源を直線的又は非直線的に配置することもできる。
　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。
　Ｈ　　閉磁場領域
　１　　アーク式蒸発源
　２　　ターゲット
　３　　外周磁石
　４Ａ　　円盤背面磁石（第１の永久磁石）
　４Ｂ　　円盤背面磁石（第２の永久磁石）
　５　　磁性体
　６　　成膜装置
　７　　基材
　１５　　アーク電源
　２１　　スパッタ式蒸発源
　Ａ　　比較例１にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
　Ｂ　　比較例２にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
　Ｃ　　比較例３にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
　Ｄ　　比較例４にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
　Ｅ　　実施例１、実施例２にてターゲットの軸心から最も近い側の磁力線を示す矢印
　Ａ’　　比較例１にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
　Ｂ’　　比較例２にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
　Ｃ’　　比較例３にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
　Ｄ’　　比較例４にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印
　Ｅ’　　実施例１、実施例２にてターゲットの軸心から最も離れた側の磁力線を示す矢印

Claims (14)

  1. 　ターゲットの表面にアーク放電を生じさせることにより、前記ターゲットを溶解させるための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とともに、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、前記外周磁石の極性と同方向の極性を有するとともに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非リング状の第１の永久磁石と、
    　前記第１の永久磁石と間隔を空けた状態で、前記第１の永久磁石と前記ターゲットとの間、又は、前記第１の永久磁石の背面側に配置され、前記外周磁石の極性と同方向の極性を有するとともに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非リング状の第２の永久磁石と、
    　前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に配置された磁性体とを備えている、アーク式蒸発源。
  2. 　前記磁性体の両端面は、前記第１の永久磁石の端面と前記第２の永久磁石の端面とにそれぞれ密着している、請求項１に記載のアーク式蒸発源。
  3. 　前記ターゲットは、円盤状であり、
    　前記外周磁石は、リング状の永久磁石である、請求項１に記載のアーク式蒸発源。
  4. 　前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石をその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状は、前記ターゲットをその表面と直交する方向に沿って投影した面の形状と相似する、請求項１に記載のアーク式蒸発源。
  5. 　請求項１～４の何れか１項に記載のアーク式蒸発源を用いて皮膜を形成する皮膜形成工程を含む、皮膜の製造方法。
  6. 　前記アーク式蒸発源を複数準備する準備工程と、
    　隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように、前記複数のアーク式蒸発源を配置する配置工程とをさらに含む、請求項５に記載の皮膜の製造方法。
  7. 　前記配置工程では、前記複数のアーク式蒸発源を直線的又は非直線的に配置する、請求項６に記載の皮膜の製造方法。
  8. 　前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源を準備する準備工程と、
    　隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように、前記複数種の蒸発源を配置する配置工程とをさらに含む、請求項５に記載の皮膜の製造方法。
  9. 　前記配置工程では、前記複数種の蒸発源を直線的又は非直線的に配置する、請求項８に記載の皮膜の製造方法。
  10. 　請求項１～４の何れか１項に記載のアーク式蒸発源と、前記アーク式蒸発源に対してアーク放電を生じさせるための電圧を印加するアーク電源とを備えている、成膜装置。
  11. 　前記アーク式蒸発源を複数備え、
    　前記複数のアーク式蒸発源は、隣接するアーク式蒸発源の磁力線が互いにつながるように配置されている、請求項１０に記載の成膜装置。
  12. 　前記複数のアーク式蒸発源は、直線的又は非直線的に配置されている、請求項１１に記載の成膜装置。
  13. 　前記アーク式蒸発源を含む複数種の蒸発源をさらに備え、
    　前記複数種の蒸発源は、隣接する蒸発源の磁力線が互いにつながるように配置されている、請求項１２に記載の成膜装置。
  14. 　前記複数種の蒸発源は、直線的又は非直線的に配置されている、請求項１３に記載の成膜装置。
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