WO2012115203A1

WO2012115203A1 - アーク式蒸発源

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Publication number: WO2012115203A1
Application number: PCT/JP2012/054451
Authority: WO
Inventors: 信一谷藤; 山本　兼司
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2012-08-30
Also published as: IL227683A0; BR112013021546A2; KR20150103383A; EP2679702A4; CN103392026A; EP2679702A1; MX2013009737A; US20130327642A1; PT2679702T; KR20150103382A; KR20130121955A; CA2824749C; KR20150103384A; IL249382A0; US20180371605A1; EP2679702B1; MX363412B; CN103392026B; IL227683B; IL249382B

Abstract

　本発明の一実施形態のアーク式蒸発源１０１は、磁化方向がターゲット１０２の前面と平行となる方向に沿うようにターゲットの外周を取り囲むように配置されたリング状の外周磁石１０３と、磁化方向がターゲット１０２の前面と直交する方向に沿うようにターゲットの背面側に配置された背面磁石１０４と、を備える。外周磁石１０３の径方向内側の磁極と背面磁石１０４のターゲット１０２側の磁極とは互いに同じ極性である。

Description

アーク式蒸発源

　本発明は、機械部品等の耐摩耗性などの向上のために用いられる、窒化物及び酸化物などのセラミック膜、非晶質炭素膜等の薄膜を形成する成膜装置のアーク式蒸発源に関する。

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

　カソード放電型アーク式蒸発源（以下、アーク式蒸発源という）は、カソードであるターゲットの表面にアーク放電を発生させ、ターゲットを構成する物質を瞬時に溶解及び蒸発させてイオン化する。アーク式蒸発源は、アーク放電によってイオン化されたその物質を被処理物である基材側に引き込んで、基材表面に薄膜を形成する。このアーク式蒸発源によれば、ターゲットの蒸発速度が速く、かつ蒸発した物質のイオン化率が高いので、成膜時には基材にバイアスを印加することで緻密な皮膜を形成できる。このため、アーク式蒸発源は、切削工具などの表面に耐摩耗性皮膜を形成する目的で産業的に用いられている。

　アーク放電により蒸発するターゲットを構成する原子は、アークプラズマ中において高度に電離及びイオン化する。その場合、ターゲットから基材に向かうイオンの輸送はターゲットと基材との間の磁界に影響され、その軌跡は、ターゲットから基材に向かう磁力線に沿う。
　しかし、カソード（ターゲット）とアノードとの間で生じるアーク放電では、カソード側の電子放出点（アークスポット）を中心としてターゲットが蒸発する際に、溶融した蒸発前のターゲット（マクロパーティクル）が、アークスポット近傍から放出されることがある。このマクロパーティクルの被処理体への付着は、薄膜の面粗度を低下させる原因となる。

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

　特許文献１には、リング状の磁場発生源をターゲットの周囲に設けることによりターゲットの表面に垂直な磁場を印加する真空アーク蒸発源が開示されている。特許文献１では、この真空アーク蒸発源によれば、アークスポットの動きが高速になり、溶融粒子の発生を抑制できると記載されている。
　特許文献２には、カソードの背面に磁石が配置されたアーク式蒸発源が開示されている。

　特許文献３には、ターゲットの外周を取り囲み、且つ磁化方向がターゲットの表面と直交する方向に沿った外周磁石と、極性が外周磁石と同方向で、且つ磁化方向がターゲットの表面と直交する方向に沿った背面磁石と、を備えたアーク式蒸発源が開示されている。特許文献３には、このアーク式蒸発源によれば、磁力線の直進性を向上させることができると記載されている。

　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アーク蒸発装置が開示されている。特許文献４には、このアーク蒸発装置によれば、ターゲットの中心からその外縁部までのあらゆるトラックに従ったアークの誘導が達成されると記載されている。

日本国特開平１１－２６９６３４号公報日本国特開平０８－１９９３４６号公報日本国特開２０１０－２７５６２５号公報日本国特表２００４－５２３６５８号公報

　しかしながら、特許文献１に開示の真空アーク蒸発源は、ターゲットの周辺部からのみターゲットの表面に磁場を印加しているために、ターゲットの表面の中心付近では磁場が弱くなる。このように磁場が弱くなった中心付近で放電する場合には、マクロパーティクルが多く放出される。
　このように中心付近で磁場が弱くなる技術は、大型のターゲットを用いる蒸発源には適用が困難である。また、ターゲットの表面からの磁力線が基材方向に向かって伸びていないため、蒸発してイオン化されたターゲットの物質を基材方向に向かって効率的に誘導することができない。この問題を回避するために、リング状の磁場発生源に付加する電流値を大きくすることが考えられる。しかしながら、電流の増大のみに頼ることには発熱等の問題があり、限度がある。
　また、ターゲットの表面からの磁力線が軸心から逸れる方向に向かっていることにより、基材から逸れる磁力線が多数発生してしまう。このような磁力線が形成される磁場形態では、ターゲットから蒸発したイオンが効率的に基材に輸送されないため、成膜速度が遅くなる。

　また、特許文献２に開示のアーク式蒸発源によれば、カソードの背面の磁石によってカソードの表面に強い磁場を印加することができるが、磁力線はカソードの表面の中心から外周（外側）に向かう方向に伸びている（発散している）。ここで、カソードの表面に垂直磁場が印加された状況では、アークスポットは磁力線が倒れる方向に移動する傾向にある。したがって、放電時にアークスポットが外周部へと移動して放電が不安定になると共に、当該外周部のみで局所的な放電が生じてしまう。また、ターゲットからの磁力線が基材方向に向かって伸びていないことから、イオン化されたターゲット物質を効率的に基材方向に誘導することが出来ない。

　特許文献３に開示のアーク式蒸発源は、ターゲットの背面に間隔を空けて配置された２枚の円板磁石によって、ターゲットの表面から基材に向かう方向に磁力線を発生させている。これら２枚の円板磁石は、中央部においては直進性の高い磁力線を発生させることができる。しかしながら、中央部よりも外周側から出た磁力線は、円板磁石の軸心に対して外向きに発散する。これは、一般的な磁石の特性として避けがたい現象であるため、イオン化されたターゲット物質を効率的に基材方向に誘導するには、更なる改善の余地がある。

　さらに、特許文献４に開示のアーク蒸発装置によれば、電磁コイルの中央部からは直進性の高い磁力線が発生するが、電磁コイルの中央部よりも外周側から出た磁力線は、電磁コイルの軸心に対して外向きに発散する。
　つまり、特許文献３及び４に開示の技術では、ターゲットの背面に設ける磁石や電磁石の特性上、ターゲットの中央部のみが、ターゲットの前面から基材に向かって直進性の高い磁力線を発生させることができる。そのため、特許文献３及び４に開示の技術によっても、成膜速度を十分に向上させることができない。

　前述した問題に鑑み、本発明の目的は、ターゲットの表面における磁力線の傾きが垂直となるように、又はターゲットの表面における磁力線の傾きをカソードの表面の外周から中心（内側）に向かう方向とするように、磁力線を制御可能なアーク式蒸発源を提供することである。

　前記目的を達成するため、本発明に係るアーク式蒸発源は、
　ターゲットの外周側に配置されたリング状の外周磁石及び前記ターゲットの背面側に設置された背面磁石の少なくともいずれかを備え、
　前記外周磁石及び前記背面磁石のいずれか一方が、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有するように設置されることにより、前記ターゲットの蒸発面を通過する磁力線の方向が前記蒸発面に対して略垂直であることを特徴とする。

　特に、本発明の第１発明において、アーク式蒸発源は、
　リング状の外周磁石と、
　リング状の磁場発生機構と、を備え、
　前記外周磁石の磁化方向は、径方向に沿っており、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向が、ターゲットの前面と平行な方向に沿うように、前記ターゲットの外周を囲むように配置されており、
　前記磁場発生機構は、前記磁場発生機構の軸心が前記ターゲットの前面と略垂直な方向に沿うように前記ターゲットの前方に配置されて、前記ターゲットの前面と略垂直方向となる磁場を発生することを特徴とする。

　または、本発明の第１発明において、アーク式蒸発源は、
　リング状の外周磁石と、
　リング状の磁場発生機構と、を備え、
　前記外周磁石の磁化方向は、径方向に沿っており、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向が、ターゲットの前面と平行な方向に沿うように、前記外周磁石の前端部が前記ターゲットの背面よりも後方に位置するように設置されており、
　前記磁場発生機構は、前記磁場発生機構の軸心が前記ターゲットの前面と略垂直な方向に沿うように前記ターゲットの前方に配置されて、前記ターゲットの前面と略垂直方向となる磁場を発生することを特徴とする。

　また、本発明の第２発明において、アーク式蒸発源は、
　リング状の外周磁石と、
　背面磁石と、を備え、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向が、ターゲットの前面と平行な方向に沿うように、前記ターゲットの外周を取り囲むように配置されており、
　前記背面磁石は、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うように、前記ターゲットの背面側に配置されており、
　前記外周磁石の径方向内側の磁極と、前記背面磁石の前記ターゲット側の磁極と、が互いに同じ極性であることを特徴とする。

　または、本発明の第２発明において、アーク式蒸発源は、
　リング状の外周磁石と、
　背面磁石と、
　リング状の磁場発生機構と、を備え、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向がターゲットの前面と平行な方向と沿うように、前記ターゲットの背面よりも後方に配置されており、
　前記背面磁石は、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うように配置されており、
　前記外周磁石の径方向内側の磁極と、前記背面磁石の前記ターゲット側の磁極と、が互いに同じ極性であり、
　前記磁場発生機構は、前記背面磁石と同一方向の磁場を発生し、前記ターゲットの前面を通過した磁力線を前記磁場発生機構の径方向内側に通過させるように、前記ターゲットの前方に配置されていることを特徴とする。

　また、本発明の第３発明において、アーク式蒸発源は、
　リング状の外周磁石と、
　リング状の背面磁石と、を備え、
　前記外周磁石は、ターゲットの外周側を囲むように配置され、前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うと共に前方又は後方を向いた磁化方向となる極性を有し、
　前記背面磁石は、前記ターゲットの背面側に配置され、前記ターゲットの大きさ以上の内径を有し、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有し、
　前記外周磁石の磁化方向が前方を向く場合は、前記背面磁石の磁化方向が前記背面磁石の径方向内側を向いており、
　前記外周磁石の磁化方向が後方を向く場合は、前記背面磁石の磁化方向が前記背面磁石の径方向外側を向くことを特徴とする。

　上記した発明のうち、特に第１発明によると、ターゲットと基材との間の磁力を強くするとともに、ターゲット表面における磁力線の傾きを垂直となるように、又はカソード表面の外周から中心側（内側）に向かう方向となるように、制御することができる。

　上記した発明のうち、特に第２発明によると、ターゲット表面における磁力線の傾きを、垂直となるように、又はカソード表面の外周から中心側（内側）に向かう方向となるように制御することができる。

　上記した発明のうち、特に第３発明によると、アーク式蒸発源において、ターゲット表面から基材方向に伸びる直進性の高い磁力線を、ターゲット表面の広い領域において発生させることができる。

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

［第１発明］
　以下、本発明の第１発明について、図１～図５に基づき説明する。

［第１実施形態（第１発明）］
　図１及び図２を参照して、第１発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るアーク式蒸発源１（以下、蒸発源１という）を備えた成膜装置６を示している。
　成膜装置６はチャンバ１１を備え、このチャンバ１１内には、被処理物である基材７を支持する回転台１２と、基材７に向けて取り付けられた蒸発源１と、が配置されている。チャンバ１１には、チャンバ１１内へ反応ガスを導入するガス導入口１３と、チャンバ１１内から反応ガスを排出するガス排気口１４と、が設けられている。

　加えて、成膜装置６は、蒸発源１のターゲット２（後述）に負のバイアスをかけるアーク電源１５と、基材７に負のバイアスをかけるバイアス電源１６と、を備える。アーク電源１５およびバイアス電源１６の正極側は、グランド１８に接地されている。
　図１に示すように、蒸発源１は、蒸発面が基材７に向くように配置された所定の厚みを有する円板状のターゲット２と、ターゲット２の近傍に配置された磁界形成手段８と、を備えている。以下、用語「円板状」は、所定の高さを有する円柱形状も含む。磁界形成手段８は、外周磁石３から構成され得る。なお、本実施形態の場合には、チャンバ１１がアノードとして作用する。このような構成によって、蒸発源１は、カソード放電型のアーク式蒸発源として機能する。

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

　ターゲット２は、基材７上に形成しようとする薄膜に応じて選択された材料で構成されている。その材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、及びチタンアルミ（ＴｉＡｌ）などの金属材料や、炭素（Ｃ）などのイオン化可能な材料がある。
　磁界形成手段８は、磁場発生機構としての電磁コイル９と、ターゲット２の外周を取り囲むように配置されたリング状（環状またはドーナツ状）の外周磁石３と、を有している。外周磁石３は、保磁力の高いネオジム磁石により形成された永久磁石によって構成されている。

　電磁コイル９は、ターゲット２の前面（蒸発面）に垂直な方向の磁場を発生するリング状のソレノイドである。例えば、電磁コイル９は、数百回程度（例えば４１０回）の巻数を有し、ターゲット２の径よりも若干大きな径のコイルとなるように巻回されている。本実施形態では、２０００Ａ・Ｔ～５０００Ａ・Ｔ程度の電流で、電磁コイル９が磁場を発生させる。
　図２に示すように、この電磁コイル９はターゲット２の前面側に設けられており、径方向から見た電磁コイル９の投影は、ターゲット２の投影と重ならない。このとき、電磁コイル９は、ターゲット２と同心軸上に並ぶように配置される。このように配置されたターゲット２及び電磁コイル９を基材７側から見ると、円環状の電磁コイル９の内側に、円形のターゲット２がほぼ同心に入り込んでいる。

　このように配置した電磁コイル９に電流を流すと、電磁コイル９の内側に、ターゲット２側から基材７側に向かう磁場が発生する。このとき、ターゲット２の前面を通過した磁力線は、電磁コイル９内を通過できるようになっている。
　外周磁石３は、上述のとおりリング体であり、軸心方向に所定の厚みを有している。外周磁石３の厚みは、ターゲット２の厚みとほぼ同じであるか若干小さい。

　このようなリング状の外周磁石３の外観は、互いに平行な２つの円環状の面（円環面）と、当該２つの円環面を軸心方向につなぐ２つの周面と、からなっている。この２つの周面は、円環面の内周側に形成される内周面と、円環面の外周側に形成される外周面である。これら内周面と外周面の幅が、外周磁石３の厚みである。
　図２に示すように、外周磁石３は、内周面がＮ極となり、外周面がＳ極となるように磁化されている。なお、図中でＳ極からＮ極に向かう黒矢印が示されているが、以降、この矢印の方向を磁化方向と呼ぶ。本実施形態の外周磁石３は、ターゲット２の前面と平行な方向に磁化方向が沿うように、すなわち磁化方向がターゲット２を向くように配置されている。

　外周磁石３は、リング状または環状の一体形状を有していて良い。あるいは、外周磁石３は、磁化方向がターゲット２の表面と水平方向になるようにリング状または環状に並べられた円柱状あるいは直方体状の磁石により構成されていても良い。
　外周磁石３は、ターゲット２の外周を取り囲むように配置されており、ターゲット２と同心軸上に配置されている。このとき、外周磁石３は、ターゲット２の厚みの範囲から出ないように配置される。これにより、外周磁石３の径方向から見た投影が、ターゲット２の径方向から見た投影と重なっている。すなわち、外周磁石３は、ターゲット２の蒸発面と平行な方向に外周磁石３とターゲット２とを投影したときに形成されるそれぞれの影が互いに重なると共に、外周磁石３の影がターゲット２の影に完全に含まれるように配置されている。

　このように、外周磁石３の前面側の円環面である前端部がターゲット２の前面より背面側（後方）に位置するように、且つ、外周磁石３の後面側の円環面である後端部がターゲット２の背面より前面側（前方）に位置するように、外周磁石３が蒸発源１に配置されている。
　このように外周磁石３が設けられた場合には、電磁コイル９だけが用いられる場合に比べて、ターゲット２近傍の磁力線を収束させてターゲット２の蒸発面を通過させることができる。また、ターゲット２の蒸発面を通過する磁力線の方向を蒸発面に対してほぼ垂直とすることが可能となるという効果も得られる。

　上述の構成において、電磁コイル９の極性は、基材７側がＮ極であり、ターゲット２側がＳ極である。また、外周磁石３の極性は、ターゲット２に対向する内周面側がＮ極であり、外周面側がＳ極である。しかし、電磁コイル９に付加する電流の向きを逆にするとともに、外周磁石３とは内周面および外周面の極性が逆の外周磁石を用いることにより上記の構成とは反対の極性となるように構成しても、同様の磁力線分布を得ることができる。

　次に、蒸発源１を用いた成膜装置６における成膜の方法を説明する。
　まず、チャンバ１１が真空引きにより真空になった後、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスがガス導入口１３より導入され、ターゲット２及び基材７上の酸化物等の不純物がスパッタによって除去される。不純物の除去後、チャンバ１１内が再び真空にされて、真空となったチャンバ１１内にガス導入口１３より反応ガスが導入される。

　この状態でチャンバ１１に設置されたターゲット２上でアーク放電を発生させると、ターゲット２を構成する物質がプラズマ化して反応ガスと反応する。これによって、回転台１２に置かれた基材７上に、窒化膜、酸化膜、炭化膜、炭窒化膜、または非晶質炭素膜等を形成することができる。
　なお、反応ガスとしては、窒素ガス（Ｎ_２）や酸素ガス（Ｏ_２）、またはメタン(ＣＨ_４）などの炭化水素ガスを用途に合わせて選択すればよく、チャンバ１１内の反応ガスの圧力は１～７Ｐａ程度とすればよい。また、成膜時、ターゲット２は、１００～２００Ａのアーク電流を流すことで放電させると共に、１０～３０Ｖの負電圧をアーク電源１５により印加するとよい。さらに、基材７には１０～２００Ｖの負電圧をバイアス電源１６により印加するとよい。

　また、ターゲット２の前面における磁場が１００ガウス以上となるように、外周磁石３及び電磁コイル９を構成し、且つ配置すると好ましい。これにより、成膜を確実に行うことができる。ターゲット２の前面における磁場が１５０ガウスであれば、より好ましい。
　なお、本実施形態の蒸発源１を用いて成膜を行う場合における磁力線の分布状況は、以下の実施例で詳しく説明する。

［実施例（第１発明）］
　図３及び図４を参照しながら、第１発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源１が発生する磁力線分布の特徴について説明する。
　なお、図３（ａ）及び図４（ａ）に示される磁力線分布図は、ターゲット２の背面側から基材７の表面までの磁力線分布を示している。これら図３（ａ）及び図４（ａ）の磁力線分布図において、右端は基材７の表面の位置を示している。図３（ｂ）及び図４（ｂ）で示される磁力線分布図は、それぞれ、図３（ａ）及び図４（ａ）のターゲット２周辺の拡大図である。

　以下に説明する従来例及び発明例における、各種実験条件を示す。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）により形成されており、その寸法は、（直径１００ｍｍ×厚み１６ｍｍ）である。
　外周磁石３は永久磁石により形成されており、その寸法は、（外径１７０ｍｍ、内径１５０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）である。

［従来例（第１発明）］
　まず、理解を深めるため、図３（ａ）（ｂ）を参照して、従来例、すなわち電磁コイル９だけが用いられる場合の磁力線分布について説明する。

　図３（ａ）を参照すると、電磁コイル９が形成する磁界による磁力線は、ターゲット２の側から収束されながら電磁コイル９の内へと導入されるとともに、当該コイル内から拡散しつつ基材７の表面へと向かっている。
　図３（ｂ）を参照すると、ターゲット２の前面（蒸発面）を通過する磁力線は、ターゲット２の外周から内周に向かう方向に傾いており、ターゲット２の背面から前面に向かって収束している。

［発明例（第１発明）］
　図４（ａ）（ｂ）を参照して、第１発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源１が用いられるときの磁力線分布について説明する。
　図４（ａ）を参照すると、電磁コイル９と外周磁石２とが形成する磁界による磁力線のうち、ターゲット２の背面側から基材７へと向かう磁力線のほぼ全てが、ターゲット２の前面（蒸発面）を通過して、電磁コイル９の内へと導入されている。
　図３（ａ）に示す従来例と比較すると、図４（ａ）に示す発明例では、ターゲット２と電磁コイル９との間における磁力線の密度が高くなっていることがわかる。つまり、外周磁石２を用いることで、ターゲット２と電磁コイル９との間の磁力が強くなったといえる。

　図４（ｂ）を参照すると、図３（ｂ）に示す従来例と比較して、ターゲット２の前面（蒸発面）における磁力線の密度が高くなっていることがわかる。これだけでなく、ターゲット２の蒸発面を通過する磁力線は、ターゲット２の蒸発面に対してほぼ垂直（言い換えれば、ターゲット法線に対して略平行）となっている。しかしながら、ターゲット２の蒸発面を通過する磁力線は、単に蒸発面に対してほぼ垂直というだけでなく、ターゲット２の外周から内周に向かう方向に若干傾いているといえる。

　この傾きにより、放電時にアークスポットが外周部へと移動して放電が不安定になるといった問題や、当該外周部のみで局所的な放電が生じてしまうといった問題が、発生しにくくなる。
　以上、第１発明の第１実施形態及び発明例を通して以下のことが理解できる。つまり、外周磁石３が設けられる場合には、イオン化されたターゲットの物質をターゲット２の蒸発面から効率よく引き出すためにターゲット２と電磁コイル９との間の磁力を強くすることができる。外周磁石３が設けられる場合には、電磁コイル９に付加する電流値を大きくしなくても、ターゲット２と電磁コイル９との間の磁力強度を高くすることができる。

　この外周磁石３が設けられる位置は、上記実施形態で開示された位置に限られない。
　例えば、外周磁石３は、ターゲット２の背面側に位置をずらして配置されてもよい。このように外周磁石３の位置をずらすと、外周磁石３の径方向から見た投影の前面側が、ターゲット２の径方向から見た投影の背面側と重なる。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とターゲット２とを投影したときに形成される投影が互いに部分的に重なると共に、外周磁石３の投影の前面側がターゲット２の投影の背面側に重なるように、外周磁石３が配置される。

　このとき、図２において黒矢印が位置している外周磁石３の厚み方向の中央位置、つまり外周磁石３の前端部と後端部との中間位置は、ターゲット２の厚み方向に沿った幅の範囲内にあり、ターゲット２の背面よりも前面側（前方）に配置されている。
　このように、本実施形態における外周磁石３は、外周磁石３の前端部がターゲット２の背面よりも前方に配置されるように、蒸発源１に配置されている。さらに詳細には、ターゲット２の前面側の円環面である前端部がターゲット２の前面より背面側（後方）に位置するように、及び／又はターゲット２の後面側の円環面である後端部が、ターゲット２の背面より前面側（前方）に配置されるように、外周磁石３が蒸発源１に配置されているといえる。

　このように、外周磁石３をターゲット２の背面側にずらして配置すると、ターゲット２の蒸発面を通過する磁力線が、ターゲット２の蒸発面に対してより垂直（言い換えれば、ターゲット法線に対してより平行）となることが期待できる。これに加えて、ターゲット２の消費によって蒸発面の位置が変化した場合でも、蒸発面での磁場の均一性を良好な状態で保つことができるようになる。

　上述のように、外周磁石３の前端部がターゲット２の背面よりも前方となるように、外周磁石３が配置されると望ましい。
　しかし、図５に示すように、第１発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源１の変形例として、外周磁石３がターゲット２の外周を取り囲まないように、すなわち外周磁石３の前端部がターゲット２の背面よりも後方となるように、外周磁石３を配置できる場合がある。このとき、外周磁石３の径方向から見た投影の前面側は、ターゲット２の径方向から見た投影の背面側よりも後方に位置することになる。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とターゲット２とを投影したときに形成される投影が重ならず、外周磁石３の投影の前面側がターゲット２の投影の背面側よりも後方となるように、外周磁石３を配置することができる。

　言うまでもなく、外周磁石３をターゲット２の背面から後方に離しすぎると、ターゲット２の前面での磁力が弱くなると共に、ターゲット２の外側に発散するような磁力線が形成されてしまう。そこで、例えば所定の条件が満たされていれば、外周磁石３は、軸心がターゲット２の前面と略垂直に交差する位置で、前端部がターゲット２の背面よりも後方となるように、且つ磁化方向がターゲット２の前面と平行となる方向に沿うように配置されてもよい。
　上記条件は、例えば、ターゲット２の前面での磁力線がおよそ１００ガウス程度又はそれ以上となること、およびターゲット２の外周部にターゲット中心方向に傾いた磁力線が形成されることである。より好ましくは、外周磁石３は、ターゲット２とほぼ同軸（同心軸上）となるように配置される。

［第２発明］
　以下、本発明の第２発明について、図６～１７に基づき説明する。

［第１実施形態（第２発明）］
　図６及び図７を参照して、第２発明の第１実施形態について説明する。図６は、第２発明の第１実施形態に係るアーク式蒸発源１０１ａ（以下、蒸発源１０１ａという）を備えた成膜装置１０６を示している。

　成膜装置１０６はチャンバ１１１を備え、このチャンバ１１１内には、被処理物である基材１０７を支持する回転台１１２と、基材１０７に向けて取り付けられた蒸発源１０１ａと、が配置されている。チャンバ１１１には、チャンバ１１１内へ反応ガスを導入するガス導入口１１３と、チャンバ１１１内から反応ガスを排出するガス排気口１１４と、が設けられている。
　加えて、成膜装置１０６は、蒸発源１０１のターゲット１０２（後述）に負のバイアスをかけるアーク電源１１５と、基材１０７に負のバイアスをかけるバイアス電源１１６と、を備える。アーク電源１１５およびバイアス電源１１６の正極側は、グランド１１８に接地されている。

　図６に示すように、蒸発源１０１ａは、蒸発面が基材１０７に向くように配置された所定の厚みを有する円板状のターゲット１０２と、ターゲット１０２の近傍に配置された磁界形成手段１０８と、を備えている。以下、用語「円板状」は、所定の高さを有する円柱形状も含む。磁界形成手段１０８は、外周磁石１０３と背面磁石１０４とから構成される。なお、本実施形態の場合には、チャンバ１１１がアノードとして作用する。このような構成によって、蒸発源１０１ａは、カソード放電型のアーク式蒸発源として機能する。

　図６及び図７を参照し、成膜装置１０６に備えられた蒸発源１０１ａの構成について、以下に説明する。図７は、本実施形態による蒸発源１０１ａの概略構成を示す図である。
　蒸発源１０１ａは、上述したように、所定の厚みを有する円板状のターゲット１０２と、ターゲット１０２の近傍に配置された磁界形成手段１０８と、から構成されている。
　なお、以下の説明において、ターゲット１０２の蒸発面となる基材１０７側（白矢印で示される基材方向）を向く面を「前面」、その反対側（基材と反対方向）を向く面を「背面」と呼ぶ（図６及び図７参照）。

　ターゲット１０２は、基材１０７上に形成しようとする薄膜に応じて選択された材料で構成されている。その材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、及びチタンアルミ（ＴｉＡｌ）などの金属材料や、炭素（Ｃ）などのイオン化可能な材料がある。
　磁界形成手段１０８は、ターゲット１０２の外周を取り囲むように配置されたリング状（環状またはドーナツ状）の外周磁石１０３と、ターゲット１０２の背面側に配置された背面磁石１０４と、を有している。これら外周磁石１０３及び背面磁石１０４は、保磁力の高いネオジム磁石により形成された永久磁石によって構成されている。

　外周磁石１０３は、上述のとおりリング体であり、軸心方向に所定の厚みを有している。外周磁石１０３の厚みは、ターゲット１０２の厚みとほぼ同じであるか若干小さい。
　このようなリング状の外周磁石１０３の外観は、互いに平行な２つの円環状の面（円環面）と、当該２つの円環面を軸心方向につなぐ２つの周面と、からなっている。この２つの周面は、円環面の内周側に形成される内周面と、円環面の外周側に形成される外周面である。これら内周面と外周面の幅が、外周磁石１０３の厚みである。

　図７に示すように、外周磁石１０３は、内周面がＮ極となり、外周面がＳ極となるように磁化されている。なお、図中で外周磁石１０３のＳ極からＮ極に向かう黒矢印が示されているが、以降、この矢印の方向を磁化方向と呼ぶ。本実施形態の外周磁石１０３は、ターゲット１０２の前面と平行な方向に磁化方向が沿うように、すなわち磁化方向がターゲット１０２を向くように配置されている。
　外周磁石１０３は、リング状あるいは環状の一体形状を有していて良い。あるいは、外周磁石１０３は、磁化方向がターゲット１０２の表面と水平方向になるように、リング状または環状に並べられた円柱状あるいは直方体状の磁石により構成されていても良い。

　外周磁石１０３は、ターゲット１０２の外周を取り囲むように配置されており、ターゲット１０２と同心軸上に配置されている。このとき、外周磁石１０３は、ターゲット１０２の厚みの範囲から出ないように配置される。よって、外周磁石１０３の径方向から見た投影が、ターゲット１０２の径方向から見た投影と重なっている。すなわち、外周磁石１０３は、ターゲット１０２の蒸発面と平行な方向に外周磁石１０３とターゲット１０２とを投影したときに形成されるそれぞれの影が互いに重なると共に、外周磁石１０３の影がターゲット１０２の影に完全に含まれるように配置されている。

　このように、外周磁石１０３の前面側の円環面である前端部がターゲット１０２の前面より背面側（後方）に位置するように、且つ、外周磁石１０３の後面側の円環面である後端部がターゲット１０２の背面より前面側（前方）に配置されるように、外周磁石１０３が蒸発源１０１ａに配置されている。
　また、本実施形態において、外周磁石１０３は、その前端部と後端部との中間位置が、ターゲット１０２の前面と背面との中間位置と一致するように配置されている。

　背面磁石１０４は、磁心となる非リング状の磁気コア１０５と、磁気コア１０５を挟む２つの円板状の円板背面磁石１０４Ａ、１０４Ｂと、から構成されている。円板背面磁石１０４Ａ、１０４Ｂも、磁気コア１０５と同様に非リング状である。ここで、用語「非リング状」は、ドーナツ様に径方向内部に孔が空いている環状ではなく、円板状や円柱状等の中実な形状を指す。すなわち、「非リング状」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意味する。これまでの知見から、基材方向に効率的に磁力線を延ばすためには、背面の磁石は厚みを有する必要があることが分かっている。そのため本実施形態では、厚みを増やすために２枚の磁石である円板背面磁石１０４Ａ、１０４Ｂが離して配置されると共に、その間は磁性体である磁気コア１０５で埋められており、磁力の低下が防止されている。

　図７に示すように、円板背面磁石１０４Ａ、１０４Ｂは、一方の円板面がＮ極となり、他方の円板面がＳ極となるように磁化されている。円板背面磁石１０４Ａ、１０４Ｂは、円板背面磁石１０４ＡのＳ極側の面と円板背面磁石１０４ＢのＮ極側の面とで磁気コア１０５を挟んでおり、互いの磁化方向を同じ方向に向けている。
　このように構成された背面磁石１０４は、その磁化方向がターゲット１０２の軸心に沿うように、且つ当該磁化方向がターゲット１０２の蒸発面に対して垂直となるように、ターゲット１０２の背面側に配置される。さらに、背面磁石１０４は、円板背面磁石１０４ＡのＮ極側がターゲット１０２に向くように配置される。このとき、背面磁石１０４は、その軸心がターゲット１０２の軸心とほぼ一致するように配置される。

　蒸発源１０１ａは、上述のように外周磁石１０３と背面磁石１０４をターゲット１０２に対して配置することによって構成される。このとき、外周磁石１０３の磁化方向はターゲット１０２の前面と平行となる方向、すなわちターゲット１０２を向いている。また、外周磁石１０３の内周面側の磁極はＮ極であり、背面磁石１０４のターゲット１０２側の磁極もＮ極であるので、外周磁石１０３の径方向内側の磁極と背面磁石１０４のターゲット１０２側の磁極とは互いに同じ極性である。

　このように、外周磁石１０３と背面磁石１０４がターゲット１０２に同じ極性を向けることで、外周磁石１０３によって形成される磁界と背面磁石１０４によって形成される磁界とを組合せることができる。これにより、ターゲット１０２の蒸発面を通過する磁力線の方向を蒸発面に対してほぼ垂直とすることができ、且つ磁力線を基材１０７の方向に誘導することが可能となるという効果が得られる。

　なお、上述の通り、外周磁石１０３と背面磁石１０４は同じ磁極をターゲット１０２に向けていればよいので、外周磁石１０３と背面磁石１０４が互いにＳ極をターゲット１０２に向けるように蒸発源１０１ａが構成されていてもよい。
　次に、蒸発源１０１ａを用いた成膜装置１０６における成膜の方法を説明する。
　まず、チャンバ１１１が真空引きにより真空になった後、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスがガス導入口１１３より導入され、ターゲット１０２及び基材１０７上の酸化物等の不純物がスパッタによって除去される。不純物の除去後、チャンバ１１１内が再び真空にされて、真空となったチャンバ１１１内にガス導入口１１３より反応ガスが導入される。

　この状態でチャンバ１１１に設置されたターゲット１０２上でアーク放電を発生させると、ターゲット１０２を構成する物質がプラズマ化して反応ガスと反応する。これによって、回転台１１２に置かれた基材１０７上に、窒化膜、酸化膜、炭化膜、炭窒化膜、または非晶質炭素膜等を形成することができる。
　なお、反応ガスとしては、窒素ガス（Ｎ₂）や酸素ガス（Ｏ₂）、またはメタン(ＣＨ₄）などの炭化水素ガスを用途に合わせて選択すればよく、チャンバ１１１内の反応ガスの圧力は１～７Ｐａ程度とすればよい。また、成膜時、ターゲット１０２は、１００～２００Ａのアーク電流を流すことで放電させると共に、１０～３０Ｖの負電圧をアーク電源１１５により印加するとよい。さらに、基材１０７には１０～２００Ｖの負電圧をバイアス電源１１６により印加するとよい。

　また、ターゲット１０２の前面における磁場が１００ガウス以上となるように、外周磁石１０３及び背面磁石１０４を構成し、且つ配置すると好ましい。これにより、成膜を確実に行うことができる。ターゲット１０２の前面における磁場が１５０ガウスであれば、より好ましい。
　なお、本実施形態の蒸発源１０１ａを用いて成膜を行う場合における磁力線の分布状況は、後述の実施例で詳しく説明する。

［第２実施形態（第２発明）］
　図８を参照して、第２発明の第２実施形態について説明する。
　図８は、本実施形態による成膜装置１０６で用いられるアーク式蒸発源１０１ｂの概略構成を示す図である。
　本実施形態におけるアーク式蒸発源１０１ｂは、第２発明の第１実施形態におけるアーク式蒸発源１０１ａと同様に、所定の厚みを有する円板状のターゲット１０２と、ターゲット１０２の近傍に配置された磁界形成手段１０８と、から構成されている。磁界形成手段１０８は、第１実施形態と同様に、ターゲット１０２の外周を取り囲むように配置されたリング状（環状）の外周磁石１０３と、ターゲット１０２の背面側に配置された背面磁石１０４と、を有している。

　このように、本実施形態における蒸発源１０１ｂは、第１発明の第１実施形態におけるアーク式蒸発源１０１ａと同様の構成を有しているが、外周磁石１０３の配置だけが異なっている。
　以下に、本実施形態における蒸発源１０１ｂの外周磁石１０３の配置について説明する。
　図８を参照して、ターゲット１０２に対する外周磁石１０３の位置に注目すると、外周磁石１０３が、ターゲット１０２に対して背面磁石１０４側（背面側）に位置をずらして配置されていることがわかる。このように外周磁石１０３の位置がずれることで、外周磁石１０３の径方向から見た投影の前面側が、ターゲット１０２の径方向から見た投影の背面側と重なる。すなわち、外周磁石１０３は、ターゲット１０２の蒸発面と平行な方向に外周磁石１０３とターゲット１０２とを投影したときに形成されるそれぞれの影が互いに部分的に重なると共に、外周磁石１０３の影の前面側がターゲット１０２の影の背面側に重なるように配置される。

　このとき、図８の外周磁石１０３において黒矢印が示された外周磁石１０３の厚み方向の中央位置、つまり外周磁石１０３の前端部と後端部との中間位置は、ターゲット１０２の厚み方向に沿った幅の範囲内で、ターゲット１０２の背面よりも前面側（前方）に配置されている。
　つまり、本実施形態における外周磁石１０３は、前端部がターゲット１０２の背面よりも前方に配置されるように、且つ後端部がターゲット１０２の背面よりも後方に配置されるように、蒸発源１０１ｂに備えられている。さらに詳しく述べると、本実施形態における外周磁石１０３は、前端部と後端部との中間位置が、ターゲット１０２の前面と背面との中間位置よりも後面側（後方）となるように配置され、蒸発源１０１ｂに備えられている。

　このように、外周磁石１０３をターゲット１０２に対して背面磁石１０４側にずらして配置すると、第１実施形態における効果に加えて、ターゲット１０２の消費によって蒸発面の位置が変化した場合でも蒸発面での磁場の均一性を良好に保つことができるという効果が得られる。
　第２発明の第２実施形態は、以上に示した外周磁石１０３の配置以外は第１実施形態とほぼ同様であるので、説明を省略する。

　なお、第２発明の第２実施形態の蒸発源１０１ｂを用いて成膜を行う場合における磁力線の分布状況は、後述の実施例で詳しく説明する。

［第３実施形態（第２発明）］
　図９を参照して、第２発明の第３実施形態について説明する。
　図９は、本実施形態による成膜装置１０６で用いられるアーク式蒸発源１０１ｃの概略構成を示す図である。

　本実施形態におけるアーク式蒸発源１０１ｃは、第２発明の第１実施形態におけるアーク式蒸発源１０１ａと比較して、磁場発生機構としての電磁コイル１０９を有する点において異なっている。
　他の構成、例えば、所定の厚みを有する円板状のターゲット１０２、ターゲット１０２の外周を取り囲むように配置されたリング状の外周磁石１０３、ターゲット１０２の背面側に配置された背面磁石１０４などは、第１実施形態と略同様である。

　それ故、ここでは蒸発源１０１ｃの電磁コイル１０９の構成及び配置について説明する。
　電磁コイル１０９は、背面磁石１０４と同一方向の磁場を発生するリング状のソレノイドである。例えば電磁コイル１０９は、数百回程度（例えば４１０回）の巻数を有し、ターゲット１０２の径よりも若干大きな径のコイルとなるように巻回されている。本実施形態では、２０００Ａ・Ｔ～５０００Ａ・Ｔ程度の電流で、電磁コイル１０９が磁場を発生させる。

　図９に示すように、この電磁コイル１０９はターゲット１０２の前面側に設けられており、径方向から見た電磁コイル１０９の投影は、ターゲット１０２の投影と重ならない。このとき、電磁コイル１０９は、ターゲット１０２と同心軸上に並ぶように配置される。このように配置されたターゲット１０２及び電磁コイル１０９を背面磁石１０４側から及び基材１０７側から見ると、円環状の電磁コイル１０９の内側に、円形のターゲット１０２がほぼ同心に入り込んでいる。

　このように配置された電磁コイル１０９に電流を流し、電磁コイル１０９の内側にターゲット１０２側から基材１０７側へと向かう磁場を発生させる。このとき、ターゲット１０２の前面を通過した磁力線は、電磁コイル１０９内を通過できるようになっている。
　このように、電磁コイル１０９を設けると、第１実施形態における効果に加えて、ターゲット１０２の蒸発面を通過した磁力線の拡散を抑制して基材１０７の表面まで高い磁力線密度を維持することができるという効果も得られる。また、上述のように、ターゲット１０２と基材１０７との間に電磁コイル１０９を設けると、ターゲット１０２から基材１０７へのイオンの搬送効率を向上させる効果も期待できる。

　なお、第３実施形態の蒸発源１０１ｃを用いて成膜を行う場合における磁力線の分布状況は、後述の実施例で詳しく説明する。

［実施例］
　以上、第２発明の第１実施形態～第３実施形態のアーク式蒸発源１０１ａ～１０１ｃは、外周磁石１０３の配置や、電磁コイル１０９の有無などがそれぞれ異なるので、発生する磁力線の分布もそれぞれ異なっている。
　図１０～図１３を参照しながら、第１実施形態～第３実施形態のアーク式蒸発源１０１ａ～１０１ｃが発生する磁力線の分布について、発明例１～発明例３として説明する。

　なお、図１０（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）に示される磁力線分布図は、背面磁石１０４から基材１０７の表面までの磁力線分布を示している。これら図１０（ａ）～図１３（ａ）の磁力線分布図において、右端は基材１０７の表面の位置を示している。図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示される磁力線分布図は、それぞれ、図１０（ａ）～図１３
（ａ）におけるターゲット１０２周辺の拡大図である。

　以下に説明する従来例及び各発明例での、各種実験条件を示す。例えば、ターゲット１０２の寸法は、（直径１００ｍｍ×厚み１６ｍｍ）である。円板背面磁石１０４Ａ、１０４Ｂの寸法は、各々（直径１００ｍｍ×厚み４ｍｍ）である。磁気コア１０５の寸法は、（直径１００ｍｍ×厚み３０ｍｍ）である。外周磁石１０３の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）である。ターゲット１０２の表面での磁界強度は、１５０ガウス以上である。

［従来例（第２発明）］
　まず理解を深めるため、図１０（ａ）（ｂ）を参照して、従来例、すなわち背面磁石１０４だけが用いられる場合の磁力線分布について説明する。

　図１０（ａ）を参照すると、背面磁石１０４から出た磁力線は、背面磁石１０４の外周方向に傾きながら発散しつつ基材１０７の表面へと向かっている。
　図１０（ｂ）を参照すると、ターゲット１０２の蒸発面を通過する磁力線は、ターゲット１０２の外周方向に傾いて、ターゲット１０２の背面から前面に向かって拡散している。

［発明例１（第２発明）］
　図１１（ａ）（ｂ）を参照して、第２発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源１０１ａが用いられる場合の磁力線分布について説明する。

　図１１（ａ）を参照すると、背面磁石１０４から出た磁力線は外周磁石１０３の位置で拡散が抑制され、ターゲット１０２を通過する磁力線の密度は、特にターゲット１０２の中心付近において従来例よりも高くなっている。
　図１１（ｂ）を参照すると、ターゲット１０２の蒸発面を通過する磁力線は、ターゲット１０２の蒸発面に対してほぼ垂直（言い換えれば、ターゲット法線に対して略平行）となっている。

［発明例２（第２発明）］
　図１２（ａ）（ｂ）を参照して、第２発明の第２実施形態によるアーク式蒸発源１０１ｂが用いられた場合の磁力線分布について説明する。

　図１２（ａ）を参照すると、背面磁石１０４から出た磁力線は、外周磁石１０３の位置で拡散が抑制されており、ターゲット１０２を通過する磁力線の密度は、特にターゲット１０２の中心付近において従来例よりも高くなっている。
　図１２（ｂ）を参照すると、ターゲット１０２の蒸発面を通過する磁力線は、ターゲット１０２の蒸発面に対してほぼ垂直（言い換えれば、ターゲット法線に対してほぼ平行）となっている。また、ターゲット１０２の厚み方向の中央から背面側について、本発明例を従来例と比べると、本発明例における外周部における磁力線の方がターゲットの法線に対して平行に近いと言える。よって、本発明は、従来例と比べてターゲット１０２内の磁力線密度がより均一となっていると言える。

　図１４（ａ）（ｂ）は、本発明例に対する変形例の磁力線分布を示す。図１４（ａ）（ｂ）に示すアーク式蒸発源は、第２発明の第２実施形態による図１２（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｂと同様に、ターゲット１０２と、外周磁石１０３と、及び背面磁石１０４と、を備えている。図１４（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源においては、図１２（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｂとは異なり、外周磁石１０３がターゲット１０２の背面よりも後方に配置されている。このとき、外周磁石１０３の前端部はターゲット１０２の背面よりも５ｍｍ～１０ｍｍ程度後方に位置している。

　図１４（ａ）（ｂ）の磁力線分布図では、図１２（ａ）（ｂ）と比較して、ターゲット１０２の前面（蒸発面）における磁力線が、蒸発面に対してターゲット１０２の径方向外側により傾いて拡散していることが分かる。これは、アーク放電がターゲット１０２の外周部に偏ってしまうので好ましくない。
　つまり、ターゲット１０２と、外周磁石１０３と、背面磁石１０４と、を備えるアーク式蒸発源において、外周磁石１０３の配置がターゲット１０２の背面よりも後方に配置されることは好ましくないといえる。

　図１５（ａ）（ｂ）は、本発明例に対する他の変形例の磁力線分布を示す。図１５（ａ）（ｂ）に示すアーク式蒸発源は、第２発明の第２実施形態による図１２（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｂと同様に、ターゲット１０２及び外周磁石１０３を有しているが、永久磁石で構成された背面磁石１０４の代わりに、電磁コイル１０９と同様の構成を有するリング状ソレノイドである電磁コイル１１０を用いている。図１５（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源におけるターゲット１０２に対する外周磁石１０３の位置は、図１２（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｂにおける外周磁石１０３の位置とほぼ同じである。電磁コイル１１０は、図１２（ａ）（ｂ）における背面磁石１０４とほぼ同じ位置で、ターゲット１０２とほぼ同軸上に配置されている。電磁コイル１１０の内径は約１００ｍｍ、外径は約２００ｍｍ、厚みは約５０ｍｍである。電磁コイル１１０は、ターゲット１０２から約６４ｍｍ後方に配置されている。なお、電磁コイル１１０の磁力は、ターゲット１０２の前面における磁束密度が背面磁石１０４を用いた場合とほぼ同じとなるように調整されている。

　図１５（ａ）（ｂ）の磁力線分布図では、図１２（ａ）（ｂ）の磁力線分布図とほぼ等価な磁場が形成されていることが分かる。つまり、永久磁石で構成された背面磁石１０４の代わりに電磁コイル１１０が用いられても、ほぼ等価な磁場を形成することができるといえる。

［発明例３（第２発明）］
　図１３（ａ）（ｂ）を参照して、第２発明の第３実施形態によるアーク式蒸発源１０１ｃが用いられる場合の磁力線分布について説明する。

　図１３（ａ）を参照すると、背面磁石１０４から出た磁力線は、外周磁石１０３の位置で拡散が抑制されており、ターゲット１０２を通過する磁力線の密度は、特にターゲット１０２の中心付近において従来例よりも高くなっている。ターゲット１０２の蒸発面を通過して拡散しつつあった磁力線は、電磁コイル１０９の位置で拡散が抑制されて、再びターゲット法線に対して略平行となる。

　図１３（ｂ）を参照すると、ターゲット１０２の蒸発面を通過する磁力線は、ターゲット１０２の蒸発面に対してほぼ垂直、又はターゲット１０２の中心方向に向かって傾いている。これによって、ターゲット１０２の厚み方向の中央から背面側において、発明例３における磁力線は、従来例および発明例１，２と比べて、最もターゲット法線に対して平行に近くなっていると言える。

　図１６（ａ）（ｂ）は、本発明例に対する変形例の磁力線分布を示す。図１６（ａ）（ｂ）に示すアーク式蒸発源は、第２発明の第３実施形態による図１３（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｃと同様に、ターゲット１０２、外周磁石１０３と、背面磁石１０４と、電磁コイル１０９と、を備えている。図１６（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源では、図１３（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｃとは異なり、外周磁石１０３がターゲット１０２の背面よりも後方に配置されている。このとき、外周磁石１０３の前端部は、ターゲット１０２の背面よりも５ｍｍ～１０ｍｍ程度後方に位置している。

　図１６（ａ）（ｂ）の磁力線分布図では、図１３（ａ）（ｂ）の磁力線分布図とほぼ等価な磁場が形成されていることが分かる。本変形例において、外周磁石１０３がターゲット１０２の背面よりも５ｍｍ～１０ｍｍ程度後方に配置されていても、図１３（ａ）（ｂ）の磁力線分布図とほぼ等価な磁場を形成することができるといえる。つまり、本変形例の構成において、図１３（ａ）（ｂ）の磁力線分布図とほぼ等価な磁場を形成するためには、外周磁石１０３の前端部とターゲット１０２の背面との間隔において、各構成部材の大きさや発する磁力線密度に応じた許容範囲が存在することが分かる。なお、この許容範囲は、ターゲット１０２の厚みの２倍程度である。

　図１７（ａ）（ｂ）に、本発明例に対する他の変形例の磁力線分布を示す。図１７（ａ）（ｂ）に示すアーク式蒸発源は、第２発明の第３実施形態による図１３（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｃと同様に、ターゲット１０２と、外周磁石１０３と、電磁コイル１０９と、を備えるが、永久磁石で構成された背面磁石１０４の代わりに電磁コイル１１０を用いている。図１２（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源では、ターゲット１０２に対する外周磁石１０３の位置は、図１３（ａ）（ｂ）のアーク式蒸発源１０１ｃにおける位置とほぼ同じである。電磁コイル１１０は、図１５（ａ）（ｂ）における電磁コイル１１０とほぼ同じ構成を有すると共に、図１３（ａ）（ｂ）の背面磁石１０４とほぼ同じ位置でターゲット１０２とほぼ同軸上に配置されている。図１７（ａ）（ｂ）において電磁コイル１１０は、ターゲット１０２から約６４ｍｍ後方に配置されている。

　図１７（ａ）（ｂ）の磁力線分布図では、図１３（ａ）（ｂ）の磁力線分布図とほぼ等価な磁場が形成されていることが分かる。つまり、永久磁石で構成された背面磁石１０４の代わりに電磁コイル１１０が用いられた場合でも、ほぼ等価な磁場を形成することができるといえる。

［第３発明］
　以下、本発明の第３発明について、図１８～２５に基づき説明する。

［第１実施形態（第３発明）］
　図１８～図２１を参照して、第３発明の第１実施形態について説明する。図１８は、第３発明の第１実施形態によるアーク式蒸発源２０１ａ（以下、蒸発源２０１ａという）を備えた成膜装置２０６を示している。

　成膜装置２０６は、チャンバ２１１を備え、このチャンバ２１１内には、被処理物である基材２０７を支持する回転台２１２と、基材２０７に向けて取付られた蒸発源２０１ａと、が配置されている。チャンバ２１１には、チャンバ２１１内へ反応ガスを導入するガス導入口２１３と、チャンバ２１１内から反応ガスを排出するガス排気口２１４と、が設けられている。
　加えて、成膜装置２０６は、蒸発源２０１ａのターゲット２０２（後述）に負のバイアスをかけるアーク電源２１５と、基材２０７に負のバイアスをかけるバイアス電源２１６と、を備える。アーク電源２１５およびバイアス電源２１６の正極側は、グランド２１８に接地されている。

　図１８に示すように、蒸発源２０１ａは、蒸発面が基材２０７に向くように配置された所定の厚みを有する円板状のターゲット２０２と、ターゲット２０２の近傍に配置された磁界形成手段２０８ａと、を備えている。以下、用語「円板状」は、所定の高さを有する円柱形状も含む。磁界形成手段２０８ａは、外周磁石２０３と背面磁石２０４ａとから構成される。なお、本実施形態では、チャンバ２１１がアノードとして作用する。このような構成によって、蒸発源２０１ａは、カソード放電型のアーク式蒸発源として機能する。

　図１８及び図１９を参照し、成膜装置２０６に備えられた蒸発源２０１ａの構成について、以下に説明する。図１９は、本実施形態による蒸発源２０１ａの概略構成を示す図である。
　蒸発源２０１ａは、上述したように、所定の厚みを有する円板状のターゲット２０２と、ターゲット２０２の近傍に配置された磁界形成手段２０８ａと、から構成されている。
　なお、以下の説明において、ターゲット２０２の蒸発面であって基材２０７側（白矢印で示される基材方向）を向く面を「前面（ターゲット前面）」と呼び、その反対側を向く面を「背面（ターゲット背面）」と呼ぶ（図１８及び図１９参照）。

　ターゲット２０２は、基材２０７上に形成しようとする薄膜に応じて選択された材料で構成されている。その材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、及びチタンアルミ（ＴｉＡｌ）などの金属材料や炭素（Ｃ）などのイオン化可能な材料がある。
　磁界形成手段２０８ａは、ターゲット２０２の外周を取り囲むように配置されたリング状（環状またはドーナツ状）の外周磁石２０３と、ターゲット２０２の背面側で外周磁石２０３と同軸上に配置されたリング状（環状またはドーナツ状）の背面磁石２０４ａと、を有している。これら外周磁石２０３及び背面磁石２０４ａは、保磁力の高いネオジム磁石により形成された永久磁石によって構成されている。

　つまり、蒸発源２０１ａは、ターゲット２０２と、外周磁石２０３と、背面磁石２０４ａと、を互いの軸心をほぼ一致させるように配置することによって構成される。
　外周磁石２０３は、上述のとおりリング体であって、ターゲット２０２の径よりも若干（１～２倍程度）大きな内径と、軸心方向に沿った所定の厚みと、を有している。外周磁石２０３の厚みは、ターゲット２０２の軸心方向に沿った厚みとほぼ同じであるか、若干小さい。

　このようなリング状の外周磁石２０３の外観は、互いに平行な２つの円環状の面（円環面）と、当該２つの円環面を軸心方向につなぐ２つの周面と、からなっている。この２つの周面は、円環面の内周側に形成される内周面と、円環面の外周側に形成される外周面である。これら内周面と外周面の幅が、外周磁石２０３の厚み（軸心方向厚み）である。

　なお、外周磁石２０３の内周面の形状は、外周磁石２０３とターゲット２０２とをターゲット２０２の前面と直交する方向に沿って投影したときに、外周磁石２０３の内周面の投影形状と、ターゲット２０２の投影形状とが相似するように形成されている。
　図１９に示すように、外周磁石２０３は、基材２０７側を向く前方の円環面（前端面）がＮ極となり、その反対側を向く後方の円環面（後端面）がＳ極となるように構成されている。図中、外周磁石２０３の後方の円環面（Ｓ極）から前方の円環面（Ｎ極）に向かう矢印が示されているが、以降、この矢印の方向を磁化方向と呼ぶ。本実施形態の外周磁石２０３は、この磁化方向がターゲット２０２の前面と直交する方向に沿うと共に前方を向くように配置されている。

　外周磁石２０３は、上述のように、リング状あるいは環状の一体形状を有するとよい。しかし、外周磁石２０３は、磁化方向がターゲット２０２の前面と直交する方向に沿うと共に前方を向くようにリング状または環状に並べられた円柱状または直方体状の複数の磁石によって構成されてもよい。
　外周磁石２０３は、ターゲット２０２の外周を取り囲むように、ターゲット２０２と同心軸上に配置されている。このとき、外周磁石２０３の前方の円環面は、ターゲット２０２の前面と同一平面上にあって互いに面一となっているか、ターゲット２０２の前面よりも前方に配置されている。

　例えば、図１９において、ターゲット２０２は、その前面が外周磁石２０３の厚みの範囲から出ないように配置されている。よって、本実施形態では、外周磁石２０３の径方向から見た投影がターゲット２０２の径方向から見た投影と重なるように配置されている。すなわち、外周磁石２０３は、ターゲット２０２の前面（蒸発面）と平行な方向に外周磁石２０３とターゲット２０２とを投影したときに形成される影が互いに重なると共に、外周磁石２０３の影がターゲット２０２の影に完全に含まれるように配置されている。

　このように、外周磁石３は、前端面がターゲット２０２の前面と同一平面上に位置するか、又はターゲット２０２の前面よりも前方に位置するように、蒸発源２０１ａに配置されている。
　背面磁石２０４ａは、外周磁石２０３とほぼ同径のリング体であって、外周磁石２０３とほぼ同じ内径および外径を有している。従って、背面磁石２０４ａは、ターゲット２０２の径よりも若干大きな（１～２倍程度の）内径と、軸心方向に沿った所定の厚みと、を有している。外周磁石２０３の厚みは、ターゲット２０２の厚みよりも若干大きく、外周磁石２０３の厚みの２倍程度である。

　このようなリング状の背面磁石２０４ａの外観も、外周磁石２０３と同様に、互いに平行な２つの円環状の面（前端面及び後端面）と、当該２つの円環面を軸心方向につなぐ２つの周面（内周面及び外周面）とからなっている。これら内周面と外周面の幅は、すなわち外周磁石２０３の軸心方向に沿った厚みである。
　図１９に示すように、背面磁石２０４ａは、内周面がＮ極となり、外周面がＳ極となるように構成されている。図中、背面磁石２０４ａの外周面（Ｓ極）から内周面（Ｎ極）に向かって磁化方向を表す黒矢印が示されている。本実施形態の背面磁石２０４ａは、その磁化方向がターゲット２０２の前面と平行となり且つ径内方向を向くように配置されている。

　このような構成の外周磁石２０３および背面磁石２０４ａにおいては、外周磁石２０３の前端面と背面磁石２０４ａの内周面が同じ極性を有した上で、それぞれの磁化方向が互いに垂直な方向となっている。
　このように、外周磁石２０３と背面磁石２０４のそれぞれの磁化方向が、互いに垂直な方向となることで、外周磁石２０３によって形成される磁界と背面磁石２０４ａによって形成される磁界とを組合せることができる。これにより、ターゲット２０２の蒸発面を通過する磁力線の方向を蒸発面に対してほぼ垂直とすることができる。さらに、ターゲット２０２の表面から基材２０７に向かって伸びる直進性の高い磁力線を、ターゲット２０２の表面の広い領域において発生させることができるという効果が得られる。

　なお、上述の通り、外周磁石２０３の前端面と背面磁石２０４ａの内周面とは同じ極性を有していればよく、且つ外周磁石２０３の磁化方向と背面磁石２０４ａの磁化方向とが互いに垂直な方向となっていればよい。従って、外周磁石２０３の極性と背面磁石２０４ａの極性を、図２に示した上述の構成とは反対にして、外周磁石２０３の磁化方向と背面磁石２０４ａの磁化方向をそれぞれ反転させてもよい。

　次に、蒸発源２０１ａを用いた成膜装置２０６における成膜の方法を説明する。
　まず、チャンバ２１１が真空引きにより真空になった後、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスをガス導入口２１３より導入され、ターゲット２０２及び基材２０７上の酸化物等の不純物がスパッタによって除去される。不純物の除去後、チャンバ２１１内が再び真空にされて、真空となったチャンバ２１１内にガス導入口２１３より反応ガスが導入される。

　この状態でチャンバ２１１に設置されたターゲット２０２上でアーク放電を発生させると、ターゲット２０２を構成する物質がプラズマ化して反応ガスと反応する。これによって、回転台２１２に置かれた基材２０７上に窒化膜、酸化膜、炭化膜、炭窒化膜、或いは非晶質炭素膜等を形成することができる。
　なお、反応ガスとしては、窒素ガス（Ｎ₂）や酸素ガス（Ｏ₂）、またはメタン(ＣＨ₄）などの炭化水素ガスを用途に合わせて選択すればよく、チャンバ２１１内の反応ガスの圧力は１～１０Ｐａ程度とすればよい。また、成膜時、ターゲット２０２は、１００～２００Ａのアーク電流を流すことで放電させると共に、１０～３０Ｖの負電圧をアーク電源２１５により印加するとよい。さらに、基材２０７には１０～２００Ｖの負電圧をバイアス電源２１６により印加するとよい。

　また、ターゲット２０２の前面における磁場が１００ガウス以上となるように、外周磁石２０３及び背面磁石２０４を構成し、且つ配置すると好ましい。これにより、成膜を確実に行うことができる。ターゲット２０２の前面における磁場が１５０ガウスであれば、より好ましい。

［発明例１（第３発明）］
　図２０を参照しながら、第１実施形態による蒸発源２０１ａで発生する磁力線の分布について説明する。なお、図２０で示される磁力線分布図は、背面磁石２０４ａの後方から基材２０７の表面までの磁力線分布を示している。図２０の磁力線分布図において、右端は基材２０７の表面の位置を示している。

　以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲット２０２の寸法は、（直径１００ｍｍ×厚み１６ｍｍ）である。外周磁石２０３の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から外周磁石２０３までの距離は５ｍｍである。背面磁石２０４ａの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み２０ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から背面磁石２０４ａまでの距離は４０ｍｍである。ターゲット２０２の表面での磁界強度は、１５０ガウス以上である。

　図２０を参照すると、背面磁石２０４ａから径内方向に出た磁力線は、その進行方向を背面磁石２０４ａの軸心方向に沿うように変化させながら、ターゲット２０２に向かってほぼ垂直に伸びる。これら磁力線は、外周磁石２０３から出た磁力線と組み合わされてターゲット２０２の蒸発面を通過する。ターゲット２０２の蒸発面からは、基材方向に伸びる直進性の高い磁力線が、ターゲット２０２の蒸発面の広い領域において発生している。言い換えれば、ターゲット２０２の蒸発面の広い領域において、垂直の磁力線（垂直成分）が多く発生している。

　ここで、図２０のターゲット２０２の外周部において、２つの丸印Ｐで囲んだ部分の磁力線に注目する。２つの丸印Ｐにおける磁力線は、ターゲット２０２の蒸発面から出ると、ターゲット２０２の径方向外側、つまり、外周磁石２０３に向かって湾曲している。これは、２つの丸印Ｐで囲んだターゲット２０２の外周部においては、ターゲット２０２の蒸発面に垂直となる磁力線成分がほぼ存在していないということを表している。

　成膜装置２０６において発生するカソード側の電子放出点（アークスポット）は、ターゲット２０２の蒸発面に略平行な磁力成分が存在する場所、すなわち、ターゲット２０２の蒸発面に垂直となる磁力線成分が存在しない場所に捕捉（trap）されやすい。つまり、発明例１によれば、ターゲット２０２の蒸発面上を高速に移動するアークスポットがターゲット２０２の外周部を越えてターゲット２０２の蒸発面の外に移動してしまうといった不具合を回避することができる。これにより、アークスポットをターゲット２０２の蒸発面上に留めておくことができる。

［比較例（第３発明）］
　本実施形態による蒸発源２０１ａの特徴及び効果を明確にするために、上記発明例１に対する比較例を説明する。

　図２１は、本比較例による蒸発源で発生する磁力線の分布を示している。本比較例による蒸発源は、第１実施形態による蒸発源２０１ａと同様のターゲット及び外周磁石を備えると共に、蒸発源２０１ａの背面磁石２０４ａの代わりに、電磁コイルからなる背面電磁石２２０を備えている。本比較例による蒸発源は、特許文献４に開示されたアーク蒸発装置と類似の構成を有している。

　なお、図２１で示される磁力線分布図も、背面電磁石２２０の後方から基材の表面までの磁力線分布を示している。図２１の磁力線分布図において、右端は基材の表面の位置を示している。
　以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲットの寸法は、（直径１００ｍｍ×厚み１６ｍｍ厚み）である。外周磁石の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から外周磁石２０３までの距離は５ｍｍである。背面電磁石２０の寸法は、（内径５０ｍｍ、外径１００ｍｍ、厚み２５ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から背面電磁石２０までの距離は４５ｍｍである。ターゲットの表面での磁界強度は、１５０ガウス以上である。

　図２１を参照すると、電磁コイル径内における中央部よりも外周側から出た磁力線は、電磁コイルを出た直後からコイルの軸心に対して外向きに発散している。これら発散した磁力線は、ターゲット内でさらに発散してターゲットの前面に達することなく、ターゲットの側方へ向かう。
　一方、背面電磁石２２０の中央部からは、直進性の高い磁力線が出ており、これら磁力線はターゲットの前面を透過している。しかし、直進する磁力線の密度は、図２０に示した発明例１と比較して非常に低い。

　また、本比較例におけるターゲットの外周部には、上記発明例１を説明する図２０に示した丸印Ｐの部分に相当する磁力線分布は存在しない。つまり、本比較例では、アークスポットをターゲットの蒸発面上に留めておくことは困難であるといえる。

［第２実施形態（第３発明）］
　図２２及び図２３を参照して、第３発明の第２実施形態について説明する。

　図２２は、第３発明の第２実施形態によるアーク式蒸発源２０１ｂ（以下、蒸発源２０１ｂという）の概略構成を示す図である。本実施形態による成膜装置２０６は、第３発明の第１実施形態による蒸発源２０１ａの代わりに、後述する蒸発源２０１ｂを備える。本実施形態による成膜装置２０６において、蒸発源２０１ｂ以外の構成は第３発明の第１実施形態で説明した構成と同様であり、同様の構成要素については説明を省略し同じ参照番号を付す。

　本実施形態における蒸発源２０１ｂは、第３発明の第１実施形態における蒸発源２０１ａと同様に、所定の厚みを有する円板状のターゲット２０２と、ターゲット２０２の近傍に配置された磁界形成手段２０８ｂと、から構成されている。磁界形成手段２０８ｂは、第１実施形態と同様の外周磁石２０３と背面磁石２０４ａとを備え、さらに、背面磁石２０４ａと同様の構成を有すると共に外周磁石２０３とほぼ同径のリング体である背面磁石２０４ｂ（第２の背面磁石）を備えている。

　リング状の背面磁石２０４ｂは、背面磁石２０４ａの背面側で、背面磁石２０４ａ及び外周磁石２０３と同軸上に配置されている。これによって、背面磁石２０４ｂの磁化方向は、背面磁石２０４ａの磁化方向と平行かつ同じ向きとなる。背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂは互いに隣接しているが、その間隔は任意とは限らない。背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂの間で互いに斥力が働くように、背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂを接近させるとよい。

　図２２に示すように、背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂを同軸上で接近させると、背面磁石２０４ａから出て背面磁石２０４ｂに向かって発散する磁力線と、反対に背面磁石２０４ｂから出て背面磁石２０４ａに向かって発散する磁力線とが、互いに反発しあう。この反発によって、背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂの間における磁力線の発散が抑制されて、背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂの径内において直進性の高い磁力線を多数発生させることができる。

［発明例２（第３発明）］
　図２３を参照しながら、第３発明の第２実施形態による蒸発源２０１ｂで発生する磁力線の分布について説明する。なお、図２３で示される磁力線分布図は、背面磁石２０４ｂの後方から基材２０７の表面までの磁力線分布を示している。図２３の磁力線分布図において、右端は基材２０７の表面の位置を示している。

　以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲット２０２の寸法は、（直径１００ｍｍ×厚み１６ｍｍ）である。外周磁石２０３の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から外周磁石２０３までの距離は５ｍｍである。
　背面磁石２０４ａの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み２０ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から背面磁石２０４ａまでの距離は６０ｍｍである。背面磁石２０４ｂの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み２０ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から背面磁石２０４ｂまでの距離は９０ｍｍである。背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂの間隔は１０ｍｍである。

　なお、ターゲット２０２の表面での磁界強度は、１５０ガウス以上である。
　図２３を参照すると、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂから径方向内側へ向かって、直進性の高い磁力線が多数出ている。これら磁力線は、その進行方向を背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの軸心方向に沿うように変化させながら、ターゲット２０２に向かってほぼ垂直に伸びる。これら磁力線は、外周磁石２０３から出た磁力線と組み合わされてターゲット２０２の蒸発面を通過する。ターゲット２０２の蒸発面からは、基材方向に伸びる直進性の高い磁力線が、ターゲット２０２の蒸発面の広い領域において発生している。言い換えれば、ターゲット２０２の蒸発面の広い領域において、垂直の磁力線（垂直成分）が多く発生している。

　ここで、発明例１の図２０と本発明例の図２３とを比較する。図２０と図２３では、磁力線分布の範囲及び形状はほぼ同じである。しかし、図２３において、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの径内方向に沿って伸びる磁力線と、両背面磁石からターゲット２０２の軸心に沿って基材２０７へ伸びる磁力線との直進性及び密度は、背面磁石２０４が設けられた図２０の場合より高くなっている。
　また、図２３においても、発明例１の図２０における丸印Ｐの領域と同様に、ターゲット２０２の外周部において、蒸発面に垂直となる磁力線成分がほぼ存在しない領域が形成されている。よって、本発明例によっても、アークスポットがターゲット２０２の外周部を越えてターゲット２０２の蒸発面の外に移動してしまうといった不具合を回避することができ、アークスポットをターゲット２０２の蒸発面上に留めておくことができる。

［第３実施形態（第３発明）］
　図２４及び図２５を参照して、第３発明の第３実施形態について説明する。

　図２４は、第３発明の第３実施形態によるアーク式蒸発源２０１ｃ（以下、蒸発源２０１ｃという）の概略構成を示す図である。本実施形態による成膜装置２０６は、第３発明の第２実施形態による蒸発源２０１ｂの代わりに、後述する蒸発源２０１ｃを備える。本実施形態の成膜装置２０６において、蒸発源２０１ｃ以外の構成は第３発明の第２実施形態で説明した構成と同様であり、同様の構成要素については説明を省略し同じ参照番号を付す。

　本実施形態における蒸発源２０１ｃは、第３発明の第２実施形態における蒸発源２０１ｂと同様に、所定の厚みを有する円板状のターゲット２０２と、ターゲット２０２の近傍に配置された磁界形成手段２０８ｃと、から構成されている。磁界形成手段２０８ｃは、第３発明の第２実施形態と同様に、外周磁石２０３、背面磁石２０４ａ、及び背面磁石２０４ｂを備え、さらに、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの径方向内側には単一の磁性体２０９を備えている。

　磁性体２０９は、非リング状の磁気コアであって、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの磁心となるものである。磁性体２０９は、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂを貫通するように設けられており、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの内径と同一の径を有する円板状又は円柱状を有している。ここで、「非リング状」は、ドーナツ状に径方向内部に孔が空いている環状ではなく、円板状や円柱状等の中実な形状を指す。

　言い換えれば、背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂは、一つの磁性体２０９の外周を密着（密接）して取り巻くように配置されている。このような配置において、背面磁石２０４ａの前端面は、磁性体２０９の前端面とほぼ面一であり、背面磁石２０４ｂの後端面は、磁性体２０９の後端面とほぼ面一である。
　蒸発源２０１ｃの構成をまとめると、ターゲット２０２、外周磁石２０３、背面磁石２０４ａ、背面磁石２０４ｂ、及び磁性体２０９は、それぞれの軸心が互いに一致するように同軸上に配置されているといえる。

　図２４に示すように、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの内周面は、磁性体２０９の側面と密着している。これにより、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの端面から出た磁力線を、磁性体２０９を通じて背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの軸心方向に直線的に誘導することが可能となる。
　従って、磁性体２０９において、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂの軸心に近い位置での磁力線の反発作用を大きくすることが可能となる。その結果、磁性体２０９の前端面の軸心に近い位置から、直進性の高い磁力線を多数発生させることができる。

［発明例３（第３発明）］
　図２５を参照しながら、第３発明の第３実施形態による蒸発源２０１ｃで発生する磁力線の分布について説明する。なお、図２５で示される磁力線分布図は、背面磁石２０４ｂの後方から基材２０７の表面までの磁力線分布を示している。図２５の磁力線分布図において、右端は基材２０７の表面の位置を示している。

　以下に、各種実験条件を示す。例えば、ターゲット２０２の寸法は、（直径１００ｍｍ×厚み１６ｍｍ）である。外周磁石２０３の寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）であり、外周磁石２０３のターゲット２０２の表面からの距離は５ｍｍである。
　背面磁石２０４ａの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み２０ｍｍ）であり、ターゲット２の表面から背面磁石２０４ａまでの距離は６０ｍｍである。背面磁石２０４ｂの寸法は、（内径１５０ｍｍ、外径１７０ｍｍ、厚み２０ｍｍ）であり、ターゲット２０２の表面から背面磁石２０４ｂまでの距離は９０ｍｍである。背面磁石２０４ａと背面磁石２０４ｂとの間の間隔は１０ｍｍである。

　磁性体２０９の寸法は、（直径１５０ｍｍ×高さ５０ｍｍ）である。
　なお、ターゲット２０２の表面での磁界強度は、１５０ガウス以上である。
　図２５を参照すると、背面磁石２０４ａ及び背面磁石２０４ｂから径方向内側へ向かって、直進性の高い磁力線が、図２３に示す発明例２の場合よりも多数出ている。これら磁力線は、磁性体２０９の軸心近くで、進行方向を当該軸心方向に沿うように変化させながら、ターゲット２０２に向かってほぼ垂直に伸びる。これら磁力線は、外周磁石２０３から出た磁力線と組み合わされてターゲット２０２の蒸発面を通過する。ターゲット２０２の蒸発面からは、図２３に示す発明例２よりも直進性の高い磁力線が、ターゲット２０２の蒸発面の広い領域において発生し、基材方向に伸びている。言い換えれば、ターゲット２０２の蒸発面の広い領域において、垂直の磁力線（垂直成分）が多く発生している。

　ここで、発明例２の図２３と本発明例の図２５とを比較する。図２３と図２５では、磁力線分布の範囲及び形状はほぼ同じである。しかし、図２５に示す磁力線は、図２３に示す磁力線よりも、磁性体２０９及びターゲット２０２の軸心付近に集約されるように集中している。従って、磁力線全体の直進性及び密度は、図２３においてよりも図２５においての方が高くなっている。
　また、図２５においても、上述した発明例２の図２３と同様に、ターゲット２０２の外周部において、蒸発面に垂直となる磁力線成分がほぼ存在しない領域が形成されている。よって、本発明例によっても、アークスポットがターゲット２０２の外周部を越えてターゲット２０２の蒸発面の外に移動してしまうといった不具合を回避することができ、アークスポットをターゲット２０２の蒸発面上に留めておくことができる。

　尚、上記したターゲット２０２は、円板形状に限定されず、例えば四角形状などの多角形状を有していてもよい。さらに、外周磁石２０３及び背面磁石２０４ａ，２０４ｂは、円環状に限定されず、例えば四角形などの多角形の環状であってもよい。

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

　例えば、本発明の各実施形態における蒸発源の説明において、各構成要素の形状や寸法に関して、平行、直交、及び同一といった表現、加えて、同軸といった表現が用いられているが、これらは数学的な厳密さをもって規定されているのではない。通常の機械部品の工作精度において、平行、直交、同一、及び同軸と言える範囲の誤差は、当然に許容される。

　以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更し・BR>ト実施することが可能である。本出願は２０１１年２月２３日出願の日本特許出願（特願２０１１－０３７０９４）、２０１１年２月２３日出願の日本特許出願（特願２０１１－０３７０９５）、２０１１年４月２５日出願の日本特許出願（特願２０１１－０９７１６２）、２０１１年５月２６日出願の日本特許出願（特願２０１１－１１８２６７）および２０１１年８月２２日出願の日本特許出願（特願２０１１－１８０５４４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　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。

　１，１０１，２０１ａ～２０１ｃ    蒸発源（アーク式蒸発源）
　２，１０２，２０２    ターゲット
　３，１０３，２０３    外周磁石
　６，１０６，２０６    成膜装置
　７，１０７，２０７    基材
　８，１０８，２０８ａ～２０８ｃ    磁界形成手段
　９，１０９，１１０    電磁コイル
　１１，１１１，２１１    真空チャンバ
　１２，１１２，２１２    回転台
　１３，１１３，２１３    ガス導入口
　１４，１１４，２１４    ガス排気口
　１５，１１５，２１５    アーク電源
　１６，１１６，２１６    バイアス電源
　１８，１１８，２１８    グランド
　１０４，２０４ａ，２０４ｂ    背面磁石
　１０４Ａ    第１の永久磁石（円板背面磁石）
　１０４Ｂ    第２の永久磁石（円板背面磁石）
　１０５    磁気コア
　２２０    背面電磁石

Claims

　ターゲットの外周側に配置されたリング状の外周磁石及び前記ターゲットの背面側に設置された背面磁石の少なくともいずれかを備え、
　前記外周磁石及び前記背面磁石のいずれか一方が、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有するように設置されることにより、前記ターゲットの蒸発面を通過する磁力線の方向が前記蒸発面に対して略垂直であることを特徴とするアーク式蒸発源。
　前記外周磁石と、
　リング状の磁場発生機構と、を備え、
　前記外周磁石は、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有するように、前記ターゲットの外周側を囲むように設置されており、
　前記磁場発生機構は、前記磁場発生機構の軸心が前記ターゲットの前面と略垂直な方向に沿うように前記ターゲットの前方側に配置されて、前記ターゲットの前面と略垂直方向となる磁場を発生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。
　前記外周磁石と、
　前記背面磁石と、を備え、
　前記外周磁石は、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有するように、前記ターゲットの外周側を囲むように配置されており、
　前記背面磁石は、磁化方向が前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うように配置されており、
　前記外周磁石の径方向内側の磁極と、前記背面磁石の前記ターゲット側の磁極と、が互いに同じ極性であることを特徴とする請求項１記載のアーク式蒸発源。
　前記外周磁石と、
　前記背面磁石と、を備え、
　前記背面磁石がリング状であり、
　前記外周磁石は、前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うと共に前方又は後方を向いた磁化方向となる極性を有するように、前記ターゲットの外周側を囲むように配置されており、
　前記背面磁石は、前記ターゲットの大きさ以上の内径を有し、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有するように配置されており、
　前記外周磁石の磁化方向が前方を向く場合は、前記背面磁石の磁化方向が前記背面磁石の径方向内側を向いており、
　前記外周磁石の磁化方向が後方を向く場合は、前記背面磁石の磁化方向が前記背面磁石の径方向外側を向くことを特徴とする請求項１記載のアーク式蒸発源。
　リング状の外周磁石と、
　リング状の磁場発生機構と、を備え、
　前記外周磁石の磁化方向は、径方向に沿っており、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向が、ターゲットの前面と平行な方向に沿うように、前記ターゲットの外周を囲むように配置されており、
　前記磁場発生機構は、前記磁場発生機構の軸心が前記ターゲットの前面と略垂直な方向に沿うように前記ターゲットの前方に配置されて、前記ターゲットの前面と略垂直方向となる磁場を発生することを特徴とするアーク式蒸発源。
　前記外周磁石の前端部及び後端部の少なくともいずれかが、前記ターゲットの前面より後方且つ前記ターゲットの背面より前方となるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載のアーク式蒸発源。
　リング状の外周磁石と、
　リング状の磁場発生機構と、を備え、
　前記外周磁石の磁化方向は、径方向に沿っており、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向が、ターゲットの前面と平行な方向に沿うように、前記外周磁石の前端部が前記ターゲットの背面よりも後方に位置するように設置されており、
　前記磁場発生機構は、前記磁場発生機構の軸心が前記ターゲットの前面と略垂直な方向に沿うように前記ターゲットの前方に配置されて、前記ターゲットの前面と略垂直方向となる磁場を発生することを特徴とするアーク式蒸発源。
　前記ターゲットが円板状であり、前記外周磁石が永久磁石であることを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源。
　リング状の外周磁石と、
　背面磁石と、を備え、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向が、ターゲットの前面と平行な方向に沿うように、前記ターゲットの外周を取り囲むように配置されており、
　前記背面磁石は、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うように、前記ターゲットの背面側に配置されており、
　前記外周磁石の径方向内側の磁極と、前記背面磁石の前記ターゲット側の磁極と、が互いに同じ極性であることを特徴とするアーク式蒸発源。
　前記外周磁石は、前記外周磁石の径方向から見た投影が、前記ターゲットの径方向から見た投影と重なるように配置されていることを特徴とする請求項９に記載のアーク式蒸発源。
　前記外周磁石は、前記外周磁石の前端部と前記外周磁石の後端部との中間位置が、前記ターゲットの前面と前記ターゲットの背面の中間位置よりも後方となるように配置されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のアーク式蒸発源。
　前記背面磁石と同一方向の磁場を発生するリング状の磁場発生機構をさらに備え、
　前記磁場発生機構は、前記ターゲットの前面を通過した磁力線を前記磁場発生機構の内周面より径方向内側に通過させるように、前記ターゲットの前方に配置されていることを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源。
　前記ターゲットの前面における磁場が、１００ガウス以上であることを特徴とする請求項９～１２のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源。
　リング状の外周磁石と、
　背面磁石と、
　リング状の磁場発生機構と、を備え、
　前記外周磁石は、前記外周磁石の磁化方向がターゲットの前面と平行な方向と沿うように、前記ターゲットの背面よりも後方に配置されており、
　前記背面磁石は、前記背面磁石の磁化方向が前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うように配置されており、
　前記外周磁石の径方向内側の磁極と、前記背面磁石の前記ターゲット側の磁極と、が互いに同じ極性であり、
　前記磁場発生機構は、前記背面磁石と同一方向の磁場を発生し、前記ターゲットの前面を通過した磁力線を前記磁場発生機構の径方向内側に通過させるように、前記ターゲットの前方に配置されていることを特徴とするアーク式蒸発源。
　前記磁場発生機構が電磁コイルから形成されることを特徴とする請求項５～８、１２及び１４のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源。
　前記ターゲットが円板状であり、前記背面磁石が電磁コイルから形成され、かつ前記外周磁石が永久磁石であることを特徴とする請求項９～１５のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源。
　リング状の外周磁石と、
　リング状の背面磁石と、を備え、
　前記外周磁石は、ターゲットの外周側を囲むように配置され、前記ターゲットの前面と直交する方向に沿うと共に前方又は後方を向いた磁化方向となる極性を有し、
　前記背面磁石は、前記ターゲットの背面側に配置され、前記ターゲットの大きさ以上の内径を有し、前記ターゲットの前面と平行な磁化方向となる極性を有し、
　前記外周磁石の磁化方向が前方を向く場合は、前記背面磁石の磁化方向が前記背面磁石の径方向内側を向いており、
　前記外周磁石の磁化方向が後方を向く場合は、前記背面磁石の磁化方向が前記背面磁石の径方向外側を向くことを特徴とするアーク式蒸発源。
　前記外周磁石の前端面が、前記ターゲットの前面と同一平面上、又は前記ターゲットの前面よりも前方となるように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のアーク式蒸発源。
　前記背面磁石が、リング状の第１の背面磁石と、前記第１の背面磁石と同じ磁化方向となる極性を有する第２の背面磁石と、を有し、
　前記第２の背面磁石が、前記ターゲットの背面側で、前記第１の背面磁石の前方または後方に、前記第１の背面磁石と同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のアーク式蒸発源。
　前記第１の背面磁石及び前記第２の背面磁石の径方向内側には、前記第１の背面磁石及び前記第２の背面磁石を貫通する磁性体が設けられており、
　前記磁性体の外周面が、前記第１の背面磁石及び前記第２の背面磁石の内周面と接していることを特徴とする請求項１９に記載のアーク式蒸発源。
　前記ターゲットが円板状であり、前記背面磁石及び前記外周磁石が永久磁石であることを特徴とする請求項９～１５及び１７～２０のいずれか１項に記載のアーク式蒸発源。