(57)【要約】【課題】ターゲットから放出された荷電粒子が対象物に到達する到達効率を増大させることが可能なアーク蒸発源を提供する。【解決手段】所定の基材Ｓに向かって荷電粒子を供給するアーク蒸発源１Ａは、ターゲットＴと電磁コイル２０を含む磁場発生機構２とを備える。電磁コイル２０は、ターゲットＴと基材Ｓとの間に配置され基準直線ＣＬを軸心とする筒形状を有する。基準直線ＣＬとターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとの交点における磁場の大きさをＢ０（Ｇａｕｓｓ）、ターゲット放出面ＴＦと基材Ｓとの間における基準直線ＣＬ上の磁場の最大値をＢｍ（Ｇａｕｓｓ）とした場合、Ｂｍ／Ｂ０≦３の関係が満たされている。【選択図】図２
2018090904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の対象物に向かって荷電粒子を供給するアーク蒸発源であって、
先端面を備え、アーク放電によって前記先端面が溶解され蒸発されることで、前記荷電粒子を放出するターゲットと、
前記ターゲットの前記先端面と直交する基準直線を軸心とする筒形状を有し、前記ターゲットの前記先端面と交差しかつ前記先端面から前記対象物側に向かって延びる磁場を形成する磁場発生部を少なくとも備え、前記先端面から放出された前記荷電粒子を前記対象物に向かって誘導する磁場発生機構であって、前記基準直線と前記ターゲットの前記先端面との交点における前記磁場の大きさをＢ０（Ｇａｕｓｓ）、前記先端面と前記対象物との間における前記基準直線上の前記磁場の最大値をＢｍ（Ｇａｕｓｓ）とした場合、Ｂｍ／Ｂ０≦３の関係を満たすように前記磁場を形成する磁場発生機構と、
を有する、アーク蒸発源。
【請求項２】
前記磁場発生部は、前記基準直線と平行に延びる外周面および内周面と、前記基準直線と直交し、前記外周面と前記内周面とを接続する一対の端面と、を備え、
前記対象物側から前記基準直線に沿って見た場合、前記磁場発生部の投影と前記ターゲットの前記先端面とが互いに重ならないように、前記先端面の大きさが設定されており、
前記磁場発生部の前記外周面の前記基準直線と平行な方向における長さをＸ（ｍｍ）、前記磁場発生部の前記端面の半径方向に沿った厚さをＹ（ｍｍ）とした場合、
Ｘ／Ｙ≧２の関係が満たされている、請求項１に記載のアーク蒸発源。
【請求項３】
前記磁場発生機構は、前記ターゲットに対して前記磁場発生部とは反対側で前記基準直線上に配置された補助磁場発生部であって、前記磁場発生部が前記ターゲットの前記先端面上に形成する磁場の前記基準直線と平行な方向に延びる成分と同じ向きの成分を含む磁場を前記先端面上に形成する補助磁場発生部を更に有する、請求項１または２に記載のアーク蒸発源。
【請求項４】
前記補助磁場発生部が前記ターゲットの前記先端面上に形成する磁場の前記先端面と直交する方向の磁場成分は前記先端面と平行な方向の磁場成分よりも大きく設定されている、請求項３に記載のアーク蒸発源。
【請求項５】
１０≦Ｂ０≦５００（Ｇａｕｓｓ）の関係を満たす、請求項１乃至４の何れか１項に記載のアーク蒸発源。
【請求項６】
前記磁場発生機構によって前記ターゲットの前記先端面上に形成される磁力線の少なくとも一部は、前記対象物側に進むにつれて前記基準直線に近づくように、前記先端面に対して傾斜しており、
前記磁力線と前記基準直線とがなす角度θが、１０°≦θ≦３０°の範囲に設定されている、請求項１乃至５の何れか１項に記載のアーク蒸発源。
【請求項７】
前記先端面は、前記基準直線を中心とする円形であり、
前記先端面の直径がｄ（ｍｍ）、前記磁場発生部の内径がＤ（ｍｍ）と定義された場合、１．５×ｄ≦Ｄ≦５×ｄの関係が満たされている、請求項１乃至６の何れか１項に記載のアーク蒸発源。
【請求項８】
前記磁場発生機構は、前記磁場発生部と前記対象物との間に配置され前記基準直線を軸心とする筒形状を有する副磁場発生部であって、前記磁場発生部とともに前記先端面から前記対象物側に向かって延びる前記磁場を形成する副磁場発生部を更に有する、請求項１乃至７の何れか１項に記載のアーク蒸発源。
【請求項９】
前記基準直線と平行な軸方向における前記磁場発生部の中心位置から前記対象物に至るまでの領域において、前記基準直線上の前記磁場の前記軸方向の成分が、前記磁場発生部側から前記対象物側に向かって徐々に減少するような磁場を、前記磁場発生部および前記副磁場発生部が形成している、請求項８に記載のアーク蒸発源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク放電によって蒸発するターゲットを有するアーク蒸発源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工具や機械部品などの基材の表面に耐摩耗性の向上等の目的のために被膜を形成する方法として、アーク放電を用いて基材の表面に被膜を形成する方法が種々提案されている。このような被膜形成方法として、カソード放電型のアーク蒸発源を用いた方法が知られている。アーク蒸発源はターゲットを備え、当該ターゲットが真空アーク放電により瞬時に気化され、イオン化された荷電粒子が基材表面に堆積することで被膜が形成される。
【０００３】
このようなアーク蒸発源において、ターゲット表面における放電形態、すなわちターゲット表面から飛び出す熱電子放出スポット（アークスポット）の動きをコントロールする目的で、ターゲットと基材との間に磁場を形成する技術が知られている。特許文献１および２には、電磁コイルによってターゲットと基材との間に磁場を形成する技術が開示されている。また、特許文献３には、永久磁石によってターゲットと基材との間に磁場を形成する技術が開示されている。ターゲットの表面から放出される荷電粒子は、電子およびイオンを含み高度に電離したプラズマ状態にある。上記の各文献に記載された技術では、ターゲットから放出された荷電粒子の軌跡が、ターゲットと基材との間に形成される磁場によってコントロールされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１９４１６７号公報
【特許文献２】特開平４−２３６７７０号公報
【特許文献３】特開２０００−２０４４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１乃至３に記載された技術では、電磁コイルや永久磁石をターゲットと基材との間に配置する必要があるため、ターゲットと基材との間に一定の距離をおく必要がある。ターゲットから放出された荷電粒子は、形成された磁場によって基材に向かって誘導されるが、上記のようにターゲットと基材との距離が大きくなると、荷電粒子が雰囲気ガスと衝突することや、荷電粒子が飛翔途中でチャンバーの壁面などに衝突することが多くなりやすい。この結果、ターゲットから放出された荷電粒子が基材の表面に到達する到達効率が低下し、成膜レートが低くなりやすいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、ターゲットから放出された荷電粒子が対象物の表面に到達する到達効率を上げることが可能なアーク蒸発源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の局面に係るアーク蒸発源は、所定の対象物に向かって荷電粒子を供給するアーク蒸発源であって、先端面を備え、アーク放電によって前記先端面が溶解され蒸発されることで、前記荷電粒子を放出するターゲットと、前記ターゲットの前記先端面と直交する基準直線を軸心とする筒形状を有し、前記ターゲットの前記先端面と交差しかつ前記先端面から前記対象物側に向かって延びる磁場を形成する磁場発生部を少なくとも備え、前記先端面から放出された前記荷電粒子を前記対象物に向かって誘導する磁場発生機構であって、前記基準直線と前記ターゲットの前記先端面との交点における前記磁場の大きさをＢ０（Ｇａｕｓｓ）、前記先端面と前記対象物との間における前記基準直線上の前記磁場の最大値をＢｍ（Ｇａｕｓｓ）とした場合、Ｂｍ／Ｂ０≦３の関係を満たすように前記磁場を形成する磁場発生機構と、を有する。
【０００８】
本構成によれば、磁場発生機構によってターゲットと対象物との間に形成される磁場が、Ｂｍ／Ｂ０≦３の関係を満たしている。このため、ターゲットの先端面から放出された荷電粒子が、対象物に近づく途中で磁気ミラー効果によって反射されターゲット側に引き返すことが抑止される。この結果、荷電粒子の対象物への到達効率を向上することができる。また、上記の構成を備えるアーク蒸発源が成膜装置に適用された場合、従来よりも高い成膜レートで、対象物上に被膜を形成することが可能となる。
【０００９】
上記の構成において、前記磁場発生部は、前記基準直線と平行に延びる外周面および内周面と、前記基準直線と直交し、前記外周面と前記内周面とを接続する一対の端面と、を備え、前記対象物側から前記基準直線に沿って見た場合、前記磁場発生部の投影と前記ターゲットの前記先端面とが互いに重ならないように、前記先端面の大きさが設定されており、前記磁場発生部の前記外周面の前記基準直線と平行な方向における長さをＸ（ｍｍ）、前記磁場発生部の前記端面の半径方向に沿った厚さをＹ（ｍｍ）とした場合、Ｘ／Ｙ≧２の関係が満たされていることが望ましい。
【００１０】
本構成によれば、磁場発生部がターゲットの先端面上に形成する磁場の大きさを増大させることができる。この結果、上記のＢｍ／Ｂ０≦３の関係が満たされやすく、荷電粒子の対象物への到達効率を向上することができる。
【００１１】
上記の構成において、前記磁場発生機構は、前記ターゲットに対して前記磁場発生部とは反対側で前記基準直線上に配置された補助磁場発生部であって、前記磁場発生部が前記ターゲットの前記先端面上に形成する磁場の前記基準直線と平行な方向に延びる成分と同じ向きの成分を含む磁場を前記先端面上に形成する補助磁場発生部を更に有することが望ましい。
【００１２】
本構成によれば、磁場発生部が発生する磁場と補助磁場発生部が発生する磁場とがターゲットの先端面上において互いに強め合うことができる。このため、ターゲットの先端面上に形成される磁場が増大され、上記のＢｍ／Ｂ０≦３の関係が満たされやすくなる。
【００１３】
上記の構成において、前記補助磁場発生部が前記ターゲットの前記先端面上に形成する磁場の前記先端面と直交する方向の磁場成分は前記先端面と平行な方向の磁場成分よりも大きく設定されていることが望ましい。
【００１４】
本構成によれば、補助磁場発生部がターゲットの先端面に形成する磁場が、荷電粒子を対象物側に誘導しやすい磁場成分を多く含むこととなる。このため、磁場発生部が発生する磁場と補助磁場発生部が発生する磁場との補完作用を高めることができる。
【００１５】
上記の構成において、１０≦Ｂ０≦５００（Ｇａｕｓｓ）の関係を満たすことが望ましい。
【００１６】
本構成によれば、Ｂ０が小さすぎることで、先端面から荷電粒子を誘導する誘導効果が小さくなることが抑止され、荷電粒子の到達効率が低下することが抑止される。また、Ｂ０が大きすぎることで、ターゲット上での放電が偏ることが抑止され、ターゲットの利用効率が悪化することが抑止される。
【００１７】
上記の構成において、前記磁場発生機構によって前記ターゲットの前記先端面上に形成される磁力線の少なくとも一部は、前記対象物側に進むにつれて前記基準直線に近づくように、前記先端面に対して傾斜しており、前記磁力線と前記基準直線とがなす角度θが、１０°≦θ≦３０°の範囲に設定されていることが望ましい。
【００１８】
本構成によれば、ターゲットの先端面上をアークスポットが移動することを抑止することができる。このため、荷電粒子の放出が先端面の一部の領域に集中することが抑止される。
【００１９】
上記の構成において、前記先端面は、前記基準直線を中心とする円形であり、前記基準直線を中心とする前記先端面の直径がｄ（ｍｍ）、前記磁場発生部の内径がＤ（ｍｍ）と定義された場合、１．５×ｄ≦Ｄ≦５×ｄの関係が満たされていることが望ましい。
【００２０】
本構成によれば、ターゲットの先端面と比較して、磁場発生部の内径が大きく設定されることで、Ｂｍ／Ｂ０を小さくすることができる。この結果、対象物への荷電粒子の到達効率を上げることができる。
【００２１】
上記の構成において、前記磁場発生機構は、前記磁場発生部と前記対象物との間に配置され前記基準直線を軸心とする筒形状を有する副磁場発生部であって、前記磁場発生部とともに前記先端面から前記対象物側に向かって延びる前記磁場を形成する副磁場発生部を更に有することが望ましい。
【００２２】
本構成によれば、副磁場発生部が磁場発生部とともに磁場を形成することで、対象物への荷電粒子の到達効率を上げることができる。
【００２３】
上記の構成において、前記基準直線と平行な軸方向における前記磁場発生部の中心位置から前記対象物に至るまでの領域において、前記基準直線上の前記磁場の前記軸方向の成分が、前記磁場発生部側から前記対象物側に向かって徐々に減少するような磁場を、前記磁場発生部および前記副磁場発生部が形成していることが望ましい。
【００２４】
本構成によれば、磁場発生部側から対象物側にかけて磁場の軸方向成分に極値が形成されないため、対象物への荷電粒子の到達効率を更に上げることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ターゲットから放出された荷電粒子が対象物の表面に到達する到達効率を上げることが可能なアーク蒸発源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源を備えたアーク成膜装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源と対象物との位置関係を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットと磁場発生部との位置関係ならびに磁場発生部の形状を説明するための模式図な断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源において、磁場発生部が形成する磁場の分布を示す分布図である。
【図５】図４の分布図のターゲットの周辺を拡大して示した拡大分布図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットおよび磁場発生部の断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットおよび磁場発生部の断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るアーク蒸発源のターゲット、磁場発生部および補助磁場発生部の断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットおよび磁場発生部の断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るアーク蒸発源において、磁場発生機構が形成する磁場の分布を示す分布図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るアーク蒸発源と比較される他のアーク蒸発源において、電磁コイルが形成する磁場の分布を示す分布図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るアーク蒸発源と比較される他のアーク蒸発源において、電磁コイルおよび補助磁石が形成する磁場の分布を示す分布図である。
【図１３】本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源において、磁場発生機構が形成する磁場の分布を示す分布図であって、磁場発生部の内径の影響を示すための分布図である。
【図１４】本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源において、磁場発生機構が形成する磁場の分布を示す分布図であって、磁場発生部の内径の影響を示すための分布図である。
【図１５】本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源において、磁場発生機構が形成する磁場の分布を示す分布図であって、磁場発生部の内径の影響を示すための分布図である。
【図１６】本発明の第６実施形態に係るアーク蒸発源において、磁場発生機構が形成する磁場の分布を示す分布図である。
【図１７】本発明の実施例における基準直線上の磁場の軸方向の成分の分布を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例における基準直線上の磁場の軸方向の成分の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係るアーク蒸発源１Ａを備えるアーク成膜装置１について説明する。図１は、本実施形態に係るアーク蒸発源１Ａを備えたアーク成膜装置１の模式図である。図２は、本実施形態に係るアーク蒸発源１Ａと基材Ｓとの位置関係を説明するための模式図である。本実施形態に係るアーク成膜装置１における成膜方法は、真空アーク放電によりターゲットＴを瞬時に気化およびイオン化させ、基材Ｓの表面に堆積させるＰＶＤ（物理的真空成膜方法）の一種である。このような成膜方法は、スパッタリングなどの他のＰＶＤ成膜方法と比較してイオン化率が高いことから、緻密で硬い膜を形成することが可能となる。このため、当該成膜方法で形成したＴｉＮやＴｉＡｌＮなどの硬質膜は、切削工具などの耐摩耗用途に使用可能とされる。
【００２８】
図１を参照して、アーク成膜装置１は、アーク蒸発源１Ａと、チャンバー１０と、基材ステージ１１と、複数のホルダ１２と、複数のヒーター１３と、バイアス電源１４と、ガス供給源１５と、アーク電源１６と、を備える。
【００２９】
アーク蒸発源１Ａは、図２の基材Ｓに向かって荷電粒子を供給する。アーク蒸発源１Ａは、アーク蒸発源１Ａは、ターゲットＴと、磁場発生機構２と、を備える（図１）。
【００３０】
ターゲットＴは、中心線ＣＬ（基準直線）と直交するように配置されるターゲット放出面ＴＦ（先端面）（図３参照）を備え、アーク放電によってターゲット放出面ＴＦが溶解され蒸発されることで、前記荷電粒子を放出する。本実施形態では、ターゲット放出面ＴＦは、中心線ＣＬを中心とする円形状を有している。ターゲットＴの材料は、アーク放電によって蒸発して成膜用の材料として用いられるものであれば、本発明ではとくに限定されない。ターゲットＴは、例えば、カーボン、タングステンカーバイド、タングステン、モリブデン、あるいは、ニオブなどの材料、またはこれらの合金などで製造することが可能である。更に、近年では、硬質皮膜を形成するために、Ｔｉ−Ａｌ合金がターゲットＴとして使用可能とされる。なお、図２に示すように、ターゲットＴ（ターゲット放出面ＴＦ）と基材Ｓとの中心線ＣＬ上の距離がＨ（ｍｍ）と定義される。
【００３１】
磁場発生機構２は、所定の磁場をターゲットＴと基材Ｓとの間に形成し、ターゲット放出面ＴＦから放出された荷電粒子を基材Ｓに向かって誘導する。なお、磁場発生機構２の具体的な構造および機能については、後記で詳述する。
【００３２】
チャンバー１０は、導電性を有する材料で製造された密閉された筐体であり、ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとの間で放電するための電極として機能する。チャンバー１０の内部には、内部空間１０Ａ（図１）が形成されている。アーク成膜装置１を上から見た図１に示すように、内部空間１０Ａには、ターゲットＴ、基材ステージ１１、ホルダ１２およびヒーター１３などが収容される。図２は、アーク成膜装置１を横側から示したものである。
【００３３】
また、チャンバー１０は、フランジ１０Ｆ、円筒部１０Ｇおよび吸引部１０Ｓを備える。ターゲットＴの内部空間１０Ａは、アーク放電の発生時（すなわち成膜時）には、吸引部１０Ｓを通じて不図示の真空ポンプによって真空またはそれに近い圧力まで減圧される。なお、図２では、フランジ１０Ｆに連結され、ターゲットＴの周囲を囲む円筒部１０Ｇ（図１）が省略されている。
【００３４】
基材ステージ１１は、内部空間１０Ａに配置されている。基材ステージ１１は、不図示の駆動機構におって回転される。複数のホルダ１２は、基材ステージ１１上に複数配置されており、それぞれのホルダ１２上に、複数の基材Ｓが固定されている。なお、複数のホルダ１２は、基材ステージ１１上においてそれぞれ回転される。換言すれば、複数の基材Ｓを支持するホルダ１２は、基材ステージ１１の回転に伴って公転しながら、基材ステージ１１上において自転する。この結果、基材Ｓの周方向全体に亘って、均一に被膜が形成される。なお、本実施形態では、基材ステージ１１の回転中心は、中心線ＣＬと一致する。
【００３５】
複数のヒーター１３は、基材ステージ１１上の基材Ｓを所定の温度まで加温する。一例として、アーク放電による成膜形成時に、基材Ｓは、５５０度まで加温される。なお、本実施形態では、内部空間１０Ａに４つのヒーター１３が配置されている。
【００３６】
バイアス電源１４は、基材Ｓに対する荷電粒子の蒸着を容易とするために、基材Ｓに所定のバイアスを印加する。一例として、バイアス電源１４は、基材Ｓに−３０（Ｖ）のバイアスを印加する。
【００３７】
ガス供給源１５は、前述のように真空ポンプで吸引された内部空間１０Ａに、アルゴンなどの不活性ガス、あるいは窒素およびメタンなどの反応性ガスを所定の圧力で充填する。
【００３８】
アーク電源１６は、ターゲットＴと当該ターゲットＴに対向する電極となるチャンバー１０との間に電圧を印加することによって、ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとチャンバー１０との間でアーク放電を発生させる。アーク電源１６の陰極は、ターゲットＴに接続されている。アーク電極１６の陽極は、チャンバー１０に接続されるとともに、不図示の点火ロッドに接続されている。これにより、アーク電源１６は、ターゲットＴとチャンバー１０との間に電圧を印加するとともにターゲットＴと点火ロッドとの間に電圧を印加する。点火ロッドとターゲットＴとの間に電圧が印加された状態で当該点火ロッドがターゲットＴに接触することによって、ターゲット放出面ＴＦとチャンバー１０との間でアーク放電を開始させることが可能である。
【００３９】
次に、図１および図２に加え、図３乃至図５を参照して、本実施形態に係る磁場発生機構２について、更に詳述する。磁場発生機構２は、電磁コイル２０（磁場発生部）を備える。図３は、本実施形態に係るアーク蒸発源１ＡのターゲットＴと電磁コイル２０との位置関係ならびに電磁コイル２０の形状を説明するための模式図な断面図である。図４は、アーク蒸発源１Ａの電磁コイル２０が形成する磁場の分布を示す分布図である。図５は、図４の分布図のターゲットＴの周辺を拡大して示した拡大分布図である。
【００４０】
電磁コイル２０は、ターゲットＴと基材Ｓとの間に配置され、中心線ＣＬを軸心とする円筒形状（筒形状）を有する。電磁コイル２０は、前記円筒形状の内部をターゲットＴから放出された荷電粒子が通過することを許容する。電磁コイル２０は、不図示の電源に接続されることで、ターゲット放出面ＴＦから放出された荷電粒子を基材Ｓに向かって誘導するような磁場を、ターゲットＴと基材Ｓとの間に形成する。当該磁場は、電磁コイル２０の円筒形状の内周側と外周側とを結ぶループ状の磁場であって、ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦと交差しかつターゲット放出面ＴＦから電磁コイル２０の内部を通り基材Ｓ側に向かって延びるような磁場である。なお、後記のように、本発明に係る磁場発生部が永久磁石から構成される場合には、形成される磁場は上記のようなループ状とはならない。
【００４１】
図３を参照して、電磁コイル２０は、ターゲットＴの前方に配置されている。なお、ターゲット放出面ＴＦから円筒形状を有する電磁コイル２０の前後方向の中心位置までの距離がＬ（ｍｍ）と定義される。また、電磁コイル２０は、中心線ＣＬと平行に延びる外周面２０１および内周面２０２を備える。更に、電磁コイル２０は、中心線ＣＬと直交し外周面２０１と内周面２０２とを接続する一対のリング状の端面２０３を備えている。図３に示すように、電磁コイル２０の内径がＤ（ｍｍ）と定義される。本実施形態では、電磁コイル２０の内径Ｄは、ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦの外径ｄ（図３）以上の大きさに設定されている。すなわち、基材Ｓ側から中心線ＣＬに沿って見た場合、電磁コイル２０の投影とターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとが互いに重ならないように、ターゲット放出面ＴＦの大きさが設定されている。
【００４２】
また、電磁コイル２０の外周面２０１（内周面２０２）の中心線ＣＬと平行な方向における長さがＸ（ｍｍ）、電磁コイル２０の端面２０３の半径方向に沿った厚さがＹ（ｍｍ）と定義される。本実施形態では、Ｘ／Ｙ＝２の関係を満たすように、電磁コイル２０の断面形状が設定されている。なお、後記のとおり、電磁コイル２０の断面形状は、以下の関係式（式１）を満たすことが望ましい。
２≦Ｘ／Ｙ  ・・・  （式１）
【００４３】
図４および図５を参照して、本実施形態に係る電磁コイル２０が形成する磁場について詳述する。なお、図４の横軸は、ターゲット放出面ＴＦをゼロ点とする前後方向（軸方向）における座標Ｚ（ｍｍ）を示し、図４の縦軸は、中心線ＣＬをゼロ点とする半径方向における座標Ｒ（ｍｍ）を示している。そして、図４では、電磁コイル２０を中心に同心状に示された複数の実線は、磁力（磁束密度）のベクトルを線で接続した磁力線に相当する。この際、電磁コイル２０に近い実線の方が、磁力線の密度が高い事からより強い磁場を示している。また、リング状の電磁コイル２０は、図４に示されるような磁場を中心線ＣＬ回りの周方向全体に亘って形成している。なお、以後の分布図でも、グラフの表示方法は図４と同様である。電磁コイル２０に所定のコイル電流が流入すると、図４に示すように、ターゲットＴの前方に強い磁場が形成される。当該磁場は、ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦと交差し、かつ、ターゲット放出面ＴＦから基材Ｓ側に向かって延びている。
【００４４】
本実施形態では、中心線ＣＬとターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとの交点（図５のＴＦ１）における磁場の大きさをＢ０（Ｇａｕｓｓ）、ターゲット放出面ＴＦと基材Ｓとの間における中心線ＣＬ上の磁場の最大値をＢｍ（Ｇａｕｓｓ）とした場合、以下の関係式（式２）が満たされている。
Ｂｍ／Ｂ０≦３  ・・・  （式２）
【００４５】
図２に示すように、ターゲットＴと基材Ｓとの間に磁場発生機構２の電磁コイル２０が配置されるためには、ターゲットＴと基材Ｓとの間の距離が長くなりやすい。この結果、荷電粒子の基材Ｓに対する到達効率が悪くなりやすい。また、ターゲットＴから放出された荷電粒子は印加された磁場によって基材Ｓ側に誘導されるが、当該荷電粒子はチャンバー１０内の雰囲気ガスと衝突する場合やチャンバー１０の壁面などに衝突する場合がある。更に、荷電粒子の基材Ｓへの到達を妨げる要因として、磁場の形状や強度によって決定される「磁気ミラー効果」の影響があげられる。当該磁気ミラー効果とは、磁場の弱い領域から放出された荷電粒子が、強度が次第に大きくなるような形状を有する磁場内を運動する場合に、ターゲットＴ側に方向転換（反射）する現象をいう。当該現象は、上記のＢｍ／Ｂ０の大きさが大きいほど発生しやすくなる。
【００４６】
なお、理論的には、荷電粒子が磁場中において運動方向を変えるかどうかは、荷電粒子のターゲット放出面ＴＦに対する放出角度によって決定される。すなわち、放出角度が、下記の式３を満たす基準角度θｅよりも小さい場合には、荷電粒子は反射しない。
Ｓｉｎ（２×θｅ）＝Ｂ０／Ｂｍ  ・・・（式３）
【００４７】
本発明の発明者は、鋭意研究および実験を重ねた結果、電磁コイル２０が前述の式２の関係を満たすような磁場を形成することで、荷電粒子の反射を低減し、基材Ｓへの到達効率を向上することを新たに知見した。この結果、従来よりも２倍以上の成膜レートで、基材Ｓ上に被膜を形成することが可能となった。この際、電磁コイル２０の断面形状が前述の式１の関係を満たすことで、中心線ＣＬとターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとの交点（図５のＴＦ１）における磁場の大きさＢ０が増大され、式２の関係が満たす磁場が形成されやすくなる。この結果、ターゲットＴから放出された荷電粒子が基材Ｓに到達する到達効率を増大させることが可能であるとともに、基材Ｓ上の成膜レートを向上することが可能なアーク蒸発源１Ａが提供される。なお、電磁コイル２０の断面形状は、５≦Ｘ／Ｙの関係を満たすことがより好ましい。
【００４８】
また、磁場発生機構２が形成する磁場は、Ｂｍ／Ｂ０≦２の関係を満たすことがより好ましく、Ｂｍ／Ｂ０≦１．５の関係を満たすことが更に好ましい。このため、磁気ミラー効果が抑止されながら、荷電粒子が基材Ｓまで到達するためには、Ｂｍ／Ｂ０＝１の場合がもっとも好ましい条件である。Ｂｍ／Ｂ０が１未満の場合、ターゲット放出面ＴＦから磁場発生機構２に向けて磁力線が発散する傾向があり、粒子の到達効率が低下するためである。
【００４９】
更に、図５を参照して、本実施形態では、磁場発生機構２の電磁コイル２０によってターゲットＴのターゲット放出面ＴＦ上に形成される磁力線ＤＳは、基材Ｓ側に進むにつれて中心線ＣＬに近づくように、ターゲット放出面ＴＦに対して角度θをもって傾斜している。ターゲット放出面ＴＦ上の磁力線ＤＳがターゲットＴの法線（中心線ＣＬ）と平行に近い（ターゲット放出面ＴＦと略垂直）場合には、ターゲット放出面ＴＦから荷電粒子が飛び出す熱電子放出スポット（アークスポット）は、磁力線ＤＳが倒れている方向にターゲット放出面ＴＦ上を移動する性質がある。したがって、ターゲット放出面ＴＦ上においてアークスポットを留まらせるためには、磁力線ＤＳがターゲット放出面ＴＦに対して、上記のように傾斜していることが望ましい。更に、磁力線ＤＳの傾き角度θは、１０°≦θ≦３０°の関係を満たすことが更に望ましい。一方、磁力線ＤＳがターゲット放出面ＴＦと直交している場合には、アークスポットが径方向に移動する制約がない。このため、アークスポットがターゲット放出面ＴＦから外れる可能性がある。したがって、上記のように、磁力線ＤＳの傾斜が設定されることが望ましい。なお、ターゲット放出面ＴＦ上の磁力線ＤＳのすべてが上記のように傾斜していることが更に望ましいが、一部の磁力線ＤＳが上記のように傾斜していてもよい。
【００５０】
更に、中心線ＣＬとターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとの交点（図５のＴＦ１）における磁場の大きさＢ０は、以下の関係式（式４）を満たすことが望ましい。
１０≦Ｂ０≦５００（Ｇａｕｓｓ）  ・・・  （式４）
【００５１】
Ｂ０＜１０（Ｇａｕｓｓ）の場合、ターゲット放出面ＴＦから荷電粒子を誘導する誘導効果が小さくなり、荷電粒子の到達効率が低下しやすくなる。また、５００＞Ｂ０（Ｇａｕｓｓ）の場合、ターゲット放出面ＴＦでの放電が偏り、ターゲットＴの利用効率が悪化する傾向がある。このため、磁場の大きさＢ０は、上記の式４を満たすことが望ましい。なお、より好ましくは、５０≦Ｂ０≦３００（Ｇａｕｓｓ）の範囲にＢ０が含まれることが更に望ましい。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態に係るアーク蒸発源について説明する。なお、本実施形態では、先の第１実施形態との相違点について説明し、その他の共通する点の説明を省略する。以後の実施形態も、同様に説明される。図６は、本実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットＴおよび電磁コイル２０Ａの断面図である。
【００５３】
本実施形態では、アーク蒸発源の磁場発生機構が、電磁コイル２０Ａ（磁場発生部）を備える。電磁コイル２０Ａは、先の第１実施形態に係る電磁コイル２０と同様に、ターゲットＴと基材Ｓ（図１）との間に所定の磁場を形成する。図６の電磁コイル２０Ａでは、電磁コイル２０Ａの外周面（内周面）の中心線ＣＬと平行な方向における長さＸ（ｍｍ）、電磁コイル２０Ａの端面の半径方向に沿った厚さＹ（ｍｍ）が、Ｘ／Ｙ＝４の関係を満たすように、電磁コイル２０Ａの断面形状が設定されている。このような形状を備える電磁コイル２０Ａにおいても、前述の式２の関係を満たす磁場を容易に形成することが可能となる。この結果、ターゲットＴから放出された荷電粒子が基材Ｓに到達する到達効率を増大させることが可能であるとともに、基材Ｓ上の成膜レートを向上することが可能なアーク蒸発源が提供される。
【００５４】
次に、本発明の第３実施形態に係るアーク蒸発源について説明する。図７は、本実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットＴおよび複数の電磁コイル２０Ｂの断面図である。
【００５５】
本実施形態では、アーク蒸発源の磁場発生機構が、複数の電磁コイル２０Ｂ（磁場発生部）を備える。電磁コイル２０Ｂは、先の第１実施形態に係る電磁コイル２０と同様に、ターゲットＴと基材Ｓ（図１）との間に所定の磁場を形成する。図７では、３つの電磁コイル２０Ｂが、ターゲットＴと不図示の基材Ｓとの間に所定の間隔をおいて配置されている。当該３つの電磁コイル２０Ｂによって構成される仮想的な１つの電磁コイルの外周面（内周面）の中心線ＣＬと平行な方向における長さＸ’（ｍｍ）、電磁コイル２０Ｂの端面の半径方向に沿った厚さＹ（ｍｍ）が、Ｘ’／Ｙ＝９．５（≧２）の関係を満たすように、電磁コイル２０Ｂの断面形状および間隔が設定されている。このような形状を備える複数の電磁コイル２０Ｂにおいても、前述の式２の関係を満たす磁場を容易に形成することが可能となる。この結果、ターゲットＴから放出された荷電粒子が基材Ｓに到達する到達効率を増大させることが可能であるとともに、基材Ｓ上の成膜レートを向上することが可能なアーク蒸発源が提供される。
【００５６】
次に、本発明の第４実施形態に係るアーク蒸発源について説明する。図８は、本実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットＴ、電磁コイル２０Ｃおよび補助磁石３０の断面図である。
【００５７】
本実施形態では、アーク蒸発源の磁場発生機構が、電磁コイル２０Ｃ（磁場発生部）と、補助磁石３０（補助磁場発生部）と、を備える。電磁コイル２０Ｃおよび補助磁石３０によって構成される磁場発生機構は、先の第１実施形態に係る電磁コイル２０と同様に、ターゲットＴと基材Ｓ（図１）との間に所定の磁場を形成する。
【００５８】
補助磁石３０は、ターゲットＴに対して電磁コイル２０Ｃとは反対側で中心線ＣＬ上に配置されている。本実施形態では、直径１００ｍｍ、厚さ４ｍｍの円板状のＮｄＦｅＢ磁石を２枚準備し、当該２枚の磁石によって、直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板状の磁性体を挟み、これらを互いに接着固定することで、補助磁石３０が構成されている。
【００５９】
そして、補助磁石３０の極性は、ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦに対して電磁コイル２０Ｃと同方向の磁場を形成するように設定されている。詳しくは、電磁コイル２０ＣがターゲットＴのターゲット放出面ＴＦ上に形成する磁場の中心線ＣＬと平行な方向に延びる成分と同じ向きの成分（図８のＤＳ１）を含む磁場（図８のＤＳ）を、補助磁石３０がターゲット放出面ＴＦ上に形成する。この結果、ターゲット放出面ＴＦ上では、電磁コイル２０Ｃが形成する磁場と補助磁石３０が形成する磁場とが互いに強め合うことになる。この結果、中心線ＣＬとターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとの交点（図８のＴＦ１）における磁場の大きさＢ０が増大され、前述の式２の関係を満たす磁場を容易に形成することが可能となる。この結果、ターゲットＴから放出された荷電粒子が基材Ｓに到達する到達効率を増大させることが可能であるとともに、基材Ｓ上の成膜レートを向上することが可能なアーク蒸発源が提供される。
【００６０】
また、図８において、補助磁石３０がターゲットＴのターゲット放出面ＴＦ上に形成する磁場では、ターゲット放出面ＴＦと直交する方向の磁場成分（ＤＳ１）が、ターゲット放出面ＴＦと平行な方向の磁場成分（ＤＳ２）よりも大きく設定されている。この結果、補助磁石３０がターゲット放出面ＴＦから放出された荷電粒子が基材Ｓ側に飛翔しやすい磁場が形成されるとともに、補助磁石３０が形成する磁場と電磁コイル２０Ｃが形成する磁場との相互作用（補完作用）を高めることができる。
【００６１】
なお、本実施形態のように、磁場発生機構が補助磁石３０を備える場合には、電磁コイル２０Ｃの断面形状が前述の式１を満たさなくても、式２の関係を満たす磁場を形成することができる。
【００６２】
次に、本発明の第５実施形態に係るアーク蒸発源について説明する。図９は、本実施形態に係るアーク蒸発源のターゲットＴおよび一対の永久磁石２０Ｄの断面図である。
【００６３】
本実施形態では、アーク蒸発源の磁場発生機構が、一対のリング状の永久磁石２０Ｄ（磁場発生部）を備える。一対の永久磁石２０Ｄは、それぞれ、Ｎ極磁石２１とＳ極磁石２２と、を備える。リング状の永久磁石２０Ｄは、強い磁力を発生するために、例えば、ネオジムを含む合金（例えば、ＮｄＦｅＢなど）製である。また、永久磁石２０Ｄは、サマリウムおよびコバルトを含む合金（ＳｍＣｏ）製であってもよい。
【００６４】
また、一対の永久磁石２０Ｄによって構成される仮想的な１つの永久磁石の外周面（内周面）の中心線ＣＬと平行な方向における長さＸ’（ｍｍ）、仮想的な１つの永久磁石の端面の半径方向に沿った厚さＹ（ｍｍ）が、Ｘ’／Ｙ＝９．４（≧２）の関係を満たすように、永久磁石２０Ｄの断面形状および間隔が設定されている。このような形状を備える複数の永久磁石２０Ｄにおいても、前述の式２の関係を満たす磁場を容易に形成することが可能となる。この結果、ターゲットＴから放出された荷電粒子が基材Ｓに到達する到達効率を増大させることが可能であるとともに、基材Ｓ上の成膜レートを向上することが可能なアーク蒸発源が提供される。
【００６５】
次に、本発明の第６実施形態に係るアーク蒸発源について説明する。本実施形態では、後記の図１６に示すように、アーク蒸発源の磁場発生機構が、電磁コイル２０（磁場発生部）と、電磁コイル２５（副磁場発生部）と、を備える。電磁コイル２０および電磁コイル２５によって構成される磁場発生機構は、先の第１実施形態に係る電磁コイル２０と同様に、ターゲットＴと基材Ｓ（図１）との間に所定の磁場を形成する。電磁コイル２５は、電磁コイル２０と基材Ｓとの間に配置され中心線ＣＬを軸心とする筒形状を有する。電磁コイル２５は、前記円筒形状の内部をターゲットＴから放出された荷電粒子が通過することを許容する。電磁コイル２５は、不図示の電源に接続されることで、電磁コイル２０とともにターゲットＴのターゲット放出面ＴＦ（先端面）から基材Ｓ側に向かって延びる前記磁場を形成する。このような形状を備える電磁コイル２０および電磁コイル２５によって、前述の式２の関係を満たす磁場を容易に形成することが可能となる。この結果、ターゲットＴから放出された荷電粒子が基材Ｓに到達する到達効率を増大させることが可能であるとともに、基材Ｓ上の成膜レートを向上することが可能なアーク蒸発源が提供される。
【００６６】
なお、本実施形態では、中心線ＣＬと平行な軸方向における電磁コイル２０の中心位置から基材Ｓに至るまでの領域において、中心線ＣＬ上の磁場の軸方向の成分が、電磁コイル２０側から基材Ｓ側に向かって徐々に減少するような磁場を、電磁コイル２０および電磁コイル２５が形成することが望ましい。この場合、電磁コイル２０側から基材Ｓ側にかけて磁場の軸方向成分に極値が形成されないため、基材Ｓへの荷電粒子の到達効率を更に増大させることができる。
【実施例】
【００６７】
次に、実施例に基づいて、本発明を更に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。後述する各実験は、図１および図２に示すようなアーク成膜装置１において、円板形のターゲットＴと円筒形状（リング形状）の電磁コイルまたは永久磁石を備えた磁場発生機構と、を用いて、以下の実験条件に基づいて行われた。
＜共通実験条件＞
・ターゲットＴ：直径１００ｍｍの円板状のＴｉＡｌ（Ｔｉ５０％、Ａｌ５０％）
・内部空間１０Ａの環境：窒素４（Ｐａ）
・アーク電流：１５０（Ａ）
・基材Ｓの温度：５５０（℃）
・基材Ｓへの印加バイアス：−３０（Ｖ）
・ターゲットＴから基材Ｓまでの距離Ｈ（図２）：３８０（ｍｍ）
・基材Ｓ：鏡面研磨した超硬インサート
また、比較例１、２、実施例１〜１０の磁場発生機構（電磁コイル、永久磁石）によって実施した実験１の実験条件を表１に示す。
【００６８】
【表１】
2018090904.tif 000003
【００６９】
表１を参照して、比較例１では、電磁コイルの断面形状Ｘ／Ｙ＝１に設定されている。また、実施例１から６では、電磁コイルの断面形状Ｘ／Ｙが２から８の範囲に設定されている。なお。実施例１および２は、断面形状Ｘ／Ｙ＝２が維持されたまま、電磁コイルの大きさが互いに異なっている。実施例７では、前述の第３実施形態（図７）に基づき、３つの電磁コイルが間隔をおいて配置されている。この場合、表１におけるＸ／Ｙ＝９．５は、３つの電磁コイルによって形成される仮想的な１つの電磁コイルの断面形状を示している。なお、実施例７では、他の実施例との比較のために、３つの電磁コイルに流入するコイル電流の大きさを調整している。また、実施例８および９では、前述の第４実施形態（図８）に基づき、ターゲットＴの前方に配置された電磁コイル（電磁コイル２０Ｃ）に加え、ターゲットＴの後方に補助磁場印加機構（補助磁石３０）が配置されている。なお、実施例８では、直径１００ｍｍ、厚さ４ｍｍの円板状のＮｄＦｅＢ磁石を２枚準備し、当該２枚の磁石によって、直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板状の磁性体を挟み、これらを互いに接着固定することで、補助磁石３０が構成されている。また、実施例９では、直径１００ｍｍ、厚さ４ｍｍの円板状のＮｄＦｅＢ磁石１枚によって補助磁石３０が構成されている。実施例８、９共にターゲット表面と磁石のターゲット側の距離は８０ｍｍである。この結果、実施例８と実施例９とでは、ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦ上の磁場の強さが異なっている（表２）。更に、比較例２は、実施例８および９と比較されるために行ったものであり、補助磁石３０の磁極の配置が実施例８および９とは逆に配置されている。すなわち、比較例２では、補助磁石３０がターゲットＴのターゲット放出面ＴＦ上に発生する磁場の向きが、電磁コイル２０Ｃ（図８）がターゲットＴのターゲット放出面ＴＦ上に発生する磁場の向きとは逆向きであり、互いの磁場の補完作用が発現されにくい条件となっている。更に、実施例１０では、前述の第５実施形態（図９）に基づき、ターゲットＴよりも前方に複数の永久磁石２０Ｄが配置されている。実施例１０では、３つの永久磁石２０Ｄが互いに間隔をおいて配置されている。これらの永久磁石２０Ｄによって形成される仮想的な１つの永久磁石の断面形状Ｘ／Ｙ（詳しくはＸ’／Ｙ）は、９．４に設定されている。また、実施例１１では、先の実施例１の条件に対して、ターゲットＴの後方８０ｍｍの位置に補助磁石が備えられている。当該補助磁石は、直径１００ｍｍ、厚さ４ｍｍの円板状のＮｄＦｅＢ磁石を２枚準備し、当該２枚の磁石によって、直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板状の磁性体を挟み、これらを互いに接着固定することで、構成されている。
【００７０】
表１に示す各実験において、Ｂｍ／Ｂ０の値、および基材Ｓ上の単位時間当たりの膜成長速度（成膜レート）を計測した結果を、表２に示す。
【００７１】
【表２】
2018090904.tif 000004
【００７２】
なお、前述の図４の磁場分布は、実施例１に対応している。更に、図１０は、前述の第４実施形態（表１および表２の実施例８）に係るアーク蒸発源において、磁場発生機構（電磁コイル２０および補助磁石３０）が形成する磁場の分布を示す分布図である。また、図１１は、本発明の実施形態に係るアーク蒸発源と比較される他のアーク蒸発源（表１および表２の比較例１）において、電磁コイル２０Ｚが形成する磁場の分布を示す分布図である。同様に、図１２は、本発明の実施形態に係るアーク蒸発源と比較される他のアーク蒸発源において、電磁コイル２０および補助磁石３０Ｚが形成する磁場の分布図である。
【００７３】
表１および表２を参照して、Ｂｍ／Ｂ０≦３（式１）を満たす実施例１〜１０では、基材Ｓ上の成膜レートが１２（μｍ）以上の高いレートを示す結果となった。これは、Ｂｍ／Ｂ０＞３を満たす比較例１の成膜レートの２倍以上の効果となっている。なお、実施例１および実施例２を比較すると、電磁コイルの断面のサイズが異なっても、断面形状Ｘ／Ｙが同じ大きさに設定されることで、同等の成膜レートが達成されている。また、ターゲットＴの前方に円筒状の電磁コイルまたは永久磁石が配置され、補助磁場機構（補助磁石３０、補助磁場発生部）を備えていない実施例１〜７および実施例１０では、断面形状Ｘ／Ｙ≧２（式１）が満たされることで、Ｂｍ／Ｂ０≦３（式２）を満たす磁場が形成されている。このような関係は、複数の電磁コイルまたは永久磁石が間隔を置いて配置された実施例７および１０においても、仮想的な１つの磁場発生部（電磁コイルまたは永久磁石）に置き換えて断面形状Ｘ／Ｙを設定することで、同様の効果が発現される。更に、実施例１１では、Ｂｍ／Ｂ０が１以下に設定されることで、高い成膜レートが実現されている。
【００７４】
なお、図４の実施例１の磁場分布図と図１１の比較例１の磁場分布図とを比較すると、図１１の電磁コイル２０Ｚ（Ｘ／Ｙ＝１）がターゲット放出面ＴＦ上に形成する磁場よりも、図４の電磁コイル２０（Ｘ／Ｙ＝２）がターゲット放出面ＴＦ上に形成する磁場の方が大きいことがわかる。この結果、ターゲット放出面ＴＦ上の磁場の大きさＢ０が増大し、Ｂｍ／Ｂ０が小さくなるため、上記の式２の関係（Ｂｍ／Ｂ０≦３）が満たされやすくなる。図４では、電磁コイル２０の断面形状がＸ／Ｙ＝２を満たすことで、図１１の電磁コイル２０Ｚと比較して、偏平状の磁場が前後方向（図４のＺ軸方向）に長く延びるように形成されている。この結果、ターゲット放出面ＴＦ上の磁場の大きさＢ０が増大している。
【００７５】
また、図１０の実施例８の磁場分布図と図１２の比較例２の磁場分布図とを比較すると、図１２の比較例２では、電磁コイル２０が形成する磁場と補助磁石３０Ｚが形成する磁場とが逆極であるため、互いの磁界が反発し打ち消し合うため、ターゲット放出面ＴＦ上の磁場が小さくなっている。更に、図１２では、ターゲット放出面ＴＦの周囲に、ターゲット放出面ＴＦと平行な磁場が形成されてしまうため、放出された荷電粒子を基材Ｓ側に安定して誘導することが困難となる。一方、図１０の実施例８の磁場分布図では、電磁コイル２０および補助磁石３０が形成する磁場が互いに補完しあうため、ターゲット放出面ＴＦ上の磁場の大きさ（Ｂ０）が増大し、上記の式２の関係（Ｂｍ／Ｂ０≦３）が満たされやすくなる。なお、実施例８および実施例９の成膜レートの結果を比較すると、ターゲット放出面ＴＦ上の磁場Ｂ０が大きい実施例８の方が荷電粒子の放出が促進されるため、高い成膜レートに繋がっている。
【００７６】
また、実施例１２〜１７の磁場発生機構（電磁コイル）によって実施した実験２の実験条件を表３に示す。
【００７７】
【表３】
2018090904.tif 000005
【００７８】
表３を参照して、実施例１２は、先の実施例６の電磁コイル２０の形状（内径Ｄ＝１５０ｍｍ）と比較して、内径Ｄが２００ｍｍに設定されている点で相違する。同様に、実施例１３では、内径Ｄが３００ｍｍに設定され、実施例１４では、内径Ｄが４００ｍｍに設定されている。なお、本実験では、ターゲット放出面ＴＦの直径は前述のように１００ｍｍである。また、実施例１５〜１７は、前述の第６実施形態に係る磁場発生機構を用いたものであり、それぞれ電磁コイル２０（表３の第１電磁コイル）および電磁コイル２５（表３の第２電磁コイル）によって荷電粒子を誘導するための磁場が形成されている。実施例１５および１７では両電磁コイルの内径Ｄが１５０ｍｍに設定され、実施例１６では内径Ｄが２００ｍｍに設定されている。なお、実施例１５と実施例１７とでは、電磁コイル２５に流入するコイル電流の大きさを変化させた結果、ターゲットＴと基材Ｓとの間に形成される磁場の分布に差が生じている（図１７、図１８参照）。
【００７９】
表３に示す各実験において、Ｂｍ／Ｂ０の値、および基材Ｓ上の単位時間当たりの膜成長速度（成膜レート）を計測した結果を、表４に示す。
【００８０】
【表４】
2018090904.tif 000006
【００８１】
また、図１３乃至図１５は、前述の第１実施形態に係るアーク蒸発源（それぞれ実施例６、１２、１３）において、磁場発生機構が形成する磁場の分布を示す分布図であって、磁場発生部の内径の影響を示すための分布図である。また、図１６は、前述の第６実施形態（実施例１５〜１７）に係るアーク蒸発源において、磁場発生機構が形成する磁場の分布を示す分布図である。なお、図１３乃至図１６では、ターゲットＴの周囲に配置されたリング状のアーク閉じ込め部材ＡＴが現れている。アーク閉じ込め部材ＡＴは、磁性体である。更に、図１７および図１８は、それぞれ、実施例１５および実施例１７における中心線ＣＬ（基準直線）上の磁場の軸方向の成分の分布を示すグラフである。いずれも横軸は軸方向における位置を示し、縦軸は磁場の強さ（大きさ）を示している。また、図１７、図１８には、中心線ＣＬと平行な軸方向における電磁コイル２０の中心位置２０Ｌが示されており、横軸の延長上に基材Ｓが配置されている。
【００８２】
表１〜表４および図１３乃至図１５を参照して、電磁コイル２０の断面形状（Ｘ×Ｙ）が同じ場合、電磁コイル２０の内径Ｄがターゲット放出面ＴＦの直径に対して大きく設定されると、Ｂｍ／Ｂ０が小さくなる（実施例６、１２、１３、１４）。この結果、ターゲットＴから放出された荷電粒子が基材Ｓに到達する到達効率を増大させることが可能となり、基材Ｓ上の成膜レートが向上する。なお、中心線ＣＬを中心とするターゲット放出面ＴＦ（先端面）の直径がｄ（ｍｍ）、電磁コイル２０の内径がＤ（ｍｍ）と定義された場合、１．５×ｄ≦Ｄ≦５×ｄの関係が満たされていることが望ましい。なお、２．０×ｄ≦Ｄの関係が満たされていることがより望ましく、２．５×ｄ≦Ｄの関係が満たされていることが更に望ましい。
【００８３】
更に、表３、４および図１６乃至図１８を参照して、荷電粒子の基材Ｓに対する到達効率は、ターゲットＴと磁場発生機構との間、および磁場発生機構と基材Ｓとの間における荷電粒子の挙動で決定される。実施例１５〜実施例１７では、筒状の電磁コイル２０（第１電磁コイル、磁場発生部）と基材Ｓとの間に、更に、筒状の電磁コイル２５（第２電磁コイル、副磁場発生部）が設けられている。この結果、表４に示すように、荷電粒子の到達効率が上昇し、基材Ｓ上の成膜レートが向上している。
【００８４】
なお、実施例１７では、前述の比較例１、２よりも成膜レートが向上しているが、電磁コイル２０の形状が同じ実施例１５と比較すると、成膜レートが低下している。実施例１５では、図１７に示すように、中心線ＣＬと平行な軸方向における電磁コイル２０の中心位置２０Ｌから基材Ｓに至るまでの領域において、中心線ＣＬ上の磁場の軸方向（前後方向、Ｘ方向）の成分が、電磁コイル２０側から基材Ｓ側に向かって徐々に減少するような磁場が、電磁コイル２０および２５によって形成されている。一方、実施例１７では、図１８に示すように、中心線ＣＬ上の磁場の軸方向の成分が、電磁コイル２０と基材Ｓとの間で、部分的に上昇し、極大値が形成されている。この結果、実施例１７では、実施例１５と比較して、荷電粒子の到達効率が低下し、成膜レートが低下している。すなわち、中心線ＣＬ上の磁場の軸方向の成分は、電磁コイル２０（磁場発生部）側から基材Ｓ（対象物）側に向かって徐々に減少し、ピーク（極値）を有さないような磁場が形成されることが望ましい。この場合、電磁コイル２５が中心線ＣＬ上に形成する磁場が、電磁コイル２０が中心線ＣＬ上に形成する磁場よりも弱いことが更に望ましい。また、上記の、「徐々に減少する」とは、図１７に示すように、軸方向に沿って部分的に磁場の大きさが一定（同じ大きさ）となる領域があってもよく、増大する領域がなければよい。
【００８５】
また、図１７に示されるような中心線ＣＬ上の磁場の軸方向の成分（分布曲線）の微分値を取った場合、その値は電磁コイル２０の中心（２０Ｌ）と基板Ｓとの間（本実験では約４００ｍｍ）において、０、または０に近い正の値、または０に近い負の値であることが好ましい。詳しくは、微分値が０に近い正の値の場合、傾きが５０Ｇａｕｓｓ／１００ｍｍ以下であることが望ましく、２０Ｇａｕｓｓ／１００ｍｍ以下であることが更に望ましい。また、微分値が０に近い負の場合には、０より小さければ良いが、基板Ｓに向かう磁力が急速に減衰し荷電粒子の誘導効果が小さくなることを抑制する上で、−１００Ｇａｕｓｓ／１００ｍｍよりも０に近いことが好ましい。
【００８６】
なお、本発明者は上記の実施例に加え、更に下記の範囲でも各実験条件を変更した結果、前述の式２を満たすことで、安定した成膜レートを獲得することが可能であることを確認した。
・ターゲット放出面ＴＦの直径（最大径）：５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下。
・磁場発生部（電磁コイルまたは永久磁石）の内径：５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下。
・ターゲット放出面ＴＦから磁場発生部までの距離Ｌ：５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下。
・ターゲット放出面ＴＦから基材Ｓまでの距離Ｈ：１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下。
【００８７】
なお、上記の実施形態および実施例では、本発明に係る磁場発生部が円筒形状（リング状）からなる態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ターゲットＴのターゲット放出面ＴＦが矩形形状からなり、断面形状が矩形状となるように磁場発生部が角筒状の形態であってもよい。すなわち、本発明に係る磁場発生部は内部を基準直性が通るような筒形状からなるものでもよい。この際、磁場発生部の筒状とは、周方向に沿って連続的なものに限定されるものではない。周方向に間隔をおいて複数の磁場発生体が配置され、仮想的な筒形状を形成するものでもよい。
【００８８】
なお、本発明に係る磁場発生部が円筒形状ではなく、角筒などの筒形状の場合には、当該筒形状の内部にターゲット放出面ＴＦが進入可能なように、ターゲット放出面ＴＦの大きさが設定されること、あるいはターゲット放出面ＴＦの形状にあわせて筒の形状または筒の大きさが設定されることが望ましい。この場合も、基材Ｓ側から中心線ＣＬに沿って見た場合、磁場発生部の投影とターゲットＴのターゲット放出面ＴＦとが互いに重ならないように、ターゲット放出面ＴＦの大きさが設定されていることが望ましい。
【符号の説明】
【００８９】
１  アーク成膜装置
１Ａ  アーク蒸発源
２  磁場発生機構
１０  チャンバー
１０Ａ  内部空間
１０Ｆ  フランジ
１０Ｇ  円筒部
１０Ｓ  吸引部
１１  基材ステージ
１２  ホルダ
１３  ヒーター
１４  バイアス電源
１５  ガス供給源
１６  アーク電源
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ  電磁コイル（磁場発生部）
２０１  外周面
２０２  内周面
２０３  端面
２０Ｄ  永久磁石
２１  Ｎ極磁石
２２  Ｓ極磁石
３０  補助磁石（補助磁場発生部）
ＣＬ  中心線（基準直線）
Ｓ  基材
Ｔ  ターゲット
ＴＦ  ターゲット放出面（先端面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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