成膜装置
【課題】 真空槽内で被処理物を移動させるための移動手段と、この移動手段を覆う防着カバーと、を備え、移動手段を介して被処理物にバイアス電力が供給されると共に、このバイアス電力の電圧成分が所定の範囲内で任意に調整可能な成膜装置において、防着カバーと移動手段との間に放電現象が生じるのを防止しつつ、当該防着カバーによる防着機能が確実に維持されるようにする。
【解決手段】 移動手段としての自公転ユニット３０は、防着カバーとしての防着板６６および防着壁６８によって覆われている。特に、自公転ユニット３０内の公転板７２と防着板６６との間隔ｄは小さい。従って、これら両者間に不本意な放電現象が生じることが懸念される。本発明では、この間隔ｄが３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とされる。これにより、当該放電現象の発生が防止される。併せて、防着板６６による防着機能も維持される。
【解決手段】 移動手段としての自公転ユニット３０は、防着カバーとしての防着板６６および防着壁６８によって覆われている。特に、自公転ユニット３０内の公転板７２と防着板６６との間隔ｄは小さい。従って、これら両者間に不本意な放電現象が生じることが懸念される。本発明では、この間隔ｄが３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とされる。これにより、当該放電現象の発生が防止される。併せて、防着板６６による防着機能も維持される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関し、特に、真空槽内でプラズマを発生させて膜材料をイオン化すると共にイオン化された膜材料をバイアス電力が供給された被処理物の表面に照射することによって被処理物の表面に被膜を生成する、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の成膜装置として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術によれば、真空槽内の略中央に、膜材料を蒸発させるための蒸発源が設けられている。そして、この蒸発源の上方に、プラズマ領域が形成される。併せて、プラズマ領域内に、複数の被処理物が順次送り込まれる。また、各被処理物に、基板バイアス電力が供給される。プラズマ領域内においては、蒸発源から蒸発した膜材料がイオン化され、イオン化された膜材料は、基板バイアス電力の供給によって負電荷が付与された各被処理物の表面に照射される。これにより、各被処理物の表面に被膜が生成され、いわゆるイオンプレーティング法による成膜処理が実現される。
【０００３】
なお、従来技術では、上述の如くプラズマ領域内に各被処理物を順次送り込むために、次のような機構が設けられている。即ち、真空槽内において、蒸発源を通る水平軸を中心として回転する円板状の大回転板が設けられており、この大回転板の周縁に沿って、複数のホルダユニットが設けられている。それぞれのホルダユニットは、円板状の小回転板を有しており、この小回転板もまた、大回転板の回転に伴って、当該大回転板の回転軸と平行を成す自軸を中心に回転する。さらに、小回転板の周縁に沿って、複数のホルダが設けられており、それぞれのホルダもまた、小回転板の回転に伴って、当該小回転板の回転軸（および大回転板の回転軸）と平行を成す自軸を中心に回転する。そして、それぞれのホルダに、被処理物が１つずつ取り付けられる。この構成によれば、大回転板が回転すると、各ホルダユニットが蒸発源の周りを回転し、これに伴い、当該各ホルダユニットのそれぞれにホルダを介して取り付けられた被処理物もまた蒸発源の周りを回転し、言わば公転する。この結果、各被処理物は、プラズマ領域内に順次送り込まれ、換言すればプラズマ領域内を順次通過する。さらに、それぞれの被処理物は、自身を保持するホルダと共に、小回転板の回転軸を中心に回転する。併せて、自軸を中心に回転し、言わば自転する。これにより、それぞれの被処理物の表面全体にわたってイオンが均一に照射される。
【０００４】
さらに、それぞれの被処理物に供給される上述の基板バイアス電力は、当該被処理物を保持するホルダを含むホルダユニットと、大回転板を含む公転ユニットと、を介して、真空槽の外部にある基板バイアス電力供給手段から供給される。この基板バイアス電力としては、例えば被膜が導電性膜である場合には、接地電位を基準とする負電圧の直流電力が採用される。一方、被膜が絶縁性膜である場合には、いわゆるチャージアップを防止するべく、接地電位を基準とする交流電力、例えば周波数が１０［ｋＨ］〜５００［ｋＨ］のバイポーラパルス電力、または周波数が１３．５６［ＭＨｚ］の正弦波の高周波電力、が採用される。この基板バイアス電力の電圧成分、言わば基板電圧は、所定の範囲内で任意に調整可能とされている。そして、この基板電圧によって、それぞれの被処理物の表面に対するイオンの照射エネルギが制御される。
【０００５】
ここで、基板バイアス電力が各ホルダユニットおよび公転ユニットを介して各被処理物に供給されること、言い換えれば基板バイアス電力が各ホルダユニットおよび公転ユニットにも供給されること、を鑑みると、これら各ホルダユニットおよび公転ユニットにもイオンが照射されて、被膜が付着することが、懸念される。これら各ホルダユニットおよび公転ユニットは、可動部を有し、かつ基板バイアス電力の伝達を担うため、これらに被膜が付着すると、種々の不都合が生じる。これを防止するために、各ホルダユニットおよび公転ユニットのそれぞれは、カバーによって覆われている。なお、従来技術では明示されていないが、カバーは、接地電位に接続されており、これにより、当該カバーの電気的な安定性が図られている。また、カバーの機能、つまり各ホルダユニットおよび公転ユニットへの被膜の付着を防止するという防着機能、をより確実化するべく、当該カバーは、各ホルダユニットおよび公転ユニットに近接して設けられている。とりわけ、カバーと大回転板とは極めて近く、例えば両者の間隔は１［ｍｍ］とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６６６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の従来技術は、例えば立方晶窒化ホウ素（Cubic Boron Nitride；以下ｃＢＮと言う。）膜の生成に適用される。ｃＢＮ膜は、非常に硬い高硬度膜として知られており、このような高硬度膜であるｃＢＮ膜を生成するには、被処理物の表面に照射されるイオンのエネルギが相応に高いことが必要とされる。このイオンの照射エネルギは、上述したように基板電圧によって制御されるが、従来技術では、当該基板電圧の実質的な調整可能範囲が狭いために十分なイオン照射エネルギが得られず、ゆえに、十分な硬さのｃＢＮ膜を生成することができない、という問題がある。
【０００８】
具体的には、ｃＢＮ膜は、絶縁性膜であるため、基板バイアス電力としては、交流電力が採用され、例えば周波数が１００［ｋＨ］のバイポーラパルス電力が採用される。そして、このバイポーラパルス電力の供給源である基板バイアス電力供給手段、つまりパルス電源装置、としては、当該バイポーラパルス電力の正負（ハイレベルおよびローレベル）それぞれの電圧を任意に調整可能なもの、特に負電圧を例えば−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］の範囲内で任意に調整可能なもの、が採用される。なお、正電圧については、或る一定値とされ、例えば３７［Ｖ］とされる。そして、負電圧によって、イオンの照射エネルギが制御され、詳しくは、当該負電圧が低いほど、イオンの照射エネルギが高くなる。
【０００９】
ところが、従来技術では、基板電圧の負電圧が−１１０［Ｖ］以下になると、上述したカバーと大回転板との間に放電現象が生じ、これによって、当該カバーと大回転板とが短絡したのと等価な状態になる。これは、カバーと大回転板との間隔が１［ｍｍ］と極めて小さい上に、これらカバーと大回転板とで挟まれた非常に狭い空間に基板電圧に応じた１１０［Ｖ］以上という比較的に大きい電位差の電圧が印加されるためである。この短絡現象が生じると、パルス電源装置が過負荷となり、当該パルス電源装置から各被処理物へのバイポーラパルス電力の供給が停止され、ひいては成膜処理が不可能になる。なお、基板電圧の負電圧が−１１０［Ｖ］よりも高い場合、例えば−１０５［Ｖ］以上である場合には、このような現象は生じない。つまり、従来技術では、パルス電源装置による基板電圧（負電圧）の調整可能範囲が−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］であるにも拘わらず、当該基板電圧の下限値が実質的に−１０５［Ｖ］に制限される。このために、十分な硬さのｃＢＮ膜を生成するのに必要なイオン照射エネルギが得られない、という問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、従来よりも高いイオン照射エネルギを得ることができる成膜装置を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明は、真空槽内でプラズマを発生させて膜材料をイオン化すると共にイオン化された膜材料をバイアス電力が供給された被処理物の表面に照射することによって当該被処理物の表面に被膜を生成する成膜装置において、真空槽内で被処理物を移動させる移動手段と、この移動手段を介して被処理物にバイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、移動手段を覆うことによって当該移動手段に膜材料が付着するのを防止する防着機能を備える防着カバーと、を具備する。ここで、バイアス電力は、所定の範囲内で任意に調整可能とされている。そして、防着カバーは、バイアス電力が基準とする基準電位に接続されている。さらに、バイアス電力供給手段によるバイアス電力の調整可能範囲内で移動手段と防着カバーとの間に放電現象が生じず、かつ防着カバーによる防着機能が維持されるように、移動手段と防着カバーとの間隔を置いたこと、を特徴とする。
【００１２】
即ち、本発明によれば、真空槽内において、プラズマが発生され、このプラズマによって、膜材料がイオン化される。そして、被処理物に、バイアス電力が供給される。すると、このバイアス電力の供給によって、被処理物に負電荷が付与され、当該被処理物の表面に、イオン化された膜材料が照射される。これにより、被処理物の表面に、被膜が生成される。さらに、被処理物の位置が、移動手段によって変更される。これにより、被処理物の表面に対するイオンの照射態様（プラズマの作用態様）が変わり、例えばイオンの照射量が均一化される。ここで、被処理物に供給されるバイアス電力は、移動手段を介して、供給される。つまり、バイアス電力は、移動手段にも供給される。従って、移動手段にも、イオン化された膜材料が照射されて、当該膜材料が付着することが、懸念される。これを防止するべく、移動手段は、防着カバーによって覆われている。また、防着カバーは、その電気的な安定性を図るべく、バイアス電力が基準とする基準電位、例えば接地電位、に接続されている。
【００１３】
ところで、防着カバーによる防着機能を確実化するには、当該防着カバーを可能な限り移動手段に近づけることが、望ましい。その一方で、防着カバーは接地電位に接続されており、また、移動手段にはバイアス電力が供給されているため、これら防着カバーと移動手段との間には、バイアス電力の電圧成分に応じた電位差の電圧が印加された状態にある。従って、防着カバーと移動手段との間が過度に近いと、これら両者間の電位差によっては、当該両者間に放電現象が生じることが、懸念される。そこで、本発明では、バイアス電力供給手段によるバイアス電力の特に電圧成分の調整可能範囲内で防着カバーと移動手段との間に放電現象が生じず、かつ防着カバーによる防着機能が確実に維持されるように、当該防着カバーと移動手段との間隔が置かれている。つまり、バイアス電力供給手段によって調整可能な範囲内であれば、バイアス電力の電圧成分、言わば基板電圧が、どのような大きさであっても、防着カバーと移動手段との間に放電現象は生じない。言い換えれば、バイアス電力供給手段による基板電圧の調整可能範囲が保証される。また、移動手段への膜材料の付着が確実に防止される。
【００１４】
なお、ここで言うバイアス電力は、交流電力であってもよい。つまり、本発明によって生成しようとする被膜が絶縁性膜である場合には、当該バイアス電力として、バイポーラパルス電力や高周波電力等の交流電力が採用される。そして、このような交流電力が採用されるときに、防着カバーと移動手段との間に放電現象が生じ易い。本発明は、このように放電現象が生じ易い条件下で、当該放電現象の発生を防止するのに、特に有効である。
【００１５】
また、防着カバーと移動手段との間隔は、例えば３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とするのが、望ましい。即ち、当該間隔が３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］であれば、バイアス電力供給手段による基板電圧の調整可能範囲内で移動手段と防着カバーと間に放電現象が生じず、かつ防着カバーによる防着機能が確実に維持されることが、実験によって確認された。
【００１６】
そして、本発明は、例えば窒化ホウ素膜、特にｃＢＮ膜、を生成するのに、好適である。即ち、本発明によれば、上述の従来技術よりもさらに硬いｃＢＮ膜を生成し得ることが、実験によって確認された。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明によれば、防着カバーを備えた成膜装置において、当該防着カバーによる防着機能が維持され、かつ、バイアス電力供給手段による基板電圧の調整可能範囲が保証される。つまり、バイアス電力供給手段による調整可能範囲内であれば、基板電圧を任意の大きさに設定することができる。従って、基板電圧（負電圧）の調整可能範囲が−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］であるにも拘わらず、当該基板電圧の調整可能範囲が実質的に−１０５［Ｖ］〜０［Ｖ］に制限されてしまう上述の従来技術に比べて、遙かに高いイオン照射エネルギを得ることができる。これは、特にｃＢＮ膜等の高硬度膜を生成するのに、有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す内部正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視の概略断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視の概略断面図である。
【図４】図２における一部の構成を具体的に示す図解図である。
【図５】同実施形態における実験結果を示す図解図である。
【図６】図５とは異なる実験結果を示す図解図である。
【図７】図６とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【図８】図７とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【図９】図８とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【図１０】図９とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係るイオンプレーティング方式の成膜装置１０は、図１〜図３に示すように、概略円筒形の真空槽１２を有している。なお、図１は、成膜装置１０の内部を正面から見た図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視の概略断面図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ矢視の概略断面図である。
【００２１】
真空槽１２は、円筒形の周壁１４を有しており、この周壁１４を水平方向に延伸させた状態（要するに円筒形を横倒しにした状態）で配置されている。そして、真空槽１２の前方部は、概略円板状の壁板１６によって閉鎖されており、後方部もまた、同様の壁板１８によって閉鎖されている。なお、図には示さないが、前方壁板１６には、開閉扉が設けられている。そして、この開閉扉を含む真空槽１２（１４，１６および１８）は、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製、とされており、それ自体は、基準電位としての接地電位に接続されている。また、真空槽１２の内部は、排気手段としての図示しない真空ポンプによって排気される。
【００２２】
そして、真空槽１２内の略中央に、蒸発源２０が配置されている。この蒸発源２０は、膜材料の一部である蒸発材料２２が収容される坩堝２４と、当該蒸発材料２２を加熱するための加熱手段、例えば電子銃２６と、を備えている。電子銃２４は、真空槽１２の外部にある図示しない電子銃用電源装置から所定の直流電力が供給されることによって、電子ビームを発射する。この電子ビームを受けて、蒸発材料２２は加熱され、蒸発する。
【００２３】
さらに、蒸発源２０の周りを取り囲むように、複数個、例えば最大７２個、の被処理物２８，２８，…が配置される。具体的には、真空槽１２の後方壁板１８の近傍に、移動手段としての自公転ユニット３０が設けられている。自公転ユニット３０は、７２個のホルダ３２，３２，…を有しており、これらのホルダ３２，３２，…は、真空槽１２の中心軸を中心とし、かつ真空槽１２の周壁１４よりも少し径の小さい円の円周方向に沿って、等間隔に、つまり５度置きに、設けられている。そして、これらのホルダ３２，３２，…のそれぞれに、被処理物２８が１つずつ取り付けられる。なお、図１〜図３（特に図１）においては、見易さを考慮して、被処理物２８（ホルダ３２）の個数を実際の７２個よりも少ない１６個としてある。また、図１〜図３は、被処理物２８として、概略丸棒状のものが取り付けられている状態を示す。このような被処理物２８としては、エンドミルやドリル（刃）等があり、当該被処理物２８は、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように取り付けられる。
【００２４】
自公転ユニット３０は、回転軸３４を介して、真空槽１２の外部に設けられた駆動手段としてのモータ３６に結合されている。このモータ３６の駆動力を受けて、自公転ユニット３０は、真空槽１２の中心軸を中心として、各ホルダ３２，３２，…を、図１に矢印３８で示す方向（時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、各ホルダ３２，３２，…に取り付けられた各被処理物２８，２８，…もまた、真空槽１２の中心軸を中心として同じ方向に回転し、言わば蒸発源２０の周りを公転する。併せて、自公転ユニット３０は、それぞれのホルダ３２を、当該ホルダ３２の自軸を中心として、図１に矢印４０で示す方向（時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、それぞれの被処理物２８もまた、自軸を中心として同じ方向に回転し、言わば自転する。なお、この自公転ユニット３０による各被処理物２８，２８，…の公転速度は、例えば１［ｒｐｍ］とされており、自転速度は、当該公転速度の１０倍程度、例えば１０［ｒｐｍ］とされている。この自公転ユニット３０については、後でさらに詳しく説明する。
【００２５】
そして、蒸発源２０よりも上方であって、最上部にある被処理物２８（ホルダ３２）よりも下方の位置に、陰極としてのフィラメント４２と、陽極としてのアノード板４４と、が互いに距離を置いて設けられている。
【００２６】
このうち、フィラメント４２は、直線状のタングステン（Ｗ）製ワイヤであり、厳密には３本のタングステン製ワイヤから成る縒り線である。なお、この縒り線を構成するそれぞれのワイヤは、強度向上のために焼鈍し処理を施されたものであり、その直径は、例えば２．０［ｍｍ］である。そして、このフィラメント４２は、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、言い換えればそれぞれの被処理物２８と平行を成すように、配置されている。また、フィラメント４２の直線状を維持するために、当該フィラメント４２に対してその延伸方向に沿う張力を付与するべく、張力付与手段としての図示しない張力付与機構が設けられている。
【００２７】
さらに、フィラメント４２には、真空槽１２の外部にある陰極用電力供給手段としてのフィラメント用電源装置４６から、陰極用電力としての交流のフィラメント電力Ｅｆが供給される。そして、このフィラメント電力Ｅｆには、直流の負電圧であるフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが重畳される。このため、フィラメント用電源装置４６の接地端子と接地電位との間に、当該フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを生成する陰極バイアス供給手段としてのフィラメントバイアス用電源装置４８が、接続されている。
【００２８】
一方、アノード板４４は、概略長尺状のものであり、高融点金属、例えばモリブデン（Ｍｏ）、によって形成されている。そして、このアノード板４４は、真空槽１２の中心軸を含む垂直面に対して、フィラメント４２と略面対称（共役）となる位置に設けられている。具体的には、一方主面をフィラメント４２側に向け、厳密には後述する理由により当該一方主面を少し斜め上方に向け、かつ、当該一方主面をフィラメント４２と平行にし、さらに、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、設けられている。
【００２９】
そして、アノード板４４には、真空槽１２の外部にある陽極用電力供給手段としてのアノード用電源装置５０から、陽極用電力としての直流のアノード電圧Ｖａが印加される。なお、アノード電圧Ｖａは、正電圧である。
【００３０】
さらに、真空槽１２内には、フィラメント４２およびアノード板４４を間に挟んだ状態で、磁界発生手段としての１対の細長い概略直方体状の磁界発生器５２および５４が設けられている。具体的には、各磁界発生器５２および５４は、それぞれの一側面を互いに対向させると共に、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、つまりフィラメント４２およびアノード板４４と平行を成して延伸するように、設けられている。そして、各磁界発生器５２および５４には、互いに対向する一側面が異なる磁極（Ｎ極およびＳ極）となるように、図示しない永久磁石が内蔵されている。これによって、各磁界発生器５２および５４によって挟まれている空間、つまりフィラメント４２およびアノード板４４が配置されている空間に、強力な磁界が発生する。
【００３１】
なお、この磁界の発生領域を拡張するべく、各磁界発生器５２および５４は、互いに対向する一側面を少し斜め上方に向けた状態、例えば当該一側面を水平方向から上方に向けて１０度〜３０度ほど傾けた状態で、設けられている。そして、このうちのアノード板４４側に配置されている磁界発生器５４の傾きに合わせて、当該アノード板４２も同程度に傾けられている。さらに、この磁界の発生領域をより一層拡張するべく、各磁界発生器５２および５４の外方の側面に、当該側面よりも少し面積の大きい平板状のヨーク５６および５８が設けられている。
【００３２】
また、磁界の発生領域よりも下方であって、蒸発源２０よりも上方の位置に、ガス導入手段としてのガス導入管６０が設けられている。そして、このガス導入管６０を介して、真空槽１２内に、放電用ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。また、膜材料の一部となる材料ガスも、このガス導入管６０を介して、真空槽１２内に導入される。そして、真空槽１２の外部には、ガス導入管６０内を流れるガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ６２、が設けられている。
【００３３】
さらに、各被処理物２８，２８，…には、ホルダ３２，３２，…および自公転ユニット３０を介して、バイアス電力供給手段としてパルス電源装置６４から、バイポーラパルス状の基板バイアス電力Ｅｂが供給される。なお、この基板バイアス電力Ｅｂの周波数は、例えば１０［ｋＨ］〜５００［ｋＨ］の範囲内で任意に調整可能とされており、ここでは、１００［ｋＨ］に設定される。そして、基板バイアス電力Ｅｂの電圧成分、言わば基板電圧Ｖｂ、もまた、所定の範囲内で任意に調整可能とされている。具体的には、当該基板電圧Ｖｂの正電圧は、０［Ｖ］〜５００［Ｖ］の範囲内で任意に調整可能とされており、負電圧は、−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］の範囲内で任意に調整可能とされている。ただし、正電圧については、或る一定値とされ、例えば３７［Ｖ］とされる。そして、負電圧のみが、後述するように適宜に調整される。また、基板バイアス電力Ｅｂのデューティ比（パルスの１周期に対する正電圧期間の比率）も、任意に設定可能とされており、ここでは、例えば２０［％］とされる。
【００３４】
そしてさらに、自公転ユニット３０は、後述する理由により、防着カバーとしての円板状の防着板６６および概略円筒形状の防着壁６８によって覆われている。これら防着板６６および防着壁６８は、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス鋼製、であり、それぞれの電気的な安定性を図るべく、接地電位に接続されている。
【００３５】
このように構成された成膜装置１０は、例えばｃＢＮ膜の生成に適用される。具体的には、ｃＢＮ膜の生成に先立って、各被処理物２８，２８，…の表面を洗浄するための放電洗浄処理が行われる。そして、この放電洗浄処理の後に、各被処理物２８，２８，…の表面に中間層としての窒化チタン（以下、ＴｉＮと言う。）膜が生成され、その上で、当該ｃＢＮ膜が生成される。なお、上述した蒸発源２０の坩堝２４には、蒸発材料２２として固形のチタン（Ｔｉ）材およびホウ（Ｂ）素材が互いに独立した状態で収容される。そして、放電用ガスとしてのアルゴンガスの他に、材料ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスが用意される。
【００３６】
まず、放電洗浄処理を行うべく、真空ポンプによって真空槽１２内が排気され、高真空状態とされる。そして、この高真空状態とされた真空槽１２内に、アルゴンガスが導入される。この状態で、フィラメント４２にフィラメント電力Ｅｆが供給されると、当該フィラメント４２は加熱されて、熱電子を放出する。そして、アノード板４４にアノード電圧Ｖａが印加されると、当該熱電子がアノード板４４に向かって加速される。この加速過程において、熱電子がアルゴンガスの粒子に衝突し、その際の衝突エネルギによって、アルゴンガス粒子が放電して、プラズマが発生する。併せて、フィラメント電力Ｅｆには、直流のフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが重畳されているので、このフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂとアノード電圧Ｖａとの総和によって、熱電子の加速度が制御され、つまりプラズマの安定化が図られる。
【００３７】
さらに、フィラメント４２およびアノード板４４が配置されている空間には、各磁界発生器５２および５４によって磁界が掛けられているので、これらフィラメント４２およびアノード板４４間に発生したプラズマは、当該磁界内に閉じ込められる。これによって、図１〜図３のそれぞれに破線模様７０で示されるような高密度のプラズマ空間が形成される。そして、モータ３６が駆動されると、各被処理物２８，２８，…は、それぞれ自転しながら公転し、つまりプラズマ空間７０内に順次送り込まれる。これによって、各被処理物２８，２８，…それぞれの表面全体が、満遍なくプラズマに晒される。
【００３８】
ここで、各被処理物２８，２８，…に基板バイアス電力Ｅｂが供給されると、当該各被処理物２８，２８，…それぞれの表面に負電荷が付与される。そして、プラズマ空間７０内にあるそれぞれの被処理物２８の表面にアルゴンイオンが引き付けられ、照射される。これにより、それぞれの被処理物２８の表面が洗浄され、つまり放電洗浄処理が行われる。なお、基板バイアス電力Ｅｂの電圧成分である上述の基板電圧Ｖｂによって、それぞれの被処理物２８の表面に対するイオンの照射エネルギが制御される。具体的には、当該基板電圧Ｖｂの負電圧が低いほど、それぞれの被処理物２８の表面に対するイオンの照射エネルギが高くなる。
【００３９】
この放電洗浄処理の後に、ＴｉＮ膜の生成のための成膜処理が実施される。即ち、アルゴンガスに加えて、窒素ガスが、真空槽１２内に導入される。すると、この窒素ガスは、アルゴンガスと同様に、プラズマ空間７０内でイオン化される。併せて、電子銃２６よって、坩堝２４内の蒸発材料２２のうちチタン材のみが加熱される。これによって、チタン材が蒸発し、蒸発したチタン材もまた、プラズマ空間７０内でイオン化される。そして、これらイオン化された窒素およびチタンは、アルゴンイオンと共に、プラズマ空間７０内にあるそれぞれの被処理物２８の表面に照射される。これによって、それぞれの被処理物２８の表面に窒素およびチタンの化合物であるＴｉＮ膜が生成される。
【００４０】
続いて、ｃＢＮ膜の生成のための成膜処理が実施される。即ち、蒸発材料２２としてのチタン材に代えて、ホウ素材のみが、電子銃２６によって加熱される。これにより、ホウ素材が蒸発し、蒸発したホウ素は、プラズマ空間７０内でイオン化される。そして、イオン化されたホウ素は、イオン化された窒素と共に、プラズマ空間７０内にあるそれぞれの被処理物２８の表面に照射される。これによって、それぞれの被処理物２８の表面（厳密にはＴｉＮ膜の上）に窒素およびホウ素の化合物であるｃＢＮ膜が生成される。
【００４１】
このｃＢＮ膜の生成後、所定の冷却期間が置かれる。そして、この冷却期間の経過後、真空槽１２内から全ての被処理物２８，２８，…が外部（大気中）に取り出され、一連の作業が終了する。
【００４２】
ところで、上述したように基板バイアス電力Ｅｂが自公転ユニット３０および各ホルダ３２，３２，…を介して各被処理物２８，２８，…に供給されること、言い換えれば当該基板バイアス電力Ｅｂが自公転ユニット３０および各ホルダ３２，３２，…にも供給されること、を鑑みると、これら自公転ユニット３０および各ホルダ３２，３２，…にもイオンが照射されて、一種不本意な被膜（例えばＴｉＮ膜の生成時にはＴｉ膜およびＴｉＮ膜、ｃＢＮ膜の生成時にはＢ膜およびＢＮ膜）が付着することが、懸念される。特に、自公転ユニット３０は、各被処理物２８，２８，…を自公転させるための可動部を有し、かつ当該各被処理物２８，２８，…への基板バイアス電力Ｅｂの伝達を担うため、このような自公転ユニット３０に被膜が付着すると、種々の不都合が生じる。これを防止するべく、自公転ユニット３０は防着板６６および防着壁６８によって覆われている。
【００４３】
この防着板６６および防着壁６８について、自公転ユニット３０を含め、より詳しく説明すると、図４に示すように、当該防着板６６は、自公転ユニット３０を構成する中空円板状の公転板７２の前方（図４において右側）を覆うように設けられている。そして、公転板７２の後方（図４において左側）には、当該公転板７２の外径よりも小さく、かつ当該公転板７２の内径よりも大きい径の、円板状の回転板７４が設けられている。これら公転板７２および回転板７４は、真空槽１２の中心軸を中心としており（同心関係にあり）、複数の碍子７６，７６，…を介して、互いに結合されている。なお、公転板７２および回転板７４は、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス鋼製、である。つまり、公転板７２および回転板７４は、各碍子７６，７６，…を介して、互いに絶縁された状態で結合されている。
【００４４】
そして、防着板６６もまた、真空槽１２の中心軸を中心としており、当該防着板６６は、公転板７２の中空部７８内を挿通するように設けられた複数の円柱状のスペーサ８０，８０，…を介して、回転板７４に結合されている。なお、防着板６６と公転板７２との間には、所定の間隔ｄの隙間８２が設けられている。また、各スペーサ８０，８０，…は、耐熱性および耐腐食性を有する金属性、例えばステンレス鋼製、とされている。つまり、防着板６６は、各スペーサ８０，８０，…を介して、回転板７４と導通しており、公転板７２とは絶縁状態にある。
【００４５】
さらに、回転板７４の後方側においては、当該回転板７４の中心に、上述した回転軸３４の一端が結合されている。この回転軸３４は、水平方向に延伸するように設けられており、当該回転軸３４の他端側は、真空槽１２の後方壁板１８の中央に穿設された貫通孔８４を介して、真空槽１２の外部に引き出されている。そして、この回転軸３４の他端側は、モータ３６の図示しないシャフトに直接または間接的に結合されている。なお、回転軸３４は、それ自身が回転（回動）可能な状態に、軸受８６を介して、真空槽１２の後方壁板１８（貫通孔８４の周縁部）に結合されている。また、回転軸３４は、ステンレス鋼等の耐熱性および耐腐食性を有する金属製であり、当該軸受８６を介して、真空槽１２の後方壁板１８と導通している。つまり、防着板６６は、スペーサ８０，８０，…，回転板７４，回転軸３４，軸受８６および真空槽１２を介して、接地電位に接続されている。
【００４６】
そして、公転板７２の周縁近傍に、各ホルダ３２，３２，…が設けられている。具体的には、それぞれのホルダ３２は、被処理物２８の基部が挿入される筒状の挿入部８８と、この挿入部８８の底部（図４において左側の部分）に一端が結合された丸棒状の軸部９０と、を有している。軸部９０は、水平方向に沿って延伸しており、この軸部９０の中程部分に、軸受９２が設けられている。一方、公転板７２の周縁近傍には、ホルダ３２，３２，…と同数の貫通孔９４，９４，…が穿設されている。それぞれのホルダ３２は、この貫通孔９４に軸受９２を挿通させた状態で、公転板７２に結合されている。このような軸受９２が設けられることで、それぞれのホルダ３２は、自軸を中心に回転（回動）可能とされている。なお、それぞれのホルダ３２（挿入部８８および軸部９０）もまた、ステンレス鋼等の耐熱性および耐腐食性を有する金属製であり、軸受９２を介して、公転板７２と導通している。
【００４７】
また、それぞれのホルダ３２の軸部９０の他端側（図４において左側）には、当該軸部９０を中心軸とする平歯車９６が設けられている。そして、この平歯車９６は、これよりも径の大きい固定歯車９８と噛合している。固定歯車９８は、中空部１００を有する平歯車であり、この中空部１００に回転軸３４を挿通させ、かつ真空槽１２の中心軸を中心とした状態で、複数の碍子１０２，１０２，…を介して、当該真空槽１２の後方壁板１８に固定されている。なお、平歯車９６および固定歯車９８もまた、ステンレス鋼等の耐熱性および耐腐食性を有する金属製である。そして、固定歯車９８は、例えば真空槽１２の後方壁板１８に設けられた中継端子１０４を介して、上述したパルス電源装置６４に接続されている。即ち、パルス電源装置６４からの基板バイアス電力Ｅｂは、中継端子１０４を介して、固定歯車９８に供給され、さらに、平歯車９６を含むそれぞれのホルダ３２（軸部９０および挿入部８８）を介して、それぞれの被処理物２８に供給される。勿論、中継端子１０４と真空槽１２の後方壁板１８とは、所定の絶縁部材１０６によって、互いに絶縁されている。
【００４８】
一方、防着壁６８は、上述したように概略円筒形状のものであり、自公転ユニット３０の周りを取り囲むように、その一端側（図４において左側の端部）が、真空槽１２の後方壁板１８に結合されている。そして、防着壁６８の他端側（図４において右側の端部）には、当該防着壁６８の内側（真空槽１２の中心軸）に向かって庇状に伸びた絞り部１０８が設けられている。なお、絞り部１０８は、防着板６６と略同一平面上に位置しており、この絞り部１０８を含む防着壁６８は、ホルダ３２，３２，…や公転板７２等の基板バイアス電力Ｅｂが供給されている部分に接触しないように設けられている。
【００４９】
つまり、図４に示す構成によれば、モータ３６が駆動されて、回転軸３４が回転すると、当該回転軸３４を中心として、回転板７４が回転し、これに伴い、公転板７２および防着板６６も回転する。そして、公転板７２が回転することによって、当該公転板７２に設けられているそれぞれのホルダ３２も回転する。このとき、それぞれのホルダ３２に設けられている平歯車９６が、固定歯車９８を太陽歯車として遊星運動する。この結果、それぞれのホルダ３２は、自軸（軸部９０）を中心として回転することになる。そして、それぞれのホルダ３２に取り付けられた被処理物２８には、上述したように中継端子１０４，固定歯車９８，および平歯車９６を含む当該ホルダ３２を介して、基板バイアス電力Ｅｂが供給される。併せて、自公転ユニット３０への被膜の付着（言い換えれば流入）は、これを覆う防着板６６および防着壁６８によって防止される。
【００５０】
さて、自公転ユニット３０への被膜の付着を防止するという防着板６６および防着壁６８による防着機能を確実化するには、当該防着板６６および防着壁６８のそれぞれを可能な限り自公転ユニット３０に近づけるのが、望ましい。特に、本実施形態における構造上は、（図４を含む各図からは分からないが）防着板６６と公転板７２との間隔ｄが小さいほど、効果的である。その一方で、防着板６６は接地電位に接続されおり、また、公転板７２を含む自公転ユニット３０には基板バイアス電力Ｅｂが供給されているので、これら防着板６６と公転板７２との間には、当該基板バイアス電力Ｅｂの電圧成分である基板電圧Ｖｂに応じた電位差がある。従って、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが過度に小さいと、これら両者間の電位差によっては、当該両者間に放電現象が生じることが、懸念される。とりわけ、ｃＢＮ膜等の高硬度膜の成膜時には、それぞれの被処理物２８の表面に照射されるイオンのエネルギが相応に高いことが必要とされるため、上述したように基板電圧Ｖｂの負電圧が下げられる傾向にあり、つまり防着板６６と公転板７２との電位差が増大する傾向にある。そうなると、防着板６６と公転板７２との間（隙間８２）に、より一層、放電現象が生じ易くなる。
【００５１】
もし、放電現象が生じると、防着板６６と公転板７２とが短絡したのと等価な状態になる。すると、パルス電源装置６４が過負荷となり、当該パルス電源装置６４から各被処理物２８，２８，…への基板バイアス電力Ｅｂの供給が停止されて、成膜処理が不可能になる。この不都合を回避するには、例えば防着板６６と公転板７２との間隔ｄを大きくすればよいが、この間隔ｄが過大であると、防着板６６による防着機能が損なわれる。
【００５２】
そこで、本実施形態では、防着板６６と公転板７２との間隔ｄの最適値を見出す。つまり、防着板６６による防着機能を維持しつつ、当該防着板６６と公転板７２との間８２に放電現象を誘発させることのない間隔ｄを見出す。なお、防着板６６と公転板７２との間８２以外に放電現象が生じる可能性がある部分、例えば防着板６６とそれぞれのホルダ３２（軸受９２）との間１１０や、防着壁６８の絞り部１０８とそれぞれのホルダ３２（軸受９２）との間１１２、或いは防着壁６８と公転板７２との間１１４は、少なくとも防着板６６と公転板７２との間８２よりも広い（間隔ｄよりも大きい）。つまり、防着板６６と公転板７２との間８２に比べると、放電現象が生じる可能性は低い。従って、本実施形態では、防着板６６と公転板７２との間隔ｄのみに注目する。
【００５３】
まず、防着板６６と公転板７２との間隔ｄを適当に変更して、これら両者間に放電現象が生じることのない基板電圧Ｖｂ（負電圧）の下限値を検証する。具体的には、真空槽１２内を高真空状態にまで排気した後、この排気後の真空槽１２内にアルゴンガスを６０［ｍｌ／ｍｉｎ］という流量で導入すると共に、当該真空槽１２内の圧力を５×１０−２［Ｐａ］に維持する。そして、フィラメント電力Ｅｆを適当な大きさに設定すると共に、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを−２０［Ｖ］に設定し、併せて、アノード電圧Ｖａを５０［Ｖ］に設定する。これにより、真空槽内１２内にプラズマが発生する。そして、フィラメントバイアス電流Ｉｆｂを４０［Ａ］とし、アノード電流Ｉａを５０［Ａ］とする。この条件下で、基板電圧Ｖｂを変化させて、上述の放電現象が生じない当該基板電圧Ｖｂの下限値を調べる。この結果を、図５に示す。
【００５４】
この図５に示すように、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが例えば０．５［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂ（負電圧）が−５０［Ｖ］以上であれば、放電現象は生じないが、これを下回ると放電現象が生じる。言い換えれば、基板電圧Ｖｂの下限値が実質的に−５０［Ｖ］に制限される。そして、間隔ｄが１．０［ｍｍ］であるときには、上述の従来技術と同様、基板電圧Ｖｂの下限値が−１０５［Ｖ］に制限される。さらに、間隔ｄが２．０［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂの下限値が−１２０［Ｖ］に制限される。そして、間隔ｄが３．０［ｍｍ］以上であれば、基板電圧Ｖｂの下限値は制限されない。厳密に言えば、間隔ｄが３．０［ｍｍ］，５．０［ｍｍ］または１０．０［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂの負電圧がパルス電源装置６４によって調整可能な下限値である−５００［Ｖ］に至っても放電現象は生じず、つまりパルス電源装置６４による基板電圧Ｖｂの調整可能範囲が保証される。併せて、間隔ｄが１０．０［ｍｍ］以下であれば、防着板６６による防着機能が維持されることが、確認された。
【００５５】
これらを総合すると、防着板６６と公転板７２との間隔ｄの最適値は３．０［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］である、と言える。即ち、当該間隔ｄが３．０［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］であれば、パルス電源装置６４による基板電圧Ｖｂの調整可能範囲が確実に保証されると共に、防着板６６による防着機能が確実に維持される。
【００５６】
次に、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが１［ｍｍ］であるときと、３［ｍｍ］であるときと、のそれぞれにおいて、基板電圧Ｖｂ（負電圧）を適当に変化させて、この基板電圧Ｖｂの変化に対して各被処理物２８，２８，…に流れる電流、いわゆる基板電流Ｉｂが、どのように推移するのかを検証する。具体的には、被処理物２８として、直径が１０［ｍｍ］であり、長さ寸法が３００［ｍｍ］のステンレス鋼製の丸棒を、それぞれのホルダ３２に取り付ける。そして、上述の図５に係る実験と同様に、真空槽１２内を高真空状態にまで排気した後、この排気後の真空槽１２内にアルゴンガスを６０［ｍｌ／ｍｉｎ］という流量で導入すると共に、当該真空槽１２内の圧力を５×１０−２［Ｐａ］に維持する。さらに、フィラメント電力Ｅｆを適当な大きさに設定すると共に、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを−２０［Ｖ］に設定し、併せて、アノード電圧Ｖａを５０［Ｖ］に設定する。そして、基板電圧Ｖｂを０［Ｖ］から徐々に下げて、その時々の基板電流Ｉｂを測定する。この結果を、図６に示す。
【００５７】
この図６に示すように、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが１［ｍｍ］であるときと、３［ｍｍ］であるときと、のいずれにおいても、基板電圧Ｖｂが下がるに連れて、基板電流Ｉｂが増大する。この基板電流Ｉｂの増大は、それぞれの被処理物２８の表面に照射されるイオン量の増大を示している。ただし、間隔ｄが１［ｍｍ］であるときには、上述したように基板電圧Ｖｂの下限値が−１０５［Ｖ］に制限されるため、これよりも低い基板電圧Ｖｂでの実験は不可能である。一方、間隔ｄが３［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂの下限値が制限されないので、当該基板電圧Ｖｂの負電圧がパルス電源装置６４によって調整可能な下限値である−５００［Ｖ］に至るまで実験を行うことが可能である。そして、間隔ｄが３［ｍｍ］であるときには、間隔ｄが１［ｍｍ］であるときに比べて、より大きな基板電流Ｉｂが得られること、つまりそれぞれの被処理物２８の表面に照射されるイオン量の増大が図られることが、確認された。
【００５８】
さらに、基板電圧Ｖｂの違いが被膜の品質にどのような影響を与えるのかを検証する。具体的には、防着板６６と公転板７２との間隔ｄを３［ｍｍ］とする。そして、被処理物２８として、一辺の長さ寸法が１９［ｍｍ］であり、厚さ寸法が４．５［ｍｍ］であり、さらに表面が鏡面加工された、超硬合金製の正方形板を、それぞれのホルダ３２に取り付ける。このような被処理物２８の表面に対して、基板電圧Ｖｂが異なる条件下で、ｃＢＮ膜を生成する。なお、このｃＢＮ膜の生成に当たっては、上述の要領で、まず放電洗浄処理を行い、次に中間層としての窒化チタン膜を生成し、その上で、当該ｃＢＮ膜を生成する。そして、特にｃＢＮ膜の生成時においては、真空槽１２内に導入するアルゴンガスの流量を６４［ｍｌ／ｍｉｎ］とし、窒素ガスの流量を５５［ｍｌ／ｍｉｎ］とし、真空槽１２内の圧力を５×１０−２［Ｐａ］とする。そして、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを−２４［Ｖ］に設定し、アノード電圧Ｖａを５０［Ｖ］に設定する。さらに、フィラメントバイアス電流Ｉｆｂを１８［Ａ］とし、アノード電流Ｉａを３０［Ａ］とする。そして、基板電圧Ｖｂが互いに異なる条件下、例えば当該基板電圧Ｖｂの負電圧が−５０［Ｖ］，−６０［Ｖ］，−７０［Ｖ］，−８０［Ｖ］，−１００［Ｖ］および−１２０［Ｖ］という条件下で、ｃＢＮ膜を生成し、それぞれの条件下で生成されたｃＢＮ膜について、ヌープ硬さＨＫおよび摩擦係数μを測定する。この結果を、図７に示す。
【００５９】
この図７に示すように、基板電圧Ｖｂの負電圧が低いほど、ヌープ硬さＨＫの値が大きくなること、つまり硬いｃＢＮ膜が生成されること、が分かる。特に、基板電圧Ｖｂの負電圧が上述の従来技術における下限値と同じ−１００［Ｖ］であるときには、ヌープ硬さＨＫが４６３６であるのに対して、当該基板電圧Ｖｂの負電圧が従来技術における下限値よりも低い−１２０［Ｖ］であるときには、ヌープ硬さＨＫが５４３０である。この５４３０というヌープ硬さＨＫは、ｃＢＮ膜の一般的なヌープ硬さＨＫが４５００〜４７００であることを鑑みると、驚異的な値である。ゆえに、基板電圧Ｖｂの負電圧をさらに下げれば、より硬いｃＢＮ膜を生成し得ることが、期待される。
【００６０】
一方、摩擦係数μについては、基板電圧Ｖｂの負電圧が大きいほど、その値が小さくなつこと、つまり滑らかなｃＢＮ膜が生成されること、が分かる。例えば、基板電圧Ｖｂの負電圧が−１００［Ｖ］であるときには、摩擦係数μが０．１９であるのに対して、当該基板電圧Ｖｂの負電圧が−１２０［Ｖ］であるときには、摩擦係数μが０．１２６であり、滑らかさ（潤滑性）についてもかなり向上する。そして、基板電圧Ｖｂの負電圧をさらに下げれば、より滑らかなｃＢＮ膜を生成し得ることが、期待される。
【００６１】
なお、ｃＢＮを含む窒化ホウ素（ＢＮ）には、当該ｃＢＮの他に、六方晶構造のもの（Hexagonal
Boron Nitride；以下ｈＢＮと言う。）やウルツ鉱構造のもの（Wurtzite Boron Nitride；以下ｗＢＮと言う。）等がある。これらの中で、ｃＢＮが最も高硬度であるが、その反面、当該ｃＢＮの被膜の生成が最も難しい、とされている。そこで、次に、本実施形態において生成されるｃＢＮ膜が真正のものであるか否かを検証する。具体的には、上述の図７に係る実験と同様の被処理物２８を用いて、これに当該図７に係る実験と同様の要領でｃＢＮ膜を生成する。ただし、基板電圧Ｖｂの負電圧については、−１５０［Ｖ］とする。そして、生成された被膜の成分を、公知のＸ線回折装置（ＸＲＤ）によって解析する（詳しくは、Ｘ線回折測定時に試料としての被処理物２８の表面に入射されるＸ線の入射角度θを一定とすることによって被膜の表面のみを測定する薄膜Ｘ線解析法を用いて解析する）。この結果を、図８に示す。なお、Ｘ線入射角θは、０．３［°］である。
【００６２】
この図８に示すように、ｈＢＮおよびｗＢＮそれぞれのピークが認められると共に、ｃＢＮのピークも認められる。つまり、真正のｃＢＮ膜が生成されていることが、確認された。
【００６３】
続いて、被処理物２８として、直径が６［ｍｍ］の２枚刃超硬エンドミルを用いる。そして、このエンドミルに、上述の図８に係る実験と同じ要領でｃＢＮ膜を生成することによって、当該エンドミルの寿命がどれくらいになるのかを検証する。具体的には、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルをマシニングセンタに取り付け、被切削材としての機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）を切削する。そして、切削距離に対する境界摩耗幅（刃の切削部分と非切削部分との境界における当該刃の摩耗幅）を測定する。なお、切削速度は５６５［ｍ／ｍｉｎ］であり、送りピッチは０．０５［ｍｍ／ｔｏｏｔｈ］である。そして、切り込み寸法は半径方向で０．１［ｍｍ］であり、軸方向で８．０［ｍｍ］である。また、比較対照用として、ＴｉＮ膜のみが生成されたエンドミルと、窒化チタンアルミニウム（以下、ＴｉＡｌＮと言う。）膜のみが生成されたエンドミルと、のそれぞれについても、同様の切削実験を行う。その結果を、図９に示す。
【００６４】
この図９に示すように、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルについては、切削距離が６０［ｍ］に至っても、境界摩耗幅は３０［μｍ］未満である。そして、依然として切削可能な状態にあり、つまり寿命に至っていないことが、確認された。これに対して、ＴｉＡｌＮ膜が生成されたエンドミルについては、切削距離が６０［ｍ］に至った時点での境界摩耗幅が４０［μｍ］強であり、この値のみを見ると、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルと比べて極端な差異はないように見受けられる。しかしながら、このＴｉＡｌＮ膜が生成されたエンドミルについては、実際には、切削距離が３８［ｍ］を経過した辺りから火花が生じ始め、摩耗の進み具合が顕著になる。なお、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルについては、このような火花は生じない。このことから、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルの方が、ＴｉＡｌＮ膜が生成されたエンドミルに比べて、遙かに長寿命であることが、推察される。さらに、ＴｉＮ膜が生成されたエンドミルについては、切削距離が３０［ｍ］に至った時点での境界摩耗幅が４０［μｍ］弱であり、切削距離が６０［ｍｍ］に至った時点での境界摩耗幅は９０［μｍ］を超えており、既に寿命が尽きていることが、確認された。このように、本実施形態によれば、エンドミル等の切削工具を長寿命化するのに極めて有効なｃＢＮ膜を生成し得ることが、確認された。これは即ち、当該ｃＢＮ膜が極めて高硬度であることの証明となる。
【００６５】
さらに続いて、被処理物２８として、合金工具鋼（ＳＫＤ１１）製の打ち抜きプレス用の金型を用いる。そして、この金型に、上述の図８（および図９）に係る実験と同じ要領でｃＢＮ膜を生成することによって、当該金型の寿命がどれくらいになるのかを検証する。具体的には、ｃＢＮ膜が生成された金型によって、厚さ寸法が３［ｍｍ］の一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００）を加工材とする打ち抜きプレス加工を行う。そして、この打ち抜きプレス加工を確実に実施し得る回数、いわゆるショット数、を確認する。なお、比較対照用として、未処理の金型と、ＴｉＮ膜のみが生成された金型と、のそれぞれについても、同様の打ち抜きプレス加工を行う。その結果を、図１０に示す。
【００６６】
この図１０に示すように、ｃＢＮ膜が生成された金型については、少なくとも３００００回のショットが可能であり、また、その後も依然としてショット可能であることが、確認された。これに対して、ＴｉＮ膜のみが生成された金型については、その３分の１である１００００回のショットで寿命が尽きる。そして、未処理の金型については、僅か３０００回のショットで寿命が尽きる。つまり、本実施形態によれば、打ち抜きプレス加工用の金型についても、その長寿命化を図るのに極めて有効なｃＢＮ膜を生成し得ることが、確認された。これは即ち、当該ｃＢＮ膜が極めて高硬度であると共に、潤滑性にも富むことの証明となる。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、防着板６６と公転板７２との間隔ｄを３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とすることで、これら両者間に放電現象が生じるのを防止しつつ、防着板６６による防着機能を維持するのに成功した。従って、パルス電源装置６４による基板電圧Ｖｂの調整可能範囲であれば、当該基板電圧Ｖｂを任意に設定することができる。ゆえに、基板電圧の実質的な調整可能範囲が本来の範囲よりも大きく制限される上述した従来技術に比べて、遙かに高いイオン照射エネルギを得ることができる。また、一例として、従来よりも高硬度であり、かつ潤滑性に富むｃＢＮ膜を生成し得ることも、確認された。
【００６８】
なお、本実施形態においては、基板バイアス電力Ｅｂとしてのバイポーラパルス電力の周波数を、１００［ｋＨ］としたが、これに限らない。パルス電源装置６４によって調整可能な１０［ｋＨ］〜５００［ｋＨ］という範囲内であれば、本実施形態と同様の作用および効果が得られることが、確認された。
【００６９】
また、基板バイアス電力Ｅｂは、パイポーラパルス電力に限らず、上述した高周波電力を用いてもよい。ただし、この場合は、当該高周波電力の供給源である高周波電源装置と各被処理物２８，２８，…を含む負荷側との間のインピーダンスを整合させるためのマッチングボックスを備える必要がある。この高周波電力が採用される場合にも、本実施形態と同様の作用および効果が得られることが、期待できる。
【００７０】
さらに、成膜装置１０としては、図１〜図３に示した構成のものに限らない。例えば、各被処理物２８，２８，…（ホルダ３２，３２，…）が垂直軸を中心として回転するものであってもよいし、公転はせずに、自転のみするものであってもよい。そして、被処理物２８（ホルダ３２）の個数は上述した７２個以外の複数個であってもよいし、１つのみであってもよい。また、従来技術のように、複数のホルダユニットを有し、これら複数のホルダユニットのそれぞれに、複数のホルダが設けられている構成でもよい。要するに、自公転ユニット３０のような移動手段と、これを覆うための防着板６６のような防着カバーと、を備え、移動手段を介して被処理物にバイアス電力が供給されると共に、このバイアス電力の電圧成分が所定の範囲内で任意に調整可能なものであれば、イオンプレーティング法に限らず、スパッタリング法等の他のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）方式の成膜装置、或いはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）方式の成膜装置にも、本発明を適用することができる。
【００７１】
そして、本実施形態においては、ｃＢＮ膜を生成する場合を例に挙げたが、これに限らない。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜、或いは酸化チタン（ＴｉＯ２）膜等のｃＢＮ系以外の絶縁性膜を生成する場合にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 成膜装置
１２ 真空槽
２０ 蒸発源
２２ 蒸発材料
２８ 被処理物
３０ 自公転ユニット
３２ ホルダ
３６ モータ
６４ パルス電源装置
６６ 防着板
６８ 防着壁
７０ プラズマ空間
７２ 公転板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関し、特に、真空槽内でプラズマを発生させて膜材料をイオン化すると共にイオン化された膜材料をバイアス電力が供給された被処理物の表面に照射することによって被処理物の表面に被膜を生成する、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の成膜装置として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術によれば、真空槽内の略中央に、膜材料を蒸発させるための蒸発源が設けられている。そして、この蒸発源の上方に、プラズマ領域が形成される。併せて、プラズマ領域内に、複数の被処理物が順次送り込まれる。また、各被処理物に、基板バイアス電力が供給される。プラズマ領域内においては、蒸発源から蒸発した膜材料がイオン化され、イオン化された膜材料は、基板バイアス電力の供給によって負電荷が付与された各被処理物の表面に照射される。これにより、各被処理物の表面に被膜が生成され、いわゆるイオンプレーティング法による成膜処理が実現される。
【０００３】
なお、従来技術では、上述の如くプラズマ領域内に各被処理物を順次送り込むために、次のような機構が設けられている。即ち、真空槽内において、蒸発源を通る水平軸を中心として回転する円板状の大回転板が設けられており、この大回転板の周縁に沿って、複数のホルダユニットが設けられている。それぞれのホルダユニットは、円板状の小回転板を有しており、この小回転板もまた、大回転板の回転に伴って、当該大回転板の回転軸と平行を成す自軸を中心に回転する。さらに、小回転板の周縁に沿って、複数のホルダが設けられており、それぞれのホルダもまた、小回転板の回転に伴って、当該小回転板の回転軸（および大回転板の回転軸）と平行を成す自軸を中心に回転する。そして、それぞれのホルダに、被処理物が１つずつ取り付けられる。この構成によれば、大回転板が回転すると、各ホルダユニットが蒸発源の周りを回転し、これに伴い、当該各ホルダユニットのそれぞれにホルダを介して取り付けられた被処理物もまた蒸発源の周りを回転し、言わば公転する。この結果、各被処理物は、プラズマ領域内に順次送り込まれ、換言すればプラズマ領域内を順次通過する。さらに、それぞれの被処理物は、自身を保持するホルダと共に、小回転板の回転軸を中心に回転する。併せて、自軸を中心に回転し、言わば自転する。これにより、それぞれの被処理物の表面全体にわたってイオンが均一に照射される。
【０００４】
さらに、それぞれの被処理物に供給される上述の基板バイアス電力は、当該被処理物を保持するホルダを含むホルダユニットと、大回転板を含む公転ユニットと、を介して、真空槽の外部にある基板バイアス電力供給手段から供給される。この基板バイアス電力としては、例えば被膜が導電性膜である場合には、接地電位を基準とする負電圧の直流電力が採用される。一方、被膜が絶縁性膜である場合には、いわゆるチャージアップを防止するべく、接地電位を基準とする交流電力、例えば周波数が１０［ｋＨ］〜５００［ｋＨ］のバイポーラパルス電力、または周波数が１３．５６［ＭＨｚ］の正弦波の高周波電力、が採用される。この基板バイアス電力の電圧成分、言わば基板電圧は、所定の範囲内で任意に調整可能とされている。そして、この基板電圧によって、それぞれの被処理物の表面に対するイオンの照射エネルギが制御される。
【０００５】
ここで、基板バイアス電力が各ホルダユニットおよび公転ユニットを介して各被処理物に供給されること、言い換えれば基板バイアス電力が各ホルダユニットおよび公転ユニットにも供給されること、を鑑みると、これら各ホルダユニットおよび公転ユニットにもイオンが照射されて、被膜が付着することが、懸念される。これら各ホルダユニットおよび公転ユニットは、可動部を有し、かつ基板バイアス電力の伝達を担うため、これらに被膜が付着すると、種々の不都合が生じる。これを防止するために、各ホルダユニットおよび公転ユニットのそれぞれは、カバーによって覆われている。なお、従来技術では明示されていないが、カバーは、接地電位に接続されており、これにより、当該カバーの電気的な安定性が図られている。また、カバーの機能、つまり各ホルダユニットおよび公転ユニットへの被膜の付着を防止するという防着機能、をより確実化するべく、当該カバーは、各ホルダユニットおよび公転ユニットに近接して設けられている。とりわけ、カバーと大回転板とは極めて近く、例えば両者の間隔は１［ｍｍ］とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６６６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の従来技術は、例えば立方晶窒化ホウ素（Cubic Boron Nitride；以下ｃＢＮと言う。）膜の生成に適用される。ｃＢＮ膜は、非常に硬い高硬度膜として知られており、このような高硬度膜であるｃＢＮ膜を生成するには、被処理物の表面に照射されるイオンのエネルギが相応に高いことが必要とされる。このイオンの照射エネルギは、上述したように基板電圧によって制御されるが、従来技術では、当該基板電圧の実質的な調整可能範囲が狭いために十分なイオン照射エネルギが得られず、ゆえに、十分な硬さのｃＢＮ膜を生成することができない、という問題がある。
【０００８】
具体的には、ｃＢＮ膜は、絶縁性膜であるため、基板バイアス電力としては、交流電力が採用され、例えば周波数が１００［ｋＨ］のバイポーラパルス電力が採用される。そして、このバイポーラパルス電力の供給源である基板バイアス電力供給手段、つまりパルス電源装置、としては、当該バイポーラパルス電力の正負（ハイレベルおよびローレベル）それぞれの電圧を任意に調整可能なもの、特に負電圧を例えば−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］の範囲内で任意に調整可能なもの、が採用される。なお、正電圧については、或る一定値とされ、例えば３７［Ｖ］とされる。そして、負電圧によって、イオンの照射エネルギが制御され、詳しくは、当該負電圧が低いほど、イオンの照射エネルギが高くなる。
【０００９】
ところが、従来技術では、基板電圧の負電圧が−１１０［Ｖ］以下になると、上述したカバーと大回転板との間に放電現象が生じ、これによって、当該カバーと大回転板とが短絡したのと等価な状態になる。これは、カバーと大回転板との間隔が１［ｍｍ］と極めて小さい上に、これらカバーと大回転板とで挟まれた非常に狭い空間に基板電圧に応じた１１０［Ｖ］以上という比較的に大きい電位差の電圧が印加されるためである。この短絡現象が生じると、パルス電源装置が過負荷となり、当該パルス電源装置から各被処理物へのバイポーラパルス電力の供給が停止され、ひいては成膜処理が不可能になる。なお、基板電圧の負電圧が−１１０［Ｖ］よりも高い場合、例えば−１０５［Ｖ］以上である場合には、このような現象は生じない。つまり、従来技術では、パルス電源装置による基板電圧（負電圧）の調整可能範囲が−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］であるにも拘わらず、当該基板電圧の下限値が実質的に−１０５［Ｖ］に制限される。このために、十分な硬さのｃＢＮ膜を生成するのに必要なイオン照射エネルギが得られない、という問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、従来よりも高いイオン照射エネルギを得ることができる成膜装置を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明は、真空槽内でプラズマを発生させて膜材料をイオン化すると共にイオン化された膜材料をバイアス電力が供給された被処理物の表面に照射することによって当該被処理物の表面に被膜を生成する成膜装置において、真空槽内で被処理物を移動させる移動手段と、この移動手段を介して被処理物にバイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、移動手段を覆うことによって当該移動手段に膜材料が付着するのを防止する防着機能を備える防着カバーと、を具備する。ここで、バイアス電力は、所定の範囲内で任意に調整可能とされている。そして、防着カバーは、バイアス電力が基準とする基準電位に接続されている。さらに、バイアス電力供給手段によるバイアス電力の調整可能範囲内で移動手段と防着カバーとの間に放電現象が生じず、かつ防着カバーによる防着機能が維持されるように、移動手段と防着カバーとの間隔を置いたこと、を特徴とする。
【００１２】
即ち、本発明によれば、真空槽内において、プラズマが発生され、このプラズマによって、膜材料がイオン化される。そして、被処理物に、バイアス電力が供給される。すると、このバイアス電力の供給によって、被処理物に負電荷が付与され、当該被処理物の表面に、イオン化された膜材料が照射される。これにより、被処理物の表面に、被膜が生成される。さらに、被処理物の位置が、移動手段によって変更される。これにより、被処理物の表面に対するイオンの照射態様（プラズマの作用態様）が変わり、例えばイオンの照射量が均一化される。ここで、被処理物に供給されるバイアス電力は、移動手段を介して、供給される。つまり、バイアス電力は、移動手段にも供給される。従って、移動手段にも、イオン化された膜材料が照射されて、当該膜材料が付着することが、懸念される。これを防止するべく、移動手段は、防着カバーによって覆われている。また、防着カバーは、その電気的な安定性を図るべく、バイアス電力が基準とする基準電位、例えば接地電位、に接続されている。
【００１３】
ところで、防着カバーによる防着機能を確実化するには、当該防着カバーを可能な限り移動手段に近づけることが、望ましい。その一方で、防着カバーは接地電位に接続されており、また、移動手段にはバイアス電力が供給されているため、これら防着カバーと移動手段との間には、バイアス電力の電圧成分に応じた電位差の電圧が印加された状態にある。従って、防着カバーと移動手段との間が過度に近いと、これら両者間の電位差によっては、当該両者間に放電現象が生じることが、懸念される。そこで、本発明では、バイアス電力供給手段によるバイアス電力の特に電圧成分の調整可能範囲内で防着カバーと移動手段との間に放電現象が生じず、かつ防着カバーによる防着機能が確実に維持されるように、当該防着カバーと移動手段との間隔が置かれている。つまり、バイアス電力供給手段によって調整可能な範囲内であれば、バイアス電力の電圧成分、言わば基板電圧が、どのような大きさであっても、防着カバーと移動手段との間に放電現象は生じない。言い換えれば、バイアス電力供給手段による基板電圧の調整可能範囲が保証される。また、移動手段への膜材料の付着が確実に防止される。
【００１４】
なお、ここで言うバイアス電力は、交流電力であってもよい。つまり、本発明によって生成しようとする被膜が絶縁性膜である場合には、当該バイアス電力として、バイポーラパルス電力や高周波電力等の交流電力が採用される。そして、このような交流電力が採用されるときに、防着カバーと移動手段との間に放電現象が生じ易い。本発明は、このように放電現象が生じ易い条件下で、当該放電現象の発生を防止するのに、特に有効である。
【００１５】
また、防着カバーと移動手段との間隔は、例えば３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とするのが、望ましい。即ち、当該間隔が３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］であれば、バイアス電力供給手段による基板電圧の調整可能範囲内で移動手段と防着カバーと間に放電現象が生じず、かつ防着カバーによる防着機能が確実に維持されることが、実験によって確認された。
【００１６】
そして、本発明は、例えば窒化ホウ素膜、特にｃＢＮ膜、を生成するのに、好適である。即ち、本発明によれば、上述の従来技術よりもさらに硬いｃＢＮ膜を生成し得ることが、実験によって確認された。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明によれば、防着カバーを備えた成膜装置において、当該防着カバーによる防着機能が維持され、かつ、バイアス電力供給手段による基板電圧の調整可能範囲が保証される。つまり、バイアス電力供給手段による調整可能範囲内であれば、基板電圧を任意の大きさに設定することができる。従って、基板電圧（負電圧）の調整可能範囲が−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］であるにも拘わらず、当該基板電圧の調整可能範囲が実質的に−１０５［Ｖ］〜０［Ｖ］に制限されてしまう上述の従来技術に比べて、遙かに高いイオン照射エネルギを得ることができる。これは、特にｃＢＮ膜等の高硬度膜を生成するのに、有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す内部正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視の概略断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視の概略断面図である。
【図４】図２における一部の構成を具体的に示す図解図である。
【図５】同実施形態における実験結果を示す図解図である。
【図６】図５とは異なる実験結果を示す図解図である。
【図７】図６とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【図８】図７とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【図９】図８とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【図１０】図９とはさらに異なる実験結果を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係るイオンプレーティング方式の成膜装置１０は、図１〜図３に示すように、概略円筒形の真空槽１２を有している。なお、図１は、成膜装置１０の内部を正面から見た図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視の概略断面図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ矢視の概略断面図である。
【００２１】
真空槽１２は、円筒形の周壁１４を有しており、この周壁１４を水平方向に延伸させた状態（要するに円筒形を横倒しにした状態）で配置されている。そして、真空槽１２の前方部は、概略円板状の壁板１６によって閉鎖されており、後方部もまた、同様の壁板１８によって閉鎖されている。なお、図には示さないが、前方壁板１６には、開閉扉が設けられている。そして、この開閉扉を含む真空槽１２（１４，１６および１８）は、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製、とされており、それ自体は、基準電位としての接地電位に接続されている。また、真空槽１２の内部は、排気手段としての図示しない真空ポンプによって排気される。
【００２２】
そして、真空槽１２内の略中央に、蒸発源２０が配置されている。この蒸発源２０は、膜材料の一部である蒸発材料２２が収容される坩堝２４と、当該蒸発材料２２を加熱するための加熱手段、例えば電子銃２６と、を備えている。電子銃２４は、真空槽１２の外部にある図示しない電子銃用電源装置から所定の直流電力が供給されることによって、電子ビームを発射する。この電子ビームを受けて、蒸発材料２２は加熱され、蒸発する。
【００２３】
さらに、蒸発源２０の周りを取り囲むように、複数個、例えば最大７２個、の被処理物２８，２８，…が配置される。具体的には、真空槽１２の後方壁板１８の近傍に、移動手段としての自公転ユニット３０が設けられている。自公転ユニット３０は、７２個のホルダ３２，３２，…を有しており、これらのホルダ３２，３２，…は、真空槽１２の中心軸を中心とし、かつ真空槽１２の周壁１４よりも少し径の小さい円の円周方向に沿って、等間隔に、つまり５度置きに、設けられている。そして、これらのホルダ３２，３２，…のそれぞれに、被処理物２８が１つずつ取り付けられる。なお、図１〜図３（特に図１）においては、見易さを考慮して、被処理物２８（ホルダ３２）の個数を実際の７２個よりも少ない１６個としてある。また、図１〜図３は、被処理物２８として、概略丸棒状のものが取り付けられている状態を示す。このような被処理物２８としては、エンドミルやドリル（刃）等があり、当該被処理物２８は、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように取り付けられる。
【００２４】
自公転ユニット３０は、回転軸３４を介して、真空槽１２の外部に設けられた駆動手段としてのモータ３６に結合されている。このモータ３６の駆動力を受けて、自公転ユニット３０は、真空槽１２の中心軸を中心として、各ホルダ３２，３２，…を、図１に矢印３８で示す方向（時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、各ホルダ３２，３２，…に取り付けられた各被処理物２８，２８，…もまた、真空槽１２の中心軸を中心として同じ方向に回転し、言わば蒸発源２０の周りを公転する。併せて、自公転ユニット３０は、それぞれのホルダ３２を、当該ホルダ３２の自軸を中心として、図１に矢印４０で示す方向（時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、それぞれの被処理物２８もまた、自軸を中心として同じ方向に回転し、言わば自転する。なお、この自公転ユニット３０による各被処理物２８，２８，…の公転速度は、例えば１［ｒｐｍ］とされており、自転速度は、当該公転速度の１０倍程度、例えば１０［ｒｐｍ］とされている。この自公転ユニット３０については、後でさらに詳しく説明する。
【００２５】
そして、蒸発源２０よりも上方であって、最上部にある被処理物２８（ホルダ３２）よりも下方の位置に、陰極としてのフィラメント４２と、陽極としてのアノード板４４と、が互いに距離を置いて設けられている。
【００２６】
このうち、フィラメント４２は、直線状のタングステン（Ｗ）製ワイヤであり、厳密には３本のタングステン製ワイヤから成る縒り線である。なお、この縒り線を構成するそれぞれのワイヤは、強度向上のために焼鈍し処理を施されたものであり、その直径は、例えば２．０［ｍｍ］である。そして、このフィラメント４２は、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、言い換えればそれぞれの被処理物２８と平行を成すように、配置されている。また、フィラメント４２の直線状を維持するために、当該フィラメント４２に対してその延伸方向に沿う張力を付与するべく、張力付与手段としての図示しない張力付与機構が設けられている。
【００２７】
さらに、フィラメント４２には、真空槽１２の外部にある陰極用電力供給手段としてのフィラメント用電源装置４６から、陰極用電力としての交流のフィラメント電力Ｅｆが供給される。そして、このフィラメント電力Ｅｆには、直流の負電圧であるフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが重畳される。このため、フィラメント用電源装置４６の接地端子と接地電位との間に、当該フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを生成する陰極バイアス供給手段としてのフィラメントバイアス用電源装置４８が、接続されている。
【００２８】
一方、アノード板４４は、概略長尺状のものであり、高融点金属、例えばモリブデン（Ｍｏ）、によって形成されている。そして、このアノード板４４は、真空槽１２の中心軸を含む垂直面に対して、フィラメント４２と略面対称（共役）となる位置に設けられている。具体的には、一方主面をフィラメント４２側に向け、厳密には後述する理由により当該一方主面を少し斜め上方に向け、かつ、当該一方主面をフィラメント４２と平行にし、さらに、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、設けられている。
【００２９】
そして、アノード板４４には、真空槽１２の外部にある陽極用電力供給手段としてのアノード用電源装置５０から、陽極用電力としての直流のアノード電圧Ｖａが印加される。なお、アノード電圧Ｖａは、正電圧である。
【００３０】
さらに、真空槽１２内には、フィラメント４２およびアノード板４４を間に挟んだ状態で、磁界発生手段としての１対の細長い概略直方体状の磁界発生器５２および５４が設けられている。具体的には、各磁界発生器５２および５４は、それぞれの一側面を互いに対向させると共に、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、つまりフィラメント４２およびアノード板４４と平行を成して延伸するように、設けられている。そして、各磁界発生器５２および５４には、互いに対向する一側面が異なる磁極（Ｎ極およびＳ極）となるように、図示しない永久磁石が内蔵されている。これによって、各磁界発生器５２および５４によって挟まれている空間、つまりフィラメント４２およびアノード板４４が配置されている空間に、強力な磁界が発生する。
【００３１】
なお、この磁界の発生領域を拡張するべく、各磁界発生器５２および５４は、互いに対向する一側面を少し斜め上方に向けた状態、例えば当該一側面を水平方向から上方に向けて１０度〜３０度ほど傾けた状態で、設けられている。そして、このうちのアノード板４４側に配置されている磁界発生器５４の傾きに合わせて、当該アノード板４２も同程度に傾けられている。さらに、この磁界の発生領域をより一層拡張するべく、各磁界発生器５２および５４の外方の側面に、当該側面よりも少し面積の大きい平板状のヨーク５６および５８が設けられている。
【００３２】
また、磁界の発生領域よりも下方であって、蒸発源２０よりも上方の位置に、ガス導入手段としてのガス導入管６０が設けられている。そして、このガス導入管６０を介して、真空槽１２内に、放電用ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。また、膜材料の一部となる材料ガスも、このガス導入管６０を介して、真空槽１２内に導入される。そして、真空槽１２の外部には、ガス導入管６０内を流れるガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ６２、が設けられている。
【００３３】
さらに、各被処理物２８，２８，…には、ホルダ３２，３２，…および自公転ユニット３０を介して、バイアス電力供給手段としてパルス電源装置６４から、バイポーラパルス状の基板バイアス電力Ｅｂが供給される。なお、この基板バイアス電力Ｅｂの周波数は、例えば１０［ｋＨ］〜５００［ｋＨ］の範囲内で任意に調整可能とされており、ここでは、１００［ｋＨ］に設定される。そして、基板バイアス電力Ｅｂの電圧成分、言わば基板電圧Ｖｂ、もまた、所定の範囲内で任意に調整可能とされている。具体的には、当該基板電圧Ｖｂの正電圧は、０［Ｖ］〜５００［Ｖ］の範囲内で任意に調整可能とされており、負電圧は、−５００［Ｖ］〜０［Ｖ］の範囲内で任意に調整可能とされている。ただし、正電圧については、或る一定値とされ、例えば３７［Ｖ］とされる。そして、負電圧のみが、後述するように適宜に調整される。また、基板バイアス電力Ｅｂのデューティ比（パルスの１周期に対する正電圧期間の比率）も、任意に設定可能とされており、ここでは、例えば２０［％］とされる。
【００３４】
そしてさらに、自公転ユニット３０は、後述する理由により、防着カバーとしての円板状の防着板６６および概略円筒形状の防着壁６８によって覆われている。これら防着板６６および防着壁６８は、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス鋼製、であり、それぞれの電気的な安定性を図るべく、接地電位に接続されている。
【００３５】
このように構成された成膜装置１０は、例えばｃＢＮ膜の生成に適用される。具体的には、ｃＢＮ膜の生成に先立って、各被処理物２８，２８，…の表面を洗浄するための放電洗浄処理が行われる。そして、この放電洗浄処理の後に、各被処理物２８，２８，…の表面に中間層としての窒化チタン（以下、ＴｉＮと言う。）膜が生成され、その上で、当該ｃＢＮ膜が生成される。なお、上述した蒸発源２０の坩堝２４には、蒸発材料２２として固形のチタン（Ｔｉ）材およびホウ（Ｂ）素材が互いに独立した状態で収容される。そして、放電用ガスとしてのアルゴンガスの他に、材料ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスが用意される。
【００３６】
まず、放電洗浄処理を行うべく、真空ポンプによって真空槽１２内が排気され、高真空状態とされる。そして、この高真空状態とされた真空槽１２内に、アルゴンガスが導入される。この状態で、フィラメント４２にフィラメント電力Ｅｆが供給されると、当該フィラメント４２は加熱されて、熱電子を放出する。そして、アノード板４４にアノード電圧Ｖａが印加されると、当該熱電子がアノード板４４に向かって加速される。この加速過程において、熱電子がアルゴンガスの粒子に衝突し、その際の衝突エネルギによって、アルゴンガス粒子が放電して、プラズマが発生する。併せて、フィラメント電力Ｅｆには、直流のフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが重畳されているので、このフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂとアノード電圧Ｖａとの総和によって、熱電子の加速度が制御され、つまりプラズマの安定化が図られる。
【００３７】
さらに、フィラメント４２およびアノード板４４が配置されている空間には、各磁界発生器５２および５４によって磁界が掛けられているので、これらフィラメント４２およびアノード板４４間に発生したプラズマは、当該磁界内に閉じ込められる。これによって、図１〜図３のそれぞれに破線模様７０で示されるような高密度のプラズマ空間が形成される。そして、モータ３６が駆動されると、各被処理物２８，２８，…は、それぞれ自転しながら公転し、つまりプラズマ空間７０内に順次送り込まれる。これによって、各被処理物２８，２８，…それぞれの表面全体が、満遍なくプラズマに晒される。
【００３８】
ここで、各被処理物２８，２８，…に基板バイアス電力Ｅｂが供給されると、当該各被処理物２８，２８，…それぞれの表面に負電荷が付与される。そして、プラズマ空間７０内にあるそれぞれの被処理物２８の表面にアルゴンイオンが引き付けられ、照射される。これにより、それぞれの被処理物２８の表面が洗浄され、つまり放電洗浄処理が行われる。なお、基板バイアス電力Ｅｂの電圧成分である上述の基板電圧Ｖｂによって、それぞれの被処理物２８の表面に対するイオンの照射エネルギが制御される。具体的には、当該基板電圧Ｖｂの負電圧が低いほど、それぞれの被処理物２８の表面に対するイオンの照射エネルギが高くなる。
【００３９】
この放電洗浄処理の後に、ＴｉＮ膜の生成のための成膜処理が実施される。即ち、アルゴンガスに加えて、窒素ガスが、真空槽１２内に導入される。すると、この窒素ガスは、アルゴンガスと同様に、プラズマ空間７０内でイオン化される。併せて、電子銃２６よって、坩堝２４内の蒸発材料２２のうちチタン材のみが加熱される。これによって、チタン材が蒸発し、蒸発したチタン材もまた、プラズマ空間７０内でイオン化される。そして、これらイオン化された窒素およびチタンは、アルゴンイオンと共に、プラズマ空間７０内にあるそれぞれの被処理物２８の表面に照射される。これによって、それぞれの被処理物２８の表面に窒素およびチタンの化合物であるＴｉＮ膜が生成される。
【００４０】
続いて、ｃＢＮ膜の生成のための成膜処理が実施される。即ち、蒸発材料２２としてのチタン材に代えて、ホウ素材のみが、電子銃２６によって加熱される。これにより、ホウ素材が蒸発し、蒸発したホウ素は、プラズマ空間７０内でイオン化される。そして、イオン化されたホウ素は、イオン化された窒素と共に、プラズマ空間７０内にあるそれぞれの被処理物２８の表面に照射される。これによって、それぞれの被処理物２８の表面（厳密にはＴｉＮ膜の上）に窒素およびホウ素の化合物であるｃＢＮ膜が生成される。
【００４１】
このｃＢＮ膜の生成後、所定の冷却期間が置かれる。そして、この冷却期間の経過後、真空槽１２内から全ての被処理物２８，２８，…が外部（大気中）に取り出され、一連の作業が終了する。
【００４２】
ところで、上述したように基板バイアス電力Ｅｂが自公転ユニット３０および各ホルダ３２，３２，…を介して各被処理物２８，２８，…に供給されること、言い換えれば当該基板バイアス電力Ｅｂが自公転ユニット３０および各ホルダ３２，３２，…にも供給されること、を鑑みると、これら自公転ユニット３０および各ホルダ３２，３２，…にもイオンが照射されて、一種不本意な被膜（例えばＴｉＮ膜の生成時にはＴｉ膜およびＴｉＮ膜、ｃＢＮ膜の生成時にはＢ膜およびＢＮ膜）が付着することが、懸念される。特に、自公転ユニット３０は、各被処理物２８，２８，…を自公転させるための可動部を有し、かつ当該各被処理物２８，２８，…への基板バイアス電力Ｅｂの伝達を担うため、このような自公転ユニット３０に被膜が付着すると、種々の不都合が生じる。これを防止するべく、自公転ユニット３０は防着板６６および防着壁６８によって覆われている。
【００４３】
この防着板６６および防着壁６８について、自公転ユニット３０を含め、より詳しく説明すると、図４に示すように、当該防着板６６は、自公転ユニット３０を構成する中空円板状の公転板７２の前方（図４において右側）を覆うように設けられている。そして、公転板７２の後方（図４において左側）には、当該公転板７２の外径よりも小さく、かつ当該公転板７２の内径よりも大きい径の、円板状の回転板７４が設けられている。これら公転板７２および回転板７４は、真空槽１２の中心軸を中心としており（同心関係にあり）、複数の碍子７６，７６，…を介して、互いに結合されている。なお、公転板７２および回転板７４は、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス鋼製、である。つまり、公転板７２および回転板７４は、各碍子７６，７６，…を介して、互いに絶縁された状態で結合されている。
【００４４】
そして、防着板６６もまた、真空槽１２の中心軸を中心としており、当該防着板６６は、公転板７２の中空部７８内を挿通するように設けられた複数の円柱状のスペーサ８０，８０，…を介して、回転板７４に結合されている。なお、防着板６６と公転板７２との間には、所定の間隔ｄの隙間８２が設けられている。また、各スペーサ８０，８０，…は、耐熱性および耐腐食性を有する金属性、例えばステンレス鋼製、とされている。つまり、防着板６６は、各スペーサ８０，８０，…を介して、回転板７４と導通しており、公転板７２とは絶縁状態にある。
【００４５】
さらに、回転板７４の後方側においては、当該回転板７４の中心に、上述した回転軸３４の一端が結合されている。この回転軸３４は、水平方向に延伸するように設けられており、当該回転軸３４の他端側は、真空槽１２の後方壁板１８の中央に穿設された貫通孔８４を介して、真空槽１２の外部に引き出されている。そして、この回転軸３４の他端側は、モータ３６の図示しないシャフトに直接または間接的に結合されている。なお、回転軸３４は、それ自身が回転（回動）可能な状態に、軸受８６を介して、真空槽１２の後方壁板１８（貫通孔８４の周縁部）に結合されている。また、回転軸３４は、ステンレス鋼等の耐熱性および耐腐食性を有する金属製であり、当該軸受８６を介して、真空槽１２の後方壁板１８と導通している。つまり、防着板６６は、スペーサ８０，８０，…，回転板７４，回転軸３４，軸受８６および真空槽１２を介して、接地電位に接続されている。
【００４６】
そして、公転板７２の周縁近傍に、各ホルダ３２，３２，…が設けられている。具体的には、それぞれのホルダ３２は、被処理物２８の基部が挿入される筒状の挿入部８８と、この挿入部８８の底部（図４において左側の部分）に一端が結合された丸棒状の軸部９０と、を有している。軸部９０は、水平方向に沿って延伸しており、この軸部９０の中程部分に、軸受９２が設けられている。一方、公転板７２の周縁近傍には、ホルダ３２，３２，…と同数の貫通孔９４，９４，…が穿設されている。それぞれのホルダ３２は、この貫通孔９４に軸受９２を挿通させた状態で、公転板７２に結合されている。このような軸受９２が設けられることで、それぞれのホルダ３２は、自軸を中心に回転（回動）可能とされている。なお、それぞれのホルダ３２（挿入部８８および軸部９０）もまた、ステンレス鋼等の耐熱性および耐腐食性を有する金属製であり、軸受９２を介して、公転板７２と導通している。
【００４７】
また、それぞれのホルダ３２の軸部９０の他端側（図４において左側）には、当該軸部９０を中心軸とする平歯車９６が設けられている。そして、この平歯車９６は、これよりも径の大きい固定歯車９８と噛合している。固定歯車９８は、中空部１００を有する平歯車であり、この中空部１００に回転軸３４を挿通させ、かつ真空槽１２の中心軸を中心とした状態で、複数の碍子１０２，１０２，…を介して、当該真空槽１２の後方壁板１８に固定されている。なお、平歯車９６および固定歯車９８もまた、ステンレス鋼等の耐熱性および耐腐食性を有する金属製である。そして、固定歯車９８は、例えば真空槽１２の後方壁板１８に設けられた中継端子１０４を介して、上述したパルス電源装置６４に接続されている。即ち、パルス電源装置６４からの基板バイアス電力Ｅｂは、中継端子１０４を介して、固定歯車９８に供給され、さらに、平歯車９６を含むそれぞれのホルダ３２（軸部９０および挿入部８８）を介して、それぞれの被処理物２８に供給される。勿論、中継端子１０４と真空槽１２の後方壁板１８とは、所定の絶縁部材１０６によって、互いに絶縁されている。
【００４８】
一方、防着壁６８は、上述したように概略円筒形状のものであり、自公転ユニット３０の周りを取り囲むように、その一端側（図４において左側の端部）が、真空槽１２の後方壁板１８に結合されている。そして、防着壁６８の他端側（図４において右側の端部）には、当該防着壁６８の内側（真空槽１２の中心軸）に向かって庇状に伸びた絞り部１０８が設けられている。なお、絞り部１０８は、防着板６６と略同一平面上に位置しており、この絞り部１０８を含む防着壁６８は、ホルダ３２，３２，…や公転板７２等の基板バイアス電力Ｅｂが供給されている部分に接触しないように設けられている。
【００４９】
つまり、図４に示す構成によれば、モータ３６が駆動されて、回転軸３４が回転すると、当該回転軸３４を中心として、回転板７４が回転し、これに伴い、公転板７２および防着板６６も回転する。そして、公転板７２が回転することによって、当該公転板７２に設けられているそれぞれのホルダ３２も回転する。このとき、それぞれのホルダ３２に設けられている平歯車９６が、固定歯車９８を太陽歯車として遊星運動する。この結果、それぞれのホルダ３２は、自軸（軸部９０）を中心として回転することになる。そして、それぞれのホルダ３２に取り付けられた被処理物２８には、上述したように中継端子１０４，固定歯車９８，および平歯車９６を含む当該ホルダ３２を介して、基板バイアス電力Ｅｂが供給される。併せて、自公転ユニット３０への被膜の付着（言い換えれば流入）は、これを覆う防着板６６および防着壁６８によって防止される。
【００５０】
さて、自公転ユニット３０への被膜の付着を防止するという防着板６６および防着壁６８による防着機能を確実化するには、当該防着板６６および防着壁６８のそれぞれを可能な限り自公転ユニット３０に近づけるのが、望ましい。特に、本実施形態における構造上は、（図４を含む各図からは分からないが）防着板６６と公転板７２との間隔ｄが小さいほど、効果的である。その一方で、防着板６６は接地電位に接続されおり、また、公転板７２を含む自公転ユニット３０には基板バイアス電力Ｅｂが供給されているので、これら防着板６６と公転板７２との間には、当該基板バイアス電力Ｅｂの電圧成分である基板電圧Ｖｂに応じた電位差がある。従って、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが過度に小さいと、これら両者間の電位差によっては、当該両者間に放電現象が生じることが、懸念される。とりわけ、ｃＢＮ膜等の高硬度膜の成膜時には、それぞれの被処理物２８の表面に照射されるイオンのエネルギが相応に高いことが必要とされるため、上述したように基板電圧Ｖｂの負電圧が下げられる傾向にあり、つまり防着板６６と公転板７２との電位差が増大する傾向にある。そうなると、防着板６６と公転板７２との間（隙間８２）に、より一層、放電現象が生じ易くなる。
【００５１】
もし、放電現象が生じると、防着板６６と公転板７２とが短絡したのと等価な状態になる。すると、パルス電源装置６４が過負荷となり、当該パルス電源装置６４から各被処理物２８，２８，…への基板バイアス電力Ｅｂの供給が停止されて、成膜処理が不可能になる。この不都合を回避するには、例えば防着板６６と公転板７２との間隔ｄを大きくすればよいが、この間隔ｄが過大であると、防着板６６による防着機能が損なわれる。
【００５２】
そこで、本実施形態では、防着板６６と公転板７２との間隔ｄの最適値を見出す。つまり、防着板６６による防着機能を維持しつつ、当該防着板６６と公転板７２との間８２に放電現象を誘発させることのない間隔ｄを見出す。なお、防着板６６と公転板７２との間８２以外に放電現象が生じる可能性がある部分、例えば防着板６６とそれぞれのホルダ３２（軸受９２）との間１１０や、防着壁６８の絞り部１０８とそれぞれのホルダ３２（軸受９２）との間１１２、或いは防着壁６８と公転板７２との間１１４は、少なくとも防着板６６と公転板７２との間８２よりも広い（間隔ｄよりも大きい）。つまり、防着板６６と公転板７２との間８２に比べると、放電現象が生じる可能性は低い。従って、本実施形態では、防着板６６と公転板７２との間隔ｄのみに注目する。
【００５３】
まず、防着板６６と公転板７２との間隔ｄを適当に変更して、これら両者間に放電現象が生じることのない基板電圧Ｖｂ（負電圧）の下限値を検証する。具体的には、真空槽１２内を高真空状態にまで排気した後、この排気後の真空槽１２内にアルゴンガスを６０［ｍｌ／ｍｉｎ］という流量で導入すると共に、当該真空槽１２内の圧力を５×１０−２［Ｐａ］に維持する。そして、フィラメント電力Ｅｆを適当な大きさに設定すると共に、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを−２０［Ｖ］に設定し、併せて、アノード電圧Ｖａを５０［Ｖ］に設定する。これにより、真空槽内１２内にプラズマが発生する。そして、フィラメントバイアス電流Ｉｆｂを４０［Ａ］とし、アノード電流Ｉａを５０［Ａ］とする。この条件下で、基板電圧Ｖｂを変化させて、上述の放電現象が生じない当該基板電圧Ｖｂの下限値を調べる。この結果を、図５に示す。
【００５４】
この図５に示すように、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが例えば０．５［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂ（負電圧）が−５０［Ｖ］以上であれば、放電現象は生じないが、これを下回ると放電現象が生じる。言い換えれば、基板電圧Ｖｂの下限値が実質的に−５０［Ｖ］に制限される。そして、間隔ｄが１．０［ｍｍ］であるときには、上述の従来技術と同様、基板電圧Ｖｂの下限値が−１０５［Ｖ］に制限される。さらに、間隔ｄが２．０［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂの下限値が−１２０［Ｖ］に制限される。そして、間隔ｄが３．０［ｍｍ］以上であれば、基板電圧Ｖｂの下限値は制限されない。厳密に言えば、間隔ｄが３．０［ｍｍ］，５．０［ｍｍ］または１０．０［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂの負電圧がパルス電源装置６４によって調整可能な下限値である−５００［Ｖ］に至っても放電現象は生じず、つまりパルス電源装置６４による基板電圧Ｖｂの調整可能範囲が保証される。併せて、間隔ｄが１０．０［ｍｍ］以下であれば、防着板６６による防着機能が維持されることが、確認された。
【００５５】
これらを総合すると、防着板６６と公転板７２との間隔ｄの最適値は３．０［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］である、と言える。即ち、当該間隔ｄが３．０［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］であれば、パルス電源装置６４による基板電圧Ｖｂの調整可能範囲が確実に保証されると共に、防着板６６による防着機能が確実に維持される。
【００５６】
次に、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが１［ｍｍ］であるときと、３［ｍｍ］であるときと、のそれぞれにおいて、基板電圧Ｖｂ（負電圧）を適当に変化させて、この基板電圧Ｖｂの変化に対して各被処理物２８，２８，…に流れる電流、いわゆる基板電流Ｉｂが、どのように推移するのかを検証する。具体的には、被処理物２８として、直径が１０［ｍｍ］であり、長さ寸法が３００［ｍｍ］のステンレス鋼製の丸棒を、それぞれのホルダ３２に取り付ける。そして、上述の図５に係る実験と同様に、真空槽１２内を高真空状態にまで排気した後、この排気後の真空槽１２内にアルゴンガスを６０［ｍｌ／ｍｉｎ］という流量で導入すると共に、当該真空槽１２内の圧力を５×１０−２［Ｐａ］に維持する。さらに、フィラメント電力Ｅｆを適当な大きさに設定すると共に、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを−２０［Ｖ］に設定し、併せて、アノード電圧Ｖａを５０［Ｖ］に設定する。そして、基板電圧Ｖｂを０［Ｖ］から徐々に下げて、その時々の基板電流Ｉｂを測定する。この結果を、図６に示す。
【００５７】
この図６に示すように、防着板６６と公転板７２との間隔ｄが１［ｍｍ］であるときと、３［ｍｍ］であるときと、のいずれにおいても、基板電圧Ｖｂが下がるに連れて、基板電流Ｉｂが増大する。この基板電流Ｉｂの増大は、それぞれの被処理物２８の表面に照射されるイオン量の増大を示している。ただし、間隔ｄが１［ｍｍ］であるときには、上述したように基板電圧Ｖｂの下限値が−１０５［Ｖ］に制限されるため、これよりも低い基板電圧Ｖｂでの実験は不可能である。一方、間隔ｄが３［ｍｍ］であるときには、基板電圧Ｖｂの下限値が制限されないので、当該基板電圧Ｖｂの負電圧がパルス電源装置６４によって調整可能な下限値である−５００［Ｖ］に至るまで実験を行うことが可能である。そして、間隔ｄが３［ｍｍ］であるときには、間隔ｄが１［ｍｍ］であるときに比べて、より大きな基板電流Ｉｂが得られること、つまりそれぞれの被処理物２８の表面に照射されるイオン量の増大が図られることが、確認された。
【００５８】
さらに、基板電圧Ｖｂの違いが被膜の品質にどのような影響を与えるのかを検証する。具体的には、防着板６６と公転板７２との間隔ｄを３［ｍｍ］とする。そして、被処理物２８として、一辺の長さ寸法が１９［ｍｍ］であり、厚さ寸法が４．５［ｍｍ］であり、さらに表面が鏡面加工された、超硬合金製の正方形板を、それぞれのホルダ３２に取り付ける。このような被処理物２８の表面に対して、基板電圧Ｖｂが異なる条件下で、ｃＢＮ膜を生成する。なお、このｃＢＮ膜の生成に当たっては、上述の要領で、まず放電洗浄処理を行い、次に中間層としての窒化チタン膜を生成し、その上で、当該ｃＢＮ膜を生成する。そして、特にｃＢＮ膜の生成時においては、真空槽１２内に導入するアルゴンガスの流量を６４［ｍｌ／ｍｉｎ］とし、窒素ガスの流量を５５［ｍｌ／ｍｉｎ］とし、真空槽１２内の圧力を５×１０−２［Ｐａ］とする。そして、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを−２４［Ｖ］に設定し、アノード電圧Ｖａを５０［Ｖ］に設定する。さらに、フィラメントバイアス電流Ｉｆｂを１８［Ａ］とし、アノード電流Ｉａを３０［Ａ］とする。そして、基板電圧Ｖｂが互いに異なる条件下、例えば当該基板電圧Ｖｂの負電圧が−５０［Ｖ］，−６０［Ｖ］，−７０［Ｖ］，−８０［Ｖ］，−１００［Ｖ］および−１２０［Ｖ］という条件下で、ｃＢＮ膜を生成し、それぞれの条件下で生成されたｃＢＮ膜について、ヌープ硬さＨＫおよび摩擦係数μを測定する。この結果を、図７に示す。
【００５９】
この図７に示すように、基板電圧Ｖｂの負電圧が低いほど、ヌープ硬さＨＫの値が大きくなること、つまり硬いｃＢＮ膜が生成されること、が分かる。特に、基板電圧Ｖｂの負電圧が上述の従来技術における下限値と同じ−１００［Ｖ］であるときには、ヌープ硬さＨＫが４６３６であるのに対して、当該基板電圧Ｖｂの負電圧が従来技術における下限値よりも低い−１２０［Ｖ］であるときには、ヌープ硬さＨＫが５４３０である。この５４３０というヌープ硬さＨＫは、ｃＢＮ膜の一般的なヌープ硬さＨＫが４５００〜４７００であることを鑑みると、驚異的な値である。ゆえに、基板電圧Ｖｂの負電圧をさらに下げれば、より硬いｃＢＮ膜を生成し得ることが、期待される。
【００６０】
一方、摩擦係数μについては、基板電圧Ｖｂの負電圧が大きいほど、その値が小さくなつこと、つまり滑らかなｃＢＮ膜が生成されること、が分かる。例えば、基板電圧Ｖｂの負電圧が−１００［Ｖ］であるときには、摩擦係数μが０．１９であるのに対して、当該基板電圧Ｖｂの負電圧が−１２０［Ｖ］であるときには、摩擦係数μが０．１２６であり、滑らかさ（潤滑性）についてもかなり向上する。そして、基板電圧Ｖｂの負電圧をさらに下げれば、より滑らかなｃＢＮ膜を生成し得ることが、期待される。
【００６１】
なお、ｃＢＮを含む窒化ホウ素（ＢＮ）には、当該ｃＢＮの他に、六方晶構造のもの（Hexagonal
Boron Nitride；以下ｈＢＮと言う。）やウルツ鉱構造のもの（Wurtzite Boron Nitride；以下ｗＢＮと言う。）等がある。これらの中で、ｃＢＮが最も高硬度であるが、その反面、当該ｃＢＮの被膜の生成が最も難しい、とされている。そこで、次に、本実施形態において生成されるｃＢＮ膜が真正のものであるか否かを検証する。具体的には、上述の図７に係る実験と同様の被処理物２８を用いて、これに当該図７に係る実験と同様の要領でｃＢＮ膜を生成する。ただし、基板電圧Ｖｂの負電圧については、−１５０［Ｖ］とする。そして、生成された被膜の成分を、公知のＸ線回折装置（ＸＲＤ）によって解析する（詳しくは、Ｘ線回折測定時に試料としての被処理物２８の表面に入射されるＸ線の入射角度θを一定とすることによって被膜の表面のみを測定する薄膜Ｘ線解析法を用いて解析する）。この結果を、図８に示す。なお、Ｘ線入射角θは、０．３［°］である。
【００６２】
この図８に示すように、ｈＢＮおよびｗＢＮそれぞれのピークが認められると共に、ｃＢＮのピークも認められる。つまり、真正のｃＢＮ膜が生成されていることが、確認された。
【００６３】
続いて、被処理物２８として、直径が６［ｍｍ］の２枚刃超硬エンドミルを用いる。そして、このエンドミルに、上述の図８に係る実験と同じ要領でｃＢＮ膜を生成することによって、当該エンドミルの寿命がどれくらいになるのかを検証する。具体的には、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルをマシニングセンタに取り付け、被切削材としての機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）を切削する。そして、切削距離に対する境界摩耗幅（刃の切削部分と非切削部分との境界における当該刃の摩耗幅）を測定する。なお、切削速度は５６５［ｍ／ｍｉｎ］であり、送りピッチは０．０５［ｍｍ／ｔｏｏｔｈ］である。そして、切り込み寸法は半径方向で０．１［ｍｍ］であり、軸方向で８．０［ｍｍ］である。また、比較対照用として、ＴｉＮ膜のみが生成されたエンドミルと、窒化チタンアルミニウム（以下、ＴｉＡｌＮと言う。）膜のみが生成されたエンドミルと、のそれぞれについても、同様の切削実験を行う。その結果を、図９に示す。
【００６４】
この図９に示すように、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルについては、切削距離が６０［ｍ］に至っても、境界摩耗幅は３０［μｍ］未満である。そして、依然として切削可能な状態にあり、つまり寿命に至っていないことが、確認された。これに対して、ＴｉＡｌＮ膜が生成されたエンドミルについては、切削距離が６０［ｍ］に至った時点での境界摩耗幅が４０［μｍ］強であり、この値のみを見ると、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルと比べて極端な差異はないように見受けられる。しかしながら、このＴｉＡｌＮ膜が生成されたエンドミルについては、実際には、切削距離が３８［ｍ］を経過した辺りから火花が生じ始め、摩耗の進み具合が顕著になる。なお、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルについては、このような火花は生じない。このことから、ｃＢＮ膜が生成されたエンドミルの方が、ＴｉＡｌＮ膜が生成されたエンドミルに比べて、遙かに長寿命であることが、推察される。さらに、ＴｉＮ膜が生成されたエンドミルについては、切削距離が３０［ｍ］に至った時点での境界摩耗幅が４０［μｍ］弱であり、切削距離が６０［ｍｍ］に至った時点での境界摩耗幅は９０［μｍ］を超えており、既に寿命が尽きていることが、確認された。このように、本実施形態によれば、エンドミル等の切削工具を長寿命化するのに極めて有効なｃＢＮ膜を生成し得ることが、確認された。これは即ち、当該ｃＢＮ膜が極めて高硬度であることの証明となる。
【００６５】
さらに続いて、被処理物２８として、合金工具鋼（ＳＫＤ１１）製の打ち抜きプレス用の金型を用いる。そして、この金型に、上述の図８（および図９）に係る実験と同じ要領でｃＢＮ膜を生成することによって、当該金型の寿命がどれくらいになるのかを検証する。具体的には、ｃＢＮ膜が生成された金型によって、厚さ寸法が３［ｍｍ］の一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００）を加工材とする打ち抜きプレス加工を行う。そして、この打ち抜きプレス加工を確実に実施し得る回数、いわゆるショット数、を確認する。なお、比較対照用として、未処理の金型と、ＴｉＮ膜のみが生成された金型と、のそれぞれについても、同様の打ち抜きプレス加工を行う。その結果を、図１０に示す。
【００６６】
この図１０に示すように、ｃＢＮ膜が生成された金型については、少なくとも３００００回のショットが可能であり、また、その後も依然としてショット可能であることが、確認された。これに対して、ＴｉＮ膜のみが生成された金型については、その３分の１である１００００回のショットで寿命が尽きる。そして、未処理の金型については、僅か３０００回のショットで寿命が尽きる。つまり、本実施形態によれば、打ち抜きプレス加工用の金型についても、その長寿命化を図るのに極めて有効なｃＢＮ膜を生成し得ることが、確認された。これは即ち、当該ｃＢＮ膜が極めて高硬度であると共に、潤滑性にも富むことの証明となる。
【００６７】
以上のように、本実施形態によれば、防着板６６と公転板７２との間隔ｄを３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とすることで、これら両者間に放電現象が生じるのを防止しつつ、防着板６６による防着機能を維持するのに成功した。従って、パルス電源装置６４による基板電圧Ｖｂの調整可能範囲であれば、当該基板電圧Ｖｂを任意に設定することができる。ゆえに、基板電圧の実質的な調整可能範囲が本来の範囲よりも大きく制限される上述した従来技術に比べて、遙かに高いイオン照射エネルギを得ることができる。また、一例として、従来よりも高硬度であり、かつ潤滑性に富むｃＢＮ膜を生成し得ることも、確認された。
【００６８】
なお、本実施形態においては、基板バイアス電力Ｅｂとしてのバイポーラパルス電力の周波数を、１００［ｋＨ］としたが、これに限らない。パルス電源装置６４によって調整可能な１０［ｋＨ］〜５００［ｋＨ］という範囲内であれば、本実施形態と同様の作用および効果が得られることが、確認された。
【００６９】
また、基板バイアス電力Ｅｂは、パイポーラパルス電力に限らず、上述した高周波電力を用いてもよい。ただし、この場合は、当該高周波電力の供給源である高周波電源装置と各被処理物２８，２８，…を含む負荷側との間のインピーダンスを整合させるためのマッチングボックスを備える必要がある。この高周波電力が採用される場合にも、本実施形態と同様の作用および効果が得られることが、期待できる。
【００７０】
さらに、成膜装置１０としては、図１〜図３に示した構成のものに限らない。例えば、各被処理物２８，２８，…（ホルダ３２，３２，…）が垂直軸を中心として回転するものであってもよいし、公転はせずに、自転のみするものであってもよい。そして、被処理物２８（ホルダ３２）の個数は上述した７２個以外の複数個であってもよいし、１つのみであってもよい。また、従来技術のように、複数のホルダユニットを有し、これら複数のホルダユニットのそれぞれに、複数のホルダが設けられている構成でもよい。要するに、自公転ユニット３０のような移動手段と、これを覆うための防着板６６のような防着カバーと、を備え、移動手段を介して被処理物にバイアス電力が供給されると共に、このバイアス電力の電圧成分が所定の範囲内で任意に調整可能なものであれば、イオンプレーティング法に限らず、スパッタリング法等の他のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）方式の成膜装置、或いはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）方式の成膜装置にも、本発明を適用することができる。
【００７１】
そして、本実施形態においては、ｃＢＮ膜を生成する場合を例に挙げたが、これに限らない。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜、或いは酸化チタン（ＴｉＯ２）膜等のｃＢＮ系以外の絶縁性膜を生成する場合にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 成膜装置
１２ 真空槽
２０ 蒸発源
２２ 蒸発材料
２８ 被処理物
３０ 自公転ユニット
３２ ホルダ
３６ モータ
６４ パルス電源装置
６６ 防着板
６８ 防着壁
７０ プラズマ空間
７２ 公転板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内でプラズマを発生させて膜材料をイオン化すると共にイオン化された該膜材料をバイアス電力が供給された被処理物の表面に照射することによって該被処理物の表面に被膜を生成する成膜装置において、
上記真空槽内で上記被処理物を移動させる移動手段と、
上記移動手段を介して上記被処理物に上記バイアス電力を供給すると共に該バイアス電力を所定の範囲内で任意に調整可能なバイアス電力供給手段と、
上記移動手段を覆うことによって該移動手段に上記膜材料が付着するのを防止する防着機能を備えると共に上記バイアス電力が基準とする基準電位に接続された防着カバーと、
を具備し、
上記バイアス電力供給手段による上記バイアス電力の調整可能範囲内で上記移動手段と上記防着カバーとの間に放電現象が生じずかつ該防着カバーによる上記防着機能が維持されるように該移動手段と該防着カバーとの間隔を置いたこと、
を特徴とする、成膜装置。
【請求項２】
上記バイアス電力は交流電力である、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
上記間隔は３［ｍｍ］ないし１０［ｍｍ］である、
請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
上記被膜は窒化ホウ素膜である、
請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１】
真空槽内でプラズマを発生させて膜材料をイオン化すると共にイオン化された該膜材料をバイアス電力が供給された被処理物の表面に照射することによって該被処理物の表面に被膜を生成する成膜装置において、
上記真空槽内で上記被処理物を移動させる移動手段と、
上記移動手段を介して上記被処理物に上記バイアス電力を供給すると共に該バイアス電力を所定の範囲内で任意に調整可能なバイアス電力供給手段と、
上記移動手段を覆うことによって該移動手段に上記膜材料が付着するのを防止する防着機能を備えると共に上記バイアス電力が基準とする基準電位に接続された防着カバーと、
を具備し、
上記バイアス電力供給手段による上記バイアス電力の調整可能範囲内で上記移動手段と上記防着カバーとの間に放電現象が生じずかつ該防着カバーによる上記防着機能が維持されるように該移動手段と該防着カバーとの間隔を置いたこと、
を特徴とする、成膜装置。
【請求項２】
上記バイアス電力は交流電力である、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
上記間隔は３［ｍｍ］ないし１０［ｍｍ］である、
請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
上記被膜は窒化ホウ素膜である、
請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１５９４３９（Ｐ２０１０−１５９４３９Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８４（Ｐ２００９−５８４）
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【出願人】（０００１９２５６７）神港精機株式会社 (54)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【出願人】（０００１９２５６７）神港精機株式会社 (54)
【Ｆターム（参考）】
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