真空成膜装置
【課題】成膜条件が異なる場合であっても多数の基材に対して一度に且つ均一に成膜を行うことにより生産性を向上させる。
【解決手段】本発明のＡＩＰ装置１０１は、真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転状態で保持する４つの自転保持部４と、自転保持部４をその自転軸と軸心平行な公転軸Ｑ回りに公転させる公転テーブル５と、アーク蒸発源６と、４つのバイアス電源１０Ｂ１〜１０Ｂ４を備えた電源ユニット１０Ｂとを備え、自転保持部４の各々はスリップリング１５１を介して異なるバイアス電源に接続され、バイアス電位の差により異なる成膜条件を構成する。
【解決手段】本発明のＡＩＰ装置１０１は、真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転状態で保持する４つの自転保持部４と、自転保持部４をその自転軸と軸心平行な公転軸Ｑ回りに公転させる公転テーブル５と、アーク蒸発源６と、４つのバイアス電源１０Ｂ１〜１０Ｂ４を備えた電源ユニット１０Ｂとを備え、自転保持部４の各々はスリップリング１５１を介して異なるバイアス電源に接続され、バイアス電位の差により異なる成膜条件を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空状態で多数の基材に電圧を印加することにより基材の表面に薄膜を形成する真空成膜方法（イオンプレーティング（ＡＩＰ法を含む）、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、これらの組合せを含む）を実現する真空成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代以降、切削工具の寿命向上を目的として、ＡＩＰ（Arc Ion Plating）法やスパッタリング法などの真空成膜方法によって、ＴｉＮやＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜を基材に形成することが行なわれている。また、近年では、ピストンリングや自動車のエンジン部品などを代表とする金属の機械部品へ、表面の耐摩耗性や耐焼き付き性の向上を目的として、ＣｒＮやＤＬＣ（Diamond-Like-Carbon）などの耐摩耗性コーティングの量産を行なうことが盛んに行なわれている。
【０００３】
このような真空成膜装置としては、一度に多量の基材（部品）を均一性高く処理することを目的として、基材を自公転するテーブル上に（必要に応じて冶具などを用いて）搭載し、基材にプラズマ発生や膜質調整を目的とした電圧を印加しながら皮膜を形成するものが公知である。
たとえば、特開２００４−３２３８８３号公報（特許文献１）は、真空チャンバ内には、複数の基材を保持する遊星回転可能な基材ホルダ（テーブル）と、前記基材ホルダに対向する位置に配置されたスパッタ蒸発源と、前記基材ホルダに接続されて前記基材ホルダに負のパルス状のバイアス電圧を印加可能なバイアス電源とからなる物理的蒸着装置を開示する。特許文献１は、基材ホルダに対向する位置にアーク蒸発源を配置することが開示する。基材ホルダに印加されるバイアス電源は１台であり、遊星回転する各軸には同一電圧が印加されている。
【０００４】
また、特開平６−３４０９６８号公報（特許文献２）は、ＡＩＰ法の円筒状アーク蒸発源をチャンバ中心に置き、自公転テーブルに搭載した基材がこれを取り囲むように配置し、円筒状蒸発源から蒸発した蒸気を内側から外側に向けて成膜するように構成されているＡＩＰ装置を開示する。アーク蒸発源はアーク電源のマイナス極に接続されて、このＡＩＰ装置においては、円筒状の蒸発源の表面にアークスポットを生成して皮膜源材料を蒸発させる。アーク蒸発源は対となって動作する陽極が必要であるが、自公転テーブルに搭載した基材が蒸発源を取り囲んでいるので、このＡＩＰ装置においては、有効に動作する陽極として蒸発源の周辺に複数の棒状の陽極、または、円筒状蒸発源の両端部付近にリング状の陽極を配置している。
【０００５】
さらに、特開２００７−３０８７５８号公報（特許文献３）は、成膜対象となる基材を配置する真空チャンバ内にプラズマを発生するプラズマ発生手段と、プラズマ発生手段によって発生させたプラズマを基材の周辺の閉込め空間に閉じ込めるマルチカスプ磁界を形成するマルチカスプ磁界発生手段と、基材を保持すると共に閉込め空間の中心近傍を中心軸として回転する保持回転手段とを有する成膜装置を開示する。この成膜装置においては、基材を自公転するテーブル上に設置し、当該テーブルを介して電源からバイアス電圧を印加して、プラズマを基材の周囲に発生させて皮膜を形成する。マルチカスプ磁場発生手段は、発生したプラズマの閉じ込めを改良する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２３８８３号公報
【特許文献２】特開平６−３４０９６８号公報
【特許文献３】特開２００７−３０８７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献に開示された技術では以下の問題がある。
特許文献１に開示された物理的蒸着装置では、自公転テーブル上の基材にはすべて同一の電圧を加えて成膜が行なわれる。このため、１回の処理では自公転テーブル上の基材は、原則的に同一条件で被覆される。処理される全ての基材に対して同一の膜質が求められる場合であって、かつ、全てのテーブル軸に同じ量の基材が搭載される場合には、このような操業で全く問題がない。しかしながら、近年では、多品種の小ロット生産のニーズが高まる中で、同一条件で被覆処理する数量が減少して、成膜装置内に基材をフルに搭載して成膜処理する機会が減り、生産性の低下を引き起こしている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されたＡＩＰ装置では、ＡＩＰ法の円筒状アーク蒸発源をチャンバ中心に置き、自公転テーブルに搭載した基材がこれを取り囲むように配置されている。基材には全て同一のマイナスの電圧を印加して成膜処理が行なわれる。アーク蒸発源にはアーク電源のマイナス極が接続されて円筒状アーク蒸発源の表面にアークスポットが生成して皮膜原材料が蒸発する。アーク蒸発源には対となって動作する陽極が必要であるが、自公転テーブルに搭載した基材が円筒状アーク蒸発源を取り囲んでいるので、有効に動作する陽極として、（１）円筒状アーク蒸発源の周辺に複数の棒状の陽極、または、（２）円筒状アーク蒸発源の両端部付近にリング状の陽極、を配置している。（１）の陽極は、円筒状アーク蒸発源から蒸発した蒸気を捕捉し基材に向かうのを妨げ、成膜速度の低下すなわち生産性の低下を引き起こす。また、捕捉した蒸気は陽極に堆積し、いずれは剥がれ落ち皮膜欠陥の原因となるので、陽極の清掃を頻繁に行なう必要を生じるため、生産性の低下を引き起こす。（２）の陽極は（１）の陽極のように蒸気を捕捉することはないが、円筒状アーク蒸発源の長さが長い場合に、アーク放電のスポットを円筒状アーク蒸発源の中央部付近への制御が容易でなく実用的とはいえない。このため、実際の装置は（１）の構成となり、生産性の低下を引き起こしている。
【０００９】
さらに、特許文献３に開示された成膜装置によりＤＬＣなどの被膜をコーティングすると、コーティング膜は成膜対象の基材（基材ホルダも含む）以外のチャンバ内壁、プラズマ発生機構などに付着する。ＤＬＣ膜は絶縁性の膜であるので、これによってプラズマの発生状態が変動し、長時間の安定的な操業が損なわれる。すなわち、この成膜装置では、チャンバに対して基材にバイアス電圧を印加してプラズマを発生している。皮膜は基材に成膜されると同時に、真空チャンバ内の各所にも堆積する。皮膜がＤＬＣのような絶縁性の皮膜である場合は、成膜が進んで膜厚が大きくなれば、基材の表面に堆積した皮膜により基材表面の導電性は次第に失われる。ただ、成膜処理が終了すれば基材は導電性の表面を持つ新たなものと交換されるので、皮膜が堆積し続けて基材表面の導電性が完全に失われることはない。しかし、皮膜は成膜対象の基材以外の部分、たとえば真空チャンバ内壁にも付着する。真空チャンバの内壁は基材のように毎回交換されるものではないので、真空チャンバ側に堆積する絶縁皮膜は、成膜を何回も継続すればするほど厚く堆積する。そして、この堆積した皮膜の膜厚が増加するに連れて、チャンバ内壁の電気的な抵抗が増大し、内壁を一方の電極として発生するプラズマの生成が不安定になったり、操業条件が最適な条件からズレたりする可能性が生じる。このため、基材側に厚い皮膜を形成するための長時間の運転時に不安定な挙動が現れる。また１バッチの処理では影響が発生しない処理であっても操業を繰り返すにつれプラズマが不安定になる現象が発生するため、チャンバ内部の清掃等が頻繁に必要となっている。このため、生産性の低下を引き起こしている。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、成膜条件が異なる場合であっても多数の基材に対して一度に且つ均一に成膜を行うことにより生産性を向上させることのできる真空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】
上記課題を解決するため、本発明の真空成膜装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の真空成膜装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転する状態で保持する複数の自転保持部と、前記複数の自転保持部を前記自転保持部の回転軸と軸心平行な公転軸回りに公転させる公転機構とを備えていて、前記真空チャンバ内において前記自転保持部に保持された基材に皮膜を形成する。この真空成膜装置は、前記複数の自転保持部は複数の群に分けられ、群毎に異なる電位が供給されることを特徴とする。ここで異なる電位とは、印加する電圧が異なることや印加する電圧の波形（パルス化の有無、形状、周波数）が異なることを総称する。
【００１２】
一つ目の本発明の側面では、好ましくは前記群毎にバイアス電源から異なる電位を供給されると良い。好ましくは、基板処理のためのプラズマ照射や、ＡＩＰ蒸発源、スパッタ蒸発源やその他の蒸発源からの皮膜の蒸気を基材に供給可能であることが好ましい。
二つ目の本発明の側面では、好ましくは、前記真空成膜装置は、蒸発源をさらに備え、前記蒸発源が陰極になるように前記蒸発源へ電力を供給する蒸発源用電源と、前記基材へバイアス電圧を供給するバイアス電源とを備え、前記複数の自転保持部は、少なくとも２つの群に分けられ、前記各群は、蒸発源用電源の正極に接続される状態と、バイアス電源に接続される状態を、時間的に交互に繰り返えすと共に、少なくとも一つの群は前記蒸発源の陽極として作動する状態を維持するようにすると良い。一例としては、前記複数の自転保持部は、第１の群および第２の群に分けられ、前記複数の自転保持部は、前記第１の群へ前記蒸発源用電源の正極から電力が供給されるとともに前記第２の群へ前記バイアス電源から負のバイアス電圧が供給される第１の状態と、前記第１の群へ前記バイアス電源からバイアス電圧が供給されるとともに前記第２の群へ前記蒸発源用電源の正極から電力が供給される第２の状態とを、時間的に交互に繰り返されて、電力が供給されると良い。
【００１３】
好ましくは、成膜プロセス中に基材に１００ｎｍの皮膜を形成するために必要な時間をｔ（ｓｅｃ）とするときに、前記第１の状態と前記第２の状態との切替周期Ｔ（ｓｅｃ）は、ｔ＞Ｔ＞１ｍｓｅｃを満足すると良い。
好ましくは、前記蒸発源用電源の正極に接続された群が一つだけの場合に、群の接続を切り替える前に、別の群を蒸発源用電源の正極に接続し、双方へ蒸発源用電源の正極から電力が供給される状態を備えると良い。
【００１４】
好ましくは、前記バイアス電圧を時間的に変化させると良い。
三つ目の本発明の側面では、自転保持部に印加した電圧により前記真空チャンバ内に供給したガスにプラズマを発生させるものであって、自転保持部の各群は、負の電位となりグロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極として動作する状態と、その対極として動作する状態を、時間的に交互に繰り返すものであると良い。特に、前記真空チャンバ内に供給された原料ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源を具備し、前記複数の自転保持部は、前記プラズマ発生電源の一方極に接続された第１の群と、前記プラズマ発生電源の他方極に接続される第２の群とのいずれかに分けられると良い。
好ましくは、前記公転機構は、前記公転軸回りに公転可能とされた公転テーブルを有しており、前記複数の自転保持部の各々は、前記公転テーブルの公転軸から等しい半径で且つ公転軸回りに等間隔となるように配備されていると良い。
【００１５】
好ましくは、前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに１つずつ交番に並んで配備されていると良い。
好ましくは、前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに２つずつ交番に並んで配備されていると良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の真空成膜装置を用いることで、多数の基材に対して一度に且つ均一に成膜を行うことにより生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空成膜装置（アーク蒸発源を搭載したＡＩＰ装置）の斜視図である。
【図２】自転保持部への基材の設置例を示した図である。
【図３】図１の真空成膜装置における回転駆動部近傍の断面の模式図である。
【図４】図１の真空成膜装置の電源接続例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る真空成膜装置（円筒状アーク蒸発源を搭載したＡＩＰ装置）の電源接続例を示す図である。
【図６】図５の真空成膜装置における電源接続のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る真空成膜装置（プラズマＣＶＤ装置）の斜視図である。
【図８】図７の真空成膜装置の電源接続例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る真空成膜装置の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。なお、以下の説明では、異なる実施形態であっても同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
＜第１実施形態＞
［全体構成］
図１は、本発明の真空成膜装置の一例であるＡＩＰ装置（アークイオンプレーティング装置）１０１の全体構成を示している。
【００１９】
このＡＩＰ装置１０１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２内を真空排気する真空排気手段３と、成膜対象である基材Ｗを自転する状態で保持する複数の自転保持部４と、を有している。これら複数の自転保持部４は公転テーブル５に配備されており、このＡＩＰ装置１０１には複数の自転保持部４が設けられた公転テーブル５を自転保持部４の回転軸（自転軸Ｐ）と軸心平行な公転軸Ｑ回りに公転させる公転機構８が設けられている。
【００２０】
なお、本発明において「基材Ｗが自転する」とは、基材Ｗを貫通する軸Ｐ回りに基材Ｗが回転する（スピンする）ことをいう。また、「基材Ｗが公転する」とは、基材Ｗが自分自身から離れた軸Ｑ回りに回転すること、言い換えれば基材Ｗが軸Ｑの周りを周回することをいう。
また、上述したＡＩＰ装置１０１は、真空チャンバ２内に後述する蒸発源６（ここではアーク蒸発源）と、自転保持部４に異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット１０Ａとを備えていて、自転保持部４に保持された基材ＷにＡＩＰ法を用いて皮膜を形成する構成となっている。
【００２１】
上述したＡＩＰ装置１０１の構成をさらに詳しく説明する。
真空チャンバ２は、その内部が外部に対して気密可能とされた筺体である。真空チャンバ２の側方にはこの真空チャンバ２内にある気体を外部に排気してチャンバ内を低圧状態（真空状態）にする真空ポンプ３（真空排気手段）が設けられていて、この真空ポンプ３により真空チャンバ２内は真空状態まで減圧可能である。そして、この真空チャンバ２の内部には、複数の基材Ｗが後述する自転保持部４にそれぞれ保持された状態で収容されている。
【００２２】
第１実施形態のＡＩＰ装置１０１で成膜される基材Ｗは、均一な成膜を可能とするため上下に長尺な円柱状空間内に配備するとよい。
たとえば、基材Ｗが図２（ａ）に示すようなピストンリングである場合は、図２（ａ）のように、積重ねて略円筒状になるように設置するのが良い。好ましくは、積み重ねても周方向の一部が欠落して完全な円筒にならない部分を、必要に応じてカバー１１で開口部分に蓋をすることにより、均一な成膜が可能となる。
【００２３】
また、成膜しようとする基材Ｗが図２（ｂ）に示すような小型部材（たとえば小さなピストンピン）の場合は、円板１２が上下方向に多段に積み重ねられた設置ジグ１３を用意し、それぞれの円板１２に基材Ｗを配備するとよい。そして、この設置ジグ１３を、円柱状空間内に収まるようにすればよい。図２（ｂ）に示すような基材搭載形態は、基材Ｗがドリルやエンドミルのような軸物の工具にも適用可能である。さらに好ましくは、１本１本の基材が搭載状態で各個別に回転するようにジグを構成することも可能である。
【００２４】
さらに、基材Ｗが前記以外の形状物である場合であっても、適宜固定用のジグを製作し、ジグと基材が円柱状空間内に収まるようにすればよい。
自転保持部４は、たとえばその上面が水平となっている円形の載置台である。自転保持部４は、上下方向を向く回転軸回りに回転自在となっており、上面乃至は上方に配備された基材Ｗを回転軸回りに自転させつつ保持できるようになっている。自転保持部４へは給電可能な状態となっており、供給された電圧は基材Ｗにも印加される。
【００２５】
図１に示すＡＩＰ装置１０１の場合、自転保持部４は全部で４つ配備されている。これら４つの自転保持部４は、平面視で一つの円の上に並ぶように公転テーブル５の上面に起立状態で配備されている。
公転テーブル５の中心軸（公転軸Ｑ）は上下方向を向き、この軸回りに公転テーブル５は回転する。公転テーブル５の上面には上述したように複数（４つ）の自転保持部４が、公転テーブル５の公転軸Ｑから等しい距離（半径）となるように且つ公転軸Ｑ回り（周方向）に等間隔を開けて配備されている。この公転テーブル５の下側には、公転テーブル５を公転軸Ｑ回りに回転させる公転機構８が設けられている。
【００２６】
公転機構８は、公転テーブル５の下面から公転軸Ｑに沿って下方に向かって伸びる軸部１４と、この軸部１４を駆動回転させる回転駆動部１５とを有している。このように公転機構８を用いて公転軸Ｑ回りに公転テーブル５を回転させれば、基材Ｗが保持された自転保持部４が公転軸Ｑ回りに公転する。それと同時に、自転保持部４がその軸心回りに回転する構成とされている故、自転保持部４に保持された基材Ｗが自転するようになる。
【００２７】
係る機構により、基材Ｗを真空チャンバ２内で各自転保持部４を自転させつつ全体を公転させながら（自公転させながら）成膜させることが可能となる。
なお、隣り合う基材は、回転位相を考慮したり隣接する基材のサイズの調整などで、自公転時に相互に機械干渉しないように適切に設置する。
ところで、本発明のＡＩＰ装置１０１においては、複数の自転保持部４のそれぞれへ異なる電位のバイアス電圧が供給される。このため、自転保持部４毎にバイアス電圧を変更することにより成膜条件を変更することができる。
【００２８】
詳しくは、公転テーブル５に自転保持部４が全部で４つ配備されている状態においては、図１の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」で示される各自転保持部４は、異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット１０Ａの一方の電極に接続されている。
なお、各自転保持部４へ異なる電位のバイアス電圧を供給するためには、自転軸Ｐにそれぞれブラシ機構を設け、このブラシ機構を通じてそれぞれの電圧を印加するとよい。自転軸Ｐはベアリング機構を介して回転時自在に保持されているが、このベアリング機構を通じて電圧を印加するようにしてもよい。
【００２９】
以下、この回転機構および給電機構について説明する。
［回転機構および給電機構］
図３は、ＡＩＰ装置１０１の回転駆動部１５近傍の断面の模式図である。図３に示すように、このＡＩＰ装置１０１は、各自転保持部４に異なる電位を与えることが可能な構成となっている。「個別に異なる電位」というのは、自転保持部４毎に異なる電位を与えること、必要に応じて、自転保持部４をいくつかの群（たとえば２群、３群）に分けて、群別に電位を与えることを含む。上述したように、図１の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」で示される自転保持部４を、異なる４つの電位のバイアス電圧を供給する電源ユニットに接続すると、自転保持部４毎に異なる電位を与えることになる。図１の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」で示される自転保持部４を、「Ａ」と「Ｃ」とで１つの第１群として、「Ｂ」と「Ｄ」とで１つの第２群として、第１群と第２群とで異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット１０Ａの一方の電極に接続すると、自転保持部４を２つの群に分けて、群別に電位を与えることになる。なお、公転テーブル５上の自転保持部４の数は、後述するように、６本や８本であっても構わないし、自転保持部４を３つ以上の群に分けても構わないし、４つの自転保持部４毎に異なるバイアス電位を印加するようにしても構わない。
【００３０】
バイアス電源から供給される電位は、負の直流電圧であることが多いが、時間的に値を変化させたり、交流であったり、間欠的に正の電圧を含むパルス状の波形であったりしても良い。
このＡＩＰ装置１０１の公転テーブル５は、真空チャンバ２の底面側に取り付けられ、公転ベアリング１５５と回転軸シール１５６を介して真空チャンバ２に対して公転可能に、また、公転時であっても真空チャンバ２内の真空を保持可能に、取り付けられ、ドライブギヤ１５３（またはプーリー）などの機構により、Ｑ軸を回転軸として公転する。なお、公転テーブル５は、軸部１５２（１４）と一体的に形成されている。
【００３１】
公転テーブル５には、複数（ここでは４つ）の自転保持部４をＰ軸を回転軸として自転可能に支持する自転軸１６４が自転自転ベアリング１６１を介して取り付けられ、自転軸１６４に取り付けられたギア１６０が、固定ギア１５４とかみ合い、公転テーブル５の公転により自転軸１６４が公転すると、固定ギア１５４とギア１６０とのかみ合いによって、自転軸１６４が自転する。自転軸１６４の自転により、自転保持部４がＰ軸を回転軸として自転する。なお、固定ギア１５４は図３では、自転軸１６４の内側（Ｑ軸側）に設置したが、外側に設置しても構わない。
【００３２】
加えて、自転軸１６４の上部には、絶縁物１６３を介して、基材Ｗを直接搭載するための自転テーブル１６２（図では円板状）が設けられている。自転テーブル１６２にはブラシ１５８を介してバイアス電圧が供給可能に構成されている。なお、公転テーブル５とブラシ１５８とは絶縁部材１５９により絶縁されている。自転テーブル１６２は、公転テーブル５を介した電気的接続はなく、各自転テーブル１６２毎に異なる電位のバイアス電圧を印加することが可能である。
【００３３】
公転テーブル５の中央部には、電圧フィードスルー１５７があり、公転テーブル５の下方から供給されたバイアス電圧が、真空を維持し、かつ、電気的絶縁も維持して、公転テーブル５の上方に供給される。供給されたバイアス電圧は、配線によってブラシ１５８に接続され、ブラシ１５８から自転テーブル１６２へ、自転テーブル１６２から基材Ｗへの経路でバイアス電圧が基材Ｗへ印加される。
【００３４】
各自転テーブル１６２へバイアス電圧を与えるブラシ１５８は、公転テーブル５上に設けられた自転保持部４の数だけ存在する。上述したように、各自転保持部４毎に、または、いくつかの群に分けてバイアス電圧を供給する。したがって、電圧フィードスルー１５７には、自転軸の数だけ、または群の数だけ電極が設けられる。電圧フィードスルー１５７には、電源ユニット１０Ａからスリップリング１５１を介して回転可能な状態でバイアス電圧が加えられる。
【００３５】
なお、電源ユニット１０Ａの構成は様々な態様がある。本実施の形態においては、自転保持部４の数または群の数に相当するバイアス電源を設けて、各バイアス電源のそれぞれの一方の極が自転保持部４のそれぞれに接続される。たとえば、図４に示すように、電源ユニット１０Ｂは、公転テーブル５に搭載された自転保持部４の数（４つ）に等しいバイアス電源１０Ｂ１〜１０Ｂ４を備える。バイアス電源１０Ｂ１〜１０Ｂ４の一方極を、４極のスリップリング１５１の固定側ブラシホルダー（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ接続する。
【００３６】
これにより、バイアス電源１０Ｂ１のバイアス電圧が図１および図４の「Ａ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、バイアス電源１０Ｂ２のバイアス電圧が「Ｂ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、バイアス電源１０Ｂ１のバイアス電圧が「Ｃ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、バイアス電源１０Ｂ１のバイアス電圧が「Ｄ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、それぞれ印加される。ここで、電源ユニット１０Ｂは、公転テーブル５に搭載された自転保持部４の数または自転保持部４を２以上の群に分けた場合には群の数に等しいバイアス電源を備えるものに限定されない。１台のバイアス電源であっても複数の電位の電力を自転保持部４の基材Ｗに供給できれば、１台でも構わない。
【００３７】
なお、図４には、皮膜供給源としてのアーク蒸発源６を記載している。さらに、ヒータによる加熱や、プロセスガス導入を可能とする構成も好ましい。また、皮膜供給源としては、アーク蒸発源６に替えてスパッタ蒸発源やるつぼ型蒸発源を使用しても良い。また、自転公転の機構は、回転軸が鉛直方向に向いているとしたが、回転軸の方向に限定はなく、例えば回転軸が水平方向であっても良い。
【００３８】
［成膜処理］
このＡＩＰ装置１０１では、各自転保持部４に対して、個別に異なる電位のバイアス電圧を与えることできる。このため、成膜プロセスにおいて、自転保持部４によって異なるバイアス電位を印加して処理を行なうことができる。成膜プロセスにおいて、異なったバイアス電圧を印加可能であるので、バイアス電圧が異なる自転保持部４毎で異なる膜質を形成することができる。たとえば、ＡＩＰ法によるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜形成において、自転保持部４単位で、高い負のバイアス電圧（一例として、−１５０Ｖ〜−３００Ｖ）と低い負のバイアス電圧（一例として、−１０Ｖ〜−１００Ｖ）とに分けて印加することによって、異なる応力レベルを有する皮膜を、１回の処理で、形成することが可能になる。
【００３９】
また、成膜プロセスにおいて、異なったバイアス電圧を印加可能であるので、自転保持部４毎で異なる入熱条件を得ることができる。たとえば、ＡＩＰ法によるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜形成において、自転保持部４単位で、相対的に熱容量の大きな基材Ｗを搭載した自転保持部４には高い負のバイアス電圧、相対的に熱容量の小さい基材Ｗを搭載した自転保持部４には低い負のバイアス電圧を印加することによって、熱容量の異なる基材Ｗを混在して搭載するにも関わらず、均一な温度の処理が、同一の１回の処理で、可能になる。
【００４０】
さらに、成膜に先立って行なうイオンボンバード処理（アーク蒸発源から金属イオンを照射しながら負の高電圧を加えて表面を清浄化する処理）において、自転保持部４毎で異なるバイアス電圧を印加可能であるので、バイアス電圧が異なる自転保持部４毎で異なるボンバード時の入熱条件を得ることができる。たとえば、ＡＩＰ法によるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜形成において、温度の上昇しにくい基材Ｗを搭載した自転保持部４へは高い負のバイアス電圧を印加し、温度上昇により基材の軟化が発生し易い小径のハイスドリルを搭載した自転保持部４には低い負のバイアス電圧を印加することによって、過熱しやすい基材の過熱を防ぎつつ、径の太い工具には十分なボンバード効果がある処理が、同一の１回の処理で、可能になる。
【００４１】
以上のように、いずれの場合であっても、従来技術の装置では、処理を複数回に分けて行なう必要があったが、本実施形態に係るＡＩＰ装置１０１では、同一の１回の処理で、可能になる。
［真空成膜方法］
以上のような構成を備えたＡＩＰ装置１０１を用いた、成膜処理を含む全体のプロセスは、以下のようになる。なお、上述したようにこのＡＩＰ装置１０１は、皮膜供給源としてのアーク蒸発源６を備える。
【００４２】
（１）基材Ｗセット〜真空排気
まず、図１および図４に示す如く、真空チャンバ２内に配置した公転テーブル５上に自転保持部４が公転軸Ｑを中心として９０°ごとに４軸配備されたＡＩＰ装置１０１を用いて、ＡＩＰ法により皮膜を実際に成膜する場合を考える。
まず、基材Ｗを自転保持部４に設置する。基材Ｗは自転保持部４の上に載置して固定してもよいし、設置ジグ１３を用いて基材Ｗを自転保持部４の上に載置してもよい。
【００４３】
このようにして基材Ｗが用意されたら、真空ポンプ３（真空排気手段３）を用いて真空チャンバ２内を高真空状態まで排気する。
（２）加熱（オプショナルな工程）
必要に応じて、真空チャンバ２内の輻射加熱機構（ヒータ）により、基材Ｗの予備加熱を行なう。このとき、軸Ｑを回転軸として公転させるとともに、軸Ｐを回転軸として自転させる。
【００４４】
（３）イオンボンバード処理
このＡＩＰ装置１０１が搭載している皮膜供給源がアーク蒸発源６であるので、アーク蒸発源６でアーク放電を発生させ、基材Ｗに数百Ｖ〜１５００Ｖの負のバイアス電圧を加えて表面清浄化の処理を行なう。このとき、軸Ｑを回転軸として公転させるとともに、軸Ｐを回転軸として自転させる。
【００４５】
このイオンボンバード処理において、このＡＩＰ装置１０１では、自転保持部４毎に異なる電位のバイアス電圧を印加可能であり、清浄化の程度や温度上昇の程度を自転保持部４毎に調整可能である。このため、イオンボンバード処理について異なる処理条件が要求される基材Ｗを混載した場合にも、それぞれに適した条件でこの処理が可能となる。
（４）成膜
アーク蒸発源６でアーク放電を発生させ、反応ガス（窒素等）を導入しつつ、基材Ｗに数十Ｖから３００Ｖの範囲の負のバイアス電圧を加えながら皮膜形成を行う。このとき、軸Ｑを回転軸として公転させるとともに、軸Ｐを回転軸として自転させる。
【００４６】
この成膜処理において、このＡＩＰ装置１０１では、自転保持部４毎に異なる電位のバイアス電圧を印加可能であり、バイアス電圧の印加条件を変更することにより、基材Ｗに形成される膜質や、基材Ｗの温度を自転保持部４毎に調整可能である。このため、異なる処理条件が要求される基材を混載した場合にも、それぞれに適した条件で処理が可能となる。また、処理条件を探索する工程にあっては、１回の処理で、多様な条件の皮膜が形成可能であるので、条件の探索するために必要な時間を短縮することができる。
【００４７】
［効果］
以上のように、本実施形態に係るＡＩＰ装置１０１によると、自転保持部４毎または２以上の群に自転保持部４を分けて群毎に印加するバイアス電圧を異ならせることができる。このため、異なる応力レベルを有する皮膜を、同一の１回の処理で、形成することが可能になる。また、熱容量の異なる基材Ｗを混在して処理するにも関わらず、均一な温度の処理が、同一の１回の処理で、可能になる。また、過熱しやすい基材Ｗの過熱を防ぎつつ、温度上昇しにくい基材Ｗには十分なボンバード効果がある処理が、同一の１回の処理で、可能になる。従来技術の装置では、処理を複数回に分けて行なう必要があったことに比較して大幅に効率が向上する。
【００４８】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の真空成膜装置の一例であるＡＩＰ装置１０２について説明する。なお、図２および図３を用いた説明は、第１実施形態と同じであるため、ここでは繰り返さない。また、ＡＩＰ装置１０２の全体構成は、自転保持部４の数を除き図１と同じである。
［全体構成］
図５は、第１実施形態の図４に対応する、ＡＩＰ装置１０２の電源接続例である。このＡＩＰ装置１０２は、円筒状アーク蒸発源６１を備える。また、公転テーブル５上に８つの自転保持部４が搭載され、８つの自転保持部４は、Ａ群とＢ群とに分けられている。この円筒状アーク蒸発源６１を、８つの自転保持部４が取り囲むように真空チャンバ２の中心に設けている。
【００４９】
なお、真空チャンバ２内部は真空排気手段（真空ポンプ）３により真空に排気可能で、真空チャンバ２の中央部には円筒状アーク蒸発源６１が設けられている。また、成膜を実施するプロセスによっては、ヒータによる加熱、プロセスガス導入（図示なし）も可能になっている。
このＡＩＰ装置１０２においては、電源ユニット１０Ｃにより基材Ｗに給電される。電源ユニット１０Ｃは、アーク電源１０Ｃ１と、バイアス電源１０Ｃ２と、切替スイッチ１０Ｃ３とで構成される。図５（ｂ）に示す「Ａ」は、図５（ａ）に示す「Ａ」が付された４つの自転保持部４を示し、図５（ｂ）に示す「Ｂ」は、図５（ａ）に示す「Ｂ」が付された４つの自転保持部４を示す。
【００５０】
このＡＩＰ装置１０２では、自転保持部４のＡ群およびＢ群は、切替スイッチ１０Ｃ３により、アーク電源１０Ｃ１の正極またはバイアス電源１０Ｃ２の負極に接続される。この電源ユニット１０Ｃおよび切替スイッチ１０Ｃ３について説明する。
切替スイッチ１０Ｃ３を作動させて、２つの群を、
ａ）アーク蒸発源６の陽極として作動する電位とするためにアーク電源１０Ｃ１の正極に接続される期間、
ｂ）基材Ｗに入射するイオンのエネルギーを制御するためのバイアス電圧１０Ｃ２の電位とするためにバイアス電源の負極に接続される期間
、を時間的に交互に繰り返す。
【００５１】
［成膜処理］
以上のような構成を備えたＡＩＰ装置１０２を用いた成膜方法の全体のプロセスの中で第１実施形態と異なる成膜処理について、図６を参照して説明する。図６は、成膜処理における切替スイッチ１０Ｃ３の動作を示すタイミングチャートである。
時刻ｔ（０）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＡ（１）を接続するとともにスイッチＢ（２）を接続する。このとき、スイッチＢ（１）およびスイッチＡ（２）は遮断されている。時刻ｔ（０）〜時刻ｔ（１）の期間を第１の状態とする。一般的には、Ｎ＝１、２、３、・・・として、時刻ｔ（４Ｎ−４）〜時刻ｔ（４Ｎ−３）の期間が第１の状態である。
【００５２】
第１の状態では、Ａ群の基材Ｗは、アーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。円筒状アーク蒸発源６１でアーク放電を発生させると、Ａ群の基材Ｗは、アーク放電の陽極として機能する。Ｂ群の基材Ｗは、バイアス電源１０Ｃ２の負極に接続される。Ｂ群の基材Ｗには、バイアス電圧が印加される。このとき、基材Ｗは自公転されて、Ａ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗともに円筒状アーク蒸発源６１からの蒸気により被覆される。このとき、Ａ群の基材Ｗにはバイアス印加のない皮膜が形成され、Ｂ群の基材Ｗにはバイアスが印加された状態で皮膜が形成される。
【００５３】
時刻ｔ（１）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＢ（２）を遮断して、スイッチＢ（１）を接続する。これにより、Ｂ群の基材Ｗがアーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。その後、時刻ｔ（２）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＡ（１）を遮断して、スイッチＡ（２）を接続する。
このとき、アーク放電の安定性の観点から、スイッチＡ（１）およびスイッチＢ（１）の両方が接続されている期間（時刻ｔ（１）〜時刻ｔ（２）の期間）はわずかに重なるとよい。
【００５４】
時刻ｔ（２）〜時刻ｔ（３）の期間を第２の状態とする。一般的には、Ｎ＝１、２、３、・・・として、時刻ｔ（４Ｎ−２）〜時刻ｔ（４Ｎ−１）の期間が第２の状態である。
第２の状態では、Ｂ群の基材Ｗは、アーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。円筒状アーク蒸発源６１でアーク放電を発生させると、Ｂ群の基材Ｗは、アーク放電の陽極として機能する。Ａ群の基材Ｗは、バイアス電源１０Ｃ２の負極に接続される。Ａ群の基材Ｗには、バイアス電圧が印加される。このとき、基材Ｗは自公転されて、Ａ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗともに円筒状アーク蒸発源６１からの蒸気により被覆される。このとき、Ｂ群の基材Ｗにはバイアス印加のない皮膜が形成され、Ａ群の基材Ｗにはバイアスが印加された状態で皮膜が形成される。
【００５５】
時刻ｔ（３）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＡ（２）を遮断して、スイッチＡ（１）を接続する。これにより、Ａ群の基材Ｗがアーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。その後、時刻ｔ（４）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＢ（１）を遮断して、スイッチＢ（２）を接続する。アーク放電の安定性の観点から、スイッチＡ（１）およびスイッチＢ（１）の両方が接続されている期間（時刻ｔ（３）〜時刻ｔ（４）の期間）はわずかに重なるとよいのは、上述した通りである。
【００５６】
このように、公転テーブル５上のＡ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗのうち少なくともひとつは、アーク放電の陽極として動作可能な電位になっている。その基材Ｗを陽極の電極とするため、アーク放電は、特別な陽極が無くても安定的に維持可能である。そして、その期間、バイアス電圧の電位にある他の基材Ｗには、バイアス電圧が印加されて膜質が制御された状態で皮膜形成を行うことができる。
【００５７】
ところで、陽極の電位にあった基材Ｗ上には、陽極として動作中にはバイアスの印加されない皮膜が形成されるが、所定の周期で、バイアスが印加された状態となり、その間はバイアスによる膜質の制御が可能となる。そして、印加するバイアス電圧の条件は、基材Ｗが陽極の電位で動く期間があることを考慮した水準に設定することにより、所期の膜質の皮膜形成が行われる。
【００５８】
膜質と言う観点では、バイアス電圧が印加されない状態で１００ｎｍを越える成膜を行なうのは、当該層の脆弱さが全体の膜質に著しく影響すると考えられるために問題となる。好ましくは、陽極電位の間に継続的に皮膜が成長する厚みは１０ｎｍ以下とすると膜質面の懸念は少なくなる。膜質という観点では、切替の時間は早いほど好ましいが、アーク電源から出力される大電流の切替の容易性という点からは、切替の周期は１ｋＨｚを超える周波数では問題があり、実際的な観点から１００Ｈｚ以下とするのが好ましい。
【００５９】
以上より、ｔを成膜プロセス中に基材に１００ｎｍの皮膜を形成するために必要な時間（ｓｅｃ）とするときに、切替周期Ｔ（ｓｅｃ）は、ｔ＞Ｔ＞１ｍｓｅｃを満足することが好ましい。
このような周期が繰り返し行われる。このようにすることにより、すなわち、上述した２つの時間区分を交互に繰り返すことにより、ＡＩＰ法による皮膜形成をＡ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗの両方に行うことが可能となる。
【００６０】
なお、以上の説明はＡＩＰ法による皮膜形成を例に説明を行ったが、蒸発源としてスパッタ蒸発源を使うことも出来る。
［効果］
従来技術の装置では、自転保持部４は同一電位にあるため、膜質制御のためにバイアス電圧をかける場合には、円筒状アーク蒸発源６１の周囲に配置した陽極が必須になる。このような陽極が存在すると、陽極に蒸気が付着することで、成膜速度が低下して生産性を損なうとともに、陽極に堆積した皮膜が剥がれて皮膜の欠陥等を引き起こす場合があった。このＡＩＰ装置１０２では、このような問題も発生しない。
【００６１】
なお、各自転保持部４の電位は必ずしもアーク放電の陽極電位とバイアス電位との間で急激に変化する必要はなく、必要に応じて、上述したように、フローティング状態や接地状態を経由しても良い。
また、バイアス電圧を印加している期間中のバイアス電圧は必ずしも一定である必要はなく、特に、切替の周期が相対的に長い場合には、切替の周期よりも十分に早い周期で、パルス状に電圧を印加する等は好ましい。
【００６２】
また、本実施形態においては、自転保持部４を２群に分けて説明したが、さらに多くの群に分けても構わない。このとき、少なくとも、ひとつの群（または１つの自転保持部４）は、いかなるタイミングでも、アーク放電の陽極として作用するようにする必要がある。
＜第３実施形態＞
以下、本発明の真空成膜装置の一例であるプラズマＣＶＤ装置１０３について説明する。なお、図２および図３を用いた説明は、第１実施形態と同じであるため、ここでは繰り返さない。また、図１を用いた説明は、第１実施形態のＡＩＰ装置１０１をプラズマＣＶＤ装置１０３と読み替えればよい部分についてはここでは繰り返さない。
【００６３】
［全体構成］
図７は、第１実施形態の図１に対応する、プラズマＣＶＤ装置１０３の全体構成を示し、図８は、第１実施形態の図４および第２実施形態の図５に対応する、プラズマＣＶＤ装置１０３の電源接続例である。このプラズマＣＶＤ装置１０３は、公転テーブル５上に６つの自転保持部４が搭載され、６つの自転保持部４は、Ａ群とＢ群とに分けられている。
【００６４】
図８に示すように、上述したプラズマＣＶＤ装置１０３は、真空チャンバ２内に原料ガスを含むプロセスガスを供給するガス供給部９と、真空チャンバ２内に供給されたプロセスガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源１０とを備えていて、自転保持部４に保持された基材ＷにプラズマＣＶＤ法を用いて皮膜を形成する構成となっている。
このガス供給部９は、ＣＶＤ皮膜の形成に必要な原料ガスや、成膜をアシストするアシストガスを、ボンベ１６から所定量だけ真空チャンバ２内に供給する構成とされている。
【００６５】
プロセスガスとしては、具体的には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン、非晶質カーボン膜）などのカーボン系のＣＶＤ皮膜を成膜する場合には、炭化水素（アセチレン、エチレン、メタン、エタン、ベンゼン、トルエンなど）を含む原料ガスに、不活性ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性ガスをアシストガスとして加えたものが用いられる。また、シリコン化合物系のＣＶＤ皮膜（ＳｉＯｘ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＣＮ膜）を成膜する場合には、シリコン系有機化合物（モノシラン、ＴＭＳ、ＴＥＯＳ、ＨＭＤＳＯなど）やシランなどシリコン含む原料ガスに、酸素などの反応ガスを加え、さらにアルゴンなどの不活性ガスをアシストガスとして加えたものを用いることができる。なお、ＣＶＤ皮膜としては、上述したもの以外にも、ＴｉＯｘ膜、ＡｌＯｘ膜、ＡｌＮ膜などを成膜することができる。
【００６６】
また、主たる原料ガスに少量の添加原料ガスを混合させることもある。たとえば、ＤＬＣ皮膜の形成の際に、炭化水素を主たる原料ガスとして、シリコン系有機化合物ガスを少量添加することにより、ＤＬＣ中にＳｉを含む皮膜を形成することができる。あるいは、ＤＬＣ皮膜の形成の際に、炭化水素を主たる原料ガスとして、金属を含有する原料ガス（例として、ＴｉＰＰ（チタニウムイソプロポキサイド）やＴＤＭＡＴ（テトラジメチルアミノチタン））を少量添加することで、ＤＬＣ中に金属（例ではチタン）を含む皮膜を形成することができる。
【００６７】
なお、これらの原料ガス、反応ガスおよびアシストガスは、使用するガスの種類を適宜組みあわせて用いることができる。
また、図８の如く、真空チャンバ２内に別の皮膜供給源６（スパッタ源、アーク蒸発源など）を設けるようにしても良い。
一方、このプラズマＣＶＤ装置１０３に備えられたプラズマ発生電源１０は、真空チャンバ２内に供給したプロセスガスにグロー放電を発生させて、プラズマを発生させるために用いるもので、交流の電力を供給する。このプラズマ発生電源１０が供給する交流の電力としては、正弦波の波形に従って電流や電圧が正負に変化する交流だけでなく、パルス状の波形に従って正負に入れ替わる矩形波の交流を用いても良い。また、この交流には、連続した同一極性のパルス群が交互に現れるものや、正弦波の交流に矩形波を重畳したものを用いることもできる。なお、実際のプラズマ発生中の電圧波形は、プラズマ生成の影響によって歪む場合がある。また、プラズマが発生すると交流電圧のゼロレベルがシフトし、各電極の電位を接地電位に対して測定すると、マイナス側電極に印加電圧の８０−９５％が、プラス側電極に印加電圧の５−２０％が加わるのが観察される。プラズマ発生時のマイナス側電極は、プラズマ中の正イオンを引き込むと共に、該正イオンの衝撃により電子を放出しプラズマに電子を供給し、グロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極となる。プラス側電極はプラズマ中の電子を引き込む状態にありグロー放電プラズマ生成の対極となる。
【００６８】
プラズマ発生電源１０から供給される交流は、その周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚが好ましい。周波数が１ｋＨｚ未満では皮膜のチャージアップが起り易く、１ＭＨｚを超える周波数の電力を自転公転する基材に伝達する機構が難しいからである。さらに電源の入手性等を考慮すると、１０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲とするのがなお好ましい。また、プラズマ発生電源１０から供給される交流の電圧は、波高値でグロー放電の維持に必要な３００〜３０００Ｖが好ましい。さらに、プラズマ発生電源１０から供給される交流の電力は、基材Ｗの表面積によって変動するが、単位面積あたりの電力で０．０５〜５Ｗ／ｃｍ2程度の電力密度であるのが好ましい。
【００６９】
このような周波数、電圧、電力（電力密度）の交流電流を真空チャンバ２内に配備された一対の電極間に作用させれば、グロー放電が電極間に発生し、発生したグロー放電で真空チャンバ２内に供給されたプロセスガスが分解されてプラズマが発生する。そして、プラズマにより分解されたこれらのガス成分が電極表面に堆積することで、ＣＶＤ皮膜の成膜が行われる。つまり、一対の電極のいずれかに基材Ｗを用いれば、基材Ｗの表面にＣＶＤ皮膜を成膜することが可能となる。
【００７０】
なお、真空チャンバ２内には、基材の温度を制御して膜質を調整する加熱ヒータ１７が適宜配備されていても良い。
ところで、図８に示すように、本発明のプラズマＣＶＤ装置１０３においては、複数の自転保持部４の半数が、プラズマ発生電源１０の一方極に接続された第１の群１８とされている。併せて、複数の自転保持部４の残り半数が、プラズマ発生電源１０の他方極に接続された第２の群１９とされている。互いに異なる極性とされた第１の群１８の自転保持部４に保持された基材Ｗと、第２の群１９の自転保持部４に保持された基材Ｗとの間にプラズマが発生できる。
【００７１】
詳しくは、公転テーブル５に自転保持部４が全部で６つ配備されている状態においては、図８の「Ａ」で示される第１の群１８の自転保持部４は全部で３つ、また図８の「Ｂ」で示される第２の群１９の自転保持部４も全部で３つ存在していて、第１の群１８に属する自転保持部４の数と第２の群１９に属する自転保持部４の数とは同数となっている。
これらの自転保持部４については、第１の群１８に属する自転保持部４の両隣に第２の群１９の自転保持部４が設けられ、これらの第２の群１９の自転保持部４のさらに隣に別の第１の群１８に属するある自転保持部４が設けられている。つまり、第１の群１８に属する自転保持部４と第２の群１９に属する自転保持部４とは、公転テーブル５の公転軸Ｑ回りに１つずつ交番に（交互に）並ぶように配備されている。
【００７２】
そして、第１の群１８に属する３つの自転保持部４はいずれも、プラズマ発生電源１０の一方の電極に接続されている。また第２の群１９に属する３つの自転保持部４はいずれもプラズマ発生電源１０の他方の電極に接続されている。つまり、電圧印加中は、第１の群１８に属する自転保持部４と、第２の群１９に属する自転保持部４とは、常に逆の極性となっている。
【００７３】
なお、各自転保持部４を上記した極性とするためには、公転軸Ｑならびに自転軸Ｐにそれぞれブラシ機構（図示略）を設け、このブラシ機構を通じてそれぞれの極性の電圧を印加するとよい。公転軸Ｑおよび自転軸Ｐはベアリング機構を介して回転時自在に保持されているが、このベアリング機構を通じて電圧を印加するようにしてもよい。
［成膜方法］
以上のような構成を備えたプラズマＣＶＤ装置１０３を用いた成膜方法の全体のプロセスの中で第１実施形態と異なる成膜処理について説明する。
【００７４】
基材Ｗをセットして、真空チャンバ２内を高真空状態にする。次に、必要に応じて、Ａｒ等の不活性ガスやＨ2やＯ2などのガスをガス供給部９を用いて真空チャンバ２内に供給し、プラズマ発生電源１０から電力を供給して基材Ｗ間に表面清化のためのグロー放電を発生させても良い（イオンボンバード処理）。また、上述した加熱ヒータ１７を用いて、自公転する基材Ｗに対して予備加熱を行っても良い。また、真空チャンバ２内に別の皮膜供給源６（スパッタ源、アーク蒸発源など）を設けた場合には、これらの皮膜供給源を利用して、プラズマＣＶＤによる皮膜と基材の間に挿入する中間層を形成してもよい。
【００７５】
この後、ガス供給部９を用いてプロセスガスを真空チャンバ２内に供給し、真空チャンバ２内は成膜に適した０．１〜１０００Ｐａの圧力に保持する。
成膜にあたっては、プラズマ発生電源１０から交流の電力を供給して、第１の群１８に属する自転保持部４の基材Ｗと第２の群１９に属する自転保持部４の基材Ｗとの間にグロー放電を発生させ、基材Ｗ間に成膜に必要なプラズマを発生させる。
【００７６】
成膜時の圧力は成膜しようとするＣＶＤ皮膜（プロセスガスや反応性ガス）の種類によって好適な値は異なるが、０．１Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の圧力が好ましい。上述したように０．１Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の圧力にすることで、安定したグロー放電を発生させることが可能となり、良好な成膜速度で成膜を行うことが可能となる。なお、気体中での反応に伴うパウダー生成を抑制する観点では成膜時の圧力はさらに１００Ｐａ以下の圧力が好ましい。
【００７７】
また、プラズマ発生電源１０から供給される交流の電圧は、グロー放電の維持に必要な３００Ｖ〜３０００Ｖの間（両極間の電圧の波高値）となる。さらに、プラズマ発生電源１０から供給される交流の出力電力は、単位面積あたりの電力に換算すると０．０５〜５Ｗ／ｃｍ2程度が好ましい。
このようにプラズマ発生電源１０から供給される交流の電圧および電力を調整した上で、基材Ｗを自転保持部４ごと自公転させれば、周方向に隣り合う基材Ｗ（近接する基材Ｗ）の間に安定したグロー放電が発生し、基材Ｗの表面に膜厚が均一なＣＶＤ皮膜を形成することが可能となる。
【００７８】
成膜処理が終わったら、プラズマ発生電源１０の出力、プロセスガスの導入を停止し、成膜を終了する。基材Ｗ温度が高い場合には、必要に応じて温度低下を待ち、真空チャンバ２内を大気に開放し、基材Ｗを取外す。このようにすれば、表面にＣＶＤ皮膜が形成された基材Ｗを得ることが可能となる。
上述したように、互いが逆極性とされた第１の群１８の自転保持部４と第２の群１９の自転保持部４とを周方向に交番（交互）に配置すれば、周方向に隣り合う自転保持部４に保持される基材Ｗ間に必ず電位差が生じて、両者の間に確実にグロー放電が発生する。そして、プラズマ発生電源１０の正負が入れ替われば、周方向に隣り合う自転保持部４の極性も入れ替わり、引き続き両者間にグロー放電が発生する。それ故、多数の基材Ｗに対して一度に且つ均一に成膜を行うことが可能となる。
【００７９】
すなわち、第１の群１８に属する自転保持部４の基材Ｗが作用極として働いてこの基材Ｗ側にＣＶＤ皮膜が成膜されているときには、第２の群１９に属する自転保持部４の基材Ｗが対極（反対極）となる。そして、プラズマ発生電源１０の正負が入れ替われば、第２の群１９に属する自転保持部４の基材Ｗが作用極となり、第１の群１８に属する自転保持部４の基材Ｗが対極となる。
【００８０】
［効果］
以上のように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１０３によると、基材Ｗは対極となっても、公転テーブル５や真空チャンバ２の筐体が対極になることはない。それ故、これらの部材はプラズマ生成のためのグロー放電発生用電極としては作用せず、仮に絶縁皮膜が長時間の運転で厚く堆積したとしても、プラズマの不安定化が発生せず、膜質や厚みにバラツキのないＣＶＤ皮膜を安定的に生産することも可能となる。また、これらの部材は放電発生電極として作用していないため、原料ガスを分解するプラズマに直接的にはさらされず、このため、従来技術に比べてこれらの部材には皮膜が堆積しにくい。このため、皮膜の厚い堆積が原因となるフレークの飛散も起りにくく、皮膜欠陥も発生しにくい。なお、金属含有のＤＬＣに代表される皮膜は皮膜自身がやや導電性を示すが、この場合も真空チャンバ２の筐体等に皮膜が堆積しにくく、フレークの飛散が起こりにくく、皮膜欠陥が発生しにくいとの効果は残る。加えて、金属含有ＤＬＣのような一定の導電性の皮膜を基材に形成する場合であっても、プラズマが弱いチャンバ部には膜質の悪い絶縁性を帯びた皮膜が形成される場合があり、このような場合にはプラズマの不安定化防止の効果も現れる。
【００８１】
なお、第３の実施形態に関しては、最も好適な実施形態を例として説明を行なったが、技術の本質的な要素は、自公転テーブル上に配置した基材Ｗを群に分割して、各郡が、グロー放電プラズマを生成するときにプラズマ生成に主体的に機能する負電位にある作用極として作用する期間と、その対極として作用する期間を時間的に交互に繰り返す点にある。このことによって、真空チャンバ等の部材をプラズマ生成に関与する役割から開放し、仮にそれらが絶縁膜で覆われたとしてもプラズマが不安定になるなどの悪影響を与えないようにするものである。
【００８２】
このような視点からすると、第３の実施形態の範囲は、１台のプラズマ発生電源の両極に接続された、２群の自転保持部を有する上記の実施例に限定されるものではない。例えば、自転保持部を３群に分割し、負電位にありグロー放電プラズマ生成の作用極となる期間、その対極として作用する期間、プラズマ発生の電源回路から切り離されプラズマ生成に特に役割を果たさない期間を、役割の位相をずらしてそれぞれ時間的に繰り返すことも本発明の技術的範囲に含まれる。あるいは例えば、自転保持部を３群に分割し、各郡は負電位にありグロー放電プラズマ生成の作用極として動作する時間的割合を２／３、その対極として作用する時間的割合を１／３として、これを各群が位相をずらしてそれぞれ時間的に繰り返すことも本発明の実施の一形態となる。さらに例えば自転保持部を３群に分割し、ここに３相交流の電力を加えるのも本発明の実施の一形態となる。
【００８３】
また、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、さらには、実施形態の組合せも可能で、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、たとえば、運転条件や操業条件、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事項を採用している。
【符号の説明】
【００８４】
１０１ 真空成膜装置（第１実施形態のＡＩＰ装置）
１０２ 真空成膜装置（第２実施形態のＡＩＰ装置）
１０３ 真空成膜装置（第３実施形態のプラズマＣＶＤ装置）
２ 真空チャンバ
３ 真空排気手段（真空ポンプ）
４ 自転保持部
５ 公転テーブル
６ 皮膜供給源
８ 公転機構
９ ガス供給部
１０ プラズマ発生電源
１０Ａ 電源ユニット（第１実施形態）
１０Ｂ 電源ユニット（第２実施形態）
１０Ｃ 電源ユニット（第３実施形態）
１１ カバー部材
１２ 円板
１３ 設置ジグ
１４ 軸部
１５ 回転駆動部
１６ ボンベ
１７ 加熱ヒータ
１８ 第１の群
１９ 第２の群
Ｐ 自転軸
Ｑ 公転軸
Ｗ 基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空状態で多数の基材に電圧を印加することにより基材の表面に薄膜を形成する真空成膜方法（イオンプレーティング（ＡＩＰ法を含む）、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、これらの組合せを含む）を実現する真空成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代以降、切削工具の寿命向上を目的として、ＡＩＰ（Arc Ion Plating）法やスパッタリング法などの真空成膜方法によって、ＴｉＮやＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜を基材に形成することが行なわれている。また、近年では、ピストンリングや自動車のエンジン部品などを代表とする金属の機械部品へ、表面の耐摩耗性や耐焼き付き性の向上を目的として、ＣｒＮやＤＬＣ（Diamond-Like-Carbon）などの耐摩耗性コーティングの量産を行なうことが盛んに行なわれている。
【０００３】
このような真空成膜装置としては、一度に多量の基材（部品）を均一性高く処理することを目的として、基材を自公転するテーブル上に（必要に応じて冶具などを用いて）搭載し、基材にプラズマ発生や膜質調整を目的とした電圧を印加しながら皮膜を形成するものが公知である。
たとえば、特開２００４−３２３８８３号公報（特許文献１）は、真空チャンバ内には、複数の基材を保持する遊星回転可能な基材ホルダ（テーブル）と、前記基材ホルダに対向する位置に配置されたスパッタ蒸発源と、前記基材ホルダに接続されて前記基材ホルダに負のパルス状のバイアス電圧を印加可能なバイアス電源とからなる物理的蒸着装置を開示する。特許文献１は、基材ホルダに対向する位置にアーク蒸発源を配置することが開示する。基材ホルダに印加されるバイアス電源は１台であり、遊星回転する各軸には同一電圧が印加されている。
【０００４】
また、特開平６−３４０９６８号公報（特許文献２）は、ＡＩＰ法の円筒状アーク蒸発源をチャンバ中心に置き、自公転テーブルに搭載した基材がこれを取り囲むように配置し、円筒状蒸発源から蒸発した蒸気を内側から外側に向けて成膜するように構成されているＡＩＰ装置を開示する。アーク蒸発源はアーク電源のマイナス極に接続されて、このＡＩＰ装置においては、円筒状の蒸発源の表面にアークスポットを生成して皮膜源材料を蒸発させる。アーク蒸発源は対となって動作する陽極が必要であるが、自公転テーブルに搭載した基材が蒸発源を取り囲んでいるので、このＡＩＰ装置においては、有効に動作する陽極として蒸発源の周辺に複数の棒状の陽極、または、円筒状蒸発源の両端部付近にリング状の陽極を配置している。
【０００５】
さらに、特開２００７−３０８７５８号公報（特許文献３）は、成膜対象となる基材を配置する真空チャンバ内にプラズマを発生するプラズマ発生手段と、プラズマ発生手段によって発生させたプラズマを基材の周辺の閉込め空間に閉じ込めるマルチカスプ磁界を形成するマルチカスプ磁界発生手段と、基材を保持すると共に閉込め空間の中心近傍を中心軸として回転する保持回転手段とを有する成膜装置を開示する。この成膜装置においては、基材を自公転するテーブル上に設置し、当該テーブルを介して電源からバイアス電圧を印加して、プラズマを基材の周囲に発生させて皮膜を形成する。マルチカスプ磁場発生手段は、発生したプラズマの閉じ込めを改良する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２３８８３号公報
【特許文献２】特開平６−３４０９６８号公報
【特許文献３】特開２００７−３０８７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献に開示された技術では以下の問題がある。
特許文献１に開示された物理的蒸着装置では、自公転テーブル上の基材にはすべて同一の電圧を加えて成膜が行なわれる。このため、１回の処理では自公転テーブル上の基材は、原則的に同一条件で被覆される。処理される全ての基材に対して同一の膜質が求められる場合であって、かつ、全てのテーブル軸に同じ量の基材が搭載される場合には、このような操業で全く問題がない。しかしながら、近年では、多品種の小ロット生産のニーズが高まる中で、同一条件で被覆処理する数量が減少して、成膜装置内に基材をフルに搭載して成膜処理する機会が減り、生産性の低下を引き起こしている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されたＡＩＰ装置では、ＡＩＰ法の円筒状アーク蒸発源をチャンバ中心に置き、自公転テーブルに搭載した基材がこれを取り囲むように配置されている。基材には全て同一のマイナスの電圧を印加して成膜処理が行なわれる。アーク蒸発源にはアーク電源のマイナス極が接続されて円筒状アーク蒸発源の表面にアークスポットが生成して皮膜原材料が蒸発する。アーク蒸発源には対となって動作する陽極が必要であるが、自公転テーブルに搭載した基材が円筒状アーク蒸発源を取り囲んでいるので、有効に動作する陽極として、（１）円筒状アーク蒸発源の周辺に複数の棒状の陽極、または、（２）円筒状アーク蒸発源の両端部付近にリング状の陽極、を配置している。（１）の陽極は、円筒状アーク蒸発源から蒸発した蒸気を捕捉し基材に向かうのを妨げ、成膜速度の低下すなわち生産性の低下を引き起こす。また、捕捉した蒸気は陽極に堆積し、いずれは剥がれ落ち皮膜欠陥の原因となるので、陽極の清掃を頻繁に行なう必要を生じるため、生産性の低下を引き起こす。（２）の陽極は（１）の陽極のように蒸気を捕捉することはないが、円筒状アーク蒸発源の長さが長い場合に、アーク放電のスポットを円筒状アーク蒸発源の中央部付近への制御が容易でなく実用的とはいえない。このため、実際の装置は（１）の構成となり、生産性の低下を引き起こしている。
【０００９】
さらに、特許文献３に開示された成膜装置によりＤＬＣなどの被膜をコーティングすると、コーティング膜は成膜対象の基材（基材ホルダも含む）以外のチャンバ内壁、プラズマ発生機構などに付着する。ＤＬＣ膜は絶縁性の膜であるので、これによってプラズマの発生状態が変動し、長時間の安定的な操業が損なわれる。すなわち、この成膜装置では、チャンバに対して基材にバイアス電圧を印加してプラズマを発生している。皮膜は基材に成膜されると同時に、真空チャンバ内の各所にも堆積する。皮膜がＤＬＣのような絶縁性の皮膜である場合は、成膜が進んで膜厚が大きくなれば、基材の表面に堆積した皮膜により基材表面の導電性は次第に失われる。ただ、成膜処理が終了すれば基材は導電性の表面を持つ新たなものと交換されるので、皮膜が堆積し続けて基材表面の導電性が完全に失われることはない。しかし、皮膜は成膜対象の基材以外の部分、たとえば真空チャンバ内壁にも付着する。真空チャンバの内壁は基材のように毎回交換されるものではないので、真空チャンバ側に堆積する絶縁皮膜は、成膜を何回も継続すればするほど厚く堆積する。そして、この堆積した皮膜の膜厚が増加するに連れて、チャンバ内壁の電気的な抵抗が増大し、内壁を一方の電極として発生するプラズマの生成が不安定になったり、操業条件が最適な条件からズレたりする可能性が生じる。このため、基材側に厚い皮膜を形成するための長時間の運転時に不安定な挙動が現れる。また１バッチの処理では影響が発生しない処理であっても操業を繰り返すにつれプラズマが不安定になる現象が発生するため、チャンバ内部の清掃等が頻繁に必要となっている。このため、生産性の低下を引き起こしている。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、成膜条件が異なる場合であっても多数の基材に対して一度に且つ均一に成膜を行うことにより生産性を向上させることのできる真空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】
上記課題を解決するため、本発明の真空成膜装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の真空成膜装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転する状態で保持する複数の自転保持部と、前記複数の自転保持部を前記自転保持部の回転軸と軸心平行な公転軸回りに公転させる公転機構とを備えていて、前記真空チャンバ内において前記自転保持部に保持された基材に皮膜を形成する。この真空成膜装置は、前記複数の自転保持部は複数の群に分けられ、群毎に異なる電位が供給されることを特徴とする。ここで異なる電位とは、印加する電圧が異なることや印加する電圧の波形（パルス化の有無、形状、周波数）が異なることを総称する。
【００１２】
一つ目の本発明の側面では、好ましくは前記群毎にバイアス電源から異なる電位を供給されると良い。好ましくは、基板処理のためのプラズマ照射や、ＡＩＰ蒸発源、スパッタ蒸発源やその他の蒸発源からの皮膜の蒸気を基材に供給可能であることが好ましい。
二つ目の本発明の側面では、好ましくは、前記真空成膜装置は、蒸発源をさらに備え、前記蒸発源が陰極になるように前記蒸発源へ電力を供給する蒸発源用電源と、前記基材へバイアス電圧を供給するバイアス電源とを備え、前記複数の自転保持部は、少なくとも２つの群に分けられ、前記各群は、蒸発源用電源の正極に接続される状態と、バイアス電源に接続される状態を、時間的に交互に繰り返えすと共に、少なくとも一つの群は前記蒸発源の陽極として作動する状態を維持するようにすると良い。一例としては、前記複数の自転保持部は、第１の群および第２の群に分けられ、前記複数の自転保持部は、前記第１の群へ前記蒸発源用電源の正極から電力が供給されるとともに前記第２の群へ前記バイアス電源から負のバイアス電圧が供給される第１の状態と、前記第１の群へ前記バイアス電源からバイアス電圧が供給されるとともに前記第２の群へ前記蒸発源用電源の正極から電力が供給される第２の状態とを、時間的に交互に繰り返されて、電力が供給されると良い。
【００１３】
好ましくは、成膜プロセス中に基材に１００ｎｍの皮膜を形成するために必要な時間をｔ（ｓｅｃ）とするときに、前記第１の状態と前記第２の状態との切替周期Ｔ（ｓｅｃ）は、ｔ＞Ｔ＞１ｍｓｅｃを満足すると良い。
好ましくは、前記蒸発源用電源の正極に接続された群が一つだけの場合に、群の接続を切り替える前に、別の群を蒸発源用電源の正極に接続し、双方へ蒸発源用電源の正極から電力が供給される状態を備えると良い。
【００１４】
好ましくは、前記バイアス電圧を時間的に変化させると良い。
三つ目の本発明の側面では、自転保持部に印加した電圧により前記真空チャンバ内に供給したガスにプラズマを発生させるものであって、自転保持部の各群は、負の電位となりグロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極として動作する状態と、その対極として動作する状態を、時間的に交互に繰り返すものであると良い。特に、前記真空チャンバ内に供給された原料ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源を具備し、前記複数の自転保持部は、前記プラズマ発生電源の一方極に接続された第１の群と、前記プラズマ発生電源の他方極に接続される第２の群とのいずれかに分けられると良い。
好ましくは、前記公転機構は、前記公転軸回りに公転可能とされた公転テーブルを有しており、前記複数の自転保持部の各々は、前記公転テーブルの公転軸から等しい半径で且つ公転軸回りに等間隔となるように配備されていると良い。
【００１５】
好ましくは、前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに１つずつ交番に並んで配備されていると良い。
好ましくは、前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに２つずつ交番に並んで配備されていると良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の真空成膜装置を用いることで、多数の基材に対して一度に且つ均一に成膜を行うことにより生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空成膜装置（アーク蒸発源を搭載したＡＩＰ装置）の斜視図である。
【図２】自転保持部への基材の設置例を示した図である。
【図３】図１の真空成膜装置における回転駆動部近傍の断面の模式図である。
【図４】図１の真空成膜装置の電源接続例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る真空成膜装置（円筒状アーク蒸発源を搭載したＡＩＰ装置）の電源接続例を示す図である。
【図６】図５の真空成膜装置における電源接続のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る真空成膜装置（プラズマＣＶＤ装置）の斜視図である。
【図８】図７の真空成膜装置の電源接続例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る真空成膜装置の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。なお、以下の説明では、異なる実施形態であっても同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
＜第１実施形態＞
［全体構成］
図１は、本発明の真空成膜装置の一例であるＡＩＰ装置（アークイオンプレーティング装置）１０１の全体構成を示している。
【００１９】
このＡＩＰ装置１０１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２内を真空排気する真空排気手段３と、成膜対象である基材Ｗを自転する状態で保持する複数の自転保持部４と、を有している。これら複数の自転保持部４は公転テーブル５に配備されており、このＡＩＰ装置１０１には複数の自転保持部４が設けられた公転テーブル５を自転保持部４の回転軸（自転軸Ｐ）と軸心平行な公転軸Ｑ回りに公転させる公転機構８が設けられている。
【００２０】
なお、本発明において「基材Ｗが自転する」とは、基材Ｗを貫通する軸Ｐ回りに基材Ｗが回転する（スピンする）ことをいう。また、「基材Ｗが公転する」とは、基材Ｗが自分自身から離れた軸Ｑ回りに回転すること、言い換えれば基材Ｗが軸Ｑの周りを周回することをいう。
また、上述したＡＩＰ装置１０１は、真空チャンバ２内に後述する蒸発源６（ここではアーク蒸発源）と、自転保持部４に異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット１０Ａとを備えていて、自転保持部４に保持された基材ＷにＡＩＰ法を用いて皮膜を形成する構成となっている。
【００２１】
上述したＡＩＰ装置１０１の構成をさらに詳しく説明する。
真空チャンバ２は、その内部が外部に対して気密可能とされた筺体である。真空チャンバ２の側方にはこの真空チャンバ２内にある気体を外部に排気してチャンバ内を低圧状態（真空状態）にする真空ポンプ３（真空排気手段）が設けられていて、この真空ポンプ３により真空チャンバ２内は真空状態まで減圧可能である。そして、この真空チャンバ２の内部には、複数の基材Ｗが後述する自転保持部４にそれぞれ保持された状態で収容されている。
【００２２】
第１実施形態のＡＩＰ装置１０１で成膜される基材Ｗは、均一な成膜を可能とするため上下に長尺な円柱状空間内に配備するとよい。
たとえば、基材Ｗが図２（ａ）に示すようなピストンリングである場合は、図２（ａ）のように、積重ねて略円筒状になるように設置するのが良い。好ましくは、積み重ねても周方向の一部が欠落して完全な円筒にならない部分を、必要に応じてカバー１１で開口部分に蓋をすることにより、均一な成膜が可能となる。
【００２３】
また、成膜しようとする基材Ｗが図２（ｂ）に示すような小型部材（たとえば小さなピストンピン）の場合は、円板１２が上下方向に多段に積み重ねられた設置ジグ１３を用意し、それぞれの円板１２に基材Ｗを配備するとよい。そして、この設置ジグ１３を、円柱状空間内に収まるようにすればよい。図２（ｂ）に示すような基材搭載形態は、基材Ｗがドリルやエンドミルのような軸物の工具にも適用可能である。さらに好ましくは、１本１本の基材が搭載状態で各個別に回転するようにジグを構成することも可能である。
【００２４】
さらに、基材Ｗが前記以外の形状物である場合であっても、適宜固定用のジグを製作し、ジグと基材が円柱状空間内に収まるようにすればよい。
自転保持部４は、たとえばその上面が水平となっている円形の載置台である。自転保持部４は、上下方向を向く回転軸回りに回転自在となっており、上面乃至は上方に配備された基材Ｗを回転軸回りに自転させつつ保持できるようになっている。自転保持部４へは給電可能な状態となっており、供給された電圧は基材Ｗにも印加される。
【００２５】
図１に示すＡＩＰ装置１０１の場合、自転保持部４は全部で４つ配備されている。これら４つの自転保持部４は、平面視で一つの円の上に並ぶように公転テーブル５の上面に起立状態で配備されている。
公転テーブル５の中心軸（公転軸Ｑ）は上下方向を向き、この軸回りに公転テーブル５は回転する。公転テーブル５の上面には上述したように複数（４つ）の自転保持部４が、公転テーブル５の公転軸Ｑから等しい距離（半径）となるように且つ公転軸Ｑ回り（周方向）に等間隔を開けて配備されている。この公転テーブル５の下側には、公転テーブル５を公転軸Ｑ回りに回転させる公転機構８が設けられている。
【００２６】
公転機構８は、公転テーブル５の下面から公転軸Ｑに沿って下方に向かって伸びる軸部１４と、この軸部１４を駆動回転させる回転駆動部１５とを有している。このように公転機構８を用いて公転軸Ｑ回りに公転テーブル５を回転させれば、基材Ｗが保持された自転保持部４が公転軸Ｑ回りに公転する。それと同時に、自転保持部４がその軸心回りに回転する構成とされている故、自転保持部４に保持された基材Ｗが自転するようになる。
【００２７】
係る機構により、基材Ｗを真空チャンバ２内で各自転保持部４を自転させつつ全体を公転させながら（自公転させながら）成膜させることが可能となる。
なお、隣り合う基材は、回転位相を考慮したり隣接する基材のサイズの調整などで、自公転時に相互に機械干渉しないように適切に設置する。
ところで、本発明のＡＩＰ装置１０１においては、複数の自転保持部４のそれぞれへ異なる電位のバイアス電圧が供給される。このため、自転保持部４毎にバイアス電圧を変更することにより成膜条件を変更することができる。
【００２８】
詳しくは、公転テーブル５に自転保持部４が全部で４つ配備されている状態においては、図１の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」で示される各自転保持部４は、異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット１０Ａの一方の電極に接続されている。
なお、各自転保持部４へ異なる電位のバイアス電圧を供給するためには、自転軸Ｐにそれぞれブラシ機構を設け、このブラシ機構を通じてそれぞれの電圧を印加するとよい。自転軸Ｐはベアリング機構を介して回転時自在に保持されているが、このベアリング機構を通じて電圧を印加するようにしてもよい。
【００２９】
以下、この回転機構および給電機構について説明する。
［回転機構および給電機構］
図３は、ＡＩＰ装置１０１の回転駆動部１５近傍の断面の模式図である。図３に示すように、このＡＩＰ装置１０１は、各自転保持部４に異なる電位を与えることが可能な構成となっている。「個別に異なる電位」というのは、自転保持部４毎に異なる電位を与えること、必要に応じて、自転保持部４をいくつかの群（たとえば２群、３群）に分けて、群別に電位を与えることを含む。上述したように、図１の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」で示される自転保持部４を、異なる４つの電位のバイアス電圧を供給する電源ユニットに接続すると、自転保持部４毎に異なる電位を与えることになる。図１の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」で示される自転保持部４を、「Ａ」と「Ｃ」とで１つの第１群として、「Ｂ」と「Ｄ」とで１つの第２群として、第１群と第２群とで異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット１０Ａの一方の電極に接続すると、自転保持部４を２つの群に分けて、群別に電位を与えることになる。なお、公転テーブル５上の自転保持部４の数は、後述するように、６本や８本であっても構わないし、自転保持部４を３つ以上の群に分けても構わないし、４つの自転保持部４毎に異なるバイアス電位を印加するようにしても構わない。
【００３０】
バイアス電源から供給される電位は、負の直流電圧であることが多いが、時間的に値を変化させたり、交流であったり、間欠的に正の電圧を含むパルス状の波形であったりしても良い。
このＡＩＰ装置１０１の公転テーブル５は、真空チャンバ２の底面側に取り付けられ、公転ベアリング１５５と回転軸シール１５６を介して真空チャンバ２に対して公転可能に、また、公転時であっても真空チャンバ２内の真空を保持可能に、取り付けられ、ドライブギヤ１５３（またはプーリー）などの機構により、Ｑ軸を回転軸として公転する。なお、公転テーブル５は、軸部１５２（１４）と一体的に形成されている。
【００３１】
公転テーブル５には、複数（ここでは４つ）の自転保持部４をＰ軸を回転軸として自転可能に支持する自転軸１６４が自転自転ベアリング１６１を介して取り付けられ、自転軸１６４に取り付けられたギア１６０が、固定ギア１５４とかみ合い、公転テーブル５の公転により自転軸１６４が公転すると、固定ギア１５４とギア１６０とのかみ合いによって、自転軸１６４が自転する。自転軸１６４の自転により、自転保持部４がＰ軸を回転軸として自転する。なお、固定ギア１５４は図３では、自転軸１６４の内側（Ｑ軸側）に設置したが、外側に設置しても構わない。
【００３２】
加えて、自転軸１６４の上部には、絶縁物１６３を介して、基材Ｗを直接搭載するための自転テーブル１６２（図では円板状）が設けられている。自転テーブル１６２にはブラシ１５８を介してバイアス電圧が供給可能に構成されている。なお、公転テーブル５とブラシ１５８とは絶縁部材１５９により絶縁されている。自転テーブル１６２は、公転テーブル５を介した電気的接続はなく、各自転テーブル１６２毎に異なる電位のバイアス電圧を印加することが可能である。
【００３３】
公転テーブル５の中央部には、電圧フィードスルー１５７があり、公転テーブル５の下方から供給されたバイアス電圧が、真空を維持し、かつ、電気的絶縁も維持して、公転テーブル５の上方に供給される。供給されたバイアス電圧は、配線によってブラシ１５８に接続され、ブラシ１５８から自転テーブル１６２へ、自転テーブル１６２から基材Ｗへの経路でバイアス電圧が基材Ｗへ印加される。
【００３４】
各自転テーブル１６２へバイアス電圧を与えるブラシ１５８は、公転テーブル５上に設けられた自転保持部４の数だけ存在する。上述したように、各自転保持部４毎に、または、いくつかの群に分けてバイアス電圧を供給する。したがって、電圧フィードスルー１５７には、自転軸の数だけ、または群の数だけ電極が設けられる。電圧フィードスルー１５７には、電源ユニット１０Ａからスリップリング１５１を介して回転可能な状態でバイアス電圧が加えられる。
【００３５】
なお、電源ユニット１０Ａの構成は様々な態様がある。本実施の形態においては、自転保持部４の数または群の数に相当するバイアス電源を設けて、各バイアス電源のそれぞれの一方の極が自転保持部４のそれぞれに接続される。たとえば、図４に示すように、電源ユニット１０Ｂは、公転テーブル５に搭載された自転保持部４の数（４つ）に等しいバイアス電源１０Ｂ１〜１０Ｂ４を備える。バイアス電源１０Ｂ１〜１０Ｂ４の一方極を、４極のスリップリング１５１の固定側ブラシホルダー（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ接続する。
【００３６】
これにより、バイアス電源１０Ｂ１のバイアス電圧が図１および図４の「Ａ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、バイアス電源１０Ｂ２のバイアス電圧が「Ｂ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、バイアス電源１０Ｂ１のバイアス電圧が「Ｃ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、バイアス電源１０Ｂ１のバイアス電圧が「Ｄ」を付記した自転保持部４に搭載された基材Ｗに、それぞれ印加される。ここで、電源ユニット１０Ｂは、公転テーブル５に搭載された自転保持部４の数または自転保持部４を２以上の群に分けた場合には群の数に等しいバイアス電源を備えるものに限定されない。１台のバイアス電源であっても複数の電位の電力を自転保持部４の基材Ｗに供給できれば、１台でも構わない。
【００３７】
なお、図４には、皮膜供給源としてのアーク蒸発源６を記載している。さらに、ヒータによる加熱や、プロセスガス導入を可能とする構成も好ましい。また、皮膜供給源としては、アーク蒸発源６に替えてスパッタ蒸発源やるつぼ型蒸発源を使用しても良い。また、自転公転の機構は、回転軸が鉛直方向に向いているとしたが、回転軸の方向に限定はなく、例えば回転軸が水平方向であっても良い。
【００３８】
［成膜処理］
このＡＩＰ装置１０１では、各自転保持部４に対して、個別に異なる電位のバイアス電圧を与えることできる。このため、成膜プロセスにおいて、自転保持部４によって異なるバイアス電位を印加して処理を行なうことができる。成膜プロセスにおいて、異なったバイアス電圧を印加可能であるので、バイアス電圧が異なる自転保持部４毎で異なる膜質を形成することができる。たとえば、ＡＩＰ法によるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜形成において、自転保持部４単位で、高い負のバイアス電圧（一例として、−１５０Ｖ〜−３００Ｖ）と低い負のバイアス電圧（一例として、−１０Ｖ〜−１００Ｖ）とに分けて印加することによって、異なる応力レベルを有する皮膜を、１回の処理で、形成することが可能になる。
【００３９】
また、成膜プロセスにおいて、異なったバイアス電圧を印加可能であるので、自転保持部４毎で異なる入熱条件を得ることができる。たとえば、ＡＩＰ法によるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜形成において、自転保持部４単位で、相対的に熱容量の大きな基材Ｗを搭載した自転保持部４には高い負のバイアス電圧、相対的に熱容量の小さい基材Ｗを搭載した自転保持部４には低い負のバイアス電圧を印加することによって、熱容量の異なる基材Ｗを混在して搭載するにも関わらず、均一な温度の処理が、同一の１回の処理で、可能になる。
【００４０】
さらに、成膜に先立って行なうイオンボンバード処理（アーク蒸発源から金属イオンを照射しながら負の高電圧を加えて表面を清浄化する処理）において、自転保持部４毎で異なるバイアス電圧を印加可能であるので、バイアス電圧が異なる自転保持部４毎で異なるボンバード時の入熱条件を得ることができる。たとえば、ＡＩＰ法によるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜形成において、温度の上昇しにくい基材Ｗを搭載した自転保持部４へは高い負のバイアス電圧を印加し、温度上昇により基材の軟化が発生し易い小径のハイスドリルを搭載した自転保持部４には低い負のバイアス電圧を印加することによって、過熱しやすい基材の過熱を防ぎつつ、径の太い工具には十分なボンバード効果がある処理が、同一の１回の処理で、可能になる。
【００４１】
以上のように、いずれの場合であっても、従来技術の装置では、処理を複数回に分けて行なう必要があったが、本実施形態に係るＡＩＰ装置１０１では、同一の１回の処理で、可能になる。
［真空成膜方法］
以上のような構成を備えたＡＩＰ装置１０１を用いた、成膜処理を含む全体のプロセスは、以下のようになる。なお、上述したようにこのＡＩＰ装置１０１は、皮膜供給源としてのアーク蒸発源６を備える。
【００４２】
（１）基材Ｗセット〜真空排気
まず、図１および図４に示す如く、真空チャンバ２内に配置した公転テーブル５上に自転保持部４が公転軸Ｑを中心として９０°ごとに４軸配備されたＡＩＰ装置１０１を用いて、ＡＩＰ法により皮膜を実際に成膜する場合を考える。
まず、基材Ｗを自転保持部４に設置する。基材Ｗは自転保持部４の上に載置して固定してもよいし、設置ジグ１３を用いて基材Ｗを自転保持部４の上に載置してもよい。
【００４３】
このようにして基材Ｗが用意されたら、真空ポンプ３（真空排気手段３）を用いて真空チャンバ２内を高真空状態まで排気する。
（２）加熱（オプショナルな工程）
必要に応じて、真空チャンバ２内の輻射加熱機構（ヒータ）により、基材Ｗの予備加熱を行なう。このとき、軸Ｑを回転軸として公転させるとともに、軸Ｐを回転軸として自転させる。
【００４４】
（３）イオンボンバード処理
このＡＩＰ装置１０１が搭載している皮膜供給源がアーク蒸発源６であるので、アーク蒸発源６でアーク放電を発生させ、基材Ｗに数百Ｖ〜１５００Ｖの負のバイアス電圧を加えて表面清浄化の処理を行なう。このとき、軸Ｑを回転軸として公転させるとともに、軸Ｐを回転軸として自転させる。
【００４５】
このイオンボンバード処理において、このＡＩＰ装置１０１では、自転保持部４毎に異なる電位のバイアス電圧を印加可能であり、清浄化の程度や温度上昇の程度を自転保持部４毎に調整可能である。このため、イオンボンバード処理について異なる処理条件が要求される基材Ｗを混載した場合にも、それぞれに適した条件でこの処理が可能となる。
（４）成膜
アーク蒸発源６でアーク放電を発生させ、反応ガス（窒素等）を導入しつつ、基材Ｗに数十Ｖから３００Ｖの範囲の負のバイアス電圧を加えながら皮膜形成を行う。このとき、軸Ｑを回転軸として公転させるとともに、軸Ｐを回転軸として自転させる。
【００４６】
この成膜処理において、このＡＩＰ装置１０１では、自転保持部４毎に異なる電位のバイアス電圧を印加可能であり、バイアス電圧の印加条件を変更することにより、基材Ｗに形成される膜質や、基材Ｗの温度を自転保持部４毎に調整可能である。このため、異なる処理条件が要求される基材を混載した場合にも、それぞれに適した条件で処理が可能となる。また、処理条件を探索する工程にあっては、１回の処理で、多様な条件の皮膜が形成可能であるので、条件の探索するために必要な時間を短縮することができる。
【００４７】
［効果］
以上のように、本実施形態に係るＡＩＰ装置１０１によると、自転保持部４毎または２以上の群に自転保持部４を分けて群毎に印加するバイアス電圧を異ならせることができる。このため、異なる応力レベルを有する皮膜を、同一の１回の処理で、形成することが可能になる。また、熱容量の異なる基材Ｗを混在して処理するにも関わらず、均一な温度の処理が、同一の１回の処理で、可能になる。また、過熱しやすい基材Ｗの過熱を防ぎつつ、温度上昇しにくい基材Ｗには十分なボンバード効果がある処理が、同一の１回の処理で、可能になる。従来技術の装置では、処理を複数回に分けて行なう必要があったことに比較して大幅に効率が向上する。
【００４８】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の真空成膜装置の一例であるＡＩＰ装置１０２について説明する。なお、図２および図３を用いた説明は、第１実施形態と同じであるため、ここでは繰り返さない。また、ＡＩＰ装置１０２の全体構成は、自転保持部４の数を除き図１と同じである。
［全体構成］
図５は、第１実施形態の図４に対応する、ＡＩＰ装置１０２の電源接続例である。このＡＩＰ装置１０２は、円筒状アーク蒸発源６１を備える。また、公転テーブル５上に８つの自転保持部４が搭載され、８つの自転保持部４は、Ａ群とＢ群とに分けられている。この円筒状アーク蒸発源６１を、８つの自転保持部４が取り囲むように真空チャンバ２の中心に設けている。
【００４９】
なお、真空チャンバ２内部は真空排気手段（真空ポンプ）３により真空に排気可能で、真空チャンバ２の中央部には円筒状アーク蒸発源６１が設けられている。また、成膜を実施するプロセスによっては、ヒータによる加熱、プロセスガス導入（図示なし）も可能になっている。
このＡＩＰ装置１０２においては、電源ユニット１０Ｃにより基材Ｗに給電される。電源ユニット１０Ｃは、アーク電源１０Ｃ１と、バイアス電源１０Ｃ２と、切替スイッチ１０Ｃ３とで構成される。図５（ｂ）に示す「Ａ」は、図５（ａ）に示す「Ａ」が付された４つの自転保持部４を示し、図５（ｂ）に示す「Ｂ」は、図５（ａ）に示す「Ｂ」が付された４つの自転保持部４を示す。
【００５０】
このＡＩＰ装置１０２では、自転保持部４のＡ群およびＢ群は、切替スイッチ１０Ｃ３により、アーク電源１０Ｃ１の正極またはバイアス電源１０Ｃ２の負極に接続される。この電源ユニット１０Ｃおよび切替スイッチ１０Ｃ３について説明する。
切替スイッチ１０Ｃ３を作動させて、２つの群を、
ａ）アーク蒸発源６の陽極として作動する電位とするためにアーク電源１０Ｃ１の正極に接続される期間、
ｂ）基材Ｗに入射するイオンのエネルギーを制御するためのバイアス電圧１０Ｃ２の電位とするためにバイアス電源の負極に接続される期間
、を時間的に交互に繰り返す。
【００５１】
［成膜処理］
以上のような構成を備えたＡＩＰ装置１０２を用いた成膜方法の全体のプロセスの中で第１実施形態と異なる成膜処理について、図６を参照して説明する。図６は、成膜処理における切替スイッチ１０Ｃ３の動作を示すタイミングチャートである。
時刻ｔ（０）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＡ（１）を接続するとともにスイッチＢ（２）を接続する。このとき、スイッチＢ（１）およびスイッチＡ（２）は遮断されている。時刻ｔ（０）〜時刻ｔ（１）の期間を第１の状態とする。一般的には、Ｎ＝１、２、３、・・・として、時刻ｔ（４Ｎ−４）〜時刻ｔ（４Ｎ−３）の期間が第１の状態である。
【００５２】
第１の状態では、Ａ群の基材Ｗは、アーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。円筒状アーク蒸発源６１でアーク放電を発生させると、Ａ群の基材Ｗは、アーク放電の陽極として機能する。Ｂ群の基材Ｗは、バイアス電源１０Ｃ２の負極に接続される。Ｂ群の基材Ｗには、バイアス電圧が印加される。このとき、基材Ｗは自公転されて、Ａ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗともに円筒状アーク蒸発源６１からの蒸気により被覆される。このとき、Ａ群の基材Ｗにはバイアス印加のない皮膜が形成され、Ｂ群の基材Ｗにはバイアスが印加された状態で皮膜が形成される。
【００５３】
時刻ｔ（１）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＢ（２）を遮断して、スイッチＢ（１）を接続する。これにより、Ｂ群の基材Ｗがアーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。その後、時刻ｔ（２）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＡ（１）を遮断して、スイッチＡ（２）を接続する。
このとき、アーク放電の安定性の観点から、スイッチＡ（１）およびスイッチＢ（１）の両方が接続されている期間（時刻ｔ（１）〜時刻ｔ（２）の期間）はわずかに重なるとよい。
【００５４】
時刻ｔ（２）〜時刻ｔ（３）の期間を第２の状態とする。一般的には、Ｎ＝１、２、３、・・・として、時刻ｔ（４Ｎ−２）〜時刻ｔ（４Ｎ−１）の期間が第２の状態である。
第２の状態では、Ｂ群の基材Ｗは、アーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。円筒状アーク蒸発源６１でアーク放電を発生させると、Ｂ群の基材Ｗは、アーク放電の陽極として機能する。Ａ群の基材Ｗは、バイアス電源１０Ｃ２の負極に接続される。Ａ群の基材Ｗには、バイアス電圧が印加される。このとき、基材Ｗは自公転されて、Ａ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗともに円筒状アーク蒸発源６１からの蒸気により被覆される。このとき、Ｂ群の基材Ｗにはバイアス印加のない皮膜が形成され、Ａ群の基材Ｗにはバイアスが印加された状態で皮膜が形成される。
【００５５】
時刻ｔ（３）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＡ（２）を遮断して、スイッチＡ（１）を接続する。これにより、Ａ群の基材Ｗがアーク電源１０Ｃ１の正極に接続される。その後、時刻ｔ（４）において、切替スイッチ１０Ｃ３は、スイッチＢ（１）を遮断して、スイッチＢ（２）を接続する。アーク放電の安定性の観点から、スイッチＡ（１）およびスイッチＢ（１）の両方が接続されている期間（時刻ｔ（３）〜時刻ｔ（４）の期間）はわずかに重なるとよいのは、上述した通りである。
【００５６】
このように、公転テーブル５上のＡ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗのうち少なくともひとつは、アーク放電の陽極として動作可能な電位になっている。その基材Ｗを陽極の電極とするため、アーク放電は、特別な陽極が無くても安定的に維持可能である。そして、その期間、バイアス電圧の電位にある他の基材Ｗには、バイアス電圧が印加されて膜質が制御された状態で皮膜形成を行うことができる。
【００５７】
ところで、陽極の電位にあった基材Ｗ上には、陽極として動作中にはバイアスの印加されない皮膜が形成されるが、所定の周期で、バイアスが印加された状態となり、その間はバイアスによる膜質の制御が可能となる。そして、印加するバイアス電圧の条件は、基材Ｗが陽極の電位で動く期間があることを考慮した水準に設定することにより、所期の膜質の皮膜形成が行われる。
【００５８】
膜質と言う観点では、バイアス電圧が印加されない状態で１００ｎｍを越える成膜を行なうのは、当該層の脆弱さが全体の膜質に著しく影響すると考えられるために問題となる。好ましくは、陽極電位の間に継続的に皮膜が成長する厚みは１０ｎｍ以下とすると膜質面の懸念は少なくなる。膜質という観点では、切替の時間は早いほど好ましいが、アーク電源から出力される大電流の切替の容易性という点からは、切替の周期は１ｋＨｚを超える周波数では問題があり、実際的な観点から１００Ｈｚ以下とするのが好ましい。
【００５９】
以上より、ｔを成膜プロセス中に基材に１００ｎｍの皮膜を形成するために必要な時間（ｓｅｃ）とするときに、切替周期Ｔ（ｓｅｃ）は、ｔ＞Ｔ＞１ｍｓｅｃを満足することが好ましい。
このような周期が繰り返し行われる。このようにすることにより、すなわち、上述した２つの時間区分を交互に繰り返すことにより、ＡＩＰ法による皮膜形成をＡ群の基材ＷおよびＢ群の基材Ｗの両方に行うことが可能となる。
【００６０】
なお、以上の説明はＡＩＰ法による皮膜形成を例に説明を行ったが、蒸発源としてスパッタ蒸発源を使うことも出来る。
［効果］
従来技術の装置では、自転保持部４は同一電位にあるため、膜質制御のためにバイアス電圧をかける場合には、円筒状アーク蒸発源６１の周囲に配置した陽極が必須になる。このような陽極が存在すると、陽極に蒸気が付着することで、成膜速度が低下して生産性を損なうとともに、陽極に堆積した皮膜が剥がれて皮膜の欠陥等を引き起こす場合があった。このＡＩＰ装置１０２では、このような問題も発生しない。
【００６１】
なお、各自転保持部４の電位は必ずしもアーク放電の陽極電位とバイアス電位との間で急激に変化する必要はなく、必要に応じて、上述したように、フローティング状態や接地状態を経由しても良い。
また、バイアス電圧を印加している期間中のバイアス電圧は必ずしも一定である必要はなく、特に、切替の周期が相対的に長い場合には、切替の周期よりも十分に早い周期で、パルス状に電圧を印加する等は好ましい。
【００６２】
また、本実施形態においては、自転保持部４を２群に分けて説明したが、さらに多くの群に分けても構わない。このとき、少なくとも、ひとつの群（または１つの自転保持部４）は、いかなるタイミングでも、アーク放電の陽極として作用するようにする必要がある。
＜第３実施形態＞
以下、本発明の真空成膜装置の一例であるプラズマＣＶＤ装置１０３について説明する。なお、図２および図３を用いた説明は、第１実施形態と同じであるため、ここでは繰り返さない。また、図１を用いた説明は、第１実施形態のＡＩＰ装置１０１をプラズマＣＶＤ装置１０３と読み替えればよい部分についてはここでは繰り返さない。
【００６３】
［全体構成］
図７は、第１実施形態の図１に対応する、プラズマＣＶＤ装置１０３の全体構成を示し、図８は、第１実施形態の図４および第２実施形態の図５に対応する、プラズマＣＶＤ装置１０３の電源接続例である。このプラズマＣＶＤ装置１０３は、公転テーブル５上に６つの自転保持部４が搭載され、６つの自転保持部４は、Ａ群とＢ群とに分けられている。
【００６４】
図８に示すように、上述したプラズマＣＶＤ装置１０３は、真空チャンバ２内に原料ガスを含むプロセスガスを供給するガス供給部９と、真空チャンバ２内に供給されたプロセスガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源１０とを備えていて、自転保持部４に保持された基材ＷにプラズマＣＶＤ法を用いて皮膜を形成する構成となっている。
このガス供給部９は、ＣＶＤ皮膜の形成に必要な原料ガスや、成膜をアシストするアシストガスを、ボンベ１６から所定量だけ真空チャンバ２内に供給する構成とされている。
【００６５】
プロセスガスとしては、具体的には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン、非晶質カーボン膜）などのカーボン系のＣＶＤ皮膜を成膜する場合には、炭化水素（アセチレン、エチレン、メタン、エタン、ベンゼン、トルエンなど）を含む原料ガスに、不活性ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性ガスをアシストガスとして加えたものが用いられる。また、シリコン化合物系のＣＶＤ皮膜（ＳｉＯｘ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＣＮ膜）を成膜する場合には、シリコン系有機化合物（モノシラン、ＴＭＳ、ＴＥＯＳ、ＨＭＤＳＯなど）やシランなどシリコン含む原料ガスに、酸素などの反応ガスを加え、さらにアルゴンなどの不活性ガスをアシストガスとして加えたものを用いることができる。なお、ＣＶＤ皮膜としては、上述したもの以外にも、ＴｉＯｘ膜、ＡｌＯｘ膜、ＡｌＮ膜などを成膜することができる。
【００６６】
また、主たる原料ガスに少量の添加原料ガスを混合させることもある。たとえば、ＤＬＣ皮膜の形成の際に、炭化水素を主たる原料ガスとして、シリコン系有機化合物ガスを少量添加することにより、ＤＬＣ中にＳｉを含む皮膜を形成することができる。あるいは、ＤＬＣ皮膜の形成の際に、炭化水素を主たる原料ガスとして、金属を含有する原料ガス（例として、ＴｉＰＰ（チタニウムイソプロポキサイド）やＴＤＭＡＴ（テトラジメチルアミノチタン））を少量添加することで、ＤＬＣ中に金属（例ではチタン）を含む皮膜を形成することができる。
【００６７】
なお、これらの原料ガス、反応ガスおよびアシストガスは、使用するガスの種類を適宜組みあわせて用いることができる。
また、図８の如く、真空チャンバ２内に別の皮膜供給源６（スパッタ源、アーク蒸発源など）を設けるようにしても良い。
一方、このプラズマＣＶＤ装置１０３に備えられたプラズマ発生電源１０は、真空チャンバ２内に供給したプロセスガスにグロー放電を発生させて、プラズマを発生させるために用いるもので、交流の電力を供給する。このプラズマ発生電源１０が供給する交流の電力としては、正弦波の波形に従って電流や電圧が正負に変化する交流だけでなく、パルス状の波形に従って正負に入れ替わる矩形波の交流を用いても良い。また、この交流には、連続した同一極性のパルス群が交互に現れるものや、正弦波の交流に矩形波を重畳したものを用いることもできる。なお、実際のプラズマ発生中の電圧波形は、プラズマ生成の影響によって歪む場合がある。また、プラズマが発生すると交流電圧のゼロレベルがシフトし、各電極の電位を接地電位に対して測定すると、マイナス側電極に印加電圧の８０−９５％が、プラス側電極に印加電圧の５−２０％が加わるのが観察される。プラズマ発生時のマイナス側電極は、プラズマ中の正イオンを引き込むと共に、該正イオンの衝撃により電子を放出しプラズマに電子を供給し、グロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極となる。プラス側電極はプラズマ中の電子を引き込む状態にありグロー放電プラズマ生成の対極となる。
【００６８】
プラズマ発生電源１０から供給される交流は、その周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚが好ましい。周波数が１ｋＨｚ未満では皮膜のチャージアップが起り易く、１ＭＨｚを超える周波数の電力を自転公転する基材に伝達する機構が難しいからである。さらに電源の入手性等を考慮すると、１０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲とするのがなお好ましい。また、プラズマ発生電源１０から供給される交流の電圧は、波高値でグロー放電の維持に必要な３００〜３０００Ｖが好ましい。さらに、プラズマ発生電源１０から供給される交流の電力は、基材Ｗの表面積によって変動するが、単位面積あたりの電力で０．０５〜５Ｗ／ｃｍ2程度の電力密度であるのが好ましい。
【００６９】
このような周波数、電圧、電力（電力密度）の交流電流を真空チャンバ２内に配備された一対の電極間に作用させれば、グロー放電が電極間に発生し、発生したグロー放電で真空チャンバ２内に供給されたプロセスガスが分解されてプラズマが発生する。そして、プラズマにより分解されたこれらのガス成分が電極表面に堆積することで、ＣＶＤ皮膜の成膜が行われる。つまり、一対の電極のいずれかに基材Ｗを用いれば、基材Ｗの表面にＣＶＤ皮膜を成膜することが可能となる。
【００７０】
なお、真空チャンバ２内には、基材の温度を制御して膜質を調整する加熱ヒータ１７が適宜配備されていても良い。
ところで、図８に示すように、本発明のプラズマＣＶＤ装置１０３においては、複数の自転保持部４の半数が、プラズマ発生電源１０の一方極に接続された第１の群１８とされている。併せて、複数の自転保持部４の残り半数が、プラズマ発生電源１０の他方極に接続された第２の群１９とされている。互いに異なる極性とされた第１の群１８の自転保持部４に保持された基材Ｗと、第２の群１９の自転保持部４に保持された基材Ｗとの間にプラズマが発生できる。
【００７１】
詳しくは、公転テーブル５に自転保持部４が全部で６つ配備されている状態においては、図８の「Ａ」で示される第１の群１８の自転保持部４は全部で３つ、また図８の「Ｂ」で示される第２の群１９の自転保持部４も全部で３つ存在していて、第１の群１８に属する自転保持部４の数と第２の群１９に属する自転保持部４の数とは同数となっている。
これらの自転保持部４については、第１の群１８に属する自転保持部４の両隣に第２の群１９の自転保持部４が設けられ、これらの第２の群１９の自転保持部４のさらに隣に別の第１の群１８に属するある自転保持部４が設けられている。つまり、第１の群１８に属する自転保持部４と第２の群１９に属する自転保持部４とは、公転テーブル５の公転軸Ｑ回りに１つずつ交番に（交互に）並ぶように配備されている。
【００７２】
そして、第１の群１８に属する３つの自転保持部４はいずれも、プラズマ発生電源１０の一方の電極に接続されている。また第２の群１９に属する３つの自転保持部４はいずれもプラズマ発生電源１０の他方の電極に接続されている。つまり、電圧印加中は、第１の群１８に属する自転保持部４と、第２の群１９に属する自転保持部４とは、常に逆の極性となっている。
【００７３】
なお、各自転保持部４を上記した極性とするためには、公転軸Ｑならびに自転軸Ｐにそれぞれブラシ機構（図示略）を設け、このブラシ機構を通じてそれぞれの極性の電圧を印加するとよい。公転軸Ｑおよび自転軸Ｐはベアリング機構を介して回転時自在に保持されているが、このベアリング機構を通じて電圧を印加するようにしてもよい。
［成膜方法］
以上のような構成を備えたプラズマＣＶＤ装置１０３を用いた成膜方法の全体のプロセスの中で第１実施形態と異なる成膜処理について説明する。
【００７４】
基材Ｗをセットして、真空チャンバ２内を高真空状態にする。次に、必要に応じて、Ａｒ等の不活性ガスやＨ2やＯ2などのガスをガス供給部９を用いて真空チャンバ２内に供給し、プラズマ発生電源１０から電力を供給して基材Ｗ間に表面清化のためのグロー放電を発生させても良い（イオンボンバード処理）。また、上述した加熱ヒータ１７を用いて、自公転する基材Ｗに対して予備加熱を行っても良い。また、真空チャンバ２内に別の皮膜供給源６（スパッタ源、アーク蒸発源など）を設けた場合には、これらの皮膜供給源を利用して、プラズマＣＶＤによる皮膜と基材の間に挿入する中間層を形成してもよい。
【００７５】
この後、ガス供給部９を用いてプロセスガスを真空チャンバ２内に供給し、真空チャンバ２内は成膜に適した０．１〜１０００Ｐａの圧力に保持する。
成膜にあたっては、プラズマ発生電源１０から交流の電力を供給して、第１の群１８に属する自転保持部４の基材Ｗと第２の群１９に属する自転保持部４の基材Ｗとの間にグロー放電を発生させ、基材Ｗ間に成膜に必要なプラズマを発生させる。
【００７６】
成膜時の圧力は成膜しようとするＣＶＤ皮膜（プロセスガスや反応性ガス）の種類によって好適な値は異なるが、０．１Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の圧力が好ましい。上述したように０．１Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の圧力にすることで、安定したグロー放電を発生させることが可能となり、良好な成膜速度で成膜を行うことが可能となる。なお、気体中での反応に伴うパウダー生成を抑制する観点では成膜時の圧力はさらに１００Ｐａ以下の圧力が好ましい。
【００７７】
また、プラズマ発生電源１０から供給される交流の電圧は、グロー放電の維持に必要な３００Ｖ〜３０００Ｖの間（両極間の電圧の波高値）となる。さらに、プラズマ発生電源１０から供給される交流の出力電力は、単位面積あたりの電力に換算すると０．０５〜５Ｗ／ｃｍ2程度が好ましい。
このようにプラズマ発生電源１０から供給される交流の電圧および電力を調整した上で、基材Ｗを自転保持部４ごと自公転させれば、周方向に隣り合う基材Ｗ（近接する基材Ｗ）の間に安定したグロー放電が発生し、基材Ｗの表面に膜厚が均一なＣＶＤ皮膜を形成することが可能となる。
【００７８】
成膜処理が終わったら、プラズマ発生電源１０の出力、プロセスガスの導入を停止し、成膜を終了する。基材Ｗ温度が高い場合には、必要に応じて温度低下を待ち、真空チャンバ２内を大気に開放し、基材Ｗを取外す。このようにすれば、表面にＣＶＤ皮膜が形成された基材Ｗを得ることが可能となる。
上述したように、互いが逆極性とされた第１の群１８の自転保持部４と第２の群１９の自転保持部４とを周方向に交番（交互）に配置すれば、周方向に隣り合う自転保持部４に保持される基材Ｗ間に必ず電位差が生じて、両者の間に確実にグロー放電が発生する。そして、プラズマ発生電源１０の正負が入れ替われば、周方向に隣り合う自転保持部４の極性も入れ替わり、引き続き両者間にグロー放電が発生する。それ故、多数の基材Ｗに対して一度に且つ均一に成膜を行うことが可能となる。
【００７９】
すなわち、第１の群１８に属する自転保持部４の基材Ｗが作用極として働いてこの基材Ｗ側にＣＶＤ皮膜が成膜されているときには、第２の群１９に属する自転保持部４の基材Ｗが対極（反対極）となる。そして、プラズマ発生電源１０の正負が入れ替われば、第２の群１９に属する自転保持部４の基材Ｗが作用極となり、第１の群１８に属する自転保持部４の基材Ｗが対極となる。
【００８０】
［効果］
以上のように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１０３によると、基材Ｗは対極となっても、公転テーブル５や真空チャンバ２の筐体が対極になることはない。それ故、これらの部材はプラズマ生成のためのグロー放電発生用電極としては作用せず、仮に絶縁皮膜が長時間の運転で厚く堆積したとしても、プラズマの不安定化が発生せず、膜質や厚みにバラツキのないＣＶＤ皮膜を安定的に生産することも可能となる。また、これらの部材は放電発生電極として作用していないため、原料ガスを分解するプラズマに直接的にはさらされず、このため、従来技術に比べてこれらの部材には皮膜が堆積しにくい。このため、皮膜の厚い堆積が原因となるフレークの飛散も起りにくく、皮膜欠陥も発生しにくい。なお、金属含有のＤＬＣに代表される皮膜は皮膜自身がやや導電性を示すが、この場合も真空チャンバ２の筐体等に皮膜が堆積しにくく、フレークの飛散が起こりにくく、皮膜欠陥が発生しにくいとの効果は残る。加えて、金属含有ＤＬＣのような一定の導電性の皮膜を基材に形成する場合であっても、プラズマが弱いチャンバ部には膜質の悪い絶縁性を帯びた皮膜が形成される場合があり、このような場合にはプラズマの不安定化防止の効果も現れる。
【００８１】
なお、第３の実施形態に関しては、最も好適な実施形態を例として説明を行なったが、技術の本質的な要素は、自公転テーブル上に配置した基材Ｗを群に分割して、各郡が、グロー放電プラズマを生成するときにプラズマ生成に主体的に機能する負電位にある作用極として作用する期間と、その対極として作用する期間を時間的に交互に繰り返す点にある。このことによって、真空チャンバ等の部材をプラズマ生成に関与する役割から開放し、仮にそれらが絶縁膜で覆われたとしてもプラズマが不安定になるなどの悪影響を与えないようにするものである。
【００８２】
このような視点からすると、第３の実施形態の範囲は、１台のプラズマ発生電源の両極に接続された、２群の自転保持部を有する上記の実施例に限定されるものではない。例えば、自転保持部を３群に分割し、負電位にありグロー放電プラズマ生成の作用極となる期間、その対極として作用する期間、プラズマ発生の電源回路から切り離されプラズマ生成に特に役割を果たさない期間を、役割の位相をずらしてそれぞれ時間的に繰り返すことも本発明の技術的範囲に含まれる。あるいは例えば、自転保持部を３群に分割し、各郡は負電位にありグロー放電プラズマ生成の作用極として動作する時間的割合を２／３、その対極として作用する時間的割合を１／３として、これを各群が位相をずらしてそれぞれ時間的に繰り返すことも本発明の実施の一形態となる。さらに例えば自転保持部を３群に分割し、ここに３相交流の電力を加えるのも本発明の実施の一形態となる。
【００８３】
また、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、さらには、実施形態の組合せも可能で、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、たとえば、運転条件や操業条件、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事項を採用している。
【符号の説明】
【００８４】
１０１ 真空成膜装置（第１実施形態のＡＩＰ装置）
１０２ 真空成膜装置（第２実施形態のＡＩＰ装置）
１０３ 真空成膜装置（第３実施形態のプラズマＣＶＤ装置）
２ 真空チャンバ
３ 真空排気手段（真空ポンプ）
４ 自転保持部
５ 公転テーブル
６ 皮膜供給源
８ 公転機構
９ ガス供給部
１０ プラズマ発生電源
１０Ａ 電源ユニット（第１実施形態）
１０Ｂ 電源ユニット（第２実施形態）
１０Ｃ 電源ユニット（第３実施形態）
１１ カバー部材
１２ 円板
１３ 設置ジグ
１４ 軸部
１５ 回転駆動部
１６ ボンベ
１７ 加熱ヒータ
１８ 第１の群
１９ 第２の群
Ｐ 自転軸
Ｑ 公転軸
Ｗ 基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転する状態で保持する複数の自転保持部と、前記複数の自転保持部を前記自転保持部の回転軸と軸心平行な公転軸回りに公転させる公転機構とを備えており、前記真空チャンバ内において前記自転保持部に保持された基材に皮膜を形成する真空成膜装置であって、
前記複数の自転保持部は複数の群に分けられ、群毎に異なる電位が供給されることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記群毎に異なる電位の電力は、バイアス電源から供給されることを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記真空成膜装置は、蒸発源をさらに備え、
前記蒸発源が陰極になるように前記蒸発源へ電力を供給する蒸発源用電源と、前記基材へバイアス電圧を供給するバイアス電源とを備え、
前記複数の自転保持部は、少なくとも２つの群に分けられ、
前記各群は、蒸発源用電源の正極に接続される状態と、バイアス電源に接続される状態を、時間的に交互に繰り返えすと共に、少なくとも一つの群は前記蒸発源の陽極として作動する状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項４】
前記蒸発源用電源の正極に接続された状態にある一つだけの群の接続を切り替える前に、別の群を蒸発源用電源の正極に接続し、双方へ蒸発源用電源の正極から電力が供給される状態を備えることを特徴とする請求項３に記載の真空成膜装置。
【請求項５】
前記真空成膜装置は、自転保持部に印加した電圧により前記真空チャンバ内に供給したガスにプラズマを発生させるものであって、自転保持部の各群は、負の電位となりグロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極として動作する状態と、その対極として動作する状態を、時間的に交互に繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記真空成膜装置は、前記真空チャンバ内に供給された原料ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源を有し、前記複数の自転保持部は２群で構成され、前記プラズマ発生電源の一方極に接続された第１の群と、前記プラズマ発生電源の他方極に接続される第２の群とのいずれかに分けられることを特徴とする請求項５に記載の真空成膜装置。
【請求項７】
前記公転機構は、前記公転軸回りに公転可能とされた公転テーブルを有しており、
前記複数の自転保持部の各々は、前記公転テーブルの公転軸から等しい半径で且つ公転軸回りに等間隔となるように配備されていることを特徴とする請求項６に記載の真空成膜装置。
【請求項８】
前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに１つずつ交番に並んで配備されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空成膜装置。
【請求項９】
前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに２つずつ交番に並んで配備されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空成膜装置。
【請求項１】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転する状態で保持する複数の自転保持部と、前記複数の自転保持部を前記自転保持部の回転軸と軸心平行な公転軸回りに公転させる公転機構とを備えており、前記真空チャンバ内において前記自転保持部に保持された基材に皮膜を形成する真空成膜装置であって、
前記複数の自転保持部は複数の群に分けられ、群毎に異なる電位が供給されることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記群毎に異なる電位の電力は、バイアス電源から供給されることを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記真空成膜装置は、蒸発源をさらに備え、
前記蒸発源が陰極になるように前記蒸発源へ電力を供給する蒸発源用電源と、前記基材へバイアス電圧を供給するバイアス電源とを備え、
前記複数の自転保持部は、少なくとも２つの群に分けられ、
前記各群は、蒸発源用電源の正極に接続される状態と、バイアス電源に接続される状態を、時間的に交互に繰り返えすと共に、少なくとも一つの群は前記蒸発源の陽極として作動する状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項４】
前記蒸発源用電源の正極に接続された状態にある一つだけの群の接続を切り替える前に、別の群を蒸発源用電源の正極に接続し、双方へ蒸発源用電源の正極から電力が供給される状態を備えることを特徴とする請求項３に記載の真空成膜装置。
【請求項５】
前記真空成膜装置は、自転保持部に印加した電圧により前記真空チャンバ内に供給したガスにプラズマを発生させるものであって、自転保持部の各群は、負の電位となりグロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極として動作する状態と、その対極として動作する状態を、時間的に交互に繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記真空成膜装置は、前記真空チャンバ内に供給された原料ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源を有し、前記複数の自転保持部は２群で構成され、前記プラズマ発生電源の一方極に接続された第１の群と、前記プラズマ発生電源の他方極に接続される第２の群とのいずれかに分けられることを特徴とする請求項５に記載の真空成膜装置。
【請求項７】
前記公転機構は、前記公転軸回りに公転可能とされた公転テーブルを有しており、
前記複数の自転保持部の各々は、前記公転テーブルの公転軸から等しい半径で且つ公転軸回りに等間隔となるように配備されていることを特徴とする請求項６に記載の真空成膜装置。
【請求項８】
前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに１つずつ交番に並んで配備されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空成膜装置。
【請求項９】
前記第１の群に属する自転保持部と第２の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに２つずつ交番に並んで配備されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４４０４７（Ｐ２０１３−４４０４７Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４８１９（Ｐ２０１１−１８４８１９）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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