JP2006022368A - Surface treating apparatus and surface treating method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、表面処理装置および表面処理方法に関し、特に例えば真空槽内でプラズマを発生させると共に当該プラズマ中のイオンを被処理物の被処理面に照射することによって当該被処理面を洗浄する、つまり放電洗浄（イオンボンバード）処理を行う、表面処理装置および表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method, and in particular, cleans the surface to be processed by, for example, generating plasma in a vacuum chamber and irradiating the surface to be processed with ions in the plasma. That is, the present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for performing discharge cleaning (ion bombardment) treatment.
放電洗浄処理は、成膜処理の前処理として必要不可欠である。この放電洗浄処理を行う装置、厳密には放電洗浄処理機能を備えた成膜装置として、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、真空槽内にカソードおよびアノードが互いに距離を置いて対向するように配置されている。そして、これらカソードおよびアノードを間に挟むように、１対の磁極が配置されている。さらに、カソード、アノードおよび１対の磁極の周りに、厳密には真空槽内の略中央に設けられた蒸発源の周りに、被処理物としての基板が、複数配置されている。これらの基板は、個別の基板ホルダを介して円盤状プレートの外周部分に取り付けられている。そして、円盤状プレートが回転すると、各基板は、蒸発源の周りを回転し、言わば公転する。また、この公転と共に、各基板は、自身を中心として回転し、言わば自転する。そしてさらに、真空槽内には、材料ガスとしての例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。 The discharge cleaning process is indispensable as a pretreatment for the film forming process. As an apparatus for performing this discharge cleaning process, strictly speaking, a film forming apparatus having a discharge cleaning process function is conventionally disclosed in, for example, Patent Document 1. According to this prior art, the cathode and the anode are arranged in the vacuum chamber so as to face each other at a distance. A pair of magnetic poles is arranged so as to sandwich the cathode and anode. Further, a plurality of substrates as objects to be processed are arranged around the cathode, the anode, and the pair of magnetic poles, strictly around the evaporation source provided at the approximate center in the vacuum chamber. These substrates are attached to the outer peripheral portion of the disk-shaped plate via individual substrate holders. When the disk-shaped plate rotates, each substrate rotates around the evaporation source, that is, revolves. Further, along with this revolution, each substrate rotates around itself, that is, rotates. Further, for example, argon (Ar) gas as a material gas is introduced into the vacuum chamber.
かかる構成において、真空槽内が排気された後、カソードに対し交流電力が供給されると、当該カソードが加熱されて、熱電子を放出する。そして、アノードに対し接地電位を基準とする直流電力が供給されると、熱電子は当該アノード側に引き寄せられ、加速される。この加速過程において、熱電子はアルゴンガス粒子と衝突する。これによって、アルゴンガス粒子が電離して、プラズマが発生する。また、カソードに供給される交流電力には、接地電位を基準とする直流電力が重畳されている。これによって、熱電子の移動速度が調整され、プラズマ（放電）が安定する。このプラズマは、各磁極から発生する磁界によって、当該各磁極間の空間に閉じ込められる。これにより、各磁極間の空間にプラズマ領域が形成され、このプラズマ領域を各基板が順次通過することになる。ここで、各基板に対し接地電位との間で所定のバイアス電力、例えば高周波電力が印加されると、プラズマ中のアルゴンイオンが、プラズマ領域内にある基板の表面に照射される。このイオン照射（衝突）による衝撃によって、基板の表面に付着している不純物が除去され、つまり放電洗浄処理が実現される。 In such a configuration, when AC power is supplied to the cathode after the inside of the vacuum chamber is evacuated, the cathode is heated to emit thermoelectrons. Then, when DC power with reference to the ground potential is supplied to the anode, the thermoelectrons are attracted to the anode side and accelerated. In this acceleration process, thermoelectrons collide with argon gas particles. As a result, argon gas particles are ionized to generate plasma. In addition, DC power with reference to the ground potential is superimposed on AC power supplied to the cathode. Thereby, the moving speed of the thermoelectrons is adjusted, and the plasma (discharge) is stabilized. This plasma is confined in the space between the magnetic poles by the magnetic field generated from the magnetic poles. As a result, a plasma region is formed in the space between each magnetic pole, and each substrate sequentially passes through this plasma region. Here, when a predetermined bias power, for example, high frequency power, is applied to each substrate with respect to the ground potential, argon ions in the plasma are irradiated onto the surface of the substrate in the plasma region. Impurities adhering to the surface of the substrate are removed by the impact of this ion irradiation (collision), that is, a discharge cleaning process is realized.
なお、特許文献１においては、その第００３８段落に、当該放電洗浄処理の手順が開示されている。即ち、同段落には、真空槽内の圧力を６．７×１０−２Ｐａとした状態で当該真空槽内にアルゴンガスを導入すること、アノードに供給する直流電力の値を１２００Ｗとすること、カソードに供給する交流電力の値を１２００Ｗとすると共に、当該交流電力に重畳させる直流電力（フィラメントバイアス）の値を１ｋＷとすること、および基板に供給する高周波電力の値を１８００Ｗとすることが、開示されている。そして、かかる条件による放電洗浄処理（高真空ボンバード）を６０分間にわたって行うことが、開示されている。 In Patent Document 1, the discharge cleaning treatment procedure is disclosed in the paragraph 0038 thereof. That is, in the same paragraph, in the state where the pressure in the vacuum chamber is 6.7 × 10 −2 Pa, argon gas is introduced into the vacuum chamber, and the value of the DC power supplied to the anode is 1200 W. The value of AC power supplied to the cathode is 1200 W, the value of DC power (filament bias) superimposed on the AC power is 1 kW, and the value of high-frequency power supplied to the substrate is 1800 W. Are disclosed. And it is disclosed that the electric discharge cleaning process (high vacuum bombardment) under such conditions is performed for 60 minutes.
また、同段落には、チタン（Ｔｉ）イオンを用いて基板の表面を洗浄するという、いわゆるメタルボンバード（Ｔｉボンバード）処理についても、開示されている。即ち、上述の蒸発源に収容されているチタンを加熱蒸発させ、真空槽内の圧力を１〜４×１０−２Ｐａとした状態でアルゴンガスを導入し、アノードに供給する直流電力の値を４．２ｋＷとし、カソードに供給する交流電力の値を１２００Ｗとすると共に、当該交流電力に重畳させる直流電力の値を１ｋＷとし、さらに基板に供給する高周波電力の値を３００Ｗとし、この条件によるメタルボンバード処理を１０分間にわたって行うことが、開示されている。かかるメタルボンバード処理によれば、上述のアルゴンイオンを用いる放電洗浄処理に比べて高いエネルギでイオンを照射することができるので、より強い洗浄力が得られる。
しかし、上述の従来技術においては、基板の表面にイオンが照射されるとき、このイオン照射による電流（イオン電流）を相殺するべく、当該基板の表面から電子が放出される。そして、この電子の放出によって、基板内に電流が流れる。この電流は、特に基板が先鋭な部分を有する場合にはその部分に集中して流れる。そして、この電流が集中する部分においてジュール熱が発生し、その部分が７５０℃以上に加熱されることがある。ここで、例えば基板が高速度鋼等の鉄系材料を母材とする場合には、このように７５０℃以上に加熱されると、その加熱された部分において炭素が抜け出るといういわゆる脱炭現象が生じ、当該部分が脆弱化する。従って、かかる脆弱化した基板の表面に被膜を形成しても、十分な機械的強度を得ることができず、換言すれば密着性の高い被膜を形成することができない、という問題がある。 However, in the above-described prior art, when ions are irradiated on the surface of the substrate, electrons are emitted from the surface of the substrate in order to cancel out the current (ion current) caused by the ion irradiation. A current flows in the substrate due to the emission of electrons. This current flows in a concentrated manner, particularly when the substrate has a sharp portion. And in the part where this electric current concentrates, Joule heat generate | occur | produces and the part may be heated to 750 degreeC or more. Here, for example, when the substrate is made of an iron-based material such as high-speed steel, when the substrate is heated to 750 ° C. or higher in this way, a so-called decarburization phenomenon that carbon escapes in the heated portion. Occurs and the part becomes weak. Accordingly, there is a problem that even if a film is formed on the surface of the weakened substrate, sufficient mechanical strength cannot be obtained, in other words, a film having high adhesion cannot be formed.
また、従来技術では、基板の表面にイオンを高エネルギで照射する（衝突させる）ことによって、当該基板の表面をエッチングし、つまり削り取っている。従って、基板の表面は、当然に変形し、例えば粗くなる。このいわゆる表面粗度の悪化は、メタルボンバード処理においてより顕著となる。そして、この表面粗度の悪化もまた、被膜の密着性を低下させる１つの原因となる。 In the prior art, the surface of the substrate is etched, that is, scraped off, by irradiating (collising) the surface of the substrate with high energy. Accordingly, the surface of the substrate is naturally deformed, for example, becomes rough. This deterioration of the so-called surface roughness becomes more remarkable in the metal bombardment process. And this deterioration of the surface roughness also becomes one cause of reducing the adhesion of the coating.
そこで、この発明は、密着性の高い被膜を生成するべく、被処理面の変質や変形を防止しつつ当該被処理面を洗浄することができる表面処理装置および表面処理方法を提供することを、目的とする。 Therefore, the present invention provides a surface treatment apparatus and a surface treatment method that can clean the surface to be treated while preventing the surface to be modified and deformed in order to produce a highly adhesive film. Objective.
かかる目的を達成するために、第１の発明は、真空槽内でプラズマを発生させると共に当該プラズマ中のイオンを被処理物の被処理面に照射することによって当該被処理面を洗浄する表面処理装置において、真空槽内を排気する排気手段と、真空槽内に放電用ガスを導入するガス導入手段と、真空槽内において互いに距離を置いて対向するように設けられた第１電極および第２電極と、第１電極に対し交流の第１電力を供給することによって当該第１電極から熱電子を放出させる第１電力供給手段と、第２電極に対し共通電位、例えば接地電位を基準とする直流の第２電力を供給することによって熱電子を加速させる第２電力供給手段と、第１電力に対し接地電位を基準とする直流の第１バイアス電力を重畳することによって熱電子の移動速度を制御する第１バイアス供給手段と、熱電子が放電用ガスの粒子に衝突することによって発生するプラズマを所定領域に閉じ込めるための磁界を発生させる磁界発生手段と、プラズマの中心部分から所定の距離を置いた所定位置において被処理物の被処理面が当該プラズマの中心部分に対向するように被処理物を支持する支持手段と、を具備する。そして、被処理物が接地電位に接続されている状態にあるときに、その被処理面にイオンが照射されることによって当該被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となるように、第１電力、第２電力および第１バイアス電力が設定された、ものである。 In order to achieve such an object, a first invention is a surface treatment for cleaning a surface to be processed by generating plasma in a vacuum chamber and irradiating the surface to be processed with ions in the plasma. In the apparatus, an exhaust means for exhausting the inside of the vacuum chamber, a gas introduction means for introducing a discharge gas into the vacuum chamber, a first electrode and a second electrode provided to face each other at a distance in the vacuum chamber An electrode, first power supply means for emitting thermal electrons from the first electrode by supplying alternating first power to the first electrode, and a common potential, for example, a ground potential, as a reference for the second electrode The second power supply means for accelerating thermionic electrons by supplying the second DC power, and the moving speed of the thermoelectrons by superimposing the first bias power of the DC with reference to the ground potential on the first power. A first bias supplying means for controlling the magnetic field, a magnetic field generating means for generating a magnetic field for confining plasma generated by thermionic electrons colliding with the discharge gas particles, and a predetermined distance from the central portion of the plasma. Supporting means for supporting the object to be processed so that the surface of the object to be processed is opposed to the central portion of the plasma at a predetermined position. When the workpiece is connected to the ground potential, the current flowing through the workpiece is 5.6 mA / cm 2 or less by irradiating the workpiece with ions. The first power, the second power, and the first bias power are set.
即ち、この第１の発明では、排気手段によって真空槽内が排気される。そして、排気後の真空槽内に、ガス導入手段によって放電用ガスが導入される。この状態で、第１電力供給手段によって第１電極に対し交流の第１電力が供給されると、当該第１電極から熱電子が放出される。そして、第２電力供給手段によって第２電極に対し接地電位を基準とする直流の第２電力が供給されると、熱電子は、当該第２電極に向かって移動し、加速される。この加速過程において、熱電子は放電用ガスの粒子に衝突する。これによって、放電用ガス粒子が電離して、プラズマが発生する。また、第１電極に供給される第１電力には、接地電位を基準とする直流の第１バイアス電力が重畳される。これによって、熱電子の移動速度が制御され、プラズマが安定する。このプラズマは、磁界発生手段から発生される磁界によって、所定領域に閉じ込められる。そして、このプラズマの中心部分から所定の距離を置いた所定位置に、被処理物が配置される。この被処理物は、プラズマの中心部分に被処理面を対向させた状態で、支持手段によって支持される。ここで、被処理物が接地電位に接続されるとする。すると、この被処理物の被処理面に、プラズマ中のイオンが照射され、このイオン照射による衝撃によって被処理面が洗浄される。 That is, in the first invention, the inside of the vacuum chamber is exhausted by the exhaust means. Then, a gas for discharge is introduced into the vacuum chamber after evacuation by the gas introduction means. In this state, when AC first power is supplied to the first electrode by the first power supply means, thermoelectrons are emitted from the first electrode. When the second power supply means supplies the second DC power with the ground potential as a reference to the second electrode, the thermoelectrons move toward the second electrode and are accelerated. In this acceleration process, thermoelectrons collide with discharge gas particles. As a result, discharge gas particles are ionized to generate plasma. In addition, the first power supplied to the first electrode is superimposed with the first DC bias power based on the ground potential. Thereby, the moving speed of the thermoelectrons is controlled, and the plasma is stabilized. This plasma is confined in a predetermined region by the magnetic field generated from the magnetic field generating means. Then, the object to be processed is arranged at a predetermined position at a predetermined distance from the central portion of the plasma. The object to be processed is supported by the supporting means in a state where the surface to be processed is opposed to the central portion of the plasma. Here, it is assumed that the workpiece is connected to the ground potential. Then, ions in the plasma are irradiated onto the surface to be processed of the object to be processed, and the surface to be processed is cleaned by the impact of the ion irradiation.
この放電洗浄処理においては、被処理物の被処理面に入射されるイオン電流を打ち消すべく、当該被処理面から電子が放出される。そして、この電子の放出によって、被処理物内に電流が流れる。この電流は、特に被処理物が先鋭な部分を有する場合にはその部分に集中して流れる。そして、この電流が集中する部分においてジュール熱が発生し、当該部分が加熱される。この加熱の度合が大きいと、上述した脱炭現象等によって当該被処理物が変質することがある。このたび、被処理物が接地電位に接続されている状態にあるときに、イオン照射によって当該被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下であれば、言い換えると被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となるようなイオン照射であれば、当該イオン照射による被処理物の異常加熱が抑制され、ひいては被処理物の変質を防止できることが判明した。そこで、イオン照射によって被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となるように、当該電流に影響するパラメータ、つまり真空槽内における放電用ガスの圧力、第１電力、第２電力および第１バイアス電圧を設定する。このようにすれば、被処理物の変質を防止できる。また、このように被処理物が変質しない程度のイオン照射であれば、当該被処理物の被処理面が上述の従来技術ほどエッチングされることはない、つまり変形しないことも併せて確認された。 In this discharge cleaning process, electrons are emitted from the surface to be processed in order to cancel the ionic current incident on the surface to be processed. A current flows in the object to be processed by the emission of electrons. This current flows in a concentrated manner, particularly when the workpiece has a sharp portion. Then, Joule heat is generated in the portion where the current is concentrated, and the portion is heated. If the degree of heating is large, the workpiece may be altered by the decarburization phenomenon described above. If the current flowing through the workpiece by ion irradiation is 5.6 mA / cm 2 or less when the workpiece is connected to the ground potential, in other words, the current flowing through the workpiece. When the ion irradiation is such that the current is 5.6 mA / cm 2 or less, it has been found that abnormal heating of the object to be processed due to the ion irradiation can be suppressed, and thus the deterioration of the object to be processed can be prevented. Therefore, the parameters affecting the current, that is, the pressure of the discharge gas in the vacuum chamber, the first power, the second power, and the like, so that the current flowing through the workpiece by ion irradiation is 5.6 mA / cm 2 or less. A first bias voltage is set. If it does in this way, alteration of a processed material can be prevented. In addition, it was also confirmed that the surface to be processed of the object to be processed would not be etched as much as the above-described prior art, that is, it would not be deformed if the ion irradiation was such that the object to be processed did not change in quality. .
具体的には、放電用ガスの圧力を１×１０−２Ｐａ〜１×１０−１Ｐａとする。 Specifically, the pressure of the discharge gas is set to 1 × 10 −2 Pa to 1 × 10 −1 Pa.
そして、第１電力の電力値を１ｋＷ〜２ｋＷとする。 And let the electric power value of 1st electric power be 1 kW-2 kW.
さらに、第２電力の電圧値を２０Ｖ〜４０Ｖとする。 Furthermore, the voltage value of 2nd electric power shall be 20V-40V.
また、第１バイアス電力の電圧値を−６０Ｖ〜−１０Ｖとする。 Further, the voltage value of the first bias power is set to −60V to −10V.
このようにして第１電力、第２電力および第１バイアス電力を設定した後、被処理物に対し、接地電位を基準とする直流成分が重畳された交流の第２バイアス電力を供給してもよい。つまり、かかる第２バイアス電力を供給するための第２バイアス供給手段を設けてもよい。このようにすれば、被処理物の被処理面に対するイオンの照射作用が促進される。ただし、この第２バイアス電力の供給によって被処理物に流れる電流が増大し、ひいては当該被処理物が異常加熱するようなことがあってはならない。そこで、第２バイアス電力の電力値に所定の制限を設け、厳密にはこれに重畳される直流成分の電圧値を制限する。この直流成分の電圧値は−６０Ｖ〜−１０Ｖであるのが、望ましい。 After the first power, the second power, and the first bias power are set in this manner, the second bias power of alternating current on which the direct current component with the ground potential as a reference is supplied is supplied to the object to be processed. Good. That is, you may provide the 2nd bias supply means for supplying this 2nd bias electric power. In this way, the ion irradiation action on the surface of the object to be processed is promoted. However, the supply of the second bias power does not increase the current flowing through the object to be processed, and as a result, the object to be processed should not be abnormally heated. Therefore, a predetermined limit is provided for the power value of the second bias power, and strictly speaking, the voltage value of the DC component superimposed on this is limited. The voltage value of the direct current component is desirably -60V to -10V.
なお、支持手段は、複数であってもよい。 There may be a plurality of support means.
この場合、各支持手段によって支持された各被処理物が、上述した所定位置においてそれぞれの被処理面をプラズマの中心部分に対向させる配置となるように、当該各支持手段を順次搬送させる搬送手段を設けてもよい。 In this case, the conveyance means for sequentially conveying the respective support means so that the respective objects to be processed supported by the respective support means are arranged so that the respective treatment surfaces face the central portion of the plasma at the predetermined positions described above. May be provided.
また、それぞれの支持手段を自転させる自転手段をさらに設けてもよい。 Moreover, you may further provide the rotation means to rotate each support means.
そしてさらに、洗浄後の被処理物の被処理面に、所定の被膜を生成する成膜手段を設けてもよい。このようにすれば、従来よりも密着性の高い被膜を生成することができる。 Further, a film forming means for generating a predetermined film may be provided on the processing surface of the processed object after cleaning. In this way, it is possible to generate a coating film having higher adhesion than before.
第２の発明は、真空槽内でプラズマを発生させると共に当該プラズマ中のイオンを被処理物の被処理面に照射することによって当該被処理面を洗浄する表面処理方法において、真空槽内を排気する排気過程と、真空槽内に放電用ガスを導入するガス導入過程と、真空槽内に設けられた第１電極に対し交流の第１電力を供給することによって当該第１電極から熱電子を放出させる第１電力供給過程と、真空槽内において第１電極と距離を置いて対向するように設けられた第２電極に対し接地電位を基準とする直流の第２電力を供給することによって熱電子を加速させる第２電力供給過程と、第１電力に対し接地電位を基準とする直流の第１バイアス電力を重畳することによって熱電子の移動速度を制御する第１バイアス供給過程と、熱電子が放電用ガスの粒子に衝突することによって発生するプラズマを所定領域に閉じ込めるための磁界を発生させる磁界発生過程と、プラズマの中心部分から所定の距離を置いた所定位置において被処理面が当該プラズマの中心部分に対向するように被処理物を支持する支持過程と、を具備する。そして、被処理物が接地電位に接続されている状態にあるときにその被処理面にイオンが照射されることによって当該被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となるように、真空槽内における放電用ガスの圧力、第１電力、第２電力および第１バイアス電力が設定された、ものである。 A second invention is a surface treatment method for cleaning a surface to be processed by generating plasma in the vacuum chamber and irradiating the surface to be processed with ions in the plasma. Evacuation process, a gas introduction process for introducing a discharge gas into the vacuum chamber, and supplying the first electric power to the first electrode provided in the vacuum chamber, thereby generating thermionic electrons from the first electrode. Heat is generated by supplying a first electric power supply process to be discharged and a second electric power based on the ground potential to a second electrode provided to face the first electrode at a distance in the vacuum chamber. A second power supply process for accelerating electrons, a first bias supply process for controlling the moving speed of the thermoelectrons by superimposing a DC first bias power based on the ground potential on the first power, and the thermoelectrons Is released A magnetic field generating process for generating a magnetic field for confining the plasma generated by impinging on the particles of the working gas in a predetermined region, and the target surface at the predetermined position at a predetermined distance from the central portion of the plasma. And a supporting process for supporting the object to be processed so as to face the portion. Then, when the object to be processed is in a state of being connected to the ground potential, the current flowing through the object to be processed is 5.6 mA / cm 2 or less by irradiating the surface to be processed with ions. The pressure of the discharge gas in the vacuum chamber, the first power, the second power, and the first bias power are set.
即ち、第２の発明は、第１の発明に対応する方法発明であり、よって第１の発明と同様の作用を奏する。 That is, the second invention is a method invention corresponding to the first invention, and thus has the same effect as the first invention.
この発明によれば、イオン照射によって被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下に抑えられることで、当該被処理物の異常加熱が抑制され、ひいては被処理面の変質が防止される。また、イオン照射によって被処理面が変形することもない。つまり、被処理面の変質および変形を防止しつつ当該被処理物の被処理面を洗浄することができる。これは、密着性の高い被膜を生成するのに、極めて有効である。 According to the present invention, the current flowing to the object to be processed by ion irradiation is suppressed to 5.6 mA / cm 2 or less, so that abnormal heating of the object to be processed is suppressed, and consequently the quality of the surface to be processed is prevented. . Further, the surface to be processed is not deformed by ion irradiation. That is, the surface to be processed of the object to be processed can be cleaned while preventing the surface to be processed from being altered and deformed. This is extremely effective in producing a highly adhesive film.
この発明の一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の表面処理装置１０は、放電洗浄処理機能および成膜処理機能を備えるものであり、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、表面処理装置１０の内部を正面から見た図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 The surface treatment apparatus 10 of this embodiment has a discharge cleaning treatment function and a film formation treatment function, and has a substantially cylindrical vacuum chamber 12 as shown in FIGS. 1 is a view of the inside of the surface treatment apparatus 10 as viewed from the front, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. It is.
真空槽１２は、円筒形の両端に対応する部分を水平方向に向けた状態で配置されており、当該両端に対応する部分は、概略円盤状の前方壁板１４およびこれと略同形状の後方壁板１６によって閉鎖されている。これらの前方壁板１４および後方壁板１６を含む真空槽１２は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）によって形成されており、それ自体は、共通電位としての接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。そして、この真空槽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。なお、真空槽１２の直径Ｃは、例えば１１４０ｍｍであり、奥行Ｄは、例えば８８５ｍｍである。 The vacuum chamber 12 is arranged in a state where the portions corresponding to both ends of the cylindrical shape are oriented in the horizontal direction, and the portions corresponding to the both ends are a substantially disk-shaped front wall plate 14 and a rear substantially the same shape as this. It is closed by a wall plate 16. The vacuum chamber 12 including the front wall plate 14 and the rear wall plate 16 is made of, for example, stainless steel (SUS304), and is itself connected to a ground potential (GND) as a common potential. And the inside of this vacuum chamber 12 is exhausted by the vacuum pump which is not shown in figure as an exhaust means. In addition, the diameter C of the vacuum chamber 12 is 1140 mm, for example, and the depth D is 885 mm, for example.
そして、真空槽１２内の略中央には、蒸発源１８が配置されている。この蒸発源１８は、蒸発材料、例えばチタン材料２０が収容される坩堝２２と、このチタン材料２０を加熱するための材料加熱手段、例えば電子銃２４とを、備えている。さらに、蒸発源１８の下方近傍には、槽内加熱手段としてのヒータ２６が配置されている。なお、電子銃２４には、真空槽１２の外部に設けられた図示しない電子銃用電源装置から、電圧（加速電圧）が６ｋＶ〜１０ｋＶ、電流が最大１Ａの直流電力が、供給される。そして、ヒータ２６には、真空槽１２の外部に設けられた図示しないヒータ用電源装置から、電圧が約３５Ｖ、電流が最大７００Ａの交流電力が、供給される。 An evaporation source 18 is disposed at the approximate center in the vacuum chamber 12. The evaporation source 18 includes a crucible 22 in which an evaporation material, for example, a titanium material 20 is accommodated, and a material heating means, for example, an electron gun 24 for heating the titanium material 20. Further, a heater 26 as a tank heating means is disposed in the vicinity of the lower part of the evaporation source 18. The electron gun 24 is supplied with DC power having a voltage (acceleration voltage) of 6 kV to 10 kV and a maximum current of 1 A from an unillustrated electron gun power supply device provided outside the vacuum chamber 12. The heater 26 is supplied with AC power having a voltage of about 35 V and a maximum current of 700 A from a heater power supply device (not shown) provided outside the vacuum chamber 12.
また、真空槽１２内には、自公転機構２８が設けられている。具体的には、自公転機構２８は、真空槽１２の直径Ｃ（厳密には内径）よりも少し、例えば１００ｍｍほど径の小さい円盤状の筐体を有しており、この筐体の中央を真空槽１２（円筒形）の中心軸に一致させた状態で、後方壁板１６の内側面に近接して設けられている。そして、この自公転機構２８の中央には、回転軸３０が設けられており、この回転軸３０は、後方壁板１６を貫通して、真空槽１２の外部に設けられたモータ３２の図示しないシャフトに結合されている。さらに、自公転機構２８の前方側周縁近傍には、当該周縁に沿って等間隔に複数個、例えば７２個の支持手段としてのホルダ３４，３４，…が設けられている。そして、これらのホルダ３４，３４，…のそれぞれに、被処理物３６が取り付けられる。なお、ここでは、被処理物３６として、例えば高速度鋼（ＳＫＨ５１）を母材する直径が約１０ｍｍのドリル（刃）が用いられる。そして、この被処理物３６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。これらのホルダ３４，３４，…の並びによって描かれる円の直径（真空槽１２の中心軸を間に挟んで互いに対向する２つのホルダ３４および３４間の距離）Ｆは、例えば９２０ｍｍとされている。そして、ホルダ３４を含む被処理物３６の突出寸法Ｇは、例えば３００ｍｍとされている。 A self-revolving mechanism 28 is provided in the vacuum chamber 12. Specifically, the self-revolving mechanism 28 has a disk-shaped housing whose diameter is slightly smaller than the diameter C (strictly, inner diameter) of the vacuum chamber 12, for example, about 100 mm, and the center of this housing is It is provided close to the inner surface of the rear wall plate 16 in a state where it coincides with the central axis of the vacuum chamber 12 (cylindrical). A rotation shaft 30 is provided at the center of the self-revolution mechanism 28, and the rotation shaft 30 penetrates the rear wall plate 16 and is not shown in the figure of a motor 32 provided outside the vacuum chamber 12. Connected to the shaft. Further, a plurality of, for example, 72 holders 34, 34,... As support means are provided in the vicinity of the front peripheral edge of the self-revolving mechanism 28 along the peripheral edge at equal intervals. And the to-be-processed object 36 is attached to each of these holders 34, 34, .... Here, as the workpiece 36, for example, a drill (blade) having a diameter of about 10 mm that is made of high-speed steel (SKH51) is used. The workpiece 36 is attached so as to extend in a direction along the central axis of the vacuum chamber 12. The diameter of a circle drawn by the arrangement of these holders 34, 34,... (The distance between the two holders 34 and 34 facing each other with the central axis of the vacuum chamber 12 in between) F is, for example, 920 mm. . The protrusion dimension G of the workpiece 36 including the holder 34 is, for example, 300 mm.
かかる自公転機構２８によれば、モータ３２が駆動されて、回転軸３０が回転すると、各ホルダ３４，３４，…に取り付けられた被処理物３６，３６，…は、真空槽１２の中心軸を中心として例えば図１に矢印３８で示す方向（時計方向）に回転する。言い換えれば、各被処理物３６，３６，…は、蒸発源１４の周りを言わば公転する。これと同時に、各被処理物３６，３６，…のそれぞれは、自身を中心として例えば時計方向に回転し、言わば自転する。なお、自転速度は、公転速度よりも速く、例えば公転速度の１０倍とされている。 According to the self-revolving mechanism 28, when the motor 32 is driven and the rotary shaft 30 rotates, the workpieces 36, 36,... Attached to the holders 34, 34,. , For example, in the direction indicated by the arrow 38 in FIG. 1 (clockwise). In other words, the workpieces 36, 36,... Revolve around the evaporation source 14. At the same time, each of the objects to be processed 36, 36,... Rotates, for example, clockwise around itself, and so on. Note that the rotation speed is faster than the revolution speed, for example, 10 times the revolution speed.
さらに、真空槽１２内には、第１電極としてのカソード４０と、第２電極としてのアノード４２とが、設けられている。このうち、カソード４０は、例えば直径が１ｍｍ、長さ寸法が２００ｍｍ〜４００ｍｍほどの概略直線状のタングステン製フィラメント（厳密には長さ寸法が数十ｍｍほどの直線状フィラメントを複数本直列に接続したもの）を備えている。そして、このカソード４０は、蒸発源１８とその真上にある被処理物３２との間の略中間で、かつ真空槽１２を正面から見て（図１において）当該真空槽１２の中央よりも少し右寄りの位置に、当該真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、配置されている。 Further, a cathode 40 as a first electrode and an anode 42 as a second electrode are provided in the vacuum chamber 12. Among these, the cathode 40 has, for example, a substantially linear tungsten filament having a diameter of 1 mm and a length dimension of 200 mm to 400 mm (strictly, a plurality of linear filaments having a length dimension of several tens of mm are connected in series. Is provided). The cathode 40 is substantially in the middle between the evaporation source 18 and the workpiece 32 directly above the cathode 40 and when viewed from the front of the vacuum chamber 12 (in FIG. 1) than the center of the vacuum chamber 12. It is arranged at a position slightly to the right so as to extend in a direction along the central axis of the vacuum chamber 12.
一方、アノード４２は、例えばモリブデン鋼またはタングステン鋼製であり、長さ寸法が２００ｍｍ〜４００ｍｍ程度の四角柱状に形成されたものである。そして、このアノード４２は、真空槽１２の中心軸を通る垂直面を挟んで、カソード４０と略正反対側の位置に、当該真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、配置されている。なお、これらカソード４０とアノード４２との間の距離は、例えば２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度とされている。 On the other hand, the anode 42 is made of, for example, molybdenum steel or tungsten steel, and is formed in a rectangular column shape having a length dimension of about 200 mm to 400 mm. The anode 42 is disposed so as to extend in a direction along the central axis of the vacuum chamber 12 at a position substantially opposite to the cathode 40 across a vertical plane passing through the central axis of the vacuum chamber 12. Yes. Note that the distance between the cathode 40 and the anode 42 is, for example, about 200 mm to 300 mm.
そして、カソード４０には、真空槽１２の外部に設けられた第１電力供給手段としてのカソード加熱用電源装置４４から、第１電力としての交流のカソード電力Ｅｃが供給される。また、交流電源装置４４の接地用端子には、第１バイアス供給手段としてのカソードバイアス用電源装置４６によって、第１バイアス電力としての直流のカソードバイアス電圧Ｖｃｂが印加される。つまり、カソード電力Ｅｃに、当該カソードバイアス電圧Ｖｃｂが重畳される。なお、カソードバイアス電圧Ｖｃｂは、接地電位を基準とする負電圧とされている。 The cathode 40 is supplied with AC cathode power Ec as first power from a cathode heating power supply device 44 as first power supply means provided outside the vacuum chamber 12. Further, a DC cathode bias voltage Vcb as the first bias power is applied to the ground terminal of the AC power supply 44 by the cathode bias power supply 46 as the first bias supply means. That is, the cathode bias voltage Vcb is superimposed on the cathode power Ec. The cathode bias voltage Vcb is a negative voltage with respect to the ground potential.
一方、アノード４２には、真空槽１２の外部に設けられた第２電力供給手段としてのアノード用電源装置４８から、第２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、接地電位を基準とする正電圧である。 On the other hand, a direct current anode voltage Va as second power is applied to the anode 42 from an anode power supply device 48 as second power supply means provided outside the vacuum chamber 12. The anode voltage Va is a positive voltage based on the ground potential.
さらに、真空槽内１２には、カソード４０およびアノード４２を間に挟んで、磁界発生手段としての１対の磁界発生器５０および５２が設けられている。具体的には、各磁界発生器５０および５２のそれぞれは、細長い直方体状の筐体を有している。そして、これらの磁界発生器５０よび５２は、カソード４０およびアノード４２を間に挟んだ状態でそれぞれの一側面を互いに対向させ、厳密には当該一側面を斜め上方に向け、かつカソード４０およびアノード４２と平行を成して延伸するように（つまり真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように）、配置されている。なお、各磁界発生器５０および５２の長さ寸法は、例えば２００ｍｍ〜４００ｍｍ程度とされている。また、各磁界発生器５０および５２間の距離は、例えば２５０ｍｍ〜３５０ｍｍ程度とされている。 Further, the vacuum chamber 12 is provided with a pair of magnetic field generators 50 and 52 as magnetic field generating means with the cathode 40 and the anode 42 interposed therebetween. Specifically, each of the magnetic field generators 50 and 52 has an elongated rectangular parallelepiped housing. The magnetic field generators 50 and 52 are arranged such that one side faces each other with the cathode 40 and the anode 42 sandwiched therebetween, strictly speaking, the one side faces obliquely upward, and the cathode 40 and the anode It is arranged so as to extend in parallel with 42 (that is, to extend in a direction along the central axis of the vacuum chamber 12). In addition, the length dimension of each magnetic field generator 50 and 52 is about 200 mm-400 mm, for example. Moreover, the distance between each magnetic field generator 50 and 52 is about 250 mm-350 mm, for example.
そして、各磁界発生器５０および５２には、それぞれ図示しない永久磁石が内蔵されている。詳しくは、各磁界発生器５０および５２の互いに対向する一側面（言わば内側面）が、互いに異なる磁極となるように、当該永久磁石が内蔵されている。なお、ここでは、カソード４０側に配置された磁界発生器５０の内側面がＳ極とされ、アノード４２側に配置された磁界発生器５２の内側面がＮ極とされている。これによって、これらの磁界発生器５０および５２で挟まれた空間に磁界が発生する。 Each magnetic field generator 50 and 52 includes a permanent magnet (not shown). Specifically, the permanent magnet is incorporated so that one side surface (in other words, the inner side surface) of each of the magnetic field generators 50 and 52 facing each other becomes a different magnetic pole. Here, the inner surface of the magnetic field generator 50 disposed on the cathode 40 side is the S pole, and the inner surface of the magnetic field generator 52 disposed on the anode 42 side is the N pole. As a result, a magnetic field is generated in a space between these magnetic field generators 50 and 52.
そしてさらに、上述の磁界の発生領域を拡張するために、各磁界発生器５０および５２にはヨーク５４および５６が取り付けられている。これらのヨーク５４および５６は、平板状のものであり、その幅寸法は、各磁界発生器５０および５２（筐体）の幅寸法よりも大きく、例えばその１．５倍〜２倍ほどであり、長さ寸法は、当該各磁界発生器５０および５２と略同等とされている。そして、各磁界発生器５０および５２の各内側面とは反対側の面（言わば外側面）を覆うように、かつ当該外側面の上方縁から上方に突出する（はみ出す）ように、当該各ヨーク５４および５６が取り付けられている。かかるヨーク５４および５６が取り付けられることで、各磁界発生器５０および５２による磁界の発生領域が拡張される。 Further, yokes 54 and 56 are attached to the magnetic field generators 50 and 52 in order to expand the above-described magnetic field generation region. These yokes 54 and 56 are plate-shaped, and the width dimension is larger than the width dimension of each magnetic field generator 50 and 52 (housing | casing), for example, about 1.5 times-2 times. The length dimension is substantially the same as that of each of the magnetic field generators 50 and 52. Then, each yoke is formed so as to cover the surface opposite to the inner surface (in other words, the outer surface) of each magnetic field generator 50 and 52 and to protrude upward from the upper edge of the outer surface. 54 and 56 are attached. By attaching the yokes 54 and 56, the magnetic field generation region by the magnetic field generators 50 and 52 is expanded.
なお、上述したように各磁界発生器５０および５２は、互いに対向する一側面を斜め上方に向けた状態で配置されているが、これもまた、磁界の発生領域を拡張させるためであり、詳しくは一定の磁束密度を維持しつつ被処理物３６，３６，…の近傍において広い磁界を形成するためである。この各磁界発生器５０および５２の傾斜角度は、当該各磁界発生器５０および５２間の距離に応じて変わり、例えば５度〜４５度とされ、ここでは約３０度とされている。そして、言うまでもなく、これら磁界発生器５０および５２の傾斜に応じて、各ヨーク５４および５６も傾けられている。また、アノード４２についても同様に、当該アノード４２側に配置された磁界発生器５２と同じ方向に傾けられている。本実施形態では、各磁界発生器５０および５２間の中央において、例えば６ｍＴ〜１０ｍＴの磁束密度が得られる。また、各磁界発生器５０および５２の上縁から最上位にある被処理物３６（公転軌道の最上位）までの高さＨ（後述する図４参照）は、例えば１０５ｍｍ±６０ｍｍとされている。 As described above, each of the magnetic field generators 50 and 52 is arranged with one side surface facing each other obliquely upward. This is also for expanding the magnetic field generation region. This is because a wide magnetic field is formed in the vicinity of the workpieces 36, 36,... While maintaining a constant magnetic flux density. The inclination angle of each of the magnetic field generators 50 and 52 varies depending on the distance between the magnetic field generators 50 and 52, for example, 5 degrees to 45 degrees, and here, about 30 degrees. Needless to say, the yokes 54 and 56 are also inclined according to the inclination of the magnetic field generators 50 and 52. Similarly, the anode 42 is also tilted in the same direction as the magnetic field generator 52 disposed on the anode 42 side. In the present embodiment, a magnetic flux density of, for example, 6 mT to 10 mT is obtained at the center between the magnetic field generators 50 and 52. Further, the height H (see FIG. 4 described later) from the upper edge of each magnetic field generator 50 and 52 to the workpiece 36 at the top (the top of the revolution track) is, for example, 105 mm ± 60 mm. .
そして、真空槽１２内には、ガス導入手段としてのガス管５８を介して、放電用ガスとしてのアルゴンガスが導入される。また、真空槽１２内には、材料ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスも、当該ガス管５８を介して導入される。なお、このガス管５８は、後述する放電洗浄処理過程および成膜過程においてアルゴンガスまたは窒素ガスを効率よく電離させるために、上述の磁界の近辺、例えばアノード４２の少し下方に、当該アルゴンガスまたは窒素ガスを噴出させるように配置されている。また、真空槽１２の外部には、ガス管５８内を流れるアルゴンガスおよび窒素ガスの流量を調整するための流量調整手段としてのマスフローコントローラ６０が設けられている。 And the argon gas as discharge gas is introduce | transduced in the vacuum chamber 12 via the gas pipe | tube 58 as a gas introduction means. Further, nitrogen (N 2 ) gas as a material gas is also introduced into the vacuum chamber 12 through the gas pipe 58. The gas pipe 58 is arranged in the vicinity of the above-mentioned magnetic field, for example, slightly below the anode 42, in order to efficiently ionize argon gas or nitrogen gas in the discharge cleaning process and film formation process described later. It arrange | positions so that nitrogen gas may be ejected. A mass flow controller 60 is provided outside the vacuum chamber 12 as a flow rate adjusting means for adjusting the flow rates of argon gas and nitrogen gas flowing in the gas pipe 58.
さらに、各被処理物３６，３６，…には、ホルダ３４，３４，…、自公転機構２８およびマッチングボックス６２を介して、第２バイアス供給手段としての高周波電源装置６４から、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力Ｅｂが供給される。なお、マッチングボックス６２は、高周波電源装置６２と各被処理物３６，３６，…を含む負荷側とのインピーダンスを整合させるためのものである。 Further, the workpieces 36, 36,... Have a frequency of 13.3 from the high frequency power supply device 64 as the second bias supply means via the holders 34, 34,. A high frequency power Eb of 56 MHz is supplied. The matching box 62 is for matching the impedance between the high-frequency power supply device 62 and the load side including the workpieces 36, 36,.
このように構成された表面処理装置１０では、次の手順により放電洗浄処理が行われる。 In the surface treatment apparatus 10 configured as described above, the discharge cleaning process is performed by the following procedure.
即ち、まず、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、ヒータ２６によって被処理物３６，３６，…が２５０℃〜５００℃に加熱された後、ガス管５８を介して当該真空槽１２内にアルゴンガスが導入される。この状態で、カソード４０に対しカソード加熱用電源装置４４からカソード電力Ｅｃが供給されると、当該カソード４０は加熱されて、熱電子を放出する。そして、アノード４２に対しアノード用電源装置４８からアノード電圧Ｖａが印加されると、熱電子は、当該アノード４２に向かって加速される。この加速過程において、熱電子は、アルゴンガスの粒子に衝突する。これによって、アルゴンガス粒子が電離して、プラズマが発生する。ここで、上述したように、カソード４０に供給されるカソード電力Ｅｃには、カソードバイアス電圧Ｖｃｂが重畳される。従って、熱電子は、このカソードバイアス電圧Ｖｃｂと上述のアノード電圧Ｖａとの総和に応じて加速されることになる。このように熱電子を加速させるエネルギ源として、アノード電圧Ｖａの他に、カソードバイアス電圧Ｖｃｂをも加えることによって、安定したプラズマ（放電）を得ることができる。 That is, first, the inside of the vacuum chamber 12 is evacuated by a vacuum pump to be in a high vacuum state. .. Are heated to 250 to 500 ° C. by the heater 26, and then argon gas is introduced into the vacuum chamber 12 through the gas pipe 58. In this state, when the cathode power Ec is supplied from the cathode heating power supply 44 to the cathode 40, the cathode 40 is heated and emits thermoelectrons. When the anode voltage Va is applied to the anode 42 from the anode power supply device 48, the thermoelectrons are accelerated toward the anode 42. In this acceleration process, the thermoelectrons collide with argon gas particles. As a result, argon gas particles are ionized to generate plasma. Here, as described above, the cathode bias voltage Vcb is superimposed on the cathode power Ec supplied to the cathode 40. Accordingly, the thermoelectrons are accelerated according to the sum of the cathode bias voltage Vcb and the above-described anode voltage Va. As described above, a stable plasma (discharge) can be obtained by applying the cathode bias voltage Vcb in addition to the anode voltage Va as an energy source for accelerating the thermoelectrons.
また、上述したように、カソード４０およびアノード４２が配置されている空間には、磁界が発生している、従って、これらカソード４０およびアノード４２間に発生したプラズマは、当該磁界内に閉じ込められ、これによって図１〜図３に破線模様６６で示すような断面が概略扇状のプラズマ領域が形成される。そして、モータ３２が駆動されると、各被処理物３６，３６，…は、当該プラズマ領域６６に順次搬送される。 Further, as described above, a magnetic field is generated in the space where the cathode 40 and the anode 42 are disposed. Therefore, the plasma generated between the cathode 40 and the anode 42 is confined in the magnetic field, As a result, a plasma region having a substantially fan-shaped cross section as shown by a broken line pattern 66 in FIGS. 1 to 3 is formed. When the motor 32 is driven, the workpieces 36, 36,... Are sequentially transferred to the plasma region 66.
ここで、高周波電源装置６３から各被処理物３６，３６，…に高周波電力Ｅｂが供給されると、プラズマ領域６６内においては、プラズマ中のアルゴンイオンが当該各被処理物３６，３６，…の表面に照射される。そして、このイオン照射の衝撃によって、各被処理物３６，３６，…の表面が洗浄される。 Here, when the high frequency power Eb is supplied from the high frequency power supply device 63 to the objects to be processed 36, 36,..., Argon ions in the plasma are generated in the plasma region 66. Irradiate the surface. And the surface of each to-be-processed object 36,36, ... is wash | cleaned by the impact of this ion irradiation.
なお、各被処理物３６，３６，…の公転速度は、例えば１ｒｐｍとされる。また、プラズマ領域６６の広がり角度（磁界発生器５０および５２の開き角）は、例えば６０度とされている。従って、各被処理物３６，３６，…のそれぞれは、１分間につき１０秒間だけ、いわゆる間欠的に放電洗浄処理を施される。また、各被処理物３６，３６，…は、公転速度の１０倍、つまり１０ｒｐｍで自転しているので、それぞれの表面全体に対して一様に放電洗浄処理が施される。 In addition, the revolution speed of each to-be-processed object 36,36, ... is 1 rpm, for example. Further, the spread angle of the plasma region 66 (the opening angle of the magnetic field generators 50 and 52) is set to 60 degrees, for example. Therefore, each of the workpieces 36, 36,... Is subjected to a so-called intermittent discharge cleaning process for 10 seconds per minute. Further, since each of the workpieces 36, 36,... Rotates at 10 times the revolution speed, that is, 10 rpm, the entire surface is uniformly subjected to the discharge cleaning process.
そして、この放電洗浄処理の後に、続いて成膜処理が実行される。 Then, after the discharge cleaning process, a film forming process is subsequently performed.
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。この窒素ガスは、プラズマ領域６６においてイオン化される。そして、電子銃２４によって、坩堝２２内のチタン材料２０が加熱される。加熱されたチタン材料２０は蒸発し、この蒸発したチタンもまた、プラズマ領域６６においてイオン化される。そして、これらの窒素イオンおよびチタンイオンは、プラズマ領域６６内にある被処理物３６，３６，…の表面に照射される。これによって当該被処理物３６，３６，…の表面に窒素およびチタンの化合物、つまり窒化チタン（ＴｉＮ）が堆積し、被膜としての窒化チタン膜が形成される。なお、この成膜処理もまた、上述の放電洗浄処理と同様に、それぞれの被処理物３６に対して１分間につき１０秒間ずつ間欠的に施される。 That is, in addition to argon gas, nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12. This nitrogen gas is ionized in the plasma region 66. Then, the titanium material 20 in the crucible 22 is heated by the electron gun 24. The heated titanium material 20 evaporates and the evaporated titanium is also ionized in the plasma region 66. These nitrogen ions and titanium ions are irradiated to the surfaces of the objects to be processed 36, 36,. As a result, a compound of nitrogen and titanium, that is, titanium nitride (TiN) is deposited on the surface of the objects to be processed 36, 36,... To form a titanium nitride film as a film. In addition, this film-forming process is also intermittently performed for 10 second per minute with respect to each to-be-processed object 36 similarly to the above-mentioned discharge cleaning process.
ところで、それぞれの被処理物３６の表面にイオンが照射されるとき、このイオン照射によるイオン電流を相殺するべく、当該被処理物３６の表面から電子が放出される。そして、この電子の放出によって、被処理物３６内に電流が流れる。この電流は、特に先鋭な部分、例えば刃先に、集中して流れ、これによってジュール熱が発生する。このジュール熱の発熱量が大きいと、上述した脱炭現象等によって被処理物３６の表面、特に刃先部分が変質してしまうことがある。 By the way, when ions are irradiated on the surface of each object to be processed 36, electrons are emitted from the surface of the object to be processed 36 in order to cancel the ion current caused by the ion irradiation. A current flows in the workpiece 36 due to the emission of electrons. This current flows in a concentrated manner, particularly in a sharp part, for example, a blade edge, thereby generating Joule heat. If the amount of generated Joule heat is large, the surface of the workpiece 36, particularly the cutting edge portion, may be altered due to the decarburization phenomenon described above.
そこで、かかる被処理物３６の変質を防止するべく、本実施形態では、イオン照射によって被処理物３６に流れる電流を５．６ｍＡ／ｃｍ２以下に抑える。具体的には、当該電流に影響するパラメータ、つまり真空槽１２内におけるアルゴンガスの圧力Ｐ、カソード電力Ｅｃ、アノード電圧Ｖａおよびカソードバイアス電圧Ｖｃｂのそれぞれを、次のように設定する。 Therefore, in order to prevent such alteration of the workpiece 36, in the present embodiment, the current flowing through the workpiece 36 by ion irradiation is suppressed to 5.6 mA / cm 2 or less. Specifically, parameters affecting the current, that is, the pressure P of the argon gas in the vacuum chamber 12, the cathode power Ec, the anode voltage Va, and the cathode bias voltage Vcb are set as follows.
即ち、アルゴンガスの圧力Ｐを、１×１０−２Ｐａ〜１×１０−１Ｐａとする。そして、カソード電力Ｅｃを、１ｋＷ〜２ｋＷとする。なお、かかるカソード電力Ｅｃの供給によって、カソード（フィラメント）４０は、約１７００℃〜約２５００℃に加熱される。そして、アノード電圧Ｖａを、２０Ｖ〜４０Ｖとし、好ましくは２０Ｖとする。さらに、カソードバイアス電圧Ｖｃｂを、−６０Ｖ〜−１０Ｖとし、厳密には、アノード電圧Ｖａが２０Ｖとされたとき、当該カソードバイアス電圧Ｖｃｂを−６０Ｖ〜−１０Ｖとする。そして、アノード電圧Ｖａが例えば３０Ｖとされたときは、カソードバイアス電圧Ｖｃｂを−５０〜−１０Ｖとし、アノード電圧Ｖａが例えば４０Ｖとされたときは、カソードバイアス電圧Ｖｃｂを−３０Ｖ〜−１０Ｖとする。なお、好ましくは、当該カソードバイアス電圧Ｖｃｂを−１０Ｖとする。 That is, the pressure P of the argon gas is set to 1 × 10 −2 Pa to 1 × 10 −1 Pa. The cathode power Ec is set to 1 kW to 2 kW. The cathode (filament) 40 is heated to about 1700 ° C. to about 2500 ° C. by the supply of the cathode power Ec. The anode voltage Va is set to 20V to 40V, preferably 20V. Further, the cathode bias voltage Vcb is set to −60V to −10V, and strictly speaking, when the anode voltage Va is set to 20V, the cathode bias voltage Vcb is set to −60V to −10V. When the anode voltage Va is set to 30 V, for example, the cathode bias voltage Vcb is set to −50 to −10 V. When the anode voltage Va is set to 40 V, for example, the cathode bias voltage Vcb is set to −30 V to −10 V. . Preferably, the cathode bias voltage Vcb is −10V.
このようにすれば、被処理物３６の異常加熱が抑えられ、当該被処理物３６の変質を防止できることが、実験によって判明した。また、かかる被処理物３６が変質しない程度のイオン照射であれば、その表面が上述した従来技術ほどエッチングされない、つまり変形しないことも、併せて確認された。 By doing so, it has been found through experiments that abnormal heating of the workpiece 36 can be suppressed and the alteration of the workpiece 36 can be prevented. In addition, it was also confirmed that the surface of the workpiece 36 is not etched, that is, not deformed as much as the above-described prior art, if the ion irradiation is such that the treatment object 36 does not change in quality.
ここで、図４に示す構成によって、被処理物３６に流れる電流を測定してみた。即ち、モータ３２を停止状態とし、つまり各ホルダ３４，３４，…を静止状態とする。そして、プラズマ領域６６に位置するホルダ３４，３４，…のうち、当該プラズマ領域６６の中央に近いものに、計６本の被処理物（ドリル）３６，３６，…を、１つ置きに取り付ける。さらに、これら６本の被処理物３６，３６，…を、それぞれに共通の電流計７０を介して接地電位に接続する。 Here, the current flowing through the workpiece 36 was measured using the configuration shown in FIG. That is, the motor 32 is stopped, that is, the holders 34, 34,. .. Are attached to every other one of the holders 34, 34,... Located in the plasma region 66 near the center of the plasma region 66. . Further, these six objects to be processed 36, 36,... Are connected to the ground potential via a common ammeter 70.
この構成において、真空槽１２内のアルゴンガスの圧力Ｐを、６．６７×１０−２Ｐａとし、カソード電力Ｅｃを、１．１ｋＷとする。そして、アノード電圧Ｖａを、０Ｖ〜６０Ｖの範囲で１０Ｖ置きに変化させると共に、カソードバイアス電圧Ｖｃｂを、０Ｖ〜−６０Ｖの範囲で−１０Ｖ置きに変化させる。そして、このとき各被処理物３６，３６，…に流れる電流の合計値Ｉｂを電流計７０で測定し、その測定値Ｉｂを単位面積当たりの電流値、つまり電流密度に換算した。その結果を、図５に示す。 In this configuration, the pressure P of the argon gas in the vacuum chamber 12 is 6.67 × 10 −2 Pa, and the cathode power Ec is 1.1 kW. Then, the anode voltage Va is changed every 10V in the range of 0V to 60V, and the cathode bias voltage Vcb is changed every -10V in the range of 0V to -60V. At this time, a total value Ib of currents flowing through the workpieces 36, 36,... Was measured by an ammeter 70, and the measured value Ib was converted into a current value per unit area, that is, a current density. The result is shown in FIG.
この図５に示すように、アノード電圧Ｖａが２０Ｖ以上の場合は、電流密度（電流値Ｉｂ）は正の値となる。これは、イオン照射によるイオン電流を打ち消すべく各被処理物３６，３６，…の表面から電子が放出されていることを表す。そして、この場合、カソードバイアス電圧Ｖｃｂが大きいほど、当該電流密度は増大する。つまり、照射されるイオン量が増える。一方、アノード電圧Ｖａが１０Ｖ以下（厳密には十数Ｖ以下）の場合には、電流密度は負の値となる。これは、イオンではなく、電子が、各被処理物３６，３６，…に照射されていることを表す。この場合、洗浄効果は得られない。また、カソードバイアス電圧Ｖｃｂが大きいほど、電流密度は負側に増大し、つまり照射される電子の量が増える。なお、アノード電圧Ｖａが０Ｖで、かつカソードバイアス電圧Ｖｃｂが０Ｖのときは、放電しない（プラズマが発生しない）ので、電流密度は０ｍＡ／ｃｍ２となる。また、アノード電圧Ｖａが１０Ｖ〜３０Ｖで、かつカソードバイアス電圧Ｖｃｂが０Ｖのときも、電流密度は０ｍＡ／ｃｍ２となるが、これは、被処理物３６，３６，…に照射されるイオンおよび電子の量が互いに等価であることを表す。 As shown in FIG. 5, when the anode voltage Va is 20 V or higher, the current density (current value Ib) is a positive value. This indicates that electrons are emitted from the surfaces of the workpieces 36, 36,... To cancel the ion current caused by ion irradiation. In this case, the current density increases as the cathode bias voltage Vcb increases. That is, the amount of ions irradiated increases. On the other hand, when the anode voltage Va is 10 V or less (strictly, tens of V or less), the current density is a negative value. This indicates that not the ions but electrons are irradiated to the objects to be processed 36, 36,. In this case, a cleaning effect cannot be obtained. Further, as the cathode bias voltage Vcb increases, the current density increases to the negative side, that is, the amount of irradiated electrons increases. Note that when the anode voltage Va is 0 V and the cathode bias voltage Vcb is 0 V, discharge is not performed (plasma is not generated), so the current density is 0 mA / cm 2 . In addition, when the anode voltage Va is 10 V to 30 V and the cathode bias voltage Vcb is 0 V, the current density is 0 mA / cm 2. This is because ions to be irradiated to the workpieces 36, 36,. It represents that the amount of electrons is equivalent to each other.
この図５によれば、例えばアノード電圧Ｖａが２０Ｖであり、かつカソードバイアス電圧Ｖｃｂが−６０Ｖ（厳密にはこれよりもさらに負側に大きい値）〜−１０Ｖであるときに、電流密度が上述した５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となる。なお、この５．６ｍＡ／ｃｍ２以下という電流密度は、これを電流値Ｉｂに換算すると、１．０Ａ以下となる。そして、例えばアノード電圧Ｖａが３０Ｖであり、かつカソードバイアス電圧Ｖｃｂが−４０Ｖ〜−１０Ｖであるときにも、電流密度は５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となる。さらに、アノード電圧Ｖａが４０Ｖであり、かつカソードバイアス電圧Ｖｃｂが−２０Ｖ〜−１０Ｖであるときも、電流密度は５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となる。即ち、上述したように、アノード電圧Ｖａについては、２０Ｖ〜４０Ｖとすることで、電流密度を５．６ｍＡ／ｃｍ２以下に抑えることができる。そして、カソードバイアス電圧Ｖｃｂについては、例えばアノード電圧Ｖａが２０Ｖのときは−６０Ｖ〜−１０Ｖとし、アノード電圧Ｖａが３０Ｖのときは−４０Ｖ〜−１０Ｖとし、アノード電圧Ｖａが４０Ｖのときには−２０Ｖ〜−１０Ｖとすることによって、電流密度を５．６ｍＡ／ｃｍ２以下とすることができる。ただし、当該電流密度は小さいほど（ゼロに近いほど）好ましく、換言すれば極力被処理物３６，３６，…に電流が流れないようにするのが好ましい。よって、アノード電圧Ｖａは２０Ｖとし、カソードバイアス電圧Ｖｃｂは−１０Ｖとするのが、最も望ましい。 According to FIG. 5, for example, when the anode voltage Va is 20 V and the cathode bias voltage Vcb is −60 V (strictly, a value larger on the negative side than this) to −10 V, the current density is as described above. 5.6 mA / cm 2 or less. Note that the current density of 5.6 mA / cm 2 or less is 1.0 A or less when converted to the current value Ib. For example, even when the anode voltage Va is 30 V and the cathode bias voltage Vcb is −40 V to −10 V, the current density is 5.6 mA / cm 2 or less. Furthermore, when the anode voltage Va is 40 V and the cathode bias voltage Vcb is −20 V to −10 V, the current density is 5.6 mA / cm 2 or less. That is, as described above, by setting the anode voltage Va to 20 V to 40 V, the current density can be suppressed to 5.6 mA / cm 2 or less. The cathode bias voltage Vcb is, for example, −60V to −10V when the anode voltage Va is 20V, −40V to −10V when the anode voltage Va is 30V, and −20V to when the anode voltage Va is 40V. By setting it to −10V, the current density can be made 5.6 mA / cm 2 or less. However, the current density is preferably as small as possible (closer to zero). In other words, it is preferable to prevent current from flowing through the workpieces 36, 36,. Therefore, it is most desirable that the anode voltage Va is 20V and the cathode bias voltage Vcb is −10V.
なお、図５に示す関係は、アルゴンガスの圧力Ｐおよびカソード電力Ｅｃによって変化する。しかし、これらアルゴンガスの圧力Ｐおよびカソード電力Ｅｃが上述した最適値に設定されている場合、つまりアルゴンガスの圧力Ｐが１×１０−２Ｐａ〜１×１０−１Ｐａであり、かつカソード電力Ｅｃが１ｋＷ〜２ｋＷである場合は、当該図５の関係が概ね成り立つことが、確認された。 Note that the relationship shown in FIG. 5 varies depending on the pressure P of the argon gas and the cathode power Ec. However, when the pressure P of the argon gas and the cathode power Ec are set to the optimum values described above, that is, the pressure P of the argon gas is 1 × 10 −2 Pa to 1 × 10 −1 Pa, and the cathode power When Ec was 1 kW to 2 kW, it was confirmed that the relationship of FIG.
このようにアルゴンガスの圧力Ｐ、カソード電力Ｅｃ、アノード電圧Ｖａおよびカソードバイアス電圧Ｖｃｂのそれぞれを上述した最適値に設定することで、イオン照射によって被処理物３６に流れる電流を５．６ｍＡ／ｃｍ２以下に抑えることができ、ひいては被処理物３６の異常加熱を防止することができる。ただし、実際の放電洗浄処理時には、被処理物３６に対して高周波電力Ｅｂが供給される。従って、この高周波電力Ｅｂの供給によって被処理物３６が異常加熱し、ひいては変質するようなことがあってはならない。そこで、この高周波電力Ｅｂについても、一定の制限を設ける。 Thus, by setting each of the argon gas pressure P, the cathode power Ec, the anode voltage Va, and the cathode bias voltage Vcb to the optimum values described above, the current flowing through the workpiece 36 by ion irradiation is 5.6 mA / cm. 2 can be suppressed to below, it is possible to turn prevent abnormal heating of the workpiece 36. However, the high frequency power Eb is supplied to the workpiece 36 during the actual discharge cleaning process. Therefore, the workpiece 36 should not be abnormally heated by the supply of the high-frequency power Eb, and consequently deteriorate. Therefore, a certain restriction is also provided for the high-frequency power Eb.
即ち、高周波電力Ｅｂは、上述したように被処理物３６に対するイオン照射を促進させるために供給されるが、この高周波電力Ｅｂには、図６に示すように、負極の直流成分Ｖｄｃが重畳されている。そして、この直流成分Ｖｄｃの電圧値によって、被処理物３６に対するイオンの照射エネルギを制御することができる。そこで、この直流成分Ｖｄｃの電圧値を、−６０Ｖ〜−１０Ｖとする。このようにすれば、被処理物３６の異常加熱を抑えることができ、ひいては変質を防止できることが、確認された。 That is, the high-frequency power Eb is supplied to promote ion irradiation on the workpiece 36 as described above, but the negative-polarity DC component Vdc is superimposed on the high-frequency power Eb as shown in FIG. ing. And the irradiation energy of the ion with respect to the to-be-processed object 36 is controllable with the voltage value of this DC component Vdc. Therefore, the voltage value of the DC component Vdc is set to -60V to -10V. In this way, it was confirmed that abnormal heating of the workpiece 36 can be suppressed, and as a result, alteration can be prevented.
なお、このように直流成分Ｖｄｃの電圧値が制御されたとき、高周波電力Ｅｂの電力値は、例えば１００Ｗ〜６００Ｗとなる。言い換えれば、当該高周波電力Ｅｂの電力値を１００Ｗ〜６００Ｗとすれば、被処理物３６の異常加熱を抑制することができる。ただし、高周波電力Ｅｂの電力値は、被処理物３６の表面積（数）によって変わるので、当該被処理物３６の異常加熱を確実に抑制するには、やはり直流成分Ｖｄｃの電圧値を制御するのが、望ましい。なお、この直流成分Ｖｄｃの電圧値が変わると、高周波電力Ｅｂの電圧振幅値Ｖｐｐも、例えば１００Ｖ〜３００Ｖの範囲で変化する。 Note that when the voltage value of the DC component Vdc is controlled in this way, the power value of the high-frequency power Eb is, for example, 100 W to 600 W. In other words, if the power value of the high-frequency power Eb is 100 W to 600 W, abnormal heating of the workpiece 36 can be suppressed. However, since the power value of the high-frequency power Eb varies depending on the surface area (number) of the workpiece 36, the voltage value of the DC component Vdc is also controlled in order to reliably suppress abnormal heating of the workpiece 36. Is desirable. When the voltage value of the direct current component Vdc changes, the voltage amplitude value Vpp of the high frequency power Eb also changes, for example, in the range of 100V to 300V.
図７を参照して、本実施形態による効果を説明する。即ち、同図（ａ）は、放電洗浄処理を施される前、つまり未処理の被処理物３６の表面近傍（表層）部分を撮影した拡大断面写真である。そして、同図（ｂ）は、本実施形態による放電洗浄処理後の被処理物３６の拡大断面写真である。なお、このときのアルゴンガスの圧力Ｐは６．６７×１０−２Ｐａ、カソード電力Ｅｃは１．１ｋＷ、アノード電圧Ｖａは２０Ｖ、およびカソードバイアス電圧Ｖｃｂは−１０Ｖであり、放電洗浄処理時間は２０分間である。そして、同図（ｃ）は、本実施形態よりも強いイオン照射によって放電洗浄処理が施された場合、例えばアノード電圧Ｖａが６０Ｖとされた場合の（言わば従来技術による）拡大断面写真である。 With reference to FIG. 7, the effect by this embodiment is demonstrated. That is, FIG. 5A is an enlarged cross-sectional photograph obtained by photographing the surface vicinity (surface layer) portion of the untreated object 36 before being subjected to the electric discharge cleaning process. FIG. 5B is an enlarged cross-sectional photograph of the workpiece 36 after the discharge cleaning process according to the present embodiment. At this time, the pressure P of the argon gas is 6.67 × 10 −2 Pa, the cathode power Ec is 1.1 kW, the anode voltage Va is 20 V, and the cathode bias voltage Vcb is −10 V. 20 minutes. FIG. 6C is an enlarged cross-sectional photograph when the discharge cleaning process is performed by ion irradiation stronger than that of the present embodiment, for example, when the anode voltage Va is set to 60 V (according to the prior art).
この図７から明らかなように、同図（ａ）に示す未処理のものと、同図（ｂ）に示す本実施形態による放電洗浄処理後のものとでは、互いに大きな差異は認められない。これに対して、同図（ｃ）に示す強いイオン照射による放電洗浄処理が施されたものは、表面近傍（表層）において黒い部分が存在することが判る。これは、当該表面近傍から炭素が抜け出ていること、つまり脱炭現象が生じていることを表す。このことから、本実施形態によれば脱炭現象が生じないことが判る。 As is apparent from FIG. 7, there is no significant difference between the unprocessed one shown in FIG. 7A and the one after the discharge cleaning process according to the present embodiment shown in FIG. On the other hand, it can be seen that a black portion exists in the vicinity of the surface (surface layer) in the case where the discharge cleaning process by strong ion irradiation shown in FIG. This represents that carbon has escaped from the vicinity of the surface, that is, a decarburization phenomenon has occurred. From this, it can be seen that the decarburization phenomenon does not occur according to the present embodiment.
また、上述の未処理のもの、本実施形態による放電洗浄処理後のもの、および強いイオン照射による放電洗浄処理後のもののそれぞれについて、ＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray Micro Analyzer）分析を行ったので、その結果を、図８に示す。なお、図８において、横軸は、被処理物３６の表面からの深さを表し、縦軸は、炭素濃度を表す。ただし、縦軸の目盛値は、相対値であり、その数値が大きいほど、炭素濃度が低い（炭素が少ない）ことを表す。 In addition, since EPMA (Electron Probe X-ray Micro Analyzer) analysis was performed on each of the above-mentioned untreated, after the discharge cleaning treatment according to the present embodiment, and after the discharge cleaning treatment by strong ion irradiation, The result is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the depth from the surface of the workpiece 36, and the vertical axis represents the carbon concentration. However, the scale value on the vertical axis is a relative value, and the larger the value, the lower the carbon concentration (the less carbon).
この図８に示すように、本実施形態による放電洗浄処理後の炭素濃度の分布（実線の折線）は、未処理のものの分布（点線の折線）と大きな差異はない。また、各深さにおいて炭素濃度が略一定であること、つまりいずれの深さ（箇所）においても脱炭現象が生じていないことが、判る。これに対して、強いイオン照射による放電洗浄処理が施されたものの分布（一点鎖線の折線）は、未処理のものの分布と大きく異なる。つまり、脱炭現象が生じていることが、判る。 As shown in FIG. 8, the carbon concentration distribution (solid broken line) after the discharge cleaning process according to the present embodiment is not significantly different from the untreated distribution (dotted broken line). It can also be seen that the carbon concentration is substantially constant at each depth, that is, no decarburization phenomenon occurs at any depth (location). On the other hand, the distribution (one-dot chain line broken line) subjected to the electric discharge cleaning process by strong ion irradiation is significantly different from the distribution of the unprocessed one. That is, it can be seen that a decarburization phenomenon occurs.
さらに、図９に、被処理物３６の表面を撮影した拡大写真を示す。具体的には、同図（ａ）は、未処理のものの拡大写真であり、同図（ｂ）は、本実施形態による放電洗浄処理後のものの写真である。そして、同図（ｃ）は、強いイオン照射による放電洗浄処理後の写真である。また、参考までに、同図（ｂ）に、上述したイオンボンバード処理後の写真を示す。 Furthermore, the enlarged photograph which image | photographed the surface of the to-be-processed object 36 is shown in FIG. Specifically, FIG. 4A is an enlarged photograph of an unprocessed one, and FIG. 2B is a photograph of the one after the discharge cleaning process according to the present embodiment. And (c) of the figure is a photograph after the discharge cleaning process by intense ion irradiation. For reference, a photograph after the ion bombardment described above is shown in FIG.
この図９において、同図（ａ）に示す未処理のものと、同図（ｂ）に示す本実施形態による放電洗浄処理後のものとでは、互いに大きな差異は認められない。これに対して、同図（ｃ）に示す強いイオン照射による放電洗浄処理が施されたものは、表面状態が滑らかになっている。これは、強いイオン照射によって表面が平坦化されたことを表す。そして、同図（ｄ）に示すイオンボンバード処理後のものでは、より強力なイオン照射によって表面が荒れている、つまり変形していることが判る。このことから、本実施形態によれば被処理物の表面が変形しないことが証明された。 In FIG. 9, there is no significant difference between the unprocessed one shown in FIG. 9 (a) and the one after the discharge cleaning process according to the present embodiment shown in FIG. 9 (b). On the other hand, the surface state of the surface subjected to the discharge cleaning treatment by strong ion irradiation shown in FIG. This represents that the surface is flattened by intense ion irradiation. And in the thing after the ion bombardment process shown to the same figure (d), it turns out that the surface is rough by the more powerful ion irradiation, ie, has deform | transformed. From this, according to this embodiment, it was proved that the surface of the workpiece was not deformed.
そして、本実施形態による放電洗浄処理の後に、続いて上述の成膜処理によって膜厚が１μｍ〜２μｍの窒化チタン膜を形成し、この窒化チタン膜の密着性をスクラッチ試験によって検証した。その結果を、図１０に実線の曲線で示す。また、併せて、強いイオン照射による放電洗浄処理後のものに同様の窒化チタン膜を形成し、この窒化チタン膜についてもスクラッチ試験を行ったので、その結果を、同図に点線の曲線で示す。 Then, after the discharge cleaning process according to the present embodiment, a titanium nitride film having a film thickness of 1 μm to 2 μm was formed by the above-described film forming process, and the adhesion of the titanium nitride film was verified by a scratch test. The result is shown by a solid curve in FIG. In addition, a similar titanium nitride film was formed after the discharge cleaning treatment by strong ion irradiation, and a scratch test was also conducted on this titanium nitride film, and the result is shown by a dotted curve in FIG. .
この図１０から明らかなように、本実施形態（実線の曲線）による放電洗浄処理後に形成された窒化チタン膜の剥離臨界荷重は、約９０Ｎである。これに対して、強いイオン照射による放電洗浄処理後に形成された窒化チタン膜の剥離臨界荷重は、約４０Ｎである。つまり、本実施形態によれば、強いイオン照射による放電洗浄処理に比べて、略倍以上の密着性を得られることが判明した。また、一般に、窒化チタン膜については剥離臨界荷重が６０Ｎ以上であれば高密着性であるという評価が得られるが、本実施形態によれば、この６０Ｎという条件を大きく上回ることになる。つまり、これまで実現できなかった遥かに密着性の高い被膜を生成することができる。 As is clear from FIG. 10, the peeling critical load of the titanium nitride film formed after the discharge cleaning process according to the present embodiment (solid curve) is about 90N. On the other hand, the separation critical load of the titanium nitride film formed after the discharge cleaning process by strong ion irradiation is about 40N. That is, according to the present embodiment, it has been found that the adhesion can be obtained approximately twice or more compared with the discharge cleaning treatment by strong ion irradiation. In general, the titanium nitride film is evaluated as having high adhesion when the critical peeling load is 60 N or more, but according to the present embodiment, the condition of 60 N is greatly exceeded. That is, it is possible to produce a coating film with much higher adhesion that could not be realized until now.
なお、この実施形態においては、被処理物３６として高速度鋼を母材とするドリルを用いたが、これに限らない。即ち、高速度鋼以外の金属を母材するもの、およびドリル以外のものを、被処理物３６として適用してもよい。ただし、上述したように、本発明は、ドリルのように先鋭な部分を有するものが被処理物３６とされた場合に、特に有効である。また、金属ではなく、絶縁物を被処理物３６としてもよい。 In addition, in this embodiment, although the drill which uses high speed steel as a base material was used as the to-be-processed object 36, it is not restricted to this. That is, a base material made of a metal other than high speed steel and a base material other than a drill may be applied as the workpiece 36. However, as described above, the present invention is particularly effective when an object having a sharp portion such as a drill is used as the workpiece 36. Further, instead of metal, an insulator may be used as the object to be processed 36.
そして、被処理物３６が取り付けられるホルダ３４の数は、上述した数（７２個）に限らず、例えば単数であってもよい。また、ホルダ３４は、公転させなくても、自転させなくてもよい。 The number of holders 34 to which the workpiece 36 is attached is not limited to the number described above (72), and may be a single number, for example. Moreover, the holder 34 does not need to revolve or rotate.
さらに、磁界発生器５０および５２を傾斜させたが、これに限らない。即ち、これらを傾斜させずに、互いに正面を向けて対向（正対）させてもよい。アノード４２についても、同様である。 Further, although the magnetic field generators 50 and 52 are inclined, the present invention is not limited to this. In other words, they may be opposed (facing directly) to each other without being inclined. The same applies to the anode 42.
そしてさらに、真空槽１２等の本実施形態を構成する各要素の形状や寸法は、本実施形態で説明した態様に限らない。例えば、真空槽１２は概略円筒形以外の形状であってもよいし、当該真空槽１２の直径Ｃや奥行Ｄ等も上述した値に限定されるものではない。 Furthermore, the shape and dimensions of each element constituting this embodiment such as the vacuum chamber 12 are not limited to the aspects described in this embodiment. For example, the vacuum chamber 12 may have a shape other than a substantially cylindrical shape, and the diameter C and depth D of the vacuum chamber 12 are not limited to the above-described values.
また、放電用ガスとして、アルゴンガスを用いたが、これ以外のガス、例えば水素（Ｈ２）ガスを用いてもよいし、複数種類のガスを併用してもよい。 Moreover, although argon gas was used as the discharge gas, other gases such as hydrogen (H 2 ) gas may be used, or a plurality of types of gases may be used in combination.
そして、上述した成膜処理によって窒化チタン膜を形成したが、これ以外の被膜、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）膜や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜、或いは窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成してもよい。 The titanium nitride film is formed by the above-described film formation process, but other films such as a boron nitride (BN) film, an aluminum nitride (AlN) film, or a silicon nitride (SiN) film may be formed.
さらに、被処理物３６に対して高周波電力Ｅｂを供給したが、これに代えてパルス電力を供給してもよい。そして、この場合、デューティ比を任意に変更できるようにするのが、望ましい。 Furthermore, although the high frequency power Eb is supplied to the workpiece 36, pulse power may be supplied instead. In this case, it is desirable that the duty ratio can be arbitrarily changed.
また、放電洗浄処理を施す時間は、被処理物３６の態様（形状、材質、種類等）やプラズマ領域６６の広がり角度に応じて、例えば２０分間〜６０分間とするのが、望ましい。 Moreover, it is desirable that the time for performing the discharge cleaning process is 20 minutes to 60 minutes, for example, depending on the form (shape, material, type, etc.) of the workpiece 36 and the spread angle of the plasma region 66.
１０ 表面処理装置
１２ 真空槽
３４ ホルダ
３６ 被処理物
４０ カソード
４２ アノード
４４ カソード加熱用電源装置
４６ カソードバイアス用電源装置
４８ アノード用電源装置
５０，５２ 磁界発生器
５８ ガス管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface treatment apparatus 12 Vacuum chamber 34 Holder 36 To-be-processed object 40 Cathode 42 Anode 44 Cathode heating power supply 46 Cathode bias power supply 48 Anode power supply 50, 52 Magnetic field generator 58 Gas pipe
Claims (11)
上記真空槽内を排気する排気手段と、
上記真空槽内に放電用ガスを導入するガス導入手段と、
上記真空槽内において互いに距離を置いて対向するように設けられた第１電極および第２電極と、
上記第１電極に対し交流の第１電力を供給することによって該第１電極から熱電子を放出させる第１電力供給手段と、
上記第２電極に対し共通電位を基準とする直流の第２電力を供給することによって上記熱電子を加速させる第２電力供給手段と、
上記第１電力に対し上記共通電位を基準とする直流の第１バイアス電力を重畳することによって上記熱電子の移動速度を制御する第１バイアス供給手段と、
上記熱電子が上記放電用ガスの粒子に衝突することによって発生する上記プラズマを所定領域に閉じ込めるための磁界を発生させる磁界発生手段と、
上記プラズマの中心部分から所定の距離を置いた所定位置において上記被処理面が該プラズマの中心部分に対向するように上記被処理物を支持する支持手段と、
を具備し、
上記被処理物が上記共通電位に接続されている状態にあるとき上記被処理面に上記イオンが照射されることによって該被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となるように上記真空槽内における上記放電用ガスの圧力、上記第１電力、上記第２電力および上記第１バイアス電力が設定された、
表面処理装置。 In a surface treatment apparatus for cleaning a surface to be processed by generating plasma in a vacuum chamber and irradiating the surface to be processed with ions in the plasma,
Exhaust means for exhausting the inside of the vacuum chamber;
Gas introduction means for introducing a discharge gas into the vacuum chamber;
A first electrode and a second electrode provided to face each other at a distance in the vacuum chamber;
First power supply means for emitting thermal electrons from the first electrode by supplying alternating first power to the first electrode;
Second power supply means for accelerating the thermoelectrons by supplying a second DC power with a common potential as a reference to the second electrode;
First bias supply means for controlling the moving speed of the thermoelectrons by superimposing a DC first bias power with the common potential as a reference on the first power;
Magnetic field generating means for generating a magnetic field for confining the plasma generated by the thermal electrons colliding with the discharge gas particles in a predetermined region;
Support means for supporting the object to be processed so that the surface to be processed is opposed to the central part of the plasma at a predetermined position at a predetermined distance from the central part of the plasma;
Comprising
When the object to be processed is connected to the common potential, the current flowing through the object to be processed is 5.6 mA / cm 2 or less by irradiating the ion to the surface to be processed. The pressure of the discharge gas in the vacuum chamber, the first power, the second power, and the first bias power are set.
Surface treatment equipment.
上記直流成分の電圧値が−６０Ｖないし−１０Ｖである、請求項１ないし５のいずれかに記載の表面処理装置。 A second bias supply means for supplying an AC second bias power in which a DC component based on the common potential is superimposed on the object to be processed;
The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein a voltage value of the direct current component is −60 V to −10 V.
上記真空槽内を排気する排気過程と、
上記真空槽内に放電用ガスを導入するガス導入過程と、
上記真空槽内に設けられた第１電極に対し交流の第１電力を供給することによって該第１電極から熱電子を放出させる第１電力供給過程と、
上記真空槽内において上記第１電極と距離を置いて対向するように設けられた第２電極に対し共通電位を基準とする直流の第２電力を供給することによって上記熱電子を加速させる第２電力供給過程と、
上記第１電力に対し上記共通電位を基準とする直流の第１バイアス電力を重畳することによって上記熱電子の移動速度を制御する第１バイアス供給過程と、
上記熱電子が上記放電用ガスの粒子に衝突することによって発生する上記プラズマを所定領域に閉じ込めるための磁界を発生させる磁界発生過程と、
上記プラズマの中心部分から所定の距離を置いた所定位置において上記被処理面が該プラズマの中心部分に対向するように上記被処理物を支持する支持過程と、
を具備し、
上記被処理物が上記共通電位に接続されている状態にあるとき上記被処理面に上記イオンが照射されることによって該被処理物に流れる電流が５．６ｍＡ／ｃｍ２以下となるように上記真空槽内における上記放電用ガスの圧力、上記第１電力、上記第２電力および上記第１バイアス電力が設定された、
表面処理方法。 In a surface treatment method for cleaning a surface to be processed by generating plasma in a vacuum chamber and irradiating the surface to be processed with ions in the plasma,
An exhaust process for exhausting the vacuum chamber;
A gas introduction process for introducing a discharge gas into the vacuum chamber;
A first power supply step of emitting thermoelectrons from the first electrode by supplying alternating first power to the first electrode provided in the vacuum chamber;
A second power for accelerating the thermoelectrons by supplying a second DC power with a common potential as a reference to a second electrode provided to face the first electrode at a distance in the vacuum chamber. Power supply process,
A first bias supply process for controlling the moving speed of the thermoelectrons by superimposing a DC first bias power based on the common potential on the first power;
A magnetic field generation process for generating a magnetic field for confining the plasma generated by the thermal electrons colliding with particles of the discharge gas in a predetermined region;
A supporting process for supporting the object to be processed so that the surface to be processed is opposed to the central part of the plasma at a predetermined position at a predetermined distance from the central part of the plasma;
Comprising
When the object to be processed is connected to the common potential, the current flowing through the object to be processed is 5.6 mA / cm 2 or less by irradiating the ion to the surface to be processed. The pressure of the discharge gas in the vacuum chamber, the first power, the second power, and the first bias power are set.
Surface treatment method.
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