JP2014227593A - 表面処理装置及び表面処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような課題に対し、従来、ヒータ等の加熱や外部エネルギーの導入等によって成膜反応性や成膜速度を改善した例がある。また、特許文献1には、電子ビームの照射によって低温環境下でプラズマ密度を高める技術が開示されている。
該反応部の上記反応室内に電子ビームを出力して上記反応性ガスをプラズマ化する電子ビーム出力部と、
該電子ビーム出力部から出力される電子ビームを制御する制御部とを備え、
上記反応室は、物理的蒸着法及び化学的蒸着法の少なくとも一方を用いて、上記保持部に保持された上記被処理物の表面に硬質膜を形成することができるよう構成されており、
上記制御部は、上記反応室内での上記硬質膜の形成に最適なプラズマ状態となるように、上記電子ビーム出力部から上記反応室内に出力される電子ビームの出力波形を制御するよう構成されていることを特徴とする表面処理装置にある。
物理的蒸着法及び化学的蒸着法の少なくとも一方を用いて、上記反応室内に保持された被処理物の表面に硬質膜を形成する硬質膜形成工程とを有し、
該硬質膜形成工程では、上記反応室内での上記硬質膜の形成に最適なプラズマ状態となるように、上記電子ビーム出力部から上記反応室内に出力される電子ビームの出力波形を制御することを特徴とする表面処理方法にある。
また、成膜時の成膜反応性や成膜速度の向上を図ることができるため、従来困難であった低温環境下での硬質膜の成膜が可能となる。よって、被処理物として一般的な鋼材等を用いて硬質膜を成膜することも可能となる。
この場合には、被処理物の表面に対する中間処理を精度良く、効率的に行うことができる。なお、ここでの中間処理とは、硬質膜を形成する前に予め被処理物に対して行う処理のことをいう。
この場合には、電子ビーム出力部から出力される電子ビームの出力波形の制御や反応室内のプラズマ状態の調整を精度良く行うことができる。
この場合には、電子ビームのパルス状の波形(デューティー比)を調整することにより、反応室内の反応性ガスによるプラズマの量を調整することができる。これにより、反応室内での被処理物に対する硬質膜形成や中間処理をより一層効率的に行うことができる。
この場合には、電子ビーム出力部から反応室内に向けて電子ビームを精度良く出力(照射)することができる。
この場合には、電子ビームのパルス状の波形(パルス幅、パルス印加周期)を調整することにより、反応室内の反応性ガスによるプラズマの量を調整することができる。これにより、反応室内での被処理物に対する硬質膜形成や中間処理をより一層効率良く行うことができる。
この場合には、生成室で生成されたプラズマが加速室に流動しやすくなり、電子ビームを効率良く生成することができる。
この場合には、電子ビームの方向性を制御することにより、反応室内の被処理物近傍のプラズマ状態の調整が容易となる。これにより、反応室内での被処理物に対する硬質膜形成や中間処理をより一層効率良く行うことができる。
この場合には、上流側電磁石及び下流側電磁石により発生する磁界によって、反応室内に出力される電子ビームの方向性の制御が容易となる。
この場合には、反応室内の特定領域に被処理物が配置された状態でその特定領域におけるプラズマ密度を制御することにより、反応室内の特定領域のプラズマ状態の調整が容易となる。これにより、反応室内の特定領域での被処理物に対する硬質膜形成や中間処理を効率良く行うことができる。
この場合には、第1電磁石及び第2電磁石により発生する磁界によって、反応室内の特定領域におけるプラズマ密度の制御が容易となる。
この場合には、保持部回転手段及び被処理物回転手段によって被処理物を移動・回転させることにより、被処理物に対する硬質膜形成や中間処理をムラなく均一に行うことができる。
この場合には、被処理物の表面を活性化した状態とすることができ、硬質膜形成や中間処理を精度良く、効率的に行うことができる。
この場合には、反応室内のプラズマ状態に応じて電子ビームの出力波形を制御することにより、反応室内のプラズマ状態を硬質膜形成や中間処理に最適な状態で維持することができる。これにより、常時、硬質膜形成や中間処理を精度良く、効率的に行うことができる。
この場合には、被処理物の表面状態(例えば、硬質膜の構造状態、中間処理が施された部分の状態)に応じて電子ビームの出力波形を制御することにより、反応室内のプラズマ状態を硬質膜形成や中間処理に最適な状態で維持することができる。これにより、常時、硬質膜形成や中間処理を精度良く、効率的に行うことができる。
この場合には、被処理物の表面に硬質膜を形成する前に、予め被処理物の表面に対して中間処理を精度良く、効率的に行うことができる。
この場合には、反応室内のプラズマ状態に応じて電子ビームの出力波形を制御することにより、反応室内のプラズマ状態を硬質膜形成や中間処理に最適な状態で維持することができる。これにより、常時、硬質膜形成や中間処理を精度良く、効率的に行うことができる。
この場合には、被処理物の表面状態(例えば、硬質膜の構造状態、中間処理が施された部分の状態)に応じて電子ビームの出力波形を制御することにより、反応室内のプラズマ状態を硬質膜形成や中間処理に最適な状態で維持することができる。これにより、常時、硬質膜形成や中間処理を精度良く、効率的に行うことができる。
上記表面処理装置及びそれを用いた表面処理方法にかかる実施例について、図を用いて説明する。
図1、図2に示すように、本例の表面処理装置1は、反応性ガスを含む気体が封入される反応室51と反応室51内において被処理物60を保持する保持部52とを有する反応部5と、反応部5の反応室51内に電子ビームAを出力して反応性ガスをプラズマ化する電子ビーム出力部2と、電子ビーム出力部2から出力される電子ビームAを制御する制御部70とを備えている。
以下、これを詳説する。
生成部3は、加熱されることで熱電子を放出するフィラメント31と、負電圧が印加される放電用陰極32と、正電圧が印加される放電用陽極33と、フィラメント31に電圧を印加してフィラメント31を加熱するフィラメント電源34と、放電用陰極32及び放電用陽極33に電圧を印加する放電電源35と、アルゴンガスを供給するための希ガス導入ポート36とを備えている。
希ガス導入ポート36は、アルゴンガスが貯蔵された希ガス貯蔵タンク(図示略)に接続され、流量調整機構(図示略)によって生成室13に流入されるアルゴンガスの量を調整可能に構成されている。
加速室排気ポート45には、加速室15が生成室13よりも低圧となるように加速室15の内圧を調整する真空ポンプである加速室排気ポンプ(図示略)が接続されている。
バイアス電源54は、予め定められた周期で正負極性が切り替わる高周波電圧を出力するものである。
反応室排気ポート58には、反応室51の内圧を調整する真空ポンプである反応室排気ポンプが接続されている。
ここでは、鉄基材(被処理物60)の表面に、密着性向上のための窒化処理(中間処理)を行った後、cBN膜(硬質膜)を形成する例について説明する。
cBN膜の成膜に当たり、反応室51内に導入する、窒素ガス、ジボランガス、アルゴンガスの合計圧力が0.05Paとなるよう、それぞれのガス比率を
窒素ガス:ジボランガス:アルゴンガス=1:1:0.5とした。
そして、膜中にcBNを得るたにRF(高周波)バイアス電力を60W印加した。
そして、各試料における膜中cBN含有率を測定したところ、試料1は10%、試料2は50%、試料3は95%であった。
このように、電子ビームAの出力波形を制御することで、反応室51内のプラズマ状態を制御して、硬質膜(cBN膜)の状態を制御することが可能である。
本例の表面処理装置1において、反応室51は、物理的蒸着法を用いて、保持部52に保持された被処理物60の表面に硬質膜を形成することができるよう構成されている。そして、制御部70は、反応室51内での硬質膜の形成に最適なプラズマ状態となるように、電子ビーム出力部2から反応室51内に出力される電子ビームAの出力波形を制御するよう構成されている。
また、成膜時の成膜反応性や成膜速度の向上を図ることができるため、従来困難であった低温環境下での硬質膜の成膜が可能となる。よって、被処理物60として一般的な鋼材等を用いて硬質膜を成膜することも可能となる。
本例は、図3に示すように、鉄基材(被処理物60)の表面に、密着性向上のためのチタン膜、窒化チタン膜を形成(中間処理)した後、cBN膜(硬質膜)を形成する例について説明する。
その他の基本的な構成は、実施例1と同様である。また、実施例1と同様の構成については、同様の符号を付し、その説明を省略している。
まず、被処理物60を保持した保持部52を真空排気された反応室51内に設置し、保持部52及び被処理物60を回転させて位置を調整する。そして、反応室51内に設けられたヒータ511の加熱により、保持部52及び被処理物60の表面の油分を除去する。
また、本例の表面処理装置1及びそれを用いた表面処理方法における基本的な作用効果は、実施例1と同様である。
2 電子ビーム出力部
5 反応部
51 反応室
52 保持部
60 被処理物
70 制御部
A 電子ビーム
Claims (11)
- 少なくとも反応性ガスを含む気体が封入される反応室(51)と、該反応室(51)内において被処理物(60)を保持する保持部(52)とを有する反応部(5)と、
該反応部(5)の上記反応室(51)内に電子ビーム(A)を出力して上記反応性ガスをプラズマ化する電子ビーム出力部(2)と、
該電子ビーム出力部(2)から出力される電子ビーム(A)を制御する制御部(70)とを備え、
上記反応室(51)は、物理的蒸着法及び化学的蒸着法の少なくとも一方を用いて、上記保持部(52)に保持された上記被処理物(60)の表面に硬質膜を形成することができるよう構成されており、
上記制御部(70)は、上記反応室(51)内での上記硬質膜の形成に最適なプラズマ状態となるように、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形を制御するよう構成されていることを特徴とする表面処理装置(1)。 - 請求項1に記載の表面処理装置(1)において、上記反応室(51)は、物理的蒸着法及び化学的蒸着法の少なくとも一方を用いて、上記保持部(52)に保持された上記被処理物(60)の表面に対して中間処理を行うことができるよう構成されており、上記制御部(70)は、上記反応室(51)内での上記中間処理に最適なプラズマ状態となるように、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形を制御するよう構成されていることを特徴とする表面処理装置(1)。
- 請求項1又は2に記載の表面処理装置(1)において、上記制御部(70)は、上記電子ビーム出力部(2)から出力される電子ビーム(A)の出力波形を直流状又はパルス状の波形に制御するよう構成されていることを特徴とする表面処理装置(1)。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の表面処理装置(1)において、上記電子ビーム出力部(2)は、上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の方向性を制御する電子ビーム制御手段を備えていることを特徴とする表面処理装置(1)。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の表面処理装置(1)において、上記反応部(5)は、上記反応室(51)内で生成された上記反応性ガスのプラズマ密度を上記反応室(51)内の予め規定された特定領域において制御するプラズマ制御手段を備えており、上記保持部(52)は、上記被処理物(60)が上記特定領域内に位置するように配置されていることを特徴とする表面処理装置(1)。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面処理装置(1)において、上記反応室(51)内のプラズマ状態を検知するプラズマ状態検知手段をさらに備え、上記制御部(70)は、上記プラズマ状態検知手段における検知結果に基づいて、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形を制御するよう構成されていることを特徴とする表面処理装置(1)。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の表面処理装置(1)において、上記被処理物(60)の表面状態を検知する表面状態検知手段(55)をさらに備え、上記制御部(70)は、上記表面状態検知手段(55)における検知結果に基づいて、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形を制御するよう構成されていることを特徴とする表面処理装置(1)。
- 少なくとも反応性ガスを含む気体が封入された反応室(51)内に電子ビーム出力部(2)から電子ビーム(A)を出力して上記反応性ガスをプラズマ化するプラズマ化工程と、
物理的蒸着法及び化学的蒸着法の少なくとも一方を用いて、上記反応室(51)内に保持された被処理物(60)の表面に硬質膜を形成する硬質膜形成工程とを有し、
該硬質膜形成工程では、上記反応室(51)内での上記硬質膜の形成に最適なプラズマ状態となるように、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形を制御することを特徴とする表面処理方法。 - 請求項8に記載の表面処理方法において、上記硬質膜形成工程の前に、物理的蒸着法及び化学的蒸着法の少なくとも一方を用いて、上記被処理物(60)の表面に対して中間処理を行う中間処理工程を有し、該中間処理工程では、上記反応室(51)内での上記中間処理に最適なプラズマ状態となるように、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形を制御することを特徴とする表面処理方法。
- 請求項8又は9に記載の表面処理方法において、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形の制御は、上記反応室(51)内のプラズマ状態を検知するプラズマ状態検知手段における検知結果に基づいて行うことを特徴とする表面処理方法。
- 請求項8〜10のいずれか1項に記載の表面処理方法において、上記電子ビーム出力部(2)から上記反応室(51)内に出力される電子ビーム(A)の出力波形の制御は、上記被処理物(60)の表面状態を検知する表面状態検知手段(55)における検知結果に基づいて行うことを特徴とする表面処理方法。
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