JP2017088976A - 多元系被膜形成装置および多元系被膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりも簡素かつ廉価な構成であるにも拘らず、多元系被膜の元素別の成膜速度や組成比等の成膜状況を適切に監視できるようにする。【解決手段】 本発明が適用されたイオンプレーティング装置１０によれば、真空槽１２内にプラズマ３００が発生される。このプラズマ３００を利用して、それぞれの被処理物１００の表面に多元系被膜が形成される。その際、プラズマ３００の発光スペクトルが覗き窓７０，レンズユニット２００および光ファイバ２１０を介して分光手段としての１台のスペクトロメータによって一括的に測定され、この測定結果に基づいて、多元系被膜の成膜状況が監視される。従って例えば、当該多元系被膜の成膜状況を監視するために光導出路と光フィルタと光検出器とから成るユニットが複数設けられる従来の構成に比べて、イオンプレーティング装置１０全体の構成の簡素化かつ廉価化が実現される。【選択図】 図１

Description

本発明は、多元系被膜形成装置および多元系被膜形成方法に関し、特に、被処理物が収容された真空槽の内部にプラズマを発生させると共にこのプラズマを利用して当該被処理物の表面に複数の元素を成分とする多元系被膜を形成する、多元系被膜形成装置および多元系被膜形成方法に関する。

多元系被膜、とりわけ合金組成を持つ多元系被膜は、高機能性被膜として種々展開されている。例えば、ＡｌＣｒＮ（窒化アルミニウムクロム）膜やＡｌＴｉＮ（窒化アルミニウムチタン）膜等の窒化物膜は、高硬度被膜として展開されており、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）膜やＺｒＰｂＯ_３（ジルコン酸鉛）膜等の酸化物膜は、高誘電性被膜として展開されている。このような多元系被膜は一般に、プラズマを利用した成膜処理法によって形成され、例えば物理気相成長（Physical Vapor Deposition；ＰＶＤ）法であればイオン化蒸着法，イオンプレーティング法またはスパッタ法によって形成され、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）法であればプラズマＣＶＤ法によって形成される。

この多元系被膜を形成するための成膜処理において、その最中に、いわゆるインプロセスで、当該多元系被膜の形成速度、つまり成膜速度、を測定することが要求される場合がある。この要求に応えるための常套手段として、水晶振動子方式の膜厚モニタが知られている。この水晶振動子方式の膜厚モニタは、水晶振動子を有するセンサを備えている。このセンサは、例えばイオンプレーティング法においては、真空槽内における蒸発源の上方であって、当該蒸発源から被処理物の表面（被処理面）までの距離と略同等の距離だけ当該蒸発源から離れた位置に、設けられる。そして、蒸発源からの蒸発粒子がセンサの水晶振動子に付着することによる当該水晶振動子の振動周波数の変化に基づいて、多元系被膜の膜厚が求められ、ひいては成膜速度が求められる。

しかしながら、この水晶振動子方式の膜厚モニタでは、次のような問題がある。即ち、被膜の材料となる物質の密度が小さいほど、その蒸発粒子が水晶振動子に付着することによる当該水晶振動子の振動周波数の変化が小さいために、高い測定精度が得られない。このため、被膜材料としては、その密度が或る程度以上（一般的にはアルミニウム（Ａｌ）の密度（２．７ｇ／ｃｍ^３）と略同等またはそれ以上）であることが必要とされ、ゆえに、適用可能な被膜の種類がかなり制限されてしまう。また、被膜材料の蒸発中に突沸が生じて、この突沸による比較的に大きな粒子が水晶振動子に付着すると、当該水晶振動子の振動周波数が異常に変動し、或いは、当該水晶振動子の振動が停止して、測定不能になる。従って、被膜材料として、安定的に蒸発することも必要とされ、このことによっても、被膜の種類がかなり制限されてしまう。さらに、水晶振動子は、おおよそ１バッチごとに交換が必要であり、しかも、比較的に高価であるため、ランニングコストが嵩む、という問題もある。加えて、多元系被膜の成膜処理においては、当該多元系被膜の材料となる複数の物質別に、言い換えれば複数の元素別に、それぞれの成膜速度を測定することが要求される場合がある。このような要求に応えるために、例えば複数の膜厚モニタ（センサ）が設けられる態様が考えられるが、このように複数の膜厚モニタが設けられたとしても、これら複数の膜厚モニタによって各元素別にそれぞれの成膜速度を測定することは不可能であり、つまり当該要求に応えることはできない。

そこで、この水晶振動方式の膜厚モニタに代わる技術的手段として、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、真空槽としてのチャンバ内にプラズマが発生される。そして、このプラズマ中の飛散粒子の光が、光導出路によって、チャンバ内から外部に引き出される。このチャンバの外部に引き出された光は、その特定波長成分のみを通過させる光フィルタを介して、当該チャンバの外部にある光検出器に入射される。光検出器は、自身に入射された光の発光強度を測定する。この発光強度は、プラズマ中の飛散粒子の密度と比例する。この関係を利用して、当該光検出器によって測定された発光強度と、被処理物としての被成膜材（基板）に掛けられているバイアス電圧またはプラズマ中の飛散粒子の加速電圧と、に基づいて、成膜速度が算出される。なお、多元系被膜の成膜処理においては、光導出路と光フィルタと光検出器とから成るユニットが複数設けられることによって、当該多元系被膜を成す各元素別にそれぞれの成膜速度を算出することが可能となる。この場合、各元素別にそれぞれが発光する特定波長のみを通過させる光フィルタが用いられる、とされている。

特開２０００−７４８３３号公報（特に請求項９，段落［００１９］，［００６０］および［００６７］参照。）

ところが、この従来技術をもってしても、次のような問題がある。即ち、この従来技術では、多元系被膜の成膜処理において、特に当該多元系被膜を成す各元素別にそれぞれの成膜速度を測定する際に、上述の如く光導出路と光フィルタと光検出器とから成るユニットが複数設けられる。このため、これら複数のユニットを含む装置全体の構成が大規模化し、かつ、高価格化する、という問題がある。この問題は、多元系被膜を成す元素の数が多いほど顕著になる。

また、従来技術では、光導出路の光の入射側端部がチャンバ内に位置するために、プラズマ中の飛散粒子が当該光入射側端部にも付着し、つまり当該光入射側端部にも被膜が堆積する。この結果、光導出路によるチャンバ内からチャンバ外への光の引き出しが不可能になり、ひいては成膜速度の測定が不可能になる、という問題もある。因みに、従来技術（特に段落［００１０］，［００８４］および［００９５］参照。）によれば、光導出路を用いてチャンバ内のプラズマによる発光をチャンバ外の光検出器に導くことから、飛散粒子の発光強度の測定を、膜堆積などによる影響を受けないで行うことができる、とされているが、ここで言う膜堆積などによる影響を受けないのは、飽くまでも光検出器であり、光導出路の光入射側端部については、必ず当該膜堆積の影響を受ける。従って、上述の如く成膜速度の測定が不可能になる。

それゆえに、本発明は、従来よりも簡素かつ廉価な構成であるにも拘らず、多元系被膜の成膜速度等の成膜状況を適切に監視することができる、多元系被膜形成装置および多元系被膜形成方法を提供することを、目的とする。また、この成膜状況の監視を確実に実現し得るようにすることも、本発明の目的とするところである。

この目的を達成するために、本発明のうちの第１発明は、被処理物が収容された真空槽の内部にプラズマを発生させると共に、このプラズマを利用して当該被処理物の表面に複数の元素を成分とする多元系被膜を形成する多元系被膜形成装置において、窓部材と、分光手段と、監視手段と、を具備する。このうちの窓部材は、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光を透過させる特性を有しており、真空槽の壁部の一部を成すように当該真空槽の壁部に設けられている。そして、分光手段は、この窓部材を介して、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光を真空槽の外部で受けると共に、この光のスペクトルを一括的に測定する。さらに、監視手段は、分光手段によるスペクトルの測定結果に基づいて、多元系被膜の形成状況を監視する。

即ち、本第１発明によれば、被処理物が収容された真空槽の内部にプラズマが発生される。そして、このプラズマを利用して被処理物の表面に多元系被膜が形成される。ここで、プラズマ中には、多元系被膜を成す複数の元素それぞれの粒子が含まれている。そして、それぞれの粒子からは、その元素特有の波長の光が発せられる（励起発光）。また、この光の強度は、当該光を発する粒子の量に相関し、例えば比例する。この光は、真空槽の壁部に設けられた窓部材を介して、当該真空槽の外部にある分光手段によって受けられる。分光手段は、この光のスペクトルを一括的に測定する。そして、この分光手段によるスペクトルの測定結果に基づいて、監視手段が、多元系被膜の形成状況、つまり成膜状況を、監視する。要するに、本第１発明によれば、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光の強度が、１つの分光手段によって一括的に測定される。そして、この分光手段による測定結果に基づいて、多元性被膜の成膜状況が適切に監視され、特に当該多元性被膜を成す各元素別にそれぞれの成膜状況が適切に監視される。

なお、ここで言う多元系被膜の成膜状況は、当該多元系被膜の成膜速度を含んでもよい。この成膜速度は、多元系被膜の成分となる各元素それぞれの発光強度と相関し、厳密には当該発光強度と真空槽内の圧力等の他の所定の成膜条件とに相関する。このことを利用して、当該成膜速度は、例えば多元系被膜の成分となる各元素の一部または全部の発光強度に基づいて、厳密には当該発光強度と他の所定の成膜条件とに基づいて、求められる。また、各元素別にそれぞれの成膜速度が求められてもよい。この場合、当該各元素別の成膜速度は、それぞれの元素ごとの発光強度に基づいて、厳密には当該発光強度と他の所定の成膜条件とに基づいて、求められる。

さらに、ここで言う多元系被膜の成膜状況は、当該多元系被膜を成す各元素の組成比を含んでもよい。この組成比は、当該各元素それぞれの発光強度の相互比に相関する。このことを利用して、当該組成比は、各元素それぞれの発光強度の相互比に基づいて、求められる。

加えて、本第１発明においては、粒子生成源制御手段が具備されてもよい。この粒子生成源制御手段は、監視手段による監視結果に基づいて、プラズマ中の各元素それぞれの粒子の生成源を制御する。ここで言う粒子生成源としては、例えばイオン化蒸着法やイオンプレーティング法においては、上述の蒸発源がある。また、スパッタ法においては、ターゲットが当該粒子生成源に当たる。さらに、プラズマＣＶＤ法を含め、被膜材料にガスが含まれる場合には、このガスの供給源が当該粒子生成源に当たる。

この粒子生成源制御手段は、多元系被膜の成膜状況、特に当該多元系被膜の成膜速度、が一定となるように、制御を行ってもよい。この場合、当該粒子生成源制御手段は、多元系被膜を成す各元素別にそれぞれの成膜速度が一定となるように、制御を行ってもよい。また、当該粒子生成源制御手段は、多元系被膜を成す各元素の組成比が一定となるように、制御を行ってもよい。

ところで、プラズマ中の各元素それぞれの粒子は、被処理物の表面のみならず、真空槽の壁部に設けられた窓部材にも付着し、つまり当該窓部材にも被膜が形成される。そうなると、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光は、この窓部材を透過しなくなり、ひいては分光手段によって受けられなくなる。この結果、多元系被膜の成膜状況の監視が不可能になる。このような不都合を回避するべく、本第１発明においては、透過部材が具備されてもよい。この透過部材は、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光を透過させる特性を有しており、真空槽の内部で窓部材を覆うように設けられる。これにより、窓部材に被膜が形成されることが防止される。そして、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光は、透過部材および窓部材を介して、分光手段によって受けられる。

ただし、この場合は、窓部材に代わって透過部材に被膜が形成されるので、そのような状態が放置されると、やはり不都合である。この不都合を回避するべく、透過部材を更新する更新手段が、さらに具備されてもよい。即ち、この更新手段によって透過部材が適宜に更新されることで、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光に対して当該透過部材および窓部材が透明である状態が維持される。これにより、分光手段は、これら透過部材および窓部材を介して、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光を確実に受けることが可能となる。この結果、多元系被膜の成膜状況の監視が確実に実現される。

ここで、透過部材は、その一部分によって窓部材を覆うものであってもよい。この場合、当該透過部材は、そのうちの未だ窓部材を覆うのに供されていない未使用部分が真空槽の内部に露出しないように、言い換えれば当該未使用部分に被膜が形成されることのないように、設けられるのが、好ましい。そして、更新手段は、透過部材のうち窓部材を覆う部分の位置が未使用部分の領域内に変わるように当該透過部材を移動させることによって更新を行うものであってもよい。

このような透過部材としては、例えば概略帯状のフィルムがある。この場合、更新手段は、当該透過部材としてのフィルムをその長さ方向に移動させることによって更新を行うものであってもよい。

本発明のうちの第２発明は、第１発明に対応する方法の発明である。即ち、本第２発明は、被処理物が収容された真空槽の内部にプラズマを発生させると共に、このプラズマを利用して当該被処理物の表面に複数の元素を成分とする多元系被膜を形成する多元系被膜形成方法において、分光過程と、監視過程と、を具備する。ここで、真空槽の壁部には、当該壁部の一部を成すように窓部材が設けられている。この窓部材は、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光を透過させる特性を有している。その上で、分光過程では、この窓部材を介して、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光を真空槽の外部にある分光手段で受けると共に、この分光手段によって当該光のスペクトルを一括的に測定する。そして、監視過程では、分光過程におけるスペクトルの測定結果に基づいて、多元系被膜の成膜状況を監視する。

上述したように、本発明によれば、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光の強度が、１つの分光手段によって一括的に測定される。そして、この分光手段による測定結果に基づいて、多元性被膜の成膜状況が適切に監視される。従って、光導出路と光フィルタと光検出器とから成るユニットが複数設けられる従来技術に比べて、分光手段を含む装置全体の構成の簡素化かつ廉価化が実現される。また、真空槽の壁部に設けられた窓部材を当該真空槽の内部で覆う透過部材と、この透過部材を適宜に更新する更新手段と、が具備されることによって、プラズマ中の各元素それぞれの粒子から発せられる光に対して当該透過部材および窓部材が透明である状態が維持される。これに対して、従来技術では、光導出路の光入射側端部が膜堆積の影響を受けるために成膜速度の測定が不可能になる。ゆえに、このような従来技術とは異なり、本発明によれば、多元系被膜の成膜状況の監視が確実に実現される。

本発明の一実施形態に係るイオンプレーティング装置の概略構成を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 同実施形態におけるレンズユニットの詳細を説明するための図解図である。 同実施形態における蒸発源の制御を担う部分の電気的な構成を示す図解図である。 同蒸発源の坩堝の構成を示す図解図である。 同蒸発源の動作を説明するための図解図である。 同蒸発源の坩堝内の各固体材料に対する電子ビームの照射態様を当該各固体材料の消費状態と併せて示す図解図である。 同電子ビームの照射態様を詳細に示す図解図である。 同実施形態におけるプラズマの発光スペクトルの一例を示す図解図である。 同プラズマ中の特にガス系元素の粒子の発光スペクトルを示す図解図である。 同実施形態におけるプラズマの発光スペクトルと電子銃パワーとの関係を示す図解図である。 同発光スペクトルと被膜材料としてのアルミニウム材料およびクロム材料に対する電子ビームの照射時間比との関係を示す図解図である。 同スペクトル中のアルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度と電子銃パワーとの関係を実際の成膜速度と重ね合わせて示すグラフである。 同実施形態におけるシャッタが開放されてからの経過時間に対するプラズマの発光スペクトルの変化を示す図解図である。 同実施形態の拡張例を示す図解図である。 図１６の構成における発光スペクトルの測定要領を説明するための図解図である。

本発明の一実施形態について、図１〜図１７を参照して説明する。

本実施形態に係るイオンプレーティング装置１０は、多元系被膜、特にＡｌＣｒＮ膜等の合金窒化物膜、を形成するのに好適なものであり、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、特に真空槽１２の内部に注目して当該真空槽１２を含むイオンプレーティング装置１０を正面から見た概略図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

真空槽１２は、概略円筒形である自身の中心軸を水平方向に延伸させた状態にあり、その周壁１４の両端の一方側に当たる部分１６は、当該真空槽１２の前面として前面壁によって閉鎖されており、当該周壁１４の両端の他方側に当たる部分１８は、真空槽１２の後面として後面壁によって閉鎖されている。この真空槽１２の周壁１４，前面壁１６および後面壁１８を含む当該真空槽１２の筐体は、耐熱性および耐食性の高い金属製、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼製であり、基準電位としての接地電位に接続されている。なお、詳しい説明は省略するが、この真空槽１２の前面壁１６および後面壁１８は、後述する被処理物１００の出し入れやメンテナンス等のために任意に開閉可能とされている。加えて、この真空槽１２の筐体（周壁１４，前面壁１６または後面壁１８）の適当な位置に、当該真空槽１２の内部と外部とを連通させる図示しない排気口が設けられている。そして、この排気口には、真空槽１２の外部において、当該真空槽１２の内部を排気するための図示しない排気手段としての真空ポンプが結合されている。また、これら排気口と真空ポンプとを結合する結合手段としての排気管の途中には、真空槽１２内の圧力Ｐｃを調整するための図示しない圧力制御手段としての圧力制御装置が設けられている。

真空槽１２の内部に注目すると、当該真空槽１２の内部の略中央に、粒子生成源、特に気化手段、としての蒸発源２０が配置されている。この蒸発源２０は、合金窒化物膜の合金成分材料である複数の、例えば２種類の、固体材料２２ａおよび２２ｂを個別に収容可能な収容手段としての坩堝２４と、これら各固体材料２２ａおよび２２ｂを個別に加熱して蒸発させるための電子ビームｅ⁻を出力する被膜材料加熱出力手段としての電子銃２６と、を有している。この蒸発源２０については、後で詳しく説明する。また、蒸発源２０の近傍に、被処理物１００を加熱するための図示しない被処理物加熱手段としての例えば電熱ヒータが設けられている。

そして、蒸発源２０の周りを取り囲むように、複数個の被処理物１００，１００，…が配置される。具体的には、真空槽１２の後面壁１８の近傍に、被処理物変位手段としての自公転ユニット２８が設けられている。この自公転ユニット２８は、複数個の保持手段としてのホルダ３０，３０，…を有しており、これら各ホルダ３０，３０，…は、真空槽１２の中心軸から当該中心軸を横切る方向に一定の距離を置き、かつ、当該中心軸を中心とする円の円周方向に沿って等間隔に、設けられている。そして、それぞれのホルダ３０に、被処理物１００が１つずつ取り付けられる。なお、図１〜図３（特に図１）においては、被処理物１００（ホルダ３０）の個数が１６個とされているが、これは飽くまでも一例であって、当該個数は、被処理物１００の形状や寸法等の諸状況に応じて適宜に定められる。また、被処理物１００として、概略丸棒状のものが例示されているが、この場合、当該被処理物１００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。

自公転ユニット２８は、回転軸３２を介して、真空槽１２の外部にある駆動手段としてのモータ３４に結合されている。このモータ３４の駆動力を受けて、自公転ユニット２８は、真空槽１２の中心軸を中心として各ホルダ３０，３０，…を図１に矢印３６で示す方向（反時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、各ホルダ３０，３０，…に取り付けられている各被処理物１００，１００，…もまた、真空槽１２の中心軸を中心として同じ方向に回転し、言わば公転する。併せて、自公転ユニット２８は、それぞれのホルダ３０をそれ自身の中心軸を中心として図１に矢印３８で示す方向（反時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、それぞれの被処理物１００もまた、自身の中心軸を中心として同じ方向に回転し、言わば自転する。なお、この自公転ユニット２８による各被処理物１００，１００，…の公転速度は、例えば１ｒｐｍ程度である。そして、それぞれの被処理物１００の自転速度は、例えば公転速度の１０倍程度であり、つまり１０ｒｐｍ程度である。

さらに、蒸発源２０よりも上方の位置であって、各被処理物１００，１００，…の公転軌跡よりも下方の位置に、陰極としての概略直線状のフィラメント４０と、陽極としての概略物差（細長い平板）状のアノード板４２と、が互いに適当な距離を置いて配置されている。

このうちのフィラメント４０は、例えば直径が約２ｍｍのタングステン（Ｗ）製ワイヤであり、厳密には複数本（例えば３本）のタングステン製ワイヤから成る縒り線である。このフィラメント４０は、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、言い換えればそれぞれの被処理物１００の延伸方向と平行を成すように、配置されている。そして、このフィラメント４０には、真空槽１２の外部にある陰極電力供給手段としてのフィラメント用電源装置４４から陰極電力としての交流のフィラメント電力Ｅｆが供給される。さらに、このフィラメント電力Ｅｆには、接地電位を基準とする負電位の直流電力であるフィラメントバイアス電力Ｅｆｂが重畳される。このため、フィラメント用電源装置４４の接地端子と接地電位との間に、当該フィラメントバイアス電力Ｅｆｂの供給源である陰極バイアス供給手段としてのフィラメントバイアス用電源装置４６が設けられている。特に、このフィラメントバイアス用電源装置４６は、その出力電圧であるフィラメントバイアス電圧Ｖｂが任意の一定値となるように、いわゆる定電圧制御モードで動作するものである。

一方、アノード板４２は、高融点金属製であり、例えばモリブデン（Ｍｏ）製である。このアノード板４２は、真空槽１２の中心軸を含む鉛直面に関して、フィラメント４０と略面対称（共役）となる位置に配置されている。具体的には、アノード板４２は、その一方主面をフィラメント４０側に向けた状態で、厳密には後述する理由により当該一方主面を少し斜め上方に向けた状態で、かつ、それ自身が真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、つまりフィラメント４０の延伸方向と平行を成すように、配置されている。そして、このアノード板４２には、真空槽１２の外部にある陽極電力供給手段としてのアノード用電源装置４８から接地電位を基準とする正電位の直流電力であるアノード電力Ｅａが供給される。このアノード用電源装置４８もまた、その出力電圧であるアノード電圧Ｖａが任意の一定値となるように、定電圧制御モードで動作するものである。

加えて、真空槽１２内には、フィラメント４０およびアノード板４２を間に挟んだ状態で、磁界印加手段としての１対の細長い概略直方体状の磁界発生器５０および５２が配置されている。具体的には、各磁界発生器５０および５２は、それぞれの一側面を互いに対向させた状態で、厳密には後述する理由により当該それぞれの一側面を少し斜め上方に向けた状態で、かつ、それ自身が真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、つまりフィラメント４０およびアノード板４２それぞれの延伸方向と平行を成すように、配置されている。そして、これら各磁界発生器５０および５２には、当該各磁界発生器５０および５２の互いに対向する一側面が互いに異なる磁極（Ｎ極およびＳ極）となるように図示しない永久磁石が内蔵されている。これにより、各磁界発生器５０および５２間の空間に、つまりフィラメント４０およびアノード板４２が配置されている空間に、強力な磁界が印加される。

なお、これら各磁界発生器５０および５２による磁界の印加領域を拡張するべく、当該各磁界発生器５０および５２は、互いに対向する一側面を上述の如く少し斜め上方に向けた状態で配置されている。そして、このうちのアノード板４２側に配置されている磁界発生器５２の傾きに合わせて、当該アノード板４０もまた、上述の如くその（フィラメント４０に向けられた側の）一方主面を少し斜め上方に向けた状態にある。さらに、各磁界発生器５０および５２による磁界の印加領域のさらなる拡張を図るべく、これら各磁界発生器５０および５２の外方の側面に、当該側面よりも少し面積の大きい平板状のヨーク５４および５６が設けられている。

また、これら各磁界発生器５０および５２による磁界の印加領域よりも下方であって、蒸発源２０よりも上方の位置に、ガス供給管５８が設けられている。このガス供給管５８もまた、粒子生成源として機能し、特に合金窒化物膜の材料の１つである材料ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを真空槽１２内に供給するための材料ガス供給手段として機能する。併せて、当該ガス供給管５８は、放電用ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを真空槽１２内に供給するための放電用ガス供給手段としても機能する。なお、このガス供給管５８の先端にあるノズル５８ａは、上述のフィラメント４０とアノード板４２との間の空間に向けられている。また、図示は省略するが、このガス供給管５８管には、真空槽１２の外部において、当該ガス供給管５８内を流れる窒素ガスおよびアルゴンガスの流量を個別に調整するための流量調整手段としての例えばマスフローコントローラと、当該窒素ガスおよびアルゴンガスの流通をオン／オフするための開閉手段としての例えば開閉バルブとが、設けられている。

さらに、各被処理物１００，１００，…には、各ホルダ３０，３０，…および自公転ユニット２８を介して、バイアス電力供給手段としてのパルス電源装置６０から接地電位を基準とする交流の基板バイアス電力Ｅｓが供給される。このパルス電源装置６０もまた、その出力電圧である基板バイアス電圧Ｖｓが任意の一定値となるように、定電圧制御モードで動作するものである。具体的には、当該基板バイアス電圧Ｖｓは、接地電位よりも高いハイレベルと、当該接地電位よりも低いローレベルと、に交互に遷移する、いわゆるバイポーラ矩形状のパルス電圧である。そして、この基板バイアス電圧Ｖｓ（厳密には平均電圧値）は、例えば−５Ｖ〜−１０００Ｖの範囲で任意に設定可能とされている。また、この基板バイアス電圧Ｖｓの周波数は、例えば１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲で任意に設定可能とされている。加えて、この基板バイアス電圧Ｖｓのデューティ比（パルスの１周期に対するハイレベル期間の比率）もまた、例えば１０％〜９０％の範囲で任意に設定可能とされている。

そして、真空槽１２の周壁１４の適宜位置、例えば蒸発源２０の特に坩堝２４の真上に当たる位置に、当該真空槽１２の周壁１４の一部を成すように、窓部材としての例えば円板状の覗き窓７０が設けられている。具体的には、真空槽１２の周壁１２の当該適宜位置（坩堝２４の真上に当たる位置）に、窓部材取付手段としての適当なフランジ８０が設けられており、このフランジ８０に、覗き窓７０が自身の両主面を鉛直方向に向けた状態で取り付けられている。なお、フランジ８０は、例えば概略円筒形の大フランジ部８２と、この大フランジ部８２よりも径が小さい概略円筒形の小フランジ部８４と、を有しており、大フランジ部８２が自身の中心軸を鉛直方向に延伸させた状態で真空槽１２の周壁１４に結合されると共に、この大フランジ部８２の上部に小フランジ部８４が当該大フランジ部８２と同心状に結合されており、その上で、小フランジ部８４に覗き窓７０が取り付けられた構造のものであるが、これは飽くまでも一例であって、これ以外の構造のものであってもよい。また、覗き窓７０は、耐熱性，耐腐食性および耐熱衝撃性を備えると共に、３２０ｎｍ〜９００ｎｍの波長領域で９０％以上の平坦な光透過特性を示すものであり、例えば硼珪酸ガラス製である。

併せて、フランジ８０内には、窓部材保護手段としてのシャッタ９０が設けられている。このシャッタ９０は、覗き窓７０の内側面（つまり真空槽１２の内部空間に向けられた側の一方主面）を真空槽１２の内部空間に露出させる状態と、当該覗き窓７０の内側面を真空槽１２の内部空間から遮蔽する状態と、に選択的に遷移可能なものである。このようなシャッタ９０は、例えば概略矩形または円形の板状体であり、自身の両主面を鉛直方向に向けた状態で水平方向に移動（スライド）されることで、当該２つの状態に遷移するものであるが、これは飽くまでも一例であって、これ以外の構造のものであってもよい。

加えて、覗き窓７０の外側に、つまり真空槽１２の外部に、当該覗き窓７０を介して真空槽１２の内部を覗くように、集光手段としてのレンズユニット２００が設けられている。このレンズユニット２００は、光導出路としての光ファイバ２１０の一方端である光入射側端部に取り付けられており、後述するプラズマ３００中の粒子から発せられる光を当該光ファイバ２１０の光入射側端部に入射させるものである。このため、当該レンズユニット２００は、図４に示すように、集光レンズ２００ａを有しており、この集光レンズ２００ａの焦点Ｆは、プラズマ３００中の適宜位置、例えば当該プラズマ３００の濃度が最も高いと考えられる上述したフィラメント４０とアノード板４２との中間点付近に、設定されている。即ち、当該フィラメント４０とアノード板４２との中間点付近と、光ファイバ２１０の光入射側端部とは、集光レンズ２００ａに関して互いに共役である。なお、図４においては、その見易さを考慮して、プラズマ３００の図示を省略してある。また、当該図４においては、フィラメント４０およびアノード板４２のそれぞれに接続されている配線や各被処理物１００，１００，…等のようにレンズユニット２００の説明に直接関係しない要素についても、それらの図示を省略してある。因みに、レンズユニット２００は、図示しない固定手段としての適当な固定具によって例えばフランジ８０に固定されている。また、レンズユニット２００は、プラズマ３００以外からの光、言わば外来光、の影響を出来る限り排除するために、覗き窓７０の外側面（つまり真空槽１２の外部に向けられた側の他方主面）に近づけて設けられる。この外来光の影響をより確実に排除するために、適当な被覆部材によってレンズユニット２００と覗き窓７０とが覆われてもよい。

上述したように、覗き窓７０は、３２０ｎｍ〜９００ｎｍという波長領域において９０％以上の平坦な光透過特性を示すが、集光レンズ２００ａおよび光ファイバ２１０もまた、同波長領域において高い光透過特性を示し、詳しくは同波長領域を含む十分に広い波長領域において高い光透過特性を示す。そして、この光ファイバ２１０の他方端である光出射側端部は、図５に示すように、分光手段としてのスペクトロメータ２２０に接続されている。

スペクトロメータ２２０は、光ファイバ２１０を介して自身に入射される光のスペクトルを測定するものであり、このスペクトロメータ２２０によるスペクトルの測定結果は、粒子生成源制御手段としての例えばパーソナルコンピュータ２３０に与えられる。なお、スペクトロメータ２２０は、例えば２００ｎｍ〜１０５０ｎｍの波長領域に対応可能な小型ものであり、具体的にはオーシャンオプティクス社製の「ＵＳＢ２０００＋」という型式（シリーズ）のものである。また、このスペクトロメータ２２０は、ＵＳＢ（登録商標：Universal Serial Bus）ケーブルを介してパーソナルコンピュータ２３０と接続されており、当該ＵＳＢケーブルを介してパーソナルコンピュータ２３０から供給される電力によって駆動する。

パーソナルコンピュータ２３０は、上述した蒸発源２０を制御するものであり、厳密には自身に接続されたスキャンコントローラ２４０を介して当該蒸発源２０を制御するものである。そのために、パーソナルコンピュータ２３０（のハードディスク）には、専用の制御プログラムがインストールされている。また、スキャンコントローラ２４０には、蒸発源２０の電源手段である電子銃電源装置２５０も接続されている。

ここで、蒸発源２０に改めて注目すると、当該蒸発源２０は、上述の如く坩堝２４を有しており、この坩堝２４は、２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂを個別に収容可能とされている。具体的には、坩堝２４は、図６に示すように、互いに径の異なる同心円筒状の２つの周壁部２４ａおよび２４ｂと、これら各周壁部２４ａおよび２４ｂの一方端側を閉鎖するように当該各周壁部２４ａおよび２４ｂの一方端に結合された円板状の底壁部２４ｃと、から成り、言わば２重皿のような形状をしている。このような形状から、内側の周壁部２４ａの内側面と底壁部２４ｃの内側面とによって囲まれた言わば短円柱状の内側収容部２４ｄと、内側の周壁部２４ａの外側面と外側の周壁部２４ｂの内側面と底壁部２４ｃの内側面とによって囲まれた言わば概略リング状の外側収容部２４ｅと、が形成されており、つまり２つの収容部２４ｄおよび２４ｅが形成されている。そして、内側収容部２４ｄに２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂの一方が収容されると共に、外側収容部２４ｅに当該２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂの他方が収容される。なお、内側収容部２４ｄの直径（内径）Ｍａは、例えば６０ｍｍ〜１００ｍｍであり、当該内側収容部２４ｄの深さ寸法Ｍｂは、１５ｍｍ〜２５ｍｍである。そして、外側収容部２４ｅの幅寸法（内側周壁部２４ａの外側面の半径と外側周壁部２４ｂの内側面の半径との相互差）Ｍｃは、例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍであり、当該外側収容部２４ｅの深さ寸法Ｍｂは、内側収容部２４ｄのそれと同じである。この坩堝２４は、例えば銅（Ｃｕ）製であり、図示しない水冷機構によって水冷される。

また、蒸発源２０は、電子銃２６を有しており、この電子銃２６は、図５に示した電子銃電源装置２５０からスキャンコントローラ２４０を介して供給される電子銃駆動電力Ｅｇを受けて駆動し、つまり当該図５に破線の矢印２６ａで示される如く電子ビームｅ⁻を出力する。この電子ビームｅ⁻は、上述した２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂに交互に照射され、言い換えればそうなるように電子銃２６が制御される。この電子銃２６の制御は、スキャンコントローラ２４０から当該電子銃２６に供給されるスキャン制御信号Ｓｃに従う。電子銃２６は、このスキャン制御信号Ｓｃの供給を受けて、図７（ａ）に示す如く電子ビームｅ⁻を内側の（収容部２４ｄに収容されている）固体材料２２ａに照射する状態と、図７（ｂ）に示す如く当該電子ビームｅ⁻を外側の（収容部２４ｅに収容されている）固体材料２２ｂに照射する状態と、に交互に（言わば周期的に）遷移する。これにより、各固体材料２２ａおよび２２ｂは、個別に加熱され気化する。

より具体的には例えば、合金窒化物膜としてＡｌＣｒＮ膜が形成される場合には、内側収容部２４ｄに固体材料２２ａとしてアルミニウム材料が収容されると共に、外側収容部２４ｅに固体材料２２ｂとしてクロム材料が収容される。なお、ここで言うアルミニウム材料とは、その純度が９９％以上のものであり、好ましくは９９．９９％以上のいわゆる高純度のものであり、例えば直径が２ｍｍ〜５ｍｍのロッド状の素材が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長さに、言わばペレット（円柱）状に、切断されたものである。このようなペレット状のアルミニウム材料が内側固体材料２２ａとして採用されることで、例えば当該内側固体材料２２ａとして内側収容部２４ｄの形状に応じた言わばそれ専用のものが採用される場合に比べて、当該内側固体材料２２ａの低コスト化が図られる。そして、ここで言うクロム材料は、その純度が９９％以上のものであり、好ましくは９９．９９％以上の高純度のものであり、例えば直径が１ｍｍ〜５ｍｍのグラニュール（粗粒）状のものである。このようなグラニュール状のクロム材料が外側固体材料２２ｂとして採用されることで、例えば当該外側固体材料２２ｂとして外側収容部２４ｅの形状に応じた専用のものが採用される場合に比べて、当該外側固体材料２２ｂの低コスト化が図られる。その上で、電子銃２６は、内側の固体材料２２ａとしてのアルミニウム材料に対して、例えば図８（ａ）に破線２６ｂで示すように、内側収容部２４ｄ（坩堝２４）の中心から少し外れた比較的に小さな矩形状の領域に絞って電子ビームｅ⁻を照射し、厳密には当該領域２６ｂ内において電子ビームｅ⁻（の照射位置）をスキャンさせる。そして、外側の固体材料２２ｂとしてのクロム材料に対しては、電子銃２６は、当該図８（ａ）に破線２６ｃで示すように、外側収容部２４ｅの円周方向における一部を完全に覆うほどの大きさの矩形状領域にわたって電子ビームｅ⁻を照射し、厳密には当該領域２６ｃ内において電子ビームｅ⁻をスキャンさせる。

なお、内側固体材料２２ａとしてのアルミニウム材料は、比較的に熱伝導性（熱伝導率）が高い。従って、このアルミニウム材料２２ａを効率的に加熱するために、上述の如く当該アルミニウム材料２２ａに対する電子ビームｅ⁻の照射領域２６ｂが比較的に小さめに絞られる。これにより、アルミニウム材料２２ａは、効率的に加熱されて気化し、厳密には蒸発する。一方、外側固体材料２２ｂとしてのクロム材料もまた、電子ビームｅ⁻の照射を受けて加熱されて気化するが、厳密には昇華する。このため、上述の如くクロム材料２２ｂに対する電子ビームｅ⁻の照射領域２６ｃが外側収容部２４ｅの円周方向における一部を完全に覆うほどの大きさとされており、これにより、後述する如く当該クロム材料２２ｂが満遍なく気化（昇華）する。

ここで、電子ビームｅ⁻は、図９に示すように、アルミニウム材料（内側固体材料）２２ａに対する照射領域２６ｂにおいて、坩堝２４の半径方向を横切る方向（図９の左右方向）にｆｘという周波数でスキャンされると共に、当該坩堝２４の半径方向（図９の上下方向）にｆｙという周波数でスキャンされ、言わば概略ジグザグ状にスキャンされる。このアルミニウム材料２２ａに対する照射領域２６ｂにおけるスキャンは、Ｔａという時間にわたって行われる。また、電子ビームｅ⁻は、クロム材料（外側固体材料）２２ｂに対する照射領域２６ｃにおいても同様に、坩堝２４の半径方向を横切る方向にｆｘという周波数でスキャンされると共に、当該坩堝２４の半径方向にｆｙという周波数でスキャンされ、つまり概略ジグザグ状にスキャンされる。このクロム材料２２ｂに対する照射領域２６ｃにおけるスキャンは、Ｔｂという時間にわたって行われる。電子ビームｅ⁻は、これら各照射領域２６ｂおよび２６ｃにおけるスキャンを交互に繰り繰り返し行い、つまりアルミニウム材料２２ａに対する言わば内側照射領域２６ｂとクロム材料２２ｂに対する言わば外側照射領域２６ｃとの間を交互に繰り返し往復する。なお、電子ビームｅ⁻が各照射領域２６ｂおよび２６ｃの一方から他方に移動する際には、当該電子ビームｅ⁻は、瞬時に直線状に移動する。また、坩堝２４の半径方向を横切る方向における電子ビームｅ⁻のスキャン周波数ｆｘは、例えば２５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲で任意に設定可能であり、好ましくは５００Ｈｚとされる。そして、坩堝２４の半径方向における電子ビームｅ⁻のスキャン周波数ｆｙは、例えば２０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で任意に設定可能であり、好ましくは５０Ｈｚとされる。さらに、電子ビームｅ⁻が坩堝２４の半径方向において１往復するのに要する時間２・Ｔｓは、例えば５００ｍｓ〜４ｓの範囲で任意に設定可能であり、好ましくは５００ｍｓとされ、言わば片道（Ｔｓ）で２５０ｍｓとされる。加えて、この電子ビームｅ⁻のスキャン時間Ｔｓが一定とされた状態で、内側照射領域２６ｂにおけるスキャン時間Ｔａと外側照射領域２６ｃにおけるスキャン時間Ｔｂとの相互比である照射時間比Ｔａ：Ｔｂについても、任意に設定可能とされている。

この電子ビームｅ⁻の各方向におけるスキャン周波数ｆｘおよびｆｙ，スキャン時間Ｔｓ（または２・Ｔｓ），照射時間比Ｔａ：Ｔｂ，各照射領域２６ｂおよび２６ｃそれぞれの形状や大きさ等は、図５に示したパーソナルコンピュータ２３０によって設定される。また、電子ビームｅ⁻の強さ、つまり電子銃２６のパワーＥＢ、についても、パーソナルコンピュータ２３０によって任意に設定可能とされている。そして、このパーソナルコンピュータ２３０によって設定された条件に従って、上述のスキャン制御信号Ｓｃが生成される。さらに、パーソナルコンピュータ２３０は、スペクトロメータ２２０によるスペクトルの測定結果に基づいて、スキャン制御信号Ｓｃを適宜に更新し、言わば蒸発源２０をフィードバック制御する。このフィードバック制御については、後で詳しく説明する。

加えて、上述の図７や図８（ａ）に示すように、坩堝２４は、その中心を軸としてこれら各図に矢印２４ｆで示される方向（例えば図８（ａ）における反時計回りの方向）に比較的にゆっくりと、例えば１０°／ｍｉｎ〜５０°／ｍｉｎという速度で、好ましくは２０°／ｍｉｎという速度で、回転し、厳密にはそうなるように蒸発源２０が構成されている。これにより、アルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂのそれぞれが満遍なく気化し、とりわけ、昇華性物質であるクロム材料２４ａについても満遍なく気化する。

ここで特に、図８（ａ）に注目すると、外側照射領域２６ｃは、クロム材料２２ｂが収容されている外側収容部２４ｅをはみ出しており、詳しくは内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部を含むように設定されている。従って、この外側照射領域２６ｃに含まれている内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部が電子ビームｅ⁻の照射を受けて加熱されて溶融する等の不都合が生じることが懸念される。しかしながら、内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂを含む坩堝２４は、上述の如く水冷されている。また、このように内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部に電子ビームｅ⁻が照射されるとは言え、外側照射領域２６ｃという比較的に広い領域にわたってスキャンしている当該電子ビームｅ⁻がそのスキャン過程の途中で当該内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部に照射されるに過ぎないので、言い換えれば電子ビームｅ⁻が当該内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部に集中的に照射される訳ではないので、ここで懸念されるような不都合は生じない。

さらに、図８（ａ）によれば、外側照射領域２６ｃは、アルミニウム材料２２ａが収容されている内側収容部２４ｄの一部をも含んでいる。言い換えれば、外側照射領域２６ｃ内をスキャンする電子ビームｅ⁻は、内側収容部２４ｄに収容されているアルミニウム材料２２ａの一部にも照射される。従って、この一部のアルミニウム材料２２ａが加熱されて蒸発すること、言わば当該アルミニウム材料２２ａが不本意に蒸発すること、が懸念される。しかしながら、アルミニウム材料２２ａは、上述の如く熱伝導性が高いので、このようなアルミニウム材料２２ａに対して外側照射領域２６ｃ内をスキャンする電子ビームｅ⁻が照射されても、当該アルミニウム材料２２ａが蒸発する程度にまで加熱されることはなく、つまり当該アルミニウム材料２２ａが不本意に蒸発することはない。

このようにして外側照射領域２６ｃが設定されることによって、昇華性物質であるクロム材料２２ｂが満遍なく気化し、つまり図８（ｂ）に示す如く（外側収容部２４ｅの）全体にわたって概ね均一に消費される。なお、アルミニウム材料２２ａについては、気化する際に溶融するので、やはり図８（ｂ）に示す如く（内側収容部２４ｄの）全体にわたって概ね均一に消費される。

なお、図８（ａ）において、電子ビームｅ⁻は、当該図８（ａ）における下方側から飛翔して、アルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂのそれぞれに照射される。また、ここで採用されている電子銃２６は、自身から遠い位置ほど電子ビームｅ⁻を小さく絞り易い、という特性を有している。このため、照射領域２６ｂを小さく絞る必要のあるアルミニウム材料２２ａについて、電子銃２６から遠い位置にある内側収容部２４ｄに収容され、そのような必要のないクロム材料２２ｂについては、当該内側収容部２４ｄよりも電子銃２６に近い位置にある外側収容部２６ａに収容される。

さて、このような構成のイオンプレーティング装置１０によれば、合金窒化物膜としての例えばＡｌＣｒＮ膜を形成することができる。なお、このＡｌＣｒＮ膜の形成に際しては、上述の如く坩堝２４の内側収容部２４ｄにアルミニウム材料２２ａが収容されると共に、外側収容部２４ｅにクロム材料２２ｂが収容される。そして、真空槽１２内の各ホルダ３０，３０，…に被処理物１００が１個ずつ取り付けられる。

その上でまず、真空槽１２内の圧力Ｐｃが１０^−３Ｐａ程度になるまで当該真空槽１２内が真空ポンプによって排気され、いわゆる真空引きされる。そして、この真空引きの後、上述の電熱ヒータによって各被処理物１００，１００，…が約４００℃に加熱され、いわゆるベーキング処理が行われる。そして、このベーキング処理の後、真空槽１２内にアルゴンガスが供給される。このときのアルゴンガスの供給流量は、例えば４０ｍＬ／ｍｉｎ〜１００ｍＬ／ｍｉｎとされ、真空槽１２内の圧力Ｐｃは、例えば３×１０^−２Ｐａ〜１×１０^−１Ｐａ程度に維持される。この状態で、フィラメント４０にフィラメント電力Ｅｆが供給される。すると、フィラメント４０が加熱されて、当該フィラメント４０から熱電子が放出される。併せて、フィラメント電力Ｅｆにフィラメントバイアス電力Ｅｆｂが重畳される（厳密にはこの時点では未だ当該フィラメントバイアス電力Ｅｆの供給源であるフィラメントバイアス用電源装置４６からフィラメント４０に電流が流れていないのでフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが印加される）と共に、アノード板４２にアノード電力Ｅａが供給される（厳密にはこの時点では未だ当該アノード電力Ｅａの供給源であるアノード用電源装置４８からアノード板４２にアノード電流Ｉａが流れていないのでアノード電圧Ｖａが印加される）。すると、フィラメント４０から放出された熱電子がアノード板４２に向かって加速される。この過程で、熱電子がアルゴンガスの粒子に衝突して、その際の衝撃によって当該アルゴンガスの粒子が放電する。この結果、アーク放電による高密度なプラズマ３００が発生する。なお、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂとアノード電圧Ｖａとの総和によって、熱電子の加速度が制御され、プラズマ３００の安定化が図られる。因みに、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂは、例えば−２０Ｖ〜−４０Ｖとされる。そして、アノード電圧Ｖａは、例えば４０Ｖ〜６０Ｖとされる。また、アノード板４２に流れる電流、言わばアノード電流Ｉａは、例えば３０Ａに維持される。このアノード電流Ｉａは、フィラメント４０の加熱温度によって制御され、つまり当該フィラメント４０からの熱電子の放出量によって制御される。さらに、プラズマ３００が発生している空間には各磁界発生器５０および５２による磁界が印加されているので、上述の熱電子は螺旋運動をしながら加速され、これにより、当該熱電子がアルゴンガス粒子に衝突する機会が増えて放電が顕著となり、プラズマ３００のさらなる高密度化が図られる。

この高密度なプラズマ３００が発生している状態で、モータ３４が駆動される。すると、各被処理物１００，１００，…が自転しながら公転して、プラズマ３００の空間内に順次送り込まれる。そして、各被処理物１００，１００，…に基板バイアス電力Ｅｓが供給される（厳密にはこの時点では未だ当該基板バイアス電力Ｅｓの供給源であるパルス電源装置６０から各被処理物１００，１００，…に電流が流れていないので基板バイアス電圧Ｖｓが印加される）と、このうちのプラズマ３００の空間内にあるそれぞれの被処理物（母材）１００の表面に当該プラズマ３００中のアルゴンイオンが照射される。このとき例えば、基板バイアス電圧Ｖｓが−１００Ｖとされることによって、当該アルゴンイオンが被処理物１００の表面に対して高いエネルギ（高速）で衝突する。これにより、被処理物１００の表面がアルゴンイオンによって洗浄され、いわゆるイオンボンバードが行われる。さらに、蒸発源２０のアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂのいずれか一方または両方が気化される。なお、蒸発源２０は、上述の如くアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂの両方を個別に気化させることができるが、いずれか一方のみを気化させることもでき、厳密にはそうなるように電子銃２６がスキャン制御信号Ｓｃに従って制御されることもある。この蒸発源２０からの気化粒子は、プラズマ３００によってイオン化される。そして、このイオン化された気化粒子もまた、プラズマ３００の空間内にあるそれぞれの被処理物１００の表面に対して高いエネルギで照射される。これにより、被処理物１００の表面が当該イオン化された気化粒子によって洗浄され、いわゆるメタンボンバードが行われる。

このイオンボンバードおよびメタルボンバードが所定の期間にわたって行われた後に、ＡｌＣｒＮ膜を形成するための成膜処理が行われる。

即ち、真空槽１２内へのアルゴンガスの供給流量が０ｍＬ／ｍｉｎ〜６０ｍＬ／ｍｉｎの範囲で適当に設定され、例えば３０ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、このアルゴンガスに加えて真空槽１２内に窒素ガスが供給される。この窒素ガスの供給流量は、次に説明する蒸発源２０からのアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂそれぞれの気化量との兼ね合いに応じて適宜に設定され、例えば５０ｍＬ／ｍｉｎ〜３００ｍＬ／ｍｉｎの範囲で適宜に設定される。併せて、蒸発源２０のアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂが個別に気化され、つまり当該アルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂが上述の如く電子ビームｅ⁻によって個別に加熱されて気化される。この蒸発源２０からのアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂそれぞれの気化量は、特に当該アルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂに対する電子ビームｅ⁻の照射時間比Ｔａ：Ｔｂと、電子銃２６のパワーＥＢと、によって制御される。なお、坩堝２４の半径方向を横切る方向における電子ビームｅ⁻のスキャン周波数ｆｘは、例えば５００Ｈｚ一定とされ、当該坩堝２４の半径方向における電子ビームｅ⁻のスキャン周波数ｆｙは、例えば５０Ｈｚ一定とされる。そして、スキャン時間Ｔｓは、例えば２５０ｍｓ一定とされ、各照射領域２６ｂおよび２６ｃそれぞれの形状は、図８（ａ）に示した一定の形状とされ、当該各照射領域２６ｂおよび２６ｃそれぞれの大きさもまた、適当な一定の寸法とされる。

真空槽１２内に供給された窒素ガスの分子は、プラズマ３００によって励起状態とされまたはイオン化される。これと同様に、蒸発源２０からのアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂそれぞれの気化粒子もまた、プラズマ３００によってイオン化される。そして、これらイオン化された各粒子、つまり窒素イオン，アルミニウムイオンおよびクロムイオンは、プラズマ３００の空間内にあるそれぞれの被処理物１００の表面に照射される。この結果、それぞれの被処理物１００の表面に窒素とアルミニウムとクロムとの化合物であるＡｌＣｒＮ膜が形成される。なお、この成膜処理時の基板バイアス電圧Ｖｓは、例えば−１０Ｖ〜−１５０Ｖとされ、おおよそ−５０Ｖとされる。

この成膜処理が所定の期間にわたって行われた後、蒸発源２０によるアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂの気化動作が停止され、つまり電子銃２６による電子ビームｅ⁻の出力が停止される。併せて、真空槽１２内へのアルゴンガスおよび窒素ガスの供給が停止される。そして、各被処理物１００，１００，…への基板バイアス電力Ｅｓの供給が停止される。さらに、フィラメント４０へのフィラメント電力Ｅｆおよびフィラメントバイアス電力Ｅｆｂの供給が停止されると共に、アノード板４２へのアノード電力Ｅａの供給が停止される。そして、真空槽１２内が高真空状態に維持されながら、所定の冷却期間が置かれる。このとき、各被処理物１００，１００，…を自公転させるためのモータ３４は、駆動されたままの状態であってもよいし、停止されてもよい。そして、冷却期間の経過後、真空槽１２内の圧力が大気圧に戻され、当該真空槽１２内が外部（大気）に開放されて、その上で、当該真空槽１２内から各被処理物１００，１００，…が外部に取り出される。これにより、成膜処理を含む一連の処理（１バッチ）が終了する。

ところで、プラズマ３００中には上述の如くアルゴンイオン，窒素イオン，アルミニウムイオンおよびクロムイオンを含む様々な粒子が含まれている。そして、これらの粒子は、それぞれ特有の波長の光を発し、これにより、プラズマ３００全体が発光して見える。このプラズマ３００中のそれぞれの粒子から発せられる光は、上述のレンズユニット２００によって捉えられ、詳しくは当該レンズユニット２００の集光レンズ２００ａを介して光ファイバ２１０の光入射側端部に入射（集光）される。そして、この光ファイバ２１０の光入射側端部に入射された光は、当該光ファイバ２１０内を伝搬して、当該光ファイバ２１０の光出射側端部から出射され、つまりスペクトロメータ２２０に入射される。スペクトロメータ２２０は、自身に入射された光のスペクトルを測定する。なお、このスペクトロメータ２２０によるスペクトルの測定時には、上述したシャッタ９０は開放される。そして、当該スペクトルの測定が終了すると、シャッタ９０は閉鎖される。また、レンズユニット２００と、このレンズユニット２００による観測地点である焦点Ｆと、の間を、各被処理物１００，１００，…が通過するので、これら各被処理物１００，１００，…が当該間に存在しないときに（そのようなタイミングで）、スペクトル測定が行われる。

このスペクトロメータ２２０によるスペクトルの測定結果の一例を、図１０に示す。この図１０は、アルゴンガスの流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量が１１５ｍＬ／ｍｉｎ，真空槽１２内の圧力Ｐｃが９×１０^−２Ｐａ，電子銃２６のパワーＥＢが６．７５ｋＷ，照射時間比Ｔａ：Ｔｂが９：３，アノード電流Ｉａが３０Ａ，アノード電圧Ｖａが５０Ｖ，フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが−３０Ｖであるときの、スペクトルである。なお、基板バイアス電圧Ｖｓは、このスペクトルには無関係である。また、電子銃２６のパワーＥＢについては、その電流成分Ｉｇが７５０ｍＡとされ、電圧成分Ｖｇが９ｋＶとされることによって、６．７５ｋＷとされる。

この図１０に示すスペクトルによれば、４６６．３ｎｍという波長のアルミニウムイオン（Ａｌ^＋）のピークが見られる。このアルミニウムイオンのピークの大きさは、当該アルミニウムイオンの発光強度を示し、このアルミニウムイオンの発光強度は、プラズマ３００中の当該アルミニウムイオンの量に相関し、概ね比例する。そして、３９６．１ｎｍという波長のアルミニウムラジカル（Ａｌ^＊）のピークが見られる。このアルミニウムラジカルのピークの大きさもまた、当該アルミニウムラジカルの発光強度を示し、このアルミニウムラジカルの発光強度は、プラズマ３００中の当該アルミニウムラジカルの量に相関し、概ね比例する。また、プラズマ３００中のアルミニウムラジカルの量は、当該プラズマ３００中のアルミニウムイオンの量に相関し、概ね比例する。従って、このスペクトルにおけるアルミニウムラジカルまたはアルミニウムイオンのピークの大きさに基づいて、プラズマ３００中のアルミニウムイオンの量を推測することができる。なお、アルミニウムラジカルのピークの方がアルミニウムイオンのピークよりも大きいことから、プラズマ３００中のアルミニウムイオンの量を推測する際には、アルミニウムラジカルのピークの大きさに基づくのが適当である。

また、この図１０に示すスペクトルによれば、５２０．８ｎｍという波長のクロムラジカル（Ｃｒ^＊）のピークが見られる。併せて、４２５．４ｎｍという波長のクロムラジカルのピークが見られると共に、３５７．８ｎｍという波長のクロムラジカルのピークが見られ、さらに、５３０ｎｍ前後の波長領域にもクロムラジカルのピークが見られる。これらのクロムラジカルのピークの大きさもまた、当該クロムラジカルの発光強度を示し、このクロムラジカルの発光強度は、プラズマ３００中の当該クロムラジカルの量に相関し、概ね比例する。また、このプラズマ３００中のクロムラジカルの量は、当該プラズマ３００中のクロムイオンの量に相関し、概ね比例する。従って、このスペクトルにおけるクロムラジカルのピークの大きさに基づいて、特にその中で最も大きなピークの当該大きさに基づいて、プラズマ３００中のクロムイオンの量を推測することができる。なお、このスペクトルにおいては、クロムイオンのピークは顕著には見られない。

これらのアルミニウムおよびクロムという言わば金属系元素の粒子のピークに比べて、アルゴンおよび窒素という言わばガス系元素の粒子のピークは遥かに小さい。例えば、真空槽１２内にアルゴンガスおよび窒素ガスが供給される一方、蒸発源２０によるアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂの気化動作が停止された状態で、つまりこれらアルミニウム材料２２ａおよびクロム材料２２ｂに対する電子ビームｅ−の照射が停止された状態で、当該真空槽１２内にプラズマ３００が発生されたときのスペクトルの一例を、図１１に示す。なお、この図１１は、アルゴンガスの流量が５５ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ，真空槽１２内の圧力Ｐｃが９×１０^−２Ｐａ，アノード電流Ｉａが３０Ａ，アノード電圧Ｖａが５０Ｖ，フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが−３０Ｖであるときの、スペクトルである。

この図１１に示すスペクトルによれば、３９１．５ｎｍという波長の窒素イオン（Ｎ_２ ^＋）のピークが見られる。この窒素イオンのピークの大きさは、当該窒素イオンの発光強度を示し、この窒素イオンの発光強度は、プラズマ３００中の当該窒素イオンの量に相関し、概ね比例する。また、３５７．７ｎｍという波長の２価の窒素イオン（Ｎ_２ ^２＋）のピークも見られる。この２価の窒素イオンのピークの大きさもまた、当該２価の窒素イオンの発光強度を示し、この２価の窒素イオンの発光強度は、プラズマ３００中の当該２価の窒素イオンの量に相関し、概ね比例する。さらに、４２５ｎｍ前後の波長領域に窒素ラジカル（Ｎ_２ ^＊）のピークが見られる。この窒素ラジカルのピークの大きさもまた、当該窒素ラジカルの発光強度を示し、この窒素ラジカルの発光強度は、プラズマ３００中の当該窒素ラジカルの量に相関し、概ね比例する。また、このプラズマ３００中の窒素ラジカルの量は、当該プラズマ３００中の窒素イオンの量に相関し、概ね比例する。従って、このスペクトルにおける窒素イオンまたは窒素ラジカルのピークの大きさに基づいて、プラズマ３００中の窒素イオンの量を推測することができる。なお、この図１１に示すスペクトルにおいては、３９１．５ｎｍという波長の（１価の）窒素イオンのピークが他のピークよりも大きいことから、プラズマ３００中の窒素イオンの量を推測する際には、この３９１．５ｎｍという波長のピークの大きさに基づくのが適当である。

併せて、この図１１に示すスペクトルによれば、７５０ｎｍ〜８２０ｎｍ付近の波長領域にアルゴンラジカル（Ａｒ^＊）のピークが見られる。このアルゴンラジカルのピークの大きさもまた、当該アルゴンラジカルの発光強度を示し、このアルゴンラジカルの発光強度は、プラズマ３００中の当該アルゴンラジカルの量に相関し、概ね比例する。また、このプラズマ３００中のアルゴンラジカルの量は、当該プラズマ３００中のアルゴンイオンの量に相関し、概ね比例する。なお、当該スペクトルにおいては、アルゴンイオンのピークは顕著には見られない。

ここで、図１０に改めて注目すると、上述したように、この図１０におけるアルミニウムラジカルのピークの大きさは、プラズマ３００中のアルミニウムイオンの量に相関し、クロムラジカルのピークの大きさは、当該プラズマ３００中のクロムイオンの量に相関する。従って、この図１０におけるアルミニウムラジカルのピークの大きさとクロムラジカルのピークの大きさとの相互比は、プラズマ３００中のアルミニウムイオンの量とクロムイオンの量との相互比に相関することになる。このプラズマ３００中のアルミニウムイオンの量とクロムイオンの量との相互比は、蒸発源２０によるアルミニウム材料２２ａの気化量とクロム材料２２ｂの気化量との相互比に相関する。そして、このアルミニウム材料２２ａの気化量とクロム材料２２ｂの気化量との相互比は、ＡｌＣｒＮ膜を構成するアルミニウムとクロムとの組成比に相関する。

このことを利用して、パーソナルコンピュータ２３０は、スペクトロメータ２３０によるスペクトルの測定結果に基づいて、詳しくは当該スペクトルに含まれるアルミニウムラジカルのピークの大きさとクロムラジカルのピークの大きさとの相互比に基づいて、ＡｌＣｒＮ膜を構成するアルミニウムとクロムとの組成比を求める。言わば、パーソナルコンピュータ２３０は、この組成比というＡｌＣｒＮ膜の成膜状況を監視する監視手段としても機能する。

この組成比に相関するアルミニウム材料２２ａの気化量とクロム材料２２ｂの気化量との相互比は、主に電子銃２６のパワーＥＢと、照射時間比Ｔａ：Ｔｂと、によって変わる。例えば図１２に、電子銃２６のパワーＥＢ（厳密にはその電流成分Ｉｇ）が適宜に変更されたときのスペクトルを示す。なお、この図１２は、アルゴンガスの流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量が９０ｍＬ／ｍｉｎ〜１２５ｍＬ／ｍｉｎ，真空槽１２内の圧力Ｐｃが１×１０^−１Ｐａ，照射時間比Ｔａ：Ｔｂが９：３，アノード電流Ｉａが３０Ａ，アノード電圧Ｖａが５０Ｖ，フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが−３０Ｖであり、電子銃２６のパワーＥＢの電圧成分Ｖｇが９ｋＶとされ、当該電子銃２６のパワーＥＢの電流成分Ｉｇが３００ｍＡ〜７５０ｍＡの範囲で適宜に変更されたときの、スペクトルを示す。また、窒素ガスの流量については、上述の図１１を含め、事前の実験によって種々取得された窒素ラジカルのピークの測定結果を参考にして適宜に設定され、特に電子銃パワーＥＢに応じて適宜に設定される。具体的には、電子銃パワーＥＢの電流成分Ｉｇが３００ｍＡまたは４００ｍＡであるときに、当該窒素ガスの流量は９０ｍＬ／ｍｉｎとされ、電子銃パワーＥＢの電流成分Ｉｇが５００ｍＡであるときに、窒素ガスの流量は１１０ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、電子銃パワーＥＢの電流成分Ｉｇが６００ｍＡであるときに、窒素ガスの流量は１２０ｍＬ／ｍｉｎとされ、電子銃パワーＥＢの電流成分Ｉｇが７００ｍＡまたは７５０ｍＡであるときに、窒素ガスの流量は１２５ｍＬ／ｍｉｎとされる。

この図１２に示すスペクトルによれば、電子銃パワーＥＢ（電流成分Ｉｇ）が大きいほど、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれのピークが大きくなる。ただし、電子銃パワーＥＢの大きさによって、アルミニウムラジカルのピークの大きさとクロムラジカルのピークの大きさとの相互比が変わる。これは即ち、電子銃パワーＥＢの大きさによって、アルミニウム材料２２ａの気化量とクロム材料２２ｂの気化量との相互比が変わることを、意味する。

また、図１３に、照射時間比Ｔａ：Ｔｂが適宜に変更されたときのスペクトルを示す。なお、この図１３は、アルゴンガスの流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量が１４０ｍＬ／ｍｉｎ〜１６０ｍＬ／ｍｉｎ，真空槽１２内の圧力Ｐｃが１×１０^−１Ｐａ，電子銃パワーＥＢが６．７５ｋＷ（＝Ｉｇ×Ｖｇ＝７５０ｍＡ×９ｋＶ），アノード電流Ｉａが３０Ａ，アノード電圧Ｖａが５０Ｖ，フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが−３０Ｖであり、照射時間比Ｔａ：Ｔｂが９：１〜９：４の範囲で適宜に変更されたときの、スペクトルである。また、窒素ガスの流量については、照射時間比Ｔａ：Ｔｂに応じて適宜に設定される。具体的には、照射時間比Ｔａ：Ｔｂが９：１または９：２であるときに、当該窒素ガスの流量は１４０ｍＬ／ｍｉｎとされ、照射時間比Ｔａ：Ｔｂが９：３であるときに、窒素ガスの流量は１５０ｍＬ／ｍｉｎとされ、さらに、照射時間比Ｔａ：Ｔｂが９：４であるときに、窒素ガスの流量は１６０ｍＬ／ｍｉｎとされる。

この図１３に示すスペクトルによれば、照射時間比Ｔａ：Ｔｂが変わると、アルミニウムラジカルのピークの大きさとクロムラジカルのピークの大きさとの相互比が変わる。また例えば、アルミニウム材料２２ａへの電子ビームｅ⁻の照射時間Ｔａに対するクロム材料２２ｂへの当該電子ビームｅ⁻の照射時間Ｔｂの比率（＝Ｔｂ／Ｔａ）が大きいほど、クロムラジカルのピークが大きくなる。これは即ち、照射時間比Ｔａ：Ｔｂによっても、アルミニウム材料２２ａの気化量とクロム材料２２ｂの気化量との相互比が変わることを、意味する。

このことを利用して、パーソナルコンピュータ２３０は、スペクトロメータ２３０によるスペクトルの測定結果に基づいて、例えば当該スペクトルに含まれるアルミニウムラジカルのピークの大きさとクロムラジカルのピークの大きさとの相互比が一定となるように、蒸発源２０の電子銃２６のパワーＥＢと照射時間比Ｔａ：Ｔｂとを制御し、つまり上述したフィードバック制御を行う。これにより、ＡｌＣｒＮ膜のアルミニウムとクロムとの組成比が一定となり、当該ＡｌＣｒＮ膜の品質の安定化が図られる。

さらに、図１４に、電子銃パワーＥＢ（厳密にはその電流成分Ｉｇ）とアルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度との関係を示す。この図１４に示すように、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度は、電子銃パワーＥＢに対して概ね比例する。加えて、この図１４に、ＡｌＣｒＮ膜の実際の成膜速度を重ね合わせて示す。この実際の成膜速度は、試験用の被処理物１００（テストピース）としてのシリコン（Ｓｉ）ウェハに所定時間（約２０分間）にわたってＡｌＣｒＮ膜の成膜処理を施し、その膜厚を当該所定時間（成膜処理時間）で除した結果である。この実際の成膜速度から分かるように、当該実際の成膜速度もまた、電子銃パワーＥＢに対して概ね比例する。即ち、当該実際の成膜速度は、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度と相関する。言い換えれば、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルの一方または両方に基づいて、ＡｌＣｒＮ膜の実際の成膜速度を推測し得ることが、期待される。

このことを利用して、パーソナルコンピュータ２３０は、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度の一方または両方に基づいて、つまりスペクトロメータ２３０によって測定されたスペクトルに含まれるアルミニウムラジカルのピークの大きさとクロムラジカルのピークの大きさとの一方または両方に基づいて、ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度を求める。ただし、ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度は、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度のみならず、真空槽１２内の圧力Ｐｃや基板バイアス電圧Ｖｓ等の他の所定の成膜条件にも依存する。従って厳密には、パーソナルコンピュータ２３０は、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度の一方または両方と、当該所定の成膜条件と、に基づいて、ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度を求める。そのために、パーソナルコンピュータ２３０（の記憶領域）には、これらアルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれの発光強度と、所定の成膜条件と、が種々に設定された環境下で実際にＡｌＣｒＮ膜の成膜処理が行われたときの当該ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度の測定結果が、いわゆるテーブルデータとして、予め記憶（データベース化）されている。そして、パーソナルコンピュータ２３０は、ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度を求める際に、このテーブルデータを参照する。

このように、パーソナルコンピュータ２３０は、ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度を言わば監視するが、当該ＡｌＣｒＮ膜を構成するアルミニウムおよびクロムそれぞれの成膜速度を個別に監視することもできる。この場合、パーソナルコンピュータ２３０は、上述のテーブルデータを参照しつつ、アルミニウムラジカルの発光強度と所定の成膜条件とに基づいて、ＡｌＣｒＮ膜を構成するアルミニウムの成膜速度を求めると共に、クロムラジカルの発光強度と当該所定の成膜条件とに基づいて、ＡｌＣｒＮ膜を構成するクロムの成膜速度を求める。

加えて、パーソナルコンピュータ２３０は、ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度が一定となるように、とりわけ当該ＡｌＣｒＮ膜を構成するアルミニウムおよびクロムそれぞれの成膜速度が一定となるように、蒸発源２０を制御する。具体的には、パーソナルコンピュータ２３０は、アルミニウムラジカルの発光強度が一定となると共に、クロムラジカルの発光強度が一定となるように、蒸発源２０の電子銃２６のパワーＥＢと照射時間比Ｔａ：Ｔｂとを制御し、つまりフィードバック制御を行う。これにより、ＡｌＣｒＮ膜の上述した組成比が一定になるのと合わせて、当該ＡｌＣｒＮ膜の膜厚が均一となり、当該ＡｌＣｒＮ膜の品質のさらなる安定化が図られる。

ここで改めて、図１〜図４に注目すると、プラズマ３００中のアルミニウムイオンやクロムイオン等の各粒子は、各被処理物１００，１００，…それぞれの表面のみならず、覗き窓７０の表面（内側面）にも付着し、つまり当該覗き窓７０の表面にもＡｌＣｒＮ膜が形成される。なお、覗き窓７０の表面は、上述のシャッタ９０によって遮蔽されているものの、このシャッタ９０は、スペクトロメータ２２０によるスペクトルの測定時には開放されるため、やはり当該覗き窓７０の表面にＡｌＣｒＮ膜が形成されてしまう。そうなると、プラズマ３００中のそれぞれの粒子から発せられる光は、この覗き窓７０を透過しなくなり、ひいてはスペクトロメータ２２０によるスペクトルの測定が不可能になる。

例えば図１５に、シャッタ９０が開放されてからの経過時間に対するスペクトルの変化を示す。この図１５は、アルゴンガスの流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量が１１５ｍＬ／ｍｉｎ，真空槽１２内の圧力Ｐｃが９×１０^−２Ｐａ，電子銃２６のパワーＥＢが６．７５ｋＷ（＝Ｉｇ×Ｖｇ＝７５０ｍＡ×９ｋＶ），照射時間比Ｔａ：Ｔｂが９：３，アノード電流Ｉａが３０Ａ，アノード電圧Ｖａが５０Ｖ，フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが−３０Ｖであるときの、スペクトルである。

この図１５に示すスペクトルによれば、シャッタ９０が開放されてからの経過時間が長くなるほど、アルミニウムラジカルおよびクロムラジカルそれぞれのピークの大きさが小さくなり、併せて、アルミニウムイオンのピークの大きさもまた小さくなる。これは、覗き窓７０の表面にＡｌＣｒＮ膜が形成されることによって、プラズマ３００中のそれぞれの粒子から発せられる光に対する当該覗き窓７０の光透過率が低下することによる。この状態が放置されると、覗き窓７０は不透明になり、ひいては上述の如くスペクトロメータ２２０によるスペクトルの測定が不可能になる。

この不都合を回避するべく、例えば図１６に示すように、真空槽１２内において覗き窓７０の表面を覆う透過部材としての透明フィルム４００が設けられてもよい。この透明フィルム４００は、これを含むフィルムユニット４０２によって提供される。このフィルムユニット４０２は、当該透明フィルム４００がロール状に巻かれた巻き軸４０４と、この巻き軸４０４に巻かれた透明フィルム４００を巻き取る巻き取り軸４０６と、を有しており、上述したフランジ８０の小フランジ部８４に代えて設けられたフィルム収容フランジ５００内に設置される。具体的には、当該フィルム収容フランジ５００は、覗き窓７０を間に挟んで水平方向に互いに距離を置いて形成された２つの室５０２および５０４を有している。そして、これら２つの室５０２および５０４の一方である巻き軸収容室５０２内に巻き軸４０４が収容されると共に、当該２つの室５０２および５０４の他方である巻き取り軸収容室５０４内に巻き取り軸４０６が収容されるように、これら２つの室５０２および５０４を有するフィルム収容フランジ５００内にフィルムユニット４０２が設置される。なお、各室５０２および５０４は、それぞれの内部にプラズマ３００中の粒子が極力入り込まないような構造とされており、言わば当該それぞれの内部が真空槽１２内から遮蔽された構造とされている。そして、透明フィルム４００のうち、これら各室５０２および５０４の外部にある部分については、真空槽１２内に露出した状態にあり、この露出した部分によって、覗き窓７０の表面が覆われている。ここで言う透明フィルム４００は、比較的に高い耐熱性を有しており、また、覗き窓７０と略同様、３２０ｎｍ〜９００ｎｍの波長領域で９０％以上の平坦な光透過特性を示すものであり、例えばＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）樹脂製である。

このようなフィルムユニット４０２が設けられることで、つまり真空槽１２内において覗き窓７０の表面が透明フィルム４００によって覆われることで、当該覗き窓７０の表面にＡｌＣｒＮ膜が形成されるのが防止される。そして、プラズマ３００中のそれぞれの粒子から発せられる光は、当該透明フィルム４００および覗き窓７０を介してレンズユニット２００（集光レンズ２００ａ）に入射され、ひいては光ファイバ２１０を介してスペクトロメータ２２０に入射される。ただし、この場合は、覗き窓７０の表面に代わって透明フィルム４００の表面にＡｌＣｒＮ膜が形成される。そこで、この覗き窓７０の表面を覆っている透明フィルム４００は、適宜に更新され、詳しくは巻き取り軸４０６によって適宜に巻き取られる。

より詳しくは、例えば今、スペクトル測定のためにシャッタ９０が開放されることによって透明フィルム４００の表面（厳密には覗き窓７０の表面を覆っている側とは反対側の面）に多少のＡｌＣｒＮ膜が形成され、その後、当該シャッタ９０が閉鎖された状態にある、とする。この状態をレンズユニット２００が設けられている側から見た図を、図１７（ａ）に示す。なお、この図１７（ａ）において、円形の短破線で示される部分２０２は、レンズユニット２００（集光レンズ２００ａ）の入射瞳である。そして、網掛模様が付された円形部分６００は、透明フィルム４００の表面に形成されたＡｌＣｒＮ膜を示す。

この図１７（ａ）に示す状態において、再度、スペクトル測定が行われる際には、図１７（ｂ）に示すように、巻き取り軸４０６によって透明フィルム４００が適量分だけ巻き取られる。この間、シャッタ９０は閉鎖された状態にある。その上で、図１７（ｃ）に示すように、シャッタ９０が開放され、この状態で、スペクトル測定が行われる。その後、シャッタ９０が閉鎖されて、図１７（ａ）に示した状態となる。

このようにして覗き窓７０の表面を覆っている透明フィルム４００が適宜に更新されることで、プラズマ３００中のそれぞれの粒子から発せられる光に対して当該透明フィルム４００および覗き窓７０が透明である状態が維持される。これにより、スペクトロメータ２２０によるスペクトル測定が確実に実現されるようになる。

なお、図１７（ａ）に示した状態から図１７（ｂ）に示した状態に遷移するのに要する時間、つまり透明フィルム４００の巻き取り動作に要する時間は、数秒間であり、例えば５秒程度である。そして、図１７（ｃ）に示した状態にあるときに、つまりシャッタ９０が開放された状態にあるときに、上述の如くスペクトロメータ２２０によるスペクトル測定が行われるが、このスペクトル測定に要する時間は、１秒間未満であり、例えば０．３秒間〜０．５秒間程度である。そして、このスペクトル測定に要する時間に応じた適当な時間にわたって、シャッタ９０が開放された状態が維持される。このスペクトル測定は、一定の周期で、例えば数秒間〜数分間の間隔で、繰り返される。即ち、図１７の（ａ）〜（ｃ）に示した状態が、当該一定の周期で繰り返される。このときの透明フィルム４００の巻き取りおよびシャッタ９０の開閉は、基本的には図示しないモータやアクチュエータ等の適当な駆動機構による駆動力を利用して自動で行われるが、手動で行われてもよい。また、図示は省略するが、透明フィルム４００の弛みを防止するべく、当該透明フィルム４００に適当な張力を付与する張力付与機構が設けられてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、ＡｌＣｒＮ膜の成膜速度および組成比という当該ＡｌＣｒＮ膜の成膜状況が監視されると共に、蒸発源２０が適宜に制御されることで当該成膜状況が一定とされるが、そのために必要なスペクトル測定は、分光手段としての１台のスペクトロメータ２２０によって一括的に行われる。従って、光導出路と光フィルタと光検出器とから成るユニットが複数設けられる上述の従来技術に比べて、当該分光手段としてのスペクトルメータ２２０を含むイオンプレーティング装置１０全体の構成の簡素化かつ廉価化が実現される。

また、真空槽１２内の内部において覗き窓７０の表面が透明フィルム４００で覆われると共に、この透明フィルム４００における当該覗き窓７０の表面を覆っている部分が適宜に更新されることで、プラズマ３００中のそれぞれの粒子から発せられる光に対して当該透明フィルム４００および覗き窓７０が透明である状態が維持される。従って、光導出路の光入射側端部が膜堆積の影響を受けるために成膜速度の測定が不可能になる従来技術とは異なり、多元系被膜の成膜状況の監視および蒸発源２００の適宜の制御が確実に実現される。

なお、本実施形態で説明した内容は、飽くまでも本発明の１つの具体例であり、本発明の範囲を限定するものではない。

例えば、粒子生成源制御手段としてのパーソナルコンピュータ２３０は、上述したように監視手段としても機能するが、この監視手段は、当該粒子生成源制御手段としてのパーソナルコンピュータ２３０とは異なる要素によって実現されてもよい。また、これら粒子生成源制御手段および監視手段は、パーソナルコンピュータ２３０という言わば汎用の機器ではなく、それぞれ専用の機器によって実現されてもよい。

そして、本実施形態においては、多元系被膜としてＡｌＣｒＮ膜を形成する場合について説明したが、これに限らない。例えば、ＡｌＣｒＮ膜以外の上述したＡｌＴｉＮ膜等の窒化物膜、或いはＢａＴｉＯ_３膜やＺｒＰｂＯ_３膜等の酸化物膜等の様々な多元系被膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。

さらに、覗き窓７０については、硼珪酸ガラス製とされたが、これに限らず、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ２）製やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）製、或いは光学用合成石英（ＳｉＯ２）製とされてもよい。これらフッ化カルシウム，フッ化マグネシウムおよび光学用合成石英は、硼珪酸ガラスの光透過波長領域の下限値である３２０ｎｍよりも波長の短い２００ｎｍ付近のいわゆる紫外線領域においても９０％以上の高い光透過特性を有するので、このような短い波長領域においてもスペクトル測定をする必要がある場合には、つまりそのような被膜を形成する場合には、当該フッ化カルシウム，フッ化マグネシウムおよび光学用合成石英のいずれかを素材とする覗き窓７０が採用されるのが、好ましい。この場合は、レンズユニット２００（集光レンズ２００ａ）および光ファイバ２１０についても、同様の光透過特性を示すものが採用されることが、肝要である。なお、青板（並ガラス）等の比較的に熱膨張係数が高い素材は、当該覗き窓７０としては適さない。

加えて、本実施形態においては、真空槽１２内の状態を目視で確認するための覗き窓７０を利用してレンズユニット２００が設けられたが、これに限らない。即ち、当該覗き窓７０以外に専用の窓部材を設け、この専用の窓部材にレンズユニット２００が設けられてもよい。この場合も、当該専用の窓部材として、必要とされる波長領域において高い光透過特性を示す素材製のものが採用されることが、肝要である。

そして、透明フィルム４００については、ロール状のものが採用されたが、これに限らず、例えば平板状のものが採用されてもよい。この場合も、当該平板状の透明フィルムは適宜に更新されること、つまりはそうなるようにフィルムユニット４０２が構成されることが、好ましい。

また、透明フィルム４００は、ＰＥＴ樹脂製とされたが、これ以外の樹脂製のもの、或いはガラス質製のものとされてもよい。特に、紫外線領域においても高い光透過特性が要求される場合には、上述の光学用合成石英等のように、当該要求に応え得る素材製のものが採用されることが、肝要である。

さらに、本実施形態においては、イオンプレーティング装置１０を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、イオン化蒸着法やスパッタ法等のイオンプレーティング法以外の物理気相成長法を用いる成膜装置、或いはプラズマＣＶＤ法等の化学気相成長法を用いる成膜装置にも、本発明を適用することができる。

１０ イオンプレーティング装置
１２ 真空槽
７０ 覗き窓
１００ 被処理物
２００ レンズユニット
２１０ 光ファイバ
３００ プラズマ

Claims (10)

1. 被処理物が収容された真空槽の内部にプラズマを発生させると共に該プラズマを利用して該被処理物の表面に複数の元素を成分とする多元系被膜を形成する多元系被膜形成装置において、
   上記プラズマ中の上記複数の元素それぞれの粒子から発せられる光を透過させる特性を有しており上記真空槽の壁部の一部を成すように該壁部に設けられた窓部材と、
   上記窓部材を介して上記光を上記真空槽の外部で受けると共に該光のスペクトルを一括的に測定する分光手段と、
   上記分光手段による上記スペクトルの測定結果に基づいて上記多元系被膜の形成状況を監視する監視手段と、
   を具備することを特徴とする、多元系被膜形成装置。
2. 上記多元系被膜の形成状況は該多元系被膜の形成速度を含む、
   請求項１に記載の多元系被膜形成装置。
3. 上記多元系被膜の形成状況は該多元系被膜を構成する上記複数の元素の組成比を含む、
   請求項１または２に記載の多元系被膜形成装置。
4. 上記監視手段による監視結果に基づいて上記複数の元素それぞれの上記粒子の生成源を制御する粒子生成源制御手段をさらに具備する、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の多元系被膜形成装置。
5. 上記粒子生成源制御手段は上記多元系被膜の形成状況が一定となるように制御を行う、
   請求項４に記載の多元系被膜形成装置。
6. 上記真空槽の内部において上記窓部材を覆うように設けられ上記光を透過させる特性を有する透過部材をさらに具備し、
   上記分光手段は上記透過部材および上記窓部材を介して上記光を受ける、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の多元系被膜形成装置。
7. 上記透過部材を更新する更新手段をさらに具備する、
   請求項６に記載の多元系被膜形成装置。
8. 上記透過部材はその一部分によって上記窓部材を覆うと共に該透過部材のうち未だ該窓部材を覆うのに供されていない未使用部分については上記真空槽の内部に露出しないように設けられ、
   上記更新手段は上記透過部材における上記一部分の位置が上記未使用部分の領域内に変わるように該透過部材を移動させることによって更新を行う、
   請求項７に記載の多元系被膜形成装置。
9. 上記透過部材は概略帯状のフィルムであり、
   上記更新手段は上記フィルムをその長さ方向に移動させることによって更新を行う、
   請求項８に記載の多元系被膜形成装置。
10. 被処理物が収容された真空槽の内部にプラズマを発生させると共に該プラズマを利用して該被処理物の表面に複数の元素を成分とする多元系被膜を形成する多元系被膜形成方法において、
    上記プラズマ中の上記複数の元素それぞれの粒子から発せられる光を透過させる特性を有する窓部材が上記真空槽の壁部の一部を成すように該壁部に設けられており、
    上記窓部材を介して上記光を上記真空槽の外部にある分光手段で受けると共に該分光手段によって該光のスペクトルを一括的に測定する分光過程と、
    上記分光過程における上記スペクトルの測定結果に基づいて上記多元系被膜の形成状況を監視する監視過程と、
    を具備することを特徴とする、多元系被膜形成方法。

Images