JP2017150007A - 処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工材に複数の工程を行う、小型で生産性のよい処理方法及び処理装置の提供。【解決手段】被加工材に複数の工程が順に行われることで処理品が得られる処理ユニット部と、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気から選ばれる２種以上の要素を準備する２以上の設備からなる設備群と、各設備から処理ユニット部に要素を供給する接続部と、を用い、処理ユニット部は、複数のワーク部に分割され、各ワーク部では、それぞれ要素を用いて被加工材に対して複数の工程を順に行うとともに、接続部において、各設備からそれぞれ複数のワーク部に要素を分配するとともに、各ワーク部に要素を供給するタイミングをずらすことで複数のワーク部において行われる工程の実施タイミングを互いにずらす処理方法。【選択図】図６

Description

本発明は、被加工材に複数の工程行うことで処理品を得る処理方法及び処理装置に関する。

例えば、被加工材の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を形成するにあたって、真空容器内で複数の被加工材に対して複数の工程を行うバッチ処理がよく行われる。しかしながら、１バッチ当たりの真空容器内での被加工材の数を増やすと、装置が巨大化するおそれがあった。

そこで、特許文献１では、各工程毎に別々のステーションを設けて、ステーション間で被加工材を移動させながら、被加工材に順次工程を行う工程分割型の処理方法が開示されている。

特開２００７−１１３０４９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された工程分割型処理方法では、被加工材について各ステーション間を移動させる特別な移動手段が必要とされる。また、駆動部の故障や、真空引きの際のリーク発生の可能性があるなど信頼性が低い。また、ステーションのどこか1箇所が停止すると、装置全体が停止するおそれがある。

また、特許文献１の工程分割型を採用して複数の被加工材を１まとまりとし、各ステーションにおいて同時に同じ工程を行いながら各ステーション間を移動させて処理を行うことも考えられる。しかし、処理設備が大型化して、設備費が高くなる。

本願はかかる事情に鑑みてなされたものであり、小型で生産性のよい処理装置及びこれを用いた処理方法を提供することを課題とする。

本発明の処理方法は、被加工材に複数の工程が順に行われることで処理品が得られる処理ユニット部と、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる２種以上の要素を準備する２以上の設備からなる設備群と、前記各設備から前記処理ユニット部に前記要素を供給する接続部と、を用い、前記処理ユニット部は、複数のワーク部に分割され、前記各ワーク部では、それぞれ前記要素を用いて前記被加工材に対して複数の工程を順に行うとともに、
前記接続部において、前記各設備からそれぞれ複数の前記ワーク部に前記要素を分配するとともに、前記各ワーク部に前記要素を供給するタイミングをずらすことで複数の前記ワーク部において行われる工程の実施タイミングを互いにずらすことを特徴とする。

本発明の処理装置は、被加工材に複数の工程が順に行われることで処理品を得る処理ユニット部と、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる２種以上の要素を準備する２以上の設備からなる設備群と、前記各設備から前記処理ユニット部に前記要素を供給する接続部と、を備える処理装置において、前記処理ユニット部は、複数のワーク部に分割され、前記各ワーク部において、それぞれ前記要素を用いて前記被加工材に複数の工程が順に行われ、前記接続部は、前記各設備から複数の前記ワーク部に前記要素を分配し得る切替部を有し、前記各ワーク部に前記要素を供給するタイミングをずらすことにより複数の前記ワーク部において行われる工程の実施タイミングを互いにずらすように前記切替部及び前記処理ユニット部を制御する制御部を更に備えることを特徴とする。

上記構成によれば、複数のワーク部において行われる工程の実施タイミングを互いにずらして行うように各設備から接続部を通じて各ワーク部に要素が供給される。

複数の工程が実施タイミングをずらして行われるため、同時に同じ工程の集中を回避できる。このため、設備を小型化できる。

また、同じ場所で複数の工程が行われるため、各工程間で被加工材を搬送させる必要がない。このため、被加工材の搬送時間を削減できる。また、搬送に伴う被加工材の損傷などの不具合も考慮する必要もない。

以上のように、本発明によれば、小型で生産性のよい処理方法及び処理装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の処理装置の説明図である。 第１の実施形態のチャンバーの断面図である。 第１の実施形態のチャンバーの斜視図である。 第１の実施形態の各種設備と各ワーク部とを接続する接続部の説明図である。 第１の実施形態のガス供給源と各ワーク部との間を接続する接続部の説明図である。 図６の上段は第１の実施形態の第１のワーク部の工程説明図であり、図６の下段は各種設備から第１のワーク部へ供給される各種要素の供給タイミングの説明図である。 被加工材が大きい場合のチャンバーの断面図である。 被加工材が小さい場合のチャンバーの断面図である。 第２の実施形態の処理装置のチャンバーの断面図である。 第２の実施形態のガス供給源と各ワーク部との間を接続する接続部の説明図である。 図１１の上段は第２の実施形態の第１、第２，第３のワーク部の工程説明図であり、図１１の下段は各種設備から第１，第２，第３のワーク部に供給される各種要素の供給タイミングの説明図である。

（第１の実施形態）
本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

本実施形態の処理装置は、プラズマ成膜装置である。プラズマ成膜装置は、被加工材の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を形成する。図１に示すように、プラズマ成膜装置１０は、成膜ユニット部（処理ユニット部）１と、２以上の設備を有する設備群３と、接続部５とを備えている。

成膜ユニット部１は、第１、第２、第３のワーク部１１，１２，１３に分割されている。各ワーク部１１，１２，１３において、被加工材に複数の工程が順に行われることで処理品が得られる。

図２、図３に示すように、各ワーク部１１，１２，１３は、チャンバー２を有する。チャンバー２は、基体２１と蓋体２２とを有する。基体２１は、有底円筒形であり、底壁２１ａと、底壁２１ａの周縁から上側に延びる側壁２１ｂとを有する。蓋体２２は、円形の天井壁２２ａと、天井壁２２ａの外周縁から下方に延びる側壁２２ｂと、側壁２２ｂの下端から径方向外側に広がる接続壁２２ｃとを有する。接続壁２２ｃの周縁は下方に屈曲されており、屈曲された屈曲部２２ｄの先端は、基体２１の側壁２１ｂの上端に対して脱着可能に気密に固定されている。

チャンバー２の基体２１の側壁２１ｂには、ガス導入部２３と、ガス排出部２４と、電源取り出し部２５と、計測部２６とが設けられている。電源取り出し部２５からチャンバー２内には、被加工材２９との間を電気的に接続する導線２５ａが引き出されている。計測部２６は、チャンバー２の内部の温度を検知する温度計及びチャンバー２の内部の気圧を検知する気圧計を備える。

基体２１の底壁２１ａの中央には、マイクロ波導入部２７が設けられている。マイクロ波導入部２７は、基体２１の底壁２１ａの中央に形成された開口２１ｃと、開口２１ｃを塞ぐように底壁２１ａ上に配置された誘電体２７ｃと、誘電体２７ｃの側面を保持して誘電体２７ｃを底壁２１ａ上に固定する治具２８とを有する。治具２８は、図略のネジで底壁２１ａに固定されている。

誘電体２７ｃは、石英からなる。誘電体２７ｃの上面は円形であり、その中央に凹状の保持部２７ａが形成されている。保持部２７ａの周囲には、リング形状の導入面２７ｂが設けられている。保持部２７ａには、被加工材２９の下端が嵌合されて、被加工材２９は、チャンバー２の蓋体２２の側壁２２ｂと略平行に立設される。本実施形態において、図３に示すように、被加工材２９は丸棒状体である。被加工材２９は、アルミニウム、銅、鉄などの導電性材料からなる。

図４に示すように、設備群３は、複数の設備を備え、これらの設備はそれぞれ、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる１種以上の要素を準備する。本実施形態において、各設備において、要素として、負バイアス電圧、マイクロ波、各種ガス、真空雰囲気が準備される。

本実施形態において、具体的には、複数の設備は、ガス供給源３１、ポンプ室３５、マイクロ波発振部３６、及び第１，第２の電源３７,３８である。図５に示すように、ガス供給源３１は、第１，第２の昇温窒化ガス系統７１，７２、及びボンバードＤＬＣ系統７３を有する。第１、第２の昇温窒化ガス系統７１，７２は、それぞれＨ_２（水素ガス）源７５及びＮ_２（窒素ガス）源７６を有する。Ｈ_２源７５及びＮ_２源７６には流量計７４ａが設けられており、制御部３９の指令に基づいて各種ガスの流量が調整される。流量計７４ａにより流量が調整されたＨ_２及びＮ_２は、流量計７４ａの下流側に設けた合流部７４ｂにおいて混合される。ボンバードＤＬＣ系統７３は、Ｃ_２Ｈ_２（アセチレンガス）源７７、Ａｒ（アルゴンガス）源７８及びＴＭＳ（テトラメチルシラン）源７９を有する。Ｃ_２Ｈ_２源７７、Ａｒ源７８及びＴＭＳ源７９にはそれぞれ流量計７４ｃが設けられており、制御部３９の指令に基づいて各種ガスの流量が調整される。流量計７４ｃにより流量が調整されたＣ_２Ｈ_２（アセチレンガス）、Ａｒ（アルゴンガス）及びＴＭＳガスは、流量計７４ｃの下流側に設けた合流部７４ｄにおいて混合される。なお、アセチレンガス、アルゴンガス、及びＴＭＳガスはＤＬＣ原料ガスであるが、ＤＬＣ原料ガスの種類はこれに限らない。アセチレンガス及びＴＭＳガスの代わりに、又はこれらとともに、他の有機ガス成分を用いることができる。

図４に示すように、ポンプ室３５は、低圧雰囲気、特に、真空雰囲気を発生させる。ポンプ室３５は、真空バッファ３５ａと真空ポンプ３５ｂとを有する。真空バッファ３５ａは、真空ポンプ３５ｂよりも上流側に配設されていて、内部に真空室が設けられている。真空バッファ３５ａは、後述の弁開時に瞬時にチャンバー２内を真空引きし、また、弁開閉時に伴う真空プンプ３５ｂ近傍の気圧の変動を抑えている。

マイクロ波発振部３６は、例えば、周波数０．３ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの範囲のマイクロ波を発振し得る。マイクロ波発振部３６は、スイッチ３６ａを介して、マイクロ波電源３６ｂと電気的に接続されている。マイクロ波発振部３６は、スイッチ３６ａをＯＮにしてマイクロ波電源３６ｂからマイクロ波発振部３６に電気を供給するとマイクロ波を発振する。スイッチ３６ａをｏｆｆにすると、マイクロ波の発振は停止される。

第１、第２の電源３７，３８は、いずれも、負バイアス電圧を得るための直流電圧を主体とした交流電圧を含むプラズマ励起・促進用電圧を被加工材に発生させるためのバイアス電源である。なお、チャンバー２は接地されていて、電位はゼロとされている。

接続部５は、各設備から各ワーク部１１，１２，１３に、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる１種以上の要素を供給する。接続部５は、各チャンバー２のガス排出部２４とポンプ室３５との間を接続する排気接続部５５と、各チャンバー２のマイクロ波導入部２７とマイクロ波発振部３６との間を接続するマイクロ波接続部５６と、各チャンバー２の電源取り出し部２５と第１の電源３７との間を接続する第１の電気接続部５７と、各チャンバー２の電源取り出し部２５と第２の電源３８との間を接続する第２の電気接続部５８とを有する。

また、接続部５は、図５に示すように、各チャンバー２のガス導入部２３と第１の昇温窒化ガス系統７１の合流部７４ｂとの間を接続する第１の昇温窒化ガス接続部８１と、各チャンバー２のガス導入部２３と第２の昇温窒化ガス系統７２の合流部７４ｂとの間を接続する第２の昇温窒化ガス接続部８２と、各チャンバー２のガス導入部２３とボンバードＤＬＣ系統７３の合流部７４ｄとの間を接続するボンバードＤＬＣガス接続部８３とを有する。

図４、図５に示すように、第１、第２の昇温窒化ガス接続部８１，８２、ボンバードＤＬＣガス接続部８３、排気接続部５５、マイクロ波接続部５６、第１、第２の電気接続部５７，５８及び計測接続部５８は、それぞれ、３つのワーク部１１，１２，１３の各チャンバー２に接続されている。

接続部５は、各設備から複数のワーク部１１，１２，１３に各種要素を分配し得る切替部６を有する。切替部６は、分岐部６０、開閉弁６１、分配器６２及び分配管６３ａ、６３ｂを有する。第１、第２の昇温窒化ガス接続部８１，８２、ボンバードＤＬＣガス接続部８３及び排気接続部５５は、パイプからなり、途中に分岐部６０及び開閉弁６１が設けられている。分岐部６０は設備群３（上流）側の１つの導線を、成膜ユニット部１（下流）側の３つの導線とを連結している。開閉弁６１は、分岐部６０よりも下流側に配置されており、３つのワーク部１１，１２，１３のチャンバー２に流出入するガスの供給及び停止をしている。

マイクロ波接続部５６は、導波管からなり、途中に２つの分配管６３ａ、６３ｂが設けられている。一つめの分配管６３ａは、マイクロ波発振部３６側の１つの導波管を２つの分岐させており、２つに分岐した一方の導波管は第１のワーク部１に接続されている。他方の導波管は二つめの分配管６３ｂに接続されている。二つめの分配管６３ｂは、更に２つの導波管に分岐している。二つめの分配管６３ｂで分岐された２つの導波管の一方は第２のワーク部１２に接続され、他方は第３のワーク部１３に接続されている。分配管６３ａ、６３ｂは制御部３９の指令に従って、各ワーク部１１，１２，１３にマイクロ波を分配している。

プラズマ成膜装置１０は、制御部３９を有する。制御部３９は、各ワーク部のチャンバー２に設けられている計測部２６、設備群３及び切替部６と通信可能に接続されている。計測部２６は、チャンバー２内の温度、気圧などの測定データを制御部３９に送信する。制御部３９は、測定データ及びプログラムに基づいて、設備群３及び切替部６を制御する。制御部７９は、複数のワーク部１１，１２，１３において行われる工程の実施タイミングを互いにずらして複数のワーク部１１，１２，１３において同時に互いに異なる工程を行うように各ワーク部１１、１２，１３を制御するとともに、各ワーク部１１，１２，１３に各設備から接続部５を通じて各ワーク部１１，１２，１３に要素を供給するにあたって各ワーク部１１，１２，１３への供給タイミングをずらして各要素を供給するように切替部６を制御する。制御部３９は、１つの設備で準備される要素の各ワーク部１１，１２，１３において必要とされる実施タイミングが、他のワーク部１１，１２，１３において要素の必要とされる実施タイミングと重ならないようにしている。

本実施形態においては、第１電源３７及び第２電源３８を用いてワーク部１１，１２，１３に設けられた被加工材２９に電圧を印加している。第１電源３７及び第２電源３８は、それぞれ、各ワーク部の被加工材に電圧を供給する時期が同時に重ならないように制御されている。このため、第１電源３７及び第２電源３８は、それぞれ、１つのワーク部の被加工材に供給する電圧を出力できればよく、電源の大型化は不要である。また、１つの電源で、一のワーク部に一定の電圧を印加し続けつつ、他のワーク部に供給される電圧のＯＮとＯＦＦをすることはできない。そこで、電源を第１電源３７及び第２電源３８の２つ設けて、一方の電源で一のワーク部に一定の電圧を印加し続けつつ、他の電源で他のワーク部に供給される電圧のＯＮとＯＦＦをすることとしている。

また、ガス供給源３１に設けられた各種ガス容器は、それぞれ、各ワーク部のチャンバーにガスを供給する時期が同時に重ならないように設定されている。具体的には、窒化用ガスの供給時間は、他のガスよりも長く、同時に２つのワーク部に供給するときがある。この場合、流量計７４ａ、７４ｃを大型化する必要がある。そこで、第１昇温窒化ガス系統７１及び第２昇温窒化ガス系統７２の２つを設けて、流量計７４ａ、７４ｃの大型化を回避して設備費を抑えている。なお、ボンバードＤＬＣ系統７３については、各１つのみであっても、３つのワーク部に供給するタイミングが重なることはないため、それぞれ１つの容器のみを用いている。

本実施形態の処理装置を用いたプラズマ成膜法について説明する。

本実施形態の処理装置を用いたプラズマ成膜法では、図５に示すように、交換工程、排気工程、昇温工程、窒化工程、Ａｒボンバード工程、ＤＬＣ工程、冷却工程を順に行った。プラズマ成膜法を行うにあたっては、設備群３を稼動させ、以下に示す各工程での状況に応じて切替部６を操作することにより、各種ガスの移動及び電流の供給と遮断を行った。本処理装置は、第１，第２，第３のワーク部１１，１２，１３をもち、各ワーク部では、互いに同じ工程が所定の間隔でずらして行われた。３つのうち第１のワーク部１１において行われる工程を代表して説明する。

まず、交換工程において、すべての開閉弁６１、分配器６２及び分配管６３をＯＦＦにして、被加工材２９をチャンバー２内の保持部２７ａに固定した。

排気工程において、排気接続部５５の開閉弁６１を開き、ポンプ室３５による吸引力により、チャンバー２内のガスを排出させた。チャンバー２内の気圧を１Ｐａ以下まで下げた。

昇温工程において、昇温窒化ガス接続部８１に設けられた開閉弁６１を開いた。これにより、第１の昇温窒化ガス系統７１からガス導入部２３を通じて、水素ガスをチャンバー２内に導入した。Ｈ_２源７５の流量計７４ａによるチャンバー２内への水素ガスの供給量は５０〜２００ｓｃｃｍとした。また、排気接続部５５の開閉弁６１を開いて、チャンバー２内のガスの吸引を開始して、チャンバー２内が所定の気圧、例えば真空に近い気圧を維持するようにした。

昇温工程において、更に、スイッチ３６ａをＯＮにしてマイクロ波電源３６ｂからマイクロ波発振部３６に電気を供給してマイクロ波発振部３６からマイクロ波を発振させた。マイクロ波接続部５６の分配管６３ａにおいて、マイクロ波発振部３６側の導波管を第１のワーク部１１側の導波管に接続して、マイクロ波を第１のワーク部１１のチャンバー２内に供給した。マイクロ波供給条件は、電力１３００ｋＷ、パルス周期２ミリ秒とした。パルス印加時間は、１０〜９０％とした。これと同時に、第１の電気接続部３７の分配器６２において、第１の電源３７側の端子６２ａを、第１のワーク部１１側の端子６２ａに接続して、ワーク部１１のチャンバー２内の被加工材２９に負のバイアス電圧を印加した。負のバイアス電圧は、ＯＮとＯＦＦが所定間隔で繰り返されるパルス信号として被加工材２９に印加した。負のバイアス電圧値は−３００〜−８００Ｖがよく、本例においては、−５００Ｖとした。負のバイアス電圧のパルス間隔は２ミリ秒とした。パルス印加時間は、１０〜９０％がよい。負バイアス電圧パルスとマイクロ波パルスとは、同期させた。チャンバー２内の水素ガスはプラズマ化されて、チャンバー２内は５００℃に昇温させた。

窒化工程において、スイッチ３６ａをＯＦＦにしてマイクロ波発振部３６からのマイクロ波の発振を停止させた。第１の昇温窒化ガス接続部８１に設けられた開閉弁６１を開いた。これにより、第１の昇温窒化ガス系統７１からガス導入部２３を通じて、水素ガス及び窒素ガスをチャンバー２内に導入した。チャンバー２内部は、１００ｓｃｃｍの水素ガス及び１００ｓｃｃｍの窒素ガスで満たした。昇温ガス供給、ガス排出部によるガス吸引及び負バイアス電圧の印加は持続させて、チャンバー２内部の温度を５００℃に維持し続けた。

Ａｒボンバード工程において、スイッチ３６ａをＯＮにしてマイクロ波電源３６ｂからマイクロ波発振部３６に電気を供給してマイクロ波発振部３６からのマイクロ波の発振を再開させた。第１の昇温窒化ガス接続部８１の開閉弁６１を閉じた。ボンバードＤＬＣガス接続部８３の開閉弁６１を開いて、ボンバードＤＬＣガス系統７３からボンバードＤＬＣガス接続部８３及びガス導入部２３を通じて、水素ガス及びアルゴンガスをチャンバー２に供給した。流量計７４ｃによるチャンバー２内への各ガスの供給量は、水素ガス：２０ｓｃｃｍ、アルゴンガス：７０ｓｃｃｍとした。負バイアス電圧は被加工材２９に印加しつづけた。Ａｒボンバードガスは、マイクロ波によりプラズマ化され、被加工材２９表面に衝突して、被加工材２９の表面をスパッタリングした。これにより、被加工材２９は表面粗化された。

次に、ＤＬＣ工程において、ボンバードＤＬＣガス接続部８３の開閉弁６１を開いた状態を維持して、ボンバードＤＬＣ系統７３からボンバードＤＬＣガス接続部８３及びガス導入部２３を通じて、アセチレンガス、アルゴンガス及びＴＭＳガスをチャンバー２に供給した。７４ｃによるチャンバー２内への各ガスの供給量は、アセチレンガス：００ｓｃｃｍ、アルゴンガス：４０ｓｃｃｍ、及びＴＭＳガス：２０ｓｃｃｍとした。マイクロ波発振部３６からのチャンバー２へのマイクロ波の供給は維持させた。マイクロ波供給条件は、電力１３００ｋＷ、パルス周期２ミリ秒とした。パルス印加時間は、１０〜９０％とした。

ＤＬＣ工程において、ガス排出部２４によるガス吸引及び負バイアス電圧の被加工材２９への印加は持続させた。負バイアス電圧パルスとマイクロ波パルスとは、同期させた。

負バイアス電圧印加により、被加工材２９表面にシース層が生成した。チャンバー２内部に供給されたマイクロ波は、シース層とプラズマとの界面に沿って伝播し、被加工材２９の表面に沿って高密度プラズマが発生した。被加工材２９表面付近に原料ガス由来のプラズマが生成した。被加工材２９表面にＤＬＣ膜が生成された。

冷却工程において、ボンバードＤＬＣガス接続部８３の開閉弁６１を閉じて原料ガス供給を停止した。マイクロ波接続部５６の分配管６３において接続端６３ｏを閉止端６３ｄに接続して、チャンバー２へのマイクロ波の供給を停止した。第１電気接続部５７の分配器６２において、第１の電源３７側の端子６２ｏを開放側の端子６２ｄに接続にして、負バイアス電圧の印加を停止した。そして、チャンバー２内部を放冷させた。このようにして、表面にＤＬＣ膜を形成した処理品を得た。

冷却工程終了後は、最初の交換工程に戻り、以後、各工程を順に繰り返し行った。

図６に示すように、３つのワーク部のチャンバーでは、各工程の所要時間が、それぞれ、交換工程：２分、排気工程：２分、昇温工程：５分、窒化工程：１５分、Ａｒボンバード工程：３分、ＤＬＣ工程：１分、冷却工程：８分である。第１、第２，第３の３つのワーク部のチャンバーでは、各工程が１２分ずらして行われた。即ち、第１のワーク部１１を最初に作動を開始した。１２分経過後に第２のワーク部１２の作動を開始した。第３のワーク部１３は、第２のワーク部１２の作動開始後１２分経過時に作動を開始した。このタイムスケジュールで３つのワーク部１１，１２，１３を作動させると、１つのワーク部で窒化工程の開始直後に、次のワーク部の交換工程が開始し、１つのワーク部で窒化工程の終了間近にもう一つのワーク部の交換工程が開始した。

複数のワーク部１１，１２，１３において行われる工程の実施タイミングを互いにずらした。そのために、複数のワーク部１１，１２，１３において同時に２種以上の工程を行うように各設備から接続部５を通じて各ワーク部１１，１２，１３に要素が供給された。複数の工程が実施タイミングをずらして行われるため、同時に同じ工程の集中を回避できる。このため、各工程を行うための設備群３を小型化できる。

また、同じ場所で複数の工程が順次行われるため、各工程間で被加工材を搬送させる必要がない。このため、搬送時間を削減でき、また、搬送に伴う被加工材２９の損傷などの不具合も考慮する必要もない。

また、各ワーク部１１，１２，１３のチャンバー２は、基体２１に、接続ポートとしてのガス導入部２３，ガス排出部２４、電源取り出し部２５、計測部２６を設けており、蓋体２２には接続ポートを設けていない。このため、蓋体２２は容易に取り換え可能である。しかも、蓋体２２の側面２２ｂは、被加工材２９と平行に延び被加工材２９と一定の間隔を保持して対向している。このため、蓋体２２の側面２２ｂと被加工材２９との電位差を均一に保持でき、被加工材２９の表面に均一なＤＬＣ膜を形成できる。また、蓋体２２の側面２２ｂと被加工材２９との間の距離が一定範囲内になるように被加工材２９の大きさに合わせて蓋体２２を選択することで、チャンバー２内の空間部の大きさを調整できる。図７に示すように、被加工材２９が径方向に大きいものである場合には、蓋体２２は径方向に大きいものが選ばれる。図８に示すように、被加工材２９の小さい場合には、蓋体２は軸方向に長いものを選ぶ。チャンバー２内を過度に大きくさせずに、チャンバー２内に余剰のガスを送り込む必要はなく、ガス成分の節約になる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の処理装置は、筒状の被加工材の内面にＤＬＣ膜を形成するプラズマ成膜装置である。プラズマ成膜装置は、図９に示すように、チャンバー２内部に被加工材２９だけでなく、ターゲット２０も配設している。

第２の実施形態のプラズマ成膜装置は、図９、図１０に示すように、チャンバー２内部にターゲット２０が更に配設されている点、及び、ガス供給源３１が、ボンバードＤＬＣ系統７３の代わりにプラズマ生成ガス系統７０を有している点で、第１の実施形態と相違する。

ターゲット２０は、マイクロ波導入部２７の上の保持部２７ａに保持されている。ターゲット２０は、炭素丸棒であり、蓋体２２の側面２２ｂと平行に立設される。ターゲット２は、電源取り出し部２５からチャンバー２内に引き出された導線２５ａが接続されている。なお、ターゲット２０は、導電性の皮膜材料であればよく、例えば、炭素以外に、クロム、チタンなどがあげられる。チタン及び／又はクロムを成膜した後に、プラズマＣＶＤ法でＤＬＣ膜を形成してもよい。

チャンバー２内部には、円筒状の被加工材２９が図略の支持手段により配設される。被加工材２９は、円筒状であり、アルミニウム、銅、鉄などの導電性材料からなる。被加工材２９は、ターゲット２０を同軸状に包囲して配置されている。

プラズマ生成ガス系統７０は、プラズマ生成ガスとしてのアルゴンガスの供給源であるＡｒ源７８を有する。Ａｒ源７８には、アルゴンガスのチャンバー２への供給量を調整する流量計７４ｃが設けられている。接続部５は、プラズマ生成ガス系統７０のＡｒ源７８と、各ワーク部のチャンバー２のガス導入部２３との間を接続するプラズマ生成ガス接続部８０を有する。プラズマ生成ガス接続部８０には、制御部３９により操作される開閉弁６１が設けられている。

本実施形態の処理装置を用いたプラズマ成膜法について説明する。

本実施形態の処理装置を用いたプラズマ成膜法では、図１１に示すように、交換工程、排気工程、昇温工程、窒化工程、Ａｒボンバード工程、ＤＬＣ工程、冷却工程を順に行う。交換工程、排気工程、昇温工程、窒化工程、Ａｒボンバード工程、及び冷却工程は、第１の実施形態と作用が同じである。ＤＬＣ工程においては、チャンバー２にプラズマ生成ガスの供給及びガス排出、並びにターゲット２０にマイクロ波供給、負バイアス電圧印加が行われる。負バイアス電圧を印加されたターゲット２０は、その表面に沿ってシース層が形成され、ターゲット２０の表面に沿ってプラズマ生成ガス由来の高密度プラズマが促進されて、ターゲット２０にスパッタリングが行われる。ターゲット２０から膜成分が生成され、対向する被加工材２９の内面に付着する。これにより、被加工材２９の内面にＤＬＣ膜が形成される。

プラズマ成膜法を行うにあたっては、設備群３のすべてを稼動させ、以下に示す各工程での状況に応じて切替部６を作動させることにより、各種ガスの移動及び電流の供給と遮断を行う。本処理装置は、図１１に示すように、第１の実施形態と同様に、第１，第２，第３のワーク部１１，１２，１３をもち、各ワーク部では、互いに同じ工程が所定の間隔でずらして行われる。

複数のワーク部１１，１２，１３において行われる工程の実施タイミングを互いにずらして複数のワーク部１１，１２，１３において同時に２種以上の工程を行うように各設備から接続部５を通じて各ワーク部１１，１２，１３に要素が供給される。複数の工程が実施タイミングをずらして行われるため、同時に同じ工程の集中を回避できる。このため、各工程を行うための設備群３を小型化できる。

また、同じ場所で複数の工程が行われるため、各工程間で被加工材２９を搬送させる必要がない。このため、搬送時間を削減でき、また、搬送に伴う被加工材２９の損傷などの不具合も考慮する必要もない。

また、各ワーク部のチャンバー２は、第１の実施形態と同様に、基体２１に、各種設備群３と接続する接続ポートとしてのガス導入部２３、ガス排出部２４、電源取り出し部２５、計測部２６を設けており、蓋体２２には接続ポートが設けられていない。このため、蓋体２を容易に取り換え可能である。被加工材２９の大きさに合わせて蓋体２２を選択することで、チャンバー２内の空間部の大きさを調整できる（図７、図８参照）。

第１、第２の実施形態は、プラズマＣＶＤ法を用いたＤＬＣ膜形成方法において、本発明を適用した実施形態であるが、物理気相蒸着方法を用いた皮膜形成方法において本発明を適用することもできる。

（１）本発明の処理方法は、被加工材２９に複数の工程が順に行われることで処理品が得られる処理ユニット部（成膜ユニット部１）と、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる１種以上の要素を準備する２以上の設備からなる設備群３、各設備から処理ユニット部に要素を供給する接続部５と、を用い、処理ユニット部は、複数のワーク部１１，１２、１３に分割され、各ワーク部１１，１２，１３では、それぞれ要素を用いて被加工材２９に対して複数の工程を順に行うとともに、接続部５において、各設備からそれぞれ複数のワーク部１１，１２，１３に要素を分配するとともに、各ワーク部１１，１２，１３に要素を供給するタイミングをずらすことで複数のワーク部１１，１２，１３において行われる工程の実施タイミングを互いにずらすことを特徴とする。

上記構成によれば、複数のワーク部１１，１２，１３において行われる工程の実施タイミングを互いにずらして複数のワーク部１１，１２，１３において同時に２種以上の工程を行うように各設備から接続部５を通じて各ワーク部１１，１２，１３に要素が供給される。

複数の工程が実施タイミングをずらして行われるため、同時に同じ工程の集中を回避できる。このため、各工程を行うための設備を小型化できる。

また、同じ場所で複数の工程が行われるため、各工程間で被加工材２９を搬送させる必要がない。このため、搬送時間を削減でき、また、搬送に伴う被加工材の損傷などの不具合も考慮する必要もない。

要素は、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる１種以上からなる。要素となり得るエネルギーは、例えば、電気、磁気、機械、光、熱があり、要素となり得る物質は、例えば、気体、液体、固体、流動体、粉体があり、雰囲気は、例えば、所定の圧力、温度、湿度、酸化還元などの雰囲気がある。

（２）複数の工程と、複数の工程が行われた被加工材２９を未処理の被加工材２９に交換する交換工程とを、ワーク部１１，１２，１３毎に互いに実施タイミングをずらして繰り返し行うことが好ましい。上記構成によれば、各ワーク部１１，１２，１３において被加工材２９に繰り返し、複数の工程を順に行うことができる。

（３）１つの設備群３で準備される要素の各ワーク部１１，１２，１３において必要とされる実施タイミングが、他のワーク部１１，１２，１３において当該要素の必要とされる実施タイミングと重ならないようにすることが好ましい。上記構成によれば、設備の負担を増加させることなく、設備の数を減らすことができる。

（４）本発明の処理装置（プラズマ成膜装置１０）は、被加工材２９に複数の工程が順に行われることで処理品を得る処理ユニット部（成膜ユニット部１）と、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる２種以上の要素を準備する２以上の設備からなる設備群３と、各設備から処理ユニット部に要素を供給する接続部５と、を備える処理装置において、処理ユニット部は、複数のワーク部１１，１２，１３に分割され、各ワーク部１１，１２，１３において、それぞれ被加工材２９に複数の工程が順に行われ、接続部５は、各設備から複数のワーク部１１，１２，１３に要素を分配し得る切替部６を有し、各ワーク部１１，１２，１３に要素を供給するタイミングをずらすことにより複数のワーク部１１，１２，１３において行われる工程の実施タイミングを互いにずらすように切替部６及び処理ユニット部（成膜ユニット部１）を制御する制御部３９を更に備えることを特徴とする。

上記構成によれば、複数のワーク部１１，１２，１３において行われる工程の実施タイミングを互いにずらして複数のワーク部１１，１２，１３において同時に２種以上の工程を行うように各設備から接続部５を通じて各ワーク部１１，１２，１３に要素が供給される。

複数の工程が実施タイミングをずらして行われるため、同時に同じ工程の集中を回避できる。このため、各工程を行うための設備群３を小型化できる。

また、同じ場所で複数の工程が行われるため、各工程間で被加工材２９を搬送させる必要がない。このため、搬送時間を削減でき、また、搬送に伴う被加工材２９の損傷などの不具合も考慮する必要もない。

（５）制御部３９は、１つの設備群３で準備される要素の各ワーク部１１，１２，１３において必要とされる実施タイミングが、他のワーク部１１，１２，１３において当該要素の必要とされる実施タイミングと重ならないようにすることが好ましい。上記構成によれば、設備の負担を増加させることなく、設備の数を減らすことができる。

（６）処理装置は、被加工材２９表面に皮膜を形成する、プラズマＣＶＤ装置またはスパッタリング装置であることが好ましい。この場合には、皮膜を生産性よく形成できる。この場合、例えば、ダイヤモンドライクカーボン、チタン、又はクロムからなる皮膜を形成できる。

（７）ワーク部１１，１２，１３は、被加工材２９を収容したチャンバー２を有し、複数の設備群３は、原料ガスを保持するガス供給源３１、低圧雰囲気を発生させるポンプ室３５、マイクロ波を発振するマイクロ波発振部３６、及び負バイアス電圧を発生させる電源（第１の電源３７，第２の電源３８）であり、ガス供給源３１、ポンプ室３５、マイクロ波発振部３６及び電源から、それぞれ原料ガス、低圧雰囲気、マイクロ波、及び負バイアス電圧を、接続部５を通じてワーク部１１，１２，１３に供給することにより、被加工材２９表面に原料ガス由来の皮膜を形成させることが好ましい。

上記構成によれば、皮膜を生産性よく形成できる。

「低圧雰囲気を発生させるポンプ室」は、ワーク部１１，１２，１３から気体を吸引してワーク部１１，１２，１３を低圧ないし真空にする。ポンプ室７５には、例えば、真空ポンプ７５ｂ、真空バッファ７５ａなどが設けられているとよい。

「気化因子」は、ターゲットを気化させるための雰囲気、物質、エネルギーをいい、例えば、ターゲットに印加される電気エネルギー、ターゲットに衝突させるスパッタ用ガス、ターゲットの成分を蒸発させる熱エネルギー、ターゲット表面に高密度プラズマを生成させ得る電気エネルギー及び波動エネルギーなどがある。

（８）ワーク部１１，１２，１３は、ターゲット２０及び被加工材２９を収容したチャンバー２を有し、複数の設備群３は、プラズマ生成ガスを収容するガス供給源３１、低圧雰囲気を発生させるポンプ室３５、マイクロ波を発振するマイクロ波発振部３６、及び負バイアス電圧を発生させる電源（第１の電源３７，第２の電源３８）であり、ガス供給源３１、ポンプ室３５、マイクロ波発振部３６及び電源から、それぞれプラズマ生成ガス、低圧雰囲気、マイクロ波及び負バイアス電圧を、接続部５を通じて、ワーク部１１，１２，１３に供給することにより、被加工材２９表面にターゲット由来の皮膜を形成させることが好ましい。

上記構成によれば、皮膜を生産性よく形成できる。

（９）上記（７）において、チャンバー２は、基体２１と、基体２１とともに内部に被加工材２９を収容し得る空間部を形成するとともに基体２１に着脱可能に気密に固定された蓋体２２とを備え、基体２１には、接続部５を通じて、ガス供給源３１、ポンプ室３５、マイクロ波発振部３６及び電源（第１の電源３７，第２の電源３８）に接続する接続ポート（ガス導入部２３，ガス排出部２４，電源取り出し部２５、計測部２６、マイクロ波導入部２７）が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、各ワーク部１１，１２、１３のチャンバー２は、基体２１に、接続ポートを設けており、蓋体２２には接続ポートを設けていない。このため、蓋体２は容易に取り換え可能である。

また、被加工材２９の大きさに合わせて蓋体２２を選択することで、チャンバー２内の空間部の大きさを調整できる。チャンバー２内を過度に大きくさせずに、チャンバー２内に余剰のガスを送り込む必要はなく、ガス成分の節約になる。

また、蓋体２２の側壁２２ｂとチャンバー２内の被加工材２９との間の間隔は、被加工材２９の一端から他端までの間で一定であることが好ましい。この場合には、被加工材２９表面に、高密度プラズマを生成しやすく、被加工材２９表面に確実に皮膜を形成できる。

蓋体２２の側面２２ｂは、被加工材２９と平行に延び被加工材２９と一定の間隔を保持して対向しているとよい。このため、蓋体２２の側面２２ｂと被加工材２９との電位差を均一に保持でき、被加工材２９表面に均一なシース層が生成される。チャンバー２内部に供給されたマイクロ波は、シース層とプラズマとの界面に沿って伝播し、被加工材２９の表面に沿って高密度プラズマが発生して、被加工材２９表面付近に原料ガス由来のプラズマが生成し、被加工材２９表面に均一な皮膜が生成される。

（１０）上記（８）において、チャンバー２は、基体２１と、基体２１とともに内部に被加工材２９を収容し得る空間部を形成するとともに基体に着脱可能に気密に固定された蓋体とを備え、
基体２１には、接続部５を通じてガス供給源３１、ポンプ室３５、マイクロ波発振部３６及び電源（第１の電源３７，第２の電源３８）に接続する接続ポートが設けられており、蓋体２２の側壁２２ｂとチャンバー２内のターゲット２０との間の間隔は、ターゲット２０の一端から他端までの間で一定であることが好ましい。

この場合には、ターゲット２０表面に、高密度プラズマを生成しやすく、ターゲット２０から皮膜成分を発生させやすい。このため、被加工材表面２９に確実に、ターゲット由来の皮膜成分からなる皮膜を形成できる。

１：成膜ユニット部（処理ユニット部）、
１０：プラズマ成膜装置、
１１：第１のワーク部、
１２：第２のワーク部、
１３：第３のワーク部、
２：チャンバー、
２０：ターゲット、
２１：基体、
２２：蓋体、
２３：ガス導入部、
２４：ガス排出部、
２５：電源取り出し部、
２６、４６：計測部、
２７：マイクロ波導入部、
２８：治具、
２９：被加工材、
３：設備群、
３１：ガス供給源、
３５：ポンプ室、
３６：マイクロ波発振部、
３７：第１の電源、
３８：第２の電源、
３９：制御部、
５：接続部、
５５：排気接続部、
５６：マイクロ波接続部、
５７：第１の電気接続部、
５８：第２の電気接続部、
６：切替部、
６０：分岐部、
６１：弁、
６２：分配器、
６３ａ、６３ｂ：分岐管、
６４：スイッチ、
７０：プラズマ生成ガス系統、
７１：第１の昇温窒化ガス系統、
７２：第２の昇温窒化ガス系統、
７３：ボンバードＤＬＣガス系統
７４ａ、７４ｃ：流量計、
７５：蒸着用ガス容器
８１：第１の昇温窒化ガス接続部、
８２：第２の昇温窒化ガス接続部、
８３：ボンバードＤＬＣガス接続部、

Claims (10)

1. 被加工材に複数の工程が順に行われることで処理品が得られる処理ユニット部と、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる２種以上の要素を準備する２以上の設備からなる設備群と、前記各設備から前記処理ユニット部に前記要素を供給する接続部と、を用い、
   前記処理ユニット部は、複数のワーク部に分割され、前記各ワーク部では、それぞれ前記要素を用いて前記被加工材に対して複数の工程を順に行うとともに、
   前記接続部において、前記各設備からそれぞれ複数の前記ワーク部に前記要素を分配するとともに、
   前記各ワーク部に前記要素を供給するタイミングをずらすことで複数の前記ワーク部において行われる工程の実施タイミングを互いにずらすことを特徴とする処理方法。
2. 複数の前記工程と、複数の前記工程が行われた前記被加工材を未処理の被加工材に交換する交換工程とを、前記ワーク部毎に互いに実施タイミングをずらして繰り返し行う請求項１に記載の処理方法。
3. １つの前記設備で準備される前記要素の前記各ワーク部において必要とされる実施タイミングが、他の前記ワーク部において当該要素の必要とされる実施タイミングと重ならないようにする請求項１又は２に記載の処理方法。
4. 被加工材に複数の工程が順に行われることで処理品を得る処理ユニット部と、複数の工程を行うに必要なエネルギー、物質及び雰囲気の群から選ばれる２種以上の要素を準備する２以上の設備からなる設備群と、前記各設備から前記処理ユニット部に前記要素を供給する接続部と、を備える処理装置において、
   前記処理ユニット部は、複数のワーク部に分割され、前記各ワーク部において、それぞれ前記要素を用いて前記被加工材に複数の工程が順に行われ、
   前記接続部は、前記各設備から複数の前記ワーク部に前記要素を分配し得る切替部を有し、
   前記各ワーク部に前記要素を供給するタイミングをずらすことにより複数の前記ワーク部において行われる工程の実施タイミングを互いにずらすように前記切替部及び前記処理ユニット部を制御する制御部を更に備えることを特徴とする処理装置。
5. 前記制御部は、１つの前記設備で準備される前記要素の前記各ワーク部において必要とされる実施タイミングが、他の前記ワーク部において当該要素の必要とされる実施タイミングと重ならないようにする請求項４に記載の処理装置。
6. 前記被加工材表面に皮膜を形成する、プラズマＣＶＤ装置またはスパッタリング装置である請求項４又は５に記載の処理装置。
7. 前記ワーク部は、前記被加工材を収容したチャンバーを有し、
   複数の前記設備は、原料ガスを保持するガス供給源、低圧雰囲気を発生させるポンプ室、マイクロ波を発振するマイクロ波発振部、及び負バイアス電圧を発生させる電源であり、
   前記ガス供給源、前記ポンプ室、前記マイクロ波発振部及び前記電源から、それぞれ前記原料ガス、前記低圧雰囲気、前記マイクロ波、及び前記負バイアス電圧を、前記接続部を通じて前記ワーク部の前記チャンバーに供給することにより、前記被加工材表面に前記前記原料ガス由来の皮膜を形成させる請求項６に記載の処理装置。
8. 前記ワーク部は、ターゲット及び前記被加工材を収容したチャンバーを有し、
   複数の前記設備は、プラズマ生成ガスを収容するガス供給源、低圧雰囲気を発生させるポンプ室、マイクロ波を発振するマイクロ波発振部、及び負バイアス電圧を発生させる電源であり、前記ガス供給源、前記ポンプ室、前記マイクロ波発振部及び前記電源から、それぞれ前記プラズマ生成ガス、前記低圧雰囲気、前記マイクロ波及び前記負バイアス電圧を、前記接続部を通じて、前記ワーク部の前記チャンバーに供給することにより、前記被加工材表面に前記ターゲット由来の皮膜を形成させる請求項６に記載の処理装置。
9. 前記チャンバーは、基体と、前記基体とともに内部に前記被加工材を収容し得る空間部を形成するとともに前記基体に着脱可能に気密に固定された蓋体とを備え、
   前記基体には、前記接続部を通じて、前記ガス供給源、前記ポンプ室、前記マイクロ波発振部及び前記電源に接続する接続ポートが設けられている請求項７に記載の処理装置。
10. 前記チャンバーは、基体と、前記基体とともに内部に前記被加工材を収容し得る空間部を形成するとともに前記基体に着脱可能に気密に固定された蓋体とを備え、
    前記基体には、前記接続部を通じて前記ガス供給源、前記ポンプ室、前記マイクロ波発振部及び前記電源に接続する接続ポートが設けられている請求項８に記載の処理装置。
    

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