JP6063816B2 - Surface treatment apparatus and surface treatment method - Google Patents

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Description

本発明は、被処理物の表面に薄膜を形成するための表面処理装置及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 for forming a thin film on the surface of an object to be treated.

近年、摺動部品等では、摺動特性を各段に飛躍させる新しい硬質膜の要求が高まっている。その中でも注目されているのがダイヤモンドやｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）といった軽元素からなる硬質膜である。通常、ダイヤモンドやｃＢＮは、高温高圧環境下で行われる焼成によってバルク材として得ることが可能である。しかし、このような手法では、ダイヤモンドやｃＢＮを薄膜として得ることが困難である。   In recent years, in sliding parts and the like, there is an increasing demand for a new hard film that dramatically improves sliding characteristics in each stage. Among them, a hard film made of a light element such as diamond or cBN (cubic boron nitride) is attracting attention. Usually, diamond and cBN can be obtained as a bulk material by firing performed in a high temperature and high pressure environment. However, with such a technique, it is difficult to obtain diamond or cBN as a thin film.

そこで、真空環境下においてプラズマを用いて成膜を行うプラズマＣＶＤ（化学的蒸着）法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＨＣＤ（ホロカソード）法等の従来技術を用い、上述したような硬質膜を薄膜化するための研究がなされている。しかし、これらの従来技術によって得られるプラズマ密度は比較的低いため、成膜反応性が低く、成膜速度が遅いといった課題がある。
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。 Therefore, a hard film as described above is formed using conventional techniques such as plasma CVD (chemical vapor deposition), sputtering, ion plating, and HCD (holocathode), which form a film using plasma in a vacuum environment. Research has been conducted to reduce the film thickness. However, since the plasma density obtained by these conventional techniques is relatively low, there is a problem that the film forming reactivity is low and the film forming speed is low.
Conventionally, there are examples in which film formation reactivity and film formation speed are improved by heating with a heater or the like, introducing external energy, or the like. Patent Document 1 discloses a technique for increasing plasma density in a low temperature environment by electron beam irradiation.

特開２００７−３１４８４５号公報JP 2007-314845 A

しかしながら、従来の改善例では、成膜温度が高くなりすぎるため、高温で軟化するような材料を被処理物として使用することができないといった使用材料の制限が生じてしまう。また、上記特許文献１は、窒化処理に特化した技術であるため、この技術をそのまま適用したとしても、被処理物に対して上述したような硬質膜を薄膜で形成することは困難である。   However, in the conventional improvement example, since the film formation temperature becomes too high, there is a restriction on the material to be used such that a material that softens at a high temperature cannot be used as an object to be processed. Moreover, since the said patent document 1 is a technique specialized in the nitriding process, even if this technique is applied as it is, it is difficult to form the above-mentioned hard film with a thin film with respect to a to-be-processed object. .

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、被処理物を選ぶことなく、硬質膜を精度良く、効率的に、薄膜で形成することができる表面処理装置及び表面処理方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and provides a surface treatment apparatus and a surface treatment method that can form a hard film with high accuracy and efficiency without selecting a workpiece. It is what.

本発明の一の態様は、少なくとも反応性ガスを含む気体が封入される反応室と、該反応室内において被処理物を保持する保持部とを有する反応部と、
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としてのｃＢＮ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おり、
また、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対して、上記硬質膜の密着性を向上させる中間処理を行うことができるよう構成されており、
上記制御部は、上記反応室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。 One embodiment of the present invention is a reaction unit including a reaction chamber in which a gas containing at least a reactive gas is sealed, and a holding unit that holds an object to be processed in the reaction chamber;
An electron beam output unit that outputs an electron beam into the reaction chamber of the reaction unit to convert the reactive gas into a plasma;
A control unit for controlling the electron beam output from the electron beam output unit,
The reaction chamber is configured to be able to form a cBN film as a hard film on the surface of the object to be processed held by the holding unit using at least one of physical vapor deposition and chemical vapor deposition. And
The control unit is configured to control an output waveform of an electron beam output from the electron beam output unit to the reaction chamber so that a plasma state optimal for the formation of the hard film in the reaction chamber is obtained. And
Further, the reaction chamber is an intermediate for improving the adhesion of the hard film to the surface of the object to be processed held by the holding unit using at least one of physical vapor deposition and chemical vapor deposition. Configured to process,
The control unit is configured to control an output waveform of an electron beam output from the electron beam output unit to the reaction chamber so as to obtain a plasma state optimal for the intermediate processing in the reaction chamber. The surface treatment apparatus is characterized by the following.

本発明の他の態様は、少なくとも反応性ガスを含む気体が封入された反応室内に電子ビーム出力部から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、上記反応室内に保持された被処理物の表面に硬質膜としてのｃＢＮ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し、
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、上記被処理物の表面に対して、上記硬質膜の密着性を向上させる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。 According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma conversion step of converting the reactive gas into a plasma by outputting an electron beam from an electron beam output section into a reaction chamber in which a gas containing at least a reactive gas is sealed.
A hard film forming step of forming a cBN film as a hard film on the surface of the workpiece held in the reaction chamber using at least one of physical vapor deposition and chemical vapor deposition;
In the hard film forming step, the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit to the reaction chamber is controlled so that the plasma state is optimal for the formation of the hard film in the reaction chamber ,
Prior to the hard film forming step, an intermediate process is performed in which at least one of a physical vapor deposition method and a chemical vapor deposition method is performed on the surface of the workpiece to improve the adhesion of the hard film. Having a process,
In the intermediate processing step, an output waveform of an electron beam output from the electron beam output unit to the reaction chamber is controlled so as to obtain a plasma state optimal for the intermediate processing in the reaction chamber. There is a surface treatment method.

上記表面処理装置において、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、保持部に保持された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いる。そして、制御部は、反応室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、電子ビーム出力部から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。   In the surface treatment apparatus, the reaction chamber is configured to be able to form a hard film on the surface of the object to be processed held by the holding unit using at least one of physical vapor deposition and chemical vapor deposition. Yes. The control unit is configured to control the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit to the reaction chamber so that the plasma state is optimal for the formation of the hard film in the reaction chamber.

すなわち、電子ビーム出力部から反応室内に電子ビームを出力（照射）することにより、反応室内の反応性ガスをプラズマ化する。そして、制御部がその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の形成に最適な状態にすることができる。そのため、上記の蒸着法（物理的蒸着法、化学的蒸着法）を用いて硬質膜を成膜する際の成膜反応性や成膜速度を向上させることができる。   That is, the reactive gas in the reaction chamber is turned into plasma by outputting (irradiating) an electron beam from the electron beam output section into the reaction chamber. The control unit controls the output waveform of the electron beam, so that the plasma state in the reaction chamber can be optimized for the formation of the hard film. Therefore, it is possible to improve the film formation reactivity and the film formation speed when a hard film is formed using the above-described vapor deposition method (physical vapor deposition method, chemical vapor deposition method).

これにより、反応室内において、所望の方法により、所望の硬質膜（ｃＢＮ膜）を精度良く、効率的に、薄膜で形成することができる。
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。 As a result, a desired hard film ( cBN film ) can be accurately and efficiently formed as a thin film in the reaction chamber by a desired method.
In addition, since the film formation reactivity and the film formation speed during film formation can be improved, it is possible to form a hard film in a low temperature environment, which has been difficult in the past. Therefore, it is possible to form a hard film using a general steel material or the like as an object to be processed.

上記表面処理方法は、上記プラズマ化工程と上記硬質膜形成工程とを有する。そして、該硬質膜形成工程では、反応室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、電子ビーム出力部から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。すなわち、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の形成に最適な状態にする。   The surface treatment method includes the plasma forming step and the hard film forming step. In the hard film forming step, the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit to the reaction chamber is controlled so that the plasma state is optimal for the formation of the hard film in the reaction chamber. That is, by controlling the output waveform of the electron beam, the plasma state in the reaction chamber is optimized for the formation of the hard film.

そのため、上記の蒸着法を用いて硬質膜を成膜する際の成膜反応性や成膜速度を向上させることができる。これにより、反応室内において、所望の方法により、所望の硬質膜を精度良く、効率的に、薄膜で形成することができる。また、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ため、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。   Therefore, it is possible to improve film formation reactivity and film formation speed when forming a hard film using the above-described vapor deposition method. As a result, a desired hard film can be formed as a thin film with high accuracy and efficiency in a reaction chamber by a desired method. In addition, since it is possible to form a hard film under a low temperature environment, which has been difficult in the past, it is also possible to form a hard film using a general steel material or the like as an object to be processed.

このように、被処理物を選ぶことなく、硬質膜を精度良く、効率的に、薄膜で形成することができる表面処理装置及び表面処理方法を提供することができる。   In this way, it is possible to provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method that can form a hard film with high accuracy and efficiency without selecting an object to be treated.

実施例１における、表面処理装置の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a surface treatment apparatus in Embodiment 1. 実施例１における、電子ビーム出力部の構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an electron beam output unit in the first embodiment. 実施例２における、表面処理装置の構成を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a surface treatment apparatus according to a second embodiment.

また、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、上記制御部は、上記反応室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から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てもよい。
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。 Further, the reaction chamber is configured to perform an intermediate process on the surface of the object to be processed held by the holding unit using at least one of a physical vapor deposition method and a chemical vapor deposition method. The control unit may be configured to control the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit so that the plasma state is optimal for the intermediate processing in the reaction chamber.
In this case, the intermediate treatment on the surface of the workpiece can be performed with high accuracy and efficiency. In addition, the intermediate process here means the process performed with respect to a to-be-processed object before forming a hard film.

上記中間処理としては、例えば、被処理物の表面硬化、硬質膜の密着性向上のために行う窒化処理、炭化処理、ホウ化処理等の表面処理や、硬質膜の密着性向上のために金属、セラミック等からなる中間層を形成する中間層形成処理等が挙げられる。上記表面処理として窒化処理、炭化処理、ホウ化処理等を行うことにより、被処理物の表面に窒化膜、炭化膜、ホウ化膜等を形成することができる。また、上記中間層形成処理では、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等のセラミック等からなる中間層を形成することができる。なお、中間処理は、被処理物の表面に成膜する硬質膜に応じて選択することができる。 Examples of the intermediate treatment include, for example, surface treatment of the object to be processed, surface treatment such as nitriding treatment, carbonization treatment, boride treatment for improving the adhesion of the hard film, and metal for improving the adhesion of the hard film. And an intermediate layer forming process for forming an intermediate layer made of ceramic or the like. By performing nitriding treatment, carbonization treatment, boride treatment, or the like as the surface treatment, a nitride film, a carbonized film, a boride film, or the like can be formed on the surface of the object to be processed. In the intermediate layer forming process, an intermediate layer made of a metal such as Ti, Cr, or Al, or a ceramic such as Al 2 O 3 or SiO 2 can be formed. The intermediate treatment can be selected according to the hard film formed on the surface of the workpiece.

また、上記制御部は、上記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てもよい。
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。 Further, the control unit may be configured to control the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit to a direct current or pulse waveform.
In this case, it is possible to accurately control the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit and adjust the plasma state in the reaction chamber.

また、上記電子ビーム出力部は、パルス状の波形の電子ビームのデューティー比を設定するデューティー比設定手段を備えていてもよい。
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。 The electron beam output unit may include a duty ratio setting means for setting a duty ratio of an electron beam having a pulse waveform.
In this case, the amount of plasma by the reactive gas in the reaction chamber can be adjusted by adjusting the pulsed waveform (duty ratio) of the electron beam. Thereby, the hard film formation and the intermediate treatment for the object to be processed in the reaction chamber can be performed more efficiently.

また、上記電子ビーム出力部は、プラズマを生成する生成室と、電子ビームの出射方向に沿った電界を発生する電極を有し、上記生成室で生成されたプラズマ中の電子を加速させる加速室と、該加速室の上記電極に所定の電圧を印加する加速電源とを備えていてもよい。
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。 The electron beam output unit includes a generation chamber for generating plasma and an electrode for generating an electric field along the emission direction of the electron beam, and an acceleration chamber for accelerating electrons in the plasma generated in the generation chamber And an acceleration power source for applying a predetermined voltage to the electrode of the acceleration chamber.
In this case, the electron beam can be output (irradiated) with high accuracy from the electron beam output unit toward the reaction chamber.

また、上記加速電源は、上記加速室の上記電極に印加するパルス電圧のパルス幅及びパルス印加周期の少なくとも一方を設定するパルス電圧設定手段を備えていてもよい。
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。 The acceleration power supply may include pulse voltage setting means for setting at least one of a pulse width and a pulse application period of a pulse voltage applied to the electrodes of the acceleration chamber.
In this case, the amount of plasma by the reactive gas in the reaction chamber can be adjusted by adjusting the pulsed waveform (pulse width, pulse application period) of the electron beam. Thereby, the hard film formation and the intermediate treatment for the object to be processed in the reaction chamber can be performed more efficiently.

また、上記電子ビーム出力部は、上記加速室の内圧が上記生成室の内圧よりも低くなるように上記加速室の内圧を制御する圧力制御手段を備えていてもよい。
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。 The electron beam output unit may include pressure control means for controlling the internal pressure of the acceleration chamber so that the internal pressure of the acceleration chamber is lower than the internal pressure of the generation chamber.
In this case, the plasma generated in the generation chamber easily flows into the acceleration chamber, and an electron beam can be generated efficiently.

また、上記電子ビーム出力部は、上記反応室内に出力される電子ビームの方向性を制御する電子ビーム制御手段を備えていてもよい。
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。 The electron beam output unit may include an electron beam control means for controlling the directivity of the electron beam output into the reaction chamber.
In this case, it is easy to adjust the plasma state in the vicinity of the object to be processed in the reaction chamber by controlling the direction of the electron beam. Thereby, the hard film formation and the intermediate treatment for the object to be processed in the reaction chamber can be performed more efficiently.

また、上記電子ビーム制御手段は、上記加速室での電子ビームの進行方向における上流の位置で、該電子ビームを上記反応室内の所定の方向に導く磁界を発生するように配置された上流側電磁石と、上記加速室での電子ビームの進行方向における下流の位置で、該電子ビームを上記反応室内の所定の方向に導く磁界を発生するように配置された下流側電磁石とを備えていてもよい。
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。 Further, the electron beam control means is an upstream electromagnet arranged so as to generate a magnetic field for guiding the electron beam in a predetermined direction in the reaction chamber at a position upstream in the traveling direction of the electron beam in the acceleration chamber. And a downstream electromagnet arranged so as to generate a magnetic field for guiding the electron beam in a predetermined direction in the reaction chamber at a downstream position in the traveling direction of the electron beam in the acceleration chamber. .
In this case, the directivity of the electron beam output into the reaction chamber can be easily controlled by the magnetic fields generated by the upstream electromagnet and the downstream electromagnet.

また、上記反応部は、上記反応室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、上記保持部は、上記被処理物が上記特定領域内に位置するように配置されていてもよい。
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。 The reaction unit includes plasma control means for controlling a plasma density of the reactive gas generated in the reaction chamber in a predetermined specific region in the reaction chamber. The processing object may be arranged so as to be located in the specific area.
In this case, the plasma state in the specific region in the reaction chamber can be easily adjusted by controlling the plasma density in the specific region in a state where the object to be processed is arranged in the specific region in the reaction chamber. As a result, it is possible to efficiently perform the hard film formation and the intermediate process on the object to be processed in the specific region in the reaction chamber.

また、上記プラズマ制御手段は、上記反応室での電子ビームの進行方向における上流の位置で、該電子ビームを上記保持部に導く又は拡散する第１磁界を発生するように配置された第１電磁石と、上記反応室での電子ビームの進行方向における下流の位置で、上記第１磁界と同一方向又は該第１磁界の向きを反転させた第２磁界を発生するように配置された第２電磁石とを備え、上記第１電磁石と上記第２電磁石との間の領域を上記特定領域としてもよい。
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。 Further, the plasma control means is a first electromagnet arranged to generate a first magnetic field for guiding or diffusing the electron beam to the holding portion at a position upstream in the traveling direction of the electron beam in the reaction chamber. And a second electromagnet arranged to generate a second magnetic field in the same direction as the first magnetic field or by reversing the direction of the first magnetic field at a downstream position in the traveling direction of the electron beam in the reaction chamber. The area between the first electromagnet and the second electromagnet may be the specific area.
In this case, the plasma density in a specific region in the reaction chamber can be easily controlled by the magnetic field generated by the first electromagnet and the second electromagnet.

また、上記保持部には、上記保持部全体を回転させる保持部回転手段と、上記保持部に保持した上記被処理物を回転させる被処理物回転手段とが設けられていてもよい。
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。 The holding unit may include a holding unit rotating unit that rotates the entire holding unit, and a workpiece rotating unit that rotates the workpiece held by the holding unit.
In this case, by moving and rotating the object to be processed by the holding unit rotating means and the object rotating means, the hard film can be formed and the intermediate process can be uniformly performed on the object to be processed.

また、上記反応部は、上記被処理物の表面が活性化する活性化温度以上となるように該被処理物を加熱する加熱手段を備えていてもよい。
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。 Further, the reaction unit may include a heating unit that heats the object to be processed so that the surface of the object to be processed is at an activation temperature or higher.
In this case, the surface of the object to be processed can be activated, and hard film formation and intermediate processing can be performed with high accuracy and efficiency.

また、上記表面処理装置は、上記反応室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から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てもよい。
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。 The surface treatment apparatus further includes plasma state detection means for detecting a plasma state in the reaction chamber, and the control unit is output from the electron beam output unit based on a detection result in the plasma state detection means. The output waveform of the electron beam may be controlled.
In this case, by controlling the output waveform of the electron beam according to the plasma state in the reaction chamber, the plasma state in the reaction chamber can be maintained in an optimum state for hard film formation and intermediate processing. As a result, the hard film formation and the intermediate treatment can be performed accurately and efficiently at all times.

また、上記表面処理装置は、上記被処理物の表面状態を検知する表面状態検知手段をさらに備え、上記制御部は、上記表面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から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てもよい。
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。 The surface treatment apparatus further includes surface state detection means for detecting a surface state of the workpiece, and the control unit outputs from the electron beam output unit based on a detection result in the surface state detection means. The output waveform of the generated electron beam may be controlled.
In this case, the plasma state in the reaction chamber is controlled by controlling the output waveform of the electron beam according to the surface state of the object to be processed (for example, the structure state of the hard film, the state of the part subjected to the intermediate treatment). It can be maintained in an optimal state for hard film formation and intermediate processing. As a result, the hard film formation and the intermediate treatment can be performed accurately and efficiently at all times.

また、上記制御部は、上記プラズマ状態検知手段や上記表面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の各部（例えば、上述のデューティー比設定手段、電極、加速電源、パルス電圧設定手段、圧力制御手段、電子ビーム制御手段等）、上記反応部の各部（例えば、上述のプラズマ制御手段等）を制御するよう構成されていてもよい。この場合にも、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。   Further, the control unit is configured to control each part of the electron beam output unit (for example, the duty ratio setting unit, the electrode, the acceleration power source, and the pulse voltage setting based on the detection result in the plasma state detection unit or the surface state detection unit. Means, pressure control means, electron beam control means, etc.) and each part of the reaction part (for example, the above-described plasma control means etc.) may be controlled. Also in this case, the plasma state in the reaction chamber can be maintained in an optimum state for hard film formation and intermediate processing. As a result, the hard film formation and the intermediate treatment can be performed accurately and efficiently at all times.

上記表面処理方法は、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してもよい。
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。 The surface treatment method includes an intermediate treatment step of performing an intermediate treatment on the surface of the workpiece using at least one of a physical vapor deposition method and a chemical vapor deposition method before the hard film forming step. In the intermediate processing step, the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit into the reaction chamber may be controlled so that the plasma state is optimal for the intermediate processing in the reaction chamber.
In this case, before forming the hard film on the surface of the object to be processed, intermediate processing can be performed on the surface of the object to be processed with high accuracy and efficiency.

また、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の制御は、上記反応室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ってもよい。
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。 Further, the control of the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit into the reaction chamber may be performed based on the detection result in the plasma state detection means for detecting the plasma state in the reaction chamber.
In this case, by controlling the output waveform of the electron beam according to the plasma state in the reaction chamber, the plasma state in the reaction chamber can be maintained in an optimum state for hard film formation and intermediate processing. As a result, the hard film formation and the intermediate treatment can be performed accurately and efficiently at all times.

また、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の制御は、上記被処理物の表面状態を検知する表面状態検知手段における検知結果に基づいて行ってもよい。
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。 Further, the control of the output waveform of the electron beam output from the electron beam output unit into the reaction chamber may be performed based on the detection result of the surface state detection means for detecting the surface state of the object to be processed.
In this case, the plasma state in the reaction chamber is controlled by controlling the output waveform of the electron beam according to the surface state of the object to be processed (for example, the structure state of the hard film, the state of the part subjected to the intermediate treatment). It can be maintained in an optimal state for hard film formation and intermediate processing. As a result, the hard film formation and the intermediate treatment can be performed accurately and efficiently at all times.

（実施例１）
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。 Example 1
Embodiments of the surface treatment apparatus and the surface treatment method using the surface treatment apparatus will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface treatment apparatus 1 of this example includes a reaction chamber 51 in which a gas containing a reactive gas is sealed, and a holding unit 52 that holds an object to be processed 60 in the reaction chamber 51. The reaction unit 5, the electron beam output unit 2 that outputs the electron beam A into the reaction chamber 51 of the reaction unit 5 to plasmaize the reactive gas, and the electron beam A output from the electron beam output unit 2 And a control unit 70.

同図に示すように、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。また、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。
以下、これを詳説する。 As shown in the figure, the reaction chamber 51 is configured such that a hard film can be formed on the surface of the workpiece 60 held by the holding unit 52 by using physical vapor deposition. Further, the control unit 70 controls the output waveform of the electron beam A output from the electron beam output unit 2 into the reaction chamber 51 so as to obtain a plasma state optimal for the formation of a hard film in the reaction chamber 51. It is configured as follows.
This will be described in detail below.

図１、図２に示すように、表面処理装置１は、１つの容器１０を備えている。容器１０は、蓋部１１１を有すると共に電子ビーム出力部２の一部を収容し、円筒状に形成された円筒部１１と、底部１２１を有すると共に反応室５１を形成し、円筒部１１の径よりも大きな径の円筒状に形成されたチャンバー部１２とを備えている。円筒部１１とチャンバー部１２とは、一体的に形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the surface treatment apparatus 1 includes a single container 10. The container 10 has a lid portion 111 and accommodates a part of the electron beam output portion 2, and has a cylindrical portion 11 formed in a cylindrical shape, a bottom portion 121 and a reaction chamber 51. And a chamber portion 12 formed in a cylindrical shape having a larger diameter. The cylindrical portion 11 and the chamber portion 12 are integrally formed.

図２に示すように、電子ビーム出力部２は、希ガスプラズマを生成する生成部３と、生成部３で生成された希ガスプラズマから電子を抽出し、電子ビームＡとして導出する加速部４とを備えている。
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。 As shown in FIG. 2, the electron beam output unit 2 includes a generation unit 3 that generates a rare gas plasma, and an acceleration unit 4 that extracts electrons from the rare gas plasma generated by the generation unit 3 and derives them as an electron beam A. And.
The generator 3 applies a voltage to the filament 31 that emits thermoelectrons when heated, the discharge cathode 32 to which a negative voltage is applied, the discharge anode 33 to which a positive voltage is applied, and the filament 31. A filament power supply 34 for heating the filament 31, a discharge power supply 35 for applying a voltage to the discharge cathode 32 and the discharge anode 33, and a rare gas introduction port 36 for supplying argon gas.

容器１０の円筒部１１内には、蓋部１１１に近い位置からフィラメント３１、放電用陰極３２、放電用陽極３３の順にこれらが配置されている。円筒部１１の内壁と放電用陽極３３とで囲まれた部位には、生成室１３が形成されている。
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。 In the cylindrical portion 11 of the container 10, the filament 31, the discharge cathode 32, and the discharge anode 33 are arranged in this order from a position close to the lid portion 111. A generation chamber 13 is formed in a portion surrounded by the inner wall of the cylindrical portion 11 and the discharge anode 33.
The rare gas introduction port 36 is connected to a rare gas storage tank (not shown) in which argon gas is stored, and is configured to be able to adjust the amount of argon gas flowing into the generation chamber 13 by a flow rate adjusting mechanism (not shown). ing.

フィラメント電源３４及び放電電源３５は、容器１０外に配置されている。この生成部３では、希ガス導入ポート３６を介して生成室１３に流入したアルゴンガスは、電圧が印加されたフィラメント３１から放出された熱電子が衝突することにより、プラズマ化してアルゴンイオンと電子とを生成する。   The filament power supply 34 and the discharge power supply 35 are disposed outside the container 10. In the generation unit 3, the argon gas that has flowed into the generation chamber 13 through the rare gas introduction port 36 is converted into plasma by collision of thermal electrons emitted from the filament 31 to which a voltage is applied, and argon ions and electrons are converted into plasma. And generate

同図に示すように、加速部４は、負電圧が印加される加速用陰極４１と、正電圧が印加される加速用陽極４２と、加速用陰極４１及び加速用陽極４２に電圧を印加する加速電源４３と、導出される電子ビームＡの方向性を制御するコイル状の電磁石４４（電子ビーム制御手段）と、真空ポンプが接続された加速室排気ポート４５とを備えている。   As shown in the figure, the acceleration unit 4 applies a voltage to the acceleration cathode 41 to which a negative voltage is applied, the acceleration anode 42 to which a positive voltage is applied, and the acceleration cathode 41 and the acceleration anode 42. An acceleration power source 43, a coiled electromagnet 44 (electron beam control means) for controlling the direction of the derived electron beam A, and an acceleration chamber exhaust port 45 connected to a vacuum pump are provided.

容器１０の円筒部１１内には、放電用陽極３３に近い位置から加速用陰極４１、加速用陽極４２の順にこれらが配置されている。円筒部１１と放電用陽極３３と加速用陰極４１とで囲まれた部位には、中間室１４が形成されており、円筒部１１と加速用陰極４１と加速用陽極４２とで囲まれた部位には、加速室１５が形成されている。
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。 In the cylindrical portion 11 of the container 10, the acceleration cathode 41 and the acceleration anode 42 are arranged in this order from a position close to the discharge anode 33. An intermediate chamber 14 is formed in a portion surrounded by the cylindrical portion 11, the discharge anode 33 and the acceleration cathode 41, and a portion surrounded by the cylinder portion 11, the acceleration cathode 41 and the acceleration anode 42. Is formed with an acceleration chamber 15.
The acceleration chamber exhaust port 45 is connected to an acceleration chamber exhaust pump (not shown) that is a vacuum pump that adjusts the internal pressure of the acceleration chamber 15 so that the acceleration chamber 15 has a lower pressure than the generation chamber 13.

コイル状の電磁石４４は、加速室１５の外壁（円筒部１１）の中間室１４側端に巻き付けるように配置された上流側電磁石４４ａと、加速室１５の外壁（円筒部１１）の反応部３側端に巻き付けるように配置された下流側電磁石４４ｂとにより構成されている。上流側電磁石４４ａ及び下流側電磁石４４ｂにより、円筒部１１内に電子ビームＡの出射方向に沿った方向の磁力線を有した磁界を発生する。   The coiled electromagnet 44 includes an upstream electromagnet 44 a disposed so as to be wound around the intermediate chamber 14 side end of the outer wall (cylindrical portion 11) of the acceleration chamber 15, and the reaction portion 3 of the outer wall (cylindrical portion 11) of the acceleration chamber 15. It is comprised with the downstream electromagnet 44b arrange | positioned so that it may wind around a side end. The upstream electromagnet 44a and the downstream electromagnet 44b generate a magnetic field having magnetic lines of force in the direction along the emission direction of the electron beam A in the cylindrical portion 11.

加速電源４３は、加速用陰極４１及び加速用陽極４２に直流状又はパルス状（直流パルス状）の電圧を出力するものである。また、加速電源４３は、パルス電圧のパルス幅及びパルス印加周期の少なくとも一方を設定することができるよう構成されている。これにより、パルス状の波形の電子ビームＡのデューティー比を設定することができる。   The accelerating power source 43 outputs a DC or pulsed (DC pulsed) voltage to the accelerating cathode 41 and the accelerating anode 42. The acceleration power supply 43 is configured to set at least one of the pulse width of the pulse voltage and the pulse application period. Thereby, the duty ratio of the electron beam A having a pulse-like waveform can be set.

なお、加速部４では、加速室１５が生成室１３よりも低圧に調整されているため、生成室１３で生成されたアルゴンプラズマ３９が中間室１４を経て加速室１５に流入する。そして、加速電源４３により、加速用陽極４２に正の電圧が印加されている期間では、アルゴンプラズマ３９から電子のみが引き出され、印加された電圧に応じたビーム強度を有した電子ビームＡが生成される。電子ビームＡは、コイル状の電磁石４４に電流を流すことにより発生した磁界により、ビーム状を維持したまま反応部５へと導かれる。   In the acceleration unit 4, since the acceleration chamber 15 is adjusted to a lower pressure than the generation chamber 13, the argon plasma 39 generated in the generation chamber 13 flows into the acceleration chamber 15 through the intermediate chamber 14. During the period in which a positive voltage is applied to the acceleration anode 42 by the acceleration power source 43, only electrons are extracted from the argon plasma 39, and an electron beam A having a beam intensity corresponding to the applied voltage is generated. Is done. The electron beam A is guided to the reaction unit 5 while maintaining the beam shape by a magnetic field generated by passing a current through the coiled electromagnet 44.

図１に示すように、反応部５は、反応室５１内に配置されると共に被処理物６０を保持する保持部５２と、反応室５１内のプラズマを制御するコイル状の電磁石５３（プラズマ制御手段）と、保持部５２にバイアス電圧を印加するバイアス電源５４と、反応室５１内に発生するプラズマの状態及び被処理物６０の表面状態を測定する測定機器群５５と、測定機器群５５の一部が接続される測定用ポート５６と、反応性ガス等を供給するための反応性ガス導入ポート５７と、反応室５１の内圧を調整するための反応室排気ポート５８とを備えている。   As shown in FIG. 1, the reaction unit 5 is arranged in a reaction chamber 51 and holds a workpiece 60 and a coiled electromagnet 53 (plasma control) that controls plasma in the reaction chamber 51. Means), a bias power source 54 for applying a bias voltage to the holding unit 52, a measuring device group 55 for measuring the state of plasma generated in the reaction chamber 51 and the surface state of the workpiece 60, and a measuring device group 55 A measurement port 56 to which a part is connected, a reactive gas introduction port 57 for supplying reactive gas and the like, and a reaction chamber exhaust port 58 for adjusting the internal pressure of the reaction chamber 51 are provided.

反応室５１内には、被処理物６０の表面を加熱するためのヒータ５１１が設けられている。被処理物６０が活性化する活性化温度以上となるように被処理物６０を加熱する加熱手段を備えていてもよい。
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。 A heater 511 for heating the surface of the object to be processed 60 is provided in the reaction chamber 51. You may provide the heating means which heats the to-be-processed object 60 so that it may become more than the activation temperature which the to-be-processed object 60 activates.
The bias power source 54 outputs a high-frequency voltage that switches between positive and negative polarity at a predetermined cycle.

反応性ガス導入ポート５７は、反応性ガスが貯蔵された反応性ガス貯蔵タンク（図示略）に接続され、流量調整機構（図示略）によって反応室５１に流入される反応性ガスの量を調整可能に構成されている。
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。 The reactive gas introduction port 57 is connected to a reactive gas storage tank (not shown) in which the reactive gas is stored, and adjusts the amount of the reactive gas flowing into the reaction chamber 51 by a flow rate adjusting mechanism (not shown). It is configured to be possible.
The reaction chamber exhaust port 58 is connected to a reaction chamber exhaust pump that is a vacuum pump for adjusting the internal pressure of the reaction chamber 51.

保持部５２は、導電材料によって形成され、チャンバー部１２の底部１２１に沿った平面、かつ、電子ビームＡの出射方向に沿った平面を移動するように構成されている。保持部５２は、全体を回転させることができるよう構成されている。また、保持部５２は、保持した被処理物６０を回転させることができるよう構成されている。また、保持部５２の被処理物６０を保持する保持面には、被処理物６０を加熱するヒータ（図示略）が設けられている。   The holding part 52 is formed of a conductive material, and is configured to move on a plane along the bottom 121 of the chamber part 12 and a plane along the emission direction of the electron beam A. The holding part 52 is configured to be able to rotate as a whole. The holding unit 52 is configured to rotate the held workpiece 60. Further, a heater (not shown) for heating the workpiece 60 is provided on the holding surface of the holding portion 52 that holds the workpiece 60.

コイル状の電磁石５３は、反応室５１での電子ビームＡの出射方向の上流に配置された第１電磁石５３ａと、反応室５１での電子ビームＡの出射方向の下流に配置された第２コ電磁石５３ｂとにより構成されている。電磁石５３は、第１電磁石５３ａ及び第２電磁石５３ｂに予め定められた方向の電流を流すことで、荷電粒子をチャンバー部１２の底部１２１の方向へと導くための磁界を発生するように構成されている。   The coiled electromagnet 53 includes a first electromagnet 53 a disposed upstream of the emission direction of the electron beam A in the reaction chamber 51 and a second comagnet 53 disposed downstream of the emission direction of the electron beam A in the reaction chamber 51. It is comprised with the electromagnet 53b. The electromagnet 53 is configured to generate a magnetic field for guiding charged particles toward the bottom portion 121 of the chamber portion 12 by flowing a current in a predetermined direction through the first electromagnet 53a and the second electromagnet 53b. ing.

また、反応部５において、反応性ガス導入ポート５７を介して反応室５１内に封入された反応性ガスは、電子ビーム出力部２から出力された電子ビームＡ（より正確には、電子ビームＡを形成する電子）が衝突することで、プラズマ化して、電子及びイオンが生成される。この電子及びイオンは、第１電磁石５３ａ及び第２電磁石５３ｂが発生する磁界により、被処理物６０の近傍に集束させられる。   In the reaction unit 5, the reactive gas sealed in the reaction chamber 51 through the reactive gas introduction port 57 is converted into the electron beam A (more precisely, the electron beam A) output from the electron beam output unit 2. Are collided to generate plasma and generate electrons and ions. The electrons and ions are focused near the workpiece 60 by the magnetic field generated by the first electromagnet 53a and the second electromagnet 53b.

制御部７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びこれらを接続するバスからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御部７０は、測定機器群５５で測定した結果に基づき、電子ビーム出力部２、反応部５の各部（具体的には、放電電源３５、希ガス導入ポート３６、加速電源４３、コイル状の電磁石４４（電子ビーム制御手段）、保持部５２、コイル状の電磁石５３（プラズマ制御手段）、バイアス電源５４、反応性ガス導入ポート５７等）を制御するよう構成されている。   The control unit 70 is configured around a known microcomputer including a CPU, a ROM, and a bus connecting them. Based on the result of measurement by the measuring device group 55, the control unit 70 is configured by each part of the electron beam output unit 2 and the reaction unit 5 (specifically, the discharge power source 35, the rare gas introduction port 36, the acceleration power source 43, the coil-like configuration). The electromagnet 44 (electron beam control means), the holding part 52, the coiled electromagnet 53 (plasma control means), the bias power supply 54, the reactive gas introduction port 57, etc.) are controlled.

なお、表面処理装置１は、測定用ポート５６に接続されている測定機器群５５として、保持部５２の可動範囲内である予め規定された特定領域の反応性ガスによるイオンの量を計測する発光分光器、特定領域内に存在する反応性ガスの原子の密度を計測するラジカルモニタ、被処理物６０に対してエリプソメトリを行う構造解析機器、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いて被処理物６０の表面を計測する表面モニタ等を備えている。そして、表面処理装置１は、その他の測定機器群５５として、被処理物６０の温度を計測する被処理物温度計測部を有している。   The surface treatment apparatus 1 emits light to measure the amount of ions by a reactive gas in a predetermined specific region within the movable range of the holding unit 52 as the measurement device group 55 connected to the measurement port 56. Using a spectroscope, a radical monitor that measures the density of reactive gas atoms present in a specific region, a structural analysis instrument that performs ellipsometry on the workpiece 60, and a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) A surface monitor for measuring the surface of the workpiece 60 is provided. And the surface treatment apparatus 1 has the to-be-processed object temperature measurement part which measures the temperature of the to-be-processed object 60 as the other measuring equipment group 55. FIG.

次に、本例の表面処理方法について説明する。
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。 Next, the surface treatment method of this example will be described.
Here, an example will be described in which a cBN film (hard film) is formed after performing a nitriding process (intermediate process) for improving adhesion on the surface of an iron base (object 60).

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。   First, the holding unit 52 holding the workpiece 60 is installed in the reaction chamber 51 evacuated, and the holding unit 52 and the workpiece 60 are rotated to adjust the position. And the oil of the surface of the holding | maintenance part 52 and the to-be-processed object 60 is removed by the heating of the heater 511 provided in the reaction chamber 51. FIG.

次いで、反応室５１内が所定の圧力となるように、反応室５１内に窒素ガス（反応性ガス）を導入する。そして、コイル状の電磁石５３（第１電磁石５３ａ及び第２電磁石５３ｂ）に電流を流し、所定の磁場環境とする。   Next, nitrogen gas (reactive gas) is introduced into the reaction chamber 51 so that the inside of the reaction chamber 51 has a predetermined pressure. And an electric current is sent through the coiled electromagnet 53 (the 1st electromagnet 53a and the 2nd electromagnet 53b), and it is set as a predetermined magnetic field environment.

次いで、電子ビーム出力部２から反応室５１内に電子ビームＡを出力する。そして、反応室５１内において窒素ガスをプラズマ化し、窒素プラズマを生成する。その後、バイアス電源５４から保持部５２及び被処理物６０にバイアス電圧を印加し、被処理物６０の表面に対して窒化処理を行う。これにより、被処理物６０の表面に窒化膜が形成される。   Next, the electron beam A is output from the electron beam output unit 2 into the reaction chamber 51. Then, nitrogen gas is turned into plasma in the reaction chamber 51 to generate nitrogen plasma. Thereafter, a bias voltage is applied from the bias power source 54 to the holding unit 52 and the workpiece 60 to perform nitriding treatment on the surface of the workpiece 60. Thereby, a nitride film is formed on the surface of the workpiece 60.

次いで、反応室５１内が所定の圧力となるように、反応室５１内に窒素ガス、ジボラン等のホウ素系ガス（反応性ガス）を導入する。このとき、窒素ガスに対するホウ素系ガスの分圧割合が所定の割合となるように、窒素ガス及びホウ素系ガスの流量調整を行う。また、プラズマ生成及び成膜時のアシスト効果用として、反応室５１内にアルゴン等の希ガスを導入する。このとき、窒素ガス及びホウ素系ガスに対する希ガスの分圧割合が所定の割合となるように、希ガスの流量調整を行う。   Next, a boron-based gas (reactive gas) such as nitrogen gas or diborane is introduced into the reaction chamber 51 so that the reaction chamber 51 has a predetermined pressure. At this time, the flow rates of the nitrogen gas and the boron-based gas are adjusted so that the partial pressure ratio of the boron-based gas to the nitrogen gas becomes a predetermined ratio. In addition, a rare gas such as argon is introduced into the reaction chamber 51 as an assist effect during plasma generation and film formation. At this time, the flow rate of the rare gas is adjusted so that the partial pressure ratio of the rare gas to the nitrogen gas and the boron-based gas becomes a predetermined ratio.

次いで、電子ビーム出力部２から反応室５１内に電子ビームＡを出力する。そして、反応室５１内において窒素ガス、ホウ素系ガス及び希ガスをプラズマ化し、窒素プラズマ、ホウ素プラズマ及び希ガスプラズマを生成する。その後、バイアス電源５４から保持部５２及び被処理物６０にバイアス電圧を印加し、被処理物６０の表面にｃＢＮ膜（硬質膜）を成膜する。   Next, the electron beam A is output from the electron beam output unit 2 into the reaction chamber 51. Then, nitrogen gas, boron-based gas, and rare gas are converted into plasma in the reaction chamber 51 to generate nitrogen plasma, boron plasma, and rare gas plasma. Thereafter, a bias voltage is applied from the bias power source 54 to the holding unit 52 and the workpiece 60 to form a cBN film (hard film) on the surface of the workpiece 60.

以下に、実際に行った表面処理の条件と成膜状態の結果の一例を示す。
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。 Hereinafter, an example of the result of the surface treatment condition and the film formation state actually performed is shown.
When forming the cBN film, the gas ratio of nitrogen gas: diborane gas: argon gas = 1: 1: so that the total pressure of nitrogen gas, diborane gas, and argon gas introduced into the reaction chamber 51 is 0.05 Pa. 0.5.

また、反応室へ出力する電子ビームの電圧（加速電圧）を８５Ｖとした。放電用陰極３２と放電用陽極３３との間における放電電流は１５Ａとした。そして、加速電圧のデューティー比をそれぞれ２０％、５０％、８０％とした３つの条件で、電子ビームを出力して、窒素ガス，ジボランガス，アルゴンガスをプラズマ化した。
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。 The voltage (acceleration voltage) of the electron beam output to the reaction chamber was 85V. The discharge current between the discharge cathode 32 and the discharge anode 33 was 15A. Then, an electron beam was output under the three conditions of 20%, 50%, and 80% of the acceleration voltage duty ratio to convert nitrogen gas, diborane gas, and argon gas into plasma.
Then, 60 W of RF (radio frequency) bias power was applied to obtain cBN in the film.

上記３つの条件（印加電圧のデューティー比）によってそれぞれｃＢＮ膜を成膜した。電子ビームの加速電圧のデューティー比を２０％とした場合に得られたｃＢＮ膜を試料１、デューティー比を５０％とした場合に得られたｃＢＮ膜を試料２、デューティー比を８０％とした場合に得られたｃＢＮ膜を試料３とした。
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。 A cBN film was formed under each of the above three conditions (duty ratio of applied voltage). When the cBN film obtained when the duty ratio of the acceleration voltage of the electron beam is 20% is sample 1, the cBN film obtained when the duty ratio is 50% is sample 2, and when the duty ratio is 80% The cBN film obtained in the above was designated as Sample 3.
And when cBN content rate in a film | membrane in each sample was measured, the sample 1 was 10%, the sample 2 was 50%, and the sample 3 was 95%.

なお、反応室５１内のプラズマ密度をマイクロ波干渉計にて測定した。その結果、プラズマ密度は、電子ビームの加速電圧のデューティー比を２０％とした場合には、３．６（×１０11／ｃｍ3）、デューティー比を５０％とした場合には、６．８（×１０11／ｃｍ3）、デューティー比を８０％とした場合には、９．２（×１０11／ｃｍ3）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。 The plasma density in the reaction chamber 51 was measured with a microwave interferometer. As a result, the plasma density is 3.6 (× 10 11 / cm 3 ) when the duty ratio of the acceleration voltage of the electron beam is 20%, and 6.8 when the duty ratio is 50%. (× 10 11 / cm 3 ) When the duty ratio was 80%, it was 9.2 (× 10 11 / cm 3 ).
Thus, by controlling the output waveform of the electron beam A, the plasma state in the reaction chamber 51 can be controlled, and the state of the hard film (cBN film) can be controlled.

次に、本例の作用効果について説明する。
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。 Next, the function and effect of this example will be described.
In the surface treatment apparatus 1 of this example, the reaction chamber 51 is configured to be able to form a hard film on the surface of the workpiece 60 held by the holding unit 52 by using physical vapor deposition. Then, the control unit 70 controls the output waveform of the electron beam A output from the electron beam output unit 2 into the reaction chamber 51 so that the plasma state is optimal for the formation of the hard film in the reaction chamber 51. It is configured as follows.

すなわち、電子ビーム出力部２から反応室５１内に電子ビームＡを出力（照射）することにより、反応室５１内の反応性ガスをプラズマ化する。そして、制御部７０がその電子ビームＡの出力波形を制御することにより、反応室５１内のプラズマ状態を硬質膜の形成に最適な状態にすることができる。そのため、物理的蒸着法を用いて硬質膜を成膜する際の成膜反応性や成膜速度を向上させることができる。   That is, the reactive gas in the reaction chamber 51 is turned into plasma by outputting (irradiating) the electron beam A into the reaction chamber 51 from the electron beam output unit 2. Then, the control unit 70 controls the output waveform of the electron beam A, so that the plasma state in the reaction chamber 51 can be optimized for the formation of the hard film. Therefore, it is possible to improve film formation reactivity and film formation speed when forming a hard film using a physical vapor deposition method.

これにより、反応室内において、所望の方法（物理的蒸着法）により、所望の硬質膜（ｃＢＮ膜）を精度良く、効率的に、薄膜で形成することができる。
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。 Thereby, in the reaction chamber, a desired hard film (cBN film) can be accurately and efficiently formed as a thin film by a desired method (physical vapor deposition method).
In addition, since the film formation reactivity and the film formation speed during film formation can be improved, it is possible to form a hard film in a low temperature environment, which has been difficult in the past. Therefore, it is possible to form a hard film using a general steel material or the like as the workpiece 60.

また、本例において、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の表面に対して中間処理（本例では窒化処理）を行うことができるよう構成されており、制御部７０は、反応室５１内での中間処理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。そのため、被処理物６０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。   Moreover, in this example, the reaction chamber 51 can perform an intermediate process (nitriding process in this example) with respect to the surface of the to-be-processed object 60 hold | maintained at the holding part 52 using a physical vapor deposition method. The control unit 70 is configured to control the output waveform of the electron beam A output from the electron beam output unit 2 so that the plasma state is optimal for intermediate processing in the reaction chamber 51. Yes. Therefore, the intermediate process for the surface of the workpiece 60 can be performed accurately and efficiently.

また、制御部７０は、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。そのため、電子ビーム出力部２から出力される電子ビームＡの出力波形の制御や反応室５１内のプラズマ状態の調整を精度良く行うことができる。   Further, the control unit 70 is configured to control the output waveform of the electron beam A output from the electron beam output unit 2 to a direct current or pulsed waveform. Therefore, the control of the output waveform of the electron beam A output from the electron beam output unit 2 and the adjustment of the plasma state in the reaction chamber 51 can be performed with high accuracy.

また、電子ビーム出力部２は、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（コイル状の電磁石４４）を備えている。そのため、電子ビームＡの方向性を制御することにより、反応室５１内のプラズマ状態の調整が容易となる。これにより、反応室５１内での被処理物６０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。   Further, the electron beam output unit 2 includes electron beam control means (coiled electromagnet 44) for controlling the directivity of the electron beam A output into the reaction chamber 51. Therefore, by controlling the direction of the electron beam A, the plasma state in the reaction chamber 51 can be easily adjusted. Thereby, the hard film formation and the intermediate process for the workpiece 60 in the reaction chamber 51 can be performed more efficiently.

また、反応部５は、反応室５１内で生成された反応性ガスのプラズマ密度を反応室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（コイル状の電磁石５３）を備えており、保持部５２は、被処理物６０が特定領域内に位置するように配置されている。そのため、反応室５１内の特定領域に被処理物６０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５１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５１内の特定領域での被処理物６０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。   In addition, the reaction unit 5 includes plasma control means (coiled electromagnet 53) that controls the plasma density of the reactive gas generated in the reaction chamber 51 in a predetermined specific region in the reaction chamber 51. The holding unit 52 is arranged so that the workpiece 60 is located within the specific area. Therefore, by adjusting the plasma density in the specific region in a state where the workpiece 60 is arranged in the specific region in the reaction chamber 51, the plasma state in the specific region in the reaction chamber 51 can be easily adjusted. Thereby, it is possible to efficiently perform hard film formation and intermediate processing on the workpiece 60 in a specific region in the reaction chamber 51.

また、表面処理装置１は、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（測定機器群５５）をさらに備え、制御部７０は、プラズマ状態検知手段における検知結果に基づいて、電子ビーム出力部２から出力される電子ビームＡの出力波形を制御するよう構成されている。そのため、反応室５１内のプラズマ状態に応じて電子ビームＡの出力波形を制御することにより、反応室５１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。   The surface treatment apparatus 1 further includes plasma state detection means (measuring device group 55) for detecting the plasma state in the reaction chamber 51, and the control unit 70 is based on the detection result in the plasma state detection means. The output waveform of the electron beam A output from the output unit 2 is controlled. Therefore, by controlling the output waveform of the electron beam A according to the plasma state in the reaction chamber 51, the plasma state in the reaction chamber 51 can be maintained in an optimum state for hard film formation and intermediate processing. As a result, the hard film formation and the intermediate treatment can be performed accurately and efficiently at all times.

また、表面処理装置１は、被処理物６０の表面状態を検知する表面状態検知手段（測定機器群５５）をさらに備え、制御部７０は、表面状態検知手段における検知結果に基づいて、電子ビーム出力部２から出力される電子ビームＡの出力波形を制御するよう構成されている。そのため、被処理物６０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Ａの出力波形を制御することにより、反応室５１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。   The surface treatment apparatus 1 further includes surface state detection means (measuring device group 55) for detecting the surface state of the workpiece 60, and the control unit 70 is based on the detection result of the surface state detection means. The output waveform of the electron beam A output from the output unit 2 is controlled. Therefore, the plasma state in the reaction chamber 51 is controlled by controlling the output waveform of the electron beam A according to the surface state of the workpiece 60 (for example, the structure state of the hard film, the state of the part subjected to the intermediate treatment). Can be maintained in a state optimal for hard film formation and intermediate processing. As a result, the hard film formation and the intermediate treatment can be performed accurately and efficiently at all times.

このように、被処理物６０を選ぶことなく、硬質膜を精度良く、効率的に、薄膜で形成することができる表面処理装置１及びそれを用いた表面処理方法を提供することができる。   Thus, it is possible to provide the surface treatment apparatus 1 and the surface treatment method using the same, which can form a hard film with high accuracy and efficiency without selecting the workpiece 60.

（実施例２）
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。 (Example 2)
In this example, as shown in FIG. 3, after a titanium film and a titanium nitride film for improving adhesion are formed (intermediate treatment) on the surface of an iron base (object 60), a cBN film (hard film) ) Will be described.

本例の表面処理装置１は、反応部５の反応室５１内にスパッタ蒸発源５１２が設けられている。スパッタ蒸発源５１２には、スパッタ電源５１３が接続されている。
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。 In the surface treatment apparatus 1 of this example, a sputter evaporation source 512 is provided in the reaction chamber 51 of the reaction unit 5. A sputter power source 513 is connected to the sputter evaporation source 512.
Other basic configurations are the same as those in the first embodiment. Moreover, about the structure similar to Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

次に、本例の表面処理方法について説明する。
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。 Next, the surface treatment method of this example will be described.
First, the holding unit 52 holding the workpiece 60 is installed in the reaction chamber 51 evacuated, and the holding unit 52 and the workpiece 60 are rotated to adjust the position. And the oil of the surface of the holding | maintenance part 52 and the to-be-processed object 60 is removed by the heating of the heater 511 provided in the reaction chamber 51. FIG.

次いで、反応室５１内が所定の圧力となるように、反応室５１内にアルゴン等の希ガス（反応性ガス）を導入する。そして、反応室５１内において希ガスのイオン化を行い、被処理物６０にバイアス電圧（負電圧）を印加することで、被処理物６０の表面に希ガスイオンを衝突させ被処理物６０の表面の酸化膜除去・新生面生成を行う。   Next, a rare gas such as argon (reactive gas) is introduced into the reaction chamber 51 so that the reaction chamber 51 has a predetermined pressure. Then, the rare gas is ionized in the reaction chamber 51, and a bias voltage (negative voltage) is applied to the object to be processed 60, thereby causing the rare gas ions to collide with the surface of the object to be processed 60. Oxide film removal and new surface generation.

次いで、反応室５１内が所定の圧力となるように、反応室５１内にアルゴン等の希ガス（反応性ガス）を導入する。そして、チタンが備え付けられたスパッタ蒸発源５１２に直流又は交流電力を印加し、希ガスのイオン化及びスパッタ蒸発源５１２からのチタン放出を行う。このとき、チタンの放出量については、所定の放出量となるように電力を制御する。   Next, a rare gas such as argon (reactive gas) is introduced into the reaction chamber 51 so that the reaction chamber 51 has a predetermined pressure. Then, direct current or alternating current power is applied to the sputter evaporation source 512 equipped with titanium, and ionization of rare gas and release of titanium from the sputter evaporation source 512 are performed. At this time, the power is controlled so that the amount of titanium released becomes a predetermined amount.

これと同時に、コイル状の電磁石５３（第１電磁石５３ａ及び第２電磁石５３ｂ）に電流を流し、チタン蒸発及びチタン膜生成に最適な磁場環境とする。また、電子ビーム出力部２から反応室５１内に電子ビームＡを出力する。そして、反応室５１内において窒素ガスをプラズマ化し、窒素プラズマを生成する。その後、バイアス電源５５から保持部５２及び被処理物６０にバイアス電圧を印加し、被処理物６０の表面にチタン膜を成膜する。   At the same time, a current is passed through the coiled electromagnets 53 (the first electromagnet 53a and the second electromagnet 53b) to obtain an optimum magnetic field environment for titanium evaporation and titanium film generation. The electron beam A is output from the electron beam output unit 2 into the reaction chamber 51. Then, nitrogen gas is turned into plasma in the reaction chamber 51 to generate nitrogen plasma. Thereafter, a bias voltage is applied from the bias power source 55 to the holding unit 52 and the workpiece 60, and a titanium film is formed on the surface of the workpiece 60.

次いで、反応室５１内が所定の圧力となるように、反応室５１内に窒素ガス、アルゴン等の希ガス（反応性ガス）を導入する。このとき、窒素ガスに対する希ガスの分圧割合が所定の割合となるように、窒素ガス及び希ガスの流量調整を行う。そして、スパッタ蒸発源５１２に直流又は交流電力を印加し、希ガスのイオン化及びスパッタ蒸発源５１２からのチタン放出を行う。このとき、チタンの放出量については、すでに成膜したチタン膜上に所望の窒化チタン膜を成膜することができるように電力を制御する。   Next, a rare gas (reactive gas) such as nitrogen gas or argon is introduced into the reaction chamber 51 so that the reaction chamber 51 has a predetermined pressure. At this time, the flow rates of the nitrogen gas and the rare gas are adjusted so that the partial pressure ratio of the rare gas to the nitrogen gas becomes a predetermined ratio. Then, direct current or alternating current power is applied to the sputter evaporation source 512 to ionize a rare gas and release titanium from the sputter evaporation source 512. At this time, the amount of titanium released is controlled so that a desired titanium nitride film can be formed on the already formed titanium film.

これと同時に、電子ビーム出力部２から反応室５１内に電子ビームＡを出力する。そして、反応室５１内においてチタン、窒素ガス及び希ガスをプラズマ化し、チタン、窒素及び希ガスによるプラズマを生成する。その後、バイアス電源５４から保持部５２及び被処理物６０にバイアス電圧を印加し、被処理物６０の表面に形成されたチタン膜上に窒化チタン膜を成膜する。   At the same time, the electron beam A is output from the electron beam output unit 2 into the reaction chamber 51. Then, in the reaction chamber 51, titanium, nitrogen gas and rare gas are turned into plasma, and plasma by titanium, nitrogen and rare gas is generated. Thereafter, a bias voltage is applied from the bias power source 54 to the holding unit 52 and the workpiece 60, and a titanium nitride film is formed on the titanium film formed on the surface of the workpiece 60.

その後、被処理物６０の表面に形成された窒化チタン膜上に、硬質膜であるｃＢＮ膜を成膜する。なお、硬質膜の形成は、上述した実施例１と同様の方法を用いて行う。
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。 Thereafter, a cBN film, which is a hard film, is formed on the titanium nitride film formed on the surface of the workpiece 60. The hard film is formed using the same method as in the first embodiment.
The basic effects of the surface treatment apparatus 1 of this example and the surface treatment method using the same are the same as those of the first embodiment.

１ 表面処理装置
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface treatment apparatus 2 Electron beam output part 5 Reaction part 51 Reaction chamber 52 Holding part 60 To-be-processed object 70 Control part A Electron beam

Claims (9)

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）の表面に硬質膜としてのｃＢＮ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おり、
また、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、上記硬質膜の密着性を向上させる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）。 A reaction section (5) having a reaction chamber (51) in which a gas containing at least a reactive gas is sealed, and a holding section (52) for holding the object to be processed (60) in the reaction chamber (51);
An electron beam output section (2) for outputting an electron beam (A) into the reaction chamber (51) of the reaction section (5) to convert the reactive gas into plasma;
A control unit (70) for controlling the electron beam (A) output from the electron beam output unit (2),
The reaction chamber (51) includes a cBN film as a hard film on the surface of the object (60) held by the holding part (52) by using at least one of physical vapor deposition and chemical vapor deposition. Configured to be able to form
The controller (70) outputs from the electron beam output unit (2) into the reaction chamber (51) so as to obtain a plasma state optimal for the formation of the hard film in the reaction chamber (51). Configured to control the output waveform of the electron beam (A)
Further, the reaction chamber (51) is formed on the surface of the workpiece (60) held by the holding part (52) using at least one of physical vapor deposition and chemical vapor deposition. It is configured to be able to perform intermediate processing to improve the adhesion of the hard film,
The control unit (70) is output from the electron beam output unit (2) into the reaction chamber (51) so as to obtain a plasma state optimal for the intermediate processing in the reaction chamber (51). A surface treatment apparatus (1) configured to control an output waveform of an electron beam (A). 請求項１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）。   The surface treatment apparatus (1) according to claim 1, wherein the control unit (70) converts an output waveform of the electron beam (A) output from the electron beam output unit (2) into a DC or pulse waveform. A surface treatment apparatus (1) characterized in that the surface treatment apparatus (1) is configured to be controlled. 請求項１又は２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）。   The surface treatment apparatus (1) according to claim 1 or 2, wherein the electron beam output section (2) controls the directivity of the electron beam (A) output into the reaction chamber (51). A surface treatment apparatus (1) comprising a control means. 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）。   The surface treatment apparatus (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the reaction section (5) converts the plasma density of the reactive gas generated in the reaction chamber (51) to the reaction temperature. Plasma control means for controlling in a predetermined specific area in the chamber (51) is provided, and the holding part (52) is arranged so that the workpiece (60) is located in the specific area. The surface treatment apparatus (1) characterized by the above-mentioned. 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）。   The surface treatment apparatus (1) according to any one of claims 1 to 4, further comprising plasma state detection means for detecting a plasma state in the reaction chamber (51), wherein the control unit (70) includes: Based on the detection result in the plasma state detection means, the output waveform of the electron beam (A) output from the electron beam output section (2) into the reaction chamber (51) is controlled. Characteristic surface treatment apparatus (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）。   The surface treatment apparatus (1) according to any one of claims 1 to 5, further comprising surface state detection means (55) for detecting a surface state of the workpiece (60), wherein the controller (70) is provided. ) Controls the output waveform of the electron beam (A) output from the electron beam output section (2) into the reaction chamber (51) based on the detection result in the surface state detection means (55). A surface treatment apparatus (1) characterized by comprising. 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）の表面に硬質膜としてのｃＢＮ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）の出力波形を制御し、
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、上記硬質膜の密着性を向上させる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。 A plasma conversion step of converting the reactive gas into plasma by outputting an electron beam (A) from the electron beam output section (2) into a reaction chamber (51) in which a gas containing at least a reactive gas is sealed;
A hard film forming step of forming a cBN film as a hard film on the surface of the object to be processed (60) held in the reaction chamber (51) using at least one of physical vapor deposition and chemical vapor deposition; Have
In the hard film forming step, the electron beam output unit (2) outputs the plasma into the reaction chamber (51) so that the plasma state is optimal for the formation of the hard film in the reaction chamber (51). Control the output waveform of the electron beam (A)
Prior to the hard film forming step, an intermediate treatment for improving the adhesion of the hard film is performed on the surface of the workpiece (60) using at least one of a physical vapor deposition method and a chemical vapor deposition method. Having an intermediate processing step to perform,
In the intermediate processing step, an electron beam output from the electron beam output section (2) into the reaction chamber (51) so as to obtain a plasma state optimal for the intermediate processing in the reaction chamber (51). The surface treatment method characterized by controlling the output waveform of (A). 請求項７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。 The surface treatment method according to claim 7, wherein the output waveform of the electron beam (A) output from the electron beam output section (2) into the reaction chamber (51) is controlled in the reaction chamber (51). A surface treatment method characterized in that it is performed based on a detection result in a plasma state detection means for detecting the plasma state. 請求項７又は８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。 9. The surface treatment method according to claim 7, wherein the output waveform of the electron beam (A) output from the electron beam output section (2) into the reaction chamber (51) is controlled by the workpiece ( 60) A surface treatment method, which is performed based on a detection result in the surface state detection means (55) for detecting the surface state of (60).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6811097B2 (en) * 2017-01-13 2021-01-13 東京エレクトロン株式会社 Board processing equipment
JP7050139B2 (en) * 2020-12-14 2022-04-07 東京エレクトロン株式会社 Board processing equipment and measurement board

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2764524B2 (en) * 1993-09-28 1998-06-11 名古屋大学長 Radical control device
JP3249013B2 (en) * 1994-06-06 2002-01-21 神港精機株式会社 Plasma CVD equipment
IL134255A0 (en) * 2000-01-27 2001-04-30 V I P Vacuum Ion Plasma Techno System and method for deposition of coatings on a substrate
JP2004190055A (en) * 2002-12-09 2004-07-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd Aluminum surface nitriding method
JP2004292934A (en) * 2003-03-28 2004-10-21 Shinko Seiki Co Ltd Ion nitriding apparatus and deposition system using the same
JP4936276B2 (en) * 2006-05-26 2012-05-23 株式会社デンソー Nitriding equipment
CN101743338B (en) * 2007-05-25 2013-10-16 奥尔利康贸易股份公司（特吕巴赫） Vacuum treatment unit and vacuum treatment process
JP5665409B2 (en) * 2010-08-06 2015-02-04 株式会社ジェイテクト Film formation method

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