JP6948049B2 - 窒化炭素膜の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化炭素（ＣＮ_Ｘ）膜の形成方法に関し、特に、エンジン油やトランスミッション油等の潤滑油中で使用される摺動部品用途に適した窒化炭素膜、の形成方法に関する。

潤滑油中で使用される摺動部品用途に適した窒化炭素膜およびその形成方法として、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、被処理物としての摺動部品の表面に、水素含有量が１０ａｔ％以下のアモルファスカーボン膜またはダイヤモンド多結晶膜が気相合成によって形成される。この気相合成による被膜の形成後、さらに、プラズマ処理またはイオン注入によって０．５ａｔ％以上３０ａｔ％以下の窒素が当該被膜に加えられる。これにより、窒化炭素膜が形成される。なお、この従来技術では、窒素に代えて酸素が加えられる場合があることも、開示されている。

この従来技術における窒化炭素膜は、潤滑油中での摩擦係数が０．０７以下であり、つまり当該潤滑油中で良好な低摩擦性（固体潤滑性）を呈する。これは、窒化炭素膜の水素含有量が抑えられることで（理想的には水素含有量がゼロの水素フリーとされることで）、当該窒化炭素膜の表面に極性基が多く存在する状態となり、潤滑油に含まれる油性添加剤が当該窒化炭素膜の表面に物理吸着ないしは化学吸着し易くなるからである、とされている。また、この窒化炭素膜の表面硬さ（ビッカース硬さ）は１０００ＨＶ以上であり、つまり高硬度な、換言すれば高耐摩耗性の、当該窒化炭素膜が実現される。さらに、この窒化炭素膜の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａは０．１μｍ以下であり、ラップ加工等の研磨加工によって当該表面粗さのさらなる低減が図られる場合があることも、開示されている。

なお、窒化炭素膜の水素含有量が多いと、例えば１０ａｔ％を超えると、潤滑油中での摩擦係数が大きくなり、つまり当該潤滑油中で良好な低摩擦性が得られない。また、窒化炭素膜の窒素含有量が０．５ａｔ％よりも少ない場合も、潤滑油中で良好な低摩擦性が得られない。一方、窒素炭素膜の窒素含有量が３０ａｔ％よりも多いと、耐摩耗性が不足する。これらのことから、窒素炭素膜の水素含有量は１０ａｔ％以下であり、当該窒素炭素膜の窒素含有量は０．５ａｔ％以上３０ａｔ％以下であるのが好ましい、とされている。

特開２０００−２９７３７３号公報

ところで、この従来技術では、上述の気相合成によって形成された被膜に窒素を加えるための処理の具体例として、ラジカルイオンビームを当該被膜が形成された被処理物の表面（被処理面）に照射する態様のプラズマ処理が、開示されている。しかしながら、このような態様のプラズマ処理は、同時に１つまたは少数の被処理物しか処理することができず、つまり生産性が低い、という欠点を有する。しかも、このプラズマ処理は、被処理面が平面状の被処理物にのみ対応可能であり、被処理面が曲面状や複雑な形状の被処理物には対応することができない。さらに、当該プラズマ処理は、被処理面の寸法が比較的に小さい被処理物にのみ対応可能であり、被処理面の寸法が比較的に大きい被処理物には対応することができない。このように被処理物の被処理面の形状および寸法が制限されることは、従来技術における当該被処理物の具体例として、直径が３０ｍｍ、厚みが４ｍｍの円板状の摺動部材（アジャスティングシム）が開示されている一方、それ以外の特段な例示がないことからも、分かる。

そこで、本発明は、潤滑油中で低摩擦性および高耐摩耗性を呈する窒化炭素膜を形成することができる、当該窒化炭素膜の新規な形成方法を提供することを、目的とする。また、この窒化炭素膜の形成方法において、生産性の向上を図ると共に、被処理面の形状が複雑な被処理物や被処理面の寸法が比較的に大きい被処理物にも対応でき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、本発明は、マグネトロンカソードと、被処理物とが、設けられた上記真空槽の内部に窒素ガスを導入するガス導入過程を、具備する。マグネトロンカソードは、炭素製の概略矩形平板状のターゲットの被スパッタ面と上記被処理物の被処理面とが互いに対向するように該ターゲットを有し、該ターゲットを上記被スパッタ面を露出させた状態で覆い上記真空槽に電気的に接続されているアースシールドを有している。本発明は、真空槽を陽極とし、マグネトロンカソードを陰極として、これら両者にスパッタ電力を供給するスパッタ電力供給過程も、具備する。このスパッタ電力が供給されると、窒素ガスの粒子が放電して、グロー放電によるプラズマが発生する。このとき、マグネトロンカソードが備える磁石によって形成される磁界の作用を受けて、プラズマ中の電子（２次電子）が螺旋運動（サイクロイド運動またはトロコイド運動）し、これにより、当該電子が窒素ガスの粒子に衝突する頻度が増大して、ターゲットの被スパッタ面の近傍におけるプラズマの密度が向上する。そして、このプラズマ中のイオンがターゲットの被スパッタ面に衝突することによって、当該被スパッタ面から炭素粒子が叩き出され、つまり当該被スパッタ面がスパッタされる。この炭素粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔して、当該被処理面に付着する。これと同時に、窒素ガスの粒子もまた、被処理物の被処理面に付着する。この結果、被処理物の被処理面に、炭素粒子と窒素ガスの粒子とを成分とする窒化炭素膜が形成される。即ち、本発明によれば、マグネトロンスパッタ法および反応性スパッタ法によって窒化炭素膜が形成される。さらに、本発明は、真空槽を陽極とし、被処理物を陰極として、これら両者にバイアス電力を供給するバイアス電力供給過程を、具備する。このバイアス電力の供給によって、炭素粒子のうちのイオン、いわゆる炭素イオンが、被処理物の被処理面に引き寄せられる。これと同様に、窒素ガスの粒子のうちのイオン、つまり窒素イオンもまた、被処理物の被処理面に引き寄せられる。このようにイオンが被処理物の被処理面に積極的に引き寄せられることによって、当該被処理物の被処理面に形成される窒化炭素膜の性状の制御が可能となり、とりわけ当該窒化炭素膜の高硬度化が図られる。また、当該窒化炭素膜の形成速度の向上も図られる。即ち、本発明によれば、上述のマグネトロンスパッタ法および反応性スパッタ法に加えて、バイアススパッタ法も採用（併用）されている。

その上で、本発明は、上記スパッタ電力供給過程と前記バイアス電力供給過程と並行して、熱電子放出過程と、アーク放電誘起過程と、をさらに具備する。このうちの熱電子放出過程では、上記被スパッタ面と上記被処理面との間に上記ターゲットの長さ方向に沿って上記被スパッタ面と５ｍｍ乃至５０ｍｍの間隔をおいて設けられた１本の線状フィラメントに熱電子放出用電力を供給することによって該フィラメントを加熱させて熱電子を放出させる。そして、アーク放電誘起過程では、真空槽を陽極とし、フィラメントを陰極として、これら両者に放電用電力が供給される。これにより、フィラメントから放出された熱電子が加速されて、当該フィラメントの周囲にアーク放電が誘起される。即ち、本発明によれば、上述のグロー放電によるプラズマに加えて、低電圧大電流のアーク放電による極めて高密度なプラズマが、フィラメントの周囲に発生し、つまりターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間に発生する。また、フィラメントから放出された熱電子も、上述の磁界の作用を受けて螺旋運動する。これにより、プラズマの密度がさらに向上する。

このように本発明によれば、グロー放電によるプラズマに加えて、アーク放電による極めて高密度なプラズマが、ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間に発生する。従って、ターゲットの被スパッタ面から叩き出された炭素粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔する途中で、このアーク放電による極めて高密度なプラズマ空間を通過する。これにより、当該炭素粒子は、活性化され、少なくとも基底状態よりも高いエネルギを持つようになり、とりわけ効率的にラジカル化またはイオン化される。これと同様に、窒素ガスの粒子もまた、より活性化され、とりわけ効率的にラジカル化またはイオン化される。このラジカル化またはイオン化された粒子は、反応性に富むので、このような反応性に富む炭素粒子および窒素ガス粒子が効率的に生成されることによって、窒素炭素膜を形成する当該炭素粒子および窒素ガス粒子の相互の結合力が強くなり、当該窒化炭素膜の緻密化が図られる。そして特に、イオン化が効率的に行われることによって、被処理物の被処理面に積極的に引き寄せられるイオンの量も増えるので、その分、窒化炭素膜の性状の制御性が向上し、とりわけ当該窒化炭素膜のさらなる高硬度化が図られる。また、当該窒化炭素膜の形成速度の向上も図られる。この窒化炭素膜は、その形成時に水素や当該水素を含む原料が使用されないので、基本的には（言わば不純物程度にしか）水素を含まない（理想的には水素フリーである）。このような窒化炭素膜は、潤滑油中で良好な低摩擦性を呈する。このことは、後述する如く実験によっても確認された。即ち、本発明によれば、潤滑油中で低摩擦性および高耐摩耗性を呈する窒化炭素膜を形成することができる。

なお、ガス導入過程においては、さらにアルゴンガスが導入されてもよい。このようにアルゴンガスが導入されると、当該アルゴンガスの粒子もまた、プラズマによって活性化される。そして、この活性化されたアルゴンガス粒子のうちのイオン、つまりアルゴンイオンは、ターゲットの被スパッタ面をスパッタするのに貢献する。併せて、当該アルゴンイオンは、被処理物の被処理面にも引き寄せられ、当該被処理面に入射する。このときの衝撃（ボンバードメント効果）によって、窒化炭素膜が緻密化（言わば圧搾）され、この結果、当該窒化炭素膜のより一層の高硬度化が図られる。

ただし、アルゴンガスの流量が多すぎると、ターゲットの被スパッタ面にノジュールという煤状の物質が付着する。このノジュールは、異常放電の原因となり、また、窒化炭素膜の表面を粗化する原因ともなる。このノジュールの発生メカニズムは不明であるが、このたび、窒素ガスの流量とアルゴンガスの流量との比率が規制されることで、詳しくは窒素ガスの流量とアルゴンガスの流量との総和に対する当該窒素ガスの流量の比率が０．３以上とされることで、当該ノジュールの発生が抑制されることが、分かった。このことから、窒素ガスの流量とアルゴンガスの流量との総和に対する当該窒素ガスの流量の比率は０．３以上であるのが、好ましい。

また、真空槽の内部の圧力は０．０１Ｐａ〜１Ｐａであるのが、好ましい。この真空槽の内部の圧力は、例えば窒化炭素膜の硬度に影響し、詳しくは当該圧力が低いほど、窒化炭素膜は高硬度化する傾向にある。ただし、この圧力が低すぎると、プラズマ（アーク放電およびグロー放電）が不安定となり、極端には当該プラズマが発生しなくなる。このことから、当該圧力は０．０１Ｐａ〜１Ｐａであるのが、好ましい。

さらに、ガス導入過程においては、炭化水素系ガスが導入されてもよい。この炭化水素系ガスが導入されると、当該炭化水素系ガスの粒子は、プラズマによって炭素粒子と水素粒子とに分解される。このうちの炭素粒子は、被処理物の被処理面に付着して、窒化炭素膜の形成に寄与する。これにより、窒化炭素膜の形成速度（成膜速度）が向上し、ひいては生産性の向上が図られる。一方、水素粒子もまた、被処理物の被処理面に付着する。この結果、窒化炭素膜に水素が含有されることになる。このように窒化炭素膜に水素が含有されると、潤滑油中での当該窒化炭素膜の低摩擦性が損なわれることが懸念される。ただし、この窒化炭素膜に含有される水素量が比較的に少なければ、換言すれば炭化水素系ガスの流量が比較的に少なければ、潤滑油中での当該窒化炭素膜の低摩擦性が損なわれないことが、実験によって確認された。即ち、炭化水素系ガスの流量が適宜に制御されることで、窒化炭素膜の形成速度の向上が図られつつ、潤滑油中での当該窒化珪素膜の低摩擦性が維持される。

具体的には、炭化水素系ガスの流量は、窒素ガスの流量よりも少ないのが、好ましい。これにより、窒化炭素膜の形成速度の向上が図られつつ、潤滑油中での当該窒化炭素膜の低摩擦性が維持される。

加えて、被処理物が金属製である場合には、この被処理物の被処理面に第１中間層としてのチタン層またはクロム層を形成する第１中間層形成過程と、当該第１中間層の上に第２中間層としての炭化珪素層を形成する第２中間層形成過程と、がさらに具備されてもよい。そして、第２中間層の上に窒化炭素膜が形成されてもよい。この構成によれば、金属製の被処理物に対する窒化炭素膜の密着性の向上が図られる。

また、本発明においては、ターゲットの被スパッタ面に被処理物の被処理面の各部分が均等に対向するように当該ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との相対的な位置関係を変更する位置関係変更過程が、さらに具備されてもよい。この構成によれば、被処理面の形状が複雑な被処理物や被処理面の寸法が比較的に大きい被処理物であっても、当該被処理面に対して満遍なく均等に窒化炭素膜を形成することが可能となる。即ち、被処理面の形状が複雑な被処理物や被処理面の寸法が比較的に大きい被処理物にも適宜に対応することができる。

さらに、本発明においては、とりわけ上述の位置関係変更過程が具備される場合には、複数の被処理物が設けられてもよい。この構成によれば、同時に複数の、例えば比較的に多数の、被処理物を処理することができ、生産性の飛躍的な向上が図られる。

このように本発明によれば、潤滑油中で低摩擦性および高耐摩耗性を呈する窒化炭素膜を形成することができる。また、この窒化炭素膜の形成に際して、生産性の向上を図ると共に、被処理面の形状が複雑な被処理物や被処理面の寸法が比較的に大きい被処理物に対応することも可能である。

本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置の概略構成を示す図解図である。 同マグネトロンスパッタ装置の内部を上方から見た図解図である。 同実施形態における第１マグネトロンカソードの概略構成を示す図解図である。 同実施形態における第１マグネトロンカソードとフィラメントとの相互の位置関係を示す図解図である。 同実施形態において形成される被膜の一構成例を示す図解図である。 同実施形態における成膜処理後の第１マグネトロンカソードの或る状態を示す外観写真である。 図５とは異なる条件による成膜処理後の第１マグネトロンカソードの状態を示す外観写真である。 同実施形態における実験の条件および結果を示す一覧である。 同実施形態における基板バイアス電圧と窒化炭素膜の硬度との関係を比較対照のものと並べて示すグラフである。

本発明の一実施形態について、以下に詳しく説明する。

本実施形態に係る窒化炭素膜の形成方法は、例えば図１および図２に示すマグネトロンスパッタ装置１０によって実現される。このマグネトロンスパッタ装置１０は、概略円筒形の真空槽１２を備えている。この真空槽１２は、当該概略円筒形の両端に当たる部分を上下に向けた状態で、つまり当該円筒形の中心軸Ｘａを垂直方向に延伸させた状態で、設置されている。また、当該概略円筒形の両端に当たる部分は、上面および下面として閉鎖されている。この真空槽１２の内径は、例えば約１１００ｍｍであり、当該真空槽１２内の高さ寸法は、例えば約８００ｍｍである。なお、この真空槽１２の形状および寸法は、飽くまでも一例であり、後述する被処理物１００の大きさや個数等の諸状況に応じて適宜に定められる。また、真空槽１２自体は、耐食性および耐熱性の高い金属製、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。

この真空槽１２の壁部の適宜位置、例えば下面を成す壁部の中央よりも僅かに外方寄り（図１における左寄り）の位置には、排気口１４が設けられている。そして、この排気口１４には、真空槽１２の外部において、図示しない排気管を介して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。なお、真空ポンプは、真空槽１２内の圧力Ｐを制御する圧力制御手段としても機能する。加えて、排気管の途中には、図示しない自動圧力制御装置が設けられており、この自動圧力制御装置もまた、圧力制御手段として機能する。

さらに、真空槽１２の側面を成す壁部の内側の適宜位置（図１および図２における右側の位置）に、当該真空槽１２とは電気的に絶縁された状態で、第１のマグネトロンカソード１６が配置されている。図３を併せて参照して、この第１マグネトロンカソード１６は、概略矩形平板状の純度の高い（例えば９９．９９％以上の純度の）炭素（Ｃ）製のターゲット１６２と、この炭素製ターゲット１６２の一方主面である背面側に設けられた磁石ユニット１６４と、を有している。そして、磁石ユニット１６４は、磁界形成手段としての永久磁石１６６と、この永久磁石１６６を収容する筐体１６８と、を有している。さらに、永久磁石１６６は、炭素製ターゲット１６２の背面に密着しつつ当該炭素製ターゲット１６２の周縁に沿うように設けられた概略矩形枠状の一方磁極としての例えばＮ極１６６ａと、このＮ極１６６ａの内側において炭素製ターゲット１６２の背面に密着しつつ当該炭素製ターゲット１６２の長手方向に沿って延伸するように設けられた細長い概略直方体状の他方磁極としてのＳ極１６６ｂと、を有している。なお、炭素製ターゲット１６２の寸法は、例えばその長手方向（長さ寸法）が４５７ｍｍであり、短手方向（幅寸法）が１２７ｍｍであり、厚さ方向（厚さ寸法）が８ｍｍである。また、永久磁石１６６のＮ極１６６ａとＳ極１６６ｂとの間には、概略矩形溝状の間隙１６６ｃが設けられている。そして、筐体１６８には、当該筐体１６８を含む第１マグネトロンカソード１６全体を冷却するための図示しない冷却手段としての例えば水冷機構が付属されている。

この第１マグネトロンカソード１６は、炭素製ターゲット１６２の他方主面（前面）である被スパッタ面を真空槽１２の中心軸Ｘａに向け、かつ、当該炭素製ターゲット１６２の長手方向が真空槽１２の中心軸Ｘａに沿って延伸するように、つまり垂直方向に沿って延伸するように、配置されている。そして、この第１マグネトロンカソード１６は、炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面を除いて、換言すれば当該被スパッタ面を露出させた状態で、第１のアースシールド１８によって覆われている。この第１アースシールド１８は、耐食性および耐熱性の高い金属製、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼製、である。そして、この第１アースシールド１８は、第１マグネトロンカソード１６とは電気的に絶縁されており、かつ、真空槽１２と電気的に接続されている。なお、図２に示すように、真空槽１２の壁部のうち第１マグネトロンカソード１６および第１アースシールド１８が設けられている部分１２ａについては、当該第１マグネトロンカソード１６および第１アースシールド１８が設けられるのに適当な構造とされるのが、好ましい。特に、当該部分１２ａについては、炭素製ターゲット１６２の交換を含む第１マグネトロンカソード１６のメンテナンス時の作業性等を考慮して、引き戸状または開き戸状に開閉可能とされるのが、好ましい。

また、図１に示すように、第１マグネトロンカソード１６は、真空槽１２の外部において、スパッタ電力供給手段としての第１のスパッタ電源装置２０に接続されている。そして、第１マグネトロンカソード１６は、この第１スパッタ電源装置２０から第１スパッタ電力Ｅｓとして接地電位を基準とする負電位の直流電力の供給を受ける。言い換えれば、真空槽１２を陽極とし、第１マグネトロンカソード１６を陰極として、これら両者に直流の第１スパッタ電力Ｅｓが供給される。なお、この第１スパッタ電力Ｅｓの供給源である第１スパッタ電源装置２０は、当該第１スパッタ電力Ｅｓの電力値が一定となるように動作する定電力モードと、第１スパッタ電力Ｅｓの電圧成分である言わば第１スパッタ電圧（またはターゲット電圧とも言う。）Ｖｓが一定となるように動作する定電圧モードと、当該第１スパッタ電力Ｅｓの電流成分である言わば第１スパッタ電流（またはターゲット電流とも言う。）Ｉｓが一定となるように動作する定電流モードと、の３つの動作モードを備えており、ここでは、定電力モードで動作するように設定されている。

加えて、第１マグネトロンカソード１６の前方、詳しくは炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面の前方に、熱陰極としてのフィラメント２２が設けられている。このフィラメント２２は、例えば直径が約１ｍｍの直線状の線状体であり、素材としては、タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ），炭素等の高融点材料製である。ここで、図４を併せて参照して、当該フィラメント２２は、上述した真空槽１２の中心軸Ｘａと炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面の（水平方向における）中心とを含む仮想の垂直面内に位置し、かつ、炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面から所定の距離Ｄを置いた状態で当該被スパッタと平行を成すように、つまり垂直方向に延伸するように、設けられている。なお、ここで言う距離Ｄは、後述する如く５ｍｍ〜５０ｍｍが適当であり、例えば２５ｍｍとされている。また、フィラメント２２の長さ寸法は、ターゲット１６２の長手方向の寸法と同等かそれ以上であり、厳密には当該ターゲット１６２の後述するエロージョン領域１６２ａの長手方向の寸法と同等かそれ以上であり、例えば５００ｍｍとされている。加えて、図示は省略するが、フィラメント２２の両端部またはいずれか一方の端部には、当該フィラメント２２の直線状の状態を維持するために当該フィラメント２２に適当な張力を付与する張力付与手段としての張力付与機構が設けられている。

改めて図１を参照して、フィラメント２２は、真空槽１２の外部において、熱電子放出用電力供給手段としてのカソード電源装置２４に接続されている。そして、フィラメント２２は、このカソード電源装置２４から熱電子放出用電力としてのカソード電力、例えば交流電力Ｅｃ、の供給を受ける。これにより、フィラメント２２は、２０００℃以上に加熱されて、熱電子を放出する。なお、カソード電力Ｅｃは、交流電力に限らず、直流電力であってもよい。

さらに、フィラメント２２は、真空槽１２の外部において、放電用電力供給手段としての放電用電源装置２６に接続されている。そして、フィラメント２２は、この放電用電源装置２６から放電用電力Ｅｄとして接地電位を基準とする負電位の直流電力の供給を受ける。言い換えれば、真空槽１２を陽極とし、フィラメント２２を陰極として、これら両者に直流の放電用電力Ｅｄが供給される。なお、この放電用電力Ｅｄの供給源である放電用電源装置２６は、上述の第１スパッタ電源装置２０と同様、当該放電用電力Ｅｄの電力値が一定となるように動作する定電力モードと、当該放電用電力Ｅｄの電圧成分である言わば放電電圧Ｖｄが一定となるように動作する定電圧モードと、当該放電用電力Ｅｄの電流成分である言わば放電電流Ｉｄが一定となるように動作する定電流モードと、の３つの動作モードを備えている。ただし、この放電用電源装置２６は、定電圧モードで動作するように設定されている。

そして、真空槽１２内のフィラメント２２が設けられている位置よりも内側に注目すると、当該真空槽１２内には、複数の被処理物１００，１００，…が配置される。具体的には、これら各被処理物１００，１００，…は、真空槽１２の中心軸Ｘａを中心とする円の円周方向に沿って等間隔に配置されている。それぞれの被処理物１００は、例えばドリル刃等のような細長い円柱状のものであり、垂直方向に沿って延伸するように、つまり真空槽１２の中心軸Ｘａに沿う方向に延伸するように、保持手段としての適当なホルダ２８によって保持されている。そして、それぞれのホルダ２８は、回転駆動力伝達手段としてのギア機構３０を介して、円盤状の公転台３２の周縁近傍に結合されている。この公転台３２の中心は、真空槽１２の中心軸Ｘａ上に位置しており、当該公転台３２の中心には、真空槽１２の中心軸Ｘａに沿って延伸する回転軸３４の一方端が固定されている。そして、回転軸３４の他方端は、真空槽１２の外部において、回転駆動手段としてのモータ３６のシャフト３６ａに結合されている。

即ち、モータ３６が駆動して、当該モータ３６のシャフト３６ａが例えば図１に矢印２００で示す方向に回転すると、公転台３２が同方向に回転し、つまり図２においても矢印２００で示す方向に回転する。これに伴って、それぞれの被処理物１００が真空槽１２の中心軸Ｘａを中心として回転し、言わば公転する。併せて、それぞれのギア機構３０による回転駆動力伝達作用によって、それぞれのホルダ２８が、自身を通る垂直軸Ｘｂを中心として例えば図１および図２のそれぞれに矢印２０２で示す方向に回転する。そして、このホルダ２８自身の回転に伴って、当該ホルダ２８によって保持されている被処理物１００もまた、同じ方向に回転し、言わば自転する。なお、被処理物１００の公転経路の直径（ＰＣＤ；Pitch Circle Diameter）は、例えば約６００ｍｍである。そして、この被処理物１００，１００，…の公転速度（公転台３２の回転速度）は、例えば０．５ｒｐｍ〜１ｒｐｍである。これに対して、被処理物１００の自転速度（垂直軸Ｘｂを中心とするホルダ２８自身の回転速度）は、例えば３０ｒｐｍ〜６０ｒｐｍであり、つまり公転速度の６０倍である。なお、図１および図２においては、１２個の被処理物１００，１００，…（ホルダ２８，２８，…およびギア機構３０，３０，…）が設けられているが、この個数は一例であり、これ以外の個数であってもよい。

併せて、それぞれの被処理物１００には、ホルダ２８，ギア機構３０，公転台３２および回転軸３４を介して、真空槽１２の外部にあるバイアス電力供給手段としての基板バイアス電源装置３８から基板バイアス電力Ｅｂが供給される。この基板バイアス電力Ｅｂは、その電圧成分である言わば基板バイアス電圧Ｖｂの値が、接地電位を基準とする正電位のハイレベル値と、当該接地電位を基準とする負電位のローレベル値と、に交互に遷移する、いわゆるバイポーラパルス電力である。この基板バイアス電圧Ｖｂのハイレベル値は、一定であり、例えば接地電位を基準として＋３７Ｖである。一方、基板バイアス電圧Ｖｂのローレベル値は、任意に調整可能とされており、このローレベル値によって、当該基板バイアス電圧Ｖｂの平均値（直流換算値）が任意に設定可能とされている。さらに、この基板バイアス電力Ｅｂの周波数もまた、例えば５０ｋＨ〜２５０ｋＨの範囲内で任意に設定可能とされている。そして、当該基板バイアス電力Ｅｂのデューティ比（基板バイアス電圧Ｖｂの１周期において当該基板バイアス電圧Ｖｂの値がハイレベル値となる期間の比率）もまた、任意に設定可能とされている。なお、ここでは、当該基板バイアス電力Ｅｄの周波数については、例えば１００ｋＨｚとされ、デューティ比については、例えば３０％とされる。

さらに、真空槽１２の側面を成す壁部の内側の適宜位置であって、被処理物１００，１００，…の公転経路よりも外方の適当な位置、例えば真空槽１２の中心軸Ｘａを挟んで上述の第１マグネトロンカソード１６が設けられている位置とは反対側の位置（図１および図２における左側の位置）に、第２のマグネトロンカソード４０が設けられている。この第２マグネトロンカソード４０は、概略矩形平板状の純度の高い（例えば９９．９９％以上の純度の）チタン（Ｔｉ）製のターゲット４０２と、このチタン製ターゲット４０２の一方主面である背面側に設けられた磁石ユニット４０４と、を有している。なお、この第２マグネトロンカソード４０のチタン製ターゲット４０２の外形および寸法は、例えば第１マグネトロンカソード１６の炭素製ターゲット１６２の外形および寸法と同じである。そして、この第２マグネトロンカソード４０の磁石ユニット４０４の外形および寸法を含む当該磁石ユニット４０４の構成は、第１マグネトロンカソード１６の磁石ユニット１６４の構成と同じである。従って、このチタン製ターゲット４０２および磁石ユニット４０４を含む第２マグネトロンカソード４０そのものについては、これ以上の詳細な説明を省略する。

この第２マグネトロンカソード４０は、第１マグネトロンカソード１６と同様、チタン製ターゲット４０２の他方主面（前面）である被スパッタ面を真空槽１２の中心軸Ｘａに向け、かつ、当該チタン製ターゲット４０２の長手方向が真空槽１２の中心軸Ｘａに沿って延伸するように、つまり垂直方向に沿って延伸するように、配置されている。そして、この第２マグネトロンカソード４０は、チタン製ターゲット４０２の被スパッタ面を除いて、換言すれば当該被スパッタ面を露出させた状態で、第２のアースシールド４２によって覆われている。この第２アースシールド４２は、上述の第１アースシールド１８と同様、例えばステンレス鋼製である。そして、この第２アースシールド４２は、第２マグネトロンカソード４０とは電気的に絶縁されており、かつ、真空槽１２と電気的に接続されている。なお、図２に示すように、真空槽１２の壁部のうち第２マグネトロンカソード４０および第２アースシールド４２が設けられている部分１２ｂについても、第１マグネトロンカソード１６および第１アースシールド１８が設けられている部分１２ａと同様、当該第２マグネトロンカソード４０および第２アースシールド４２が設けられるのに適当な構造とされるのが、とりわけ引き戸状または開き戸状に開閉可能とされるのが、好ましい。

また、図１に示すように、第２マグネトロンカソード４０は、真空槽１２の外部において、第２のスパッタ電源装置４４に接続されている。そして、第２マグネトロンカソード１６は、この第２スパッタ電源装置４４から第２スパッタ電力Ｅｓ’として接地電位を基準とする負電位の直流電力の供給を受ける。言い換えれば、真空槽１２を陽極とし、第２マグネトロンカソード４０を陰極として、これら両者に直流の第２スパッタ電力Ｅｓ’が供給される。なお、この第２スパッタ電力Ｅｓ’の供給源である第２スパッタ電源装置４４は、上述の第１スパッタ電源装置２０と同様、定電力モードと定電圧モードと定電流モードとの３つの動作モードを備えており、ここでは、定電力モードで動作するように設定されている。

加えて、図１に示すように、真空槽１２内の適宜位置、好ましくはフィラメント２２の近傍の位置に、窒素（Ｎ_２）ガスを含む各種ガスを導入するためのガス導入手段としてのガス導入管４６が設けられている。このガス導入管４６は、真空槽１２の壁部に固定されている。そして、このガス導入管４６には、真空槽１２の外部において、当該ガス導入管４６を介して真空槽１２内に導入される各種ガスの流通を個別に開閉するための開閉手段としての図示しない開閉バルブと、当該各種ガスの流量を個別に制御するための流量制御手段としての図示しないマスフローコントローラと、が設けられている。なお、ここで言う各種ガスとしては、窒素ガスの他に、アルゴン（Ａｒ）ガス，水素（Ｈ_２）ガス，ＴＭＳ（Tetra-Methyl Silane；Ｓｉ（ＣＨ_３）_４）ガスおよびアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガスがある。

さらに、図示は省略するが、真空槽１２の側面を成す壁部の内側の適宜位置であって、被処理物１００，１００，…の公転経路よりも外方の位置に、当該被処理物１００，１００，…を加熱するための被処理物加熱手段としての例えばカーボンヒータが設けられている。そして、このカーボンヒータは、真空槽１２の外部において、当該カーボンヒータ用の電源装置に接続されている。なお、真空槽１２の壁部のうちこのカーボンヒータが設けられている部分についても、上述の第１マグネトロンカソード１６が設けられている部分１２ａおよび第２マグネトロンカソード４０が設けられている部分１２ｂと同様に、当該カーボンヒータが設けられるのに適当な構造とされるのが、好ましい。

さて、本実施形態によれば、このマグネトロンスパッタ装置１０を用いて、例えば図５に示すような構成の窒化炭素膜、厳密には第１の中間層としてのチタン層５２と、第２の中間層としての炭化珪素（ＳｉＣ_Ｘ）層５４と、主層としての窒化炭素層５６と、がこの順番で積層された被膜５０が、形成される。この積層構造の被膜５０は、被処理物１００（基材）が金属製である場合に、好適である。即ち、窒化炭素膜は、金属との密着性が低いので、被処理物１００が金属製である場合には、まず、当該金属製の被処理物１００との密着性の高い金属層であるチタン層５２が、第１中間層として形成される。続いて、このチタン層５２との密着性の高い炭化珪素層５４が、第２中間層として形成される。その上で、主層としての窒化炭素層５６が形成される。この主層としての窒化炭素層５６は、炭化珪素層５４との密着性が高いので、このような積層構造とされることによって、被処理物１００が金属製である場合の当該窒化炭素層５６を含む被膜５０全体の密着性の向上が図られる。

この積層構造の被膜５０の形成のために、まず、真空槽１２内に被処理物１００，１００，…が設置され、つまりホルダ２８，２８，…に当該被処理物１００，１００，…が設置される。その上で、真空槽１２内が真空ポンプによって排気され、例えば２×１０^−３Ｐａ程度の圧力Ｐになるまで排気される。このいわゆる真空引きの後、または、この真空引きと並行して、モータ３６が駆動され、被処理物１００，１００，…の自公転が開始される。そして、上述のカーボンヒータによって、被処理物１００，１００，…が例えば１５０℃程度にまで加熱される。これにより、被処理物１００，１００，…に含まれている不純物ガスが排出され、いわゆる脱ガス処理が行われる。

この脱ガス処理が所定時間（３０分間〜１時間ほど）にわたって行われた後、カーボンヒータによる被処理物１００，１００，…の加熱が停止されて、次に、放電洗浄処理が行われる。この放電洗浄処理においては、フィラメント２２にカソード電力Ｅｃが供給される。これにより、フィラメント２２が２０００℃以上に加熱されて、当該フィラメント２２から熱電子が放出される。併せて、フィラメント２２に放電用電力Ｅｄが供給される。即ち、真空槽１２を陽極とし、フィラメント２２を陰極として、これら両者に当該放電用電力Ｅｄが供給される。これにより、陰極であるフィラメント２２から放出された熱電子が、陽極である真空槽１２の壁部に向かって、とりわけ当該フィラメント２２に近い位置にあって真空槽１２と同電位である第１アースシールド１８に向かって、加速される。この状態で、ガス導入管４６を介して真空槽１２内にアルゴンガスが導入されると、加速された電子がアルゴンガスの粒子に衝突して、その衝撃により、当該アルゴンガス粒子が電離して、プラズマ３００が発生する。ここで、フィラメント２２の周囲を含む炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面の近傍には、上述した永久磁石１６６による磁界が形成されているので、当該フィラメント２２から放出された熱電子は、この磁界の作用を受けて螺旋運動する。これにより、熱電子がアルゴンガス粒子に衝突する頻度が増大して、プラズマ３００が高密度化される。このようなプラズマ３００の態様は、低電圧大電流のアーク放電である。さらに、ガス導入管４６を介して真空槽１２内に水素ガスが導入される。すると、この水素ガスの粒子もまた電離して、プラズマ３００を形成する。なお、真空槽１２内へのアルゴンガスの導入と、当該真空槽１２内への水素ガスの導入とは、同時に開始されてもよい。

このようにアーク放電によるプラズマ３００が発生している状態で、被処理物１００，１００，…に基板バイアス電力Ｅｂが供給されると、当該プラズマ３００中のアルゴンイオンおよび水素イオンがそれぞれの被処理物１００の表面、厳密には露出した状態にある被処理面に、積極的に入射される。この結果、アルゴンイオンによるスパッタ作用と、水素イオンによる化学反応作用と、によって、それぞれの被処理物１００の被処理面から不純物が取り除かれ、つまり放電洗浄処理が行われる。なお、それぞれの被処理物１００は、上述の如く自公転しているので、この自公転の過程でプラズマ３００に晒される状態にあるときに、当該放電洗浄処理を施される。この放電洗浄処理におけるアルゴンガスは、プラズマ３００を発生されるための放電用ガスとして機能すると共に、当該放電洗浄処理を実現するための放電洗浄用ガスとしても機能する。このことは、水素ガスについても、同様である。

この放電洗浄処理においては、アルゴンガスの流量は、例えば５０ｍＬ／ｍｉｎとされ、水素ガスの流量は、例えば１５０ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、真空槽１２内の圧力Ｐは、例えば０．１５Ｐａに維持される。さらに、放電用電力Ｅｄは、例えば５００Ｗとされる。具体的には、この放電用電力Ｅｄの電圧成分である放電電圧Ｖｄが５０Ｖとなるように、当該放電用電力Ｅｄの供給源である放電用電源装置２６が上述の如く定電圧モードで動作する。この状態で、放電用電力Ｅｄの電流成分である放電電流Ｉｄが１０Ａになるように、カソード電力Ｅｃによってフィラメント２２の加熱温度が制御され、つまり当該フィラメント２２からの熱電子の放出量が制御される。加えて、基板バイアス電力Ｅｂについては、その電圧成分である基板バイアス電圧Ｖｂの平均値Ｖｂが−６００Ｖとされる。因みに、この基板バイアス電圧Ｖｂの平均値が−６００Ｖであるときの当該基板バイアス電圧Ｖｂのローレベル値は約−８７３Ｖ（＝［−６００Ｖ−｛３７Ｖ×０．３｝］／０．７）である。また、このときの基板バイアス電力Ｅｂの電流成分である基板バイアス電流Ｉｂは、約４Ａである。これは即ち、この約４Ａという比較的に大きな基板バイアス電流Ｉｂが被処理物１００，１００，…に流れていることを示しており、つまりそれだけ多くのイオンが当該被処理物１００，１００，…の被処理面に入射されていることを示しており、ひいてはそれだけ大きな放電洗浄処理効果（とりわけボンバードメント効果）が得られることを示している。

この放電洗浄処理が所定時間（約３０分間）にわたって行われた後、第１中間層としてのチタン層５２を形成するための成膜処理が行われる。そのために、フィラメント２２へのカソード電力Ｅｃの供給が停止されると共に、当該フィラメント２２への放電用電力Ｅｄの供給が停止される。これにより、アーク放電によるプラズマ３００が消失する。併せて、被処理物１００，１００，…への基板バイアス電力Ｅｂの供給が停止されると共に、真空槽１２内への水素ガスの導入が停止される。その上で、アルゴンガスの流量が２００ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、真空槽１２内の圧力Ｐが０．５Ｐａに維持される。さらに、第２マグネトロンカソード４０に第２スパッタ電力Ｅｓ’が供給される。即ち、真空槽１２を陽極とし、第２マグネトロンカソード４０を陰極として、これら両者に当該第２スパッタ電力Ｅｓ’が供給される。この第２スパッタ電力Ｅｓ’の供給源である第２スパッタ電源装置４４は、当該第２スパッタ電力Ｅｓ’が一定になるように、例えば８ｋＷになるように、定電力モードで動作する。

この第２スパッタ電力Ｅｓ’の供給によって、アルゴンガス粒子が放電して、図示しないグロー放電によるプラズマが発生する。このとき、第２マグネトロンカソード４０（磁石ユニット４０４）が備える図示しない永久磁石によって形成される磁界の影響を受けて、当該プラズマ中の電子が螺旋運動する。これにより、このプラズマ中の電子がアルゴンガス粒子に衝突する頻度が増大して、第２マグネトロンカソード４０のチタン製ターゲット４０２の被スパッタ面の近傍における当該プラズマの密度が向上する。そして、このプラズマ中のアルゴンイオンがチタン製ターゲッ４０２の被スパッタ面に衝突することによって、当該被スパッタ面からチタン粒子が叩き出され、つまり当該被スパッタ面がスパッタされる。このチタン粒子は、被処理物１００に向かって飛翔し、当該被処理物１００の被処理面に付着する。この被処理物１００の被処理面に付着したチタン粒子は徐々に堆積して、この結果、当該被処理物１００の被処理面に第１中間層としてのチタン層５２が形成される。即ち、チタン製ターゲット４０２を備える第２マグネトロンカソード４０を用いたマグネトロンスパッタ法によって、当該チタン層５２が形成される。そして、アルゴンガスは、放電用ガスとして機能する。なお、それぞれの被処理物１００は、グロー放電によるプラズマに晒されているときに、つまりチタン製ターゲット４０２の被スパッタ面の近傍を通過するときに、その表面にチタン粒子が付着し、言わば実質的に成膜処理を施される。

このチタン層５２を形成するための成膜処理によって所定の厚さの、例えば０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内で適当な厚さの、当該チタン層５２が形成されると、続いて、第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理が行われる。そのために、第２マグネトロンカソード４０への第２スパッタ電力Ｅｓ’の供給が停止される。これにより、当該第２マグネトロンカソード４０が備えるチタン製ターゲット４０２の被スパッタ面の近傍におけるグロー放電によるプラズマの発生が停止される。その上で、アルゴンガスの流量が５０ｍＬ／ｍｉｎとされる。併せて、水素ガスが１５０ｍＬ／ｍｉｎという流量で真空槽１２内に導入されると共に、ＴＭＳガスが６０ｍＬ／ｍｉｎという流量で当該真空槽１２内に導入される。そして、真空槽１２内の圧力Ｐが０．３Ｐａとされる。さらに、フィラメント２２にカソード電力Ｅｃが供給されることによって、当該フィラメント２２が２０００℃以上に加熱される。また、フィラメント２２に放電用電力Ｅｄが供給される。この放電用電力Ｅｄは、例えば９００Ｗとされる。具体的には、この放電用電力Ｅｄの電圧成分である放電電圧Ｖｄが６０Ｖとされ、この状態で、当該放電用電力Ｅｄの電流成分である放電電流Ｉｄが１５Ａになるように、カソード電力Ｅｃによってフィラメント２２の加熱温度が制御される。加えて、被処理物１００，１００，…に基板バイアス電力Ｅｂが供給される。この基板バイアス電力Ｅｂは、その電圧成分である基板バイアス電圧Ｖｂの平均値Ｖｂが−６００Ｖとなるように制御される。

この第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理においては、上述の放電洗浄処理のときと同様、フィラメント２２の周囲を含む炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面の近傍に、アーク放電による極めて高密度なプラズマ３００が発生する。このとき、アルゴンガスは放電用ガスとして機能し、水素ガスもまた放電用ガスとして機能する。そして、ＴＭＳガスは、珪素粒子と炭素粒子と水素粒子とに分解され、このうちの珪素粒子と炭素粒子とがそれぞれの被処理物１００の被処理面に付着することで、当該被処理面に珪素粒子と炭素粒子との化合物である炭化珪素層５４が形成される。即ち原料ガスとしてＴＭＳガスを採用すると共に、アーク放電による極めて高密度なプラズマ３００を利用したプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、当該炭化珪素層５４が形成される。また、それぞれの被処理物１００には基板バイアス電力Ｅｂが供給されているので、珪素粒子のうちのイオン、つまり珪素イオンと、炭素粒子のうちのイオン、つまり炭素イオンとが、当該被処理物１００の被処理面に積極的に引き寄せられる。これにより、炭化珪素層５４の高硬度化が図られる。

このアーク放電によるプラズマ３００を利用したプラズマＣＶＤ法によれば、炭化珪素層５４を形成する珪素粒子と炭素粒子とが活性化され、少なくとも基底状態よりも高いエネルギを持つようになり、とりわけ効率的にラジカル化またはイオン化される。このラジカル化またはイオン化された粒子は、反応性に富むので、このような反応性に富む珪素粒子および炭素粒子が効率的に生成されることによって、炭化珪素層５４を形成する当該珪素粒子および炭素粒子の相互の結合力が強くなり、当該炭化珪素層５４の緻密化が図られる。また、当該炭化珪素層５４の形成速度も向上する。因みに、２０分間という比較的に短い成膜処理によって、０．２μｍという厚さの炭化珪素層５４が形成され、つまり比較的に高い速度で当該炭化珪素膜５４が形成される。さらに、とりわけイオン化が効率的に行われることによって、それぞれの被処理物１００の被処理面に引き寄せられる珪素イオンおよび炭素イオンの量が増えるので、炭化珪素層５４の形成速度のさらなる向上が図られると共に、当該炭化珪素層５４のさらなる高硬度化が図られる。なお、プラズマ３００中のアルゴンイオンも、それぞれの被処理物１００の被処理面に引き寄せられ、当該被処理面に入射する。そして、このときの衝撃によっても、炭化珪素層５４が緻密化され、この結果、当該炭化珪素層５４のより一層の高硬度化が図られる。要するに、アルゴンイオンは、炭化珪素層５４のより一層の高硬度化を図る言わば高硬度化助勢ガスとしても機能する。また、プラズマ３００中の水素イオンも、それぞれの被処理物１００の被処理面に引き寄せられる。この水素イオンは、炭化珪素層５４を形成する炭素粒子と結合することで、当該炭化珪素層５４を形成する珪素粒子と炭素粒子との比率を調整する（ＳｉＣ_ＸにおけるＸの値を減少させる）言わば組成比率調整ガスとしても機能する。

この炭化珪素層５４を形成するための成膜処理によって所定の厚さの、例えば０．１μｍ〜０．５μｍの範囲内で適当な厚さの、当該炭化珪素層５４が形成された上で、主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理が行われる。そのために、真空槽１２内へのアルゴンガス，水素ガスおよびＴＭＳガスの導入が停止される。そして、当該真空槽１２内に２００ｍＬ／ｍｉｎという流量で窒素ガスが導入される。併せて、真空槽１２内の圧力Ｐが０．２２Ｐａとされる。さらに、第１マグネトロンカソード１６に第１スパッタ電力Ｅｓが供給される。即ち、真空槽１２を陽極とし、第１マグネトロンカソード１６を陰極として、これら両者に当該第１スパッタ電力Ｅｓが供給される。この第１スパッタ電力Ｅｓの供給源である第１スパッタ電源装置２０は、当該第１スパッタ電力Ｅｓが一定になるように、例えば６ｋＷになるように、定電力モードで動作する。なお、フィラメント２２へのカソード電力Ｅｃの供給と、当該フィラメント２２への放電用電力Ｅｄの供給とは、上述の第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理のときと同じ条件で、引き続き行われる。即ち、放電用電力Ｅｃの電圧成分である放電電圧Ｖｄが６０Ｖとされ、当該放電用電力Ｅｃの放電電流Ｉｄが１５Ａとなるようにカソード電力Ｅｃが制御されることによって、当該放電用電力Ｅｃが９００Ｗとされる。また、被処理物１００，１００，…への基板バイアス電力Ｅｂの供給についても、引き続き行われるが、この基板バイアス電力Ｅｂの電圧成分である基板バイアス電圧Ｖｂの平均値は−４００Ｖとされる。因みに、この基板バイアス電圧Ｖｂの平均値が−４００Ｖであるときの当該基板バイアス電圧Ｖｂのローレベル値は約−５８７Ｖ（＝［−４００Ｖ−｛３７Ｖ×０．３｝］／０．７）である。

この窒化炭素層５６を形成するための成膜処理においては、窒素ガスが放電用ガスとして機能することで、上述のアーク放電による極めて高密度なプラズマ３００が発生する。また、このプラズマ３００には、第１マグネトロンカソード１６に第１スパッタ電力Ｅｓが供給されることによるグロー放電も含まれる。そして、このプラズマ３００中のイオン、つまり窒素イオンが、第１マグネトロンカソード１６の炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面に衝突する。これにより、炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面から炭素粒子が叩き出され、つまり当該被スパッタ面がスパッタされる。この炭素粒子は、それぞれの被処理物１００の被処理面に向かって飛翔し、とりわけ炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面と対向している状態にある被処理物１００の被処理面に向かって飛翔し、当該被処理面に付着する。これと同時に、プラズマ３００中の窒素ガスの粒子もまた、それぞれの被処理物１００の被処理面に付着する。この結果、それぞれの被処理物１００の被処理面に炭素粒子と窒素ガス粒子との化合物である窒化炭素層５６が形成される。即ち、マグネトロンスパッタ法および反応性スパッタ法によって当該窒化炭素層５６が形成される。

さらに、基板バイアス電力Ｅｂの供給によって、炭素粒子のうちのイオン、つまり炭素イオンが、それぞれの被処理物１００の被処理面に積極的に引き寄せられる。これと同様に、窒素ガス粒子のうちのイオン、つまり窒素イオンもまた、それぞれの被処理物１００の被処理面に積極的に引き寄せられる。これにより、それぞれの被処理物１００の被処理面に形成される窒化炭素層５６の性状の制御が可能となり、とりわけ当該窒化炭素層５６の高硬度化が図られる。また、当該窒化炭素層５６の形成速度の向上も図られる。即ち、上述のマグネトロンスパッタ法および反応性スパッタ法に加えて、バイアススパッタ法も採用されている。

また、炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面から叩き出された炭素粒子は、それぞれの被処理物１００の被処理面に向かって飛翔する途中で、上述のアーク放電による極めて高密度なプラズマ３００中を通過する。これにより、当該炭素粒子は、活性化され、少なくとも基底状態よりも高いエネルギを持つようになり、とりわけ効率的にラジカル化またはイオン化される。これと同様に、窒素ガスの粒子もまた、より活性化され、とりわけ効率的にラジカル化またはイオン化される。このラジカル化またはイオン化された粒子は、反応性に富むので、このような反応性に富む炭素粒子および窒素ガス粒子が効率的に生成されることによって、窒素炭素層５６を形成する当該炭素粒子および窒素ガス粒子の相互の結合力が強くなり、当該窒化炭素層５６の緻密化が図られる。そして特に、イオン化が効率的に行われることによって、それぞれの被処理物１００の被処理面に積極的に引き寄せられるイオンの量も増えるので、その分、窒化炭素層５６の形成速度の向上が図られると共に、当該窒化炭素層５６のさらなる高硬度化が図られる。

この窒化炭素層５６を形成するための成膜処理によって所定の厚さの、例えば１．０μｍ〜３．０μｍの範囲内で適当な厚さの、当該窒化炭素層５６が形成されると、真空槽１２内への窒素ガスの導入が停止される。併せて、第１マグネトロンカソード１６への第１スパッタ電力Ｅｓの供給が停止されると共に、フィラメント２２へのカソード電力Ｅｃおよび放電用電力Ｅｄの供給が停止される。これにより、プラズマ３００が消失する。さらに、被処理物１００，１００，…への基板バイアス電力Ｅｂの供給が停止される。そして、真空槽１２内の圧力が大気圧付近にまで徐々に戻されながら、一定の冷却期間が置かれる。その後、モータ３６の駆動が停止されることによって、被処理物１００，１００，…の自公転が停止される。その上で、真空槽１２内が外部に開放されて、当該真空槽１２内から被処理物１００，１００，…が外部に取り出される。これをもって、窒化炭素層５６を含む被膜５０を形成するための一連の処理が完了する。

この被膜５０の主層としての窒化炭素層５６は、これを形成するための成膜処理において水素や当該水素を含む原料が使用されないので、基本的には水素を含まない。具体的には、この窒化炭素層５６の組成比は、炭素が７４ａｔ％であり、窒素が２５ａｔ％であり、水素が１ａｔ％である。このような窒化炭素層５６を最上層とする被膜５０は、潤滑油中で良好な低摩擦性を呈する。また、この被膜５０は比較的に高硬度であり、換言すれば高耐摩耗性を呈する。この被膜５０が低摩擦性および高耐摩耗性を呈することは、後述する如く実験によっても確認された。

ところで、主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理において、窒素ガスに加えてアルゴンガスが真空槽１２内に導入されることによって、当該窒化炭素層５６のさらなる高硬度化が図られる。即ち、アルゴンガスが導入されると、このアルゴンガスの粒子は、プラズマ３００によって活性化され、例えばイオン化される。このイオン化されたアルゴンガス粒子、つまりアルゴンイオンは、第１マグネトロンカソード１６の炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面をスパッタするのに貢献する。併せて、当該アルゴンイオンは、基板バイアス電力Ｅｂが供給されているそれぞれの被処理物１００の被処理面にも積極的に引き寄せられ、当該被処理面に入射する。このときの衝撃によって、窒化炭素層５６が緻密化され、この結果、当該窒化炭素層５６のより一層の高硬度化が図られる。即ち、上述の第２中間層としての炭化珪素膜５４を形成するための成膜処理時と同様、アルゴンガスは、窒化炭素層５６のより一層の高硬度化を図る高硬度化助勢ガスとして機能する。

ただし、アルゴンガスの流量が多すぎると、図６に示すように、炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面にノジュールという煤状の物質が付着する。このノジュールは、異常放電の原因となり、また、窒化炭素層５６の表面を粗化する原因ともなる。このノジュールの発生メカニズムは不明であるが、このたび、窒素ガスの流量とアルゴンガスの流量との比率が規制されることで、詳しくは窒素ガスの流量とアルゴンガスの流量との総和に対する当該窒素ガスの流量の比率（＝［窒素ガスの流量］／｛［窒素ガスの流量］＋［アルゴンガスの流量］｝）が０．３以上とされることで、当該ノジュールの発生が抑制されることが、分かった。なお、この比率が小さいほど、つまりアルゴンガスの流量が多いほど、窒化炭素層５６の高硬度化が図られるが、その一方で、窒化炭素層５６が緻密化されることから当該窒化炭素層５６の形成速度が低下する。従って、ノジュールの発生を抑制しつつ、窒化炭素層５６の形成速度を比較的に高めに維持する観点から、当該比率は０．８以上であるのが、好ましい。

因みに、図６は、ノジュールの発生を分かり易く説明するために、真空槽１２内にアルゴンガスのみを導入してスパッタを行ったときの、炭素製ターゲット１６２の撮影写真である。この図６においては、炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面にスパッタ痕であるエロージョン領域１６２ａが形成されており、詳しくは図４に示した如く永久磁石１６６の間隙１６６ｃに倣うように概略矩形ループ状（または長円ループ状）の当該エロージョン領域１６２ａが形成されており、このエロ−ジョン領域１６２ａの縁に沿ってノジュールが付着しているように、見受けられる。ただし実際には、ノジュールは、エロージョン領域１６２ａ（そのもの）にも付着するものと思われる。その一方で、当該エロ−ジョン領域１６２ａに付着したノジュールは、プラズマ３００（イオン）によって払い落とされる（スプラッシュされる）ものと推測される。そして、このノジュールが払い落とされる際に、異常放電が発生し、また、この払い落とされたノジュールが窒化炭素層５６の表面に付着することで、当該窒化炭素層５６の表面が粗化される。なお、真空槽１２内に窒素ガスのみを導入してスパッタを行った場合は、図７に示すように、ノジュールは発生しない。このノジュールの発生を抑制しつつ、アルゴンガスの導入により窒化炭素層５６の硬度の向上が図られることについては、後述する如く実験によっても確認された。

さらに、窒化炭素層５６を形成するための成膜処理において、真空槽１２内にアセチレンガスが導入されることによって、当該窒化炭素層５６の形成速度のさらなる向上が図られる。即ち、アセチレンガスが導入されると、このアセチレンガスの粒子は、プラズマ３００によって炭素粒子と水素粒子とに分解される。このうちの炭素粒子は、それぞれの被処理物１００の被処理面に付着して、窒化炭素層５６の形成に寄与する。これにより、窒化炭素層５６の形成速度が向上する。即ち、アセチレンガスは原料ガスとして機能する。一方、水素粒子もまた、それぞれの被処理物１００の被処理面に付着する。この結果、窒化炭素層５６に水素が含有されることになる。このように窒化炭素層５６に水素が含有されると、潤滑油中での当該窒化炭素層５６を含む被膜５０の低摩擦性が損なわれることが懸念される。ただし、この窒化炭素層５６に含有される水素量が比較的に少なければ、換言すればアセチレンガスの流量が比較的に少なければ、潤滑油中での当該窒化炭素層５６を含む被膜５０の低摩擦性が損なわれないことが、次に説明する如く実験によって確認された。

まず、被処理物１００として、鏡面加工された直径が３１ｍｍ、厚さ寸法が３ｍｍの、円板状のクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５浸炭鋼）が用意される。そして、この被処理物１００に対して、上述した要領で脱ガス処理，放電洗浄処理，第１中間層としてのチタン層５２を形成するための成膜処理，第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理および主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理が行われる。なお、窒化炭素層５６を形成するための成膜処理については、５時間にわたって行われる。このような要領で窒化炭素層５６を含む被膜５０が形成された被処理物１００を、試料１とする。

この試料１とは別に、当該試料１と同じ仕様（基材製）の被処理物１００に対して、当該試料１と同じ要領で脱ガス処理，放電洗浄処理，第１中間層としてのチタン層５２を形成するための成膜処理および第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理が行われる。その上で、主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理において、窒素ガスに加えてアルゴンガスが真空槽１２内に導入される。このときの窒素ガスの流量は１００ｍＬ／ｍｉｎとされ、アルゴンガスの流量もまた１００ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、真空槽１２内の圧力Ｐは０．２５Ｐａとされる。なお、放電用電力Ｅｄ（放電電圧Ｖｄおよび放電電流Ｉｄ），第１スパッタ電力Ｅｓおよび基板バイアス電圧Ｖｄについては、試料１における条件と同じである。この条件による窒化炭素層５６を形成するための成膜処理が、５時間にわたって行われる。このような要領で被膜５０が形成された被処理物１００を、試料２とする。

さらに、この試料２とは別に、試料１および試料２と同じ仕様（基材製）の被処理物１００に対して、当該試料１および試料２と同じ要領で脱ガス処理，放電洗浄処理，第１中間層としてのチタン層５２を形成するための成膜処理および第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理が行われる。その上で、主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理において、窒素ガスおよびアルゴンガスに加えてアセチレンガスが真空槽１２内に導入される。このときの窒素ガスの流量は１００ｍＬ／ｍｉｎとされ、アルゴンガスの流量もまた１００ｍＬ／ｍｉｎとされ、アセチレンガスの流量は２０ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、真空槽１２内の圧力Ｐは０．２６Ｐａとされる。なお、放電用電力Ｅｄ（放電電圧Ｖｄおよび放電電流Ｉｄ），第１スパッタ電力Ｅｓおよび基板バイアス電圧Ｖｄについては、試料１および試料２における条件と同じである。この条件による窒化炭素層５６を形成するための成膜処理についても、５時間にわたって行われる。このような要領で被膜５０が形成された被処理物１００を、試料３とする。

これらの試料１，試料２および試料３のそれぞれについて、膜厚（厳密には窒化炭素層５６の厚さ），成膜速度（厳密には窒化炭素層５６の形成速度），ヌープ硬度，内部応力，潤滑油中での摩擦係数および比摩耗量を測定したところ、図８に示すような結果が得られた。なお、潤滑油中での摩擦係数および比摩耗量の測定については、往復摺動試験機を用いて、その摺動面に有機モリブデン配合の省燃費エンジンオイルを塗布すると共に、油温を８０℃とした。そして、１／４インチの鉄鋼（ＳＵＪ２）製ボールに１０００ｇの荷重を印加した状態で、３００ｍｍ／ｍｉｎという速度で１００００回という摺動回数（サイクル）で試験を行った。

この図８のうちの特に膜厚に注目すると、試料１は１．２５μｍであり、これに対して、試料２は０．９０であり、試料３は１．８０である。これを成膜速度に換算すると、試料１は０．２５μｍ／ｈであり、試料２は０．１８μｍ／ｈであり、試料３は０．３６μｍ／ｈである。これらのことから、アセチレンガスが導入される試料３が、最も成膜速度が高く、つまり当該アセチレンガスが導入されることによって、成膜速度の向上が図られることが、分かる。なお、窒素ガスに加えてアルゴンガスが導入される試料２が、最も成膜速度が低いことが、分かる。これは、次に説明するヌープ硬度と関係する。

即ち、図８のうちのヌープ硬度に注目すると、試料１は１６００ＨＫであり、試料２は１８００ＨＫであり、試料３は１７００ＨＫである。これらのことから、窒素ガスに加えてアルゴンガスが導入される試料２が、最もヌープ硬度が高く、つまり当該アルゴンガスが導入されることによって、窒化炭素層５６を含む被膜５０の高硬度化が図られることが、分かる。その反面、この試料２は、上述の如く最も成膜速度が低い。これは、アルゴンイオンが被処理物１００の被処理面に入射される際の衝撃によって、窒化炭素層５６が緻密化されることによるものであると、推察される。なお、試料２については、上述したノジュールは発生しなかった。また、図示は省略するが、試料１，試料２および試料３のいずれについても、表面粗さＲａは１０ｎｍ以下であり、上述した従来技術におけるそれよりも小さい。因みに、図８における内部応力は、ヌープ硬度に概ね相関する。

さらに、図８のうちの潤滑油中での摩擦係数に注目すると、試料１は０．０５５であり、試料２は００４９であり、試料３は００４４である。即ち、試料１，試料２および試料３のいずれも、潤滑油中で極めて良好な低摩擦性を呈することが、分かる。特に、試料３については、アセチレンガスの導入によって窒化炭素層５６に水素が含まれるとしても、その含有量が抑えられることで、つまりアセチレンガスの導入量が抑えられることで、潤滑油中での良好な低摩擦性が維持される。なお、アセチレンガスの流量が窒素ガスの流量よりも少なければ、潤滑油中で良好な低摩擦性が維持されることが、分かった。

そして、図８のうちの比摩耗量に注目すると、試料１は１．５６×１０^−８であり、試料２は１．６２×１０^−８であり、試料３は１．５９×１０^−８である。即ち、試料１，試料２および試料３のいずれも、極めて高い耐摩耗性を呈することが、分かる。

なお、窒化炭素層５６を含む被膜５０の硬度は、種々の条件によって変わるが、例えば基板バイアス電圧Ｖｂによっても変わる。具体的には、図９に□印付きの太実線で示すように、基板バイアス電圧Ｖｂ（の絶対値）が大きいほど、被膜５０のヌープ硬度が向上する。これは、基板バイアス電圧Ｖｂが大きいほど、それぞれの被処理物１００の被処理面に入射するイオンの量が多くなると共に、当該イオンの入射エネルギが増大するからである。因みに、この図９に□印付きの太実線で示すデータは、窒化炭素層５６を形成するための成膜処理において、基板バイアス電圧Ｖｂ以外は試料１と同じ条件とされ、当該基板バイアス電圧Ｖｂが適宜に変更されたもののデータである。また、この図９には、比較対象のもののデータも◆印付きの太破線で示している。

この比較対象のデータは、フィラメント２２に対してカソード電力Ｅｃおよび放電用電力Ｅｄが非供給とされることによって、当該フィラメント２２が設けられていない状態、つまりアーク放電が誘起されない状態、が故意に作られ、この状態で、上述した脱ガス処理，放電洗浄処理，第１中間層としてのチタン層５２を形成するための成膜処理，第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理および主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理、が施されたもののデータである。具体的には、脱ガス処理については、本実施形態と同じ要領で行われる。そして、放電洗浄処理においては、アルゴンガスの流量が２００ｍＬ／ｍｉｎとされ、水素ガスの流量が５００ｍＬ／ｍｉｎとされ、真空槽１２内の圧力Ｐが５Ｐａとされる。併せて、基板バイアス電圧Ｖｂの平均値が−７００Ｖとされる。因みに、この基板バイアス電圧Ｖｂの平均値が−７００Ｖであるときの当該基板バイアス電圧Ｖｂのローレベル値は約−１０１６Ｖ（＝［−７００Ｖ−｛３７Ｖ×０．３｝］／０．７）である。また、このときの基板バイアス電力Ｅｂの電流成分である基板バイアス電流Ｉｂは、０．５Ａ程度である。上述したように、アーク放電が誘起される本実施形態においては、基板バイアス電流Ｉｂが約４Ａであることを鑑みると、この比較対象では、それぞれの被処理物１００に流れる電流が少ないこと、つまり当該被処理物１００の被処理面に入射されるイオンが少ないこと、ひいてはそれだけ大きな放電洗浄処理効果が小さいことが、想像できる。

この比較対象についての第１中間層としてのチタン層５２を形成するための成膜処理においては、アルゴンガスの流量が２００ｍＬ／ｍｉｎとされ、真空槽１２内の圧力Ｐが０．５Ｐａとされる。併せて、第２マグネトロンカソード４０に供給される第２スパッタ電力Ｅｓ’が８ｋＷとされ、被処理物１００，１００，…への基板バイアス電力Ｅｂの供給が停止される。この条件によって、厚さが０．２μｍのチタン層５２が形成される。

さらに、この比較対象についての第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理においては、アルゴンガスの流量が２００ｍＬ／ｍｉｎとされ、水素ガスの流量が５００ｍＬ／ｍｉｎとされ、ＴＭＳガスの流量が６０ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、真空槽１２内の圧力Ｐが６Ｐａとされる。加えて、基板バイアス電圧Ｖｂの平均値が−７００Ｖとされる。この条件によって、厚さが０．２μｍの炭化珪素層５４が形成される。

そして、この比較対象についての主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理においては、窒素ガスの流量が２００ｍＬ／ｍｉｎとされ、真空槽１２内の圧力Ｐが０．２Ｐａとされる。併せて、第１マグネトロンカソード１６に供給される第１スパッタ電力Ｅｓが６ｋＷとされ、基板バイアス電圧Ｖｂの平均値が−４００Ｖとされる。この条件による成膜処理が５時間にわたって行われることによって、厚さが１．８μｍの窒化炭素層５６が形成される。

このような比較対象によれば、図９に◆印付きの太破線で示すように、基板バイアス電圧Ｖｂが大きいほど、ヌープ硬度が向上するものの、図９に□印付きの太破線で示す本実施形態のものほど顕著ではない。しかも、基板バイアス電圧Ｖｂの平均値が−４００Ｖという比較的に大きめに設定された場合でも、当該ヌープ硬度は６００ＨＫであり、比較的に軟らかく、とりわけ摺動部品としては全く使用できないほどの軟らかさである。これは、比較対象においては、本実施形態に比べて、上述の如くそれぞれの被処理物１００に流れる電流が少ないこと、つまり当該被処理物１００の被処理面に照射されるイオンが少ないことによる。

この窒化炭素層５６を含む被膜５０の硬度は、真空槽１２内の圧力Ｐによっても変わる。具体的には、当該圧力Ｐが低いほど、被膜５０の硬度が向上する傾向にある。ただし、この圧力Ｐが低すぎると、プラズマ３００が不安定となり、極端には当該プラズマ３００が発生しなくなる。このことから、当該圧力Ｐは０．０１Ｐａ〜１Ｐａであるのが、好ましい。

以上のように、本実施形態によれば、潤滑油中で低摩擦性および高耐摩耗性を呈する窒化炭素層５６を含む被膜５０を形成することができる。このような被膜５０は、上述の従来技術で例示されているアジャスティングシムのような潤滑油中で使用される摺動部品用途に極めて好適である。

また、本実施形態によれば、それぞれの被処理物１００は自公転しながら成膜処理を施されるので、つまりそれぞれの被処理面と各ターゲット１６２および４０２との相対的な位置関係が逐次変化するので、上述の従来技術とは異なり、被処理面の形状が複雑な被処理物１００や被処理面の寸法が比較的に大きい被処理物１００にも適宜に対応することができる。さらに、本実施形態によれば、同時に複数の被処理物１００，１００，…を処理することができるので、生産性の飛躍的な向上が図られる。

なお、本実施形態は、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、本実施形態においては、第１マグネトロンカソード１６に供給される第１スパッタ電力Ｅｓとして、直流電力が採用されたが、これに限らず、高周波電力やパルス電力，高出力ハイインパルス電力が採用されてもよい。ここで、高周波電力とは、周波数が１３．５６ＭＨの正弦波電力である。そして、パルス電力とは、例えば接地電位を基準としてその電圧成分が正電位と負電位とに交互に遷移するバイポーラパルス電力、或いは、当該電圧成分が接地電位と負電位とに交互に遷移するユニポーラパルス電力であり、当該電圧成分の波形としては、矩形波のものが一般的であるが、それ以外の例えば三角波のものや鋸歯状波のものであってもよい。そして、高出力ハイインパルス電力とは、瞬間的（数μｓ〜数十μｓ程度の時間にわたって）かつ周期的に（数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数で）極めて大きな電力値（数十ｋＷ〜数百ｋＷ程度の電力値）を示すものであり、近年殊に注目されている。この高出力ハイインパルス電力によれば、アーク放電が誘起されなくても、スパッタされた粒子（ここでは炭素粒子）のイオン化が促進されることが知られている。従って、この高出力ハイインパルス電力とアーク放電とを組み合わせた言わばハイブリッド化によって、スパッタされた炭素粒子のイオン化のさらなる促進が期待され、ひいては窒化炭素層５６を含む被膜５０のさらなる高硬度化が期待され、加えて、成膜処理時の温度の低減や成膜速度のさらなる向上等が期待される。第２マグネトロンカソード４０に供給される第２スパッタ電力Ｅｓ’についても、同様である。

そして、被処理物１００，１００，…に供給される基板バイアス電力Ｅｂとして、バイポーラパルス電力が採用されたが、これに限らない。例えば、被処理物１００，１００，…が導電性物質である場合には、直流電力が採用されてもよい。ただし、被処理物１００，１００，…に含まれるガス等によって異常放電が生じる場合があるので、このような異常放電を防止する観点から、本実施形態で説明したバイポーラパルス電力が採用されるのが、好ましい。また、このバイポーラパルス電力以外のパルス電力や上述の高周波電力が採用されてもよい。

加えて、フィラメント２２については、垂直方向に延伸するように設けられたが、これに限らない。例えば、当該フィラメント２２は、水平方向に延伸するように設けられてもよい。ただし、被処理物１００，１００，…が上述の如く直線状に延伸する細長いものである場合には、これらの延伸方向に沿って一様な膜質分布および膜質分布が得られるようにするためにも、フィラメント２２は、当該被処理物１００，１００，…に沿って延伸するように設けられるのが、望ましい。

そして、フィラメント２２とターゲット１６２の被スパッタ面との間の距離Ｄは、上述の如く５ｍｍ〜５０ｍｍとされるのが、適当である。例えば、この距離Ｄが過度に小さいと、フィラメント２２とターゲット１６２の被スパッタ面とが互いに接触する虞があり、甚だ不都合である。とりわけ、フィラメント２２が熱変形した場合には、その虞が顕著になる。このことから、フィラメント２２とターゲット１６２の被スパッタ面との間の距離Ｄは、５ｍｍ以上であるのが、適当である。一方、当該距離Ｄが過度に大きいと、フィラメント２２の周囲の磁界が弱くなり、アーク放電の誘起が困難になる。このことから、当該距離Ｄは、５０ｍｍ以下であるのが、適当である。

さらに、複数のフィラメント２２が設けられてもよい。複数のフィラメント２２が設けられることによって、アーク放電の増強が図られ、つまりプラズマ３００のさらなる高密度化が図られ、ひいてはスパッタ粒子の活性化およびイオン化が促進される。なお、この場合も、それぞれのフィラメント２２とターゲット１６２の被スパッタ面との間の距離Ｄは、上述の如く５ｍｍ〜５０ｍｍとされるのが、肝要である。また、当該距離Ｄは、一様に揃えられることも、肝要である。

さらにまた、第１マグネトロンカソード１６の炭素製ターゲット１６２は、概略矩形平板状のものに限らず、例えば概略円板状のものであってもよく、極端には、その被スパッタ面が曲面状のものであってもよい。いずれにしても、この炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面と成膜対象となる被処理物１００の被処理面との間に、フィラメント２２が設けられることが、肝要である。そして、炭素製ターゲット１６（被スパッタ面）の形状に応じて、フィラメント２２もまた適宜の形状とされるのが、望ましい。第２マグネトロンカソード４０のチタン製ターゲット４０２についても、概略矩形平板状のものに限らず、概略円板状等の他の形状のものであってもよい。

そして特に、第１マグネトロンカソード１６については、複数設けられてもよい。この場合、真空槽１２の中心軸Ｘａの円周方向に沿って当該第１マグネトロンカソード１６が複数設けられるのが、好ましい。併せて、それぞれの第１マグネトロンカソード１６の炭素製ターゲット１６２の被スパッタ面の前方にフィラメント２２が設けられる。この構成によれば、窒化炭素層５６を含む被膜５０の形成速度のさらなる向上が図られ、ひいては生産性のさらなる向上が図られる。

また、第１中間層としてのチタン層５２に代えて、クロム（Ｃｒ）層が当該第１中間層として形成されてもよい。この場合、第２マグネトロンカソード４０のチタン製ターゲット４０２に代えて、クロム製のターゲットが用いられる。この第１中間層をチタン層５２およびクロム層のいずれにするのかについては、例えば被処理物１００の材質によって選定される。

加えて、第２中間層としての炭化珪素層５４を形成するための成膜処理において、ＴＭＳガスが用いられたが、シラン（ＳｉＨ_４）ガスやメチルシラン（ＳｉＨ_３（ＣＨ_３））等の当該ＴＭＳガス以外の有機珪素系ガスが採用されてもよい。ただし、安全性や費用等の観点から、ＴＭＳガスが最も適当である。

また、主層としての窒化炭素層５６を形成するための成膜処理において、当該窒化炭素層５６の形成速度の向上を図るためにアセチレンガスが導入されたが、当該アセチレンガス以外の炭化水素系ガスが導入されてもよい。この炭化水素系ガスとしては、アセチレンガスの他に、メタン（ＣＨ_４）ガスやエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガス，ベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）等があるが、安全性や費用等の観点から、当該アセチレンガスが最も適当である。また、窒化炭素層５６の形成速度の向上を図るには、炭素の組成比が大きい方が好ましいので、この点でも、アセチレンガスが適当である。

本実施形態は、摺動部品に限らず、金型等の当該摺動部品以外の用途にも適用することができる。

図５に示した積層構造の被膜５０は、飽くまでも一例であり、これ以外の構成の被膜が形成されてもよい。特に、被処理物１００が金属製でない場合、例えば当該被処理物１００が樹脂製である場合には、中間層が１つとされてもよく、極端には中間層が設けられなくてもよい場合もある。

１０ マグネトロンスパッタ装置
１２ 真空槽
１６ 第１マグネトロンカソード
２０ 第１スパッタ電源装置
２２ フィラメント
２４ カソード電源装置
２６ 放電用電源装置
３８ 基板バイアス電源装置
１００ 被処理物
１６２ 炭素製ターゲット
１６４ 磁石ユニット
３００ プラズマ

Claims (9)

1. 炭素製の概略矩形平板状のターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面とが互いに対向するように該ターゲットを有し該ターゲットを上記被スパッタ面を露出させた状態で覆い上記真空槽に電気的に接続されているアースシールドを有するマグネトロンカソードと、該被処理物とが、設けられた上記真空槽の内部に窒素ガスを導入するガス導入過程と、
   上記真空槽を陽極とし上記マグネトロンカソードを陰極としてこれら両者にスパッタ電力を供給することによって上記窒素ガスの粒子を放電させて、上記被スパッタ面の近傍にプラズマを発生させるスパッタ電力供給過程と、
   上記真空槽を陽極とし上記被処理物を陰極としてこれら両者にバイアス電力を供給するバイアス電力供給過程と、
   を具備し、上記スパッタ電力供給過程と上記バイアス電力供給過程と並行して、
   上記プラズマ中のイオンが上記被スパッタ面に衝突することによって該被スパッタ面から叩き出された炭素粒子と上記窒素ガスの粒子とを上記被処理面に付着させて該炭素粒子と該窒素ガスの粒子とを成分とする窒化炭素膜を該被処理面に形成する方法において、
   上記被スパッタ面と上記被処理面との間に上記ターゲットの長さ方向に沿って上記被スパッタ面と５ｍｍ乃至５０ｍｍの間隔をおいて設けられた１本の線状フィラメントに、熱電子放出用電力を供給することによって該フィラメントを加熱させて熱電子を放出させる熱電子放出過程と、
   上記真空槽を陽極とし上記フィラメントを陰極としてこれら両者に放電用電力を供給することによって上記熱電子を加速させて該フィラメントの周囲にアーク放電を誘起させるアーク放電誘起過程と、
   をさらに具備することを特徴とする、窒化炭素膜の形成方法。
2. 上記ガス導入過程においてさらにアルゴンガスを導入する、
   請求項１に記載の窒化炭素膜の形成方法。
3. 上記窒素ガスの流量と上記アルゴンガスの流量との総和に対する該窒素ガスの流量の比率は０．３以上である、
   請求項２に記載の窒化炭素膜の形成方法。
4. 上記真空槽の内部の圧力は０．０１Ｐａ〜１Ｐａである、
   請求項１〜３のいずれかに記載の窒化炭素膜の形成方法。
5. 上記ガス導入過程においてさらに炭化水素系ガスを導入する、
   請求項１〜４のいずれかに記載の窒化炭素膜の形成方法。
6. 上記炭化水素系ガスの流量は上記窒素ガスの流量よりも少ない、
   請求項５に記載の窒化炭素膜の形成方法。
7. 上記被処理物は金属製であり、
   上記被処理面に第１中間層としてのチタン層またはクロム層を形成する第１中間層形成過程と、
   上記第１中間層の上に第２中間層としての炭化珪素層を形成する第２中間層形成過程と、
   をさらに具備し、
   上記第２中間層の上に上記窒化炭素膜を形成する、
   請求項１〜６のいずれかに記載の窒化炭素膜の形成方法。
8. 上記被スパッタ面に上記被処理面の各部分が均等に対向するように該被スパッタ面と該被処理面との相対的な位置関係を変更する位置関係変更過程を、さらに具備する、
   請求項１〜７のいずれかに記載の窒化炭素膜の形成方法。
9. 複数の上記被処理物が設けられる、
   請求項１〜８のいずれかに記載の窒化炭素膜の形成方法。

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