(57)【要約】【課題】被加工材料の表面に所望の膜特性を有する皮膜を短時間で成膜することができる成膜装置、成膜方法及び成膜プログラムを提供する。【解決手段】導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を被加工材料に印加する負電圧印加部と、マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波パルスを拡大されたシース層へ伝搬させるマイクロ波供給口と、マイクロ波供給部と負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、制御部は、成膜中に供給されるマイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波１パルスの供給時間の比率であるデューティ比が変化するようにマイクロ波供給部を制御し、デューティ比は、第１デューティ比と第１デューティ比と異なる第２デューティ比とを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波パルスを拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波１パルスの供給時間の比率であるデューティ比が変化するように前記マイクロ波供給部を制御し、
前記デューティ比は、成膜される皮膜の膜特性が第１膜特性となる第１デューティ比と、成膜される皮膜の膜特性が前記第１膜特性と異なる第２膜特性となる第２デューティ比とを含むことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記制御部は、膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか１つを前記第１膜特性及び前記第２膜特性として前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記制御部は、成膜初期において、前記密着性が良くなる前記第１膜特性となる前記第１デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給し、成膜終期において、前記膜硬度が高くなる前記第２膜特性となる前記第２デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記被加工材料が配置された処理容器に少なくとも炭素と水素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、
前記制御部は、成膜終期において、少なくとも２つの異なる８０％以上の前記第２デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記被加工材料が配置された処理容器に炭素と水素と添加金属元素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、
前記制御部は、成膜初期において、成膜される皮膜に含まれる前記添加金属元素の含有量が高くなる前記第１デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記制御部は、７０％以下の前記第１デューティ比、及び８０％以上の前記第２デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御してダイヤモンドライクカーボン膜を成膜することを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１デューティ比に従う前記マイクロ波パルスの供給と前記第２デューティ比に従う前記マイクロ波パルスの供給との間に、７５％以下のデューティ比で前記マイクロ波パルスを供給して中間層膜を成膜するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記原料ガスは、添加金属元素を含み、
前記制御部は、前記マイクロ波供給部により前記マイクロ波パルスが供給されない期間に、前記負のバイアス電圧を印加するように前記負電圧印加部を制御することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項９】
前記被加工材料が配置された処理容器に炭素と水素と添加金属元素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、
前記制御部は、前記原料ガス及び前記不活性ガスの前記処理容器内に供給されるガス流量と前記処理容器から排気される排気量とが成膜中は一定となるように前記ガス供給部と前記排気部とを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１０】
発光波長における前記原料ガスのプラズマの発光強度を検出する発光強度検出部を備え、
前記制御部は、成膜中の前記原料ガスの消費量を一定にするように前記発光強度に基づいて前記デューティ比を調整し、この調整した前記デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
マイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を導電性を有する被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波パルスを前記被加工材料に伝搬させるマイクロ波供給口と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記制御部が実行する、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して前記マイクロ波供給工程で供給されるマイクロ波パルスを拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を備え、
前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部が成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波１パルスの供給時間の比率であるデューティ比を変化させるように制御し、
前記デューティ比は、成膜される皮膜の膜特性が第１膜特性となる第１デューティ比と、成膜される皮膜の膜特性が前記第１膜特性と異なる第２膜特性となる第２デューティ比とを含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項１２】
マイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を導電性を有する被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波パルスを前記被加工材料に伝搬させるマイクロ波供給口と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータに、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して前記マイクロ波供給工程で供給されるマイクロ波パルスを拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を実行させ、
前記制御工程において、成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波１パルスの供給時間の比率であるデューティ比を変化させるように前記マイクロ波供給部を制御するように実行させ、
前記デューティ比は、成膜される皮膜の膜特性が第１膜特性となる第１デューティ比と、成膜される皮膜の膜特性が前記第１膜特性と異なる第２膜特性となる第２デューティ比とを含むことを特徴とする成膜プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用い、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に皮膜を形成するための成膜装置、成膜方法及び成膜プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマを用い、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に皮膜を形成するための成膜装置に関し種々提案されている。
例えば、上述した被加工材料の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）成膜処理する技術が特許文献１等により知られている。
【０００３】
この特許文献１に開示された技術では、プラズマ生成装置がマイクロ波供給口である石英窓を通して処理容器内の被加工材料に向けマイクロ波を供給することにより、石英窓内面の周辺領域にプラズマが生成される。被加工材料は例えば棒状であり、石英窓内面から処理容器内に突出するように配置され、生成されたプラズマに覆われた被加工材料の石英窓内面の周辺部分にはシース層が生成される。続いて、マイクロ波の供給中に、プラズマ生成装置が被加工材料へ負のバイアス電圧を印加する。
【０００４】
この結果、被加工材料の表面に生成されたシース層は被加工材料の表面に沿って拡大する。また同時に、供給されたマイクロ波は、この拡大されたシース層に沿って高エネルギー密度の表面波として伝搬する。このとき、高エネルギー密度の表面波により石英窓内面周辺から離れた被加工材料の表面にもプラズマが生成され、シース層も生成される。この新たに生成されたシース層も負のバイアス電圧によって拡大され、この拡大されたシース層に沿ってマイクロ波が高エネルギー密度の表面波としてさらに伝搬する。これにより、被加工材料の石英窓周辺から離れた部分へ、すなわち、被加工材料の石英窓側の一端から処理容器内に突出した他端へとプラズマが伸長する。この結果、原料ガスが表面波によってプラズマ励起されて高密度プラズマとなり、被加工材料の表面全体にＤＬＣ成膜処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した特許文献１に開示された技術では、被加工材料の表面に成膜されるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜の膜厚方向の膜硬度、密着性、摩擦特性等の膜特性を変化させるためには、処理容器内の原料ガスのガス流量又は圧力を変化させて成膜する方法が考えられる。しかしながら、処理容器内の原料ガスのガス流量又は圧力が安定化するまでに必要な安定化時間が、マイクロ波を供給する成膜時間に対して長時間となり、高速成膜できるにもかかわらず、成膜処理時間が長時間になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、被加工材料の表面に所望の膜特性を有する皮膜を短時間で成膜することができる成膜装置、成膜方法及び成膜プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため請求項１に係る成膜装置は、導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波パルスを拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波１パルスの供給時間の比率であるデューティ比が変化するように前記マイクロ波供給部を制御し、前記デューティ比は、成膜される皮膜の膜特性が第１膜特性となる第１デューティ比と、成膜される皮膜の膜特性が前記第１膜特性と異なる第２膜特性となる第２デューティ比とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る成膜装置は、請求項１に記載の成膜装置において、前記制御部は、膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか１つを前記第１膜特性及び前記第２膜特性として前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る成膜装置は、請求項２に記載の成膜装置において、前記制御部は、成膜初期において、前記密着性が良くなる前記第１膜特性となる前記第１デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給し、成膜終期において、前記膜硬度が高くなる前記第２膜特性となる前記第２デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に係る成膜装置は、請求項３に記載の成膜装置において、前記被加工材料が配置された処理容器に少なくとも炭素と水素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、前記制御部は、成膜終期において、少なくとも２つの異なる８０％以上の前記第２デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る成膜装置は、請求項３又は請求項４に記載の成膜装置において、前記被加工材料が配置された処理容器に炭素と水素と添加金属元素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、前記制御部は、成膜初期において、成膜される皮膜に含まれる前記添加金属元素の含有量が高くなる前記第１デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る成膜装置は、請求項５に記載の成膜装置において、前記制御部は、７０％以下の前記第１デューティ比、及び８０％以上の前記第２デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御してダイヤモンドライクカーボン膜を成膜することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に係る成膜装置は、請求項６に記載の成膜装置において、前記制御部は、前記第１デューティ比に従う前記マイクロ波パルスの供給と前記第２デューティ比に従う前記マイクロ波パルスの供給との間に、７５％以下のデューティ比で前記マイクロ波パルスを供給して中間層膜を成膜するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に係る成膜装置は、請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の成膜装置において、前記原料ガスは、添加金属元素を含み、前記制御部は、前記マイクロ波供給部により前記マイクロ波パルスが供給されない期間に、前記負のバイアス電圧を印加するように前記負電圧印加部を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に係る成膜装置は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の成膜装置において、前記被加工材料が配置された処理容器に炭素と水素と添加金属元素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、前記制御部は、前記原料ガス及び前記不活性ガスの前記処理容器内に供給されるガス流量と前記処理容器から排気される排気量とが成膜中は一定となるように前記ガス供給部と前記排気部とを制御することを特徴とする。
【００１７】
更に、請求項１０に係る成膜装置は、請求項９に記載の成膜装置において、発光波長における前記原料ガスのプラズマの発光強度を検出する発光強度検出部を備え、前記制御部は、成膜中の前記原料ガスの消費量を一定にするように前記発光強度に基づいて前記デューティ比を調整し、この調整した前記デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１に係る成膜方法は、マイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を導電性を有する被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波パルスを前記被加工材料に伝搬させるマイクロ波供給口と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、前記制御部が実行する、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して前記マイクロ波供給工程で供給されるマイクロ波パルスを拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を備え、前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部が成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波１パルスの供給時間の比率であるデューティ比を変化させるように制御し、前記デューティ比は、成膜される皮膜の膜特性が第１膜特性となる第１デューティ比と、成膜される皮膜の膜特性が前記第１膜特性と異なる第２膜特性となる第２デューティ比とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２に係る成膜プログラムは、マイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を導電性を有する被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波パルスを前記被加工材料に伝搬させるマイクロ波供給口と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータに、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して前記マイクロ波供給工程で供給されるマイクロ波パルスを拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を実行させ、前記制御工程において、成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波１パルスの供給時間の比率であるデューティ比を変化させるように前記マイクロ波供給部を制御するように実行させ、前記デューティ比は、成膜される皮膜の膜特性が第１膜特性となる第１デューティ比と、成膜される皮膜の膜特性が前記第１膜特性と異なる第２膜特性となる第２デューティ比とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る成膜装置、請求項１１に係る成膜方法、及び請求項１２に係る成膜プログラムでは、成膜される皮膜の膜特性が第１膜特性となる第１デューティ比と、成膜される皮膜の膜特性が前記第１膜特性と異なる第２膜特性となる第２デューティ比とを含むデューティ比でマイクロ波パルスを供給する。これにより、被加工材料の表面に第１膜特性を有する皮膜と、第１膜特性と異なる第２膜特性を有する皮膜とを含む皮膜を短時間で成膜することができる。従って、被加工材料の表面に、膜厚方向の膜特性が変化する所望の膜特性を有する皮膜を短時間で成膜することができる。
【００２１】
また、請求項２に係る成膜装置では、制御部は、膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか１つを第１膜特性及び第２膜特性として、第１膜特性となる第１デューティ比と、第２膜特性となる第２デューティ比でマイクロ波パルスを供給するようにマイクロ波供給部を制御する。これにより、被加工材料の表面に、膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか１つである第１膜特性を有する皮膜、及び第１膜特性と異なる第２膜特性を有する皮膜とを含む皮膜を短時間で成膜することができる。従って、被加工材料の表面に、膜厚方向に膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか１つの膜特性が変化する所望の膜特性を有する皮膜を短時間で成膜することができる。
【００２２】
また、請求項３に係る成膜装置では、被加工材料の表面に、成膜初期において、密着性が良くなる第１膜特性の皮膜が成膜され、成膜終期において、膜硬度が高くなる第２膜特性の皮膜が成膜される。これにより、被加工材料に対する密着性が良く、且つ、耐摩耗性の良い皮膜を成膜することができる。
【００２３】
また、請求項４に係る成膜装置では、成膜終期において、膜硬度が変化するダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」という。）膜が、被加工材料の表面に複数層積層されるため、耐摩耗性に優れ、且つ、低摩擦のＤＬＣ膜を成膜することができる。
【００２４】
また、請求項５に係る成膜装置では、皮膜に含まれる添加金属元素の含有量が高くなる第１デューティ比でマイクロ波パルスが供給される。これにより、被加工材料の表面との密着性の良いＤＬＣ膜を成膜することができる。
【００２５】
また、請求項６に係る成膜装置では、成膜初期において、７０％以下の第１デューティ比でマイクロ波パルスが供給され、成膜終期において、８０％以上の第２デューティ比でマイクロ波パルスが供給される。これにより、被加工材料の表面に、密着性が良く、且つ、膜硬度が高くて耐摩耗性に優れたＤＬＣ膜を成膜することができる。
【００２６】
また、請求項７に係る成膜装置では、第１デューティ比に従うマイクロ波パルスの供給と第２デューティ比に従うマイクロ波パルスの供給との間に、７５％以下のデューティ比でマイクロ波パルスが供給されて、被加工材料の処理表面に中間層膜が成膜される。これにより、ＤＬＣ膜を中間層膜に積層して形成することができ、ＤＬＣ膜の密着性を更に良くすることができる。
【００２７】
また、請求項８に係る成膜装置では、マイクロ波供給部によりマイクロ波パルスが供給されない期間に、負のバイアス電圧が被加工材料に印加される。これにより、添加金属元素の含有量の高い皮膜が成膜される。従って、被加工材料と皮膜との密着性を更に高めることができる。
【００２８】
また、請求項９に係る成膜装置では、炭素と水素と添加金属元素とを有する原料ガスと不活性ガスの処理容器内に供給されるガス流量と、処理容器から排気される排気量とが成膜中は一定である。これにより、被加工材料の表面に沿って生成されるプラズマ放電を安定させ、被加工材料の表面に成膜される皮膜の膜特性を安定化させることができる。
【００２９】
更に、請求項１０に係る成膜装置では、発光強度検出部によって検出された発光波長における原料ガスのプラズマの発光強度に基づいて、原料ガスの消費量を一定にするようにマイクロ波パルスのデューティ比が調整される。これにより、原料ガスのガス流量に経時変化等によって誤差が生じても、マイクロ波パルスのデューティ比が調整されて、所望の膜特性を有する皮膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】マイクロ波パルスの波形、及び負のバイアス電圧パルスの波形の模式図である。
【図４】負のバイアス電圧を一定電圧にしたときにおけるプラズマの電子密度とシース層のシース厚さの解析結果の一例を示す図である。
【図５】マイクロ波パルスのデューティ比を変化させたときにおけるＤＬＣ膜の膜硬度及びＳｉ／Ｃ比の実験結果の一例を示す図である。
【図６】制御部のＲＯＭ又はＨＤＤに格納されるクリーニングデータテーブルの一例を示す図である。
【図７】制御部のＲＯＭ又はＨＤＤに格納される中間層成膜データテーブルの一例を示す図である。
【図８】制御部のＲＯＭ又はＨＤＤに格納されるＤＬＣ層成膜データテーブルの一例を示す図である。
【図９】制御部のＣＰＵが実行する「成膜処理」を示すフローチャートである。
【図１０】ワーク種類がＡ〜Ｇの被加工材料の成膜条件を説明する説明図である。
【図１１】図１０の成膜条件で被加工材料の表面に成膜されたＤＬＣ膜の一例を示す模式図である。
【図１２】ワーク種類がＨの被加工材料の成膜条件を説明する説明図である。
【図１３】図１２のＸ１部分を拡大して示す図である。
【図１４】図１２の成膜条件で被加工材料の表面に成膜されたＤＬＣ膜の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る成膜装置について具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係る成膜装置１の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。
【００３２】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る成膜装置１は、処理容器２、真空ポンプ３、ガス供給部５、及び制御部６等から構成されている。処理容器２は、ステンレス等の金属製であって、気密構造の処理容器で、電気的に接地されている。真空ポンプ３は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２の内部を真空排気可能なポンプである。処理容器２の内部には、成膜対象である導電性を有する被加工材料８が、ステンレス等で形成された導電性を有する保持具９により保持されている。
【００３３】
被加工材料８の材質は、導電性を有していれば、特に限定されるものではないが、本実施形態では、被加工材料８は、浸炭焼き入れされた表面硬度６〜８ＧＰａの低温焼戻し鋼であり、ＳＣＭ４１５等が考えられる。ここで低温焼戻し鋼とは、ＪＩＳ  Ｇ４０５１（機械構造用炭素鋼鋼材）、Ｇ４４０１（炭素工具鋼鋼材）、Ｇ４４−４（合金工具用鋼材）、又はマルエージング鋼材などの材料である。被加工材料は、低温焼戻し鋼以外にも、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされているものでもよい。
【００３４】
ガス供給部５は、処理容器２の内部に成膜用の原料ガスと不活性ガスとを供給する。具体的には、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＸｅなどの不活性ガスとＣＨ4、ＣＨ2、Ｃ2Ｈ2、又はＴＭＳ（テトラメチルシラン）等の原料ガスとが供給される。本実施形態では、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、及びＴＭＳの原料ガスにより被加工材料８がＤＬＣ成膜処理されるとして説明する。
【００３５】
また、ガス供給部５から供給される原料ガス、および不活性ガスの流量、および圧力が後述するＣＰＵ３１により制御されてもよいし、作業者により制御されてもよい。また、原料ガスは、アルキン、アルケン、アルカン、芳香族化合物などのＣＨ結合を有する化合物、または炭素が含まれる化合物が含まれるガスであればよい。また、Ｈ2が原料ガスに含まれてもよい。
【００３６】
処理容器２の内部に保持された被加工材料８に対してＤＬＣ成膜処理を行うためのプラズマが発生される。このプラズマは、マイクロ波パルス制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、負電圧電源１５、及び負電圧パルス発生部１６により発生される。本実施形態では、特開２００４−４７２０７号公報に開示された方法（以下、「ＭＶＰ法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｓｈｅａｔｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  Ｐｌａｓｍａ法）」という。）により表面波励起プラズマが発生されるとして説明する。以降の記載では、ＭＶＰ法を説明する。
【００３７】
マイクロ波パルス制御部１１は制御部６の指示に従い、パルス信号を発振し、この発振したパルス信号をマイクロ波発振器１２へ供給する。マイクロ波発振器１２は、マイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源１３は、制御部６の指示従い、指示された出力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器１２へ電力を供給する。つまり、マイクロ波発振器１２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、パルス状のマイクロ波パルスで供給する。
【００３８】
そして、マイクロ波パルスは、マイクロ波発振器１２から不図示のアイソレータ及びチューナー、導波管１７、及び石英などのマイクロ波を透過する誘電体等からなるマイクロ波供給口１８を経由し、保持具９及び被加工材料８の処理表面に供給される。アイソレータは、マイクロ波の反射波がマイクロ波発振器１２へ戻ることを防ぐものである。チューナーは、マイクロ波の反射波が最小になるようにチューナー前後のインピーダンスを整合するものである。
【００３９】
マイクロ波供給口１８の上端面１８Ａを除く外周面は、ステンレス等の金属で形成された側面電極２１で被覆されている。側面電極２１は、処理容器２の内側面に各ネジ２２によって取り付けられ、電気的に処理容器２に接続されている。各ネジ２２の上端面は、側面電極２１の上端面とほぼ同じ高さか、若しくは、側面電極２１の上端面よりも僅かに低い高さになるように、つまり、側面電極２１の表面部から突出しないように設けられている。
【００４０】
マイクロ波供給口１８の上端面１８Ａを除く外周面が側面電極２１で被覆されているので、マイクロ波供給口１８に供給されたマイクロ波パルスによって、保持具９が設けられた上端面１８Ａ付近にマイクロ波が伝搬して、被加工材料８の処理表面に沿ってプラズマが生成される。また、被加工材料８の保持具９に対して反対側の部分は、マイクロ波供給口１８に対して処理容器２の内側に向かって突出するように配置され、負のバイアス電圧パルスを印加するための負電圧電極２５が電気的に接続されている。
【００４１】
負電圧電源１５は、制御部６の指示に従い、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、負電圧電源１５から供給された負のバイアス電圧をパルス化する。このパルス化の処理は、負電圧パルス発生部１６が制御部６の指示に従い、負のバイアス電圧パルスの大きさ、周期、及び、デューティ比を制御する処理である。このパルス状の負のバイアス電圧である負のバイアス電圧パルスが、処理容器２の内部に保持された被加工材料８に負電圧電極２５を介して印加される。
【００４２】
即ち、被加工材料８が、金属基材の場合、又はセラミック、又は樹脂に導電性の金属材料がコーティングされた場合であっても、被加工材料８の少なくとも処理表面全域に負のバイアス電圧パルスが印加される。また、保持具９が導電性材料で形成される場合は、その表面全域にも被加工材料８を介して負のバイアス電圧パルスが印加される。
【００４３】
図３に示すように、発生されたマイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの少なくとも一部が同一時間に印加されるように制御されることにより、図１に示すように、表面波励起プラズマ２８が発生される。マイクロ波は２．４５ＧＨｚに限らず、０．３ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの周波数であればよい。負電圧電源１５、および負電圧パルス発生部１６が本発明の負電圧印加部の一例である。
【００４４】
マイクロ波パルス制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、不図示のアイソレータ及びチューナー、及び導波管１７が本発明のマイクロ波供給部の一例である。尚、成膜装置１は負電圧電源１５、および負電圧パルス発生部１６を備えたが、正電圧電源、および正電圧パルス発生部を備えても良い。
【００４５】
処理容器２の側壁に設けられた石英窓２７の外側近傍の位置に、原料ガスによる被加工材料８の周辺に発生した表面波励起プラズマ２８の発光波長の発光強度を検出するプラズマ発光検出器２９が配置されている。そして、プラズマ発光検出器２９は、被加工材料８の周辺に発生した表面波励起プラズマ２８の発光波長の発光強度を検出して、制御部６に出力する。
【００４６】
図２に示すように、制御部６は、負電圧電源１５とマイクロ波電源１３に制御信号を出力してマイクロ波パルスの印加電力と負電圧パルスの印加電圧を制御する。制御部６は、負電圧パルス発生部１６及びマイクロ波パルス制御部１１に制御信号を出力することによって、負電圧パルス発生部１６から発生されるパルス状の負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、供給電圧、デューティ比、及びマイクロ波発振器１２から発生されるマイクロ波パルスの供給タイミング、デューティ比、及び供給電力を制御する。
【００４７】
制御部６は、ガス供給部５に流量制御信号を出力して原料ガス及び不活性ガスの供給を制御する。制御部６は、処理容器２に取り付けられた真空計２６から入力される処理容器２内の圧力を表す圧力信号に基づいて、制御信号を圧力調整バルブ７に出力する。この制御信号が入力された圧力調整バルブ７は、この制御信号に含まれる圧力信号に基づいて、バルブ開度を調節することにより、処理容器２内の圧力を制御する。
【００４８】
制御部６は、プラズマ発光検出器２９から入力される表面波励起プラズマ２８の発光波長の発光強度に基づいて、負電圧パルス発生部１６から発生されるパルス状の負のバイアス電圧パルスの供給電圧、デューティ比、及びマイクロ波発振器１２から発生されるマイクロ波パルスのデューティ比、及び供給電力を制御する。制御部６は、処理容器２に取り付けられた開閉センサ２４から入力されるオン信号、及びオフ信号に基づいて、処理容器２内に被加工材料８がセットされて密閉状態になったか否かを判定する。尚、開閉センサ２４からオン信号が入力された場合に、制御部６は、処理容器２内に被加工材料８がセットされて密閉状態になったと判定する。
【００４９】
制御部６は、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、ハードディスクドライブ（以下、「ＨＤＤ」という。）３４、時間を計測するタイマ３５等を備え、コンピュータから構成される。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２等の揮発性記憶装置に種々の情報を一時記憶し、図９に示す成膜処理等のプログラムを実行して、成膜装置１の全体の制御を行う。ＲＯＭ３３とＨＤＤ３４は、不揮発性記憶装置であり、図９に示す成膜処理等のプログラム、図３に示すマイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスの印加タイミングを示す情報、図６乃至図８に示す各データテーブル４１〜４３等を記憶している。
【００５０】
制御部６には、圧力調整バルブ７、開閉センサ２４、真空計２６、プラズマ発光検出器２９、負電圧電源１５、負電圧パルス発生部１６、マイクロ波パルス制御部１１、ガス供給部５、及びマイクロ波電源１３が電気的に接続されている。図９に示す成膜処理のプログラムは、図示しないドライバによりＣＤ−ＲＯＭ、またはＤＶＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体から読み込まれてもよいし、図示しないインターネットなどのネットワークからダウンロードされてもよい。
【００５１】
［表面波励起プラズマの説明］
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、ある程度以上の電子（イオン）密度におけるプラズマと、これに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、この界面に電磁波のエネルギーが集中した状態で表面波として伝播される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギー密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性材料に換えた場合、導電性材料は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝播及びプラズマ励起を生ずることはできない。
【００５２】
一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、いわゆるシース層が形成される。物体が、負のバイアス電圧を加えた導電性を有する被加工材料８の場合、シース層とは電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯においてはほぼ比誘電率ε≒１の層である。このため、印加する負のバイアス電圧の絶対値を例えば−１００Ｖの絶対値より大きくすることによりシース層のシース厚さを厚くできる。すなわちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。
【００５３】
従って、被加工材料８を保持する保持具９の一端に近接して配置されたマイクロ波供給口１８からマイクロ波が供給され、かつ被加工材料８及び保持具９に負のバイアス電圧が印加されると、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝搬する。この結果、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。この高密度励起プラズマが、上述した表面波励起プラズマ２８である。
【００５４】
このような被加工材料８の表面の近傍での表面波励起による高密度プラズマの電子密度は１０11ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3に達する。このＭＶＰ法を用いたプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合は、通常の負のバイアス電圧エネルギーのプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合よりも１桁から２桁高い成膜速度３〜３０（ナノｍ／秒）以上が得られる。この結果、ＭＶＰ法によるプラズマＣＶＤの成膜時間は通常のプラズマＣＶＤの成膜時間の１／１０〜１／１００となる。
【００５５】
ここで、マイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスの印加タイミングの一例について図３に基づいて説明する。
図３に示すように、マイクロ波パルス３８の周期は、Ｔ３（秒）である。マイクロ波パルス３８の１パルス毎の供給時間は、Ｔ２（秒）である。従って、マイクロ波パルス３８の周期に対するマイクロ波パルス３８の１パルス毎の供給時間の比率であるデューティ比は、Ｔ２／Ｔ３である。後述のように、制御部６のＣＰＵ３１は、成膜中に供給されるマイクロ波パルス３８のデューティ比Ｔ２／Ｔ３を変化させるようにマイクロ波パルス制御部１１を制御する。
【００５６】
また、負のバイアス電圧パルス３９の周期は、マイクロ波パルス３８の周期と同じ周期で、Ｔ３（秒）である。例えば、マイクロ波パルス３８と負のバイアス電圧パルス３９の周期Ｔ３は２（ミリ秒）である。即ち、マイクロ波パルス３８と負のバイアス電圧パルス３９の周波数は５００Ｈｚである。負のバイアス電圧パルス３９の印加時間は、（Ｔ４−Ｔ１）（秒）である。従って、負のバイアス電圧パルス３９の周期に対する負のバイアス電圧パルス３９の１パルス毎の印加時間の比率であるデューティ比は、（Ｔ４−Ｔ１）／Ｔ３である。後述のように、制御部６のＣＰＵ３１は、成膜中に供給される負のバイアス電圧パルス３９のデューティ比は、ほぼ一定となるように負電圧パルス発生部１６を制御する。
【００５７】
そして、負のバイアス電圧パルス３９の印加タイミングは、マイクロ波パルス３８の供給開始タイミングよりもＴ１（秒）だけ遅延するように設定されている。つまり、マイクロ波パルス３８が立ち上がり、電力が安定した後に、負のバイアス電圧パルス３９が印加されるように設定されている。例えば、遅延時間Ｔ１＝８（マイクロ秒）である。遅延時間Ｔ１（秒）を示す情報は、制御部６のＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。各時間Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４（秒）を示す情報は、制御部６のＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に格納される各データテーブル４１〜４３に記憶されているデータからＣＰＵ３１により算出される。
【００５８】
次に、負のバイアス電圧を一定電圧にしたときにおける、プラズマの電子密度とシース層のシース厚さとの関係について図４に基づいて説明する。尚、負のバイアス電圧は、０Ｖ、−２００Ｖ、−４００Ｖとし、プラズマ電位を＋３０Ｖとした。従って、プラズマ電位に対する被加工材料８の電位であるシース電位が約−３０Ｖ、約−２３０Ｖ、約−４３０Ｖのそれぞれについてプラズマの電子密度とシース層のシース厚さとを解析した。
【００５９】
図４に示すように、例えば、プラズマの電子密度が５×１０11ｃｍ-3では、負のバイアス電圧が０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．１ｍｍであり、負のバイアス電圧が−２００Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．５ｍｍであり、負のバイアス電圧が−４００Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．９ｍｍである。また、プラズマの電子密度が１０12ｃｍ-3では、負のバイアス電圧が０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．０６ｍｍであり、負のバイアス電圧が−２００Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．４ｍｍであり、負のバイアス電圧が−４００Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．６ｍｍである。
【００６０】
従って、プラズマの電子密度が一定の場合には、負のバイアス電圧が大きくなるに従って、シース層のシース厚さは大きくなる。つまり、マイクロ波パルスの出力電力をほぼ一定にしてプラズマの電子密度をほぼ一定にした場合には、負のバイアス電圧を所定電圧で一定に設定することによって、シース層のシース厚さをほぼ所定の厚さに維持することができる。
【００６１】
マイクロ波パルス３８のデューティ比を変化させたときにおける、ＤＬＣ膜の膜硬度及びＤＬＣ膜に含まれる炭素Ｃに対する添加金属元素Ｓｉの比率の実験結果の一例を図５に基づいて説明する。この実験結果は、後述する「ワーク種類」がＨに対応するＤＬＣ成膜と同様の成膜条件で、マイクロ波パルスのデューティ比を０％から９０％までのいずれかの値にして、得られたデータに基づく。
【００６２】
被加工材料８は、円柱状に形成されている。マイクロ波パルス３８の供給電力は１ｋＷとした。負のバイアス電圧は−２００Ｖとした。マイクロ波パルス３８及び負のバイアス電圧パルス３９の周期は２（ミリ秒）とした。負のバイアス電圧パルス３９のデューティ比は９０％とした。被加工材料８の処理表面に成膜されたＤＬＣ膜の膜硬度は、株式会社エリオニクス製の超微小押し込み硬さ試験機ＥＮＴ−１１００ａで測定し、このＤＬＣ膜に含まれる炭素Ｃに対する添加金属元素Ｓｉの比率（以下、「Ｓｉ／Ｃ比」という。）は、エネルギー分散型Ｘ線分光法で測定したデータから解析された。
【００６３】
図５に示すように、マイクロ波パルス３８のデューティ比を、０％から９０％まで変化させ、被加工材料８の処理表面に成膜されたＤＬＣ膜の膜硬度と、Ｓｉ／Ｃ比をそれぞれ測定した。例えば、マイクロ波パルス３８のデューティ比が０％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度は１７．８ＧＰａで、Ｓｉ／Ｃ比は１２０ａｔｏｍｉｃ％（以下「ａｔ．％」という。）であった。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が１０％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度は２４．４ＧＰａで、Ｓｉ／Ｃ比は７１ａｔ．％であった。
【００６４】
また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が２５％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度は２５．６ＧＰａで、Ｓｉ／Ｃ比は３１ａｔ．％であった。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が６０％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度は２５．８ＧＰａで、Ｓｉ／Ｃ比は２９ａｔ．％であった。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が７０％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度は２５ＧＰａで、Ｓｉ／Ｃ比は１１．１ａｔ．％であった。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が８０％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度は２５．６ＧＰａで、Ｓｉ／Ｃ比は１１．１ａｔ．％であった。更に、マイクロ波パルス３８のデューティ比が９０％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度は３０．３ＧＰａで、Ｓｉ／Ｃ比は１１ａｔ．％であった。
【００６５】
従って、マイクロ波パルス３８のデューティ比が０％場合には、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が高く、膜硬度が低くなり、被加工材料８の硬度との硬度差が小さくなる。この結果、被加工材料８との密着性が良いＤＬＣ膜が成膜されている。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が０％を超えて１０％までの場合には、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が急激に減少すると共に、膜硬度が急激に上昇している。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が１０％を超えて２５％までの場合には、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量は急激に減少しているが、膜硬度は２４．４ＧＰａから２５．６ＧＰａまで緩やかに上昇している。
【００６６】
そして、マイクロ波パルス３８のデューティ比が２５％を超えて６０％までの場合には、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量は約３０ａｔ．％で一定となり、膜硬度も２５．６〜２５．８ＧＰａでほぼ一定である。これは、原料ガスの消費量がほぼ安定しているため、ＤＬＣ膜の膜硬度が約２５．７ＧＰａで一定となっている。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が６０％を超えて７０％までの場合には、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量は約１１ａｔ．％まで急激に減少しているが、膜硬度は２５ＧＰａ〜２５．６ＧＰａである。
【００６７】
また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が７０％を超えて８０％までの場合には、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量は約１１ａｔ．％で、膜硬度は２５ＧＰａ〜２５．６ＧＰａである。従って、マイクロ波パルス３８のデューティ比が２０％〜８０％の場合には、膜硬度が中程度のＤＬＣ膜が成膜されている。また、マイクロ波パルス３８のデューティ比が７０％を超えて８０％までの場合には、添加金属元素Ｓｉの含有量が少なくなり、密着性のよいＤＬＣ膜が成膜される。
【００６８】
そして、マイクロ波パルス３８のデューティ比が８０％を超えて９０％までの場合には、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量は約１１ａｔ．％で一定となっているが、膜硬度は２５ＧＰａから約３０ＧＰａまで急激に上昇している。これは、原料ガスの消費が早くなり、表面波励起プラズマ２８中の不活性ガスのイオン衝撃によってＤＬＣ膜の膜硬度が上昇しているからである。従って、マイクロ波パルス３８のデューティ比が８０％〜９０％の場合には、ＤＬＣ膜の膜硬度が高くなり、耐摩耗性の良いＤＬＣ膜が成膜されている。
【００６９】
このようにガス圧力を一定に保ち成膜しても、膜硬度、およびＳｉ／Ｃ比が変化するのは、成膜速度が３〜３０（ナノｍ／秒）以上と通常のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜よりも１桁から２桁高いため、処理表面において、一時的に炭素、及び水素を含むガス、及び添加金属元素Ｓｉを含む添加ガスの枯渇が生じ、膜組成、及び膜堆積とイオン衝撃との割合が変化するためである。
【００７０】
マイクロ波パルス３８のデューティ比が高くなると原料ガスの枯渇が進みやすく、図５のような実験結果が得られる。なお、枯渇状態とは設定された流量、ガス圧において被加工材料８の処理表面に被加工材料８の周囲から供給される原料ガス、及び添加ガスの供給量よりも高速成膜で消費される消費量の方が多く、被加工材料８の処理表面において、原料ガス、及び添加ガスが不足している状態である。本発明では、被加工材料８の周囲のプラズマ密度が高いので、被加工材料８の処理表面近傍での原料ガス、及び添加ガスの消費量が大きくなる。
【００７１】
次に、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されているクリーニングデータテーブル４１の一例について図６に基づいて説明する。このクリーニングデータテーブル４１には、図９の各ステップ１４〜１６において、ＣＰＵ３１が実行するイオンクリーニングのイオンクリーニング条件が記憶されている。
【００７２】
図６に示すように、クリーニングデータテーブル４１は、被加工材料８の種類を表す「ワーク種類」と、「ワーク種類」に対応する「イオンクリーニング条件」と、イオンクリーニングの開始前に、真空ポンプ３で排気する処理容器２の内部の真空度を表す「到達真空度（Ｐａ）」とから構成されている。「ワーク種類」には、被加工材料８の全種類に対して共通である旨が記憶されている。また、イオンクリーニング条件は、「負のバイアス電圧（Ｖ）」、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」、「マイクロ波パルスデューティ比（％）」、「ガス流量（ｓｃｃｍ）」、「圧力（Ｐａ）」、「処理時間（ｓｅｃ）」とから構成されている。
【００７３】
「負のバイアス電圧（Ｖ）」には、負のバイアス電圧パルス３９の印加電圧が記憶されている。「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」には、負のバイアス電圧パルス３９のデューティ比が記憶されている。「マイクロ波出力（ｋＷ）」には、マイクロ波パルス３８の供給電力が記憶されている。「マイクロ波パルスデューティ比（％）」には、マイクロ波パルス３８のデューティ比が記憶されている。
【００７４】
「ガス流量（ｓｃｃｍ）」には、不活性ガスＡｒと、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＴＭＳの各原料ガスの順にガス流量（ｓｃｃｍ）が記憶されている。「圧力（Ｐａ）」には、イオンクリーニング時の処理容器２内の不活性ガスＡｒの圧力が記憶されている。「処理時間（ｓｅｃ）」には、イオンクリーニング処理を行う処理時間が記憶されている。
【００７５】
次に、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている中間層成膜データテーブル４２の一例について図７に基づいて説明する。この中間層成膜データテーブル４２には、図９の各ステップ１７〜１９において、ＣＰＵ３１が実行する中間層成膜の中間層成膜条件が記憶されている。
【００７６】
図７に示すように、中間層成膜データテーブル４２は、被加工材料８の種類を表す「ワーク種類」と、「ワーク種類」に対応する「中間層成膜条件」とから構成されている。「ワーク種類」には、被加工材料８の各種類Ａ〜Ｈが記憶されている。また、中間層成膜条件は、「負のバイアス電圧（Ｖ）」、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」、「ガス流量（ｓｃｃｍ）」、「圧力（Ｐａ）」、「成膜時間（ｓｅｃ）」、「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」とから構成されている。
【００７７】
「負のバイアス電圧（Ｖ）」、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」、「ガス流量（ｓｃｃｍ）」は、数値は異なるが、上記クリーニングデータテーブル４１と同様のデータが記憶されている。「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」には、マイクロ波パルス３８の供給開始時におけるデューティ比が記憶されている。
【００７８】
この「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」には、Ｓｉ／Ｃ比が約３０ａｔ．％となる、つまり、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が比較的多くなる約６０％のマイクロ波パルス３８のデューティ比が記憶されている。この「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」には、６０％以下のマイクロ波パルス３８のデューティ比が記憶されていればよい。
【００７９】
「圧力（Ｐａ）」には、中間層成膜時の処理容器２の内部の不活性ガスＡｒ及び原料ガスの圧力（全圧）が記憶されている。「成膜時間（ｓｅｃ）」には、図１１に示す中間層膜４６を成膜する成膜処理時間が記憶されている。「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」には、マイクロ波パルス３８と負のバイアス電圧パルス３９の周波数（Ｈｚ）が記憶されている。
【００８０】
尚、制御部６のＣＰＵ３１は、「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」に記憶されている周波数（Ｈｚ）からマイクロ波パルス３８と負のバイアス電圧パルス３９のそれぞれの周期Ｔ３（秒）を算出してＲＡＭ３２に記憶する。また、中間層の成膜処理終了時において、Ｓｉ／Ｃ比が約１１ａｔ．％になる、つまり、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が比較的少なくなるマイクロ波パルス３８の「最終デューティ比（％）」として、７５％以下、例えば、７０％から７５％までのいずれかの値の「中間層最終デューティ比（％）」がＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に予め記憶されている。
【００８１】
次に、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されているＤＬＣ層成膜データテーブル４３の一例について図８に基づいて説明する。このＤＬＣ層成膜データテーブル４３には、図９の各ステップ２０〜２２において、ＣＰＵ３１が実行するＤＬＣ層成膜のＤＬＣ層成膜条件が記憶されている。尚、ＤＬＣ層膜の成膜処理終了時における、マイクロ波パルス３８の「最終デューティ比（％）」として膜硬度が３０ＧＰａ以上になる９０％の「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」がＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に予め記憶されている。ここで、「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」は、８０％以上であればよい。ＤＬＣ層成膜では、添加金属元素Ｓｉを含むガスに対する炭素Ｃ、及び水素Ｈ２を含むガスの比率が中間層成膜よりも高い。
【００８２】
図８に示すように、ＤＬＣ層成膜データテーブル４３は、被加工材料８の種類を表す「ワーク種類」と、「ワーク種類」に対応する「ＤＬＣ層成膜条件」とから構成されている。「ワーク種類」には、被加工材料８の各種類Ａ〜Ｈが記憶されている。また、ＤＬＣ層成膜条件は、中間層成膜データテーブル４２の中間層成膜条件と数値は異なるが、ほぼ同様の構成である。
【００８３】
但し、「ワーク種類」がＡ〜Ｇに対応する「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」には、Ｓｉ／Ｃ比が約１１ａｔ．％となる、つまり、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が比較的少なくなる「７０％」前後のマイクロ波パルス３８のデューティ比が記憶されている。また、「ワーク種類」がＨに対応する「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」には、Ｓｉ／Ｃ比が約１２０ａｔ．％となる、つまり、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が高含有量になる「０％」と、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が比較的少なくなる「７０％」前後の２種類のマイクロ波パルス３８のデューティ比が時系列的に記憶されている。
【００８４】
また、「圧力（Ｐａ）」には、ＤＬＣ層成膜時の処理容器２の内部の不活性ガスＡｒ及び原料ガスの圧力が記憶されている。また、「ワーク種類」がＨに対応する「成膜時間（ｓｅｃ）」には、マイクロ波パルス３８のデューティ比が「０％」、「７０％」、「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」のそれぞれで成膜する成膜時間として「２０秒」、「２５秒」、「５秒」が時系列的に記憶されている。
【００８５】
［成膜処理］
次に、上記のように構成された成膜装置１のＣＰＵ３１が実行する処理であって、「ワーク種類」がＡ〜Ｇの被加工材料８の処理表面にＤＬＣ膜を成膜する成膜処理について図９乃至図１１に基づいて説明する。この成膜処理は、ＣＰＵ３１が、先ず、保持具９に保持された被加工材料８が処理容器２の内部に作業者又は不図示の自動搬送機によりセットされて、開閉センサ２４からのオン信号の入力を検知する。
【００８６】
その後、ＣＰＵ３１は、自動的に、若しくは、作業者による成膜開始指示が、不図示の操作部に設けられた操作ボタンを介して制御部６に入力されたことを検知することにより「成膜処理」を開始する。また、処理容器２内にセットされる被加工材料８の種類は、不図示のセンサにより検出され、対応する「ワーク種類」を中間層成膜データテーブル４２、又はＤＬＣ層成膜データテーブル４３から抽出する。抽出された「ワーク種類」はＲＡＭ３２に記憶される。尚、「ワーク種類」は、作業者により不図示の操作部を介して入力され、ＲＡＭ３２に記憶されてもよい。
【００８７】
図９に示すように、先ず、ステップ（以下、Ｓと略記する）１１において、ＣＰＵ３１は、中間層成膜データテーブル４２からＲＡＭ３２に記憶された「ワーク種類」に対応する「中間層成膜条件」の各データを読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。また、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４からマイクロ波パルス３８の「中間層最終デューティ比（％）」として７０％から７５％までのいずれかの値、つまり、７５％以下の「中間層最終デューティ比（％）」を読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。
【００８８】
例えば、図７に示すように、「ワーク種類」が「Ａ」の場合には、ＣＰＵ３１は、「負のバイアス電圧（Ｖ）」として「−２００Ｖ」、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」として「９０％」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」として「０．５（ｋＷ）」、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」として「６０％」、「ガス流量（ｓｃｃｍ）」として、不活性ガスＡｒは「２００ｓｃｃｍ」、Ｃ２Ｈ２は「１０ｓｃｃｍ」、ＴＭＳは「２０ｓｃｃｍ」、「圧力（Ｐａ）」として「７５Ｐａ」、「成膜時間（ｓｅｃ）」として「１５．０秒」、「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」として「５００Ｈｚ］を中間層成膜データテーブル４２から読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。
【００８９】
続いて、Ｓ１２において、ＣＰＵ３１は、ＤＬＣ層成膜データテーブル４３からＲＡＭ３２に記憶された「ワーク種類」に対応する「ＤＬＣ層成膜条件」の各データを読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。また、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４からマイクロ波パルス３８の「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」として９０％の「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」を読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。
【００９０】
例えば、図８に示すように、「ワーク種類」が「Ａ」の場合には、ＣＰＵ３１は、「負のバイアス電圧（Ｖ）」として「−２００Ｖ」、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」として「９０％」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」として「２．０（ｋＷ）」、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」として「７０％」、「ガス流量（ｓｃｃｍ）」として、不活性ガスＡｒは「２０ｓｃｃｍ」、ＣＨ４は「２００ｓｃｃｍ」、ＴＭＳは「２０ｓｃｃｍ」、「圧力（Ｐａ）」として「７０Ｐａ」、「成膜時間（ｓｅｃ）」として「５０．０秒」、「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」として「５００Ｈｚ］をＤＬＣ層成膜データテーブル４３から読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。
【００９１】
尚、Ｓ１１において、作業者が不図示の操作部を介して、「中間層成膜条件」の各データ及び「中間層最終デューティ比（％）」が制御部６に入力され、ＣＰＵ３１が各データをＲＡＭ３２に記憶するようにしてもよい。また、Ｓ１２において、作業者が不図示の操作部を介して、「ＤＬＣ層成膜条件」の各データ及び「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」が制御部６に入力され、ＣＰＵ３１が各データをＲＡＭ３２に記憶するようにしてもよい。
【００９２】
そして、Ｓ１３において、ＣＰＵ３１は、クリーニングデータテーブル４１から「到達真空度（Ｐａ）」のデータを読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。その後、ＣＰＵ３１は、真空ポンプ３を起動させ、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、処理容器２の内部が、「到達真空度（Ｐａ）」の真空度、例えば、「１Ｐａ」になるのを待つ。そして、処理容器２の内部が、「到達真空度（Ｐａ）」の真空度に達した場合には、ＣＰＵ３１は、Ｓ１４の処理に移行する。
【００９３】
Ｓ１４において、ＣＰＵ３１は、クリーニングデータテーブル４１から「ガス流量（ｓｃｃｍ）」と「圧力（Ｐａ）」の各データを読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。そして、ＣＰＵ３１は、「ガス流量（ｓｃｃｍ）」のうち、不活性ガスＡｒのガス流量値をＲＡＭ３２から読み出し、ガス供給部５に対して読み出したガス流量値、例えば、「２０ｓｃｃｍ」で処理容器２内へ不活性ガスＡｒの供給をするように指示する供給信号を出力する。これにより、ガス供給部５は、供給信号に従い、不活性ガスＡｒを処理容器２の内部に供給する。つまり、不活性ガスＡｒの供給が開始される。
【００９４】
その後、ＣＰＵ３１は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２内の不活性ガスを一定流量で排気するように設定する。そして、ＣＰＵ３１は、「圧力（Ｐａ）」をＲＡＭ３２から読み出し、処理容器２の内部が、この「圧力（Ｐａ）」の圧力値、例えば、「１５Ｐａ」になるように調整する。続いて、ＣＰＵ３１は、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、処理容器２の内部が、「圧力（Ｐａ）」の圧力値に達したか否かを判定する判定処理を実行する。そして、処理容器２の内部が、「圧力（Ｐａ）」の圧力値に達していないと判定した場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、Ｓ１４の処理を実行する。
【００９５】
一方、処理容器２の内部が、「圧力（Ｐａ）」の圧力値に達したと判定した場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１５の処理に移行する。Ｓ１５において、ＣＰＵ３１は、クリーニングデータテーブル４１から「負のバイアス電圧（Ｖ）」、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」、「マイクロ波パルスデューティ比（％）」、「処理時間（ｓｅｃ）」の各データを読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。
【００９６】
ＣＰＵ３１は、遅延時間Ｔ１（秒）を示す情報とイオンクリーニング時のマイクロ波パルス３８及び負のバイアス電圧パルス３９の周期Ｔ３（秒）を示す情報をＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。尚、イオンクリーニング時のマイクロ波パルス３８及び負のバイアス電圧パルス３９の周期Ｔ３（秒）を示す情報は、予め、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。
【００９７】
そして、ＣＰＵ３１は、「負のバイアス電圧（Ｖ）」の印加電圧値、例えば、「−２５０Ｖ」をＲＡＭ３２から読み出し、負電圧電源１５に送信する。ＣＰＵ３１は、「マイクロ波出力（ｋＷ）」の供給電力値、例えば、「１ｋＷ」をＲＡＭ３２から読み出し、マイクロ波電源１３に送信する。ＣＰＵ３１は、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、負のバイアス電圧パルス３９の周期Ｔ３（秒）、及び、マイクロ波パルス３８の供給開始タイミングからの遅延時間Ｔ１（秒）をＲＡＭ３２から読み出し、これらのデータに基づいて、負のバイアス電圧パルス３９のオン信号、及びオフ信号を負電圧パルス発生部１６に送信する。ＣＰＵ３１は、「マイクロ波パルスデューティ比（％）」、マイクロ波パルス３８の周期Ｔ３（秒）をＲＡＭ３２から読み出し、これらのデータに基づいて、マイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。
【００９８】
この結果、負電圧電源１５は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部１６に負の印加電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、供給された負の印加電圧と、周期Ｔ３（秒）毎に受信した負のバイアス電圧パルス３９のオン信号、及びオフ信号により、マイクロ波パルスの供給開始からＴ１（秒）遅延して、負のバイアス電圧パルス３９を、負電圧電極２５を介して被加工材料８に印加する。
【００９９】
また、マイクロ波電源１３は、受信した「マイクロ波出力（ｋＷ）」の供給電力値に従い、マイクロ波発振器１２に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部１１は、受信したマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号に従い、周期Ｔ３（秒）毎にパルス信号をマイクロ波発振器１２に送信する。マイクロ波発振器１２は、周期Ｔ３（秒）毎に、受信したパルス信号に従うマイクロ波パルス３８を、供給された電力に応じた２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力で、不図示のアイソレータ及びチューナー、導波管１７、及びマイクロ波供給口１８を介して保持具９及び被加工材料８に向け供給する。
【０１００】
これにより、これら負のバイアス電圧パルス３９により被加工材料８の表面に沿うシース層が、マイクロ波の伝搬する伝搬方向に対して直交する方向に、つまり、図１の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波パルス３８により不活性ガスＡｒのプラズマが発生する。マイクロ波の伝搬方向は、マイクロ波供給口１８付近では、マイクロ波供給口１８の上端面１８Ａに垂直な方向であるが、マイクロ波は被加工材料８の表面に沿って生成されたシース層にそって伝搬するため、被加工材料の延びる方向が変化する場合は、マイクロ波の伝搬方向は、被加工材料の延びる方向に沿う。この発生された不活性ガスＡｒのプラズマにより、被加工材料８の表面がイオンクリーニングされ、図１１に示す中間層膜４６が形成されやすくなる。ＣＰＵ３１は、イオンクリーニングを開始すると、Ｓ１６の処理に移行する。
【０１０１】
Ｓ１６において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットした後、処理時間の計測を開始する。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２から「処理時間（ｓｅｃ）」のイオンクリーニングの処理時間、例えば、６０ｓｅｃを読み出し、タイマ３５の計測時間がイオンクリーニングの処理時間に達したか否かを判定する判定処理を実行する。つまり、ＣＰＵ３１は、イオンクリーニングを終了するか否かを判定する判定処理を実行する。
【０１０２】
そして、タイマ３５の計測時間がイオンクリーニングの処理時間に達していないと判定した場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、タイマ３５の計測時間がイオンクリーニングの処理時間に達したか否かを判定する判定処理を実行する。尚、ＣＰＵ３１は、イオンクリーニングを終了するか否かの判定を、アーキング発生頻度が所定の頻度未満か否かにより判定するようにしてもよい。
【０１０３】
一方、タイマ３５の計測時間がイオンクリーニングの処理時間に達したと判定した場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、マイクロ波パルス制御部１１にマイクロ波発振器１２に送信しているパルス信号を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、マイクロ波発振器１２は、パルス信号を受信しないため、マイクロ波パルス３８の出力を停止する。
【０１０４】
また、ＣＰＵ３１は、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧パルス３９の印加を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、負電圧パルス発生部１６は、被加工材料８への負のバイアス電圧パルス３９の印加を停止する。また、ＣＰＵ３１は、ガス供給部５へ不活性ガスＡｒの供給を停止するように指示する停止信号を出力する。つまり、不活性ガスＡｒの供給が停止される。その後、ＣＰＵ３１は、Ｓ１７の処理に移行する。
【０１０５】
Ｓ１７において、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から図１０に示す中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１（秒）を示す情報を読み出して、ＲＡＭ３２に記憶する。図１０は、成膜時間とデューティ比（Ｄｕｔｙ情報）との対応関係を示す図であり、時間「０」は、処理容器２内部の圧力が、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「圧力（Ｐａ）」になった時を示す。中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１は、時間「０」から負のバイアス電圧パルス３９が被加工材料８に印加される、またはマイクロ波パルス３８がマイクロ波供給口１８に供給されるまでの時間である。例えば、図１０に示すように、中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１は、５秒である。尚、中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１（秒）を示す情報は、予めＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。
【０１０６】
そして、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「ガス流量（ｓｃｃｍ）」の不活性ガスＡｒ及び各原料ガスＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＴＭＳを供給するそれぞれのガス流量値を読み出し、ガス供給部５に流量制御指示として送信する。これにより、ガス供給部５は、流量制御指示に従い、不活性ガスＡｒ及び各原料ガスＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＴＭＳを処理容器２の内部に供給する。つまり、不活性ガスＡｒ及び各原料ガスの供給が開始される。
【０１０７】
その後、ＣＰＵ３１は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２内の不活性ガスＡｒ及び原料ガスを一定流量で排気するように設定し、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「圧力（Ｐａ）」の圧力値、例えば、「７５Ｐａ」になるように調整する。続いて、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットした後、待ち時間の計測を開始する。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２から中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１（秒）を読み出し、タイマ３５の計測時間が中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１（秒）に達したか否かを判定する判定処理を実行する。
【０１０８】
そして、タイマ３５の計測時間が中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１（秒）に達していないと判定した場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、タイマ３５の計測時間が中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１（秒）に達したか否かを判定する判定処理を実行する。一方、タイマ３５の計測時間が中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１８の処理に移行する。尚、ＣＰＵ３１は、中間層成膜用の不活性ガスＡｒ及び原料ガスの流量の安定は、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、処理容器２の内部が、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「圧力（Ｐａ）」の圧力値に達したか否かにより判定するようにしてもよい。
【０１０９】
Ｓ１８において、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「負のバイアス電圧（Ｖ）」の印加電圧値、例えば、「−２００Ｖ」を読み出し、負電圧電源１５に送信する。ＣＰＵ３１は、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「マイクロ波出力（ｋＷ）」の供給電力値、例えば、「０．５ｋＷ」を読み出し、マイクロ波電源１３に送信する。ＣＰＵ３１は、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」の周波数値、例えば、「５００Ｈｚ」を読み出し、この周波数に対する周期Ｔ３（秒）、例えば、「２００ミリ秒」を算出し、マイクロ波パルス３８及び負のバイアス電圧パルス３９の中間層成膜時の周期Ｔ３（秒）としてＲＡＭ３２に記憶する。
【０１１０】
ＣＰＵ３１は、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、負のバイアス電圧パルス３９の周期Ｔ３（秒）、及び、マイクロ波パルス３８の供給開始タイミングからの遅延時間Ｔ１（秒）をＲＡＭ３２から読み出し、これらのデータに基づいて、負のバイアス電圧パルス３９のオン信号、及びオフ信号を負電圧パルス発生部１６に送信する。
【０１１１】
また、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」、例えば、「６０％」、「成膜時間（ｓｅｃ）」、例えば、「１５秒」、マイクロ波パルス３８の周期Ｔ３（秒）、例えば、「２００ミリ秒」、７５％以下の「中間層最終デューティ比（％）」、例えば、「７２％」をＲＡＭ３２から読み出す。
【０１１２】
ＣＰＵ３１は、これらのデータに基づいて、「成膜時間（ｓｅｃ）」の間において、周期Ｔ３（秒）毎に、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から「中間層最終デューティ比（％）」までデューティ比が変化する各「マイクロ波パルスデューティ比（％）」を順次算出する。そして、ＣＰＵ３１は、順次算出した各「マイクロ波パルスデューティ比（％）」を「中間層成膜用マイクロ波パルスデューティ比群」として時系列的にＲＡＭ３２に記憶する。中間層成膜用マイクロ波パルスデューティ比群は、図１０において、実線で示される。
【０１１３】
そして、ＣＰＵ３１は、「中間層成膜用マイクロ波パルスデューティ比群」から各「マイクロ波パルスデューティ比」を周期Ｔ３（秒）毎に、時系列順に順番に読み出し、このデータに基づいて、マイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。従って、ＣＰＵ３１は、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から「中間層最終デューティ比（％）」までデューティ比が変化する各「マイクロ波パルスデューティ比（％）」でマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号を周期Ｔ３（秒）毎に、マイクロ波パルス制御部１１に順次送信する。
【０１１４】
この結果、負電圧電源１５は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部１６に負の印加電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、供給された負の印加電圧と、周期Ｔ３（秒）毎に受信した負のバイアス電圧パルス３９のオン信号、及びオフ信号により、マイクロ波パルスの供給開始からＴ１（秒）遅延して、負のバイアス電圧パルス３９を、負電圧電極２５を介して被加工材料８に印加する。
【０１１５】
また、マイクロ波電源１３は、受信した「マイクロ波出力（ｋＷ）」の供給電力値に従い、マイクロ波発振器１２に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部１１は、受信したマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号に従い、周期Ｔ３（秒）毎に、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から「中間層最終デューティ比」までデューティ比が変化する各「マイクロ波パルスデューティ比」のパルス信号を順次、マイクロ波発振器１２に送信する。
【０１１６】
マイクロ波発振器１２は、受信したパルス信号に従って、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から「中間層最終デューティ比（％）」までデューティ比が変化する各「マイクロ波パルスデューティ比（％）」のマイクロ波パルス３８を、供給された電力に応じた２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力で、不図示のアイソレータ及びチューナー、導波管１７、及びマイクロ波供給口１８を介して保持具９及び被加工材料８に向け供給する。
【０１１７】
これにより、これら負のバイアス電圧パルス３９により被加工材料８の表面に沿うシース層が、図１の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波パルス３８により不活性ガスＡｒ及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、被加工材料８の処理表面に、マイクロ波パルス３８のデューティ比に対応して、図５に示す膜硬度及びＳｉ／Ｃ比に従った中間層膜４６の成膜が開始される。ＣＰＵ３１は、中間層膜４６の成膜を開始すると、Ｓ１９の処理に移行する。
【０１１８】
Ｓ１９において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットした後、中間層膜４６の成膜時間の計測を開始する。そして、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１でＲＡＭ３２に記憶した「成膜時間（ｓｅｃ）」、例えば、１５ｓｅｃを読み出し、タイマ３５の計測時間が「成膜時間（ｓｅｃ）」に達したか否かを判定する判定処理を実行する。つまり、ＣＰＵ３１は、中間層膜４６の成膜を終了するか否かを判定する判定処理を実行する。
【０１１９】
そして、タイマ３５の計測時間が「成膜時間（ｓｅｃ）」に達していないと判定した場合には（Ｓ１９：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、タイマ３５の計測時間が「成膜時間（ｓｅｃ）」に達したか否かを判定する判定処理を実行する。一方、タイマ３５の計測時間が「成膜時間（ｓｅｃ）」に達したと判定した場合には（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、マイクロ波パルス制御部１１にマイクロ波発振器１２に送信しているパルス信号を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、マイクロ波発振器１２は、パルス信号を受信しないため、マイクロ波パルス３８の出力を停止する。
【０１２０】
また、ＣＰＵ３１は、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧パルス３９の印加を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、負電圧パルス発生部１６は、被加工材料８への負のバイアス電圧パルス３９の印加を停止する。また、ＣＰＵ３１は、ガス供給部５へ不活性ガスＡｒ及び原料ガスの供給を停止するように指示する停止信号を出力する。つまり、不活性ガスＡｒ及び原料ガスの供給が停止される。これにより、中間層膜４６の成膜が停止される。その後、ＣＰＵ３１は、Ｓ２０の処理に移行する。
【０１２１】
ここで、「ワーク種類」が「Ａ」の中間層膜４６の成膜条件の一例について図５、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０に示すように、中間層ガス安定待ち時間Ｔ１１の５秒が経過後、中間層膜４６の成膜時間は１５秒に設定されている。そして、負のバイアス電圧パルス３９は、９０％のデューティ比４７で、周期２００ミリ秒毎に１５秒間、負のバイアス電圧−２００Ｖで被加工材料８に印加されている。
【０１２２】
また、マイクロ波パルス３８は、中間層膜４６の成膜時間１５秒間で、６０％の「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から７２％の「中間層最終デューティ比（％）」まで直線的に変化するデューティ比４８で、周期２００ミリ秒毎に、０．５ｋＷの「マイクロ波出力（ｋＷ）」で供給されている。
【０１２３】
従って、図５及び図１１に示すように、中間層膜４６は、膜厚方向において被加工材料８の表面に近い部分は、ＤＬＣ膜のＳｉ／Ｃ比が約３０ａｔ．％となって、添加金属元素Ｓｉが比較的多くなり、被加工材料８との密着性が良いＤＬＣ膜が成膜されている。また、中間層膜４６は、膜厚方向において被加工材料８の表面から離れるに従って、ＤＬＣ膜のＳｉ／Ｃ比が低くなり、中間層膜４６の表面部分のＤＬＣ膜のＳｉ／Ｃ比は約１１ａｔ．％となって、添加金属元素Ｓｉが比較的少なくなり、上側に積層されるＤＬＣ層膜５１との密着性が良いＤＬＣ膜が成膜されている。
【０１２４】
続いて、図９に示すように、Ｓ２０において、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から図１０に示すＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２（秒）を示す情報を読み出して、ＲＡＭ３２に記憶する。ＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２は、中間層の成膜が停止されてから負のバイアス電圧パルス３９が被加工材料８に印加される、またはマイクロ波パルス３８がマイクロ波供給口１８に供給されるまでの時間である。例えば、図１０に示すように、ＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２は、５秒である。尚、ＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２（秒）を示す情報は、予めＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。
【０１２５】
そして、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「ガス流量（ｓｃｃｍ）」の不活性ガスＡｒ及び各原料ガスＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＴＭＳを供給するそれぞれのガス流量値を読み出し、ガス供給部５に流量制御指示として送信する。その後、ＣＰＵ３１は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２内の不活性ガスＡｒ及び原料ガスを一定流量で排気するように設定し、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「圧力（Ｐａ）」の圧力値、例えば、「７０Ｐａ」になるように調整する。
【０１２６】
その後、Ｓ１７と同様に、ＣＰＵ３１は、タイマ３５を介して時間を計測し、ＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２（秒）の経過を待ち（Ｓ２０：ＮＯ）、ＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２（秒）が経過したと判定した場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ２１の処理に移行する。
【０１２７】
Ｓ２１において、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「負のバイアス電圧（Ｖ）」の印加電圧値、例えば、「−２００Ｖ」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」の供給電力値、例えば、「２．０ｋＷ」を読み出し、Ｓ１８と同様の処理を実行する。ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」の周波数値、例えば、「５００Ｈｚ」を読み出し、Ｓ１８と同様に、マイクロ波パルス３８及び負のバイアス電圧パルス３９のＤＬＣ層成膜時の周期Ｔ３（秒）を算出して、ＲＡＭ３２に記憶する。
【０１２８】
ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、負のバイアス電圧パルス３９の周期Ｔ３（秒）、及び、マイクロ波パルス３８の供給開始タイミングからの遅延時間Ｔ１（秒）をＲＡＭ３２から読み出し、Ｓ１８と同様の処理を実行する。
【０１２９】
また、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」、例えば、「７０％」、「成膜時間（ｓｅｃ）」、例えば、「５０秒」、マイクロ波パルス３８の周期Ｔ３（秒）、例えば、「２００ミリ秒」、８０％以上の「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」、例えば、「９０％」をＲＡＭ３２から読み出す。ＣＰＵ３１は、これらのデータに基づいて、「成膜時間（ｓｅｃ）」の間において、周期Ｔ３（秒）毎に、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」までデューティ比が変化する各「マイクロ波パルスデューティ比（％）」を順次算出して、「ＤＬＣ層成膜用マイクロ波パルスデューティ比群」として時系列的にＲＡＭ３２に記憶する。
【０１３０】
そして、ＣＰＵ３１は、「ＤＬＣ層成膜用マイクロ波パルスデューティ比群」から各「マイクロ波パルスデューティ比」を周期Ｔ３（秒）毎に、時系列順に順番に読み出し、このデータに基づいて、マイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。従って、ＣＰＵ３１は、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」までデューティ比が変化する各「マイクロ波パルスデューティ比（％）」でマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号を周期Ｔ３（秒）毎に、マイクロ波パルス制御部１１に順次送信する。
【０１３１】
この結果、Ｓ１８と同様に、負のバイアス電圧パルス３９が、負電圧電極２５を介して被加工材料８に印加される。また、Ｓ１８と同様に、マイクロ波発振器１２は、受信したパルス信号に従って、「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」までデューティ比が変化する各「マイクロ波パルスデューティ比（％）」のマイクロ波パルス３８を、供給された電力に応じた２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力で、不図示のアイソレータ及びチューナー、導波管１７、及びマイクロ波供給口１８を介して保持具９及び被加工材料８に向け供給する。
【０１３２】
これにより、これら負のバイアス電圧パルス３９により被加工材料８の表面に沿うシース層が、図１の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波パルス３８により不活性ガスＡｒ及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、中間層膜４６の膜厚方向外側の表面に、マイクロ波パルス３８のデューティ比に対応して、図５に示す膜硬度及びＳｉ／Ｃ比に従ったＤＬＣ層膜５１の成膜が開始される。ＣＰＵ３１は、ＤＬＣ層膜５１の成膜を開始すると、Ｓ２２の処理に移行する。
【０１３３】
Ｓ２２において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットした後、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「成膜時間（ｓｅｃ）」、例えば、５０ｓｅｃを読み出し、Ｓ１９と同様に、ＤＬＣ層膜５１を成膜する「成膜時間（ｓｅｃ）」の経過を待つ（Ｓ２２：ＮＯ）。そして、ＤＬＣ層膜５１を成膜する「成膜時間（ｓｅｃ）」が経過した場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１９と同様に、マイクロ波パルス３８の出力、被加工材料８への負のバイアス電圧パルス３９の印加、及び、不活性ガスＡｒ及び原料ガスの供給をそれぞれ停止して、ＤＬＣ層膜５１の成膜を終了した後、Ｓ２３の処理に移行する。
【０１３４】
ここで、「ワーク種類」が「Ａ」のＤＬＣ層膜５１の成膜条件の一例について図５、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０に示すように、ＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２の５秒が経過後、ＤＬＣ層膜５１の成膜時間は５０秒に設定されている。そして、負のバイアス電圧パルス３９は、９０％のデューティ比５３で、周期２００ミリ秒毎に５０秒間、負のバイアス電圧−２００Ｖで被加工材料８に印加されている。
【０１３５】
また、マイクロ波パルス３８は、ＤＬＣ層膜５１の成膜時間５０秒間で、７０％の「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」から９０％の「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」まで直線的に変化するデューティ比５５で、周期２００ミリ秒毎に、２ｋＷの「マイクロ波出力（ｋＷ）」で供給されている。
【０１３６】
従って、図５及び図１１に示すように、ＤＬＣ層膜５１の膜厚方向において中間層膜４６の表面に近い部分、つまり、マイクロ波パルス３８のデューティ比５５が、７０％から８０％まで変化して成膜された部分には、低硬度ＤＬＣ層膜５１Ａが形成されている。この低硬度ＤＬＣ層膜５１Ａは、膜硬度が２５〜２５．６ＧＰａとなり、膜硬度が比較的低くなり、中間層膜４６との密着性がよい。
【０１３７】
また、ＤＬＣ層膜５１の表面側に近い部分、つまり、マイクロ波パルス３８のデューティ比５５が、８０％から９０％まで変化して成膜された部分には、高硬度ＤＬＣ層膜５１Ｂが形成されている。この高硬度ＤＬＣ層膜５１Ｂは、膜厚方向外側になるに従って、膜硬度が２５．５ＧＰａから約３０ＧＰａまで急激に高くなって表面が高硬度になり、耐摩耗性がよく、低摩擦である。
【０１３８】
続いて、図９に示すように、Ｓ２３において、ＣＰＵ３１は、圧力調整バルブ７へ排気を全開にするように指示する排気信号を送信する。圧力調整バルブ７は、全開となり処理容器２内に残留している原料ガス及び不活性ガスを真空ポンプ３ですみやかに排気する。その後、ＣＰＵ３１は、真空ポンプ３を停止した後、真空計２６からの信号に基づいて、処理容器２の内部の圧力が外気圧と同じになった場合には、作業者又は不図示の自動搬送機に不図示の報知手段によって成膜終了を報知し、成膜処理を終了する。これにより、作業者又は自動搬送機によってＤＬＣ膜が成膜された被加工材料８が取り出される。
【０１３９】
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係る成膜装置１では、ＣＰＵ３１は、中間層成膜データテーブル４２の「中間層成膜条件」に従って、被加工材料８の処理表面に、被加工材料８との密着性が良い中間層膜４６を成膜する。そして、ＣＰＵ３１は、ＤＬＣ層成膜データテーブル４３の「ＤＬＣ層成膜条件」に従って、中間層膜４６の表面に、中間層膜４６との密着性が良く、且つ、膜厚方向外側部分の膜硬度が高いＤＬＣ層膜５１を成膜する。
【０１４０】
これにより、ＣＰＵ３１は、被加工材料８の処理表面に、被加工材料８との密着性が良い中間層膜４６と、耐摩耗性が良いＤＬＣ層膜５１を短時間で成膜することができる。従って、被加工材料８の処理表面に、密着性が良く、且つ、膜硬度が高くて耐摩耗性に優れたＤＬＣ膜を成膜することができる。つまり、ＣＰＵ３１は、被加工材料８の処理表面に、膜厚方向の膜特性が変化する所望の膜特性を有し、耐摩耗性に優れ、且つ、低摩擦のＤＬＣ膜を短時間で成膜することができる。
【０１４１】
また、原料ガスと不活性ガスの処理容器２内に供給されるガス流量と、処理容器２から排気される排気量とが成膜中は一定である。これにより、被加工材料８の処理表面に沿って生成されるプラズマ放電を安定させ、被加工材料８の処理表面に成膜される中間層膜４６及びＤＬＣ層膜５１の膜特性を安定化させることができる。
【０１４２】
本実施形態では、ガス流量を変化させるといった、時間のかかる処理をしなくても、３〜３０ｎｍ／ｓｅｃ以上の高速成膜条件下でマイクロ波パルス３８のデューティ比を変化させるだけで、被加工材料８の処理表面における原料ガス、添加金属元素を含む添加ガスの部分的な枯渇状態を発生、変化させ、膜特性を変化させることができる。枯渇状態とは、設定された流量、およびガス圧において被加工材料８の周囲から被加工材料８表面に供給される原料ガス、添加ガスの供給量よりも表面波励起プラズマ２８による成膜で消費される消費量の方が多く、被加工材料８の表面において、原料ガス、添加ガスが不足している状態である。
【０１４３】
従って、マイクロ波パルス３８のデューティ比を変化させることにより、原料ガス、添加ガスの供給が十分で枯渇が生じていない状態と供給が不十分で枯渇が生じている状態との間を変化させる。枯渇状態が異なるようにマイクロ波パルス３８のデューティ比を変化させると膜特性も変化する。
【０１４４】
［０デューティ比の成膜］
次に、上記のように構成された成膜装置１のＣＰＵ３１が実行する処理であって、「ワーク種類」がＨの被加工材料８が、処理容器２内にセットされて、ＤＬＣ膜を成膜する成膜処理について図８、図１２乃至図１４に基づいて説明する。
成膜装置１に「ワーク種類」がＨの被加工材料８がセットされた場合には、ＣＰＵ３１は、「ワーク種類」がＡ〜Ｇの被加工材料８がセットされた際と同様に上記Ｓ１１〜Ｓ２３の成膜処理を実行して、被加工材料８の処理表面にＤＬＣ膜を成膜する。但し、後述のように、ＣＰＵ２１は、Ｓ２１〜Ｓ２２の処理において、図８に示す「ワーク種類」が「Ｈ」の「ＤＬＣ層成膜条件」に従ってＤＬＣ層膜を成膜する。
【０１４５】
ここで、ＣＰＵ３１が、Ｓ２１〜Ｓ２２の処理において実行するＤＬＣ膜の成膜処理について図８、図１２乃至図１４に基づいて説明する。
図８、図１２及び図１３に示すように、Ｓ２１において、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「負のバイアス電圧（Ｖ）」の印加電圧値、例えば、「−４００Ｖ」、「マイクロ波出力（ｋＷ）」の供給電力値、例えば、「３．０ｋＷ」を読み出し、Ｓ１８と同様の処理を実行する。ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「マイクロ波／負のバイアス電圧パルス周波数（Ｈｚ）」の周波数値、例えば、「５００Ｈｚ」を読み出し、Ｓ１８と同様に、マイクロ波パルス３８及び負のバイアス電圧パルス３９のＤＬＣ層成膜時の周期Ｔ３（秒）を算出して、ＲＡＭ３２に記憶する。
【０１４６】
ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、例えば、「９０％」、負のバイアス電圧パルス３９の周期Ｔ３（秒）、及び、マイクロ波パルス３８の供給開始タイミングからの遅延時間Ｔ１（秒）をＲＡＭ３２から読み出し、Ｓ１８と同様の処理を実行する。
【０１４７】
また、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」の時系列的に１番目に記憶されているデューティ比「０％」、「成膜時間（ｓｅｃ）」の時系列的に１番目に記憶されている「０デューティ成膜時間Ｔ２１」、例えば、「２０秒」、マイクロ波パルス３８の周期Ｔ３（秒）、例えば、「２００ミリ秒」をＲＡＭ３２から読み出す。また、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットした後、成膜時間の計測を開始する。そして、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が「０デューティ成膜時間Ｔ２１」、例えば、「２０秒」に達するまで、デューティ比「０％」のマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。
【０１４８】
この結果、図１２及び図１３に示すように、ＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２の５秒が経過後、負電圧電源１５は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部１６に負の印加電圧、例えば、−４００Ｖを供給する。負電圧パルス発生部１６は、供給された負の印加電圧と、周期Ｔ３（秒）毎に受信した負のバイアス電圧パルス３９のオン信号、及びオフ信号により、マイクロ波パルスの供給開始からＴ１（秒）遅延して、「負のバイアス電圧パルスデューティ比（％）」、例えば、９０％のデューティ比５６で、負のバイアス電圧パルス３９を、負電圧電極２５を介して被加工材料８に印加する。
【０１４９】
また、マイクロ波発振器１２は、受信したデューティ比「０％」のマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号に従って、デューティ比「０％」のマイクロ波パルス３８を、供給された電力に応じた２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力で供給する。つまり、マイクロ波パルス３８の供給が、タイマ３５の計測時間が「０デューティ成膜時間Ｔ２１」、例えば、「２０秒」に達するまで停止される。即ち、０デューティ層成膜は負のバイアス電圧パルス３９の印加のみで行われる。
【０１５０】
これにより、これら負のバイアス電圧パルス３９により被加工材料８の表面に沿って不活性ガスＡｒ及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、図１４に示すように、中間層膜４６の膜厚方向外側の表面に、マイクロ波パルス３８のデューティ比「０％」に対応して、図５に示す膜硬度及びＳｉ／Ｃ比に従った０デューティ層膜５７が形成される。この０デューティ層膜５７は、膜硬度が約１８ＧＰａでＳｉ／Ｃ比が約１２０ａｔ．％となり、膜硬度が低く、添加金属元素Ｓｉの含有量が高くなり、中間層膜４６との密着性がよい。
【０１５１】
そして、タイマ３５の計測時間が「０デューティ成膜時間Ｔ２１」、例えば、「２０秒」に達した場合には、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」の時系列的に２番目に記憶されている「中硬度デューティ比」、例えば、「７０％」、「成膜時間（ｓｅｃ）」の時系列的に２番目に記憶されている「中硬度成膜時間Ｔ２２」、例えば、「２５秒」、マイクロ波パルス３８の周期Ｔ３（秒）、例えば、「２００ミリ秒」をＲＡＭ３２から読み出す。
【０１５２】
また、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットした後、成膜時間の計測を開始する。そして、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が「中硬度成膜時間Ｔ２２」、例えば、「２５秒」に達するまで、「中硬度デューティ比」、例えば、デューティ比「７０％」のマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。
【０１５３】
この結果、図１２に示すように、「０デューティ成膜時間Ｔ２１」、例えば、「２０秒」が経過後、マイクロ波発振器１２は、受信した「中硬度デューティ比」、例えば、デューティ比「７０％」のマイクロ波パルス３８を、供給された電力、例えば、電力３ｋＷに応じた２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力で、不図示のアイソレータ及びチューナー、導波管１７、及びマイクロ波供給口１８を介して保持具９及び被加工材料８に向け供給する。つまり、７０％のデューティ比６１のマイクロ波パルス３８が、タイマ３５の計測時間が「中硬度成膜時間Ｔ２２」、例えば、「２５秒」に達するまで供給される。
【０１５４】
これにより、負のバイアス電圧パルス３９により被加工材料８の表面に沿うシース層が、図１の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波パルス３８により不活性ガスＡｒ及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、図１４に示すように、０デューティ層膜５７の膜厚方向外側の表面に、マイクロ波パルス３８の７０％のデューティ比６１に対応して、図５に示す膜硬度及びＳｉ／Ｃ比に従った中硬度ＤＬＣ層膜５８が形成される。この中硬度ＤＬＣ層膜５８は、膜硬度が約２５ＧＰａでＳｉ／Ｃ比が約１１ａｔ．％となり、膜硬度が中程度で、添加金属元素Ｓｉの含有量が少なくなり、０デューティ層膜５７及び膜厚方向に積層される高硬度ＤＬＣ層膜５９との密着性がよい。
【０１５５】
そして、タイマ３５の計測時間が「中硬度成膜時間Ｔ２２」、例えば、「２５秒」に達した場合には、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２でＲＡＭ３２に記憶した８０％以上の「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」、例えば、「９０％」、「成膜時間（ｓｅｃ）」の時系列的に３番目に記憶されている「高硬度成膜時間Ｔ２３」、例えば、「５秒」、マイクロ波パルス３８の周期Ｔ３（秒）、例えば、「２００ミリ秒」をＲＡＭ３２から読み出す。
【０１５６】
また、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットした後、成膜時間の計測を開始する。そして、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が「高硬度成膜時間Ｔ２３」、例えば、「５秒」に達するまで、「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」、例えば、「９０％」のマイクロ波パルス３８のオン信号、及びオフ信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。
【０１５７】
この結果、図１２に示すように、「中硬度成膜時間Ｔ２２」、例えば、「２５秒」が経過後、マイクロ波発振器１２は、受信した「ＤＬＣ層最終デューティ比（％）」、例えば、「９０％」のマイクロ波パルス３８を、供給された電力、例えば、電力３ｋＷに応じた２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力で、不図示のアイソレータ及びチューナー、導波管１７、及びマイクロ波供給口１８を介して保持具９及び被加工材料８に向け供給する。つまり、９０％のデューティ比６２のマイクロ波パルス３８が、タイマ３５の計測時間が「高硬度成膜時間Ｔ２３」、例えば、「５秒」に達するまで供給される。
【０１５８】
これにより、負のバイアス電圧パルス３９により被加工材料８の表面に沿うシース層が、図１の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波パルス３８により不活性ガスＡｒ及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、図１４に示すように、中硬度ＤＬＣ層膜５８の膜厚方向外側の表面に、マイクロ波パルス３８の９０％のデューティ比６２に対応して、図５に示す膜硬度及びＳｉ／Ｃ比に従った高硬度ＤＬＣ層膜５９が形成される。この高硬度ＤＬＣ層膜５９は、膜硬度が約３０ＧＰａでＳｉ／Ｃ比が約１１ａｔ．％となり、膜硬度が高くなり、耐摩耗性がよく、低摩擦である。
【０１５９】
そして、タイマ３５の計測時間が「高硬度成膜時間Ｔ２３」、例えば、「５秒」に達した場合には、ＣＰＵ３１は、Ｓ１９と同様に、マイクロ波パルス３８の出力、被加工材料８への負のバイアス電圧パルス３９の印加、及び、不活性ガスＡｒ及び原料ガスの供給をそれぞれ停止して、高硬度ＤＬＣ層膜５９の成膜を終了した後、Ｓ２３の処理に移行する。
【０１６０】
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係る成膜装置１では、「ワーク種類」がＨの被加工材料８が、処理容器２内にセットされた場合には、ＣＰＵ３１は、ＤＬＣ層成膜データテーブル４３の「ＤＬＣ層成膜条件」に従って、中間層膜４６の表面に、中間層膜４６との密着性がよく、且つ、耐摩耗性がよい０デューティ層膜５７を成膜する。そして、０デューティ層膜５７の表面に、０デューティ層膜５７と高硬度ＤＬＣ層膜５９と密着性がよい中硬度ＤＬＣ層膜５８を成膜する。更に、中硬度ＤＬＣ層膜５８の表面に、高硬度ＤＬＣ層膜５９を成膜する。
【０１６１】
これにより、ＣＰＵ３１は、被加工材料８の処理表面に、被加工材料８との密着性が良い中間層膜４６と、中間層膜４６と密着性のよい添加金属元素Ｓｉの含有量が高い０デューティ層膜５７と、密着性がよい中硬度ＤＬＣ層膜５８と、耐摩耗性が良い高硬度ＤＬＣ層膜５９を短時間で成膜することができる。従って、被加工材料８の処理表面に、密着性が良く、且つ、膜硬度が高くて耐摩耗性に優れたＤＬＣ膜を成膜することができる。つまり、ＣＰＵ３１は、被加工材料８の処理表面に、膜厚方向の膜特性が変化する所望の膜特性を有し、耐摩耗性に優れ、且つ、低摩擦のＤＬＣ膜を短時間で成膜することができる。
【０１６２】
また、原料ガスと不活性ガスの処理容器２内に供給されるガス流量と、処理容器２から排気される排気量とが成膜中は一定である。これにより、被加工材料８の処理表面に沿って生成されるプラズマ放電を安定させ、被加工材料８の処理表面に成膜される中間層膜４６、０デューティ層膜５７、中硬度ＤＬＣ層膜５８及び高硬度ＤＬＣ層膜５９の膜特性を安定化させることができる。
【０１６３】
尚、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。また、以下の説明において、上記図１乃至図１４に示す前記実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一符号は、前記実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
【０１６４】
（Ａ）例えば、図７に示す中間成膜データテーブル４２の「ワーク種類」がＨに対応する「初期マイクロ波パルスデューティ比（％）」には、Ｓｉ／Ｃ比が約１２０ａｔ．％となる、つまり、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が高含有量になる「０％」と、ＤＬＣ膜の添加金属元素Ｓｉの含有量が比較的多くなる「約６０％」の２種類のマイクロ波パルス３８のデューティ比を時系列的に記憶するようにしてもよい。また、「ワーク種類」がＨに対応する「成膜時間（ｓｅｃ）」には、マイクロ波パルス３８のデューティ比が「０％」、「６０％〜７２％」のそれぞれで成膜する成膜時間として「５秒」、「１０秒」を時系列的に記憶するようにしてもよい。
【０１６５】
そして、上記Ｓ１８〜Ｓ１９の処理において、ＣＰＵ３１は、被加工材料８の処理表面に０デューティ層膜５７を５秒間成膜した後、この０デューティ層膜５７の表面に中間層膜４６を１０秒間成膜するようにしてもよい。これにより、被加工材料８の処理表面と中間層膜４６との密着性を更によくすることができる。
【０１６６】
（Ｂ）また、例えば、上記Ｓ１９及びＳ２２の処理において、ＣＰＵ３１は、プラズマ発光検出器２９から入力される発光波長における原料ガスの表面波励起プラズマ２８の発光強度に基づいて、原料ガスの消費量を一定にするようにマイクロ波パルス３８のデューティ比を、例えば、９０％から８７％へ調整するようにしてもよい。これにより、原料ガスのガス流量に経時変化等によって誤差が生じても、マイクロ波パルス３８のデューティ比が調整されて、所望の膜特性を有するＤＬＣ膜を成膜することができる。
【０１６７】
（Ｃ）また、例えば、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ２０〜Ｓ２２の処理を複数回実行するようにしてもよい。これにより、図１１に示すＤＬＣ層膜５１を中間層膜４６の膜厚方向外側の表面に複数層成膜することができる。また、図１４に示す０デューティ層膜５７、中硬度ＤＬＣ層膜５８及び高硬度ＤＬＣ層膜５９から構成されるＤＬＣ膜を中間層膜４６の膜厚方向外側の表面に複数層成膜することができる。
【０１６８】
従って、被加工材料８の処理表面に、膜厚方向の膜特性が変化する所望の膜特性を有するＤＬＣ膜を短時間で成膜することができる。即ち、従来技術では膜質の異なる成膜を行う毎に、図１２に示すＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２を必要とする。即ち、図１２に対応する従来技術では、成膜全体で９０秒必要とする。これに対し、本実施形態では、膜質の異なる成膜毎のＤＬＣ層ガス安定待ち時間Ｔ１２が不要になる。即ち、図１２に示す成膜処理では、全体で７５秒になるため、ＤＬＣ成膜処理の高速化が実現できる。
【０１６９】
（Ｄ）また、中間層膜４６の成膜は必ずしも必要ではない。即ち、図９に示す「成膜処理」において、Ｓ１１、Ｓ１７〜Ｓ１９の処理が省略されてもよい。また、添加金属元素は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）等でもよい。また、本実施形態において、９０％のデューティ比で供給されるマイクロ波パルス３８、又は、印加される負のバイアス電圧パルス３９は、１００％を除く９０％以上のデューティ比で供給又は印加されてもよい。
【０１７０】
また、負のバイアス電圧パルス３９のデューティ比は、マイクロ波パルス３８のデューティ比と同じでもよい。例えば、図１０に示す負のバイアス電圧パルス３９のデューティ比４７をマイクロ波パルス３８のデューティ比４８と同じデューティ比にしてもよい。また、図１０に示す負のバイアス電圧パルス３９のデューティ比５３をマイクロ波パルス３８のデューティ比５５と同じデューティ比にしてもよい。
【符号の説明】
【０１７１】
１      成膜装置
２      処理容器
３      真空ポンプ
５      ガス供給部
６      制御部
７      圧力調整バブル
８      被加工材料
９      保持具
１１      マイクロ波パルス制御部
１２      マイクロ波発振器
１３      マイクロ波電源
１５      負電圧電源
１６      負電圧パルス発生部
１７      導波管
１８      マイクロ波供給口
２９      プラズマ発光検出器
３８      マイクロ波パルス
３９      負のバイアス電圧パルス
４６      中間層膜
４７、４８、５３、５５、５６、６１、６２      デューティ比
５１      ＤＬＣ層膜
５７      ０デューティ層膜
５８      中硬度ＤＬＣ層膜
５９      高硬度ＤＬＣ層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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