(57)【要約】      （修正有）【課題】基材のクリーニング効果を高めることができるとともに電源の制御を安定化させたイオンボンバードメント装置及びこの装置を用いた基材表面のクリーニング方法を提供する。【解決手段】イオンボンバードメント装置１は、真空チャンバ２の一の内側面に、フィラメントで構成した加熱式の熱電子放出電極３と、他の内側面のアノード４と両者の間に基材Ｗが配置されている。さらに、熱電子放出電極及びアノード間に電位差を与えてグロー放電を発生させる放電電源５と、熱電子放出電極を加熱して熱電子を放出させる加熱電源６と、基材に真空チャンバに対して負の電位を与えるバイアス電源１２とを有しており、放電電源が真空チャンバから絶縁されている。これらの放電電源、加熱電源及びバイアス電源により、基材の近傍に発生したガスイオンを基材の表面に照射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に配置された基材の表面を、前記真空チャンバ内で発生したガスイオンを照射することによってクリーニングするイオンボンバードメント装置において、
前記真空チャンバの一の内側面に、フィラメントで構成した加熱式の熱電子放出電極が配置されており、前記真空チャンバの他の内側面に、前記熱電子放出電極からの熱電子を受けるアノードが配置されており、且つ前記熱電子放出電極と前記アノードとの間に基材が配置されており、
前記熱電子放出電極及び前記アノード間に電位差を与えてグロー放電を発生させる放電電源と、前記熱電子放出電極を加熱して熱電子を放出させる加熱電源と、前記基材に前記真空チャンバに対して負の電位を与えるバイアス電源とを有しており、
前記放電電源が真空チャンバから絶縁されており、
前記放電電源、前記加熱電源及び前記バイアス電源により、前記基材の近傍に発生したガスイオンを前記基材の表面に照射することを特徴とするイオンボンバードメント装置。
【請求項２】
前記熱電子放出電極を、複数のフィラメントで構成していることを特徴とする請求項１に記載のイオンボンバードメント装置。
【請求項３】
前記加熱電源を直流電源とし、前記複数のフィラメントが正極と負極とがそれぞれ上下逆になった２本のフィラメントにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載のイオンボンバードメント装置。
【請求項４】
前記熱電子放出電極の背後又は側方に、前記熱電子放出電極から基材に向かう磁力線を形成する第一磁力発生手段を配置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオンボンバードメント装置。
【請求項５】
前記アノードの背後又は側方に、前記アノードから基材に向かう磁力線を形成する第二磁力発生手段を配置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のイオンボンバードメント装置。
【請求項６】
前記真空チャンバ内に前記熱電子放出電極を覆うシャッターを配置していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のイオンボンバードメント装置。
【請求項７】
前記バイアス電源がパルス電源であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のイオンボンバードメント装置。
【請求項８】
前記放電電源の正極側出力を前記アノードと前記基材とに選択的に接続可能とする切換回路を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のイオンボンバードメント装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のイオンボンバードメント装置を用いて、成膜前の基材表面をクリーニングする方法であって、
前記熱電子放出電極及び前記アノード間でグロー放電が始まるまでは、前記熱電子放出電極に流す加熱電流と真空チャンバ内におけるガス雰囲気のガス圧とを上げ、
前記放電開始後は、前記放電が維持できる値までガス圧を下げるとともに前記加熱電流を調整することを特徴とするクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜の前処理として基材の表面をクリーニングすることができるイオンボンバードメント装置及びこの装置を用いた基材表面のクリーニング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削工具の耐磨耗性の向上や、機械部品の摺動面の摺動特性の向上を目的として、基材（成膜対象物）に対して、物理的蒸着（ＰＶＤ）法による硬質皮膜（ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ等）の成膜が行われてきた。このような硬質皮膜の成膜に用いられる装置としては、アークイオンプレーティング装置やスパッタリング装置などの物理的蒸着装置がある。
【０００３】
このような物理的蒸着装置において、成膜する皮膜の密着性を向上させるために、成膜を行う前に基材表面を浄化（クリーニング）することが知られている。この前処理としては、電子衝撃による加熱クリーニングや、プラズマ放電によってアルゴンイオンのような重い不活性気体イオンを発生させ、このプラズマからのイオンを基材に照射して表面を加熱、クリーニングする方法（イオンボンバードメント法）がある。
【０００４】
上述した成膜の前処理を行う技術として、特許文献１には、成膜前の基材を表面クリーニング又は加熱する装置が記載されている。
この装置は、チャンバ内に基材と開閉自在のシャッターを備えたアーク蒸発源とこのアーク蒸発源とは独立したアノードとを設けていて、チャンバ内にアルゴンガスなどの不活性ガスを導入し、前面をシャッターで覆ったアーク蒸発源とチャンバとの間で起こるアーク放電を利用してアルゴンイオンを発生させ、アノードと基材との間に電位をかけることでアルゴンイオンを負電位とされた基材表面に照射して基材表面をクリーニングしている。
【０００５】
また、特許文献２には、真空チャンバ内で、垂直中央軸周りに配置された基材の内周側又は外周側で、基材の処理高さと同じ又はこの処理高さ以上の上下に亘る空間でアーク放電（プラズマ供給源）を形成し、そこで生成されるアルゴンイオンを、負のバイアス電圧をかけた基材に照射して、基材表面をクリーニングする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５２９４３２２号明細書
【特許文献２】特許第４２０８２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に記載された基材表面をクリーニングする装置には、以下の問題がある。
特許文献１の装置では、アーク蒸発源の前面を覆うシャッターが高温になり、その輻射熱を受けて基材も高温となるため、低温での処理が必要とされる焼入れ材などの基材への適用が難しい。また、シャッターにアーク蒸発源からのドロップレットが付着するため、メンテナンスが頻繁に必要となるほか、シャッターで蒸発源を完全に覆えず、若干のドロップレットが基材に付着するという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献１は、実質的にチタンターゲットを用いる技術となっているが、イオンボンバードによりクリーニングするだけの機構としては大きな空間を要するため、コスト高となる。
一方、特許文献２の装置では、真空チャンバ上部に別途設けた陰極室内へガスを注入して、陰極室内圧と真空チャンバ内圧との差（圧力勾配）を生じさせ、この圧力勾配を利用して、陰極室内のガスを小さな開口から真空チャンバ内へ勢いよく噴出させて垂直中央軸に沿ってプラズマを発生させている。
【０００９】
しかし、圧力勾配を生じさせるためには、陰極室へ所定圧でガスを注入することが必須であり、ガスを真空チャンバ内へ勢いよく噴出させるには、小さな開口径のシビアな調整が必要となる。高価なモリブデン等で形成された小さな開口の周辺部は、常時ガス噴出にさらされて摩耗が激しいため、経済的負担が大きくなる。
また、基材表面をムラなくクリーニングするために、装置の大型化が避けられず、陽極を複数配置するなどシステムが複雑になり、基材表面とプラズマとの距離（つまり、クリーニング効果）を一定に保つことが難しい。
【００１０】
一方、上述したクリーニングの問題のみならず、これらの装置（特に、特許文献１に記載の装置）には、回路上においても問題となる点が存在する。すなわち、特許文献１に記載の装置は、真空チャンバを介して全ての電源を接続しているため、電源同士がチャンバを介してループを形成するものとなり、このようなループが形成されると、各ＧＮＤの電位が実際には異なる場合などに電流制御が不安定になるといった問題が発生する。
【００１１】
そこで、上述した問題に鑑み、本発明は、基材のクリーニング効果を高めることができるとともに電源の制御を安定化させたイオンボンバードメント装置及びこの装置を用いた基材表面のクリーニング方法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】
【００１２】
前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係るイオンボンバードメント装置は、真空チャンバ内に配置された基材の表面を、真空チャンバ内で発生したガスイオンを照射することによってクリーニングするイオンボンバードメント装置において、真空チャンバの一の内側面に、フィラメントで構成した加熱式の熱電子放出電極を配置し、真空チャンバの他の内側面に、熱電子放出電極からの熱電子を受けるアノードが配置され、熱電子放出電極とアノードとの間に基材が配置されている。さらに、熱電子放出電極及びアノード間に電位差を与えてグロー放電を発生させる放電電源と、熱電子放出電極を加熱して熱電子を放出させる加熱電源と、基材に真空チャンバに対して負の電位を与えるバイアス電源とを有しており、放電電源が真空チャンバから絶縁されている。これらの放電電源、加熱電源及びバイアス電源により、基材の近傍に発生したガスイオンを基材の表面に照射することを特徴とする。
【００１３】
熱電子放出電極とアノードとの間に基材が配置されているので、基材近傍でガスイオンのプラズマを発生することができ、これにより基材のクリーニング効果を高めることができる。また、放電電源を真空チャンバから絶縁して配線することで各電源の電流制御を安定化させられる。
なお、熱電子放出電極を複数のフィラメントで構成してもよい。この場合、フィラメントの断線を抑えることができ、交換作業も容易である。
【００１４】
さらに、加熱電源を直流電源とし、複数のフィラメントを正極と負極とがそれぞれ上下逆になった２本のフィラメントにより構成してもよい。この場合、放出量を互いに補うこととなるため、実際に基材に照射される熱電子の量が基材の処理高さにわたって均一となる。さらに、フィラメントの真空チャンバに対する電位変化がなくなるため、フィラメント及びアノード間の放電が安定する。
【００１５】
また、熱電子放出電極の背後又は側方に、熱電子放出電極から基材に向かう磁力線を形成する第一磁力発生手段を配置してもよい。なお、アノードの背後又は側方に、アノードから基材に向かう磁力線を形成する第二磁力発生手段を配置してもよい。この第二磁力発生手段のみを設けてもよいし、第一磁力発生手段と併せて設けても良い。
これにより、磁力発生手段の配置や強さを調整することで、真空チャンバ内を移動する電子の軌道が制御可能となり、放電の開始及び維持を安定的に行うことができる。さらには、放電電流を増加させてクリーニング時間を短縮できるとともに、低圧なガス雰囲気下での放電着火が容易となる。
【００１６】
さらに好ましくは、真空チャンバ内に熱電子放出電極を覆うシャッターを配置してもよい。
こうすることで、熱電子放出電極に汚れが付着しなくなるため、フィラメント加熱時の付着汚れ蒸発による基材汚染や汚れ付着による熱電子放出効率低下を防止できる。
また、バイアス電源がパルス電源であることも好ましい。
【００１７】
基材に負のバイアス電圧をかけると、熱電子放出電極とアノードとの間の異常放電の原因となるが、パルスバイアス電源とすることで異常放電を抑え、基材のエッチング分布を改善できる。
さらに、放電電源の正極側出力をアノードと基材とに選択的に接続可能とする切換回路を設けてもよい。この場合、放電電源の正極側出力と基材とを接続することにより、基材がフィラメントより高い電位（正の電位）となり、フィラメントから放出される熱電子を基材に照射して基材を加熱する電子加熱用途にも使用できる。
【００１８】
本発明に係る基材表面のクリーニング方法は、上述のイオンボンバードメント装置を用いて、真空チャンバ内に配置された基材の表面を成膜する前に、熱電子放出電極及びアノード間でグロー放電が始まるまでは、熱電子放出電極に流す加熱電流と真空チャンバ内におけるガス雰囲気のガス圧とを上げ、放電開始後は、放電が維持できる値までガス圧を下げるとともに加熱電流を調整することを特徴とする。
【００１９】
この特徴によって、放電電源として高電圧電源が不要となり、占有空間やコストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、基材のクリーニング効果を高めることができるとともに電源の制御を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオンボンバードメント装置を示す概要図である。
【図２】第１実施形態に係るイオンボンバードメント装置の平面方向を示した概要図である。
【図３】基材高さ方向のエッチング分布を示すグラフである。
【図４】第２実施形態に係るイオンボンバードメント装置の平面方向を示した概要図である。
【図５】第３実施形態に係るイオンボンバードメント装置を示す概要図である。
【図６】第４実施形態に係るイオンボンバードメント装置を示す概要図である。
【図７】第５実施形態に係るイオンボンバードメント装置の平面方向を示した概要図である。
【図８】本発明のクリーニング方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を、図に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１、図２には、本発明の第１実施形態に係るイオンボンバードメント装置１が示されている。
このイオンボンバードメント装置１は、断面八角形の真空チャンバ２内に設置された基材Ｗの表面に物理的蒸着法（ＰＶＤ法）により皮膜を被覆する装置であって、真空チャンバ２内の底面の略中央には、処理物である複数の基材Ｗを載置した回転式の基材保持具（ワークテーブル）１１が設けられている。真空チャンバ２は、その内部の一の側面に配置された加熱式の熱電子放出電極３（フィラメント３）と、内部の他の側面に配置されたアノード４とを有している。
【００２３】
なお、図１、２に示す如く、基材Ｗ及びこれを支持するワークテーブル１１は、フィラメント３とアノード４との間に位置している。また、基材Ｗは、ワークテーブル１１によって起立状態（基材Ｗの長手方向を上下に向けて）で支持されている。
加えて、イオンボンバードメント装置１は、フィラメント３とアノード４との間に電位差を与えてプラズマ放電を発生させる放電電源５と、フィラメント３を加熱させる加熱電源６とを有している。さらに、ワークテーブル１１に接続されて、基材Ｗに負の電圧を印可させるバイアス電源１２も有している。
【００２４】
真空チャンバ２には、当該真空チャンバ２内へアルゴンなどの不活性ガスを導入するガ
ス導入口と、真空チャンバ２内から不活性ガスを排出するガス排気口とが設けられている（ガス導入口、排気口ともに図示省略）。
熱電子放出電極であるフィラメント３は、加熱することで熱電子を照射する線条材であって、タングステン（Ｗ）等の金属によって形成されている。フィラメント３は、基材Ｗを挟んで前記アノード４のほぼ反対側に位置し（図２参照）、フィラメント３及びアノード４間で起こる放電が基材Ｗを挟むように配置されている。この実施形態の場合は、八角形の一の側面と、その対面の隣の面に配置されている。
【００２５】
図１に示すように、フィラメント３は、高さ方向（上下方向）に沿って真空チャンバ２の内壁に絶縁体（図１、図２では、真空チャンバ２との間に隙間を設けることで絶縁状態を表現している）を介して配設されており、後述する加熱電源６にその両端部が接続されている。
ただし、この加熱電源６とフィラメント３とは、直接接続されているのではなく、入力側（加熱電源６側）の１次コイル１４の巻き数と出力側（フィラメント３側）の２次コイル１５の巻き数とが１対１である絶縁トランス１３を介して、電気的に絶縁された状態で接続されている。
【００２６】
この構成により、加熱電源６から出力された交流電流は、絶縁トランス１３を介し、フィラメント３に流れる。フィラメント３は電流が流れることによって加熱され、フィラメント３から熱電子が飛び出すこととなる。
なお、絶縁トランス１３の１次コイル１４側には、加熱電源６からの交流電流の位相をコントロールする電力調整器等（図示省略）が組み込まれている。
【００２７】
フィラメント３の長さは、起立した基材Ｗの高さ（以下、基材Ｗの処理高さとする）と同じか若干長く設定されていて、フィラメント３は、側面視で基材Ｗと重複する位置に配置されている。フィラメント３の太さや組成は、長さ方向にわたって均一である。
それ故に、このフィラメント３から飛び出る熱電子は、基材Ｗに対して処理高さ方向にわたってほぼ均一となり、基材Ｗ側へ放出される熱電子の量は、フィラメント３におけるその地点の電位によってコントロールできる。
【００２８】
なお、飛び出した熱電子は、真空チャンバ２の内部に導入されたアルゴンガスに衝突してアルゴンイオンを生成したり、又は後述する切換回路１６によって直接基材Ｗに照射されたりする。
アノード４（陽電極）は、正の電位（フィラメント３より相対的に高い電位）が印可され、基材Ｗを挟んでフィラメント３と相対する位置の真空チャンバ２の内壁面に配置されている。アノード４も真空チャンバ２に電気的に接続されることなく絶縁体を介して取り付けられている。
【００２９】
図１に示したように、放電電源５は、フィラメント３及びアノード４間に電位差をかけて放電を生じさせる直流電源であって、正極側出力をアノード４へ接続されており、負極側出力を絶縁トランス１３を介してフィラメント３へ接続されている。
具体的には、放電電源５の負極側出力は、２次コイル１５の巻芯方向中途部に設けられた中間タップに接続されており、２次コイル１５を通じて、フィラメント３へ接続されている（図１参照）。
【００３０】
一方、上述した如く、加熱電源６は、フィラメント３に電流を流して加熱させ、熱電子を基材Ｗへ照射させるための交流電源であって、各端子からの出力が、絶縁トランス１３を介してフィラメント３の両端に接続されている。
このような構成により、放電電源５及び加熱電源６は、互いに接続されていない（例えば、同一のＧＮＤに接続されていない等）と同時に、真空チャンバ２にも繋がっておらず、放電電源５と加熱電源６と間の電気的な独立と、放電電源５及び加熱電源６の真空チャンバ２に対する電気的な独立とを保っている。
【００３１】
一方、バイアス電源１２は、真空チャンバ２に対する負の電荷を基材Ｗに印可する直流電源であって、正極側出力が真空チャンバ２に接続され、負極側出力がワークテーブル１１を介して基材Ｗに接続されている。
この構成により、バイアス電源１２は、上述の放電電源５及び加熱電源６とは接続され
ないものとなり（例えば、同一のＧＮＤに接続されていない）、３つの電源５、６、１２は、それぞれが電気的に独立することになる。
【００３２】
よって、各電源５、６、１２が真空チャンバ２や共通グランドを介してループを形成することがなく、各ＧＮＤの電位が実際には異なっていたとしても、各電源の電流制御を安定的に行うことができる。
なお、バイアス電源１２は、基材Ｗに１０〜１０００Ｖの負電圧を印可できるように設定されている。
【００３３】
また、図１に示すように、第１実施形態に係るイオンボンバードメント装置１には、放電電源５の正極側出力を、アノード４への接続又は基材Ｗへの接続に切り換え可能な切換回路１６が設けられている。したがって、放電電源５の正極側出力と基材Ｗとを接続した場合には、基材Ｗは、放電電源５によってフィラメント３より高い電位（正の電位）となり、フィラメント３から放出される熱電子を基材Ｗに照射して基材Ｗを加熱する電子加熱用途にも使用できる。
【００３４】
以下、第１実施形態に係るイオンボンバードメント装置１の使用態様、すなわち物理的蒸着前の基材Ｗのクリーニング方法について述べる。
まず、真空チャンバ２内のワークテーブル１１に基材Ｗを固定し、真空引きしたチャンバ２内で加熱処理等を施す。そして、基材Ｗの温度をクリーニング用の温度（表面をクリーニングするのに適した温度）に制御した後に、真空チャンバ２内へアルゴンガスを導入する。アルゴンガスの導入は真空引きと同時でもよい。
【００３５】
アルゴンガス雰囲気下において、約１０〜３０Ａに制御された電流を放電電源５から流し、フィラメント３とアノード４との間に約１００Ｖ以上の電位差をかけた状態で、加熱電源６から交流電流を流す。これにより、加熱電源６によりフィラメント３から発生された熱電子が、相対的に正の電位にあるアノード４の方向に移動する際に、基材Ｗの近傍のアルゴンガスを電離させてプラズマ状態にすることでグロー放電状態になるとともに、基材Ｗの近傍にアルゴンイオンを発生させる。
【００３６】
このとき、絶縁トランス１３の電力調整器による交流電流の位相と、真空チャンバ２に吸排気されるアルゴンガスを同時にコントロールして、フィラメント３に流す電流値及び、基材Ｗ周辺のアルゴンガス雰囲気のガス圧を、フィラメント３とアノード４との間でグロー放電可能な状態に制御しておく。
この過程を経て、基材Ｗ周辺にプラズマを発生させた状態で、バイアス電源１２を起動さて基材Ｗに負のバイアス電圧をかけ、正の電荷をもつアルゴンイオンを基材Ｗに照射する（ボンバードメント）ことで、基材Ｗ表面のクリーニングが行われる。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、イオンボンバードを行う機構のみ説明したが、真空チャンバ２内に、基材Ｗに向けて取り付けられたアーク蒸発源も設けて、同一真空チャンバ２内で物理的蒸着による成膜もできるようにしてもよい。
次いで、このクリーニング方法の詳細を以下に述べる。
まず、図８のフローチャートに示した如く、ステップＳ１において、加熱電源６を作動させてフィラメント３の加熱を開始すると同時に、真空チャンバ２内へアルゴンガスを導入する。
【００３８】
ステップＳ２において、放電電源５を作動させ、フィラメント３とアノード４との間に電流を流す。この際、フィラメント３とアノード４との間に流れる電流を定電流制御する。
ステップＳ３において、フィラメント３及びアノード４間でグロー放電が始まるように、フィラメント３に流す加熱電流と、真空チャンバ２内のアルゴンガスのガス圧を上げていく。
【００３９】
なお、加熱電流とアルゴンガス圧を上げることで、グロー放電が起こりやすくなる。また、この放電により、基材Ｗ周辺でプラズマが発生し、正の電荷をもつアルゴンイオンが生成される。
ステップＳ４において、放電開始後、真空チャンバ２内のガス圧をこの放電が維持できる設定値まで下げると同時に、放電電圧が適正な値となるようにフィラメント加熱電流を
調整する。
【００４０】
ステップＳ５において、グロー放電が開始した後にバイアス電源１２を作動させ、基材Ｗに負の電位を印可することで、正電荷をもつアルゴンイオンが基材Ｗの表面に照射され、クリーニングが開始される。
このクリーニング動作中に放電が途中で途切れないか監視し、ステップＳ６において、途中で途切れた場合にはステップＳ３へ戻る。放電が持続してクリーニング動作が終了した場合は、ステップＳ７へ移る。
【００４１】
ステップＳ７において、クリーニング開始から所定時間経過したと判断されれば、基材Ｗ表面のクリーニングを終了させるために各電源をＯＦＦにする。
上述したように、基材Ｗのクリーニングをする際に、フィラメント３及びアノード４間でグロー放電が始まるまでは、フィラメント３に流す加熱電流と真空チャンバ２内におけるアルゴンガスのガス圧とを上げ、放電開始後は、放電が維持できる値まで加熱電流とガス圧とを下げるので、放電電源５として高電圧電源が不要となり、占有空間やコストを抑えることが可能となる。
【００４２】
上記した処理は、イオンボンバードメント装置１に設けられた制御部（図示せず）内のプログラムによって実現されている。この制御部はプログラムに従い各電源５、６、１２及びアルゴンガス圧を制御する。
以上述べたイオンボンバードメント装置１、及びこの装置１を用いた成膜前のクリーニング方法を採用することで、基材Ｗに対して高さ方向均一に熱電子を照射でき基材Ｗの均一なクリーニングが可能となる。また、放電電源５と加熱電源６とを真空チャンバ２から独立して配線することで各電源の電流制御を安定化させられるようになる。
【００４３】
ところで、本発明に係るイオンボンバードメント装置１におけるバイアス電源１２として、上述の第１実施形態の場合、負の電荷を基材Ｗに印可する直流電源である旨、説明を行ったが、バイアス電源１２としてパルス電源を採用してもよい。
バイアス電源１２にパルス電源を使用した場合について、以下に述べる。
図３は、パルス電源１２から基材Ｗに対して、バイアス電圧３００Ｖ、周波数３０ｋＨｚ、デューティ比６２％のパルス波電流を流し（パルスモード）、基材ＷとしてＷＣ（タングステンカーバイト）のテストピースを上下方向に８個配置し、真空チャンバ２内のアルゴンガス圧を０．８Ｐａ、放電電源５による放電電流を３０Ａとしたときの基材Ｗ（テストピース）のエッチング量（クリーニング量）の測定結果を示している。
【００４４】
なお、図３中には、同様の基材Ｗに対して同一のアルゴンガス圧及び放電電流下で、バイアス電圧３００Ｖの直流電流を流したとき（ＤＣモード）の比較例の結果も示されている。
図３に示すように、パルスモードの場合は、ＤＣモードと比べて、全体的なエッチング量（クリーニング処理によって除去される汚れの量）は減少しているものの、基材Ｗの処理高さ方向のエッチング分布が約０．１μｍでほぼ均一となっている。
【００４５】
これは、基材Ｗに対するバイアス電圧として直流電流を流すと、帯電した基材Ｗが、フィラメント３とアノード４との間のグロー放電の電位的な障壁となり、異常放電を引き起こすためである。
しかし、バイアス電源１２としてパルス電源を用いることで異常放電を抑え、イオンボンバードによる基材Ｗのエッチング量の分布を改善できる。
【００４６】
なお、グロー放電の開始後には放電電圧が下がるため、フィラメント３に流れる電流値を調整することで適切な放電電圧（フィラメント３の電位が真空チャンバ２に対して常に負電位）になるように自動制御することとなる。
このとき、グロー放電を維持するための放電電圧やアルゴンガス圧は、放電開始時より低くなっている。
［第２実施形態］
図４には、本発明の第２実施形態に係るイオンボンバードメント装置１が示されている。
【００４７】
この第２実施形態のイオンボンバードメント装置１は、第１実施形態のようにフィラメ
ント３とアノード４との間に基材Ｗを配置するのではなく、フィラメント３は、アノード４のより近くに（基材Ｗを挟んでアノード４の反対側の位置よりもアノード４に近づく位置に）配置されている。
これによって、基材Ｗ及びワークテーブル１１によるフィラメント３及びアノード４間の放電への影響が抑えられる（なお、基材Ｗ周辺におけるプラズマが生成される空間は狭くなる）。この場合も、イオンボンバードできる領域が狭くなるので、第１実施形態と同様にワークテーブル１１による回転が必須となる。
［第３実施形態］
次いで図５には、本発明の第３実施形態に係るイオンボンバードメント装置１が示されている。
【００４８】
この第３実施形態の特徴は、加熱電源６を直流電源とし、且つ正極と負極とがそれぞれ上下逆になった２本のフィラメント３を、基材Ｗの処理高さ方向にわたって配置している点である。
よって、各フィラメント３は、電位の高い側の端部から低い側の端部にかけて、放出される熱電子の量は減っていくものの、減っていく放出量を互いに補うこととなるため、実際に基材Ｗに照射される熱電子の量は、基材Ｗの処理高さにわたって均一となる。
【００４９】
さらに、フィラメント３の真空チャンバ２に対する電位変化がなくなるため、フィラメント３及びアノード４間の放電が安定する。
なお、図５中の符号２１は負荷抵抗を表しており、放電電源５の負極側出力をショートすることなくフィラメント３各端部間の中間電位に接続する回路構成としている。
［第４実施形態］
さらに、図６には、本発明の第４実施形態に係るイオンボンバードメント装置１が示されている。
【００５０】
第４実施形態に係るイオンボンバードメント装置１と第１実施形態の装置との違いは、熱電子放出電極を１本のフィラメント３で構成するのではなく、複数のフィラメント３を基材Ｗ処理高さにわたって配置している点である。複数のフィラメント３を使用することで、フィラメント３の断線を抑えることができ、その交換作業も容易になる。
加えて、第４実施形態は、上述のフィラメント３を覆うシャッター３１を備えており、このシャッター３１で、フィラメント３に汚れが付着することを防いでいる。
【００５１】
これによって、汚れが付着することでフィラメント３自体の熱電子の放出効率が下がったり、フィラメント３を加熱した際に、付着した汚れが蒸発して基材Ｗの表面に付着（汚染）することなどが防止できる。
［第５実施形態］
最後に、図７には、本発明の第５実施形態に係るイオンボンバードメント装置１が示されている。
【００５２】
第５実施形態に係るイオンボンバードメント装置１の特徴は、真空チャンバ２におけるフィラメント３付近には、フィラメント３から基材Ｗに向かう磁力線を形成する第一磁力発生手段７が配置され、アノード４の付近には、アノード４から基材Ｗに向かう磁力線を形成する第二磁力発生手段８が配置されている点である。
これら磁力発生手段７、８は、永久磁石や電磁コイルであって、フィラメント３やアノード４の背後（背面側）の真空チャンバ２の外壁に配置してもよいし、フィラメント３やアノード４の左右側方で且つ真空チャンバ２の内壁に配置してもよい（図７中の符号７、８参照）。
【００５３】
これらの磁力発生手段７、８のフィラメント３やアノード４に対する配置や、発生させる磁力線の強さを調整することで、真空チャンバ２内を移動する熱電子の軌道が制御できるようになっており、放電開始や放電維持を安定的に行うことができる。
さらには、放電電流を増加させてクリーニング時間を短縮したり、低圧なガス雰囲気下での放電着火が容易となる。
【００５４】
なお、第５実施形態は、フィラメント３側の第一磁力発生手段７、又はアノード４側の第二磁力発生手段８のいずれかのみを有していてもよい。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５５】
例えば、イオンボンバードメント装置１は、放電電源５としてクリーニング専用の直流電源を備えていたが、基材Ｗのクリーニング以外の工程で使用する電源（例えば、アーク蒸発源の背後に配置した電磁コイル用の駆動電源や、電子加熱電源等）を、放電電源５と兼用することとしてもよい。
加熱電源６から熱電子放出電極３へ流す電流は、上述した電力調整器によって位相を制御されているが、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御等を行ってもよい。この場合、熱電子放出電極３の真空チャンバ２に対する電位変化を平滑化することができる。
【００５６】
また、第１実施形態の項で説明した切換回路１６を、第２〜第５実施形態に適用することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１    イオンボンバードメント装置
２    真空チャンバ
３    熱電子放出電極（フィラメント）
４    アノード
５    放出電源
６    加熱電源
７    第一磁力発生手段（熱電子放出電極側）
８    第二磁力発生手段（アノード側）
１２  バイアス電源
１６  切換回路
Ｗ    基材
【図８】
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【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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