(57)【要約】【課題】  従来よりも大型の被処理物に対応することができ、そのような被処理物に対しても期待通りの表面処理を施すことができる。【解決手段】  この発明に係る表面処理装置は、熱電子を放出する直線状のフィラメント４０と、当該熱電子を加速させて気体粒子に衝突させることによってプラズマを発生させるアノード４２と、を備えている。このうち、フィラメント４０は、積極的に加熱されるために、熱膨張を生じる。しかし、フィラメント４０には、その一端を支持する可動式支持部２００（張力付与機構２１０）によって張力が付与されているので、当該フィラメント４０は熱膨張しても、変形しない。従って、このフィラメント４０とアノード４２との間に発生するプラズマは、安定化される。また、フィラメント４０の長さ寸法を適宜設定することで、様々な寸法の被処理物に柔軟に対応することができる。【選択図】        図１
2008127670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内で気体粒子を放電させてプラズマを発生させると共に該プラズマを利用した表面処理を被処理物に施す表面処理装置において、
上記真空槽内に設けられ第１電力の供給によって加熱されて熱電子を放出する第１電極としての直線状のフィラメントと、
上記真空槽内に上記フィラメントと対向しかつ平行を成して延伸するように設けられ上記熱電子を加速させて上記気体粒子に衝突させることによって該気体粒子を放電させるための第２電力が供給される第２電極と、
上記直線状を維持するように上記フィラメントの長さ方向に沿う張力を該フィラメントに付与する張力付与手段と、
を具備することを特徴とする、表面処理装置。
【請求項２】
上記張力付与手段は上記フィラメントの一端または両端に上記張力を付与する、請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
上記フィラメントは水平方向に沿って延伸するように設けられる、請求項１または２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
上記被処理物の表面は直線部分を含み、
上記直線部分が上記フィラメントと対向しかつ平行を成すように上記被処理物を保持する保持手段をさらに備える、
請求項１ないし３のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項５】
上記気体粒子の放電を促進させるための磁界を発生させる磁界発生手段をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理装置に関し、特に、真空槽内で気体粒子を放電させてプラズマを発生させると共にこのプラズマを利用した表面処理を被処理物に施す、表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の表面処理装置として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術は、ｃＢＮ（Cubic Boron Nitride；立方晶窒化ホウ素）膜の生成に適用されるものであり、具体的には、内部が排気される真空槽を備えている。そして、真空槽内の中央部付近に、蒸発材料としてのホウ素が収容された蒸発源が設けられており、この蒸発源を中心にしてその周囲を上下方向に回転するように、被処理物としての複数の基板が基板ホルダに取り付けられる。さらに、蒸発源の上方であって、最上部にある基板よりも下方の位置に、図１２に示す如く、カソード６およびアノード５が互いに距離を置いて対向するように設けられている。そして、これらカソード６およびアノード５を挟むように、１対の細長い直方体状の磁極９ａおよび９ｂが設けられている。
【０００３】
なお、カソード６は、図１３にも示すように、概略コの字状（逆Ｕ字形）の３本のフィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃによって形成されている。そして、各フィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃは、それぞれの端部側を下方に向けると共に、それぞれの中央部を上方に向け、さらに当該中央部を水平方向に沿って１直線状に並べた状態で、４つの支持手段６ｈ，６ｈ，…によって支持されており、詳しくは、それぞれの端部がその上下からフィラメント押さえ６ｆおよび６ｇによって押さえられ、さらにボルト６ｅによって固定されている。これに対して、アノード５は、概略長尺状のものであり、その一方主面を各フィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃ側に向け、かつ当該各フィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃの中央部と平行にし、さらに少し斜め上方に向けた状態で、水平方向に沿って延伸するように、設けられている。各磁極９ａおよび９ｂもまた、互いに対向する側の面を少し斜め上方に向けた状態で、水平方向に沿って延伸するように、設けられている。
【０００４】
このように構成された従来技術によれば、排気後の真空槽内に、放電用ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。そして、カソード６に交流のカソード電力が供給される。すると、カソード６は加熱されて、熱電子を放出する。併せて、アノード５に直流のアノード電力が供給される。すると、熱電子はアノード５に引き寄せられ、加速される。そして、この加速過程において、熱電子は、アルゴンガスの粒子と衝突し、この衝突エネルギによって、当該アルゴンガス粒子が放電（電離）し、プラズマが発生する。さらに、プラズマは、各磁極９ａおよび９ｂから発生される磁界によって、当該各磁極９ａおよび９ｂ間の空間内に閉じ込められる。これによって、アルゴンガス粒子の放電が促進され、プラズマの密度が向上する。そして、この高密度なプラズマ空間内を、各基板が順次通過する。なお、各基板には、高周波のバイアス電力が供給される。
【０００５】
この状態で、蒸発源に収容されているホウ素が加熱されて、蒸発する。蒸発したホウ素は、プラズマによって放電され、イオン化される。併せて、真空槽内に、材料ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスが導入される。そして、この窒素ガスもまた、プラズマによってイオン化される。これらイオン化されたホウ素および窒素は、プラズマ空間内にある基板の表面に衝突する。この結果、当該基板の表面に、ホウ素および窒素の化合物であるｃＢＮ膜が生成される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０５６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の従来技術において、カソード６が３本（複数本）のフィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃに言わば分割されているのは、次のような理由による。
【０００８】
即ち、フィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃは、タングステン（Ｗ）等の高融点金属製であり、約２０００［℃］〜３０００［℃］という高温度に加熱される。そして、この加熱によって、熱膨張（熱変形）を生じる。ここで、例えば、図１４に示すように、カソード６が１本の直線状のフィラメントによって形成されており、その両端が上述と同様の支持手段６ｈおよび６ｈによって支持されている、とする。この場合、カソード（フィラメント）６は、加熱による熱膨張によって、図１４に点線６ｉで示されるように変形し、詳しくは、重力の影響もあいまって、弓状に垂れ下がる。因みに、カソード６の長さ寸法Ｌが３００［ｍｍ］であり、当該カソード６が３０００［℃］に加熱される、とすると、３０００［℃］におけるタングステンの線膨張係数は約６×１０−６［Ｋ−１］であるので、カソード６の長さ寸法Ｌは約６［ｍｍ］伸び、この伸びによるカソード６の最大垂れ量Ｄは約１５［ｍｍ］にもなる。このようにカソード６が変形すると、カソード６とアノード５との相互の位置関係が変化し、ひいてはこれら両者間に発生するプラズマの状態が変化する。そして、このプラズマの状態変化によって、ｃＢＮ膜の品質が予定外となり、言い換えれば期待通りの品質のｃＢＮ膜が得られない、という不都合が生じる。この不都合を解消するべく、従来技術では、カソード６が３本のフィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃに分割されており、これによって当該カソード６の熱膨張による変形が分散され、抑制される。
【０００９】
しかしながら、従来技術においても、やはり多少なりとも各フィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃは熱膨張によって変形する。しかも、それぞれのフィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃ毎に変形の具合が異なるため、プラズマの状態変化はより一層複雑になる。従って、期待通りの品質のｃＢＮ膜が得られない、という上述の不都合は残る。
【００１０】
さらに、従来技術では、図１３に示すように、カソード６中にアノード５と対向する部分αとそうでない部分βとが存在する。そして、アノード５に対向しない部分βについては、アノード５に対向する部分αに比べて、プラズマの発生のための貢献度（作用力）が低い。これにより、プラズマ中に密度の高い部分とそうでない部分とが生じ、いわゆるムラが生じる。そして、当然に、ｃＢＮ膜にもムラが生じる。このｃＢＮ膜のムラを回避するには、基板の寸法を小さくする、詳しくはカソード６中のアノード５と対向する部分α（つまり各フィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃの中央部）が延伸する方向において当該部分αの寸法よりも基板の寸法を小さくする、必要があるが、これは、即ち、大型の基板に対応することができない、ということを意味する。
【００１１】
そこで、本発明は、従来よりも大型の被処理物に対応することができ、加えて、そのような大型の被処理物に対しても期待通りの表面処理を施すことができる、表面処理装置を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、真空槽内で気体粒子を放電させてプラズマを発生させると共に、このプラズマを利用した表面処理を被処理物に施す表面処理装置において、真空槽内に設けられた第１電極としての直線状のフィラメントと、このフィラメントと対向しかつ平行を成して延伸するように同真空槽内に設けられた第２電極と、フィラメントが直線状を維持するように当該フィラメントの長さ方向に沿う張力を当該フィラメントに付与する張力付与手段と、を具備することを特徴とするものである。なお、フィラメントには第１電力が供給され、第２電極には第２電力が供給される。
【００１３】
即ち、この構成によれば、第１電極としての直線状のフィラメントに第１電力が供給されると、当該フィラメントは加熱されて、熱電子を放出する。併せて、第２電極に第２電力が供給されると、当該熱電子は加速される。そして、この加速過程において、熱電子は、真空槽内の気体粒子と衝突し、この衝突エネルギによって、気体粒子が放電し、プラズマが発生する。そして、このプラズマを利用して、被処理物に表面処理が施される。ここで、フィラメントは、加熱されることによって熱膨張する。ところが、フィラメントには、その長さ方向に沿う張力が、張力付与手段によって付与されている。従って、フィラメントの直線状は維持され、ひいては当該フィラメントと第２電極との相互の位置関係は維持される。そして、これらフィラメントと第２電極との間に発生するプラズマもまた、状態変化を生ずることなく、安定的に維持される。
【００１４】
さらに、フィラメントの長さ寸法を適宜設定すれば、様々な寸法の被処理物に対応することができる。詳しくは、フィラメントが延伸する方向において、当該フィラメントの寸法を少なくとも被処理物の寸法よりも大きくすれば、当該被処理物に対してムラのない一様な表面処理を施すことができる。
【００１５】
なお、張力付与手段は、フィラメントの一端または両端に張力を付与するものであってもよい。例えば、張力付与手段がフィラメントの一端に張力を付与するものである場合には、当該フィラメントの他端については単に固定すれば足りる。従って、その分、張力付与手段を含む表面処理装置全体の構成の簡素化および低コスト化が、可能となる。一方、張力付与手段がフィラメントの両端に張力を付与するものである場合には、これら両端に付与される張力の大きさが互いに等しくなるようにするのが、望ましい。このようにすれば、フィラメントの一端側と他端側との対称性が保たれ、プラズマの発生状態がより良好に維持される。
【００１６】
また、フィラメントは、水平方向に沿って延伸するように設けられてもよい。このような姿勢にあるときに、フィラメントは、重力の影響によって弓状に変形しようとするが、この重力による変形についても、本発明によって好適に抑制される。言い換えれば、本発明は、フィラメントが水平方向に沿って延伸するように設けられている構成に、極めて有効である。
【００１７】
さらに、被処理物は、その表面に直線部分を含むもの、例えば棒状（柱状）のもの、或いは板状のもの、さらには錐体状や多面体状のもの、であってもよい。そして、この場合、当該直線部分がフィラメントと対向しかつ平行を成すように被処理物を保持する保持手段を、さらに備えるのが望ましい。このようにすれば、当該直線部分を含む被処理物の表面に対して均一にプラズマを作用させることができ、ひいてはムラのない一様な表面処理を施すことができる。
【００１８】
そして、本発明においては、気体粒子の放電を促進させるための磁界を発生させる磁界発生手段を、さらに備えてもよい。即ち、気体粒子の放電が促進されると、プラズマの密度が向上する。そして、プラズマの密度が高いほど、当該密度の均一化がより一層要求される。このような要求に応えるのに、本発明は、極めて有効である。
【発明の効果】
【００１９】
上述したように、本発明によれば、フィラメントが加熱されて熱膨張しても、当該フィラメントは変形せず、その直線状は維持される。従って、フィラメントと第２電極との間に発生するプラズマの状態も、安定的に維持される。また、フィラメントの長さ寸法を適宜設定することによって、様々な寸法の被処理物に対応することができる。つまり、プラズマの発生状態が変化するために期待通りのｃＢＮ膜が得られず、しかも被処理物としての基板の寸法が制限される、という上述した従来技術とは異なり、より大型の被処理物に対応することができ、そのような大型の被処理物に対しても期待通りの表面処理を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
【００２１】
本実施形態に係る表面処理装置１０は、イオンプレーティング法を採用するものであり、図１〜図３に示すように、概略円筒形の真空槽１２を有している。なお、図１は、表面処理装置１０の内部を正面から見た図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００２２】
真空槽１２は、円筒形の両端に対応する部分を水平方向に向けた状態で配置されている。そして、この真空槽１２の両端に対応する部分のうちの前方側は、概略円板状の壁板１４によって閉鎖されており、後方側もまた、同様の壁板１６によって閉鎖されている。なお、図には示さないが、前方側の壁板１４は、開閉扉を備えている。そして、各壁板１４および１６を含む真空槽１２は、金属製、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製、とされており、それ自体は、基準電位としての接地電位に接続されている。また、真空槽１２の内部は、排気手段としての図示しない真空ポンプによって排気される。
【００２３】
そして、真空槽１２内の略中央には、蒸発源１８が配置されている。この蒸発源１８は、蒸発材料２０が収容される坩堝２２と、当該蒸発材料２０を加熱するための材料加熱手段、例えば電子銃２４と、を備えている。電子銃２４は、真空槽１２の外部にある図示しない電子銃用電源装置から所定の直流電力が供給されることによって、電子ビームを発射する。そして、この電子ビームが蒸発材料２０に照射されることで、当該蒸発材料２０は加熱される。
【００２４】
また、蒸発源１８の下方近傍に、槽内加熱手段としてのヒータ２６が配置されている。このヒータ２６は、真空槽１２の外部に設けられている図示しないヒータ用電源装置から所定の交流電力が供給されることで、発熱する。そして、この発熱エネルギによって、真空槽１２内が加熱され、特に被処理物２８，２８，…が加熱される。
【００２５】
被処理物２８，２８，…は、蒸発源１８の周りを取り囲むように配置される。具体的には、真空槽１２内の後方側の壁板１６の近傍に、当該真空槽１２の内径よりも少し径（外径）の小さい円盤状の回転台３０が、設けられている。そして、この回転台３０の前方側の面の周縁近傍に、当該周縁に沿って等間隔に、複数個、例えば７２個、の保持手段としてのホルダ３２，３２，…が設けられている。そして、これらのホルダ３２，３２，…のそれぞれに、被処理物２８が取り付けられる。なお、本実施形態では、被処理物２８として、例えば高速度鋼（ＳＫＨ５１）を母材する概略丸棒状のドリル（刃）が用いられる。そして、この被処理物２８は、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように取り付けられる。
【００２６】
また、被処理物２８，２８，…は、図１に矢印３４で示されるように、蒸発源１８を中心として回転し、言わば公転する。併せて、個々の被処理物２８は、図２および図３のそれぞれに矢印３５で示されるように、自身を中心として回転し、言わば自転する。このため、回転台３０は、図示しない自公転機構を備えており、この自公転機構は、回転軸３６を介して真空槽１２の外部にあるモータ３８に結合されている。なお、この自公転機構による各被処理物２８，２８，…の公転速度は、例えば１［ｒｐｍ］程度とされており、個々の被処理物２８の自転速度は、当該公転速度の１０倍程度、つまり１０［ｒｐｍ］程度とされている。
【００２７】
さらにまた、蒸発源１８よりも上方であって、最上部にある被処理物２８よりも下方の位置に、第１電極としてのフィラメント４０と、第２電極としてのアノード４２とが、互いに距離を置いて設けられている。
【００２８】
このうち、フィラメント４０は、直線状のタングステン製ワイヤであり、厳密には３本のタングステン製ワイヤの縒り線である。なお、この縒り線を構成する個々のワイヤは、強度向上のために焼鈍し処理を施されたものであり、その直径は、例えば１．０［ｍｍ］である。そして、このフィラメント４０は、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、言い換えれば個々の被処理物２８と平行を成すように、配置されている。
【００２９】
このフィラメント４０には、真空槽１２の外部にある第１電力供給手段としてのフィラメント用電源装置４４から、第１電力としての交流のフィラメント電力Ｅｆが供給される。また、このフィラメント電力Ｅｆには、直流の負電圧であるフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが重畳される。このため、フィラメント用電源装置４４の接地端子と接地電位との間に、当該フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂを生成するフィラメントバイアス供給手段としてのフィラメントバイアス用電源装置４６が、接続されている。
【００３０】
一方、アノード４２は、概略長尺状のものであり、例えばモリブデン（Ｍｏ）製とされている。そして、このアノード４２は、真空槽１２の中心軸を含む垂直面に対して、フィラメント４０と略面対称（共役）な位置に設けられている。具体的には、一方主面をフィラメント４０側に向け、厳密には後述する理由により少し斜め上方に向け、かつ当該一方主面をフィラメント４０と平行にし、さらに真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、設けられている。
【００３１】
そして、このアノード４２には、真空槽１２の外部にある第２電力供給手段としてのアノード用電源装置４８から、第２電力としての直流のアノード電圧Ｖａが印加される。なお、アノード電圧Ｖａは、正電圧である。
【００３２】
さらに、真空槽１２内には、これらフィラメント４０およびアノード４２を間に挟んだ状態で、磁界発生手段としての１対の細長い直方体状の磁界発生器５０および５２が設けられている。具体的には、各磁界発生器５０および５２は、それぞれの一側面を互いに対向させると共に、真空槽１２の中心軸に沿う方向に延伸するように、つまりフィラメント４０およびアノード４２と平行を成して延伸するように、設けられている。そして、各磁界発生器５０および５２には、互いに対向する一側面が互いに異なる磁極（Ｎ極およびＳ極）となるように、図示しない永久磁石が内蔵されている。これによって、各磁界発生器５０および５２で挟まれた空間、つまりフィラメント４０およびアノード４２が配置されている空間、に磁界が発生する。
【００３３】
なお、この磁界の発生領域を拡張するべく、各磁界発生器５０および５２は、互いに対向する一側面を少し斜め上方に向けた状態で設けられている。そして、このうちのアノード４２側に配置されている磁界発生器５２の傾きに合わせて、当該アノード４２も上述の如く傾けられている。さらに、この磁界の発生領域をより一層拡張するべく、各磁界発生器５０および５２の外方の側面に、当該側面よりも少し面積の大きい平板状のヨーク５４および５６が設けられている。
【００３４】
また、磁界の発生領域よりも下方であって、蒸発源１８よりも上方の位置に、ガス導入手段としてのガス導入管５８が設けられている。そして、このガス導入管５８を介して、真空槽１２内に、放電用ガスとしてのアルゴンガスが導入される。また、被膜の材料となる材料ガスも、このガス導入管５８を介して、真空槽１２内に導入される。そして、真空槽１２の外部には、ガス導入管５８内を流れるガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ６０、が設けられている。
【００３５】
さらに、各被処理物２８，２８，…には、ホルダ３２，３２，…、回転台３０およびマッチングボックス６２を介して、基板バイアス供給手段としての高周波電源装置６４から、周波数が１３．５６［ＭＨｚ］という高周波の基板バイアス電力Ｅｂが供給される。なお、マッチングボックス６２は、高周波電源装置６２と各被処理物２８，２８，…を含む負荷側との間のインピーダンスを整合させるためのものである。
【００３６】
このように構成された表面処理装置１０によれば、例えば上述したｃＢＮ膜を生成することができる。具体的には、ｃＢＮ膜を生成するための成膜処理に先立って、各被処理物２８，２８，…の表面を洗浄するための放電洗浄処理が行われる。そして、この放電洗浄処理の後に、各被処理物２８，２８，…の表面に中間層としてのＴｉＮ（窒化チタン）膜を生成するための成膜処理が行われ、続いてｃＢＮ膜のための成膜処理が行われる。なお、上述した坩堝２２には、蒸発材料２０として固形のチタン材およびホウ素材が個別に収容される。そして、放電用ガスとしてのアルゴンガスの他に、材料ガスとして窒素ガスが採用される。
【００３７】
まず、放電洗浄処理を行うべく、真空ポンプによって真空槽１２内が排気され、高真空状態とされる。そして、ヒータ２６によって、各被処理物２８，２８，…を含む真空槽１２内が加熱された後、当該真空槽１２内にアルゴンガスが導入される。この状態で、フィラメント４０に対してフィラメント電力Ｅｆが供給されると、当該フィラメント４０は加熱されて、熱電子を放出する。そして、アノード４２に対してアノード電圧Ｖａが印加されると、熱電子は、当該アノード４２に向かって加速される。この加速過程において、熱電子は、アルゴンガスの粒子に衝突し、この衝突エネルギによって、アルゴンガス粒子が放電して、プラズマが発生する。併せて、フィラメント電力Ｅｆには、直流のフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが重畳されているので、このフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂとアノード電圧Ｖａとの総和によって、熱電子の加速度が制御され、つまりプラズマの安定化が図られる。
【００３８】
さらに、フィラメント４０およびアノード４２が配置されている空間には、各磁界発生器５０および５２によって磁界が掛けられているので、これらフィラメント４０およびアノード４２間に発生したプラズマは、当該磁界内に閉じ込められる。これによって、図１〜図３に破線模様６６で示されるような高密度のプラズマ空間が形成される。そして、モータ３８が駆動されると、各被処理物２８，２８，…は、それぞれ自転しながら当該プラズマ空間６６内に順次搬送される。これによって、それぞれの被処理物２８の表面が、満遍なくプラズマに晒される。
【００３９】
ここで、各被処理物２８，２８，…に基板バイアス電力Ｅｂが供給されると、このうちのプラズマ空間６６内にある被処理物２８，２８，…の表面に、当該プラズマ空間６６内のアルゴンイオンが照射される。この衝撃によって、当該被処理物２８，２８，…の表面が洗浄され、つまり放電洗浄処理が行われる。そして、この放電洗浄処理の後に、ＴｉＮ膜を生成するための成膜処理が実施される。
【００４０】
即ち、アルゴンガスに加えて、窒素ガスが、真空槽１２内に導入される。すると、この窒素ガスは、プラズマ空間６６内でイオン化される。併せて、電子銃２４によって、坩堝２２内の蒸発材料２０のうちチタン材のみが加熱される。これによって、チタン材料が蒸発し、蒸発したチタン材もまた、プラズマ空間６６内でイオン化される。そして、イオン化された窒素およびチタンは、プラズマ空間６６内にある被処理物２８，２８，…の表面に照射される。これによって、当該被処理物２８，２８，…の表面に窒素およびチタンの化合物であるＴｉＮ膜が生成される。
【００４１】
続いて、ｃＢＮ膜のための成膜処理が実施される。即ち、蒸発材料２０としてのチタン材に代えて、ホウ素材のみが、電子銃２４によって加熱される。これによって、ホウ素材が蒸発し、蒸発したホウ素は、プラズマ空間６６内でイオン化される。そして、イオン化されたホウ素は、イオン化された窒素と共に、プラズマ空間６６内にある被処理物２８，２８，…の表面に照射される。これによって、当該被処理物２８，２８，…の表面（厳密にはＴｉＮ膜の上）に窒素およびホウ素の化合物であるｃＢＮ膜が生成される。
【００４２】
このｃＢＮ膜の生成をもって、一連の表面処理工程が終了する。そして、所定の冷却期間を置いた後、処理済みの各被処理物２８，２８，…が真空槽１２内から外部（大気中）に取り出される。
【００４３】
ところで、この一連の表面処理工程において、上述の如くフィラメント４０は積極的に加熱されるが、その加熱温度は約２０００［℃］〜３０００［℃］にも達する。そして、このような高温度に加熱されることによって、フィラメント４０は、当然に熱膨張を生じる。ここで、もし、この熱膨張によってフィラメント４０が変形するとすると、当該フィラメント４０とアノード４２との相互の位置関係が変化し、ひいてはこれら両者間に発生するプラズマの状態が変化する。そして、このプラズマの状態変化によって、期待通りの表面処理が行われず、例えば予定された品質のｃＢＮ膜が得られない、という不都合が生じる。そこで、この不都合を回避するべく、本実施形態におけるフィラメント４０には、次のような工夫が施されている。
【００４４】
即ち、図４および図５を参照して、フィラメント４０の両端は、２つの支持部１００および２００によって支持されている。このうちの一方の支持部１００は、フィラメント４０の端部（一端）が固定される言わば固定式とされており、他方の支持部１００は、フィラメント４０の端部（他端）が当該フィラメント４０の延伸方向に引っ張られることによって移動する言わば可動式とされている。なお、いずれの支持部１００および２００も、プラズマ空間６６外に設けられている。
【００４５】
固定式支持部１００は、角柱状の支持柱部１０２と、この支持柱部１０２の上端に固定された台座部１０４と、この台座部１０４の上に固定された挟持部１０６と、を備えている。そして、挟持部１０６によって、フィラメント４０の端部が直接に支持されている。なお、図には示さないが、支持柱部１０２の下端は、真空槽１２に固定されており、厳密には当該真空槽１２の前方側の壁板１４（扉）に取り付けられた電極棒によって支えられている。これら支持柱部１０２，台座部１０４および挟持部１０６は、いずれも金属製、例えばステンレス鋼製、とされており、これらを通じて、上述したフィラメント用電源装置４４から（フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが重畳された）フィラメント電力Ｅｆがフィラメント４０の端部に供給される。
【００４６】
この固定式支持部１００について、図６をも参照して、さらに詳しく説明すると、特に挟持部１０６は、台座部１０４の上に固定された概略直方体状の下側部材１０８と、この下側部材１０８の上方にフィラメント４０の端部を十数［ｍｍ］〜数十［ｍｍ］ほど挟み込んだ状態で設けられた概略直方体状の上側部材１１０と、これら下側部材１０８および上側部材１１０間を押圧するボルト（六角穴付きボルト）１１２と、を備えている。つまり、ボルト１１２が締め付けられることによって、フィラメント４０の端部が下側部材１０８および上側部材１１０間に強固に挟まれ、ひいては固定式支持部１００に固定される。なお、上側部材１１０の上部には、ボルト１１２の頭部１１４を収容するための収容孔１１６が設けられている。
【００４７】
可動式支持部２００も同様に、角柱状の支持柱部２０２と、この支持柱部２０２の上端に固定された台座部２０４と、この台座部２０４の上に固定された挟持部２０６と、を備えている。そして、挟持部２０６によって、フィラメント４０の端部が直接に支持されている。また、図には示さないが、支持柱部２０２の下端は、真空槽１２に固定されており、厳密には当該真空槽１２の前方側の壁板１４に取り付けられた電極棒によって支えられている。さらに、これら支持柱部２０２，台座部２０４および挟持部２０６は、いずれもステンレス鋼製とされており、これらを通じて、厳密には後述する銅製の網線２０８をも通じて、フィラメント用電源装置４４からフィラメント電力Ｅｆがフィラメント４０の端部に供給される。ただし、この可動式支持部２００は、フィラメント４０の端部を当該フィラメント４０の延伸方向に引っ張るための機構、言わば張力付与機構２１０、を備えており、この点で、固定式支持部１００と異なる。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、可動式支持部２００の挟持部２０６は、固定式支持部１００の挟持部１０６と同様の下側部材２１２，上側部材２１４およびボルト２１６を備えている。これに加えて、下側部材２１２の底部に、フィラメント４０の長さ方向に沿って延伸する直線状の溝２１８が設けられている。さらに、この溝２１８に対応する突条状のレール２２０が、台座部２０４上に設けられている。つまり、溝２１８が設けられた下側部材２１２、ひいては当該下側部材２１２を含む挟持部２０６は、台座部２０４上をレール２２０に沿って摺動可能とされている。なお、図には示さないが、溝２１８とレール２２０との間には、これら両者間の摩擦を低減するための潤滑剤が塗布されている。この潤滑剤としては、固体状のものが望ましく、特にｃＢＮ膜を生成する用途では、このｃＢＮ膜と同系の材質のＢＮ固体潤滑剤を採用するのが望ましい。ただし、ＢＮ固体潤滑剤は絶縁体であるため、台座部２０４と挟持部２０６との間の導電性を維持するべく、これら両者は銅製の網線２０８によって接続されている。
【００４９】
さらに、台座部２０４の固定式支持部１００が設けられている側とは反対側の端部に、平板状の壁部２２２が設けられている。この壁部２２２は、その主面がレール２２０の延伸方向（フィラメント４０の長さ方向）に対して直角を成し、かつ当該主面がレール２２０よりも上方に存在する部分を有するように、設けられている。そして、この壁部２２２のレール２２０よりも少し上方の部分には、その一方主面から他方主面に貫通する貫通孔２２４が設けられている。さらに、この貫通孔２２４には、レール２２０に沿って延伸する棒状のシャフト２２６が貫入されている。
【００５０】
シャフト２２６の一端（図７において右側の端部）は、挟持部２０６に固定されており、詳しくは下側部材２１２に固定されている。そして、シャフト２２６の他端（図７において左側の端部）側は、圧縮コイルバネ２２８の中空部に挿通されており、この圧縮コイルバネ２２８を壁部２２２との間で圧縮するように、当該シャフト２２６の他端に円板状のバネ押さえ部材２３０が設けられている。なお、圧縮コイルバネ２２８としては、表面処理時の環境下、例えば温度が５００［℃］という環境下、でもバネ定数等の特性が劣化しないものが望ましく、一例としてインコネル（登録商標；ニッケル−クロム−鉄系合金）製が望ましい。そして、この圧縮コイルバネ２２８を含め、溝２１８，レール２２０，貫通孔２２４が設けられた壁部２２２，シャフト２２６およびバネ押さえ部材２３０によって、張力付与機構２１０が構成されている。
【００５１】
このように構成された張力付与機構２１０によれば、圧縮コイルバネ２２８の反発力によって、フィラメント４０に対し、常に、図５および図７のそれぞれに矢印２３２で示される方向の張力が付与される。従って、フィラメント４０が加熱されて熱膨張しても、当該フィラメント４０は変形せず、その直線状は維持される。ゆえに、フィラメント４０とアノード４２との間の相互の位置関係が維持され、ひいてはこれら両者間に発生するプラズマの状態もまた安定的に維持される。この結果、期待通りの表面処理が行われ、つまり予定された品質のｃＢＮ膜が生成される。
【００５２】
また、図５に符号Ｌａで示されるフィラメント４０の長さ寸法が、少なくとも図２および図３のそれぞれに符号Ｌｂで示される被処理物２８の長さ寸法よりも長ければ、当該被処理物２８に対してムラのない一様な表面処理を施すことができる。つまり、フィラメント４０の長さ寸法Ｌａを適宜設定することによって、様々な長さ寸法Ｌｂの被処理物２８に柔軟に対応することができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態の表面処理装置１０によれば、プラズマの発生状態が変化するために期待通りのｃＢＮ膜が得られず、しかも被処理物としての基板の寸法が制限される、という上述した従来技術とは異なり、さらに大型の（表面積の大きい）被処理物２８に柔軟に対応することができ、そのような大型の被処理物２８に対しても期待通りの表面処理を施すことができる、という効果が得られる。また、従来技術では、１回の表面処理工程を実施する毎（いわゆる１バッチ毎）にフィラメント６ａ，６ｂおよび６ｃを交換する必要があったが、本実施形態の表面処理装置１０によれば、１本のフィラメント４０で複数回の表面処理工程を実施することができ、つまり当該フィラメント４０の寿命を延ばすことができる。一例として、少なくとも５回の表面処理工程（つまり５バッチ）を実施し得ることが、確認された。
【００５４】
なお、図５に符号Ｌｃで示されるアノード４２の長さ寸法は、フィラメント４０の長さ寸法Ｌａと略同等であるのが望ましく、厳密には当該フィラメント４０の長さ寸法Ｌａよりも少し短いのが望ましい。また、図４に符号ＬｄおよびＬｅで示される各磁界発生器５０および５２の長さ寸法は、フィラメント４０の長さ寸法Ｌａと略同等であるのが望ましく、厳密には当該フィラメント４０の長さ寸法Ｌａよりも少し短いのが望ましい。
【００５５】
本実施形態においては、ｃＢＮ膜を生成する場合について説明したが、これ以外の被膜を生成する場合も、同様である。また、被膜の生成に限らず、窒化処理等の成膜処理以外の表面処理を目的とする場合にも、本発明を適用することができる。特に、フィラメント４０の温度が高くなる用途ほど、本発明は有効である。
【００５６】
そして、イオンプレーティング法の表面処理装置１０を例に挙げて説明したが、これに限らない。即ち、スパッタリング法等の他のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、或いはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や熱ＣＶＤ法等を採用する表面処理装置にも、この発明を適用できることは言うまでもない。
【００５７】
また、被処理物２８として、概略丸棒状のドリルを例に挙げたが、これに限らない。例えば、角棒状のものや板状のもの、或いは円錐等の錐体状のもの、さらには直方体等の多面体状もの、を用いてもよい。これら形状のものは、いずれもその表面に直線部分を含むが、この場合、被処理物２８は当該直線部分がフィラメント４０と平行を成すように配置されるのが、望ましい。勿論、被処理物２８は、球状のように、直線部分を含まないものであってもよい。また、当該被処理物２８の数は、複数ではなく、単数（１つ）であってもよい。
【００５８】
さらに、フィラメント４０については、３本のタングステン製ワイヤの縒り線としたが、これに限らない。例えば、縒り線ではなく、単にこれらのタングステン製ワイヤを平行にまたは束ねて設けてもよいし、いわゆる単線であってもよい。また、タングステン以外の高融点金属、例えばタンタル（Ｔａ）やモリブデン、トリウム−タングステン（Ｔｈ−Ｗ）合金によって、当該フィラメント４０を形成してもよい。
【００５９】
そして、アノード４２についても、モリブデンに限らず、その他の高融点金属、例えばタングステン製、としてもよい。また、このアノード４２の形状としては、長尺状に限らず、棒状等の他の形状であってもよい。
【００６０】
さらに、フィラメント４０は、水平方向に沿って延伸するものでなくてもよい。例えば、当該フィラメント４０が垂直方向に沿って延伸するように設けられている場合にも、本発明を適用することができる。
【００６１】
また、可動式支持部２００を構成する台座部２０４と挟持部２０６との間の導電性を維持するのに銅製の網線２０８を用いたが、これに限らない。即ち、耐熱性および耐食性を有する柔軟な導電体素材であれば、この網線２０８以外のものを用いてもよい。
【００６２】
そして、本実施形態では、基板バイアス電力Ｅｂとして周波数が１３．５６［ＭＨｚ］の高周波電力を採用したが、これは、ｃＢＮ膜という絶縁性被膜を生成するに当たって、いわゆるチャージアップ現象を回避するためである。即ち、当該基板バイアス電力Ｅｂの態様は、生成しようとする被膜の材質、或いは被処理物２８の材質等に応じて、適宜決定される。この基板バイアス電力Ｅｂの態様としては、本実施形態で説明した高周波電力の他に、１３．５６［ＭＨｚ］以外の周波数の交流電力、或いは直流電力、さらにはパルス状の電力、等がある。特に、パルス状の電力については、デューティ比を適宜設定したり、或いは適宜の直流成分を重畳したりすることができるようにしてもよい。いずれの態様であっても、フィラメント４０の安定性、ひいてはプラズマの安定性、は保たれる。
【００６３】
また、図８に示すように、フィラメント４０の両端を可動式支持部２００および２００によって支持するようにしてもよい。この場合、両方の可動式支持部２００および２００（張力付与機構２１０および２１０）による張力２３２および２３２の大きさが互いに等しくなるようにするのが、望ましい。このようにすれば、フィラメント４０の両端の対称性が保たれ、プラズマの発生状態がより良好に維持されることが期待される。
【００６４】
さらに、可動式支持部２００として、詳しくは張力付与機構２１０として、図９に示すような構造のものを採用してもよい。即ち、この図９に示す張力付与機構２１０は、上述の圧縮コイルバネ２２８およびバネ押さえ部材２３０に代えて、バネ固定部材２５０，引っ張りコイルバネ２５２およびバネ固定壁部２５４を備えたものである。このうち、バネ固定部材２５０は、例えば円板状のものであり、シャフト２２６の先端（図９において左側の端部）に固定されている。そして、このバネ固定部材２５０のシャフト２２６が固定されている側とは反対側に、引っ張りコイルバネ２５２の一端が固定されている。この引っ張りコイルバネ２５２は、バネ固定部材２５０からシャフト２２６とは反対側に延伸するように設けられており、当該引っ張りコイルバネ２５２の他端は、少し引っ張られた状態で、バネ固定壁部２５４に固定されている。なお、図には示さないが、バネ固定壁部２５４は、真空槽１２または支持柱部２０２に固定されている。また、バネ固定部材２５０と引っ張りコイルバネ２５２との間には、これら両者間を電気的に絶縁するための碍子が設けられている。この碍子は、引っ張りコイルバネ２５２とバネ固定壁部２５４との間に設けられてもよい。
【００６５】
即ち、この図９に示す構造によれば、引っ張りコイルバネ２５２の収縮力によって張力２３２が発生し、フィラメント４０の変形が防止される。
【００６６】
また、張力付与機構２１０として、図１０に示すような構造を採用してもよい。この図１０に示す張力付与機構２１０は、錘２７０を利用して張力２３２を発生させるものであり、具体的には、挟持部２０６（下側部材２１２）に、耐熱性のある紐２７２を介して、当該錘２７０がぶら下がった状態に設けられている。なお、耐熱紐２７２としては、例えば直径が０．８［ｍｍ］のステンレス鋼製のワイヤがある。そして、この耐熱紐２７２は、壁部２２２の貫通孔２２４を貫通した状態で、挟持部２０６と錘２７０とを繋いでいる。さらに、錘２７０と特に支持柱部２０２との機械的な干渉を回避するべく、適当な干渉防止機構、ここでは、耐熱紐２７２の屈曲位置を壁部２２２（貫通孔２２４）から遠ざけるように当該壁部２２２に斜めに取り付けられた板状または棒状の突出部材２７４、が設けられている。また、この突出部材２７４の先端部には、耐熱紐２７２が滑る際の摩擦を低減するための摩擦低減手段、例えば滑車２７６、が設けられている。
【００６７】
即ち、この図１０に示す構造によれば、錘２７０の重量Ｍによって張力２３２を容易に調整することができる。
【実施例】
【００６８】
図１０に示す構造において、錘２７０の重量Ｍによって張力２３２を適宜調整し、このときのフィラメント４０の最大垂れ量Ｄ（図１４参照）がどれくらいになるのかの実験を行った。そして、この実験の結果を、図１１に示す。なお、この実験では、フィラメント４０として、長さ寸法Ｌａ（図５参照）が４００［ｍｍ］のものを採用した。
【００６９】
図１１に示すように、この実験では、錘２７０の重量Ｍが３００［ｇ］以上であれば、フィラメント４０の最大垂れ量Ｄが略ゼロ（Ｄ≒０［ｍｍ］）となること、つまり当該フィラメント４０が殆ど変形しないこと、が確認された。従って、この３００［ｇ］よりも大きく、かつフィラメント４０に対して極端な負荷が掛からない程度に、具体的には６００［ｇ］〜１５００［ｇ］程度に、錘２７０の重量Ｍを設定すれば、当該フィラメント４０の変形を好適に抑制することができる。
【００７０】
そして、この実験結果に基づいて、上述した圧縮コイルバネ２２８または引っ張りコイルバネ２５２を用いる構造においても張力２３２を適宜調整すれば、フィラメント４０の変形を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面処理装置の概略構成を示す内部正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図１におけるフィラメントおよびその周囲の部分を拡大して示す斜視図である。
【図５】図４の一部分を水平方向から見た図である。
【図６】図４における固定式支持部を拡大して示す断面図である。
【図７】図４における可動式支持部を拡大して示す断面図である。
【図８】同実施形態の別の例を示す図である。
【図９】図７とは別の可動式支持部の例を示す図である。
【図１０】図９とはさらに別の可動式支持部の例を示す図である。
【図１１】図１０の構造を用いた実験結果を示すグラフである。
【図１２】従来の表面処理装置におけるフィラメントおよびその周囲の部分を拡大して示す斜視図である。
【図１３】図１２の一部分を水平方向から見た図である。
【図１４】従来技術を説明するための参考図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  表面処理装置
１２  真空槽
４０  フィラメント
４２  アノード
４４  フィラメント用電源装置
４８  アノード用電源装置
１００  固定式支持部
２００  可動式支持部
２１０  張力付与機構
【図１】
2008127670.tif 000003
【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】
2008127670.tif 000008
【図７】
2008127670.tif 000009
【図８】
2008127670.tif 000010
【図９】
2008127670.tif 000011
【図１０】
2008127670.tif 000012
【図１１】
2008127670.tif 000013
【図１２】
2008127670.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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