(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基体を基体支持台の上に載せ、基体の周辺にプラズマを発生させるとともに基体にバイアス電圧を印加することによって基体の表面処理を行う表面処理装置であって、複数の基体間に磁場又は電場を形成する手段を備え、基体間に磁場を形成する手段を、基体支持台に磁石を埋め込むとともに、その磁石を基体下部分に磁石の埋め込まれていない部分が存在するように配設し、かつ磁石をその磁化の方向が基体支持台の支持面に沿うとともに隣り合う磁石の磁化の向きが互いに異なるように磁化させて構成したことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
基体間に磁場を形成する手段を、基体支持台に磁石を埋め込むとともに、その磁石を基体と基体の間の下部分に磁石の埋め込まれていない部分が存在するように配設し、かつ磁石をその磁化の方向が基体支持台の支持面に垂直であるとともに隣り合う磁石の磁化の向きが互いに異なるように磁化させて構成したことを特徴とする請求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】
基体間に磁場を形成する手段を、基体支持台に基体支持台と絶縁された電流回路を埋め込むとともに、その電流回路を基体と基体の間の下部分に配設し、電流回路に電流を流す電源を接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械部品などの立体的な構造を持つ基体の表面に、エッチング、ドーピング、成膜などの表面処理を施す表面処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の機械部品などの立体的な基体に対して表面処理を施す表面処理装置について、図５を参照して説明する。
【０００３】
図５において、１は処理対象物の基体であり、処理室１０内の基体支持台２上に載せた状態で配置される。処理室１０は、排気ライン４とガス供給ライン５を備えている。６はプラズマを発生させるプラズマ源であり、高周波電源２０に接続されたコイルにて構成されている。７は成膜用の固体ソースで、例えばＴｉなどの金属が適用され、スパッタや蒸発により金属原子を処理室１０内に放出する。固体ソース７には電源８が接続されており、スパッタや蒸発に必要なエネルギーが供給される。基体支持台２にはバイアス電源２１が接続されており、基体１に基体支持台２を通じてバイアス電圧が印加されるように構成されている。
【０００４】
次に、動作を説明する。本従来例における基体１は摺動部に用いられるステンレス鋼でできた機械部品であり、表面処理は基体１表面にＴｉＮ膜を成膜して耐摩耗性を向上するものである。
【０００５】
表面処理工程は、成膜する前に基体１を加熱する第１ステップと、ＴｉＮを成膜する第２ステップから成る。まず、第１ステップの動作を説明する。ガス供給ライン５より窒素ガスを導入し、同時に排気ライン４より排気する。高周波電源２０よりプラズマ源６に電力を供給するとプラズマ４０が発生する。次に、バイアス電源２１により基体支持台２及び基体１に電圧を印加する。プラズマ４０中の荷電粒子は基体１に印加された電圧により加速され基体１に衝突する。そのエネルギーによって基体１は加熱される。基体１が緻密な膜の形成に必要な温度まで加熱された時点で、第１ステップは終了する。
【０００６】
次に、第２ステップの動作を説明する。第１ステップの終了後、ガス供給ライン５より窒素ガスを導入し、同時に排気ライン４より排気する。高周波電源２０よりプラズマ源６に電力を供給するとプラズマ４０が発生する。次に、電源８をオンして固体ソース７にエネルギーを供給する。これにより、Ｔｉ原子が処理室１０内に放出される。処理室１０内に放出されたＴｉ原子はプラズマ４０によりイオン化される。次に、バイアス電源２１により基体支持台２及び基体１に電圧を印加する。イオン化されたＴｉと窒素が基体１に引き寄せられ、基体１表面にＴｉＮが形成される。ここで、基体１が第１ステップで加熱されているので、形成されたＴｉＮは緻密で耐摩耗性が高い。以上のようにして基体１の表面に耐摩耗性を持つ表面処理が施される。
【０００７】
基体１に対して加熱処理を施すにあたって、ヒーターを使用する方法もあるが、機械部品のように複雑な立体形状を持つ基体１の表面処理を行う場合や複数の立体的な形状を持つ基体１を同時に処理する場合などは、回り込みがよいプラズマ加熱が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例における第１ステップの加熱工程においては、荷電粒子は基体１とともに基体支持台２にも衝突するので、プラズマ加熱のエネルギーは基体支持台２にも分配され、加熱の効率が悪いという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基体を効率的にプラズマ加熱することができる表面処理装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面処理装置は、複数の基体を基体支持台の上に載せ、基体の周辺にプラズマを発生させるとともに基体にバイアス電圧を印加することによって基体の表面処理を行う表面処理装置であって、複数の基体間に磁場又は電場を形成する手段を備えた基本構成を有するものであり、複数の基体を基体支持台の上に載せ、基体の周辺にプラズマを発生させるとともに基体にバイアス電圧を印加することによって表面処理を行うのに、基体をプラズマ加熱し、加熱された基体に表面処理を施し、そのプラズマ加熱工程時に、複数の基体間に磁場又は電場を形成するものであり、プラズマ中の荷電粒子を基体に衝突させて加熱するプラズマ加熱の採用により複雑な立体的な形状の複数の基体であっても均一に加熱できるとともに、この基体を加熱する工程中に複数の基体間に磁場又は電場を形成して荷電粒子が基体に集中することによって基体を効率的に加熱することができ、表面処理の生産性を向上できる。
【００１２】
特に、基体間に磁場を形成する手段は、基体支持台に磁石を埋め込むとともに、その磁石を基体下部分に磁石の埋め込まれていない部分が存在するように配設し、かつ磁石をその磁化の方向が基体支持台の支持面に沿うとともに隣り合う磁石の磁化の向きが互いに異なるように磁化させてあるので、基体間を結ぶ磁場が形成することができる。
【００１３】
また、基体支持台に磁石を埋め込むとともに、その磁石を基体と基体の間の下部分に磁石の埋め込まれていない部分が存在するように配設し、かつ磁石をその磁化の方向が基体支持台の支持面に垂直であるとともに隣り合う磁石の磁化の向きが互いに異なるように磁化させて構成することができる。
【００１４】
また、基体支持台に基体支持台と絶縁された電流回路を埋め込むとともに、その電流回路を基体と基体の間の下部分に配設し、電流回路に電流を流す電源を接続して構成することができる。
【００１５】
また、基体間に電場を形成する手段は、隣り合う基体が異なる基体支持台で支持されるように基体支持台を分離し、隣り合う基体に異なるバイアス電圧を印加するように基板支持台にバイアス電源を接続して構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態の表面処理装置について、図１、図２を参照して説明する。
【００１７】
図１において、１は処理対象物の基体であり、処理室１０内の基体支持台２上に載せた状態で配置される。処理室１０は、排気ライン４とガス供給ライン５を備えている。６はプラズマを発生させるプラズマ源であり、本実施形態では高周波電源２０に接続されたコイルにて構成されている。７は成膜用の固体ソースであり、スパッタまたは蒸発により金属原子を処理室１０内に放出する。本実施形態では固体ソース７はＴｉから成る。固体ソース７には電源８が接続されており、スパッタや蒸発に必要なエネルギーが供給される。基体支持台２にはバイアス電源２１が接続されており、基体１は基体支持台２を通じてバイアス電圧が印加されるように構成されている。
【００１８】
基体支持台２には磁石３０が埋め込まれている。磁石３０は、基体１の下部分に磁石３０の埋め込まれていない部分が存在するように配置されている。また、その磁石３０は、基体支持台２の支持面２ａに沿う方向に磁化されているとともに、隣り合う磁石３０、３０の磁化の向きが互いに異なるように磁化されている。このように磁石３０を配置することで、基体１、１間を結ぶ磁場５０が形成される。
【００１９】
次に、動作を説明する。本実施形態における基体１は摺動部に用いられるステンレス鋼でできた機械部品であり、基体１表面にＴｉＮ膜を成膜する表面処理を施して耐摩耗性を向上するものである。
【００２０】
表面処理工程は、成膜する前に基体１を加熱する第１ステップと、ＴｉＮを成膜する第２ステップから成る。まず、第１ステップの動作を説明する。ガス供給ライン５より窒素ガスを導入し、同時に排気ライン４より排気する。高周波電源２０よりプラズマ源６に電力を供給するとプラズマ４０が発生する。次に、バイアス電源２１により基体支持台２及び基体１に電圧を印加する。プラズマ４０中の荷電粒子は基体１に印加された電圧により加速され基体１に衝突する。そのエネルギーによって基体１は加熱される。
【００２１】
ここで、磁石３０にて基体１、１間に磁場５０が存在するので、荷電粒子は磁場５０によりローレンツ力を受け、基体１に導かれ、基体支持台２に衝突することは殆どなくなる。即ち、荷電粒子のエネルギーが基体１に集中し、基体１が効率よく加熱される。
【００２２】
基体１が緻密な膜の形成に必要な温度まで加熱された時点で、第１ステップは終了する。
【００２３】
次に、第２ステップの動作を説明する。第１ステップの終了後、ガス供給ライン５より窒素ガスを導入し、同時に排気ライン４より排気する。高周波電源２０よりプラズマ源６に電力を供給するとプラズマ４０が発生する。次に、電源８をオンして固体ソース７にエネルギーを供給する。これにより、Ｔｉ原子が処理室１０内に放出される。処理室１０内に放出されたＴｉ原子はプラズマ４０によりイオン化される。次に、バイアス電源２１により基体支持台２及び基体１に電圧を印加する。イオン化されたＴｉと窒素が基体１に引き寄せられ、基体１表面にＴｉＮが形成される。第１ステップで基体１は加熱されているので、形成されたＴｉＮは緻密で耐摩耗性が高い。以上のようにして基体１の表面に耐摩耗性を持つ表面処理が施される。
【００２４】
このように第１ステップにおいて効率良く基体１を加熱できるので、加熱時間を短縮し、表面処理の生産性を向上することができる。
【００２５】
以上の説明において、磁石３０を基体１の下部分に磁石３０の埋め込まれていない部分が存在するように配置したが、図２に示すように、磁石３１を基体１と基体１の間の下部分に磁石３１の埋め込まれていない部分が存在するように配置し、基体支持台２の支持面２ａに垂直に磁化するとともに隣り合う磁石３１の向きが異なるように磁化してもよい。このときも基体１、１間に磁場５０が発生し、プラズマ加熱の効率を向上することができる。
【００２６】
図２の構成は、基体１、１間からガス導入して処理の均一性を向上するときに、図１の構成より有利である。逆に、図１の構成は、図２の構成に比べて基体１の温度等をモニタする時に有利な構成である。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の表面処理装置について、図３を参照して説明する。なお、図１を参照して説明した第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素については、同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２８】
図３において、基体支持台２に、基体支持台２と絶縁体１１で絶縁された電流回路１２が埋め込まれている。その電流回路１２は基体１、１間の下部分に配置され、電流回路１２に電流を流す電流電源２２に接続されている。このように電流回路１２を配置し、電流を流すことで、基体１、１間を結ぶ磁場５０が形成される。
【００２９】
動作は、第１の実施形態と同様である。その第１ステップにおいて、基体１、１間に磁場５０が存在するので、荷電粒子は磁場５０よりローレンツ力を受け、基体１に導かれ、基体支持台２に衝突することが殆どない。即ち、荷電粒子のエネルギーは基体１に集中し、効率良く加熱することが可能である。したがって、第１ステップにおいて、加熱時間を短縮できて表面処理の生産性を向上することができる。
【００３０】
本実施形態では、基体１の加熱が高温で、磁石の劣化が問題となるとき、第１の実施形態に対して有利である。それ以外のときは、電流電源のない第１の実施形態の方が装置コストが低いので有利である。
【００３１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の表面処理装置について、図４を参照して説明する。なお、図１を参照して説明した第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素については、同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００３２】
図４において、基体支持台が２つの基体支持台２、３に分離されており、それぞれにバイアス電源２１、２３が接続されている。これらの基体支持台２、３とバイアス電源２１、２３にて、隣り合う基体１、１には異なるバイアス電圧が印加されている。このように隣り合う基体１、１間に異なるバイアス電圧を印加することで、基体１、１間を結ぶ電場６０が形成される。
【００３３】
次に、動作を説明する。まず、第１ステップの動作を説明する。ガス供給ライン５より窒素ガスを導入し、同時に排気ライン４より排気する。高周波電源２０よりプラズマ源６に電力を供給するとプラズマ４０が発生する。次に、バイアス電源２１により基体支持台２及びその上の基体１に電圧Ｖ１を印加する。また、バイアス電源２３により基体支持台３及びその上の基体１に電圧Ｖ２を印加する。プラズマ４０中の荷電粒子は基体１に印加された電圧により加速され基体１に衝突する。そのエネルギーによって基体１は加熱される。
【００３４】
ここで、基体１、１間にはＶ１とＶ２の電位差による電場６０が存在するので、荷電粒子は電場６０により力を受け、基体１に導かれ、基体支持台２、３に衝突することは殆どなくなる。即ち、荷電粒子のエネルギーが基体１に集中し、基体１が効率よく加熱される。加熱の途中で、基体支持台３の電圧をＶ１、基体支持台２の電圧をＶ２とすることで、すべての基体１を効率良く加熱することができる。
【００３５】
基体１が緻密な膜の形成に必要な温度まで加熱された時点で、第１ステップは終了する。第２ステップは、第１の実施形態と同じである。
【００３６】
本実施形態においても、以上のように第１ステップの効率的な加熱で加熱時間を短縮しているので、表面処理の生産性を向上することができる。
【００３７】
この第３の実施形態は、第１と第２の実施形態と比べて磁場を使用しないので、磁性材を扱うときに均質な処理ができるという利点があり、第１と第２の実施形態は基体支持台の形状がシンプルでメンテナンスが簡便であるという利点がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の表面処理装置によれば、以上の説明から明らかなように、プラズマ加熱する工程において、プラズマ中の荷電粒子を基体間に形成した磁場又は電場により基体に集中させることができ、これにより基体を効率的にプラズマ加熱することができ、表面処理の生産性を向上することができる。特に、基体支持台に磁石を埋め込むとともに、その磁石を基体下部分に磁石の埋め込まれていない部分が存在するように配設し、かつ磁石をその磁化の方向が基体支持台の支持面に沿うとともに隣り合う磁石の磁化の向きが互いに異なるように磁化させてある関係から、基体間を結ぶ磁場が形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置の構成図である。
【図２】同実施形態の変形例のプラズマ処理装置の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置の構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態のプラズマ処理装置の構成図である。
【図５】従来例のプラズマ処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１  基体
２  基体支持台
２ａ  支持面
３  基体支持台
６  プラズマ源
１１  絶縁体
１２  電流回路
２１  バイアス電源
２２  電流電源
２３  バイアス電源
３０  磁石
３１  磁石
５０  磁場
６０  電場
【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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