(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内にガスを供給しつつ排気して所定の圧力に調整し、真空チャンバ内の支持台上に基体を載置し、支持台と真空チャンバ間に高周波電力を印加して真空チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理方法であって、支持台の一部を真空チャンバと同電位につながれた導電性の可動シールドにて覆うとともに、基体の種類や処理量が変化しても、基体及び支持台のプラズマと接触する部分の表面積が一定になるように可動シールドの位置をコントロールして処理することを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
真空チャンバ内にガスを供給しつつ排気して所定の圧力に調整し、真空チャンバ内の支持台上に基体を載置し、支持台と真空チャンバ間に高周波電力を印加して真空チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理方法であって、支持台と同電位またはフローティングに切替え可能な切替え部を適宜に切り換えることにより、基体の種類や処理量が変化しても、基体と支持台及びそれと同電位の切替え部のプラズマと接触する部分の表面積が一定になるようにして処理することを特徴とする表面処理方法。
【請求項３】
真空チャンバ内にガスを供給しつつ排気して所定の圧力に調整し、真空チャンバ内の支持台上に基体を載置し、支持台と真空チャンバ間に高周波電力を印加して真空チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理方法であって、真空チャンバの一部分を、真空チャンバの高周波電力が印加される部分と同電位の状態とフローティング状態との間で適宜に切り換え、基体の種類や処理量が変化しても、基体と支持台のプラズマと接触する部分の表面積と、真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積との比が一定となるようにして処理することを特徴とする表面処理方法。
【請求項４】
真空チャンバ内にガスを供給しつつ排気して所定の圧力に調整し、真空チャンバ内の支持台上に基体を載置し、支持台と真空チャンバ間に高周波電力を印加して真空チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理方法であって、真空チャンバの一部分に設けた電位のフローティング部分と真空チャンバの高周波電力が印加される部分との間で絶縁板を移動させ、基体の種類や処理量が変化しても、基体と支持台のプラズマと接触する部分の表面積と、真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積との比が一定となるようにして処理することを特徴とする表面処理方法。
【請求項５】
真空チャンバ内に窒素ガスを供給しつつ排気して所定の圧力に調整し、真空チャンバ内の支持台上に基体を載置し、支持台と真空チャンバ間に高周波電力を印加して真空チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を硬化する窒化処理方法であって、基体の種類や処理量が変化しても支持台にかかる電圧Ｖとプラズマ密度ｄの積が一定となるように、ガス圧力または印加高周波電力または基体及び支持台のプラズマと接触している部分の表面積または真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積をコントロールして処理することを特徴とする表面処理方法。
【請求項６】
排気系とガス供給系を備えた真空チャンバと、真空チャンバ内で基体を載置する支持台と、真空チャンバと支持台との間に高周波電力を印加する電源とを備え、真空チャンバ内にプラズマを生成してプラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理装置において、支持台の一部を覆いかつ真空チャンバと同電位に接続された導電性のシールドの一部として、支持台の覆う範囲を可変する可動シールドを設けるととともに、基体の種類や処理量に応じて可動シールドを移動するシールド移動手段を設けたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項７】
排気系とガス供給系を備えた真空チャンバと、真空チャンバ内で基体を載置する支持台と、真空チャンバと支持台との間に高周波電力を印加する電源とを備え、真空チャンバ内にプラズマを生成してプラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理装置において、支持台と同電位の状態または電位的にフローティング状態に切替え可能な切替部を支持台の周囲に設けるとともに、基体の種類や処理量に応じて切替部の電位状態を切り替える切替手段を設けたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項８】
排気系とガス供給系を備えた真空チャンバと、真空チャンバ内で基体を載置する支持台と、真空チャンバと支持台との間に高周波電力を印加する電源とを備え、真空チャンバ内にプラズマを生成してプラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理装置において、真空チャンバに高周波電力が印加される主体部と電位的にフローティング状態にできるフローティング部を設けるとともに、基体の種類や処理量に応じてフローティング部を主体部と同電位の状態または電位的にフローティング状態に切り替える切替回路を設けたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項９】
排気系とガス供給系を備えた真空チャンバと、真空チャンバ内で基体を載置する支持台と、真空チャンバと支持台との間に高周波電力を印加する電源とを備え、真空チャンバ内にプラズマを生成してプラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理装置において、真空チャンバに高周波電力が印加される主体部と電位的にフローティング状態にできるフローティング部を設け、かつ主体部の内面に対向した位置とフローティング部内面に対向した位置との間で移動可能な可動絶縁体を設け、基体の種類や処理量に応じて可動絶縁体を移動させるようにしたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項１０】
排気系と窒素ガス供給系を備えた真空チャンバと、真空チャンバ内で基体を載置する支持台と、真空チャンバと支持台との間に高周波電力を印加する電源とを備え、真空チャンバ内にプラズマを生成してプラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を窒化する表面処理装置において、支持台にかかる電圧を測定する電圧測定手段と、プラズマ密度を測定するプラズマ密度測定手段と、基体の種類や処理量が変化しても電圧とプラズマ密度の積が一定となるように、ガス圧力または印加高周波電力または基体及び支持台のプラズマと接触している部分の表面積または真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積をコントロールする手段を設けたことを特徴とする表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械部品等の表面にプラズマを用いて硬化処理などの表面処理を施す表面処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来例の表面処理方法及び装置について、図７を参照して説明する。まず、表面処理装置の概略構成を説明すると、図７において、１は真空チャンバであり、排気系２とガス供給系３を備えている。１０は機械部品等の基体であり、支持台４上に載置されている。基体１０及び支持台４には電源５によって真空チャンバ１との間に高周波電力を印加される。なお、基体１０にかかるセルフバイアスを大きくするためのブロッキングコンデンサ及び電力を効率的に印加するマッチングネットワークは図示を省略している。６はプラズマＰとの電位差が基体１０に集中するように、支持台４の周囲に取付けられた導電性のシールドで、支持台とは接触せず真空チャンバ１と同電位となるように接続されている。
【０００３】
このような構成において、基体１０及び支持台４を陰極、真空チャンバ１及びシールド６を陽極と呼ぶ。これは、プラズマとの接触面積の小さい基体１０及び支持台４の方がプラズマＰに対してより低い電位となることによる。
【０００４】
次に、動作を説明する。この従来例では、基体１０は摺動部に用いられる鉄系合金で出来た機械部品であり、表面処理は基体１０の表面に窒素を注入して硬化することにより耐摩耗性を向上するものであり、窒化処理と呼ぶ。
【０００５】
まず、ガス供給系３から窒素ガスを導入し、同時に排気系２から排気し、電源５より基体１０及び支持台４に高周波電力を供給する。これにより、窒素イオンと電子からなるプラズマＰが発生する。プラズマＰ中の窒素イオンは、基体１０及び支持台４に発生したセルフバイアスにより加速され基体１０に衝突する。そのエネルギーによって基体１０の表面及び基体１０中で合金の成分と窒素の反応が生じ、基体１０の表面の硬化が生じる。
【０００６】
ところで、部品の硬度が低すぎると、相手部品から切削され、高すぎると相手部品を切削するため、窒化処理において所望の硬度を実現することが要求される。そこで、従来は投入電力をコントロールすることによって硬度管理を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、種類の違う部品や処理量が変わる場合、部品や処理量によって基体１０及び支持台４のプラズマＰと接触する面積が異なるため、同じ電力を投入しても、電子密度やセルフバイアス等のプラズマＰの状態が異なり、所望の硬度が得られないという問題があった。
【０００８】
例えば、図７（ａ）では、基体１０及び支持台４がプラズマＰと接触する範囲は破線Ａで示されているが、基体１０が変わると、図７（ｂ）の破線Ｂのようになり、処理量が変わると、図７（ｃ）の破線Ｃのようになって、プラズマＰと接触する面積が異なる。
【０００９】
ここで、プラズマＰと接触するとは、プラズマＰと荷電粒子のやりとりを行うことを言う。高周波電力プラズマにおいては、プラズマと接触する陰極、陽極の面積によりプラズマの状態が変化するのは、陰極や陽極で発生するイオンシースが高周波電力に対してコンデンサと等価な振る舞いをすることによる。このとき理論的にはプラズマの状態は陰極と陽極の面積比で特徴づけられる。（例えば、「プラズマプロセシングの基礎」、Ｂｒｉａｎ  Ｎ．Ｃｈａｐｍａｎ、ｐ１４３−ｐ１４８参照）。
【００１０】
以上の問題に対して部品毎や処理量毎に所望の硬度に対応する電力を調べる方法が考えられるが、労力がかかるため、事実上実施不可能であった。
【００１１】
また、このような問題に対して被処理物毎にプラズマの状態を調整する方法は、例えば特開平８−２７９３９９号公報や特開平１０−７０１０９号公報に開示されているが、被処理物の表面積の変化に対応する技術は開示されていない。
【００１２】
また、特開昭５８−１４１３７９号公報には。金属のダミー電極を流れる電流をモニタリングする方法が開示されているが、被処理物の種類が変われば、それに応じたダミー電極を付け替えなければ正確に制御ができなかったり、被処理物の数がかわった時でも、支持台の面積が無視できないような実際上の処理では、ダミー電極が被処理物の状態を正確にモニタリングできないという問題があり、上記問題の解決方法としては十分でなかった。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、機械部品等の表面にプラズマを用いて表面処理を行うに際し、処理部品の種類や数が変わっても安定した表面処理を行える表面処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面処理方法は、真空チャンバ内にガスを供給しつつ排気して所定の圧力に調整し、真空チャンバ内の支持台上に基体を載置し、支持台と真空チャンバ間に高周波電力を印加して真空チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理方法であって、支持台の一部を真空チャンバと同電位につながれた導電性の可動シールドにて覆うとともに、基体の種類や処理量が変化しても、基体及び支持台のプラズマと接触する部分の表面積が一定になるように可動シールドの位置をコントロールして処理することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、支持台の一部を真空チャンバと同電位につながれた導電性の可動シールドにて覆うとともに、基体の種類や処理量が変化しても基体及び支持台のプラズマと接触する部分の表面積が一定になるように可動シールドの位置をコントロールして処理し、表面積を連続的に調整して表面積を一定にするので安定した表面処理をより精度良く行うことができる。
【００１６】
また、支持台と同電位またはフローティングに切替え可能な切替え部を適宜に切り換えることにより、基体の種類や処理量が変化しても、基体と支持台及びそれと同電位の切替え部のプラズマと接触する部分の表面積が一定になるようにして処理すると、表面積を段階的ながら調整して表面積を一定にするので安定した表面処理を精度良く行うことができ、かつ真空チャンバ内に可動部がないので、ダスト発生を抑制できて有利である。
【００１７】
また、真空チャンバの一部分を、真空チャンバの高周波電力が印加される部分と同電位の状態とフローティング状態との間で適宜に切り換え、基体の種類や処理量が変化しても、基体と支持台のプラズマと接触する部分の表面積と、真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積との比が一定となるようにして処理すると、真空チャンバ内に可動部がないので、ダスト発生を抑制でき、また基体の近傍の部品点数が少なく、メンテナンス性に優れている。
【００１８】
また、真空チャンバの一部分に設けた電位のフローティング部分と真空チャンバの高周波電力が印加される部分との間で絶縁板を移動させ、基体の種類や処理量が変化しても、基体と支持台のプラズマと接触する部分の表面積と、真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積との比が一定となるようにして処理すると、表面積を連続的に調整できるので精度良く処理でき、また基体の近傍の部品点数が少なく、メンテナンス性に優れている。
【００１９】
また、本発明の表面処理方法は、真空チャンバ内に窒素ガスを供給しつつ排気して所定の圧力に調整し、真空チャンバ内の支持台上に基体を載置し、支持台と真空チャンバ間に高周波電力を印加して真空チャンバ内にプラズマを生成し、プラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を硬化する窒化処理方法であって、基体の種類や処理量が変化しても支持台にかかる電圧Ｖとプラズマ密度ｄの積が一定となるように、ガス圧力または印加高周波電力または基体及び支持台のプラズマと接触している部分の表面積または真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積をコントロールして処理するものであり、窒化処理に際してＶ×ｄは硬度上昇の制御に対して最適なパラメータであることから、非常に安定した窒化処理を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の表面処理装置は、排気系とガス供給系を備えた真空チャンバと、真空チャンバ内で基体を載置する支持台と、真空チャンバと支持台との間に高周波電力を印加する電源とを備え、真空チャンバ内にプラズマを生成してプラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を改質する表面処理装置において、支持台の一部を覆いかつ真空チャンバと同電位に接続された導電性のシールドの一部として、支持台の覆う範囲を可変する可動シールドを設けるととともに、基体の種類や処理量に応じて可動シールドを移動するシールド移動手段を設けたものであり、上記のように基体の種類や処理量が変化してもプラズマの状態が一定で、安定した表面処理を行うことができ、所望の表面処理状態を安定的に得ることができ、さらに表面積を連続的に調整して表面積を一定にできるのでより精度良く安定した表面処理を行うことができる。
【００２１】
また、支持台と同電位の状態または電位的にフローティング状態に切替え可能な切替部を支持台の周囲に設けるとともに、基体の種類や処理量に応じて切替部の電位状態を切り替える切替手段を設けると、表面積を段階的ながら調整して表面積を一定にするので安定した表面処理を精度良く行うことができ、かつ真空チャンバ内に可動部がないので、ダスト発生を抑制できて有利である。
【００２２】
また、真空チャンバに高周波電力が印加される主体部と電位的にフローティング状態にできるフローティング部を設けるとともに、基体の種類や処理量に応じてフローティング部を主体部と同電位の状態または電位的にフローティング状態に切り替える切替回路を設けると、真空チャンバ内に可動部がないので、ダスト発生を抑制でき、また基体の近傍の部品点数が少なく、メンテナンス性に優れている。
【００２３】
また、真空チャンバに高周波電力が印加される主体部と電位的にフローティング状態にできるフローティング部を設け、かつ主体部の内面に対向した位置とフローティング部内面に対向した位置との間で移動可能な可動絶縁体を設け、基体の種類や処理量に応じて可動絶縁体を移動させるようにすると、表面積を連続的に調整できるので精度良く処理でき、また基体の近傍の部品点数が少なく、メンテナンス性に優れている。
【００２４】
また、排気系と窒素ガス供給系を備えた真空チャンバと、真空チャンバ内で基体を載置する支持台と、真空チャンバと支持台との間に高周波電力を印加する電源とを備え、真空チャンバ内にプラズマを生成してプラズマ中の荷電粒子によって基体の表面を窒化する表面処理装置において、支持台にかかる電圧を測定する電圧測定手段と、プラズマ密度を測定するプラズマ密度測定手段と、基体の種類や処理量が変化しても電圧とプラズマ密度の積が一定となるように、ガス圧力または印加高周波電力または基体及び支持台のプラズマと接触している部分の表面積または真空チャンバの高周波電力が印加されかつプラズマと接触する部分の表面積をコントロールする手段を設けると、上記の窒化処理方法を実施して非常に安定した窒化処理を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の表面処理方法及び装置の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、図７を参照して説明した従来例と同一の構成要素については、同一参照番号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２６】
本実施形態の表面処理装置においては、シールド６の一部が可動シールド１１に構成され、その位置調整を行うシールド移動手段１２が設けられている。また、可動シールド１１の移動によって新たな陽極面が露出するのを防ぐために絶縁物１３が配設されている。
【００２７】
次に、従来例と同じく窒素プラズマによる硬化処理を例にとって動作を説明する。まず、ガス供給系３から窒素ガスを導入し同時に排気系２から排気する。次に、基体１０である処理部品の種類や数に応じてシールド移動手段１２により可動シールド１１を移動する。その移動距離は、基体１０及び支持台４（以下、陰極と呼ぶ）のプラズマＰの接触している部分の表面積が一定になるように調整する。
【００２８】
例えば、図１（ａ）の状態で高周波電力と硬化度（硬度の上昇値）の相関が調べられているとする。図１（ｂ）のように処理数を減らしたときは可動シールド１１をずらせてプラズマと接触する陰極の表面積を補う。すなわち、図１（ａ）において、陰極のプラズマと接する部分の面積をＳ１、図１（ｂ）において可動シールド１１を動かさなかったとき陰極がプラズマと接する部分の面積をＳ２、可動シールド１１を動かすことにより新たにプラズマと接することとなった陰極面積をＳ３として、それらの間にＳ３＝Ｓ１−Ｓ２の関係が成り立つように可動シールド１１を移動させる。可動シールド１１の移動距離は、基体１０の大きさに関する情報から容易に計算される。
【００２９】
この状態で電源５より基体１０及び支持台４に電力を供給すると、窒素イオンと電子からなるプラズマＰが発生する。プラズマＰ中の窒素イオンは基体１０及び支持台４に発生したセルフバイアスにより加速され、基体１０に衝突する。そのエネルギーによって基体１０の表面及び基体１０の中で合金の成分と窒素の反応が生じ、基体１０の表面の硬化が生じる。
【００３０】
以上の方法によれば、処理部品である基体１０の種類や数が変わっても、陰極がプラズマＰに接触する面積が一定なので、プラズマの状態は一定で、安定した表面処理を行うことができる。すなわち、同じ電力で同じ硬度の処理を行うことができる。
【００３１】
なお、シールド６や可動シールド１１として誘電体を使うと、プラズマＰを特徴づける量として、陰極と陽極のプラズマ接触面積の他に、シールドを介した陰極とプラズマの接触を考慮しなければならず、上記のようなシンプルな関係は成り立たず、実用的でない。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の表面処理方法及び装置の第２の実施形態について、図２を参照して説明する。
【００３３】
図２において、支持台４の周囲に、支持台４と同電位またはフローティングに切替え可能な切替部１４と、その切替スイッチ１５を設けている。
【００３４】
図２（ａ）の切替部１４が電位的にフローティングの状態で電力と硬度の相関が調べられているとき、処理量が図２（ｂ）に示すように変わったとすると、切替部１４を支持台４と同電位となるように切替スイッチ１５を切り替えることで面積Ｓ３を補う。
【００３５】
このような構成においても、第１の実施形態と同様に陰極がプラズマＰに接触する面積が一定なので、プラズマＰの状態は一定で、安定した表面処理を行うことができる。
【００３６】
第１の実施形態は連続的にプラズマＰと接触する陰極の面積を変えることができるという点で有利であり、第２の実施形態は真空チャンバ１内に可動部分がなく、ダストの発生抑制の点で有利である。
【００３７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の表面処理方法及び装置の第３の実施形態について、図３を参照して説明する。
【００３８】
図３において、真空チャンバ１を、接地されて電源５に接続された支持台４との間で高周波電力が印加される主体部１６と、主体部１６に対して絶縁部材１７を介して電位的にフローティングするフローティング部１８にて構成するとともに、主体部１６とフローティング部１８を接続した状態とフローティングさせた状態で切り替える切替回路１９が設けられている。シールド６は真空チャンバ１の主体部１６と接続されている。
【００３９】
次に、動作を説明する。まず、ガス供給系３から窒素ガスを導入し同時に排気系２から排気する。次に、処理部品である基体１０の種類や数に応じて切替回路１９によりフローティング部１８の電位を主体部１６と同電位又はフローティングに切り替える。この切替えは、主体部１６と同電位の部分を陽極として、陰極のプラズマと接触している表面積と陽極のプラズマと接触している部分の表面積との比が一定となるように行う。
【００４０】
例えば、図３（ａ）の状態で高周波電力と硬化度（硬度の上昇値）の相関が調べられているとする。図３（ｂ）のように処理数を減らしたときは切替回路１９を開にして、陽極のプラズマＰと接触する表面積を減少させる。すなわち、図３（ａ）において、陰極のプラズマＰと接触する部分の面積をＳ４、陽極がプラズマＰと接触する表面積をＳ５、図３（ｂ）において、陰極のプラズマＰと接触する部分の面積をＳ６、切替回路１９を開としたときの陽極のプラズマＰと接触する表面積をＳ７として、これらの間にＳ４／Ｓ５＝Ｓ６／Ｓ７の関係が成り立つようにする。どれだけの部分を陽極とするかは部品の大きさに関する情報から容易に計算される。
【００４１】
この状態で電源５より基体１０及び支持台４に電力を供給すると、窒素イオンと電子からなるプラズマＰが発生する。プラズマＰ中の窒素イオンは基体１０及び支持台４に発生したセルフバイアスにより加速され、基体１０に衝突する。そのエネルギーによって基体１０の表面及び基体１０の中で合金の成分と窒素の反応が生じ、基体１０の表面の硬化が生じる。
【００４２】
以上の方法によれば、処理部品の種類や数が変わっても、陰極がプラズマＰに接触する面積と陽極がプラズマＰに接触する面積の比が一定なので、プラズマの状態は一定で、安定した表面処理を行うことができる。
【００４３】
（第４の実施形態）
次に、本発明の表面処理方法及び装置の第４の実施形態について、図４を参照して説明する。
【００４４】
図４において、真空チャンバ１を、接地されて電源５に接続された支持台４との間で高周波電力が印加される主体部１６と、主体部１６に対して絶縁部材１７を介して電位的にフローティングするフローティング部１８にて構成するとともに、主体部１６の内面に対向する位置とフローティング部１８の内面に対向する位置との間で移動可能な可動絶縁板２０が配設されている。シールド６は真空チャンバ１の主体部１６と接続されている。
【００４５】
図４（ａ）の状態で高周波電力と硬化度（硬度の上昇値）の相関が調べられている時、処理量が図３（ｂ）のように変わったときは、可動絶縁板２０の位置をコントロールすることで陽極の面積を変化させ、基体１０及び支持台４のプラズマＰと接触する部分の表面積と真空チャンバ１の主体部１６のプラズマＰと接触している部分の表面積の比が一定となるようにする。
【００４６】
この構成においても、第３の実施形態と同様に陰極がプラズマＰに接触する面積と陽極がプラズマＰに接触する面積の比が一定なので、プラズマＰの状態は一定で、安定した表面処理を行うことができる。本実施形態は連続的にプラズマＰと接触する陽極の面積を変えることができるという点で有利であり、第３の実施形態は真空チャンバ１内に可動部分がないので、ダストの発生抑制の点で有利である。
【００４７】
また、第１、第２の実施形態と比較してみると、第１の実施形態では処理内容に応じて陰極、陽極の面積比とともに面積自体が変わらないので、第３、第４の実施形態よりも精度良く処理できる。一方、第３、第４の実施形態は基体１０の近傍の部品点数が少なく、ダストの問題やメンテナンス性の点で第１、第２の実施形態より有利である。
【００４８】
（第５の実施形態）
次に、本発明の表面処理方法及び装置の第５の実施形態について、図５、図６を参照して説明する。本実施形態は、特に窒化処理において安定した処理を行うものである。
【００４９】
図５において、図１の第１の実施形態に比べて、支持台４にかかる電圧Ｖを測定する電圧測定手段２１と、プラズマ密度を測定するプラズマ密度測定手段２２が設けられている。なお、以下の説明では、基本構成が第１の実施形態の場合について説明するが、第２〜第４の実施形態の基本構成の場合にも同様に適用できる。
【００５０】
次に、動作を説明する。まず、ガス供給系３から窒素ガスを導入し同時に排気系２から排気する。次に、電源５より基体１０及び支持台４に電力を供給すると、窒素イオンと電子からなるプラズマＰが発生する。
【００５１】
ここで、次の２つのステップを行う。第１ステップで、電圧測定手段２１によって支持台４にかかる電圧Ｖを測定し、プラズマ密度測定手段２２によってプラズマＰの密度ｄを測定する。次に、第２ステップで、測定された結果を元にＶ×ｄが所望の硬度を得る値になるように、ガス圧力または電力またはプラズマと接触している陰極の面積またはプラズマと接触している陽極の面積を調整する。ここで、所望の硬度を得るＶ×ｄの値は予め調べておく。面積を変更調整する具体的な手段は、図示例では可動シールド１１をシールド移動手段１２にて移動して行う。
【００５２】
プラズマ中の窒素イオンは基体１０及び支持台４に発生したセルフバイアスにより加速され基体１０に衝突する。そのエネルギーによって基体１０の表面及び基体１０の中で合金の成分と窒素の反応が生じ、基体１０の表面の硬化が生じる。ここで、窒素の反応は窒素イオンのエネルギーと窒素イオンのフラックスに比例し、窒素イオンのエネルギーは電極電圧Ｖに比例し、フラックスはプラズマ密度ｄに比例するので、Ｖ×ｄで制御すれば、精度のよい窒化処理ができる。
【００５３】
図６に、高速度鋼に２０ｍＴｏｒｒで１０分間窒化処理したときの各高周波電力における硬度上昇とＶとｄとＶ×ｄの関係を示す。Ｖ×ｄが硬度上昇の制御に対して最適なパラメータであることが分かる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の表面処理方法及び装置によれば、以上のように処理部品の種類や数が変わってもプラズマの状態を一定に保てるので、安定した表面処理を行うことができる。
【００５５】
また、窒化処理において、本質的なパラメータを直接制御するので、非常に安定した表面処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の表面処理装置の各動作状態を示す縦断概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の表面処理装置の各動作状態を示す縦断概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の表面処理装置の各動作状態を示す縦断概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の表面処理装置の各動作状態を示す縦断概略構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態の表面処理装置の縦断概略構成図である。
【図６】同実施形態における印加高周波電力に対する電圧とプラスマ密度と（電圧×プラズマ密度）と硬度上昇の関係を示すグラフである。
【図７】従来例の表面処理装置における各使用状態を示す縦断概略構成図である。
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  排気系
３  ガス供給系
４  支持台
５  電源
６  シールド
１０  基体
１１  可動シールド
１２  シールド移動手段
１４  切替部
１６  主体部
１８  フローティング部
１９  切替回路
２０  可動絶縁板
２１  電圧測定手段
２２  プラズマ密度測定手段
【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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