(57)【要約】【課題】予め定めた加速エネルギで加速されなくなったイオンの被成膜物品への接触による膜密着性低下、膜質悪化等の不良膜形成が抑制され、それだけ所望の良好な膜を形成できる膜形成方法及び該方法の実施に用いることができる膜形成装置を提供する。【解決手段】成膜室１内のホルダ２に被成膜物品Ｗを支持させ、プラズマ生成部（例えばアーク蒸発源４及びガス供給装置５を含むプラズマ生成部）にてプラズマを生成し、該プラズマ中のイオンをイオン加速装置６により物品Ｗへ向け加速照射し、該イオン加速照射工程を１回又は２回以上実施して物品Ｗに膜形成する膜形成方法及びこれを実施する装置Ａ。物品Ｗへのイオン加速照射工程では、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも、予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、プラズマの物品Ｗとの接触を予め定めた時間断つ。【選択図】図１
2009215638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜物品に該被成膜物品へのイオン照射を利用して膜形成する膜形成方法であって、  成膜室内の被成膜物品支持ホルダに被成膜物品を支持させる工程と、
該成膜室に対して設けられているプラズマ生成部にて膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
膜形成のために該プラズマ生成部にて生成されたプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向けイオン加速装置により加速照射するイオン加速照射工程とを含み、
該イオン加速装置として、該被成膜物品に加速電源からイオン加速バイアスを印加するイオン加速装置を採用し、
該イオン加速照射工程は１回又は２回以上且つそれぞれの回においては予め定めたイオン加速エネルギのもとで実施する膜形成方法であり、
前記イオン加速照射工程において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマと前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つことを特徴とする膜形成方法。
【請求項２】
前記プラズマ生成部は、膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料を陰極とするアーク放電により該固体膜原料から膜形成に寄与する金属元素のイオンを含むプラズマを生成することができるプラズマ生成部分を含んでおり、前記イオン加速照射工程においては、該プラズマ生成部にて生成されるプラズマ中の膜形成に寄与する金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する請求項１記載の膜形成方法。
【請求項３】
前記プラズマ生成部は、前記成膜室内へ予め定めたガスを導入するガス導入装置をさらに含んでおり、該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるガスもプラズマ化することができるプラズマ生成部であり、前記イオン加速照射工程においては、該プラズマ生成部で生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを該ガスプラズマ中で前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する請求項２記載の膜形成方法。
【請求項４】
前記プラズマ生成部は、
膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料からなるスパッタターゲット及び前記成膜室内へ予め定めたスパッタリング用ガスを導入するガス導入装置を含んでいて該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるスパッタリング用ガスからスパッタリング用ガスプラズマを生成するとともに該スパッタリング用ガスプラズマに該スパッタターゲットをスパッタリングさせることで前記金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部分を含んでおり、
前記イオン加速照射工程においては、該プラズマ生成部により生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する請求項１、２又は３記載の膜形成方法。
【請求項５】
前記プラズマ生成部は放電電源出力による放電を用いてプラズマを生成するプラズマ生成部であり、
前記イオン加速照射工程においてイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマと前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つ処理は、該プラズマ生成部において放電電源の出力を遮断してプラズマを消失させることを含む請求項１から４のいずれか一項に記載の膜形成方法。
【請求項６】
前記イオン加速照射工程においてイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマと前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つ処理は、前記イオン加速装置において前記加速電源の出力を遮断して前記被成膜物品へのイオン加速バイアス印加を停止することをさらに含む請求項５記載の膜形成方法。
【請求項７】
前記プラズマ生成部にて生成される膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマは、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）から選ばれた少なくとも一種の元素のイオンを含むプラズマである請求項１から６のいずれか一項に記載の膜形成方法。
【請求項８】
前記イオン加速照射工程において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも、予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマと前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つときの、該基準時間は１ミリ秒以上である請求項１から７のいずれか一項に記載の膜形成方法。
【請求項９】
前記イオン加速照射工程において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも、予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマと前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つときの、該プラズマと該被成膜物品との接触を断つ時間は０．１秒〜６０秒である請求項１から８のいずれか一項に記載の膜形成方法。
【請求項１０】
前記被成膜物品は、自動車部品、工作機械部品、家庭用電気器具部品、金型、切削工具及び治具から選ばれた物品である請求項１から９のいずれか一項に記載の膜形成方法。
【請求項１１】
被成膜物品に該被成膜物品へのイオン照射を利用して膜形成する膜形成装置であって、  成膜室と、
該成膜室内に設置された被成膜物品支持ホルダと、
該成膜室内を排気減圧するための排気装置と、
該成膜室に対して設けられた、膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部と、
該プラズマ生成部により生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持される被成膜物品へ向け、該被成膜物品に加速電源からイオン加速バイアスを印加することで加速照射するイオン加速装置と、
該イオン加速装置による該被成膜物品へのイオンの加速照射において該イオン加速装置によるイオン加速エネルギを検出する加速エネルギ検出部と、
プラズマと前記ホルダに支持される被成膜物品との接触を断つプラズマ接触断装置と、  前記イオン加速装置による該被成膜物品へのイオン加速照射において前記加速エネルギ検出部にて検出されるイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも、予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマ接触断装置にプラズマと被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせる制御部と
を備えたことを特徴とする膜形成装置。
【請求項１２】
前記プラズマ生成部は、膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料を陰極とするアーク放電により該固体膜原料から膜形成に寄与する金属元素のイオンを含むプラズマを生成することができるプラズマ生成部分を含んでおり、前記イオン加速装置は、該プラズマ生成部にて生成されるプラズマ中の膜形成に寄与する金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する装置である請求項１１記載の膜形成装置。
【請求項１３】
前記プラズマ生成部は、前記成膜室内へ予め定めたガスを導入するガス導入装置をさらに含んでおり、該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるガスもプラズマ化することができるプラズマ生成部であり、前記イオン加速装置は、該プラズマ生成部で生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを該ガスプラズマ中で前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する装置である請求項１２記載の膜形成装置。
【請求項１４】
前記プラズマ生成部は、
膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料からなるスパッタターゲット及び前記成膜室内へ予め定めたスパッタリング用ガスを導入するガス導入装置を含んでいて該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるスパッタリング用ガスからスパッタリング用ガスプラズマを生成するとともに該スパッタリング用ガスプラズマに該スパッタターゲットをスパッタリングさせることで前記金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部分を含んでおり、
前記イオン加速装置は、該プラズマ生成部により生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する装置である請求項１１、１２又は１３記載の膜形成装置。
【請求項１５】
前記プラズマ生成部は放電電源出力による放電を用いてプラズマを生成するプラズマ生成部であり、
前記プラズマ接触断装置は、該プラズマ生成部において該放電電源の出力を遮断してプラズマを消失させる装置である請求項１１から１４のいずれか一項に記載の膜形成装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記プラズマ接触断装置にプラズマと被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせるとき、前記イオン加速装置の加速電源出力を遮断して該被成膜物品へのイオン加速バイアス印加を停止させる請求項１１から１５のいずれか一項に記載の膜形成装置。
【請求項１７】
前記制御部には、前記プラズマ接触断装置に前記プラズマと被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせるか否かを判断するための前記基準時間として１ミリ秒以上が設定されている請求項１１から１６のいずれか一項に記載の膜形成装置。
【請求項１８】
前記制御部には、前記イオン加速装置による前記被成膜物品へのイオン加速照射において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマ接触断装置にプラズマの被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせるときの、該プラズマと該被成膜物品との接触を断つ時間として０．１秒〜６０秒が設定されている請求項１１から１７のいずれか一項に記載の膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車部品、工作機械部品、家庭用電気機器の部品、切削工具等の工具、各種部品の成形に用いる金型などの物品に膜形成する方法及び膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品の表面に膜を形成することにより、該物品の耐摩耗性、他物品等との摺動性、化学的安定性、光学特性等の性質を改善し、物品に求められる性能をより優れたものにすることが、自動車部品、工作機械部品、家庭用電気機器の部品、切削工具等の工具、各種部品の成形に用いる金型などの物品について広く行われている。
【０００３】
このような表面処理の方法の一つとして、
被成膜物品に該被成膜物品へのイオン照射を利用して膜形成する膜形成方法であって、  成膜室内の被成膜物品支持ホルダに被成膜物品を支持させる工程と、
該成膜室に対して設けられているプラズマ生成部にて膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
膜形成のために該プラズマ生成部にて生成されたプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向けイオン加速装置により加速照射するイオン加速照射工程とを含み、
該イオン加速装置として、該被成膜物品に加速電源からイオン加速バイアスを印加するイオン加速装置を採用し、
該イオン加速照射工程は１回又は２回以上且つそれぞれの回においては予め定めたイオン加速エネルギのもとで実施する膜形成方法がある。
【０００４】
この膜形成方法の例を図５に示す膜形成装置Ａ’を参照して説明する。膜形成装置Ａ’は、真空アーク蒸着装置とか、アークイオンプレーティング装置などと呼ばれている膜形成装置であり、被成膜物品Ｗを支持するホルダ２を内部に設置した成膜室１を含んでおり、前記のプラズマ生成部としてアーク蒸発源４及び成膜室１内へのガス供給装置５を備えているとともに、前記イオン加速装置として、ホルダ２に支持された被成膜物品Ｗに該ホルダを介してイオン加速照射のためのバイアスを印加するバイアス印加装置（ここでは出力可変のバイアス電源）６を備えている。さらに、成膜室１内を減圧状態に設定するための排気装置３を備えている。
【０００５】
ホルダ２は複数の被成膜物品Ｗを支持することができ、ホルダ駆動部２１の駆動により上下方向の中心軸線まわりに回転することができる。
【０００６】
アーク蒸発源４は、カソード４１、トリガー電極４２、アーク放電用電源４３、磁場形成部４５等を備えている。カソード４１は形成しようとする膜に応じて選択した金属元素を含む固体材料で形成される。このカソードに対するアノードはここでは接地された成膜室１がこれを兼ねている。なお、アノードについては、別途、例えばカソード４１の端部を囲むアノードが設けられることもある。                                                
【０００７】
トリガー電極４２はカソード４１の成膜室１内へ向けられた端面（カソード蒸発面）４１１に臨んでおり、図示を省略した往復駆動装置によりカソード蒸発面４１１に対し接触離反可能である。
【０００８】
アーク放電用電源４３はカソード４１とアノードとの間にアーク放電用電圧を印加できるように、また、カソード４１とアノード間のアーク放電を誘発するためにカソード４１とトリガー電極４２との間にトリガー用電圧を印加してアーク点弧できるように、カソード４１等に配線接続されている。
【０００９】
アーク放電用電源４３とカソード４１との間には、アーク放電を安定化するための直流リアクトル４４を接続してある。トリガー電極４２はアーク電流が流れないように抵抗４６を介して接地されている。
【００１０】
図５の装置Ａ’では、磁場形成部４５はカソード４１を囲む、磁性材料からなる筐体４５１内に磁場形成コイル４５２を収納して形成してある。筐体４５１はカソード４１を囲み、成膜室１に通じる短いダクトを提供しており、トリガー電位と同電位となるように該電極に電気的に接続されている。
【００１１】
図５においてカソード４１と筐体４５１との間の部材ｍ１及び筐体４５１と成膜室壁との間の部材ｍ２は絶縁性材料で形成されている。
図５の例では、カソード４１は高純度クロム（Ｃｒ）からなっており、前記のガス供給装置５は、被成膜物品Ｗに窒化クロム膜を形成するために用いる窒素ガスの供給装置である。
【００１２】
この膜形成装置Ａ’によると次のように例えば窒化クロム膜を形成する膜形成方法を実施できる。すなわち、
成膜室１内のホルダ２に被成膜物品Ｗを支持させ、排気装置３によって成膜室１内を所定のガス圧まで排気減圧する。ついで、成膜室内を所定の成膜圧力に維持しつつガス供給装置５から成膜室１内へ所定流量で窒素ガスを導入し、バイアス電源６からホルダ２を介して物品Ｗにバイアス電圧を印加し、アーク蒸発源４において放電を発生させる。
【００１３】
アーク放電が発生すると、カソード４１の蒸発面４１１から陰極材料の原子や分子、クラスターなどが溶融蒸発し、蒸発した原子や分子、クラスターなどにプラズマ中の電子が衝突することによってイオンが生成するとともに、導入した窒素ガス（窒素分子）もプラズマとなり、これらのプラズマ中のクロム（Ｃｒ）イオン、クロムラジカル、窒素イオン、窒素ラジカル等々が反応し、物品Ｗ表面に窒化クロム（ＣｒＮ）膜（化合物被膜）を形成することができる。
【００１４】
なお、アーク蒸発源４におけるアーク放電の点弧は次のように行う。
まずトリガー電極４２の先端をカソード４１の蒸発面４１１に接触させる。すると放電電源４３によって、カソード４１１、トリガー電極４２、抵抗４６、直流リアクトル４４を含む閉ループに電流が流れる。その瞬間にトリガー電極４２の先端をカソード４１の蒸発面４１１から離すと予備アーク放電が起こり、これをトリガーにしてカソード４１と成膜室１の間でアーク放電が開始されてプラズマが生成される。
【００１５】
アーク放電が開始されると、トリガー電極４２はカソード４１から遠ざけるが、抵抗４６が入っているので、トリガー電極４２を含む予備アーク放電を起こした閉ループにはほとんど電流は流れなくなる。アーク放電は、放電電源４３によってカソード４１、成膜室１、直流リアクトル４４を含む閉ループで持続する。直流リアクトル４４は放電を安定させるために挿入されている。
【００１６】
磁場形成部４５のコイル４５２には、図示省略の電源から通電されることで、カソード４１の蒸発面４１１及びその前方（ホルダ２側の前方）領域に強い縦磁場（カソードの軸方向磁場）を形成し、これによりアークスポット位置の制御及びプラズマの高密度化を行う。筐体４５１はトリガー電極４２と同じ電位にするのでほとんど電流は流れず、プラズマをカソード４１より前方に生成させる役割も果たす。より放電を安定化させるために、ガス導入装置にアルゴンガス等の希ガス等を供給する部分も設けておいて、そのようなガスを成膜室１内へ導入することもある。
【００１７】
この窒化クロム膜の形成においては、バイアス電源６からホルダ２を介して被成膜物品Ｗへ印加するバイアス電圧を電源出力を調整して変化させることにより、物品Ｗへのクロムイオンの加速エネルギを調整でき、それにより形成される窒化クロム膜の膜質を変化させることができる。
【００１８】
また、電源６からホルダ２へ印加するバイアス電圧を−３００Ｖ〜−３０００Ｖ程度とすることで、生成したクロムイオンが高加速エネルギで加速されて被成膜物品Ｗに照射され、それにより、物品Ｗ表面を膜形成の一環としてエッチング処理（エッチングによるクリーニング処理）したり、物品内部にイオン注入して物品表層の構成原子とこれから形成する窒化クロム膜の構成原子であるクロムとの混合層を形成することができる。
【００１９】
このような処理はボンバード処理と呼ばれ、一般的に言えば、ボンバード処理は、上記のように膜形成処理前のエッチングや混合層形成に利用できるだけでなく、被成膜物品と形成すべき膜との密着性を高めるために、物品と膜との間に一層以上の中間層を形成する場合において、物品と中間層との間、中間層と中間層の間、中間層と最終膜との間のような層間等において混合層を形成することにも利用できる。
【００２０】
ところが、例えばボンバード処理を例にとると、ボンバード処理においては、通常成膜時に比べて被成膜物品に印加するバイアス電圧を高く設定するため、被成膜物品やそのホルダと成膜室等との間でアーキングなどと呼ばれる異常放電が発生しやすくなる。
【００２１】
このような異常放電が発生した場合、一般的には、バイアス電源の出力が遮断、すなわちバイアス電源の出力電圧が一定時間０Ｖにされる（特開平１０−４６３２４号公報参照）。
【特許文献１】特開平１０−４６３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、被成膜物品に印加されるバイアス電圧の絶対値が大きい状況では、バイアス電源の出力を一旦遮断したのち、バイアスを所定のものに戻すと再び異常放電が発生し、全体として異常放電が継続的に発生することがある。
また、被成膜物品バイアスとは別にプラズマ生成部が動作している場合はその可能性が高くなる。
【００２３】
このように異常放電が継続的に発生すると、バイアス電源から被成膜物品支持ホルダへは通常時よりも相当大きい電流（過電流）が流れる。このような場合、通常は、バイアス電源の出力を一定時間遮断、すなわち、バイアス電源出力を一定時間０Ｖにするような制御機構を動作させる。その結果、プラズマ中のイオン（装置Ａ’の例ではクロムイオンや窒素イオン）が所定のエネルギーにまで加速されず、このような状態が頻発、持続するとボンバード処理ができなくなったり、或いは不十分となり、目的とする膜と物品との密着性が低くなるといった事態が発生する。
【００２４】
なお、このような問題は、プラズマ生成部がアーク蒸発源を含むものである場合の膜形成方法及び装置についてだけでなく、各種の物理的蒸着法及び（又は）化学的蒸着法を利用した膜形成方法及び装置について発生する問題である。
【００２５】
そこで本発明は、
被成膜物品に該被成膜物品へのイオン照射を利用して膜形成する膜形成方法であって、  成膜室内の被成膜物品支持ホルダに被成膜物品を支持させる工程と、
該成膜室に対して設けられているプラズマ生成部にて膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
膜形成のために該プラズマ生成部にて生成されたプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向けイオン加速装置により加速照射するイオン加速照射工程とを含み、
該イオン加速装置として、該被成膜物品に加速電源からイオン加速バイアスを印加するイオン加速装置を採用し、
該イオン加速照射工程は１回又は２回以上且つそれぞれの回においては予め定めたイオン加速エネルギのもとで実施する膜形成方法であって、
前記ホルダ及び（又は）該ホルダに支持された被成膜物品において異常放電が発生すると、その異常放電に伴って予め定めた加速エネルギで加速されなくなるイオンを被成膜物品に接触させないようにし、それにより、予め定めた加速エネルギで加速されなくなったイオンの被成膜物品への接触による膜密着性低下、膜質悪化等の不良膜形成が抑制され、それだけ所望の良好な膜を形成できる膜形成方法を提供することを第１の課題とする。        
【００２６】
また本発明は、このような膜形成方法を実施でき、それにより、それだけ所望の良好な膜を形成できる膜形成装置を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は前記第１の課題を解決するため、
被成膜物品に該被成膜物品へのイオン照射を利用して膜形成する膜形成方法であって、  成膜室内の被成膜物品支持ホルダに被成膜物品を支持させる工程と、
該成膜室に対して設けられているプラズマ生成部にて膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
膜形成のために該プラズマ生成部にて生成されたプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向けイオン加速装置により加速照射するイオン加速照射工程とを含み、
該イオン加速装置として、該被成膜物品に加速電源からイオン加速バイアスを印加するイオン加速装置を採用し、
該イオン加速照射工程は１回又は２回以上且つそれぞれの回においては予め定めたイオン加速エネルギのもとで実施する膜形成方法であり、
前記イオン加速照射工程において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマと前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つ膜形成方法を提供する。
【００２８】
ここで、プラズマ生成工程とイオン照射工程とは、一部で、又は全体的に同時的に進行してもよい。
本発明に係る膜形成方法によると、それぞれの回の被成膜物品へのイオン加速照射工程において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、プラズマの該被成膜物品との接触を予め定めた時間断つので、異常放電に伴って予め定めた加速エネルギで加速されなくなるイオンの被成膜物品への接触による膜密着性低下、膜質悪化等の不良膜形成が抑制され、それだけ所望の良好な膜を形成できる。
【００２９】
本発明に係る膜形成方法のより具体的なものとして次の方法１及び２を例示できる。
(1) 方法１
前記プラズマ生成部は、膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料を陰極とするアーク放電により該固体膜原料から膜形成に寄与する金属元素のイオンを含むプラズマを生成することができるプラズマ生成部分を含んでおり、前記イオン加速照射工程においては、該プラズマ生成部にて生成されるプラズマ中の膜形成に寄与する金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する膜形成方法。
【００３０】
この膜形成方法は、所謂アーク蒸発源を用いる真空アーク蒸着法とかアークイオンプレーティングなどと称されている方法に属する。
【００３１】
このような膜形成方法を採用する場合、プラズマ生成部は成膜室内へ予め定めたガスを導入するガス導入装置をさらに含んでいてもよい。そして、該プラズマ生成部は該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるガスもプラズマ化することができるプラズマ生成部とし、前記イオン加速照射工程においては、該プラズマ生成部で生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを該ガスプラズマ中で前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射して膜形成してもよい。
【００３２】
例えば、固体膜原料をクロム（Ｃｒ）とし、導入するガスを窒素ガスとして窒化クロム膜を形成できる。
【００３３】
(2) 方法２
前記プラズマ生成部は、
膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料からなるスパッタターゲット及び前記成膜室内へ予め定めたスパッタリング用ガスを導入するガス導入装置を含んでいて該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるスパッタリング用ガスからスパッタリング用ガスプラズマを生成するとともに該スパッタリング用ガスプラズマに該スパッタターゲットをスパッタリングさせることで前記金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部分を含んでおり、
前記イオン加速照射工程においては、該プラズマ生成部により生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する膜形成方法。      
【００３４】
この膜形成方法は、所謂スパッタ蒸発源を用いる方法である。
なお、プラズマ生成部はこれらのものに限定されない。
【００３５】
いずれにしても、しかし特に、上記の方法１や方法２の場合には、前記イオン加速照射工程においてイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、プラズマの前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つ処理の代表例として、該処理を前記プラズマ生成部において該プラズマを消失させることで実施する場合を挙げることができる。
【００３６】
プラズマの前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つ処理は、上記のほか、被成膜物品支持ホルダや該ホルダに支持される被成膜物品をプラズマ生成領域から遮断する機械的なシッャタ装置等により行うことも可能である。
【００３７】
前記プラズマ生成部は、放電電源出力による放電を用いてプラズマを生成するプラズマ生成部（例えば前記方法１におけるアーク放電を発生させるための放電電源を含むプラズマ生成部や、前記方法２において放電電源出力による放電を用いてスパッタリング用ガスプラズマを、ひいては該プラズマでスパッタターゲットをスパッタリングして金属元素のイオンヲ含むプラズマを生成するプラズマ生成部）であってもよい。
【００３８】
プラズマ生成部が放電電源出力による放電を用いてプラズマを生成するプラズマ生成部である場合、前記イオン加速照射工程においてイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、プラズマの前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つ処理は、該プラズマ生成部において放電電源の出力を遮断してプラズマを消失させることを含むことができる。
【００３９】
前記イオン加速照射工程においてイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマと前記被成膜物品との接触を予め定めた時間断つ処理は、前記イオン加速装置において前記加速電源の出力を遮断して前記被成膜物品へのイオン加速バイアス印加を停止することをさらに含んでもよい。
【００４０】
前記イオン加速照射工程において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、プラズマの該被成膜物品との接触を予め定めた時間断つときの、該基準時間として、１ミリ秒以上とする例を挙げることができる。
【００４１】
また、前記イオン加速照射工程において、イオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、プラズマの該被成膜物品との接触を予め定めた時間断つときの、該プラズマと該被成膜物品との接触を断つ時間として、０．１秒以上を例示できる。０．１秒より短い時間で管理しようとすると、管理のための計測器、制御器等に精度のよい高価なものが要求されてしまう。該接触遮断時間の上限としては、いたずらに長くならないように、６０秒程度を例示できる。
【００４２】
いずれにしても、前記プラズマ生成部にて生成される膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマとして、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）から選ばれた少なくとも一種の元素のイオンを含むプラズマを例示できる。
炭素を含むプラズマを採用すればダイアモンド状炭素膜の形成もできるようになる。
【００４３】
また、前記被成膜物品としては、自動車部品、工作機械部品、家庭用電気器具部品、金型、切削工具及び治具から選ばれた物品を例示できる。
【００４４】
本発明は前記本発明の第２の課題を解決するため、
被成膜物品に該被成膜物品へのイオン照射を利用して膜形成する膜形成装置であって、  成膜室と、
該成膜室内に設置された被成膜物品支持ホルダと、
該成膜室内を排気減圧するための排気装置と、
該成膜室に対して設けられた、膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部と、
該プラズマ生成部により生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持される被成膜物品へ向け、該被成膜物品に加速電源からイオン加速バイアスを印加することで加速照射するイオン加速装置と、
該イオン加速装置による該被成膜物品へのイオンの加速照射において該イオン加速装置によるイオン加速エネルギを検出する加速エネルギ検出部と、
プラズマと前記ホルダに支持される被成膜物品との接触を断つプラズマ接触断装置と、  前記イオン加速装置による該被成膜物品へのイオン加速照射において前記加速エネルギ検出部にて検出されるイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも、予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマ接触断装置にプラズマと被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせる制御部と
を備えた膜形成装置を提供する。
【００４５】
この膜形成装置によると、制御部は、イオン加速装置による該被成膜物品へのイオン加速照射において前記加速エネルギ検出部にて検出されるイオン加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマ接触断装置にプラズマと被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせるので、それにより、それだけ所望の良好な膜を形成できる。
【００４６】
本発明に係る膜形成装置のより具体的なものとして次の膜形成装置１及び２を例示できる。
(1) 膜形成装置１
前記プラズマ生成部は、膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料を陰極とするアーク放電により該固体膜原料から膜形成に寄与する金属元素のイオンを含むプラズマを生成することができるプラズマ生成部分を含んでおり、前記イオン加速装置は、該プラズマ生成部にて生成されるプラズマ中の膜形成に寄与する金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する装置である膜形成装置。
【００４７】
この膜形成装置は、所謂アーク蒸発源を用いる真空アーク蒸着装置とかアークイオンプレーティング装置などと称されている装置に属する。
【００４８】
このような膜形成装置の場合、前記プラズマ生成部は前記成膜室内へ予め定めたガスを導入するガス導入装置をさらに含んでいてもよい。そして、該プラズマ生成部は該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるガスもプラズマ化することができるプラズマ生成部とし、前記イオン加速装置は、前記イオン加速装置は、該プラズマ生成部で生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを該ガスプラズマ中で前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する装置としてもよい。例えば、固体膜原料をクロム（Ｃｒ）とし、導入するガスを窒素ガスとして窒化クロム膜を形成できる。
【００４９】
(2) 膜形成装置２
前記プラズマ生成部は、
膜形成のための金属元素を含む固体の膜原料からなるスパッタターゲット及び前記成膜室内へ予め定めたスパッタリング用ガスを導入するガス導入装置を含んでいて該ガス導入装置から該成膜室内へ導入されるスパッタリング用ガスからスパッタリング用ガスプラズマを生成するとともに該スパッタリング用ガスプラズマに該スパッタターゲットをスパッタリングさせることで前記金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部分を含んでおり、
前記イオン加速装置は、該プラズマ生成部により生成されるプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向け加速照射する装置である膜形成装置。
【００５０】
この膜形成装置は、所謂スパッタ蒸発源を用いる装置である。
なお、プラズマ生成部はこれらのものに限定されない。
【００５１】
いずれにしても、しかし特に、上記の膜形成装置１や膜形成装置２の場合には、前記プラズマ接触断装置として、前記プラズマ生成部において該プラズマを消失させる装置を代表例として挙げることができる。
【００５２】
前記プラズマ生成部は、放電電源出力による放電を用いてプラズマを生成するプラズマ生成部（例えば前記膜形成装置１におけるアーク放電を発生させるための放電電源を含むプラズマ生成部や、前記膜形成装置２において放電電源出力による放電を用いてスパッタリング用ガスプラズマを、ひいては該プラズマでスパッタターゲットをスパッタリングして金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部）であってもよい。
【００５３】
プラズマ生成部が放電電源出力による放電を用いてプラズマを生成するプラズマ生成部である場合、前記プラズマ接触断装置は、該プラズマ生成部において該放電電源の出力を遮断してプラズマを消失させる装置とすることができる。
【００５４】
プラズマ接触断装置は、上記のほか、被成膜物品支持ホルダや該ホルダに支持される被成膜物品をプラズマ生成領域から遮断する機械的なシッャタ装置等であってもよい。
【００５５】
いずれにしても、例えば、前記プラズマ生成部としてアーク蒸発源やスパッタ蒸発源を含むものを採用する場合、該アーク蒸発源におけるカソードとして、或いはスパッタ蒸発源におけるスパッタターゲットとして、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）から選ばれた少なくとも一種の元素を含むものを挙げることができる。
【００５６】
アーク蒸発源やスパッタ蒸発源を採用する場合、その数は任意である。
アーク蒸発源とスパッタ蒸発原との併用も可能である。
【００５７】
前記被成膜物品としては、自動車部品、工作機械部品、家庭用電気器具部品、金型、切削工具及び治具から選ばれた物品を例示できる。
【００５８】
いずれにしても、前記プラズマ接触断装置に前記プラズマと被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせるか否かを判断するための前記基準時間として１ミリ秒以上を例示でき、この時間は前記制御部に設定しておくことができる。
【００５９】
また、前記被成膜物品へのイオン加速照射において、粒子加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなると、前記プラズマ接触断装置にプラズマの被成膜物品との接触を予め定めた時間断たせるときの、該プラズマと該被成膜物品との接触を断つ時間として０．１秒〜６０秒程度を例示でき、この時間も前記制御部に設定しておくことができる。
【発明の効果】
【００６０】
以上説明したように本発明によると、
被成膜物品に該被成膜物品へのイオン照射を利用して膜形成する膜形成方法であって、  成膜室内の被成膜物品支持ホルダに被成膜物品を支持させる工程と、
該成膜室に対して設けられているプラズマ生成部にて膜形成のための金属元素のイオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
膜形成のために該プラズマ生成部にて生成されたプラズマ中の金属元素のイオンを前記ホルダに支持された被成膜物品へ向けイオン加速装置により加速照射するイオン加速照射工程とを含み、
該イオン加速装置として、該被成膜物品に加速電源からイオン加速バイアスを印加するイオン加速装置を採用し、
該イオン加速照射工程は１回又は２回以上且つそれぞれの回においては予め定めたイオン加速エネルギのもとで実施する膜形成方法であって、
前記ホルダ及び（又は）該ホルダに支持された被成膜物品において異常放電が発生すると、その異常放電に伴って予め定めた加速エネルギで加速されなくなるイオンを被成膜物品に接触させないようにし、それにより、予め定めた加速エネルギで加速されなくなったイオンの被成膜物品への接触による膜密着性低下、膜質悪化等の不良膜形成が抑制され、それだけ所望の良好な膜を形成できる膜形成方法を提供することができる。
【００６１】
また本発明によると、このような膜形成方法を実施でき、それにより、それだけ所望の良好な膜を形成できる膜形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
次に図１に示す本発明に係る膜形成装置の例Ａ及び該装置Ａによる本発明に係る膜形成方法例について説明する。
【００６３】
図１に示す膜形成装置Ａは、図５に示す膜形成装置Ａ’と同様に、真空アーク蒸着装置とか、アークイオンプレーティング装置などと呼ばれている膜形成装置であり、被成膜物品Ｗを支持するホルダ２を内部に設置した成膜室１を含んでおり、プラズマ生成部としてアーク蒸発源４及び成膜室１内へのガス供給装置５を備えているとともに、イオン加速装置として、ホルダ２に支持された被成膜物品Ｗに該ホルダを介してイオン加速バイアス電圧を印加するバイアス印加装置（ここでは出力可変のバイアス電源）６を備えている。さらに、成膜室１内を減圧状態に設定するための排気装置３を備えている。
【００６４】
成膜室１、ホルダ２、アーク蒸発源４、ガス供給装置５、バイアス電源６及び排気装置３のそれぞれの構成及び作用は図５に示す成膜室１、ホルダ２、アーク蒸発源４、ガス供給装置５、バイアス電源６及び排気装置３のそれらと同じである。
アーク蒸発源４におけるカソード４１は高純度クロム（Ｃｒ）からなっており、ガス供給装置５は、被成膜物品Ｗに窒化クロム膜を形成するために用いる窒素ガスの供給装置である。また、放電電源４３及びバイアス電源６のそれぞれは、後述するように制御部８からの指示によりその出力を遮断する機能を有するものである。
【００６５】
図１の装置Ａにおける部品、部分等であって図５に示す装置Ａ’における部品、部分等と同じものには図５と同じ参照符号を付してある。
装置Ａが装置Ａ’と異なる点は、イオン加速エネルギ検出部７及び制御部８を備えている点である。イオン加速エネルギ検出部７は、本例では、イオン加速装置例であるバイアス印加装置（バイアス電源）６からホルダ２に印加されるバイアス電圧（イオン加速エネルギ情報を示すものとして利用できる）を検出するバイアス電圧検出器７である。
【００６６】
制御部８は、バイアス電圧検出器７において検出されるバイアス電圧情報に基づいて、バイアス電源６による被成膜物品Ｗへのイオンの加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなっているか否かを判断し、加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなっていると、アーク蒸発源４における放電電源４３の出力を遮断するとともに、バイアス電源６の出力を遮断し、プラズマを消失させ、それによりプラズマの被成膜物品Ｗとの接触を断たせるものである。
【００６７】
本例では、制御部８の指示を受けて放電電源４３の出力を断つ部分及びバイアス電源６の出力を断つ部分がプラズマ接触断装置を提供している。
【００６８】
次にこの膜形成装置Ａを用いて物品Ｗに窒化クロム膜を形成する方法について以下説明する。
成膜室１内のホルダ２に被成膜物品Ｗを支持させ、排気装置３によって成膜室１内を所定のガス圧まで排気減圧する。ついで、ガス供給装置５のアルゴンガス供給部から成膜室内へ所定流量でアルゴンガスを供給するとともに成膜室内を所定の前処理圧に維持するようにして出力可変のバイアス電源６からホルダ２を介してホルダ上の物品Ｗに−１ｋＶのバイアス電圧を印加し、成膜室内にグロー放電を起こさせ、グロープラズマを形成する。      
【００６９】
このプロセスは物品Ｗ表面のクリーニング処理を実施するものである。この処理を約１０分間実施する。クリーニング処理が終了すると、一旦バイアス電源６を切り、グロー放電を停止させる。同時にアルゴンガス導入を停止し、所定の減圧状態まで成膜室１から排気する。
【００７０】
次にバイアス電源６の電圧を再び−１ｋＶに設定し、アーク蒸発源４においてアーク放電を開始する。このとき、生成されるクロムイオンは物品Ｗ表面をエッチングするとともに、そのエネルギーに応じた飛程で物品Ｗ表面から物品内部に注入され、物品構成原子とこれから形成する窒化クロム（ＣｒＮ）膜の構成原子であるクロム（Ｃｒ）との混合層が形成される。
【００７１】
このとき、バイアス電源６から物品Ｗへの印加電圧が−１ｋＶと高いことから、物品Ｗ或いはホルダ２と成膜室１との間でアーキング等の異常放電が起こりやすく、これが引き金になって一定時間継続して所定のバイアス電圧（本例では−１ｋＶ）が印加されないような状況が発生する場合がある。そうなると、プラズマ中のクロムイオンは所定のエネルギ（本例では１ｋｅＶ）まで加速されず、十分なボンバード処理がなされないため、その後に形成される膜と物品Ｗとの密着性が十分得られなくなる。
【００７２】
そこで本例では、所定の時間（予め定めた基準時間）を超えて連続して所定のバイアス電圧（イオンに所望の加速エネルギを付与できる電圧）がホルダ２に印加されないような状況が発生した場合、これをバイアス電圧検出器７で検知し、制御部８の指示のもとに瞬時にバイアス電源６の出力を停止し、さらに蒸発源４の放電電源４３の出力を停止してアークプラズマを消失させ、それにより低エネルギーのクロムイオン、クロムラジカル、クロム原子等の粒子が物品Ｗへ照射されないようにする。
【００７３】
その後、例えば５秒後にバイアス電圧を−１ｋＶに復帰させるとともに蒸発源４においてアーク放電を再開させることによって、ボンバード処理が再開される。これらの工程を所定の時間（本例では２分間）実施することによって十分なボンバード処理を実施し、物品Ｗの構成原子とクロムとの混合層を形成する。
【００７４】
バイアス電圧検出器７によりバイアス電圧低下が検出されてからバイアス電源６及び放電電源４３の出力を停止するまでの時間、すなわち該バイアス電源６及び放電電源４３の出力を停止する判断基準となる前記基準時間はできるだけ短い方がよいが、一般的には言えば、３００ミリ秒以下、より好ましくは１００ミリ秒以下程度を例示でき、該基準時間の下限については既述のように１ミリ秒以上程度を例示できる。
【００７５】
制御部８が、被成膜物品Ｗへのイオンの加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなっているか否かを判断するときの該基準加速エネルギを表すバイアス電圧値は、実験等により予め定められる所望のイオン加速エネルギが得られるバイアス電圧値に応じて予め定めておくことができるが、ボンバードの効果が小さくなる０Ｖを超えて−５００Ｖまでの範囲で設定することがよく、０Ｖを超えて−３００Ｖまでの範囲で設定することがより好ましい。
【００７６】
ボンバード処理終了後はガス供給装置５の窒素ガス供給部から成膜室１内へ所定流量で窒素ガスを導入し、バイアス電圧を一１００Ｖに下げて所定膜厚になるまで成膜を実施する。導入した窒素ガス（窒素分子）はクロムとともにプラズマとなり、プラズマ中のクロムイオン、クロムラジカル、窒素イオン、窒素ラジカル等々が反応し、物品Ｗ表面に窒化クロム（ＣｒＮ）膜（化合物膜）を形成することができる。この場合、既に十分なボンバード処理がなされているため、物品ＷとＣｒＮ膜との間に物品構成原子とＣｒＮ膜の構成原子であるクロム（Ｃｒ）とからなる混合層が形成されており、該混合層により、物品ＷとＣｒＮ膜との密着性は高いものとなる。
【００７７】
次に、膜形成装置Ａにより形成される窒化クロム膜の密着性評価について説明する。
該評価にあたっては、被成膜物品Ｗとしてテストピースを採用した。該テストピースは、ＪＩＳ  ＳＫＤ１１（ダイス鋼）からなる４０ｍｍ×４０ｍｍ×厚み５ｍｍのものであり、膜形成する表面を鏡面研磨したものである。
テストピースの表面硬度はマイクロビッカース硬度計による、荷重２５ｇｆのもとでの測定で約６２０ｋｇｆ／ｍｍ2 である。
【００７８】
このようなテストピースを１２個用い、それぞれについて膜形成条件を変えて、装置Ａにより厚み３μｍのＣｒＮ膜を形成した。いずれのＣｒＮ膜もマイクロビッカース硬度計による、荷重５ｇｆのもとでの測定で約１７３０ｋｇｆ／ｍｍ2 の硬度を示した。
【００７９】
このような１２個のテストピースの膜の密着性について、図３に示す評価試験機を用いて評価した。ここで、図３の評価試験機とそれによる評価方法について説明しておく。
図３に示す評価試験機Ｃは、評価対象テストピース１０を保持するホルダ２０、テストピース１０の本体１０１上に形成されたＣｒＮ膜１０２に対して配置するスラストボールベアリング３０、ベアリング３０の複数のボール３０１に嵌合するボール案内溝４０１を有する押圧用部材４０、該押圧用部材４０に印加される荷重の大きさを検出するロードセル５０等を含んでいる。
【００８０】
ホルダ２０は、上部２０１が上方へ向け開放された皿状に形成されており、該皿状部分２０１の底部に評価対象テストピース１０を嵌合保持することができる。スラストボールベアリング３０は、保持器３０２に複数のボール３０１が等中心角度間隔で保持されたもので、ホルダ２０に保持されたテストピース１０の膜１０２に各ボール３０１が当接するように配置され、該ボール３０１群に対し押圧用部材４０が、そのボール案内溝４０１にてボールに上方から嵌まるように配置される。
【００８１】
このように配置された押圧用部材４０をロードセル５０を介して図示省略の押圧装置にて押圧し、各ボール３０１に膜密着性評価のために、予め定めた荷重Ｐ（ロードセル５０で検出される荷重／ボール個数）を加え、さらに荷重Ｐをボール３０１を介して膜１０２面に垂直に印加する。さらに、ボール３０１群及び膜１０２を、ボール３０１の膜１０２に対する相対的転動を円滑化するために潤滑油６０に浸漬する。この状態で、ホルダ２０を図示省略の回転モータにてホルダ軸２０２を中心に所定回転速度で、所定時間回転駆動する。
【００８２】
かくして、スラストボールベアリング３０のボール３０１の膜１０２表面における、各ボールに共通の転動周回軌跡（ここでは円軌跡）に対応する膜部分に荷重Ｐを繰り返し印加する。荷重Ｐの繰り返し印加回数は、ボール３０１の個数、ホルダ２０の回転速度及び回転時間で定まってくる。                                                              
【００８３】
また、ここでは膜密着性評価を短時間で行うために、荷重Ｐをテストピース本体１０１を塑性変形させる荷重とする。かかる本体１０１を塑性変形させる荷重として、荷重をＰ〔ｋｇｆ〕、ボール３０１と膜１０２との接触半径をａ〔ｍｍ〕、円周率をΠとしたとき３Ｐ／（２Πａ2 ）で表される最大ヘルツ接触面圧Ｐｍａｘ〔ｋｇｆ／ｍｍ2 〕が物品本体１０１の膜形成部分を構成している材料の降伏応力〔ｋｇｆ／ｍｍ2 〕の１．５倍以上となる荷重（上限については荷重印加により膜密着性評価を行えなくなる程に膜１０２の破壊が起こるものではなく、また、ボール３０１やそれを支持する保持器３０２、さらには該ボールの転動周回軌道を破壊するものではない範囲のもの）である。
【００８４】
このように膜１０１に繰り返し所定荷重Ｐを印加した後、荷重が繰り返し印加された膜部分の状態を観察し、その状態を予め定めておいた膜密着性指標と照合して膜密着性を評価する。
【００８５】
ここでは、スラストボールベアリング３０におけるボール３０１は直径３／１６インチのＪＩＳ  ＳＵＪ２製ボールであり、個数は１０個とし、周回円軌道径を１７ｍｍとした。
【００８６】
また、各ボールに加える押しつけ荷重Ｐは４５ｋｇｆ（最大ヘルツ接触面圧がテストピース本体材料の降伏応力の７．２倍）とし、テストピースの回転数は毎分１５００回転とし、使用潤滑油はエンジンオイル（５Ｗ−３０ＳＬ）（油温３０℃〜４０℃の範囲）とし、テストピースを２０分間回転させることで膜に繰り返し荷重を印加した。荷重が繰り返し印加された後の膜部分の状態を光学顕微鏡で観察し膜密着性を評価した。膜密着性評価指標として、ボールの相対的転勤に伴って略円形に発生する膜剥離のうち最大径が０．１ｍｍを超える剥離が５個以下のときは膜密着性良好（○）とし、５個より多いときは膜密着性不良（×）とした。評価結果を次表に示す。
【００８７】
次表において、「基準電圧」とは、制御部８が、バイアス電源６からホルダ２へ印加され、バイアス電圧検出器７にて検出されるバイアス電圧がイオンに所望の加速エネルギを付与できる電圧より低下したか否か（絶対値で小さくなったか否か）を判断するときの基準電圧である。以下の表では絶対値で示してある。
【００８８】
また、「基準時間」とは、制御部８が、バイアス電源６からホルダ２へ印加され、バイアス電圧検出器７にて検出されるバイアス電圧がイオンに所望の加速エネルギを付与できる電圧より、予め定めた基準時間を超えて連続して低下したか否かを判断するときの該基準時間であり、制御部８は、検出されるバイアス電圧が基準電圧より基準時間を超えて連続して低くなるとバイアス電源６及び放電電源４３の出力を停止させ、プラズマを消失させる。
【００８９】
「バイアス電圧低下時間」とは、実際にバイアス電圧が低下した最大連続時間であり、さらに言えば、「バイアス電圧低下時間」とは、厳密には「放電電源が動作した状態でバイアス電圧が低下した時間」を指す。基準時間を超えたことにより意図的にバイアス電源出力を停止させた時間はこれに含まれない。
【００９０】
基準電圧（Ｖ）  基準時間（秒）  バイアス電圧低下時間（秒）  評価結果
実験１    未設定          未設定                ２．１                ×
実験２    未設定          未設定                ０．５                ×
実験３    未設定          未設定                １．２                ×
実験４    ３００          ０．８                ０．８                ×
実験５    ３００          ０．８                ０．３                ○
実験６    ３００          ０．８                ０．８                ×
実験７    ３００          ０．３                ０．３                ○
実験８    ３００          ０．３                ０．３                ○
実験９    ３００          ０．３                ０．２                ○
実験１０  ３００          ０．１                ０．１                ○
実験１１  ３００          ０．１                ０．１                ○
実験１２  ３００          ０．１                ０．１                ○
【００９１】
この表から分かるように、基準電圧及び基準時間を未設定にした場合はバイアス電圧低下時間が０．５秒以上と長くなり、いずれの場合も（３回とも）評価結果は不良であった。
【００９２】
基準電圧を３００Ｖ、基準時間を０．８秒に設定した実験４、５及び６では、そのうち二つの実験（実験４と実験６）では、バイアス電圧低下時間が基準時間と同じとなり、そのため、制御部８が放電電源出力を停止する機能（ここではさらにバイアス電源出力も停止する機能）（以下、これらを「本機能」という。）が働いているものと考えられるが（換言すれば、実験４、６ではバイアス電圧低下時間が基準時間を超えんとするために制御部８が放電電源出力を停止し、それによりアーキングが０．８秒で停止したものと考えられるが）、いずれの場合も評価結果は不良となっており、一方バイアス電圧低下時間が０．３秒と短かったために本機能が働かなかった実験５（換言すれば、アーキングが自然に０．３秒で停止したと考えられる実験５）では評価結果が良好となっいる。
【００９３】
基準電圧を３００Ｖ、基準時間を０．３秒とした実験７〜９では、３回中２回（実験７及び８）は本機能が働いているものと考えら、バイアス電圧低下時間が０．２秒と短かったために本機能が働かなかった実験９の場合共々評価は良好となっている。
基準電圧を３００Ｖ、基準電圧を０．１秒にした実験１０〜１２では、３回とも本機能が動作しているものと考えられ、評価結果はいづれも良好となっている。
【００９４】
上記表には記載はしていないが、基準電圧を３００Ｖを除く３０Ｖ以上１５００Ｖ未満にした場合も、基準時間に対して概ね上記表と同等の結果が得られた。これは、この場合、バイアス電圧低下がアーキング等の異常放電発生に誘発されて起こり、その場合のテストピースへの印加電圧が一瞬に（１ミリ秒以下で）２０Ｖ程度以下に低下するためである。
【００９５】
これらの結果から、バイアス電圧低下時間が０．５秒以上の場合は評価結果は不良となり、バイアス電圧低下時間が０．３秒以下の場合は評価結果は良好となることがわかる。  したがって基準時間は０．３秒以下にすればよいが、より安全性を考慮すれば０．１秒程度以下にした方がよい。しかしあまり基準時間を短くし過ぎると、例えば０．００１秒（１ミリ秒）より短くすると、装置Ａによる膜形成で起こりえる０．００１秒程度持続する単発放電が発生した場合もボンバード処理が一時的に中断され、このような単発放電が頻発した場合、ボンバード処理に多大な時間を要するだけでなく、場合によっては混合層の形成が出来なくなる場合がある。したがって、この例では、基準時間を最終的には０．１秒として膜形成すればよい、と言える。
【００９６】
以上の実験では、アークイオンプレーティング法を用いて鉄系テストピース（ＪＩＳ  ＳＫＤ１１製）にＣｒＮ膜を形成したが、蒸発源のカソード蒸発物質を変更したり、蒸発源の数を変更したりするなどして、他の膜、例えばＴｉＮ膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＤＬＣ膜なとも形成することができ、また、各種膜をＪＩＳ  ＳＫＤ１１以外の材料からなる物品（例えば、超銅合金製物品）に形成することもできる。
中間層を形成したり、硬質膜を多層構造とするような場合にも本発明は適用できる。
【００９７】
また、アークイオンプレーティング法のみならず、他の膜形成手法、例えばスパッタリング法などでも本発明は適用できる。
【００９８】
さらに、膜の種類や被成膜物品の材質が上記の実験例のものと違う場合は、ボンバード処理における最適な、或いは望ましいイオンやプラズマの加速エネルギが異なり、バイアス電圧低下時間の許容値も異なってくる場合があるが、その場合はそれぞれの場合において予め加速エネルギ及びバイアス電圧低下時間の許容値を実験等により調べておいて、それぞれの場合において適切な基準電圧及び基準時間を設定すればよい。
【００９９】
上記の例では、バイアス電圧が低下した場合には、これをバイアス電圧検出器７を用いて検出し、制御部８によってバイアス電源６及び放電電源４３の出力を停止するが、これらのバイアス電圧検出器及び制御部は個々に分離しないで一個の部分として構成してもよいし、バイアス電源６にそれらの機能を具備させてもよく、要はこれらの機能を動作させるような機器構成及びソフト構成とすればよい。
【０１００】
上記の例では、バイアス電圧低下時には、生成したイオンやプラズマを被成膜物品に接触させないために、バイアス電圧低下時には瞬時にバイアス電源６及び放電電源４３の出力を遮断して、プラズマを消失させる方法を採用した。しかしイオンやプラズマを被成膜物品に接触させない方法はこれに限られることはない。
【０１０１】
例えば、図１に２点鎖線で示すようにアーク蒸発源４とホルダ２との間にシャッタ装置ＳＨを配置し、バイアス電圧低下時には、該シャッタ装置ＳＨを制御部８の指示のもとに所定時間閉じるようにしてもよい。
【０１０２】
シャッタ装置ＳＨとしては、例えば図２に示すように、アーク蒸発源４とホルダ２との間を左右に回動開閉可能の遮蔽板ｓ１、ｓ２と、該遮蔽板の回動軸ｓ１１、ｓ２１を往復駆動する駆動部Ｄ１、Ｄ２とを含み、制御部８の指示のもとに駆動部Ｄ１、Ｄ２が遮蔽板ｓ１、ｓ２を開閉できるものを挙げることができる。
【０１０３】
図４に本発明に係る膜形成装置の他の例を示す。図４の膜形成装置Ｂは、スパッタ蒸着装置などと呼ばれている装置であり、プラズマ生成部としてスパッタ蒸発源９及び成膜室１内へのガス供給装置５’を備えている。装置Ｂは図１に示す装置Ａにおいて、アーク蒸発源４に代えてスパッタ蒸発源９を、ガス供給装置５に代えてガス供給装置５’を採用したものであり、その他の点は装置Ａと略同構成である。装置Ａと実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【０１０４】
装置Ｂも、イオン加速装置として、被成膜物品Ｗの支持ホルダ２を介して物品Ｗにイオン加速バイアスを印加する出力可変のバイアス電源６を備えており、バイアス電圧検出器７や排気装置３も備えている。
【０１０５】
スパッタ蒸発源９は、それには限定されないが、ここではクロムからなるスパッタターゲット９１、その背後に配置された磁石群９２（磁力線は図４に矢印付き破線で示してある）、ターゲット９１を陰極とし成膜室１をアノードとしてターゲット９１に放電電圧を印加する出力可変の放電電源４３’を含んでいる。
ガス供給装置５’は、スパッタターゲット９１をスパッタリングし、被成膜物品Ｗに窒化クロムを形成するための窒素ガスを成膜室１内へ供給するものである。
【０１０６】
バイアス電源６及び放電電源４３’のそれぞれは、制御部８からの指示によりその出力を遮断する機能を有するものである。
【０１０７】
制御部８は、バイアス電圧検出器７において検出されるバイアス電圧情報に基づいて、バイアス電源６による被成膜物品Ｗへのイオンの加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなっているか否かを判断し、加速エネルギが予め定めた基準加速エネルギよりも予め定めた基準時間を超えて連続的に低くなっていると、スパッタ蒸発源９における放電電源４３’の出力を遮断するとともに、バイアス電源６の出力を遮断し、プラズマを消失させ、それによりプラズマの被成膜物品Ｗとの接触を断たせるものである。
【０１０８】
本例では、制御部８の指示を受けて放電電源４３’の出力を断つ部分及びバイアス電源６の出力を断つ部分がプラズマ接触断装置を提供している。
【０１０９】
この膜形成装置Ｂによると、電源４３’によりスパッタターゲット９１と成膜室１との間に放電電圧を印加しつつガス導入装置５’から成膜室１内へ窒素ガスを導入して該ガスをプラズマ化し、該プラズマ中の窒素イオンと磁石９２の磁場とによりターゲット９１をマグネトロンスパッタリングし、それによりクロムイオンを含むプラズマを生成し、また、ホルダ２に電源６からイオン加速バイアス電圧を印加することで、該クロムイオンを被成膜物品Ｗへ向け、窒素ガスプラズマ中を加速照射し、それにより物品Ｗにボンバード処理を施し、ひき続き窒化クロム膜を形成することができる。
【０１１０】
かかる膜形成においても、一定時間連続して所定のバイアス電圧がホルダ２に印加されないような状況が発生した場合、これをバイアス電圧検出器７で検知し、制御部８の指示のもとに瞬時にバイアス電源６の出力を停止し、さらにスパッタ蒸発源９の放電電源４３’の出力を停止してプラズマを消失させ、それにより低エネルギーのクロムイオン、クロムラジカル、クロム原子等の粒子が物品Ｗへ照射されないようにする。
【０１１１】
その後、所定の時間後にバイアス電圧を復帰させるとともに蒸発源９においてスパッタリングを再開させることによって、ボンバード処理或いはそれに続く膜形成処理が再開される。このようにして、物品Ｗの構成原子とクロム或いは（クロム及び窒素）との混合層を形成し、ひき続き密着性良好な窒化クロム膜を形成できる。
【０１１２】
上記の例では、バイアス電圧低下時には、生成したイオンやプラズマを被成膜物品に接触させないために、バイアス電圧低下時には瞬時にバイアス電源６及び放電電源４３’の出力を遮断して、プラズマを消失させる方法を採用しているが、例えば、図４に２点鎖線で示すように、既述のシャッタ装置ＳＨ等を採用してもよい。
また、膜形成装置Ｂでは、マグネトロンスパッタ方式のスパッタ蒸発源を採用しているが、ＥＣＲスパッタ方式、高周波スパッタ方式等の他のスパッタ方式のスパッタ蒸発源を採用することも可能である。
【０１１３】
いずれにしても、本発明を適用できる被成膜物品としては、自動車部品、工作機械部品、家庭用電気器具部品、金型、切削工具及び治具選ばれた物品を例示でき、それらの中でも摺動部品を指摘することができる。しかし、特に制限されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、例えば自動車部品、各種機械の部品、各種工具や、自動車部品、機械部品等の成形に用いる金型等の成形用型等の物品に膜形成することに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明に係る膜形成装置の１例の構成を概略的に示す図である。
【図２】シャッタ装置の例を示す図である。
【図３】膜密着性評価装置の断面図である。
【図４】本発明に係る膜形成装置の他の例の構成を概略的に示す図である。
【図５】従来の膜形成装置例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
Ａ、Ｂ、Ａ’  膜形成装置
Ｗ  被成膜物品
１  成膜室
２  被成膜物品支持ホルダ
２１  ホルダの回転駆動部
３  排気装置
４  アーク蒸発源
４１  カソード（蒸発物質）
４２  トリガー電極
４３、４３’  放電電源
４４  直流リアクトル
４５  磁場形成部
４５１  筐体
４５２  コイル
４６  抵抗
ｍ１、ｍ２  非磁性部材
５、５’  ガス供給装置
６  バイアス電源
７  バイアス電圧検出器
８  制御部
９  スパッタ蒸発源
９１  スパッタターゲット
９２  磁石
ＳＨ  シャッタ装置
ｓ１、ｓ２  遮蔽板
ｓ１１、ｓ２１  回動軸                                                          Ｄ１、Ｄ２  駆動部
【図１】
2009215638.tif 000003
【図２】
2009215638.tif 000004
【図３】
2009215638.tif 000005
【図４】
2009215638.tif 000006
【図５】
2009215638.tif 000007