JP2017020056A - 合金窒化物膜形成装置および合金窒化物膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質な合金窒化物膜を形成すると共に、その組成比に柔軟に対応する合金窒化物膜形成装置の提供。
【解決手段】固体材料に電子ビーム２６ａを照射するとともに、プラズマ発生手段により窒素プラズマを生成することにより合金窒化物膜を形成する合金窒化膜形成装置において、蒸発源２０は合金窒化物膜の合金成分材料である２種類の固体材料２２ａ、２２ｂが個別に収容される坩堝を有し、各固体材料２２ａ、２２ｂは、１つの電子銃によって各固体材料２２ａ、２２ｂそれぞれの気化量を制御することにより合金窒化物膜の合金成分の組成比を制御する合金窒化物膜形成装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、被処理物の表面に合金窒化物膜を形成する合金窒化物膜形成装置および合金窒化物膜形成方法に関する。

合金窒化物膜として、例えばＡｌＣｒＮ（窒化アルミクロム）膜が知られており、その形成方法として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された従来技術によれば、イオンプレーティング法，スパッタリング法またはアーク放電法によって、当該ＡｌＣｒＮ膜が形成される。いずれの場合にも、Ａｌ（アルミニウム）とＣｒ（クロム）との混合蒸気が発生され、この混合蒸気と窒素ガスとの反応生成物であるＡｌＣｒＮ膜が被処理物としての基板上に形成される。そして、このＡｌＣｒＮ膜の合金成分であるＡｌとＣｒとの組成比は、Ａｌが２５〜５０原子％であり、Ｃｒが７５〜５０原子％であることが、特に優れた耐高温酸化特性を示すために好ましい、とされている。

なお、イオンプレーティング法による場合には、Ａｌの蒸発源とＣｒの蒸発源との２つの蒸発源が用いられる。また、適当な組成比のＡｌＣｒ合金、或いは、Ａｌ粒とＣｒ粒との混合物、を用いれば、蒸発源は１つで構わない、とされている。

そして、スパッタリング法による場合には、ＡｌのターゲットとＣｒのターゲットとの２つのターゲットが用いられる。また、所定の組成比のＡｌ／Ｃｒターゲットであれば、この１つのターゲットで成膜が可能である、とされている。

さらに、アーク放電法による場合にも、スパッタリング法と同様のターゲットが用いられ、つまりＡｌのターゲットとＣｒのターゲットとの２つのターゲットが用いられ、或いは、所定の組成比のＡｌ／Ｃｒターゲットが１つ用いられる。このアーク放電法は、イオンプレーティング法の一種であり、カソード（陰極）アーク方式のイオンプレーティング法とも呼ばれている。このアーク放電法によれば、ターゲットがカソードとされ、アノード（陽極）との間で真空アーク放電が発生されると、当該ターゲットの表面にアークスポットと呼ばれる小さな溶融領域が誘起される。このアークスポットは、ターゲット材料を瞬時に蒸発させると共に、当該ターゲットの表面をランダムに動き回る。このようなアーク放電法によっても、上述の如くＡｌＣｒＮ膜が形成される、とされている。

特許第３０３９３８１号公報

しかし、この従来技術では、次のような問題がある。

即ち例えば、イオンプレーティング法による場合（厳密には上述のアーク放電法を除く言わば通常のイオンプレーティング法による場合）であって、Ａｌの蒸発源とＣｒの蒸発源との２つの蒸発源が用いられる場合には、これら２つの蒸発源は、相互の電気的または磁気的な干渉を回避するべく、互いに相応の距離を置いて設けられる。すると、各蒸発源から被処理物までの距離に差異が生じ、これにより、当該被処理物の表面に形成されるＡｌＣｒＮ膜の品質（特性）に差異（分布）が生じる。この品質の差異は、とりわけ、複数の被処理物が同時に（１バッチで）処理される場合に、これら各被処理物間で顕著に表われる。この結果、高品質なＡｌＣｒＮ膜を形成することができない、という問題がある。なお、従来技術では、上述の如く、この通常のイオンプレーティング法による場合において、適当な組成比のＡｌＣｒ合金、或いは、Ａｌ粒とＣｒ粒との混合物、を用いれば、蒸発源は１つで構わない、とされているが、現実には、このような蒸発源を採用することはできない。なぜならば、この通常のイオンプレーティング法による場合においては、被膜の材料である蒸発材料を加熱する手段として、常套的に電子銃またはホローカソードガンが用いられるが、このような電子銃またはホローカソードガンによって、当該ＡｌＣｒ合金、或いは、Ａｌ粒とＣｒ粒との混合物、が加熱されると、ＡｌとＣｒとの相互の蒸発温度の違いにより、ＡｌがＣｒよりも先に蒸発してしまい、この結果、これらＡｌとＣｒとの組成比を含め、所望の特性のＡｌＣｒＮ膜を形成することができない。ゆえに、通常のイオンプレーティング法による場合においては、当該ＡｌＣｒ合金、或いは、Ａｌ粒とＣｒ粒との混合物、を採用することはできない。

また例えば、スパッタリング法による場合であって、ＡｌのターゲットとＣｒのターゲットとの２つのターゲットが用いられる場合には、これら２つのターゲットは、相互の電気的または磁気的な干渉を回避するべく、互いに相応の距離を置いて設けられる。すると、上述した通常のイオンプレーティング法による場合であって、Ａｌの蒸発源とＣｒの蒸発源との２つの蒸発源が用いられる場合と同様、各ターゲットから被処理物までの距離に差異が生じ、これにより、当該被処理物の表面に形成されるＡｌＣｒＮ膜の品質に差異が生じる。一方、所定の組成比のＡｌ／Ｃｒターゲットが１つ用いられる場合には、この１つのＡｌ／ＣｒターゲットからＡｌとＣｒとが放出されるので、つまりこれらＡｌとＣｒとが互いに共通の位置から放出されるので、当該品質の差異は抑えられる。ただし、この場合には、ＡｌＣｒＮ膜のＡｌとＣｒとの組成比が、これらの材料であるＡｌ／ＣｒターゲットのＡｌとＣｒとの組成比に依存する。従って例えば、ＡｌとＣｒとの組成比の異なるＡｌＣｒＮ膜を形成しようとすると、その都度、当該組成比に応じたＡｌ／Ｃｒターゲットを用意しなければならず、極めて非効率であり、言わば柔軟に対応することができない。なお、ＡｌのターゲットとＣｒのターゲットとの２つのターゲットが用いられる場合には、当該Ａｌのターゲットのスパッタ量とＣｒのターゲットのスパッタ量とを個別に制御すれば、ＡｌＣｒＮ膜のＡｌとＣｒとの組成比を適宜に制御することができ、つまり柔軟に対応することができる。ただし、これら２つのターゲットが用いられる場合には、上述の如くＡｌＣｒＮ膜の品質に差異が生じ、つまり高品質な当該ＡｌＣｒＮ膜を形成することができない、という問題がある。

さらに、アーク放電法（カソードアーク方式のイオンプレーティング法）による場合にも、スパッタリング法と同様のターゲットが用いられることから、当該スパッタリング法による場合と同様の問題がある。即ち、高品質なＡｌＣｒＮ膜を形成することができず、或いは、当該ＡｌＣｒＮ膜のＡｌとＣｒとの組成比について柔軟に対応することができない、という問題がある。加えて、このアーク放電法による場合であって、特に１つのＡｌ／Ｃｒターゲットが用いられる場合には、このＡｌ／Ｃｒターゲットとして、上述のＡｌ粒とＣｒ粒との混合物と同様のものが用いられることが、詳しくは当該Ａｌ粒とＣｒ粒との混合焼結体が用いられることが、多い。この混合焼結体は、その製法から必然的に内部に空気等の絶縁性の不純物を含む。その一方で、アーク放電法によれば、ターゲット内に絶縁性の不純物が含まれていると、その部分で異常放電が起こり、これにより、被膜の表面にドロップレットが発生する。従って、このアーク放電法による場合であって、Ａｌ粒とＣｒ粒との混合焼結体がターゲットとして用いられる場合には、ＡｌＣｒＮ膜の表面にドロップレットが発生することがある。このドロップレットの発生は、言うまでもなく極めて不都合である。

そこで、本発明は、ＡｌＣｒＮ膜等の合金窒化物膜の形成装置および形成方法において、高品質な当該合金窒化物膜を形成することができると共に、当該合金窒化物膜の組成について柔軟に対応することができる技術を提供することを、目的とする。

この目的を達成するために、本発明のうちの第１発明は、被処理物の表面に合金窒化物膜を形成する合金窒化物膜形成装置において、真空槽と、気化手段と、窒素ガス供給手段と、プラズマ発生手段と、バイアス電力供給手段と、を具備する。このうちの真空槽は、その内部に被処理物が設置されるものであり、この真空槽の内部は、当該被処理物が設置された状態で排気される。そして、気化手段は、真空槽の内部に設けられており、互いに近接した位置にある複数の収容部を有している。これら複数の収容部には、合金窒化物膜の合金成分材料である複数の固体材料が個別に収容される。その上で、気化手段は、これら複数の収容部に個別に収容されている複数の固体材料に１つの電子ビームを所定の順番で周期的に照射することによって、当該複数の固体材料を個別に加熱して気化させる。併せて、窒素ガス供給手段は、真空槽の内部に窒素ガスを供給する。そして、プラズマ発生手段は、真空槽の内部にプラズマを発生させる。さらに、バイアス電力供給手段は、被処理物にバイアス電力を供給する。このバイアス電力は、プラズマによってイオン化された複数の固体材料それぞれの気化粒子と、当該プラズマによってイオン化された窒素ガスのガス粒子とを、被処理物の表面に引き寄せるためのものである。

即ち、本第１発明によれば、真空槽の内部に被処理物が設置され、この状態で、当該真空槽の内部が排気される。また、真空槽の内部には、気化手段が設けられており、この気化手段は、互いに近接した位置にある複数の収容部を有している。これら複数の収容部には、合金窒化物膜の合金成分材料である複数の固体材料が個別に収容されている。気化手段は、これら複数の収容部に個別に収容されている複数の固体材料に１つの電子ビームを所定の順番で周期的に照射することによって、当該複数の固体材料を個別に加熱して気化させる。併せて、窒素ガス供給手段によって、真空槽の内部に窒素ガスが供給される。そして、プラズマ発生手段によって、真空槽の内部にプラズマが発生される。これにより、複数の固体材料それぞれの気化粒子と、窒素ガスのガス粒子とが、イオン化される。さらに、バイアス電力供給手段によって、被処理物にバイアス電力が供給される。すると、イオン化された複数の固体材料それぞれの気化粒子と、イオン化された窒素ガスのガス粒子とが、当該被処理物の表面に引き寄せられる。これにより、被処理物の表面にこれら各粒子の反応物である合金窒化物膜が形成され、いわゆるイオンプレーティング法によって当該合金窒化物膜が形成される。

ここで、合金窒化物膜の合金成分材料である複数の固体材料は、互いに近接した位置にある複数の収容部から、言い換えれば互いに略共通の位置から、気化する。従って、被処理物の表面に形成される合金窒化物膜の品質に差異が生じ難く、つまり高品質な当該合金窒化物を形成することができる。また、各固体材料は、１つの電子ビームによって個別に加熱され気化する。従って、この電子ビームによる各固体材料の気化比率（加熱比率）を制御することによって、合金窒化物膜の合金成分の組成比を適宜に制御することができ、つまり当該組成比について柔軟に対応することができる。

なお、電子ビームによる各固体材料の気化比率の制御は、気化手段が担う。この制御に際して、気化手段は、当該気化比率を任意に（言わば連続的に）制御可能であることが、望ましい。

また、気化手段は、電子ビームのパワーを一定とし、この状態で、各固体材料のそれぞれに対する当該電子ビームの照射時間によってこれら各固体材料の気化比率を制御するものとしてもよい。

さらに、気化手段は、各固体材料のそれぞれに対する電子ビームの照射位置を変えながら当該各固体材料のそれぞれを加熱して気化させるのが、望ましい。このようにすれば、各固体材料のそれぞれを満遍なく加熱して気化させることができる。これは、各固体材料の無駄の低減、ひいてはコストの低減に、大きく貢献する。

この場合、各固体材料が個別に収容される各収容部は、１つの軸を中心とする概略同心円筒状の複数の壁状体によって区画されたものであってもよい。そして、気化手段は、当該軸を中心として各収容部を回転させることによって、これら各収容部に個別に収容されている各固体材料のそれぞれに対する電子ビームの照射位置を変えるものとしてもよい。

本発明のうちの第２発明は、第１発明に対応する方法の発明である。即ち、本第２発明は、被処理物の表面に合金窒化物膜を形成する合金窒化物膜形成方法において、排気過程と、気化過程と、窒素ガス供給過程と、プラズマ発生過程と、バイアス電力供給過程と、を具備する。このうちの排気過程では、内部に被処理物が設置された真空槽の当該内部が排気される。そして、気化過程では、真空槽の内部に設けられている複数の収容部に個別に収容されている合金窒化物膜の合金成分材料である複数の固体材料に１つの電子ビームが所定の順番で周期的に照射されることによって、当該複数の固体材料が個別に加熱され気化する。なお、複数の収容部は、互いに近接した位置にある。併せて、窒素ガス供給過程では、真空槽の内部に窒素ガスが供給される。そして、プラズマ発生過程では、真空槽の内部にプラズマが発生される。さらに、バイアス電力供給過程では、被処理物にバイアス電力が供給される。このバイアス電力は、プラズマによってイオン化された複数の固体材料それぞれの気化粒子と、当該プラズマによってイオン化された窒素ガスのガス粒子とを、被処理物の表面に引き寄せるためのものである。

このように、本発明によれば、高品質な合金窒化物膜を形成することができると共に、当該合金窒化物の組成比について柔軟に対応することができる。また特に、上述の従来技術におけるアーク放電法による場合であって、１つのＡｌ／Ｃｒターゲットが用いられる場合とは異なり、ドロップレットが発生することもない。即ち、合金窒化物膜を形成する技術として、極めて画期的である。

本発明の一実施形態に係るイオンプレーティング装置の概略構成を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 同実施形態における蒸発源の坩堝の構成を示す図解図である。 同実施形態における蒸発源の制御を担う部分の電気的な構成を示す図解図である。 同実施形態における蒸発源の動作を説明するための図解図である。 同実施形態における蒸発源の坩堝内の各固体材料に対する電子ビームの照射態様を当該各固体材料の消費状態と併せて示す図解図である。 同電子ビームの照射態様を詳細に示す図解図である。 図７の比較対象例を示す図解図である。 図８とは別の例を示す図解図である。 図７とは別の例を示す図解図である。 同実施形態において形成されたＡｌＣｒＮ膜と従来技術によるものとを走査型電子顕微鏡で観察した画像である。 同実施形態における実験結果を示すグラフである。 図１３とは別の実験結果を示すグラフである。

本発明の一実施形態について、図１〜図１４を参照して説明する。

本実施形態に係るイオンプレーティング装置１０は、ＡｌＣｒＮ膜等の合金窒化物膜を形成するのに好適なものであり、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、特に真空槽１２の内部に注目して当該真空槽１２を含むイオンプレーティング装置１０を正面から見た概略図であり、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。

真空槽１２は、概略円筒形である自身の中心軸を水平方向に延伸させた状態にあり、その周壁１４の両端の一方側に当たる部分１６は、当該真空槽１２の前面として前面壁によって閉鎖されており、当該周壁１４の両端の他方側に当たる部分１８は、真空槽１２の後面として後面壁によって閉鎖されている。この真空槽１２の周壁１４，前面壁１６および後面壁１８を含む当該真空槽１２の筐体は、耐熱性および耐食性の高い金属製、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼製であり、基準電位としての接地電位に接続されている。なお、詳しい説明は省略するが、この真空槽１２の前面壁１６および後面壁１８は、後述する被処理物１００の出し入れやメンテナンス等のために任意に開閉可能とされている。加えて、この真空槽１２の筐体（周壁１４，前面壁１６または後面壁１８）の適当な位置に、当該真空槽１２の内部と外部とを連通させる図示しない排気口が設けられている。そして、この排気口には、真空槽１２の外部において、当該真空槽１２の内部を排気するための図示しない排気手段としての真空ポンプが結合されている。

真空槽１２の内部に注目すると、当該真空槽１２の内部の略中央に、気化手段としての蒸発源２０が配置されている。この蒸発源２０は、合金窒化物膜の合金成分材料である複数の、例えば２種類の、固体材料２２ａおよび２２ｂを個別に収容可能な収容手段としての坩堝２４と、これら各固体材料２２ａおよび２２ｂを個別に加熱して蒸発させるための電子ビームｅ⁻を出力する電子ビーム出力手段としての電子銃２６と、を有している。この蒸発源２０については、後で詳しく説明する。また、蒸発源２０の近傍に、被処理物１００を加熱するための図示しない加熱手段、例えば電熱ヒータ、が設けられている。

そして、蒸発源２０の周りを取り囲むように、複数個の被処理物１００，１００，…が配置される。具体的には、真空槽１２の後面壁１８の近傍に、被処理物位置変更手段としての自公転ユニット２８が設けられている。この自公転ユニット２８は、複数個の保持手段としてのホルダ３０，３０，…を有しており、これら各ホルダ３０，３０，…は、真空槽１２の中心軸から当該中心軸を横切る方向に一定の距離を置き、かつ、当該中心軸を中心とする円の円周方向に沿って等間隔に、設けられている。そして、それぞれのホルダ３０に、被処理物１００が１つずつ取り付けられる。なお、図１〜図３（特に図１）においては、被処理物１００（ホルダ３０）の個数が１６個とされているが、これは一例であって、当該個数は、被処理物１００の形状や寸法等に応じて適宜に定められる。また、被処理物１００として、概略丸棒状のものが例示されているが、この場合、当該被処理物１００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。

自公転ユニット２８は、回転軸３２を介して、真空槽１２の外部にある駆動手段としてのモータ３４に結合されている。このモータ３４の駆動力を受けて、自公転ユニット２８は、真空槽１２の中心軸を中心として各ホルダ３０，３０，…を図１に矢印３６で示す方向（反時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、各ホルダ３０，３０，…に取り付けられている各被処理物１００，１００，…もまた、真空槽１２の中心軸を中心として同じ方向に回転し、言わば公転する。併せて、自公転ユニット２８は、それぞれのホルダ３０をそれ自身の中心軸を中心として図１に矢印３８で示す方向（反時計回りの方向）に回転させる。これに伴い、それぞれの被処理物１００もまた、自身の中心軸を中心として同じ方向に回転し、言わば自転する。なお、自公転ユニット２８による各被処理物１００，１００，…の公転速度は、例えば１ｒｐｍ程度である。そして、それぞれの被処理物１００の自転速度は、例えば公転速度の１０倍程度であり、つまり１０ｒｐｍ程度である。

さらに、蒸発源２０よりも上方の位置であって、各被処理物１００，１００，…の公転軌跡よりも下方の位置に、陰極としての概略直線状のフィラメント４０と、陽極としての概略物差（細長い平板）状のアノード板４２と、が互いに適当な距離を置いて配置されている。

このうちのフィラメント４０は、例えば直径が約２ｍｍのタングステン（Ｗ）製ワイヤであり、厳密には３本のタングステン製ワイヤから成る縒り線である。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、言い換えればそれぞれの被処理物１００と平行を成すように、配置されている。そして、このフィラメント４０には、真空槽１２の外部にある陰極電力供給手段としてのフィラメント用電源装置４４から陰極電力としての交流のフィラメント電力Ｅｆが供給される。さらに、このフィラメント電力Ｅｆには、接地電位を基準とする負電位の直流電力であるフィラメントバイアス電力Ｅｆｂ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力Ｅｆの供給源である陰極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が設けられている。

一方、アノード板４２は、高融点金属製であり、例えばモリブデン（Ｍｏ）製である。このアノード板４２は、真空槽１２の中心軸を含む鉛直面に関して、フィラメント４０と略面対称（共役）となる位置に配置されている。具体的には、アノード板４２は、その一方主面をフィラメント４０側に向けた状態で、厳密には後述する理由により当該一方主面を少し斜め上方に向けた状態で、かつ、それ自身が真空槽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と平行を成すように、配置されている。そして、このアノード板４２には、真空槽１２の外部にある陽極電力供給手段としてのアノード用電源装置４８から接地電位を基準とする正電位の直流電力であるアノード電力Ｅａが供給される。

加えて、真空槽１２内には、フィラメント４０およびアノード板４２を間に挟んだ状態で、磁界印加手段としての１対の細長い概略直方体状の磁界発生器５０および５２が配置されている。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た状態で、厳密には後述する理由により当該それぞれの一側面を少し斜め上方に向けた状態で、かつ、それ自身が真空槽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およびアノード板４２と平行を成すように、配置されている。そして、これら各磁界発生器５０および５２には、当該各磁界発生器５０および５２の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。これにより、各磁界発生器５０および５２間の空間に、つまりフィラメント４０およびアノード板４２が配置されている空間に、強力な磁界が印加される。

なお、これら各磁界発生器５０および５２による磁界の印加領域を拡張するべく、当該各磁界発生器５０および５２は、互いに対向する一側面を上述の如く少し斜め上方に向けた状態で配置されている。そして、このうちのアノード板４２側に配置されている磁界発生器５２の傾きに合わせて、当該アノード板４０もまた、上述の如くその（フィラメント４０に向けられた側の）一方主面を少し斜め上方に向けた状態にある。さらに、各磁界発生器５０および５２による磁界の印加領域のさらなる拡張を図るべく、これら各磁界発生器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。

また、これら各磁界発生器５０および５２による磁界の印加領域よりも下方であって、蒸発源２０よりも上方の位置に、ガス供給管５８が設けられている。このガス供給管５８は、合金窒化物膜の材料の１つである材料ガスとしての窒素（Ｎ_２）を真空槽１２内に供給するための窒素ガス供給手段として機能する。併せて、当該ガス供給管５８は、放電用ガスとしてのＡｒ（アルゴン）ガスを真空槽１２内に供給するための放電用ガス供給手段としても機能する。なお、このガス供給管５８の先端にあるノズル５８ａは、上述のフィラメント４０とアノード板４２との間の空間に向けられている。また、図示は省略するが、このガス供給管５８管には、真空槽１２の外部において、当該ガス供給管５８内を流れる窒素ガスおよびＡｒガスの流量を個別に調整するための流量調整手段としての例えばマスフローコントローラが設けられている。

さらに、各被処理物１００，１００，…には、各ホルダ３０，３０，…および自公転ユニット２８を介して、バイアス電力供給手段としてのパルス電源装置６０から接地電位を基準とする交流の基板バイアス電力Ｅｓが供給される。この基板バイアス電力Ｅｓは、その電圧値が接地電位を基準とする正電位のハイレベルと当該接地電位を基準とする負電位のローレベルとに交互に遷移するいわゆるバイポーラ矩形パルス状のものであり、その周波数は、例えば１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲で任意に設定可能とされている。そして、この基板バイアス電力Ｅｓの平均電圧値Ｖｓもまた、任意に設定可能とされており、厳密にはローレベル電圧値の調整によって例えば−５Ｖ〜−１０００Ｖの範囲で任意に設定可能とされている。なお、この基板バイアス電力のハイレベル電圧値は、一定であり、例えば＋３７Ｖである。加えて、この基板バイアス電力のデューティ比（パルスの１周期に対して電圧値がハイレベルとなる期間の比率）もまた、例えば１０％〜９０％の範囲で任意に設定可能とされている。

ここで改めて、蒸発源２０について、詳しく説明する。上述したように蒸発源２０は、坩堝２４を有しており、この坩堝２４は、２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂを個別に収容可能とされている。具体的には、当該坩堝２４は、図４に示すように、互いに径の異なる同心円筒状の２つの周壁部２４ａおよび２４ｂと、これら各周壁部２４ａおよび２４ｂの一方端側を閉鎖するように当該各周壁部２４ａおよび２４ｂの一方端に結合された円板状の底壁部２４ｃと、から成り、言わば２重皿のような形状をしている。このような形状から、内側の周壁部２４ａの内側面と底壁部２４ｃの内側面とによって囲まれた言わば短円柱状の内側収容部２４ｄと、内側の周壁部２４ａの外側面と外側の周壁部２４ｂの内側面と底壁部２４ｃの内側面とによって囲まれた言わば概略リング状の外側収容部２４ｅと、が形成されており、つまり２つの収容部２４ｄおよび２４ｅが形成されている。そして、内側収容部２４ｄに２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂの一方が収容されると共に、外側収容部２４ｅに当該２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂの他方が収容される。なお、内側収容部２４ｄの直径（内径）Ｍａは、例えば６０ｍｍ〜１００ｍｍであり、当該内側収容部２４ｄの深さ寸法Ｍｂは、１５ｍｍ〜２５ｍｍである。そして、外側収容部２４ｅの幅寸法（内側周壁部２４ａの外側面の半径と外側周壁部２４ｂの内側面の半径との相互差）Ｍｃは、例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍであり、当該外側収容部２４ｅの深さ寸法Ｍｂは、内側収容部２４ｄのそれと同じである。この坩堝２４は、例えば銅（Ｃｕ）製であり、図示しない水冷機構によって水冷される。

また、蒸発源２０は、上述の如く電子銃２６を有しており、この電子銃２６は、図５に示すように、電子銃電源装置７０からスキャンコントローラ７２を介して供給される電子銃駆動電力Ｅｇを受けて駆動し、つまり当該図５に破線の矢印２６ａで示される如く電子ビームｅ⁻を出力する。この電子ビームｅ⁻は、上述の２種類の固体材料２２ａおよび２２ｂに交互に照射され、つまりはそうなるように電子銃２６が制御される。この電子銃２６の制御は、スキャンコントローラ７２から当該電子銃２６に供給されるスキャン制御信号Ｓｃに従う。電子銃２６は、このスキャン制御信号Ｓｃの供給を受けて、図６（ａ）に示す如く電子ビームｅ⁻を内側の（収容部２４ｄに収容されている）固体材料２２ａに照射する状態と、図６（ｂ）に示す如く当該電子ビームｅ⁻を外側の（収容部２４ｅに収容されている）固体材料２２ｂに照射する状態と、に交互に（言わば周期的に）遷移する。これにより、各固体材料２２ａおよび２２ｂは、個別に加熱され気化する。

より具体的には例えば、合金窒化物膜としてＡｌＣｒＮ膜が形成される場合には、内側収容部２４ｄに固体材料２２ａとしてＡｌ材料が収容されると共に、外側収容部２４ｅに固体材料２２ｂとしてＣｒ材料が収容される。なお、ここで言うＡｌ材料とは、その純度が９９％以上のものであり、好ましくは９９．９９％以上のいわゆる高純度のものであり、例えば直径が２ｍｍ〜５ｍｍのロッド状の素材が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長さに、言わばペレット（円柱）状に、切断されたものである。このようなペレット状のＡｌ材料が内側固体材料２２ａとして採用されることで、例えば当該内側固体材料２２ａとして内側収容部２４ｄの形状に応じた言わばそれ専用のものが採用される場合に比べて、当該内側固体材料２２ａの低コスト化が図られる。そして、ここで言うＣｒ材料は、その純度が９９％以上のものであり、好ましくは９９．９９％以上の高純度のものであり、例えば直径が１ｍｍ〜５ｍｍのグラニュール（粗粒）状のものである。このようなグラニュール状のＣｒ材料が外側固体材料２２ｂとして採用されることで、例えば当該外側固体材料２２ｂとして外側収容部２４ｅの形状に応じた専用のものが採用される場合に比べて、当該外側固体材料２２ｂの低コスト化が図られる。その上で、電子銃２６は、内側の固体材料２２ａとしてのＡｌ材料に対して、図７（ａ）に破線８０ａで示すように、内側収容部２４ｄ（坩堝２４）の中心から少し外れた比較的に小さな矩形状の領域に絞って電子ビームｅ⁻を照射し、厳密には当該領域８０ａ内において電子ビームｅ⁻（の照射位置）をスキャンさせる。そして、外側の固体材料２２ｂとしてのＣｒ材料に対しては、電子銃２６は、当該図７（ａ）に破線８０ｂで示すように、外側収容部２４ｅの円周方向における一部を完全に覆うほどの大きさの矩形状領域にわたって電子ビームｅ⁻を照射し、厳密には当該領域８０ｂ内において電子ビームｅ⁻をスキャンさせる。

なお、内側固体材料２２ａとしてのＡｌ材料は、比較的に熱伝導性（熱伝導率）が高い。従って、このＡｌ材料２２ａを効率的に加熱するために、上述の如く当該Ａｌ材料２２ａに対する電子ビームｅ⁻の照射領域８０ａが比較的に小さめに絞られる。これにより、Ａｌ材料２２ａは、効率的に加熱されて気化し、厳密には蒸発する。一方、外側固体材料２２ｂとしてのＣｒ材料もまた、電子ビームｅ⁻の照射を受けて加熱されて気化するが、厳密には昇華する。このため、上述の如くＣｒ材料２２ｂに対する電子ビームｅ⁻の照射領域８０ｂが外側収容部２４ｅの円周方向における一部を完全に覆うほどの大きさとされており、これにより、後述する如く当該Ｃｒ材料２２ｂが満遍なく気化（昇華）する。

ここで、電子ビームｅ⁻は、図８に示すように、Ａｌ材料（内側固体材料）２２ａに対する照射領域８０ａにおいて、坩堝２４の半径方向を横切る方向（図８の左右方向）にｆｓという周波数でスキャンされると共に、当該坩堝２４の半径方向（図８の上下方向）に沿ってＴａという時間を掛けて言わば概略ジグザグ状にスキャンされる。また、電子ビームｅ⁻は、Ｃｒ材料（外側固体材料）２２ｂに対する照射領域８０ｂにおいて、坩堝２４の半径方向を横切る方向にｆｓという周波数でスキャンされると共に、当該坩堝２４の半径方向に沿ってＴｂという時間を掛けて概略ジグザグ状にスキャンされる。そして、電子ビームｅ⁻は、これら各照射領域８０ａおよび８０ｂにおけるスキャンを交互に繰り繰り返し、詳しくはＡｌ材料２２ａに対する言わば内側照射領域８０ａの内側（図８における上方側）の端部とＣｒ材料２２ｂに対する言わば外側照射領域８０ｂの外側（図８における下方側）の端部との間を繰り返し往復する。なお、電子ビームｅ⁻が各照射領域８０ａおよび８０ｂの一方から他方に移動する際には、当該電子ビームｅ⁻は、瞬時に直線状に移動する。また、坩堝２４の半径方向を横切る方向における電子ビームｅ⁻のスキャン周波数ｆｓは、例えば２５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲で任意に設定可能であり、好ましくは５００Ｈｚとされる。そして、電子ビームｅ⁻が坩堝２４の半径方向において１往復するのに要する時間２・Ｔｓは、例えば５００ｍｓ〜４ｓの範囲で任意に設定可能であり、好ましくは５００ｍｓとされ、言わば片道（Ｔｓ）で２５０ｍｓとされる。加えて、この電子ビームｅ⁻のスキャン時間Ｔｓが一定とされた状態で、内側照射領域８０ａにおけるスキャン時間Ｔａと外側照射領域８０ｂにおけるスキャン時間Ｔｂとの相互比であるスキャン時間比Ｔａ：Ｔｂについても、任意に設定可能とされている。

この電子ビームｅ⁻のスキャン周波数ｆｓ，スキャン時間Ｔｓ（または２・Ｔｓ），スキャン時間比Ｔａ：Ｔｂ，各照射領域８０ａおよび８０ｂそれぞれの形状や寸法等は、図５に示す如くスキャンコントローラ７２に接続されたスキャン条件設定手段としての例えばパーソナルコンピュータ７４によって設定される。また、電子ビームｅ⁻のパワーについても、このパーソナルコンピュータ７４によって任意に設定可能とされている。そして、このパーソナルコンピュータ７４によって設定された条件に従って、上述のスキャン制御信号Ｓｃが生成される。

さらに、上述の図６や図７（ａ）に示すように、坩堝２４は、その中心を軸としてこれら各図に矢印２４ｆで示される方向（例えば図７（ａ）における反時計回りの方向）にゆっくりと、例えば１０°／ｍｉｎ〜５０°／ｍｉｎという速度で、好ましくは２０°／ｍｉｎという速度で、回転する。厳密には、そうなるように蒸発源２０が構成されている。これにより、Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂのそれぞれが満遍なく気化し、とりわけ、昇華性物質であるＣｒ材料２４ａについても満遍なく気化する。

ここで特に、図７（ａ）に注目すると、外側照射領域８０ｂは、Ｃｒ材料２２ｂが収容されている外側収容部２４ｅをはみ出しており、詳しくは内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部を含むように設定されている。従って、この外側照射領域８０ｂに含まれている内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部が電子ビームｅ⁻の照射を受けて加熱されて溶融する等の不都合が生じることが懸念される。しかしながら、内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂを含む坩堝２４は、上述の如く水冷されている。また、このように内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部に電子ビームｅ⁻が照射されるとは言え、外側照射領域８０ｂという比較的に広い領域にわたってスキャンしている当該電子ビームｅ⁻がそのスキャン過程の一部で当該内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部に照射されるに過ぎないので、言い換えれば電子ビームｅ⁻が当該内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部に集中的に照射される訳ではないので、ここで懸念されるような不都合は生じない。

さらに、図７（ａ）によれば、外側照射領域８０ｂは、Ａｌ材料２２ａが収容されている内側収容部２４ｄの一部をも含んでいる。言い換えれば、外側照射領域８０ｂ内をスキャンする電子ビームｅ⁻は、内側収容部２４ｄに収容されているＡｌ材料２２ａの一部にも照射される。従って、この一部のＡｌ材料２２ａが加熱されて蒸発すること、言わば当該Ａｌ材料２２ａが不本意に蒸発すること、が懸念される。しかしながら、Ａｌ材料２２ａは、上述の如く熱伝導性が高いので、このようなＡｌ材料２２ａに対して外側照射領域８０ｂ内をスキャンする電子ビームｅ⁻が照射されても、当該Ａｌ材料２２ａが蒸発する程度にまで加熱されることはなく、つまり当該Ａｌ材料２２ａが不本意に蒸発することはない。

このようにして外側照射領域８０ｂが設定されることによって、昇華性物質であるＣｒ材料２２ｂが満遍なく気化し、つまり図７（ｂ）に示す如く（外側収容部２４ｅの）全体にわたって概ね均一に消費される。なお、Ａｌ材料２２ａについては、気化する際に溶融するので、やはり図７（ｂ）に示す如く（内側収容部２４ｄの）全体にわたって概ね均一に消費される。

なお、図７（ａ）において、電子ビームｅ⁻は、当該図７（ａ）における下方側から飛翔して、Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂのそれぞれに照射される。また、ここで採用されている電子銃２６は、自身から遠い位置ほど電子ビームｅ⁻を小さく絞り易い、という特性を有している。このため、照射領域８０ａを小さく絞る必要のあるＡｌ材料２２ａについて、電子銃２６から遠い位置にある内側収容部２４ｄに収容され、そのような必要のないＣｒ材料２２ｂについては、当該内側収容部２４ｄよりも電子銃２６に近い位置にある外側収容部２６ａに収容される。

因みに例えば、図９（ａ）に示す如く外側照射領域８０ｂが設定されると、つまり坩堝２４の半径方向を横切る方向（図９（ａ）の左右方向）における当該外側照射領域８０ｂの寸法が図７（ａ）に示したそれよりも小さめに設定されると、Ｃｒ材料２２ｂは、図９（ｂ）に示す如く消費され、つまり坩堝２４の中心に近い位置ほど顕著に消費され、言わば満遍なく消費されない。これは、坩堝２４の半径方向を横切る方向における外側照射領域８０ｂの寸法が小さくなると、電子ビームｅ⁻の照射密度が上がり、また、坩堝２４の中心に近い位置ほど当該電子ビームｅ⁻の照射密度が顕著に上がるからである、と推察される。なお、この坩堝２４の半径方向を横切る方向における外側照射領域８０ｂの寸法が過度に小さいと、電子ビームｅ⁻の照射密度が過度に上がり、極端には当該外側照射領域８０ｂに含まれている内側周壁部２４ａおよび外側周壁部２４ｂそれぞれの一部（特に坩堝２４の中心に近い位置にある内側周壁部２４ａの一部）が溶融し、さらには、Ａｌ材料２２ｂが不本意に蒸発する、という不都合が生じる。

また例えば、図１０（ａ）に示す如く外側照射領域８０ｂが設定されると、つまり外側収容部２４ｅ内に収まるように設定されると、Ｃｒ材料２２ｂは、図１０（ｂ）に示す如く消費され、つまり坩堝２４の中心に近い位置ほど顕著に消費される一方、外側周壁部２４ｂに近い位置においてはあまり消費されない。要するに、この場合も、Ｃｒ材料２２ｂは、満遍なく消費されない。

従って、外側照射領域８０ｂについては、Ｃｒ材料２２ｂが満遍なく消費されるように、その寸法および形状が適宜に設定されることが、望ましい。なお例えば、図１１（ａ）に示す如く外側照射領域８０ｂが設定された場合にも、つまり坩堝２４の中心に近いほど当該坩堝２４の半径方向を横切る方向における当該外側照射領域８０ｂの寸法が小さくなるように当該外側照射領域８０ｂが台形状に設定された場合にも、Ｃｒ材料２２ｂは、図１１（ｂ）に示す如く満遍なく消費される。ゆえに、この図１１（ａ）に示すような台形状の外側照射領域８０ｂが設定されてもよい。

さて、このような構成のイオンプレーティング装置１０によれば、合金窒化物膜としての例えばＡｌＣｒＮ膜を形成することができる。なお、このＡｌＣｒＮ膜の形成に際しては、上述の如く坩堝２４の内側収容部２４ｄにＡｌ材料２２ａが収容されると共に、外側収容部２４ｅにＣｒ材料２２ｂが収容される。そして、真空槽１２内の各ホルダ３０，３０，…に被処理物１００が１個ずつ取り付けられる。

その上でまず、真空槽１２内が真空ポンプによって１０^−３Ｐａ程度の圧力にまで排気され、いわゆる真空引きされる。そして、この真空引き後、上述の電熱ヒータによって各被処理物１００，１００，…が約４００℃に加熱され、いわゆるベーキング処理が行われる。そして、このベーキング処理後、真空槽１２内にＡｒガスが供給される。このときのＡｒガスの供給流量は、例えば４０ｍＬ／ｍｉｎ〜１００ｍＬ／ｍｉｎとされ、真空槽１２内の圧力は、例えば３×１０^−２Ｐａ〜１×１０^−１Ｐａ程度に維持される。この状態で、フィラメント４０にフィラメント電力Ｅｆが供給される。すると、フィラメント４０が加熱されて、当該フィラメント４０から熱電子が放出される。併せて、フィラメント電力Ｅｆにフィラメントバイアス電力Ｅｆｂが重畳されると共に、アノード板４２にアノード電力Ｅａが供給される。すると、フィラメント４０から放出された熱電子がアノード板４２に向かって加速される。この過程で、熱電子がＡｒガスの粒子に衝突して、その際の衝撃によって当該Ａｒガスの粒子が放電する。この結果、アーク放電による高密度なプラズマ２００が発生する。なお、フィラメントバイアス電力Ｅｆｂの電圧成分であるフィラメントバイアス電圧Ｖｆｂと、アノード電力Ｅａの電圧成分であるアノード電圧Ｖａと、の総和によって、熱電子の加速度が制御され、プラズマ２００の安定化が図られる。因みに、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂは、例えば−２０Ｖ〜−４０Ｖとされる。そして、アノード電圧Ｖａは、例えば４０Ｖ〜６０Ｖとされる。また、アノード板４２に流れる電流、言わばアノード電流Ｉａは、例えば３０Ａに維持される。このアノード電流Ｉａは、フィラメント４０の加熱温度によって、つまり当該フィラメント４０からの熱電子の放出量によって、制御される。さらに、プラズマ２００が発生している空間には各磁界発生器５０および５２による磁界が印加されているので、上述の熱電子は螺旋運動をしながら加速され、これにより、当該熱電子がＡｒガス粒子に衝突する機会が増えて放電が顕著となり、プラズマ２００の高密度化が図られる。

この高密度なプラズマ２００が発生している状態で、モータ３４が駆動される。すると、各被処理物１００，１００，…が自転しながら公転し、つまり自転しながらプラズマ２００の空間に順次送り込まれる。そして、各被処理物１００，１００，…に基板バイアス電力Ｅｓが供給されると、このうちのプラズマ２００の空間内にあるそれぞれの被処理物（母材）１００の表面に当該プラズマ２００中のＡｒイオンが照射される。このとき例えば、基板バイアス電力Ｅｓの平均電圧値Ｖｓが−１００Ｖとされることによって、当該Ａｒイオンが被処理物１００の表面に対して高いエネルギ（高速）で衝突する。これにより、被処理物１００の表面がＡｒイオンによって洗浄され、いわゆるイオンボンバードが行われる。さらに、蒸発源２０のＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂのいずれか一方または両方が気化される。なお、蒸発源２０は、上述の如くＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂの両方を個別に気化させることができるが、いずれか一方のみを気化させることもでき、厳密にはそうなるように電子銃２６がスキャン制御信号Ｓｃに従って制御されることもある。この蒸発源２０からの気化粒子は、プラズマ２００によってイオン化される。そして、このイオン化された気化粒子もまた、プラズマ２００の空間内にあるそれぞれの被処理物１００の表面に対して高いエネルギで照射される。これにより、被処理物１００の表面が当該イオン化された気化粒子によって洗浄され、いわゆるメタンボンバードが行われる。

このイオンボンバードおよびメタルボンバードが所定の期間にわたって行われた後に、ＡｌＣｒＮ膜を形成するための成膜処理が行われる。

即ち、真空槽１２内へのＡｒガスの供給流量が０ｍＬ／ｍｉｎ〜５０ｍＬ／ｍｉｎの範囲で適度に低減され、例えば３０ｍＬ／ｍｉｎとされる。そして、このＡｒガスに加えて真空槽１２内に窒素ガスが供給される。この窒素ガスの供給流量は、次に説明する蒸発源２０からのＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂそれぞれの気化量との兼ね合いに応じて適宜に設定され、例えば５０ｍＬ／ｍｉｎ〜３００ｍＬ／ｍｉｎの範囲で適宜に設定される。併せて、蒸発源２０のＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂが個別に気化され、つまり当該Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂが上述の如く電子ビームｅ⁻によって個別に加熱されて気化する。この蒸発源２０からのＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂそれぞれの気化量は、電子ビームｅ⁻のパワーによって制御され、特に窒素ガスの供給流量との兼ね合いに応じて適宜に設定される。

真空槽１２内に供給された窒素ガスの粒子は、プラズマ２００によってイオン化される。これと同様に、蒸発源２０からのＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂそれぞれの気化粒子もまた、プラズマ２００によってイオン化される。そして、これらイオン化された各粒子、つまり窒素イオン，ＡｌイオンおよびＣｒイオンは、プラズマ２００の空間内にあるそれぞれの被処理物１００の表面に照射される。この結果、それぞれの被処理物１００の表面に窒素とＡｌとＣｒとの化合物であるＡｌＣｒＮ膜が形成される。なお、この成膜処理時の基板バイアス電力Ｅｓの平均電圧値Ｖｓは、例えば−１０Ｖ〜−１５０Ｖとされ、おおよそ−５０Ｖとされる。

この成膜処理が所定の期間にわたって行われた後、蒸発源２０によるＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂの気化動作が停止され、つまり電子銃２６による電子ビームｅ⁻の出力が停止される。併せて、真空槽１２内へのＡｒガスおよび窒素ガスの供給が停止される。そして、各被処理物１００，１００，…への基板バイアス電力Ｅｓの供給が停止される。さらに、フィラメント４０へのフィラメント電力Ｅｆおよびフィラメントバイアス電力Ｅｆｂの供給が停止されると共に、アノード板４２へのアノード電力Ｅａの供給が停止される。そして、真空槽１２内が高真空状態に維持されながら、所定の冷却期間が置かれる。このとき、各被処理物１００，１００，…を自公転させるためのモータ３４は、駆動されたままの状態であってもよいし、停止されてもよい。そして、冷却期間の経過後、真空槽１２内の圧力が大気圧に戻され、当該真空槽１２内が外部（大気）に開放されて、その上で、当該真空槽１２内から各被処理物１００，１００，…が外部に取り出される。これにより、成膜処理を含む一連の処理（１バッチ）が終了する。

図１２（ａ）に、この成膜装置１０によって形成されたＡｌＣｒＮ膜を走査型電子顕微鏡で観察した画像を示す。また、この比較対象用として、図１２（ｂ）に、従来のアーク放電法によって形成されたＡｌＣｒＮ膜の観察画像を示す。これらの比較から分かるように、図１２（ａ）に示す本実施形態によるＡｌＣｒＮ膜は、特にその表面が極めて滑らかであり、当該表面の最大粗さＲｙは、０．２μｍと極めて小さい。これに対して、図１２（ｂ）に示す従来のアーク放電法によるＡｌＣｒＮ膜は、その表面にドロップレットが発生しており、このことも起因して、当該表面の最大粗さＲｙは、２μｍであり、本実施形態におけるそれよりも極めて大きい。このことから明らかなように、本実施形態によれば、表面が極めて滑らかなＡｌＣｒＮ膜を形成することができる。なお、図１２（ａ）に示されるＡｌＣｒＮ膜は、真空槽１２内へのＡｒガスの供給流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの供給流量が１５０ｍＬ／ｍｉｎ、真空槽１２内の圧力が９×１０^−２〜１０×１０^−２Ｐａ、フィラメントバイアス電圧Ｖｆｂが−３０Ｖ、アノード電圧Ｖａが５０Ｖ、アノード電流Ｉａが３０Ａ、基板バイアス電力Ｅｓの平均電圧値Ｖｓが−５０Ｖ、電子ビームｅ⁻のパワーが６．５７ｋＷ（＝７３０ｍＡ×９ｋＶ）、という条件下で形成されたものである。

また、本実施形態において、ＡｌＣｒＮ膜の合金成分であるＡｌとＣｒとの組成比（＝Ａｒ／（Ａｌ＋Ｃｒ））を種々に変更し、それぞれのヌープ硬さ（ＨＫ０．０２５）を測定する実験を行った。その結果を、図１３に示す。なお、ここで言う組成比とは、原子組成比であり、この組成比は、蒸発源２０によるＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂそれぞれの気化量によって制御され、言い換えれば当該Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂの気化比率によって制御される。具体的には、電子ビームｅ⁻のパワーが一定とされると共に、図８を参照しながら説明したスキャン時間Ｔｓが一定とされた状態で、スキャン時間比Ｔａ：Ｔｂが任意に設定されることによって、Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂの気化比率が任意に制御され、ひいては当該組成比が任意に制御される。また、この図１３における曲線は、最小二乗法によって求められたものである。

この図１３において、例えば３０００というヌープ硬さの基準値が設定されている。そして、ＡｌとＣｒとの組成比が０．５１〜０．６８であるときに（網掛模様が付されている領域において）、この３０００という基準値以上のヌープ硬さが得られること、つまり極めて高硬度なＡｌＣｒＮ膜が形成されること、が分かる。

さらに、本実施形態において、ＡｌＣｒＮ膜全体における窒素の組成比（＝Ｎ／（Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｎ））についても、これを種々に変更し、それぞれのヌープ硬さを測定する実験を行った。その結果を、図１４に示す。なお、ここで言う組成比もまた、原子組成比であり、この組成比は、真空槽１２内への窒素ガスの供給流量と、蒸発源２０によるＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂそれぞれの気化量と、によって制御される。

この図１４においても、上述の図１３と同様、３０００というヌープ硬さの基準値が設定される。そして、ＡｌＣｒＮ膜全体における窒素の組成比が０．５〜０．６であるときに（網掛模様が付されている領域において）、この３０００という基準値以上のヌープ硬さが得られること、つまり極めて高硬度なＡｌＣｒＮ膜が形成されること、が分かる。

以上のように、本実施形態によれば、表面が極めて滑らかであると共に、極めて高硬度なＡｌＣｒＮ膜を形成することができる。しかも、このＡｌＣｒＮ膜の形成に際しては、合金成分材料であるＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂが個別に収容される概略２重皿状の坩堝２４と、この坩堝２４に収容されたＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂを個別に加熱して気化させる１つの電子銃２６と、を有する、言わば２元対応型の蒸発源２０が、採用されている。このような２元対応型の蒸発源２０が採用されることで、Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂは、互いに近接した位置から、言い換えれば互いに略共通の位置から、気化する。従って例えば、Ａｌ材料２２ａ用の蒸発源とＣｒ材料２２ｂ用の蒸発源とが互いに別々に設けられる構成に比べて、ＡｌＣｒＮ膜の品質に差異が生じ難く、つまり高品質な当該ＡｌＣｒＮ膜を形成することができる。また、上述のスキャン時間比Ｔａ：Ｔｂによって、Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂの気化比率を任意に制御することができ、ひいてはＡｌＣｒＮ膜の合金成分であるＡｌとＣｒとの組成比を任意に制御することができる。従って例えば、ＡｌとＣｒとの組成比の異なるＡｌＣｒＮ膜を形成する場合に、これに柔軟に対応することができる。さらに、図１２を参照しながら説明したように、従来の特にアーク放電法とは異なり、ドロップレットが発生することもない。即ち、本実施形態は、ＡｌＣｒＮ膜を形成する技術として極めて画期的である。

なお、本実施形態は、本発明の具体的な一例であり、本発明の内容を限定するものではない。

例えば、上述のスキャン時間比Ｔａ：Ｔｂによって、詳しくは全体のスキャン時間Ｔｓが一定とされた状態での当該スキャン時間比Ｔａ：Ｔｂによって、Ａｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂの気化比率が制御されることとしたが、これに限らない。全体のスキャン時間Ｔｓが一定でなくとも、各照射領域８０ａおよび８０ｂそれぞれのスキャン時間ＴａおよびＴｂの長さによって、或いは、電子ビームｅ⁻のパワーによって、当該気化比率が制御されてもよい。

また、蒸発源２０について、特に坩堝２４について、概略２重皿状のものとされたが、これに限らない。例えば、概略丸皿状のものが２つの概略半円皿状に区画されたものであってもよいし、概略角皿状のものが２つの概略角皿状または概略三角皿状に区画されたものであってもよいし、これ以外の態様のものであってもよい。いずれにおいても、Ａｌ材料２２ａの収容部とＣｒ材料２２ｂの収容部とが互いに近接した位置にあることが、肝要である。併せて、この坩堝２４に収容されたＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂのそれぞれが均一に消費されるようにするために、当該坩堝２４は、必要に応じて、回転する等、それ自身が動くように構成されることも、肝要である。

そして、電子銃２６については、いわゆる２７０度偏向型のものが採用されたが、これに限らない。即ち、１８０度偏向型や直進型等の当該２７０度偏向型以外のものが採用されてもよい。いずれにおいても、坩堝２４に収容されたＡｌ材料２２ａおよびＣｒ材料２２ｂのそれぞれに適宜に電子ビームｅ⁻が照射されることが、つまりはそうなるように当該電子銃２６が制御されることが、肝要である。

さらに、本実施形態においては、ＡｌＣｒＮ膜を形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限らない。ＡｌＣｒＮ膜に限らず、例えばＡｌＴｉＮ（窒化チタンアルミ）膜やＡｌＳｉＮ（窒化アルミシリコン）膜，ＴｉＣｒＮ（窒化チタンクロム）膜，ＣｒＳｉＮ（窒化クロムシリコン）膜，ＶＴｉＮ（窒化バナジウムチタン）膜，ＶＡｌＮ（窒化バナジウムアルミ）膜，ＺｒＴｉＮ（窒化ジルコニウムチタン）膜，ＺｒＡｌＮ（窒化ジルコニウムアルミ）膜等の当該ＡｌＣｒＮ膜以外の２元合金窒化物膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。

加えて、２元合金窒化物膜以外にも、ＡｌＳｉＴｉＮ（窒化アルミシリコンチタン）膜やＡｌＣｒＳｉＮ（窒化アルミクロムシリコン）膜，ＴｉＡｌＣｒＮ（窒化チタンアルミクロム）膜等の３元合金窒化物膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。この場合、坩堝２４および電子銃２６を含む蒸発源２０について、３元の合金成分材料を個別に収容すると共に、これらを個別に気化させることのできるよう、適宜の構成とされる。勿論、４元以上の合金窒化物膜を形成する場合への適用も期待できる。

１０ イオンプレーティング装置
１２ 真空槽
２０ 蒸発源
２２ａ，２２ｂ 固体材料
２４ 坩堝
２６ 電子銃
４０ フィラメント
４２ アノード板
５８ ガス供給管
６０ パルス電源装置
１００ 被処理物
２００ プラズマ

Claims (6)

1. 被処理物の表面に合金窒化物膜を形成する合金窒化物膜形成装置において、
   内部に上記被処理物が設置されると共に該内部が排気される真空槽と、
   上記真空槽の内部に設けられており互いに近接した位置にあって上記合金窒化物膜の合金成分材料である複数の固体材料が個別に収容される複数の収容部を有しており該複数の収容部に個別に収容されている該複数の固体材料に１つの電子ビームを所定の順番で周期的に照射することによって該複数の固体材料を個別に加熱して気化させる気化手段と、
   上記真空槽の内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
   上記真空槽の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
   上記プラズマによってイオン化された上記複数の固体材料それぞれの気化粒子と上記窒素ガスのガス粒子とを上記被処理物の表面に引き寄せるためのバイアス電力を該被処理物に供給するバイアス電力供給手段と、
   を具備することを特徴とする、合金窒化物膜形成装置。
2. 上記気化手段は上記複数の固体材料の気化比率を任意に制御可能である、
   請求項１に記載の合金窒化物膜形成装置。
3. 上記気化手段は上記電子ビームのパワーを一定として上記複数の固体材料のそれぞれに対する該電子ビームの照射時間によって上記気化比率を制御する、
   請求項２に記載の合金窒化物膜形成装置。
4. 上記気化手段は上記複数の固体材料のそれぞれに対する上記電子ビームの照射位置を変えながら該複数の固体材料のそれぞれを加熱して気化させる、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の合金窒化物膜形成装置。
5. 上記複数の収容部は１つの軸を中心とする概略同心円筒状の複数の壁状体によって区画されたものであり、
   上記気化手段は上記軸を中心として上記複数の収容部を回転させることによって上記複数の固体材料のそれぞれに対する上記電子ビームの照射位置を変える、
   請求項４に記載の合金窒化物膜形成装置。
6. 被処理物の表面に合金窒化物膜を形成する合金窒化物膜形成方法において、
   内部に上記被処理物が設置された真空槽の該内部を排気する排気過程と、
   上記真空槽の内部に設けられており互いに近接した位置にある複数の収容部に個別に収容されている上記合金窒化物膜の合金成分材料である複数の固体材料に１つの電子ビームを所定の順番で周期的に照射することによって該複数の固体材料を個別に加熱して気化させる気化過程と、
   上記真空槽の内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給過程と、
   上記真空槽の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生過程と、
   上記プラズマによってイオン化された上記複数の固体材料それぞれの気化粒子と上記窒素ガスのガス粒子とを上記被処理物の表面に引き寄せるためのバイアス電力を該被処理物に供給するバイアス電力供給過程と、
   を具備することを特徴とする、合金窒化物膜形成方法。