[发明专利]物理气相沉积装置及物理气相沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理气相沉积装置及物理气相沉积方法，特别是涉及使由从蒸发源材料蒸发的原子生成的微粒与粉体混合后堆积于成膜对象基板的物理气相沉积装置及其物理气相沉积方法。

背景技术

近年来，涂覆技术的重要性急速增加，开发出了各种涂覆法。

但是，还未知晓可在低温下施以数十～数百μm左右的膜厚的高密度的涂膜的涂覆法。

文献(A.Yumoto，F.Hiroki，I.Shiota，N.Niwa，表面及涂敷技术(Surface and Coatings Technology)，169-170，2003，499-503)和文献(汤本敦史、广木富士男、盐田一路、丹羽直毅：采用超音速自由射流PVD的Ti和Al膜的形成(超音速フリ一ジエツトPVDによるTi及びAl膜の形成)，日本金属学会志(日本金属学会誌)，第65卷，第7号(2001)，635-643页)揭示了超音速自由射流(Supersonic Free Jet：SFJ)物理气相沉积(Physical VaporDeposition：PVD)装置。

该SFJ-PVD装置包括蒸发室和成膜室。

在蒸发室内具备设置于经水冷的炉床(hearth)上的蒸发源材料和高熔点金属(具体为钨)制的电极，一度将蒸发室内减压至规定的压力后，置换为规定的气体气氛，将蒸发源材料作为阳极，将位于与阳极隔开一定间隔的位置的高导电性金属制电极作为阴极，分别施加负电压和正电压而在两极间产生电弧放电，蒸发源材料通过该移行式电弧等离子体被加热而蒸发。在设置为规定的气体气氛的蒸发室内，通过蒸发源材料的加热而蒸发的原子相互凝集，从而获得纳米级直径的微粒(以下称为纳米粒子)。

所得的纳米粒子承载于由蒸发室和成膜室间的差压(真空度差)而产生的气流通过移送管被移送至成膜室。成膜室内设置有成膜对象基板。

由差压产生的气流通过安装于从蒸发室连接至成膜室的移送管的前端的特别设计的超音速喷管(拉瓦尔喷管)被加速至马赫数3.6左右的超音速，纳米粒子承载于超音速自由射流的气流被加速为高速并喷出至成膜室中，从而堆积于成膜对象基板上。

通过使用上述的SFJ-PVD装置，可在低温下施以数十～数百μm左右的膜厚的高密度的涂膜。

在这里，成膜于成膜对象物表面的目的是保护成膜对象物表面、使成膜对象物绝缘等，需要成膜材料具有耐热性良好、化学性质稳定且坚固的特性。

因此，为了使成膜于成膜对象物表面的膜的上述特性提高，已知例如日本专利特开2006-111921号公报中记载的物理气相沉积装置，其中，在2个蒸发室中生成第一微粒和第二微粒，利用文献(山本圭治郎、野本明、川岛忠雄、中土宣明：同轴相向撞击喷流的振动现象(同軸对向衝突喷流の発振现象)，油压和空气压(油圧と空気压)(1975)68-77页)所记载的同轴相向撞击喷流的振动现象将它们混合，使它们承载于超音速气流而物理气相沉积于基板上。

发明的揭示

但是，耐热性良好、化学性质稳定的材料难以蒸发，所以采用气相沉积法的成膜比其他材料困难。

例如，像陶瓷这样具有耐热性的物质即使通过等离子体或电弧放电等加热也难以形成微粒，通过等离子体或电弧放电等使这样的物质成膜比其他材料困难。此外，陶瓷具有在作为薄膜形成于基板上时与基板的密合力弱而容易剥离、脆弱而易损坏的性质，无法形成稳定的膜。

因此，本发明的目的在于提供使即使通过等离子体或电弧放电等加热也难以形成微粒的物质成膜的物理气相沉积装置及物理气相沉积方法。

另外，本发明的目的还在于提供使单独成膜时呈现脆性的材料与其他材料混合来成膜的物理气相沉积装置及物理气相沉积方法。

另外，本发明的目的还在于提供因使多种材料混合来成膜时可在不使用多个真空容器、加热装置的情况下成膜而成本较低的物理气相沉积装置及物理气相沉积方法。