物理蒸着装置および物理蒸着方法
【課題】プラズマやアーク放電などで加熱しても微粒子となり難い物質を成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供する。
【解決手段】内部に蒸発源材料１５と蒸発源材料１５を加熱させる加熱部１６とを備える蒸発チャンバー１０と、内部に粉体を備える粉体供給源２０と、成膜チャンバー３０とを有し、蒸発源材料１５を加熱部１６により加熱し、微粒子（ナノ粒子）を発生させ、微粒子と粉体とを超音速ノズル３５から噴出させ超音速ガス流に乗せ、成膜対象基板３３に物理蒸着させる。
【解決手段】内部に蒸発源材料１５と蒸発源材料１５を加熱させる加熱部１６とを備える蒸発チャンバー１０と、内部に粉体を備える粉体供給源２０と、成膜チャンバー３０とを有し、蒸発源材料１５を加熱部１６により加熱し、微粒子（ナノ粒子）を発生させ、微粒子と粉体とを超音速ノズル３５から噴出させ超音速ガス流に乗せ、成膜対象基板３３に物理蒸着させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物理蒸着装置に関し、特に蒸発源材料から蒸発させた原子により生成させた微粒子と粉体を混合させて、成膜対象基板に堆積させる物理蒸着装置およびその物理蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コーティング技術の重要性が急速に高まってきており、種々のコーティング法が開発されている。
しかし、数１０〜数１００μｍ程度の膜厚の高密度なコーティング膜を低温で施工することが可能なコーティング法は知られていなかった。
【０００３】
非特許文献１および非特許文献２は、超音速フリージェット（Supersonic Free Jet:ＳＦＪ）物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）装置について開示している。
このＳＦＪ−ＰＶＤ装置は、蒸発チャンバーと成膜チャンバーを備える。
蒸発チャンバー内には、水冷されたハース上に設置した蒸発源材料と、高融点金属（具体的にはタングステン）製の電極が備えられており、一度蒸発チャンバー内を所定の圧力に減圧した後、所定のガス雰囲気に置換して、蒸発源材料をアノード（陽極）とし、アノードと一定間隔離れた位置にある高電導性金属製電極をカソード（陰極）とし、それぞれ負電圧と正電圧を印加して両極間にアーク放電を生起させる移行式アークプラズマによって、蒸発源材料が加熱されて蒸発する。所定のガス雰囲気とした蒸発チャンバー内では、蒸発源材料の加熱により蒸発した原子は互いに凝集しナノメートルオーダーの直径の微粒子（以下ナノ粒子と称する）が得られる。
【０００４】
得られたナノ粒子は蒸発チャンバーと成膜チャンバー間の差圧（真空度差）により生起するガス流に乗って移送管を通して成膜チャンバーへと移送される。成膜チャンバー内には、成膜対象基板が設置されている。
差圧によるガス流は、蒸発チャンバーから成膜チャンバーへと接続する移送管の先端に取り付けられた特別に設計された超音速ノズル（ラバールノズル）によりマッハ数３．６程度の超音速にまで加速され、ナノ粒子は超音速フリージェットの気流に乗って高速に加速されて成膜チャンバー中に噴出し、成膜対象基板上に堆積する。
【０００５】
上記のＳＦＪ−ＰＶＤ装置を用いることにより、数１０〜数１００μｍ程度の膜厚の高密度なコーティング膜を低温で施工することが可能となっている。
【０００６】
ここで成膜対象物表面に成膜する目的は、成膜対象物表面の保護、成膜対象物を絶縁させる等であり、成膜させる材料の特性は、耐熱性に優れ、化学的に安定であり、堅固であることが望まれている。
したがって、成膜対象物表面に成膜させる膜の上記特性を向上させるため、例えば特許文献１に記載されている２つの蒸発チャンバーにおいて第１微粒子と第２微粒子を生成し、これらを非特許文献３に記載の同軸対向衝突噴流の発振現象を利用して混合し、超音速ガス流に乗せて基板上に物理蒸着させる物理蒸着装置が知られている。
【特許文献１】特開２００６−１１１９２１号公報
【非特許文献１】A. Yumoto, F. Hiroki, I. Shiota, N. Niwa, Surface and Coatings Technology, 169-170, 2003, 499-503
【非特許文献２】湯本敦史、廣木富士男、塩田一路、丹羽直毅：超音速フリージェットＰＶＤによるＴｉおよびＡｌ膜の形成、日本金属学会誌、第６５巻、第７号（２００１）ｐｐ６３５−６４３
【非特許文献３】山本圭治郎、野本明、川島忠雄、中土宣明：同軸対向衝突噴流の発振現象、油圧と空気圧（１９７５）ｐｐ６８−７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、耐熱性に優れ、化学的に安定な材料は、蒸発し難いことから蒸着法による成膜が他の材料に比べ困難であった。
例えば、セラミックスのように耐熱性のある物質は、プラズマやアーク放電などで加熱しても微粒子となり難く、プラズマやアーク放電などでこのような物質を成膜さるのは他の材料に比べ困難である。また、セラミックスは、基板上に薄膜として形成された場合には基板への密着力が弱くて剥がれやすく、もろくて壊れやすいという性質があり、安定した膜を形成することができなかった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、プラズマやアーク放電などで加熱しても微粒子となり難い物質を成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
さらに、単体で成膜した場合、脆性を呈する材料を他の材料と混合させて成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
さらに、複数の材料を混合させて成膜させる場合に、複数の真空容器、加熱装置を用いずに成膜させることができるため、安価な物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の物理蒸着装置は、内部に蒸発源材料と、蒸発源材料を加熱させる加熱部を備え、所定のガス雰囲気下あるいは大気下において前記加熱部により前記蒸発源材料を加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成する蒸発チャンバーと、内部に粉体を備える粉体供給源と、内部に前記蒸発チャンバーから前記微粒子を含むガスを移送し、前記粉体供給源から前記粉体を含むガスを移送する経路となる移送管に接続され、前記微粒子および前記粉体とを混合させる混合部と、前記混合部に接続された超音速ノズルと、成膜対象基板とを備え、前記蒸発チャンバーおよび前記粉体供給源とから移送された前記微粒子および前記粉体を前記超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せ、前記成膜対象基板に前記微粒子および前記粉体とを物理蒸着させる成膜チャンバーとを有する。
【００１０】
上記の本発明の物理蒸着装置は、好適には、前記微粒子として金属からなる微粒子を用い、前記粉体としてセラミックスからなる粉体を用いる。
【００１１】
また、上記の本発明の物理蒸着方法は、蒸発チャンバーにおいて、蒸発源材料を蒸発させる加熱部により前記蒸発源材料を所定のガス雰囲気下あるいは大気下において加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成させる生成工程と、前記蒸発チャンバーから前記微粒子と、粉体供給源から粉体とを混合部に移送させ、前記混合部において、前記微粒子と前記粉体とを混合させる混合工程と、混合させた前記微粒子と前記粉体とを前記混合部に接続されている超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せて、成膜対象基板に物理蒸着させ、前記微粒子と前記粉体とを含む膜を成膜させる成膜工程とを含む。
【００１２】
上記の本発明の物理蒸着方法は、好適には、前記微粒子として金属からなる微粒子を用い、前記粉体としてセラミックスからなる粉体を用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラズマやアーク放電などで加熱しても微粒子となり難い物質を成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、単体で成膜した場合、脆性を呈する物質を他の物質と混合させて成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、複数の材料を混合させて成膜させる場合に、複数の真空容器、加熱装置を用いずに成膜させることができ、安価な物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る物理蒸着装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本実施形態に係る物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）装置の模式構成図である。
本実施形態のＰＶＤ装置は、蒸発チャンバー１０、粉体供給源２０および成膜用の真空チャンバーである成膜チャンバー３０を備える。
【００１６】
蒸発チャンバー１０には真空ポンプＶＰ１に接続した排気管１１が設けられており、真空ポンプＶＰ１の作動により第１蒸発チャンバー１０内が排気され、例えば１０-10Ｔｏｒｒ程度の超高真空雰囲気とされる。さらに、蒸発チャンバー１０にマスフローコントローラ１２を介して設けられたガス供給源１３から、必要に応じて、ＨｅあるいはＮ2などの雰囲気ガスが蒸発チャンバー１０内に所定の流量で供給される。あるいは大気雰囲気としてもよい。
【００１７】
蒸発チャンバー１０内には、水冷された銅製のるつぼ１４が設けられ、この中に蒸発源材料１５が入れられている。蒸発源材料１５の近傍には、蒸発源材料１５を加熱させる加熱部１６が設けられており、加熱部１６により蒸発源材料１５が加熱されて蒸発し、蒸発源材料１５から蒸発した原子からナノメートルオーダーの直径の微粒子（以下、ナノ粒子とも称する）が得られる。
得られたナノ粒子は、蒸発チャンバー１０内の雰囲気ガスとともに移送管１７を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
【００１８】
粉体供給源２０内には、粉体状の材料（以下、粉体とも称する）が収容されている。粉体供給源２０を構成する容器内の圧力は、特に限定されないが、操作性の面から大気雰囲気であることが好ましい。
上記の粉体は市販されている粉体材料を用いることができ、粉体の粒子径は、例えば、数１０μｍ以下、好ましくは例えば５〜１０μｍ程度である。
そして、例えば粉体供給源２０の容器を振動させるなどして、容器内で粉体を巻きあがらせ、巻きあがった粉体が、容器内の雰囲気ガスとともに移送管２７を通して成膜チャンバー３０へと移送させる。
【００１９】
成膜チャンバー３０には真空ポンプＶＰ３に接続した排気管３１が設けられており、真空ポンプＶＰ３の作動により成膜チャンバー３０内が排気され、例えば１０-10Ｔｏｒｒ程度の超高真空雰囲気とされる。
成膜チャンバー３０内には、Ｘ−Ｙ方向に駆動するステージ３２が設けられ、このステージ３２に成膜対象基板３３が固定される。
成膜対象基板としては、特に限定はないが、例えば、純チタン板（ＪＩＳグレード１）、Ａ１０５０アルミニウム合金板、ＳＵＳ３０４ステンレススチール板などを用いることができる。成膜対象基板は、成膜チャンバーにセットする前にアセトン中で超音波洗浄してから用いることが好ましい。
【００２０】
蒸発チャンバー１０からの移送管１７の先端と、粉体供給源２０からの移送管２７の先端との合流部に混合部３４が設けられており、混合部３４の中央部から延びるように超音速ノズル３５（ラバールノズル）が設けられている。各移送管（１７，２７）の混合部３４側の外周には、不図示のコイルヒーターが設けられて加熱可能となっていてもよい。
【００２１】
上記の蒸発チャンバー１０においてナノ粒子が生成され、粉体供給源２０内に粉体を設置させ、成膜チャンバー３０内を真空ポンプＶＰ３の作動により減圧させると、蒸発チャンバー１０および粉体供給源２０と、成膜チャンバー３０の間の圧力差によりガスの流れが生じ、ナノ粒子および粉体は雰囲気ガスとともに移送管を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
ナノ粒子を含む第１流体と粉体を含む第２流体とが、混合部３４において混合され、混合部３４の中央部に取り付けられた超音速ノズル（ラバーノズル）３５から超音速ガス流（超音速フリージェットの気流）として成膜チャンバー３０中の成膜対象基板３３に向けて噴出する。
超音速ノズル３５は、１次元もしくは２次元の圧縮性流体力学理論を基にガスの種類と組成および成膜チャンバーの排気能力に応じて設計されており、移送管の先端に接続され、あるいは移送管の先端部分と一体に形成されている。具体的には、ノズル内部径が変化している縮小―拡大管であり、蒸発チャンバーと成膜チャンバー間の差圧により生起するガス流を、例えばマッハ数１．２以上の超音速まで高めることができる。
ナノ粒子と粉体は、例えば、超音速ノズル３５によってマッハ数３．６程度の超音速にまで加速され、超音速ガス流に乗って成膜チャンバー３０中の成膜対象基板３３に向けて噴出し、成膜対象基板３３上に堆積（物理蒸着）する。
【００２２】
次に、蒸発源材料１５を加熱する加熱部１６について説明する。
図２は、本実施形態に係る物理蒸着装置を構成するアークトーチを示す図である。
本実施形態において加熱部１６は、アークトーチ５０を用い、蒸発源材料１５を蒸発させる。
図２に示すように、アークトーチ５０は先端部に、トーチ電極５１を有しており、図示しないトーチ電極ホルダを有していてもよい。トーチ電極５１は、例えばタングステンまたはステンレスなどの金属を用いることができる。また、トーチ電極５１に流す電流は、直流電流、直流パルス電流、交流電流、交流パルス電流などであり、好ましくは直流電流である。
【００２３】
そして、蒸発源材料１５をアノードとし、トーチ電極５１をカソードとし、両電極に例えば直流電流を流し、放電させ、発生したアークにより蒸発源材料１５が加熱されて蒸発し、蒸発源材料１５から蒸発した原子からナノメートルオーダーの直径の微粒子（以下、ナノ粒子とも称する）が得られる。
本実施形態において、加熱部１６として、アークトーチ５０を説明したが、これには限定されず、例えばプラズマトーチを用いてプラズマを発生させることにより、蒸発源材料１５を加熱してもよい。また、その他、蒸発源材料１５を加熱させ蒸発させることができる加熱装置を用いてもよい。
【００２４】
次に、混合部３４について説明する。
【００２５】
混合部３４は、移送管１７と移送管２７のそれぞれと結合しており、混合部３４において、移送管１７から移移送されるナノ粒子を含む第１流体と移送管２７から移送される粉体を含む第２流体とが混合される。
混合部３４は、第１流体と第２流体とが均一に混合することができる混合装置であればよく、構造は特に限定されない。例えば、図３に示す同軸対向衝突噴流の発振現象を利用して混合させる混合装置であってもよい。
【００２６】
図３において、略矩形形状の第１噴き出し口７１が設けられた円盤状の第１混合ノズル７０と、同じく略矩形形状の第２噴き出し口８１が設けられた円盤状の第２混合ノズル８０とが、一対の仕切り板（９０，９１）で架橋するように接続されている。
第１噴き出し口７１と第２噴き出し口８１の間の空間が、第１流体の第１噴流と第２流体の第２噴流を混合させる混合領域ＭＲとなる。
【００２７】
第１混合ノズル７０、第２混合ノズル８０および一対の仕切り板（９０，９１）は、例えば一体に形成されており、例えば真鍮やステンレスなどの材料から、ＮＣ付きワイヤーカット放電加工装置などを用いて形成されている。あるいは、例えば各部分毎に形成されたものが組み立てられていてもよい。
【００２８】
第１噴き出し口７１と第２噴き出し口８１の形状は、例えば短辺の長さが〜数ｍｍ程度であり、長辺の長さが数〜十数ｍｍ程度であり、短辺の長さと長辺の長さのアスペクト比が４〜６となっていることが好ましい。
また、第１混合ノズル７０の第１噴き出し口７１と第２混合ノズル８０の第２噴き出し口８１の間のノズル間距離は、例えば第１噴き出し口７１および第２噴き出し口８１の略矩形形状の短辺の長さの４〜３５倍の距離であることが好ましい。
例えば、第１噴き出し口７１および第２噴き出し口８１の略矩形形状の短辺の長さが１ｍｍ程度、長辺の長さが４ｍｍ程度、アスペクト比が４、ノズル間距離が１６ｍｍである。
【００２９】
また、一対の仕切り板（９０，９１）の間の距離は、第１噴き出し口７１および第２噴き出し口８１の略矩形形状の長辺の長さと略等しく設けられている。
【００３０】
例えば、第１混合ノズル７０の混合領域ＭＲと反対側に面に、第１流体供給管Ｔ１を接続し、一方、第２混合ノズル８０の混合領域ＭＲと反対側に面に、第２流体供給管Ｔ２を接続する。
ここで、第１流体供給管Ｔ１からナノ粒子を含む第１流体を供給し、第２流体供給管Ｔ２から粉体を含む第２流体を供給する。第１流体は第１噴流７２となって第１噴き出し口７１から混合領域ＭＲへと噴き出し、また、第２流体は第２噴流８２となって第２噴き出し口８１から混合領域ＭＲへと噴き出し、同軸対向衝突噴流の発振現象により、第１流体と第２流体が混合領域ＭＲで混合する。
混合領域ＭＲに臨む開口部（９２，９３）から混合領域ＭＲの外部へと、混合した流体（９４，９５）が流れだし、さらに例えば合流した流体９６として、超音速ノズルへと流れていく。
【００３１】
ここで、第１流体供給管Ｔ１および第２流体供給管Ｔ２で供給する流体の圧力と、各流体を噴き出す前の混合領域の圧力としては、例えば、第１流体供給管Ｔ１および第２流体供給管Ｔ２で供給する流体の圧力を６０〜９０ｋＰａ、各流体を噴き出す前の混合領域の圧力を０．５〜２ｋＰａとし、噴き出し口の上流と下流における圧力比を例えば４５程度に設定する。
上記の第１流体と第２流体の混合の状況は、例えば、混合部の混合領域における圧力の振動を観測することで、確認することが可能である。
【００３２】
混合部３４は、同軸対向衝突噴流の発振現象を利用した混合装置に限定されず、ナノ粒子と粉体とを均一に混合させることができる混合装置であればよく、例えば、Ｙ字型流体混合装置などの外部からの電気エネルギーを用いて、流体の取り出し口への流入を機械的に制御させる混合装置でもよい。
【００３３】
以下より、本発明にかかる本実施形態における物理蒸着方法について説明する。
【００３４】
図４は、本発明にかかる本実施形態における物理蒸着方法のフローである。
【００３５】
蒸発源材料から微粒子（ナノ粒子）を生成する（ＳＴ１０）。
蒸発チャンバー１０内にるつぼ１４が設けられ、この中に蒸発源材料１５が入れられている。そして、蒸発源材料１５の近傍には、加熱部１６であるアークトーチが設けられている。このるつぼ１４をアノード電極、アークトーチをカソード電極とし、直流電流を流すことにより両電極間での放電によりアークが発生し、その熱により蒸発源材料１５を蒸発させる。蒸発源材料１５が蒸発することにより蒸発源材料１５が原子となり、この原子からナノ粒子が生成される。
【００３６】
微粒子（ナノ粒子）と粉体とを混合させる（ＳＴ２０）。
次に、ステップＳＴ１０により生成されたナノ粒子は蒸発チャンバー内から移送管１７を通り混合部３４に移送される。また、粉体供給源２０内には、粉体が収容されており、例えば、粉体供給源２０の容器を振動させるなどして、容器内に粉体を巻きあがらせる。 そして、巻きあがった粉体は、移送管２７を通り、混合部３４に移送される。
そして、混合部３４に移送されたナノ粒子と粉体が、混合部３４内で混合される。
【００３７】
成膜対象基板に微粒子（ナノ粒子）と粉体とを混合させる（ＳＴ３０）。
次に、ナノ粒子と粉体とが混合しているガスを、混合部３４で混合されたナノ粒子と粉体とを混合部３４の中央部に設けられている超音速ノズル３５から成膜チャンバー３０内に噴出させる。このとき成膜チャンバー３０内が超高真空雰囲気であるため、混合部３４と成膜チャンバー３０との圧力差により、超音速ノズル３５から噴出する。噴出されたガスは成膜対象基板３３に衝突し、ナノ粒子と粉体とが成膜対象基板３３に成膜される。
【００３８】
次に、本実施形態における物理蒸着装置および物理蒸着方法により製造される分散膜について説明する。
図５は、本実施形態における物理蒸着装置および物理蒸着方法により製造した分散膜の断面を示す断面図である。
図５に示すように、本実施形態における物理蒸着装置により製造された分散膜は、粉体状の材料である粉体１００とバインダーとしての役割を呈する微粒子の材料からなる微粒子材料膜１０１とから構成される。
【００３９】
本実施形態において、蒸発源材料１５から生成される微粒子として、例えば、金属を用いることができ、粉体状の材料として、例えば、セラミックスを用いることができる。
蒸発源材料１５の金属として、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどが挙げられ、粉体状材料として、例えば、ハイドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、カーボンナノチューブなどが挙げられる。
ここで、粉体１００がセラミックスの場合単体で成膜すると、膜の強度は高くなるが脆性的な性質を呈する可能性がある。そのため、金属の微粒子と混合して成膜させることにより、金属が結合剤の役割を果たし、セラミックスの強度を有し、脆性的な性質を低下させた膜を成膜することができる。例えば、金属膜中にハイドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）を分散されてなる分散膜は、金属よりも生体親和性が高く、代替骨として利用することができる。
本実施形態において製造される分散膜について蒸発源材料１５から生成される微粒子として金属を用い、粉体状の材料としてセラミックスを用いて説明したが、これには限定されず、本発明における物理蒸着装置を用いて物理蒸着することができる種々の材料を用いて成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明の本実施形態に係る物理蒸着装置の模式構成図である。
【図２】図２は本発明の本実施形態に係る物理蒸着装置を構成するアークトーチを示す図である。
【図３】図３は本発明の本実施形態における同軸対向衝突噴流の発振現象を利用した混合装置の模式図である。
【図４】図４は本発明の本実施形態における物理蒸着方法のフローである。
【図５】図５は本発明の本実施形態における物理蒸着装置により製造した膜の断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…蒸発チャンバー
１１…排気管
１２…マスフローコントロール
１３…ガス供給源
１４…るつぼ
１５…蒸発源材料
１６…加熱部
１７，２７…移送管
２０…粉体供給源
３０…成膜チャンバー
３１…排気管
３２…ステージ
３３…成膜対象基板
３４…混合部
３５…超音速ノズル
５０…アークトーチ
５１…トーチ電極
６０…結合剤
６１…粉体
７０…第１混合ノズル
７１…第１噴き出し口
７２…第１噴流
８０…第２混合ノズル
８１…第２噴き出し口
８２…第２噴流
９０、９１…仕切り板
９２、９３…開口部
９４、９５…混合した
９６…合流した流体
１００…粉体
１０１…微粒子材料膜
ＡＲＣ…アーク
Ｔ１…第１流体供給管
Ｔ２…第２流体供給管
ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３…真空ポンプ
ＭＲ…混合領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は物理蒸着装置に関し、特に蒸発源材料から蒸発させた原子により生成させた微粒子と粉体を混合させて、成膜対象基板に堆積させる物理蒸着装置およびその物理蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コーティング技術の重要性が急速に高まってきており、種々のコーティング法が開発されている。
しかし、数１０〜数１００μｍ程度の膜厚の高密度なコーティング膜を低温で施工することが可能なコーティング法は知られていなかった。
【０００３】
非特許文献１および非特許文献２は、超音速フリージェット（Supersonic Free Jet:ＳＦＪ）物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）装置について開示している。
このＳＦＪ−ＰＶＤ装置は、蒸発チャンバーと成膜チャンバーを備える。
蒸発チャンバー内には、水冷されたハース上に設置した蒸発源材料と、高融点金属（具体的にはタングステン）製の電極が備えられており、一度蒸発チャンバー内を所定の圧力に減圧した後、所定のガス雰囲気に置換して、蒸発源材料をアノード（陽極）とし、アノードと一定間隔離れた位置にある高電導性金属製電極をカソード（陰極）とし、それぞれ負電圧と正電圧を印加して両極間にアーク放電を生起させる移行式アークプラズマによって、蒸発源材料が加熱されて蒸発する。所定のガス雰囲気とした蒸発チャンバー内では、蒸発源材料の加熱により蒸発した原子は互いに凝集しナノメートルオーダーの直径の微粒子（以下ナノ粒子と称する）が得られる。
【０００４】
得られたナノ粒子は蒸発チャンバーと成膜チャンバー間の差圧（真空度差）により生起するガス流に乗って移送管を通して成膜チャンバーへと移送される。成膜チャンバー内には、成膜対象基板が設置されている。
差圧によるガス流は、蒸発チャンバーから成膜チャンバーへと接続する移送管の先端に取り付けられた特別に設計された超音速ノズル（ラバールノズル）によりマッハ数３．６程度の超音速にまで加速され、ナノ粒子は超音速フリージェットの気流に乗って高速に加速されて成膜チャンバー中に噴出し、成膜対象基板上に堆積する。
【０００５】
上記のＳＦＪ−ＰＶＤ装置を用いることにより、数１０〜数１００μｍ程度の膜厚の高密度なコーティング膜を低温で施工することが可能となっている。
【０００６】
ここで成膜対象物表面に成膜する目的は、成膜対象物表面の保護、成膜対象物を絶縁させる等であり、成膜させる材料の特性は、耐熱性に優れ、化学的に安定であり、堅固であることが望まれている。
したがって、成膜対象物表面に成膜させる膜の上記特性を向上させるため、例えば特許文献１に記載されている２つの蒸発チャンバーにおいて第１微粒子と第２微粒子を生成し、これらを非特許文献３に記載の同軸対向衝突噴流の発振現象を利用して混合し、超音速ガス流に乗せて基板上に物理蒸着させる物理蒸着装置が知られている。
【特許文献１】特開２００６−１１１９２１号公報
【非特許文献１】A. Yumoto, F. Hiroki, I. Shiota, N. Niwa, Surface and Coatings Technology, 169-170, 2003, 499-503
【非特許文献２】湯本敦史、廣木富士男、塩田一路、丹羽直毅：超音速フリージェットＰＶＤによるＴｉおよびＡｌ膜の形成、日本金属学会誌、第６５巻、第７号（２００１）ｐｐ６３５−６４３
【非特許文献３】山本圭治郎、野本明、川島忠雄、中土宣明：同軸対向衝突噴流の発振現象、油圧と空気圧（１９７５）ｐｐ６８−７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、耐熱性に優れ、化学的に安定な材料は、蒸発し難いことから蒸着法による成膜が他の材料に比べ困難であった。
例えば、セラミックスのように耐熱性のある物質は、プラズマやアーク放電などで加熱しても微粒子となり難く、プラズマやアーク放電などでこのような物質を成膜さるのは他の材料に比べ困難である。また、セラミックスは、基板上に薄膜として形成された場合には基板への密着力が弱くて剥がれやすく、もろくて壊れやすいという性質があり、安定した膜を形成することができなかった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、プラズマやアーク放電などで加熱しても微粒子となり難い物質を成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
さらに、単体で成膜した場合、脆性を呈する材料を他の材料と混合させて成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
さらに、複数の材料を混合させて成膜させる場合に、複数の真空容器、加熱装置を用いずに成膜させることができるため、安価な物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の物理蒸着装置は、内部に蒸発源材料と、蒸発源材料を加熱させる加熱部を備え、所定のガス雰囲気下あるいは大気下において前記加熱部により前記蒸発源材料を加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成する蒸発チャンバーと、内部に粉体を備える粉体供給源と、内部に前記蒸発チャンバーから前記微粒子を含むガスを移送し、前記粉体供給源から前記粉体を含むガスを移送する経路となる移送管に接続され、前記微粒子および前記粉体とを混合させる混合部と、前記混合部に接続された超音速ノズルと、成膜対象基板とを備え、前記蒸発チャンバーおよび前記粉体供給源とから移送された前記微粒子および前記粉体を前記超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せ、前記成膜対象基板に前記微粒子および前記粉体とを物理蒸着させる成膜チャンバーとを有する。
【００１０】
上記の本発明の物理蒸着装置は、好適には、前記微粒子として金属からなる微粒子を用い、前記粉体としてセラミックスからなる粉体を用いる。
【００１１】
また、上記の本発明の物理蒸着方法は、蒸発チャンバーにおいて、蒸発源材料を蒸発させる加熱部により前記蒸発源材料を所定のガス雰囲気下あるいは大気下において加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成させる生成工程と、前記蒸発チャンバーから前記微粒子と、粉体供給源から粉体とを混合部に移送させ、前記混合部において、前記微粒子と前記粉体とを混合させる混合工程と、混合させた前記微粒子と前記粉体とを前記混合部に接続されている超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せて、成膜対象基板に物理蒸着させ、前記微粒子と前記粉体とを含む膜を成膜させる成膜工程とを含む。
【００１２】
上記の本発明の物理蒸着方法は、好適には、前記微粒子として金属からなる微粒子を用い、前記粉体としてセラミックスからなる粉体を用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラズマやアーク放電などで加熱しても微粒子となり難い物質を成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、単体で成膜した場合、脆性を呈する物質を他の物質と混合させて成膜させる物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、複数の材料を混合させて成膜させる場合に、複数の真空容器、加熱装置を用いずに成膜させることができ、安価な物理蒸着装置および物理蒸着方法を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る物理蒸着装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本実施形態に係る物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）装置の模式構成図である。
本実施形態のＰＶＤ装置は、蒸発チャンバー１０、粉体供給源２０および成膜用の真空チャンバーである成膜チャンバー３０を備える。
【００１６】
蒸発チャンバー１０には真空ポンプＶＰ１に接続した排気管１１が設けられており、真空ポンプＶＰ１の作動により第１蒸発チャンバー１０内が排気され、例えば１０-10Ｔｏｒｒ程度の超高真空雰囲気とされる。さらに、蒸発チャンバー１０にマスフローコントローラ１２を介して設けられたガス供給源１３から、必要に応じて、ＨｅあるいはＮ2などの雰囲気ガスが蒸発チャンバー１０内に所定の流量で供給される。あるいは大気雰囲気としてもよい。
【００１７】
蒸発チャンバー１０内には、水冷された銅製のるつぼ１４が設けられ、この中に蒸発源材料１５が入れられている。蒸発源材料１５の近傍には、蒸発源材料１５を加熱させる加熱部１６が設けられており、加熱部１６により蒸発源材料１５が加熱されて蒸発し、蒸発源材料１５から蒸発した原子からナノメートルオーダーの直径の微粒子（以下、ナノ粒子とも称する）が得られる。
得られたナノ粒子は、蒸発チャンバー１０内の雰囲気ガスとともに移送管１７を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
【００１８】
粉体供給源２０内には、粉体状の材料（以下、粉体とも称する）が収容されている。粉体供給源２０を構成する容器内の圧力は、特に限定されないが、操作性の面から大気雰囲気であることが好ましい。
上記の粉体は市販されている粉体材料を用いることができ、粉体の粒子径は、例えば、数１０μｍ以下、好ましくは例えば５〜１０μｍ程度である。
そして、例えば粉体供給源２０の容器を振動させるなどして、容器内で粉体を巻きあがらせ、巻きあがった粉体が、容器内の雰囲気ガスとともに移送管２７を通して成膜チャンバー３０へと移送させる。
【００１９】
成膜チャンバー３０には真空ポンプＶＰ３に接続した排気管３１が設けられており、真空ポンプＶＰ３の作動により成膜チャンバー３０内が排気され、例えば１０-10Ｔｏｒｒ程度の超高真空雰囲気とされる。
成膜チャンバー３０内には、Ｘ−Ｙ方向に駆動するステージ３２が設けられ、このステージ３２に成膜対象基板３３が固定される。
成膜対象基板としては、特に限定はないが、例えば、純チタン板（ＪＩＳグレード１）、Ａ１０５０アルミニウム合金板、ＳＵＳ３０４ステンレススチール板などを用いることができる。成膜対象基板は、成膜チャンバーにセットする前にアセトン中で超音波洗浄してから用いることが好ましい。
【００２０】
蒸発チャンバー１０からの移送管１７の先端と、粉体供給源２０からの移送管２７の先端との合流部に混合部３４が設けられており、混合部３４の中央部から延びるように超音速ノズル３５（ラバールノズル）が設けられている。各移送管（１７，２７）の混合部３４側の外周には、不図示のコイルヒーターが設けられて加熱可能となっていてもよい。
【００２１】
上記の蒸発チャンバー１０においてナノ粒子が生成され、粉体供給源２０内に粉体を設置させ、成膜チャンバー３０内を真空ポンプＶＰ３の作動により減圧させると、蒸発チャンバー１０および粉体供給源２０と、成膜チャンバー３０の間の圧力差によりガスの流れが生じ、ナノ粒子および粉体は雰囲気ガスとともに移送管を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
ナノ粒子を含む第１流体と粉体を含む第２流体とが、混合部３４において混合され、混合部３４の中央部に取り付けられた超音速ノズル（ラバーノズル）３５から超音速ガス流（超音速フリージェットの気流）として成膜チャンバー３０中の成膜対象基板３３に向けて噴出する。
超音速ノズル３５は、１次元もしくは２次元の圧縮性流体力学理論を基にガスの種類と組成および成膜チャンバーの排気能力に応じて設計されており、移送管の先端に接続され、あるいは移送管の先端部分と一体に形成されている。具体的には、ノズル内部径が変化している縮小―拡大管であり、蒸発チャンバーと成膜チャンバー間の差圧により生起するガス流を、例えばマッハ数１．２以上の超音速まで高めることができる。
ナノ粒子と粉体は、例えば、超音速ノズル３５によってマッハ数３．６程度の超音速にまで加速され、超音速ガス流に乗って成膜チャンバー３０中の成膜対象基板３３に向けて噴出し、成膜対象基板３３上に堆積（物理蒸着）する。
【００２２】
次に、蒸発源材料１５を加熱する加熱部１６について説明する。
図２は、本実施形態に係る物理蒸着装置を構成するアークトーチを示す図である。
本実施形態において加熱部１６は、アークトーチ５０を用い、蒸発源材料１５を蒸発させる。
図２に示すように、アークトーチ５０は先端部に、トーチ電極５１を有しており、図示しないトーチ電極ホルダを有していてもよい。トーチ電極５１は、例えばタングステンまたはステンレスなどの金属を用いることができる。また、トーチ電極５１に流す電流は、直流電流、直流パルス電流、交流電流、交流パルス電流などであり、好ましくは直流電流である。
【００２３】
そして、蒸発源材料１５をアノードとし、トーチ電極５１をカソードとし、両電極に例えば直流電流を流し、放電させ、発生したアークにより蒸発源材料１５が加熱されて蒸発し、蒸発源材料１５から蒸発した原子からナノメートルオーダーの直径の微粒子（以下、ナノ粒子とも称する）が得られる。
本実施形態において、加熱部１６として、アークトーチ５０を説明したが、これには限定されず、例えばプラズマトーチを用いてプラズマを発生させることにより、蒸発源材料１５を加熱してもよい。また、その他、蒸発源材料１５を加熱させ蒸発させることができる加熱装置を用いてもよい。
【００２４】
次に、混合部３４について説明する。
【００２５】
混合部３４は、移送管１７と移送管２７のそれぞれと結合しており、混合部３４において、移送管１７から移移送されるナノ粒子を含む第１流体と移送管２７から移送される粉体を含む第２流体とが混合される。
混合部３４は、第１流体と第２流体とが均一に混合することができる混合装置であればよく、構造は特に限定されない。例えば、図３に示す同軸対向衝突噴流の発振現象を利用して混合させる混合装置であってもよい。
【００２６】
図３において、略矩形形状の第１噴き出し口７１が設けられた円盤状の第１混合ノズル７０と、同じく略矩形形状の第２噴き出し口８１が設けられた円盤状の第２混合ノズル８０とが、一対の仕切り板（９０，９１）で架橋するように接続されている。
第１噴き出し口７１と第２噴き出し口８１の間の空間が、第１流体の第１噴流と第２流体の第２噴流を混合させる混合領域ＭＲとなる。
【００２７】
第１混合ノズル７０、第２混合ノズル８０および一対の仕切り板（９０，９１）は、例えば一体に形成されており、例えば真鍮やステンレスなどの材料から、ＮＣ付きワイヤーカット放電加工装置などを用いて形成されている。あるいは、例えば各部分毎に形成されたものが組み立てられていてもよい。
【００２８】
第１噴き出し口７１と第２噴き出し口８１の形状は、例えば短辺の長さが〜数ｍｍ程度であり、長辺の長さが数〜十数ｍｍ程度であり、短辺の長さと長辺の長さのアスペクト比が４〜６となっていることが好ましい。
また、第１混合ノズル７０の第１噴き出し口７１と第２混合ノズル８０の第２噴き出し口８１の間のノズル間距離は、例えば第１噴き出し口７１および第２噴き出し口８１の略矩形形状の短辺の長さの４〜３５倍の距離であることが好ましい。
例えば、第１噴き出し口７１および第２噴き出し口８１の略矩形形状の短辺の長さが１ｍｍ程度、長辺の長さが４ｍｍ程度、アスペクト比が４、ノズル間距離が１６ｍｍである。
【００２９】
また、一対の仕切り板（９０，９１）の間の距離は、第１噴き出し口７１および第２噴き出し口８１の略矩形形状の長辺の長さと略等しく設けられている。
【００３０】
例えば、第１混合ノズル７０の混合領域ＭＲと反対側に面に、第１流体供給管Ｔ１を接続し、一方、第２混合ノズル８０の混合領域ＭＲと反対側に面に、第２流体供給管Ｔ２を接続する。
ここで、第１流体供給管Ｔ１からナノ粒子を含む第１流体を供給し、第２流体供給管Ｔ２から粉体を含む第２流体を供給する。第１流体は第１噴流７２となって第１噴き出し口７１から混合領域ＭＲへと噴き出し、また、第２流体は第２噴流８２となって第２噴き出し口８１から混合領域ＭＲへと噴き出し、同軸対向衝突噴流の発振現象により、第１流体と第２流体が混合領域ＭＲで混合する。
混合領域ＭＲに臨む開口部（９２，９３）から混合領域ＭＲの外部へと、混合した流体（９４，９５）が流れだし、さらに例えば合流した流体９６として、超音速ノズルへと流れていく。
【００３１】
ここで、第１流体供給管Ｔ１および第２流体供給管Ｔ２で供給する流体の圧力と、各流体を噴き出す前の混合領域の圧力としては、例えば、第１流体供給管Ｔ１および第２流体供給管Ｔ２で供給する流体の圧力を６０〜９０ｋＰａ、各流体を噴き出す前の混合領域の圧力を０．５〜２ｋＰａとし、噴き出し口の上流と下流における圧力比を例えば４５程度に設定する。
上記の第１流体と第２流体の混合の状況は、例えば、混合部の混合領域における圧力の振動を観測することで、確認することが可能である。
【００３２】
混合部３４は、同軸対向衝突噴流の発振現象を利用した混合装置に限定されず、ナノ粒子と粉体とを均一に混合させることができる混合装置であればよく、例えば、Ｙ字型流体混合装置などの外部からの電気エネルギーを用いて、流体の取り出し口への流入を機械的に制御させる混合装置でもよい。
【００３３】
以下より、本発明にかかる本実施形態における物理蒸着方法について説明する。
【００３４】
図４は、本発明にかかる本実施形態における物理蒸着方法のフローである。
【００３５】
蒸発源材料から微粒子（ナノ粒子）を生成する（ＳＴ１０）。
蒸発チャンバー１０内にるつぼ１４が設けられ、この中に蒸発源材料１５が入れられている。そして、蒸発源材料１５の近傍には、加熱部１６であるアークトーチが設けられている。このるつぼ１４をアノード電極、アークトーチをカソード電極とし、直流電流を流すことにより両電極間での放電によりアークが発生し、その熱により蒸発源材料１５を蒸発させる。蒸発源材料１５が蒸発することにより蒸発源材料１５が原子となり、この原子からナノ粒子が生成される。
【００３６】
微粒子（ナノ粒子）と粉体とを混合させる（ＳＴ２０）。
次に、ステップＳＴ１０により生成されたナノ粒子は蒸発チャンバー内から移送管１７を通り混合部３４に移送される。また、粉体供給源２０内には、粉体が収容されており、例えば、粉体供給源２０の容器を振動させるなどして、容器内に粉体を巻きあがらせる。 そして、巻きあがった粉体は、移送管２７を通り、混合部３４に移送される。
そして、混合部３４に移送されたナノ粒子と粉体が、混合部３４内で混合される。
【００３７】
成膜対象基板に微粒子（ナノ粒子）と粉体とを混合させる（ＳＴ３０）。
次に、ナノ粒子と粉体とが混合しているガスを、混合部３４で混合されたナノ粒子と粉体とを混合部３４の中央部に設けられている超音速ノズル３５から成膜チャンバー３０内に噴出させる。このとき成膜チャンバー３０内が超高真空雰囲気であるため、混合部３４と成膜チャンバー３０との圧力差により、超音速ノズル３５から噴出する。噴出されたガスは成膜対象基板３３に衝突し、ナノ粒子と粉体とが成膜対象基板３３に成膜される。
【００３８】
次に、本実施形態における物理蒸着装置および物理蒸着方法により製造される分散膜について説明する。
図５は、本実施形態における物理蒸着装置および物理蒸着方法により製造した分散膜の断面を示す断面図である。
図５に示すように、本実施形態における物理蒸着装置により製造された分散膜は、粉体状の材料である粉体１００とバインダーとしての役割を呈する微粒子の材料からなる微粒子材料膜１０１とから構成される。
【００３９】
本実施形態において、蒸発源材料１５から生成される微粒子として、例えば、金属を用いることができ、粉体状の材料として、例えば、セラミックスを用いることができる。
蒸発源材料１５の金属として、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどが挙げられ、粉体状材料として、例えば、ハイドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、カーボンナノチューブなどが挙げられる。
ここで、粉体１００がセラミックスの場合単体で成膜すると、膜の強度は高くなるが脆性的な性質を呈する可能性がある。そのため、金属の微粒子と混合して成膜させることにより、金属が結合剤の役割を果たし、セラミックスの強度を有し、脆性的な性質を低下させた膜を成膜することができる。例えば、金属膜中にハイドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）を分散されてなる分散膜は、金属よりも生体親和性が高く、代替骨として利用することができる。
本実施形態において製造される分散膜について蒸発源材料１５から生成される微粒子として金属を用い、粉体状の材料としてセラミックスを用いて説明したが、これには限定されず、本発明における物理蒸着装置を用いて物理蒸着することができる種々の材料を用いて成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明の本実施形態に係る物理蒸着装置の模式構成図である。
【図２】図２は本発明の本実施形態に係る物理蒸着装置を構成するアークトーチを示す図である。
【図３】図３は本発明の本実施形態における同軸対向衝突噴流の発振現象を利用した混合装置の模式図である。
【図４】図４は本発明の本実施形態における物理蒸着方法のフローである。
【図５】図５は本発明の本実施形態における物理蒸着装置により製造した膜の断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…蒸発チャンバー
１１…排気管
１２…マスフローコントロール
１３…ガス供給源
１４…るつぼ
１５…蒸発源材料
１６…加熱部
１７，２７…移送管
２０…粉体供給源
３０…成膜チャンバー
３１…排気管
３２…ステージ
３３…成膜対象基板
３４…混合部
３５…超音速ノズル
５０…アークトーチ
５１…トーチ電極
６０…結合剤
６１…粉体
７０…第１混合ノズル
７１…第１噴き出し口
７２…第１噴流
８０…第２混合ノズル
８１…第２噴き出し口
８２…第２噴流
９０、９１…仕切り板
９２、９３…開口部
９４、９５…混合した
９６…合流した流体
１００…粉体
１０１…微粒子材料膜
ＡＲＣ…アーク
Ｔ１…第１流体供給管
Ｔ２…第２流体供給管
ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３…真空ポンプ
ＭＲ…混合領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に蒸発源材料と、蒸発源材料を加熱させる加熱部を備え、所定のガス雰囲気下あるいは大気下において前記加熱部により前記蒸発源材料を加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成する蒸発チャンバーと、
内部に粉体を備える粉体供給源と、
内部に前記蒸発チャンバーから前記微粒子を含むガスを移送し、前記粉体供給源から前記粉体を含むガスを移送する経路となる移送管に接続され、前記微粒子および前記粉体とを混合させる混合部と、前記混合部に接続された超音速ノズルと、成膜対象基板とを備え、前記蒸発チャンバーおよび前記粉体供給源とから移送された前記微粒子および前記粉体を前記超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せ、前記成膜対象基板に前記微粒子および前記粉体とを物理蒸着させる成膜チャンバーと
を有する、
物理蒸着装置。
【請求項２】
前記微粒子として金属からなる微粒子を用いる、
請求項１に記載の物理蒸着装置。
【請求項３】
前記粉体としてはセラミックスからなる粉体を用いる、
請求項１または２に記載の物理蒸着装置。
【請求項４】
蒸発チャンバーにおいて、蒸発源材料を蒸発させる加熱部により前記蒸発源材料を所定のガス雰囲気下あるいは大気下において加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成させる生成工程と、
前記蒸発チャンバーから前記微粒子と、粉体供給源から粉体とを混合部に移送させ、前記混合部において、前記微粒子と前記粉体とを混合させる混合工程と、
混合させた前記微粒子と前記粉体とを前記混合部に接続されている超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せて、成膜対象基板に物理蒸着させ、前記微粒子と前記粉体とを含む膜を成膜させる成膜工程と
を含む、
物理蒸着方法。
【請求項５】
前記微粒子として金属からなる微粒子を用いる、
請求項４に記載の物理蒸着方法。
【請求項６】
前記粉体としてセラミックスからなる粉体を用いる、
請求項４または５に記載の物理蒸着方法。
【請求項１】
内部に蒸発源材料と、蒸発源材料を加熱させる加熱部を備え、所定のガス雰囲気下あるいは大気下において前記加熱部により前記蒸発源材料を加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成する蒸発チャンバーと、
内部に粉体を備える粉体供給源と、
内部に前記蒸発チャンバーから前記微粒子を含むガスを移送し、前記粉体供給源から前記粉体を含むガスを移送する経路となる移送管に接続され、前記微粒子および前記粉体とを混合させる混合部と、前記混合部に接続された超音速ノズルと、成膜対象基板とを備え、前記蒸発チャンバーおよび前記粉体供給源とから移送された前記微粒子および前記粉体を前記超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せ、前記成膜対象基板に前記微粒子および前記粉体とを物理蒸着させる成膜チャンバーと
を有する、
物理蒸着装置。
【請求項２】
前記微粒子として金属からなる微粒子を用いる、
請求項１に記載の物理蒸着装置。
【請求項３】
前記粉体としてはセラミックスからなる粉体を用いる、
請求項１または２に記載の物理蒸着装置。
【請求項４】
蒸発チャンバーにおいて、蒸発源材料を蒸発させる加熱部により前記蒸発源材料を所定のガス雰囲気下あるいは大気下において加熱して蒸発させ、蒸発した原子から微粒子を生成させる生成工程と、
前記蒸発チャンバーから前記微粒子と、粉体供給源から粉体とを混合部に移送させ、前記混合部において、前記微粒子と前記粉体とを混合させる混合工程と、
混合させた前記微粒子と前記粉体とを前記混合部に接続されている超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せて、成膜対象基板に物理蒸着させ、前記微粒子と前記粉体とを含む膜を成膜させる成膜工程と
を含む、
物理蒸着方法。
【請求項５】
前記微粒子として金属からなる微粒子を用いる、
請求項４に記載の物理蒸着方法。
【請求項６】
前記粉体としてセラミックスからなる粉体を用いる、
請求項４または５に記載の物理蒸着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１９５９９６（Ｐ２００８−１９５９９６Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１１４４（Ｐ２００７−３１１４４）
【出願日】平成１９年２月９日（２００７．２．９）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月９日（２００７．２．９）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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