(57)【要約】【課題】異なる機能を持つ材料を堆積してより多様な複合構造薄膜を作製する方法と装置を提供する。【解決手段】化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ガスデポジション法のいずれか２個の物質堆積法のひとつをそれぞれ実行する２個のプロセス室３，４を隣接して備え、被処理物を支持する基板ホルダー５を備え、この基板ホルダー５の被処理物１３を２個のプロセス室３，４内の処理位置に交互に導きながらそれぞれの物質堆積方法で処理して、被処理物の上に２種類の堆積物が交互に重なり複合的な機能を備える多層薄膜を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ガスデポジション法のいずれか２個の物質堆積法のひとつをそれぞれ実行する２個のプロセス室を隣接して備え、被処理物を支持する基板ホルダーを備え、該基板ホルダーが支持した被処理物を前記２個のプロセス室内の処理位置に交互に導きながらそれぞれの物質堆積方法で処理して、被処理物の上に２種類の堆積物が交互に重なり複合的な機能を備える多層薄膜を形成することを特徴とする複合構造薄膜製造方法。
【請求項２】
前記２個のプロセス室が隔壁で隔てられ、前記基板ホルダーが該隔壁面に回転軸を有し該隔壁に填め込まれた回転円柱であって、円柱面に前記被処理物を支持して回転させながら処理することを特徴とする請求項１記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項３】
前記２個のプロセス室が隔壁で隔てられ、前記基板ホルダーが該隔壁面に回転軸を有する回転円盤であって、該回転円盤の面に前記被処理物を支持して回転させながら処理することを特徴とする請求項１記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項４】
前記２個のプロセス室が隔壁で隔てられ、前記基板ホルダーが該隔壁面に回転軸を有する枠体であって、該枠体に前記被処理物を填め込んで回転させながら処理することを特徴とする請求項１記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項５】
前記基板ホルダーの回転速度を制御することにより前記被処理物の前記２個のプロセス室における滞留時間を調整することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項６】
前記基板ホルダーの回転をステップ状に行うことを特徴とする請求項５記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項７】
前記２個のプロセス室がそれぞれＣＶＤ法とＰＶＤ法を実施するもので、ＣＶＤ法とＰＶＤ法のいずれも薄膜を形成して、２種の薄膜を交互に積層した複合構造薄膜を製造することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項８】
前記２個のプロセス室がそれぞれＣＶＤ法とＰＶＤ法を実施するもので、ＣＶＤ法とＰＶＤ法のどちらかが薄膜を形成し、どちらかが微粒子を堆積するものであって、微粒子と薄膜を交互に堆積させて、微粒子が膜中に分散した複合構造薄膜を製造することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項９】
前記２個のプロセス室がそれぞれＣＶＤ法とＰＶＤ法を実施するもので、ＣＶＤ法で薄膜を堆積し、ＰＶＤ法でドロップレットを堆積するものであって、ドロップレットと薄膜を交互に堆積させることにより、ドロップレットが膜中に分散した複合構造薄膜を製造することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項１０】
前記２個のプロセス室がそれぞれＰＶＤ法とＣＶＤ法を実施するもので、前記ＰＶＤ法を実施するプロセス室内のガス圧を前記ＣＶＤ法を実施するプロセス室のガス圧より高くして、該ＰＶＤ法を実施するプロセス室に該ＣＶＤ法を実施するプロセス室内のガスが侵入しないようにすることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項１１】
前記２個のプロセス室がそれぞれＣＶＤ法とガスデポジション法を実施するもので、ＣＶＤ法で薄膜を堆積し、ガスデポジション法で微粒子を堆積するものであって、微粒子と薄膜を交互に堆積させることにより、微粒子が膜中に分散した複合構造薄膜を製造することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項１２】
前記２個のプロセス室がそれぞれＰＶＤ法とガスデポジション法を実施するもので、ＰＶＤ法で薄膜を堆積し、ガスデポジション法で微粒子を堆積するものであって、微粒子と薄膜を交互に堆積させることにより、微粒子が膜中に分散した複合構造薄膜を製造することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の複合構造薄膜製造方法。
【請求項１３】
化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ガスデポジション法のいずれか１つの物質堆積法を実施する機構を備えた第１プロセス室と、前記第１プロセス室で実施する以外の１つの物質堆積法を実施する機構を備えた第２プロセス室を備え、前記第１プロセス室と第２プロセス室は隔壁を介して隣接し、該隔壁に開口を設け該開口に回転軸を隔壁位置に設けて回転する基板ホルダーを備え、該基板ホルダーは被処理物を把持して回転し、該被処理物を前記第１プロセス室と第２プロセス室における各処理位置に交互に導くようになっている複合構造薄膜製造装置。
【請求項１４】
化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ガスデポジション法のいずれか１つの物質堆積法を実施する機構を備えた複数のプロセス室を円周上に配置し、該円周の中心に回転軸を有して回転する基板ホルダーを備え、該基板ホルダーは被処理物を把持して回転し、該被処理物を前記プロセス室における各処理位置に順次導くようになっている複合構造薄膜製造装置。
【請求項１５】
前記基板ホルダーは回転円柱であって円柱面に前記被処理物を支持することを特徴とする請求項１３または１４記載の複合構造薄膜製造装置。
【請求項１６】
前記基板ホルダーは正多角形柱であって、該正多角形柱の側面板に前記被処理物を支持することを特徴とする請求項１３または１４記載の複合構造薄膜製造装置。
【請求項１７】
前記基板ホルダーが前記回転軸に垂直な回転円盤であって、該回転盤の面に前記被処理物を支持するものであることを特徴とする請求項１３または１４記載の複合構造薄膜製造装置。
【請求項１８】
前記基板ホルダーが回転する枠体であって、該枠体に前記被処理物を填め込んで支持するものであることを特徴とする請求項１３記載の複合構造薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２種以上の機能を複合した機能性薄膜を形成する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体薄膜、超伝導薄膜、光学薄膜、磁性薄膜、硬質薄膜などのいわゆる機能性薄膜は、パソコン、携帯電話、家電、自動車、工具・金具など、あらゆる産業分野の製品におけるコア技術となっている。
これらの機能性薄膜を形成する手段として、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）や物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）といった真空を利用したドライプロセスが広く利用されている。ＣＶＤ法には、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法など、ＰＶＤ法には真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などがある。また、近年、新しい方法として、ガス中蒸発法により生成した微粒子やエアロゾル中の微粒子を高速で真空中の被処理物に吹き付けることにより、微粒子が凝集した薄膜を形成するガスデポジション法が開発されている。
【０００３】
様々な機能を持つ材料を組み合わせて複合化することにより、機能性薄膜の高性能化や多機能化を図ることは、現在広く行われている。複合化により、それぞれの材料が持つ機能を兼備するようになった薄膜や全く新しい機能を発現させた薄膜を得ることができる。
複合により得られる薄膜には、ミクロンからナノオーダーの厚みを持った２種以上の薄膜を交互に積層した構造を有する積層構造薄膜や、ミクロンからナノオーダーの粒径を持った微粒子がマトリックス材料中に分散した構造を有する微粒子分散薄膜などがある。
【０００４】
積層構造薄膜には、真空蒸着法の１種である分子線エピタキシー法により形成される薄膜で、２種類の半導体材料の超格子構造が持つ量子井戸を利用した半導体レーザやＬＥＤがよく知られている。
特許文献１には、複数の蒸発源を１つの真空容器内に配置しシャッターでそれぞれの材料を交互に供出させるようにした分子線エピタキシー装置により、超格子構造を形成することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、光ＣＶＤ法の１種であるレーザー気相薄膜形成法を用いて、金属と誘電体の配線パターンを交互に積層し、所望の多層配線構造を形成することにより、半導体デバイス用の集積回路や三次元機能デバイスを作製する技術が開示されている。特許文献２には、空間的に隔離された異なる原料ガスに基板を順次晒すようにして積層構造を形成させるために使用する試料基板の回転手段を開示している。
また、機械部品、工具、金型などに耐摩耗性のコーティングを施す技術として、イオンプレーティング法によって２種類の材料をメゾスケール（１０−７ｍから１０−３ｍの範囲をいう）で交互に積層する方法が用いられている。さらに、最近は、窒化チタンと窒化アルミニウムをナノスケールで積層した超格子薄膜が開発され、切削工具の耐摩耗性被膜として実用に供されている。
【０００６】
微粒子分散薄膜については、セラミックス粒子を金属被膜中に分散させるウエットプロセスである粒子分散メッキが開発され工業的に広く利用されているが、ドライプロセスを用いて微粒子を分散させた薄膜を作製した例は、ガスデポジション法により微粒子を凝集した薄膜以外に知られていない。
これらの複合構造薄膜形成方法は、いずれの場合も、分子線エピタキシー法、光ＣＶＤ法、イオンプレーティング法など単一の手法を用いて、装置構成や成膜条件を工夫して異なる種類の機能性薄膜を積層して複合化するものである。
【０００７】
しかし、単一の手法においては、使用可能な材料の種類が限定されるので、形成できる複合構造薄膜のバリエーションに限界がある。たとえば、特許文献１に開示された手法により多機能性薄膜を作製しようとすると、光ＣＶＤ法で分解して薄膜堆積が可能なガスに制約があるため、希望の複合構造薄膜を形成することができない場合がある。また、微粒子分散薄膜を得ることは基本的に困難である。
【０００８】
最近は、ＰＶＤ法とＣＶＤ法を組み合わせた複合プロセスを用いて、単一の手法に頼るのと比較すると、より多様な複合構造を得たり、より多くの種類の材料を用いた複合化を行う試みがなされている。このような複合プロセスは、たとえな耐摩耗性の向上のための熱処理の複合化や、熱処理後にＰＶＤ法による硬質薄膜を形成させる方法が、工具や金型などに利用されている。
しかし、機能性薄膜の作製に利用されるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ガスデポジション法は、それぞれの手法によって装置構成や運転条件が大きく異なるため、これらを混在して利用する複合化には、様々な困難があり実用化の障害となっている。
【０００９】
たとえば、１つの真空容器でＣＶＤ法とＰＶＤ法の複合プロセスを行おうとすると、ＣＶＤ法に使用するガスとＰＶＤ法で発生するスパッタ粒子など、各プロセスで使用する材料が混在することになり、高品質な複合構造を作製することができない。また、プロセスごとに最適な動作圧力が異なるため１つの真空容器で薄膜堆積を行うには障害が大きく、さらにプロセス同士が互いに干渉するためそれぞれの手法におけるパフォーマンスを最適化することが難しい。
なお、プロセスごとに設けた別々のプロセス室でそれぞれの処理を行う場合には、異なる薄膜形成の度に処理途中の基板材料を搬送しなければならないため、堆積が円滑に進まず、作製時間が長大になるばかりか製品品質が低下する。特にナノレベルの積層構造や微粒子分散構造の形成は基本的に困難である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−８７６８８号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１８９９２６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、異なる機能を持つ材料を堆積してより多様な複合構造薄膜を作製する方法と装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の複合構造薄膜製造方法は、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ガスデポジション法のいずれか２個の物質堆積法のひとつをそれぞれ実行する２個のプロセス室を隣接して備え、被処理物を支持する基板ホルダーを備え、この基板ホルダーの被処理物を２個のプロセス室内の処理位置に交互に導きながらそれぞれの物質堆積方法で処理して、被処理物の上に２種類の堆積物が交互に重なり複合的な機能を備える多層薄膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の複合構造薄膜製造方法は、２つのプロセス室内で別々の物質堆積法を実行するようにして、基板ホルダーに支持された被処理物を隣接したプロセス室に交互に導いて、それぞれの物質堆積法で処理することにより、被処理物表面にそれぞれの物質を交代で堆積させることができる。したがって、それぞれの物質堆積法において堆積材料を適宜選択すれば、きわめて多様な複合構造薄膜を作製することができる。
【００１４】
本発明の複合構造薄膜製造方法では、隔壁を挟んで隣接する２個のプロセス室が基板ホルダーが出入りする開口のみで連絡するようにすれば、２つのプロセス室が基板ホルダーの周囲にできる小さな隙間で繋がることになるが２つのプロセス室内の物質の交流は無視ができ、異なる物質堆積法をそれぞれのプロセス室中で同時に実施していても相互に干渉が起こらない。さらに、たとえばＰＶＤ法とＣＶＤ法が隣り合って実施されているときには、アルゴンガス雰囲気下でＰＶＤ法を実施しているプロセス室のアルゴンガス圧力を高くして、ＣＶＤ法で使用する反応ガスが混入しないようにすれば、ＣＶＤ法を行うプロセス室のアルゴン濃度は多少変化するが、いずれのプロセス室においてもそれぞれの堆積作用が支障なく行われるようになる。
【００１５】
本発明の複合構造薄膜製造方法に使用する基板ホルダーは、隔壁面に回転軸を有し隔壁に填め込まれた回転円柱あるいは回転正多角形柱であることが好ましい。
円柱あるいは角柱の表面に被処理物を支持して回転させると、２つのプロセス室に交互に被処理物が導入されるので、それぞれの物質堆積法により異なる物質が交替で堆積される。基板ホルダーの周囲から漏れる物質量が制約するため、基板ホルダーが填め込まれる隔壁の開口を、基板ホルダーが回転できるだけの大きさにすることが好ましい。
【００１６】
ただし、回転円柱を用いるときには、被処理物が平面であれば円柱表面に被処理物を填め込める平面を形成して使用する。複数の被処理物を１度に扱うときには、その数に見合う数のセット面を準備しておくことはいうまでもない。なお、基板ホルダーにセットする被処理物は１個に限らず、２個以上としてもよい。セットされた被処理物は基板ホルダーの回転により互いの同一の薄膜形成が行われるので、セットする被処理物の数が多ければ生産性が向上する。
【００１７】
基板ホルダーは、隔壁面に回転軸を有する枠体であってもよい。被処理物は枠体に填め込んで回転させ、２個のプロセス室内の処理位置に交互に導入する。
枠体に被処理物が填め込まれていれば、隔壁に設けられる開口は殆ど遮蔽されるので、２つのプロセス室の間で内容物の交流は制約され、それぞれの物質堆積作用を独立的に行うことができる。
また、基板ホルダーは円盤にしてもよい。隔壁内に回転軸を設けて円盤面が壁から垂直に突出するようにする。円盤面に被処理物を支持して回転すると、被処理物は２つのプロセス室内の処理位置に交互に到達して、それぞれの物質を交互に堆積して、複合構造薄膜を形成する。
【００１８】
基板ホルダーは連続的に回転させるようにして、その回転速度を調整することにより、それぞれのプロセス室内における処理時間を調整して、膜厚あるいは微粒子堆積量などを調整することができる。
また、基板ホルダーの回転をステップ状に行って、処理位置における被処理物の滞留時間を確保するようにしてもよい。移動時間に対して停止時間を多くすることにより効率的な製膜が可能になる。また、基板ホルダーを回転させるときには開口における隙間が大きくなるが、移動を急速に行うことにより大きな隙間ができる時間が短くなるので、プロセス室相互間の物質の交流を抑制する効果もある。
【００１９】
ＣＶＤ法を実施するプロセス室とＰＶＤ法を実施するプロセス室を隣接させて、いずれも薄膜を形成するようにすれば、２種類の薄膜を交互に積層した複合構造薄膜を作製することができる。
たとえば、ＣＶＤ法で低摩擦性の水素化アモルファスカーボン膜（ａ−Ｃ：Ｈ膜）を形成し、ＰＶＤ法で高硬度の水素を含まないアモルファスカーボン膜（ａ−Ｃ膜）を形成すると、耐摩耗性と低摩擦性を兼ね備えた複合構造薄膜を得ることができる。
【００２０】
また、ＣＶＤ法とＰＶＤ法のどちらかで薄膜を形成し、どちらかで微粒子を堆積するようにしてもよい。微粒子と薄膜を交互に堆積させると、微粒子が膜中に分散した複合構造薄膜を製造することができる。
さらに、ＣＶＤ法で薄膜を堆積し、ＰＶＤ法でドロップレットを堆積するようにしてもよい。ドロップレットと薄膜を交互に堆積させることにより、ドロップレットが膜中に分散した複合構造薄膜を製造することができる。
【００２１】
また、ガスデポジション法を実施するプロセス室と、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法を実施するプロセス室を隣接して設備して、基板ホルダーで交互に被処理物を暴露させるようにしてもよい。たとえば、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法で薄膜を堆積させ、ガスデポジション法で微粒子を堆積させることにより、微粒子が膜中に分散した複合構造薄膜を作製することができる。
【００２２】
また、上記課題を解決するため、本発明の複合構造薄膜製造装置は、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）、ガスデポジション法のいずれか１つの物質堆積法を実施する機構を備えた第１プロセス室と、第１プロセス室で実施する以外のもう１つの物質堆積法を実施する機構を備えた第２プロセス室を備え、第１プロセス室と第２プロセス室は隔壁を介して隣接し、その隔壁に開口を設け、回転軸を隔壁位置に設けて回転する基板ホルダーを開口に備えたものであって、基板ホルダーは被処理物を把持して回転し、被処理物を第１プロセス室と第２プロセス室における各処理位置に交互に導くようになっている。
【００２３】
本発明の複合構造薄膜製造装置によって、ＣＶＤ法で堆積する各種材料と、ＰＶＤ法で堆積する各種材料と、ガスデポジション法で堆積する各種材料のいずれかを組み合わせて得られる極めて多様な複合構造薄膜を作製することができる。また、物質堆積条件は、プロセス室ごとに比較的独立的に決めることができるので、良質な機能性薄膜を得ることができる。
【００２４】
また、プロセス室は２個に限らず、円周上に３個以上設置して、円の中心位置に回転する基板ホルダーを備えるようにしてもよい。基板ホルダーは、回転するに従って、被処理物を次々に異なるプロセス室の物質堆積位置に当たるように搬送する。すると、被処理物の表面にプロセス室の数だけの異なる材料が順次堆積して複合構造を形成し、さらにバラエティに富んだ複合構造薄膜を得ることができる。
【００２５】
基板ホルダーは、回転円柱や正多角形柱であってよい。また、回転軸に垂直に固定された円盤であってもよい。さらに２個のプロセス室が隔壁を介して隣接する場合は、回転枠体であってもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の複合構造薄膜製造方法と製造装置について、図面を用い実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】
【実施例１】
図１は、本発明第１実施例の複合構造薄膜製造装置を説明する構成図、図２はその装置で作製できる複合構造薄膜の断面の模式図である。
本実施例の複合構造薄膜製造装置は、１個の真空容器１を隔壁２によって２つの隣接するプロセス室３，４に分割し、隔壁２に正八角柱形状の基板ホルダー５を取り付けたものである。基板ホルダー５は隔壁２の面内に回転軸６を有し図示しないステッピングモータにより回転する。
【００２８】
第１のプロセス室３には電子ビーム励起プラズマ発生用電子ビームガン７を設備し、第２のプロセス室４には基板ホルダー５に向けてスパッタリングを行うためのスパッタ源８を設置した。
プロセス室３，４内のガスはターボポンプ９とロータリーポンプ１０を直列に連結した真空系により真空排気される。プロセス室３，４の真空はそれぞれ独立に設けられたコンダクタンスバルブ１１，１２により独立に設定することができる。
【００２９】
基板ホルダー５の側面に被処理物としてシリコン基板１３を取り付け、基板ホルダー５を３ｒｐｍで回転させ、基板１３の表面が第１プロセス室３と第２プロセス室４に交互に露出されるようにした。
次に、第１プロセス室３にメタンガスＣＨ４を、第２プロセス室４にアルゴンガスＡｒを導入し、コンダクタンスバルブ１１，１２により圧力がそれぞれ０．８Ｐａ、１０Ｐａになるようにした。プロセス室間の圧力差によりアルゴンガスは第２プロセス室４から第１プロセス室３に流れるが、第１プロセス室３のメタンガスは第２プロセス室４に流れない。
また、基板ホルダー５には図示しないＲＦ電源により−５０Ｖのバイアス電圧を印加した。
その後、第１プロセス室３においてプラズマＣＶＤ、第２プロセス室４においてＰＶＤとしてスパッタリングを同時に開始した。
【００３０】
すると、第１プロセス室３に基板１３が露出しているときには水素を含む水素化アモルファスカーボン膜（ａ−Ｃ：Ｈ膜）が堆積し、第２プロセス室４に基板１３が露出しているときには水素フリーのアモルファスカーボン膜（ａ−Ｃ膜）が堆積し、基板ホルダー５が回転するためシリコン基板１３上には２つの異なる成分が交互に積層した複合構造薄膜が形成された。１時間の成膜時間で、膜厚は約１μｍとなった。
【００３１】
図２は、こうして得られた複合構造薄膜の模式図である。シリコン基板２１上に堆積した積層薄膜２２は、数ｎｍ厚のａ−Ｃ：Ｈ膜２３とａ−Ｃ膜２４が交互に積層した構造になっている。
このように、高硬度のａ−Ｃ膜と低摩擦のａ−Ｃ：Ｈ膜を積層化したことにより、耐摩耗性と低摩擦性を兼備した複合構造薄膜を得ることができた。
なお、本実施例の複合構造薄膜製造装置は、真空容器である２個のプロセス室が１個の真空容器を簡単な隔壁で仕切ることで構成されているため、それぞれ独立の真空容器として製作する場合と比較して経済的である。
【００３２】
【実施例２】
図３は、本発明第２実施例の複合構造薄膜製造装置を説明する構成図、図３はその装置で作製できる複合構造薄膜の断面の模式図である。
本実施例の複合構造薄膜製造装置は、１個の真空容器３１を隔壁３２によって２つの隣接するプロセス室３３，３４に分割し、隔壁３２の端部に設けたスリットに円盤形状の基板ホルダー３５を取り付けたものである。基板ホルダー３５は上面に被処理物を搭載し隔壁３２の面内に回転軸３６を有し図示しないステッピングモータにより回転する。
【００３３】
第１プロセス室３３には基板ホルダー３５上の被処理物の位置に向けてスパッタリングを行うためのスパッタ源３８を設置し、第２プロセス室３４にはガスデポジション用にエアロゾル化室４４からアルゴンガスで搬送されてくる超微粒子を噴射する超微粒子吹き付けノズル４５を設備した。
プロセス室３３，３４内のガスはターボポンプ３９とロータリーポンプ４０を直列に連結した真空系により真空排気される。プロセス室３３，３４の真空はそれぞれ独立に設けられたコンダクタンスバルブ４１，４２により独立に設定することができる。
【００３４】
スパッタ源３８にはグラファイト４６をセットし、エアロゾル化室４４にはシリコン超微粒子４７を仕込んだ。
そして、基板ホルダー３５の上面にシリコン基板４３を取り付け、基板ホルダー３５を３ｒｐｍで回転させ、シリコン基板４３の表面が第１プロセス室３３と第２プロセス室３４に交互に露出されるようにした。
【００３５】
次に、第１プロセス室３３にアルゴンガスＡｒを導入し、コンダクタンスバルブ４１により圧力が１０Ｐａになるようにした。また、基板ホルダー３５には図示しないＲＦ電源により−５０Ｖのバイアス電圧を印加した。なお、超微粒子の種類によっては、その帯電状態に応じて基板に正のバイアス電圧を印加することで超微粒子が基板に付着する効率を向上させることができる場合もある。
その後、エアロゾル化室４４にアルゴンガスを供給し、エアロゾル化した超微粒子をアルゴンガスで第２プロセス室３４に導入すると共に、第１プロセス室３３においてスパッタリングを開始した。
【００３６】
第１プロセス室３３にシリコン基板４３が露出しているときにはアモルファスカーボン膜（ａ−Ｃ膜）が堆積し、第２プロセス室３４にシリコン基板４３が露出しているときにはシリコン超微粒子が付着し、基板ホルダー３５が回転してシリコン基板４３が第１プロセス室と第２プロセス室を交互に巡るので、シリコン基板４３上にはアモルファスカーボンと超微粒子が交互に堆積し、１時間の成膜時間で、膜厚が約１μｍの複合構造薄膜が生成した。
【００３７】
図４は、こうして得られた複合構造薄膜の模式図である。シリコン基板５１上に堆積した超微粒子分散薄膜５２は、マトリックスであるａ−Ｃ膜５３の中にシリコン超微粒子４７が分散した構造となっている。
このように、高硬度のａ−Ｃ膜にシリコン超微粒子が混入することにより、ａ−Ｃ膜と同等の高い硬度を持ちながら低摩擦特性を示すことが確認された。
【００３８】
上記実施例では、基板ホルダーの加熱を行わないが、形成する膜によっては基板加熱を行うことも有効であるので、基板ホルダーにヒーターを内蔵して、適宜温度調整ができるようにしておいてもよい。
また、上記実施例では、プラズマＣＶＤ法として電子ビーム励起プラズマを使用した方法を使用したが、たとえば、容量結合型プラズマ、誘導結合型プラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマなど他のプラズマ発生方法を利用してもよい。また、プラズマＣＶＤ法に代えて、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などを採用することもできる。
【００３９】
さらに、上記実施例ではスパッタリング法を使用したが、真空蒸着法、イオンプレーティング法など他のＰＶＤ法を利用することもできる。
また、上記実施例では摺動特性を向上させた複合構造薄膜を作製したが、これ以外の、たとえば半導体、磁性体、超伝導体、光学薄膜などにおいても、本願発明を用いた複合構造化による機能向上を達成することができることはいうまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複合構造薄膜製造方法及び製造装置により、異なる機能を持つ材料をより多様に組み合わせて、より高性能の機能性薄膜を得ることができるので、広く各産業分野に有用な薄膜材料を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の複合構造薄膜制動装置を示す構成図である。
【図２】第１実施例の装置で得られる複合構造薄膜の構造を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の第２実施例の複合構造薄膜制動装置を示す構成図である。
【図４】第２実施例の装置で得られる複合構造薄膜の構造を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１，３１  真空容器
２．３２  隔壁
３，３３  第１プロセス室
４，３４  第２プロセス室
５，３５  基板ホルダー
６，３６  回転軸
７  電子ビーム励起プラズマ発生用電子ビームガン
８，３８  スパッタ源
９，３９  ターボポンプ
１０，４０  ロータリーポンプ
１１，１２，４１，４２  コンダクタンスバルブ
１３，４３  シリコン基板
２１，５１  シリコン基板
２２  積層薄膜
２３  ａ−Ｃ：Ｈ膜
２４  ａ−Ｃ膜
４４  エアロゾル化室
４５  超微粒子吹き付けノズル
４６  グラファイト
４７  シリコン超微粒子
５２  超微粒子分散薄膜
５３  マトリックスであるａ−Ｃ膜
【図１】
2005036276.tif 000003
【図２】
2005036276.tif 000004
【図３】
2005036276.tif 000005
【図４】
2005036276.tif 000006