JP2003195022A

JP2003195022A - 増反射積層体

Info

Publication number: JP2003195022A
Application number: JP2001399003A
Authority: JP
Inventors: Naoko Shin; 奈緒子進; Yoshihito Katayama; 佳人片山
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】波長領域３５０〜４５０ｎｍの全域に亙って高
い分光反射率を示す増反射積層体の提供。【解決手段】基板上に、アルミニウムまたは銀を含む金
属からなる第１層（幾何学的膜厚：６０〜１５０ｎ
ｍ）、酸化シリコンを含む第２層、酸化ニオブ等を含む
第３層の順で積層され、第２および３層が幾何学的膜厚
ｄ＝λ／［４ｎ（１−（ｓｉｎθ／ｎ）²）^1/2］
（λ：３５０〜４５０ｎｍ、ｎ：各層の屈折率、θ：０
〜４５度）を有する増反射積層体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長領域３５０〜
４５０ｎｍにおける光の反射特性に優れる増反射積層体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビ、デスクトップ型またはノ
ートブック型パソコンのモニタ等として、軽量薄型であ
る利点を活かして、ＣＲＴに代わって液晶ディスプレイ
が広く普及されつつある。この液晶ディスプレイ、例え
ば、液晶テレビにおける表示品質の向上と大画面化が求
められるに伴って、表示素子であるカラー液晶素子を構
成する主要部品であるカラーフィルタも大型化が求めら
れている。また、普及の拡大に伴って、生産効率の向
上、歩留りの向上等により、コストを削減し、より安価
に量産できることが求められている。

【０００３】このカラーフィルタは、透明基板上にＲＧ
Ｂの各色に対応する光透過性フィルタ層を、ブラックマ
トリックスを間にして所定の配列で形成したものであ
り、光リソグラフィによる微細加工によってブラックマ
トリックスおよび各光透過性フィルタ層が形成されてい
る。

【０００４】従来、大型のカラーフィルタを製造する場
合、光リソグラフィに用いられる露光装置として、１）
マスクと基板とを近接させて一括露光するいわゆるプロ
キシミティ方式、２）投影光学系として転写面積の大き
な等倍、ないし拡大の屈折光学系を用いたステップ・ア
ンド・リピート方式、および３）投影光学系を等倍の反
射光学系とし、円弧状の照明光でマスクを照明してこの
マスクの像を円弧状に基板上に形成すると共に、マスク
と基板とを投影光学系に対して走査するミラープロジェ
クション方式が採用されている。近年、１回の走査でよ
り大面積の基板にも一括露光が可能なミラープロジェク
ション方式の露光装置が用いられるようになってきてい
る。

【０００５】これらの露光装置の照明光学系および投影
光学系には、超高圧水銀ランプ、レーザ等の光源から出
射される露光光線を整光するために、各種の反射鏡が用
いられている。例えば、カラーフィルタの製造に用いら
れるミラープロジェクション方式の露光装置では、超高
圧水銀ランプから出射されるｉ線、ｇ線およびｈ線を含
む波長３５０〜４５０ｎｍの露光光線を平行化および光
路の変更のために、平面鏡、凹面鏡、あるいは台形状反
射鏡等の異形反射鏡などの各種の反射鏡が用いられてい
る。

【０００６】一方、クリーンルーム内での省スペース化
を図り、露光装置のコストを低減するため、露光装置の
小型化が求められている。装置の小型化に伴って、装置
内で露光光線の光路を複数回変更するために複数枚の反
射鏡が用いられるようになってきている。

【０００７】こうした複数枚の反射鏡によって構成され
る光学系を有する露光装置では、１枚の反射鏡における
反射率が少し向上するだけでも、複数枚の反射鏡で構成
される露光装置全体では大きな反射率の向上となり、結
果として、マスクを通して基板上に投影される露光量の
増加につながる。したがって、露光装置に用いられる反
射鏡の反射率の向上は、露光量の増加による露光時間の
短縮、スループットの向上をもたらし、製造コストの低
減、生産効率の向上につながる重要な改善目標である。
特に、液晶素子の用途の拡大、普及に対応して進展する
大規模大量生産化におけるコストの低減に有効である。

【０００８】しかし、従来、カラーフィルタの製造に主
として用いられる超高圧水銀ランプから出射される露光
光線の波長領域３５０〜４５０ｎｍの全域に亙って高い
反射率を示す反射鏡は知られていなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、波長
領域３５０〜４５０ｎｍの全域に亙って高い反射率（特
に９３％以上の反射率）を示す増反射積層体を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】従来、反射率を向上させ
るためには、反射膜を多層構造とすることが有効である
ことが知られている。しかし、液晶表示素子の主要部品
であるカラーフィルタの製造工程で用いられる超高圧水
銀ランプを光源とする波長領域３５０〜４５０ｎｍの露
光光線を反射して９０％以上、特に９３％以上の反射率
を示す反射鏡を得ることができなかった。そこで、本発
明者らは、鋭意検討の結果、基板上に、アルミニウム等
からなる金属層、酸化シリコンを主成分とする層、およ
び酸化ニオブ等の特定の酸化金属を主成分とする層を、
この順で積層した３層構造の薄膜が、波長３５０〜４５
０ｎｍの波長領域の入射光に対して高い反射率を示し、
カラーフィルタの製造工程で用いられる露光装置の重要
部品である各種反射膜として有効であることを知見し
た。

【００１１】本発明は、基板上に、アルミニウム、アル
ミニウム合金および銀からなる群から選ばれる少なくと
も１種の金属からなる第１層、酸化シリコンを主成分と
する第２層、および酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸
化タンタル、酸化ハフニウムからなる群から選ばれる少
なくとも１種の酸化物を主成分とする第３層の順で積層
されてなる増反射積層体を提供する。

【００１２】第１層は、安価な材料であり、波長領域３
５０〜４５０ｎｍにおける反射率が高いことから、アル
ミニウム、アルミニウム合金、銀および銀合金からなる
群から選ばれる少なくとも１種からなる層である。アル
ミニウム合金は、アルミニウム以外に、ホウ素、マグネ
シウム、シリコン、銅、マンガン等の不可避的不純物を
含んでいてもよい。

【００１３】第１層の幾何学的膜厚は、薄すぎると光を
透過して反射率が低下し、厚すぎると表面の凹凸による
光吸収を生じるため、６０〜１５０ｎｍであり、特に７
０〜９０ｎｍであることが好ましい。

【００１４】第２層は、波長領域３５０〜４５０ｎｍで
吸収がなく、屈折率が低いことから、酸化シリコンを主
成分とする層である。酸化シリコンを主成分とする層
は、シリコンを含む全金属元素に対するシリコンの含有
割合が９０原子％以上である層である。酸化シリコンを
主成分とする層として、アルミニウムをシリコンを含む
全金属元素に対して１０原子％以下含む層や酸化シリコ
ン層などが挙げられる。

【００１５】第３層は、波長領域３５０〜４５０ｎｍで
光吸収が小さく、高屈折率であることから、酸化ニオ
ブ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム
からなる群から選ばれる少なくとも１種の酸化物を主成
分とする層であり、成膜速度が最も早く、最も屈折率が
高いことから、酸化ニオブを主成分とする層が好まし
い。酸化ニオブを主成分とする層によって３５０〜４５
０ｎｍでの平均反射率の高い増反射積層体が得られる。
酸化ニオブを主成分とする層は、全金属元素に対してニ
オブを９０原子％以上含有する層である。酸化ニオブを
主成分とする層としては、酸化ニオブ層などが挙げられ
る。

【００１６】第２層および第３層は、下記式で求められ
る幾何学的膜厚ｄ₂およびｄ₃をそれぞれ有する。ｄ₂＝λ／［４ｎ₂（１−（ｓｉｎθ／
ｎ₂）²）^1/2］ｄ₃＝λ／［４ｎ₃（１−（ｓｉｎθ／
ｎ₃）²）^1/2］ただし、λは３５０〜４５０ｎｍ、ｎ₂、ｎ₃はそれぞ
れ第２層および第３層の屈折率、θは０〜４５度であ
る。第２層の屈折率（ｎ₂）は１．４〜１．５であり、
第３層の屈折率（ｎ₃）は１．８〜２．５である。屈折
率ｎ₂が１．４８のときｄ₂は５０〜７０ｎｍであり、
屈折率ｎ₃が２．０７のときｄ₃は４４〜５８ｎｍ、屈
折率ｎ₃が２．１７のときｄ₃は４２〜５５ｎｍ、屈折
率ｎ₃が２．３９のときｄ₃は３７〜４７ｎｍである。

【００１７】本発明の積層体は、膜面側からの入射光に
対する反射率が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長領域の全
域で９０％以上、特に９３％以上であることが好まし
い。

【００１８】また、本発明の積層体において、第１〜３
層からなる反射膜は、基板の片面または両面に積層され
ていてもよく、各面に積層される反射膜は、同一または
異なる構造を有していてもよい。

【００１９】本発明の積層体において、基板は、特に制
限されず、例えば、１）ソーダライムガラス、２）ＰＥ
Ｔ、アクリル樹脂、ポリカーボネート等からなるプラス
チック等が挙げられる。基板は、平面鏡、凹面鏡、台形
ミラー等の各種の反射用光学部材の基体として求められ
る形状を有する。

【００２０】本発明の積層体の製造は、真空槽内で、金
属ターゲットを用いて、スパッタリングにより、基板上
に、第１層、第２層、第３層の順に形成することによ
り、行うことができる。第２層および第３層について
は、各層の酸化物を形成する金属ターゲットを用いて反
応性スパッタリングにより形成する。

【００２１】スパッタリングは、交流（ＡＣ）または直
流（ＤＣ）スパッタリング法を用いることができる。Ｄ
Ｃスパッタリング法には、パルス化ＤＣスパッタリング
法を含む。パルス化ＤＣスパッタリング法は異常放電の
防止に有効である。中でも、緻密で高い屈折率を有する
膜を形成できるため、ＡＣ反応性スパッタリング法が有
効である。

【００２２】本発明の積層体は、液晶素子のカラーフィ
ルタの製造、樹脂の紫外線分解および硬化装置、に用い
られる露光装置の反射鏡部材として有用である。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を説明す
る。

【００２４】（例１）真空槽内に、金属アルミニウム
（純度９９．９９９％）、金属シリコン（ボロンドープ
多結晶）および金属ニオブをスパッタターゲットとして
カソード上部の対向位置に設置し、真空槽内を８×１０
^-4Ｐａまで排気した。

【００２５】ガラス基板として予め清浄化したフロート
法で形成したソーダライムガラス（１００×１００×３
ｍｍ）をカソード上に設置し、そのガラス基板上に、下
記の工程によって、第１層、第２層および第３層を形成
して増反射積層体を製造した。

【００２６】（アルミニウム層の形成）スパッタリング
ガスとしてアルゴンガス５００ｓｃｃｍを真空槽内に導
入し、アルミニウムのＤＣスパッタリングにより、第１
層として膜厚が８０ｎｍのアルミニウム層を形成した。

【００２７】（酸化シリコン層の形成）スパッタリング
ガスとしてアルゴン１００ｓｃｃｍと反応性ガスである
酸素５００ｓｃｃｍとの混合ガスを真空槽内に導入し、
シリコンのＡＣ反応性スパッタリングにより、第２層と
して、膜厚が６８ｎｍの酸化シリコン層（波長４００ｎ
ｍにおける屈折率：１．４８、吸収係数：０）を形成し
た。

【００２８】（酸化ニオブ層の形成）スパッタリングガ
スとして反応性ガスである酸素ガス５００ｓｃｃｍを導
入し、ニオブのＤＣ反応性スパッタリングにより、第３
層として、膜厚が３８ｎｍの酸化ニオブ層（波長４００
ｎｍにおける屈折率：２．３５、吸収係数：０．００
３）を形成した。

【００２９】（例２）第１層をアルミニウム合金（アル
ミニウム含有率９６ｗｔ％、Ｓｉ、Ｍｇ：４ｗｔ％）で
形成した以外は、例１と同様にして、増反射積層体を製
造した。

【００３０】（例３）第２層として、厚さ５１ｎｍの酸
化シリコン層を形成し、第３層として、金属ジルコニウ
ムをスパッタターゲットとして用いて、厚さ４５ｎｍの
酸化ジルコニウム層（波長４００ｎｍにおける屈折率：
２．１７、吸収係数：０）を形成した以外は、例１と同
様にして増反射積層体を製造した。

【００３１】（例４）第２層として、厚さ５１ｎｍの酸
化シリコン層を形成し、第３層として、金属タンタルを
スパッタターゲットとして用いて、厚さ４６ｎｍの酸化
タンタル層（波長４００ｎｍにおける屈折率：２．１
１、吸収係数：０）を形成した以外は、例１と同様にし
て増反射積層体を製造した。

【００３２】（例５）第２層として、厚さ５１ｎｍの酸
化シリコン層を形成し、第３層として、金属ハフニウム
をスパッタターゲットとして用いて、厚さ４７ｎｍの酸
化ハフニウム層（波長４００ｎｍにおける屈折率：２．
０７、吸収係数：０）を形成した以外は、例１と同様に
して増反射積層体を製造した。

【００３３】（例６）第２層として、厚さ４１ｎｍの酸
化シリコン層を形成し、第３層として、厚さ３８ｎｍの
酸化ニオブ層（波長４００ｎｍにおける屈折率：２．４
９、吸収係数：０００３）をＡＣ反応性スパッタリング
で形成した以外は、例１と同様にして増反射積層体を製
造した。

【００３４】（例７（比較例））真空槽内に、金属アル
ミニウム（純度９９．９９９％）をスパッタターゲット
としてカソード上部の対向位置に設置し、真空槽内を８
×１０^-4Ｐａまで排気した。

【００３５】ガラス基板として予め清浄化したフロート
法で形成したソーダライムガラス（１００×１００×３
ｍｍ）をカソード上に設置し、そのガラス基板上に、下
記の工程によって、アルミニウム層および酸化アルミニ
ウム層を形成して反射積層体を製造した。

【００３６】（アルミニウム層の形成）スパッタリング
ガスとしてアルゴンガス５００ｓｃｃｍを真空槽内に導
入し、アルミニウムのＤＣスパッタリングにより、膜厚
が８０ｎｍのアルミニウム層を形成した。

【００３７】（酸化アルミニウム層の形成）スパッタリ
ングガスとしてアルゴン１００ｓｃｃｍと反応性ガスで
ある酸素５００ｓｃｃｍとの混合ガスを真空槽内に導入
し、アルミニウムのＡＣ反応性スパッタリングにより、
膜厚が３０ｎｍの酸化アルミニウム層（波長４００ｎｍ
における屈折率：１．７０、吸収係数：０）を形成し
た。

【００３８】（例８（比較例））酸化アルミニウム層の
代わりに、シリコンのＡＣ反応性スパッタリングによ
り、厚さ２０ｎｍの酸化シリコン膜（波長４００ｎｍに
おける屈折率：１．４８、吸収係数：０）を形成した以
外は、例７と同様にして反射積層体を製造した。

【００３９】例１〜６で得られた増反射積層体、ならび
に例７および８（比較例）で得られた反射積層体につい
て、入射角度５度で反射膜面側から波長３５０〜４５０
ｎｍの光を入射し、反射した光について分光光度計（日
立製作所製、Ｕ−４０００）により測定した分光反射率
曲線を図１に示す。

【００４０】本発明の実施例に該当する例１〜６の増反
射積層体は、図１〜６から明らかなように、反射率が３
５０〜４５０ｎｍの波長領域の全域で９３％以上であっ
た。また、本発明の比較例に該当する例７および８の反
射積層体は、図７および８から明らかなように、反射率
が３５０〜４５０ｎｍの波長領域の全域で９０％に満た
なかった。

【００４１】例１で得られた増反射積層体について、５
度、３０度および４５度の各入射角度で入射した光につ
いて、反射光の反射率を、分光光度計（日立製作所製、
Ｕ−４０００）により測定した。測定結果を図９に示
す。図９から明らかなように、入射角度に拘らず、３５
０〜４５０ｎｍの波長領域の全域にわたって、反射率が
９３％以上であった。例２〜６で得られた増反射積層体
について、前記と同様に４５度の入射角度で入射した光
の反射率を測定した結果、やはり、３５０〜４５０ｎｍ
の波長領域の全域に亙って反射率が９３％以上であっ
た。

【００４２】

【発明の効果】本発明の増反射積層体は、波長領域３５
０〜４５０ｎｍの全域に亙って９３％以上の分光反射率
を示し、露光装置の光学系部品として用いて、露光量の
向上、露光時間の短縮等に有用である。特に、液晶素子
の主要部品であるカラーフィルタの製造に用いられる露
光装置の光学系に用いられる各種反射鏡として用いて、
スル−プットの向上、タスクの増加、大画面・高精細な
液晶素子の製造に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】例１で得られた増反射積層体の分光反射率曲
線である。

【図２】例２で得られた増反射積層体の分光反射率曲
線である。

【図３】例３で得られた増反射積層体の分光反射率曲
線である。

【図４】例４で得られた増反射積層体の分光反射率曲
線である。

【図５】例５で得られた増反射積層体の分光反射率曲
線である。

【図６】例６で得られた増反射積層体の分光反射率曲
線である。

【図７】例７で得られた反射積層体の分光反射率曲線
である。

【図８】例８で得られた反射積層体の分光反射率曲線
である。

【図９】例１で得られた増反射積層体の入射角５度、
３０度および４５度における分光反射率曲線である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H042 DA02 DA04 DA08 DA11 DA12 DB02 DC02 4F100 AA17D AA20C AA27D AB10B AB24B AB31B AG00 AT00A BA04 BA07 GB51 YY00B YY00C YY00D

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、アルミニウム、アルミニウム合
金、銀および銀合金からなる群から選ばれる少なくとも
１種の金属からなる第１層、酸化シリコンを主成分とす
る第２層、および酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化
タンタル、酸化ハフニウムからなる群から選ばれる少な
くとも１種の酸化物を主成分とする第３層の順で積層さ
れ、第１層の幾何学的膜厚が６０〜１５０ｎｍ、第２層
および第３層が下記式で求められる幾何学的膜厚ｄ₂、
ｄ₃をそれぞれ有する増反射積層体。ｄ₂＝λ／［４ｎ₂（１−（ｓｉｎθ／
ｎ₂）²）^1/2］ｄ₃＝λ／［４ｎ₃（１−（ｓｉｎθ／
ｎ₃）²）^1/2］ただし、λは３５０〜４５０ｎｍ、ｎ₂、ｎ₃はそれぞ
れ第２層および第３層の屈折率、θは０〜４５度であ
る。
【請求項２】膜面への入射角度が４５度である入射光に
対する反射率が３５０〜４５０ｎｍの波長領域の全域で
９３％以上である請求項１に記載の増反射積層体。