JP2005345509A

JP2005345509A - 表面鏡およびその製造方法

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Publication number: JP2005345509A
Application number: JP2004161636A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Karube; 宏軽部; Fukue Iwamoto; 冨久恵岩本; Hisashi Sasaki; 寿佐々木
Original assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Current assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】銀層または銀合金層を有すると共に耐久性に優れた表面鏡およびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１上の少なくとも一面に、第１の酸化アルミニウム層１２と、銀層または銀合金層１３と、第２の酸化アルミニウム層１４と、フッ化マグネシウム層１５と、チタン酸化物層またはタンタル酸化物層またはチタンとランタンとの複合酸化物層１６とを、基板側から順に積層する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上の反射膜の側から光を入射させて利用する表面鏡およびその製造方法に関する。

従来より、反射膜の中に銀層を設け、可視光域における反射率を高めた表面鏡が知られている。この表面鏡では、銀層の腐食を防止するために、銀層の上に保護膜を設けることが必要である。耐久性向上のために、保護膜として種々の誘電体薄膜が検討されている（例えば特許文献１,２参照）。さらに、上記の銀層の代わりに銀合金層を用いた表面鏡も知られている。
特開平６−３１３８０３号公報特開平８−２３４００４号公報

しかしながら、上記した従来の表面鏡では、銀層または銀合金層の上に設けた保護膜の耐久性の点で十分とはいえなかった。
本発明の目的は、銀層または銀合金層を有すると共に耐久性に優れた表面鏡およびその製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の表面鏡は、基板上の少なくとも一面に、第１の酸化アルミニウム層と、銀層または銀合金層と、第２の酸化アルミニウム層と、フッ化マグネシウム層と、チタン酸化物層またはタンタル酸化物層またはチタンとランタンとの複合酸化物層とが、前記基板側から順に積層されたものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面鏡において、前記チタン酸化物層または前記タンタル酸化物層または前記複合酸化物層の上に、第３の酸化アルミニウム層が積層されたものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の表面鏡において、前記酸化アルミニウム層と、前記銀層または前記銀合金層と、前記フッ化マグネシウム層と、前記チタン酸化物層または前記タンタル酸化物層または前記複合酸化物層とは、イオンビームアシスト蒸着法またはイオンプレーティング法を用いて積層されるものである。
請求項４に記載の表面鏡の製造方法は、基板上の少なくとも一面に、イオンビームアシスト蒸着法またはイオンプレーティング法を用いて、第１の酸化アルミニウム層と、銀層または銀合金層と、第２の酸化アルミニウム層と、フッ化マグネシウム層と、チタン酸化物層またはタンタル酸化物層またはチタンとランタンとの複合酸化物層とを、前記基板側から順に積層するものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の表面鏡の製造方法において、前記チタン酸化物層または前記タンタル酸化物層または前記複合酸化物層の上に、前記イオンビームアシスト蒸着法または前記イオンプレーティング法を用いて、第３の酸化アルミニウム層を積層するものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の表面鏡の製造方法において、成膜温度は１００℃以下である。

本発明によれば、銀層または銀合金層を有すると共に耐久性に優れた表面鏡を得ることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の表面鏡１０は、図１に示すように、ガラス基板１１の上面に反射膜(１２〜１６)が形成されたものである。反射膜(１２〜１６)は、ガラス基板１１側から順に、第１の酸化アルミニウム層１２と、銀層１３と、第２の酸化アルミニウム層１４と、フッ化マグネシウム層１５と、複合酸化物層１６とが積層された５層構造である。

反射膜(１２〜１６)のうち、酸化アルミニウム層１２,１４は、基板１１と反射膜(１２〜１６)との密着性を高めるために設けた層である。第１の酸化アルミニウム層１２の膜厚は２００Åである。第２の酸化アルミニウム層１４の膜厚は４０Åである。
銀層１３は、膜厚が１５００Åである。銀層１３を反射膜(１２〜１６)の中に設けたことにより、可視光域（例えば波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲）における反射率を高めることができる。

フッ化マグネシウム層１５は、低屈折率の蒸着物質（屈折率は１.３８５）であり、膜厚が６００Åである。
複合酸化物層１６は、二酸化チタンと酸化ランタンとの複合酸化物からなり、高屈折率の蒸着物質（屈折率は約１.９〜２.６）である。また、膜厚は５００Å、代表的な組成はＬａ₂Ｔｉ₂Ｏ_7-X（ただし０.３≦Ｘ≦０.７）である。

本実施形態の表面鏡１０では、銀層１３の上に第２の酸化アルミニウム層１４とフッ化マグネシウム層１５と複合酸化物層１６とを順に積層したことにより、これらの層(１４,１５,１６)が銀層１３の有効な保護膜として機能する。その結果、耐久性が向上し、なおかつ、反射率が向上する。耐久性の試験結果については後で具体的に説明する。
次に、表面鏡１０の製造方法を説明する。

表面鏡１０を製造するに当たっては、図２の真空蒸着装置２０が用いられる。真空蒸着装置２０は、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＡＤ法；Ion beam Assisted Deposition method）により成膜を行う装置である。
真空蒸着装置２０の真空チャンバ２１の内部（真空雰囲気中）には、ガラス基板１１を保持する回転機構２２と、蒸発源２３と、イオンアシスト用のＡｒイオン源２４とが配置される。真空チャンバ２１の外部には、膜厚モニタ用の光源２５とセンサ２６とが配置される。また、真空チャンバ２１には、酸素ガス（Ｏ₂）の供給に用いられるガス管２７と、真空引き用の排気口２８とが設けられる。

蒸発源２３は、成膜材料を入れるボートと電子銃とで構成される。ボート内の成膜材料に電子銃からの電子ビーム（ｅ^-）を照射することで、成膜材料を加熱蒸発させ、ガラス基板１１に向けて飛散させることができる。
表面鏡１０の製造時には、予め用意されたガラス基板１１の上面に対し、蒸発源２３から成膜材料を飛散させる工程と、Ａｒイオン源２４から引き出されたＡｒイオンのビームを照射する工程とが、並行して行われる。その結果、ガラス基板１１には、第１の酸化アルミニウム層１２と、銀層１３と、第２の酸化アルミニウム層１４と、フッ化マグネシウム層１５と、複合酸化物層１６とが順に積層され、反射膜(１２〜１６)が形成される。

このように、ＩＡＤ法を用い、Ａｒイオンのビームをガラス基板１１に照射することにより、密着性の良い反射膜(１２〜１６)を形成できる。したがって、銀層１３の劣化を確実に防止できる。ちなみに、銀層１３は耐熱温度が低く、出来るだけ低温での成膜が望まれる。銀層１３の耐熱温度を考慮すると、成膜温度は常温から１００℃以下が好ましい。本実施形態では成膜中にガラス基板１１の温度を測定し、その基板温度が１００℃以下となるようにした。

次に、本実施形態の表面鏡１０の反射率分光特性を説明する。ここでは、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲（可視光域）で測定を行った。入射角の範囲は、０°〜６０°である。入射角０°は、反射膜(１２〜１６)に対して垂直な方向とする。
表面鏡１０の反射率分光特性を測定した結果のうち、入射角１２°と４５°の結果を図３に例示する。図３は、横軸が波長(ｎｍ)、縦軸が反射率(％)である。入射角１２°の結果は実線、入射角４５°の結果は点線で示した。また、比較例として、図４に、ガラス基板に銀層のみを設けた場合（保護膜なし）の反射率分光特性を示す。

図３,図４を比較すると分かるように、表面鏡１０の反射率(図３）は、特に低波長域（４５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲）で高く、図４に対して１％以上増加している。また、表面鏡１０の反射率は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で、ほぼ一定の値を示している。つまり、表面鏡１０では、反射率が広帯域に優れている。
さらに、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍにおける平均反射率を比較すると、図３の表面鏡１０は９８.７％、図４の比較例は９７.４％であり、表面鏡１０の平均反射率が非常に高いことが分かる。

また、上記の傾向は、図３に例示した入射角１２°と４５°に限らず、測定した入射角０°〜６０°の全範囲に共通であった。つまり、本実施形態の表面鏡１０では、入射角が０°〜６０°の範囲で変化しても、反射率分光特性を一定に保つことができる。ちなみに、入射角０°〜６０°における波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの平均反射率は９８％であった。

したがって、本実施形態の表面鏡１０を用いた装置では、表面鏡１０の配置が外乱により微小変動し、表面鏡１０に対する光の入射角が変化した場合でも、表面鏡１０の反射率分光特性は変化しないため、設計通りのスペックを保持することが可能となる。さらに、表面鏡１０用いた装置を組み立てる際、光学素子の配置の自由度が高いという利点もあり、設計の自由度が向上する。

次に、本実施形態の表面鏡１０の耐久性について説明する。
ここでは、高温耐久試験と低温耐久試験と湿度耐久試験と超高温耐久試験と密着性耐久試験とを行った。何れの場合にも、試験前後の各々で、表面鏡１０の外観検査（目視での変色や剥離やクラックの検査）と、反射率分光特性の測定（波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍ,入射角０°〜６０°）を行い、試験前後での変化を確認した。

まず、表面鏡１０の高温耐久試験と、その結果について説明する。高温耐久試験は、温度７１℃の室内に５時間放置した後、常温に戻し、さらに２時間放置することにより行われる。試験条件はＭＩＬ規格に準じたものである。
この試験の前後における外観検査と反射率分光特性（例えば図５,図６）の結果を比較したところ、ほとんど変化がみられなかった。図５は入射角１２°での試験前後の測定結果の例、図６は入射角４５°での測定結果の例である。また、図５,図６の実線が試験前、点線が試験後の結果に対応する。これらの結果から、表面鏡１０は高温に対して非常に耐久性があると分かる。

次に、表面鏡１０の低温耐久試験と、その結果について説明する。低温耐久試験は、温度−６２℃の室内に５時間放置した後、常温に戻し、さらに２時間放置することにより行われる。試験条件は、ＭＩＬ規格に準じたものである。
この試験の前後における外観検査と反射率分光特性（例えば図７,図８）の結果を比較したところ、ほとんど変化がみられなかった。図７は入射角１２°での試験前後の測定結果の例、図８は入射角４５°での測定結果の例である。また、図７,図８の実線が試験前、点線が試験後の結果に対応する。これらの結果から、表面鏡１０は低温に対して非常に耐久性があると分かる。

次に、表面鏡１０の湿度耐久試験と、その結果について説明する。湿度耐久試験は、温度４９℃で湿度９５％の室内に２４時間放置した後、常温に戻し、さらに２時間放置することにより行われる。試験条件は、ＭＩＬ規格に準じたものである。
この試験の前後における外観検査と反射率分光特性（例えば図９,図１０）の結果を比較したところ、ほとんど変化がみられなかった。図９は入射角１２°での試験前後の測定結果の例、図１０は入射角４５°での測定結果の例である。また、図９,図１０の実線が試験前、点線が試験後の結果に対応する。これらの結果から、表面鏡１０は湿度に対して非常に耐久性があると分かる。

次に、表面鏡１０の超高温耐久試験と、その結果について説明する。超高温耐久試験は、温度２５０℃の室内に１６８時間放置した後、常温に戻し、さらに２時間放置することにより行われる。
この試験の前後における外観検査と反射率分光特性（例えば図１１,図１２）の結果を比較したところ、ほとんど変化がみられなかった。図１１は入射角１２°での試験前後の測定結果の例、図１２は入射角４５°での測定結果の例である。また、図１１,図１２の実線が試験前、点線が試験後の結果に対応する。これらの結果から、表面鏡１０は超高温に対して非常に耐久性があると分かる。

次に、表面鏡１０の密着性耐久試験と、その結果（例えば図１３）について説明する。密着性耐久試験は、約２５ｍｍの長さの無色透明なテープ（幅は１２〜１３ｍｍ，密着力は９.８Ｎ(２５ｍｍ当たり)）を使用し、これを表面鏡１０に貼り付けた後、剥離することにより行われる。テープ剥離の早さは、図１３に示す３通りである。試験条件は、ＩＳＯ国際規格（ＩＳＯ９２１１）に準じたものである。

この試験における結果（図１３）を比較したところ、変化が観られなかった。つまり、テープ剥離の早さに拘わらず、表面鏡１０の反射膜(１２〜１６)に剥離や割れや膨れなどの痕跡が現れることはなかった。この結果から、表面鏡１０は密着性に対して耐久性があると分かる。
ここで、比較例として、ガラス基板に銀層のみを設けた場合（保護膜なし）の耐久試験を行い、試験後に反射率分光特性を測定した結果（図１４）について簡単に説明する。この耐久試験は、常温で大気中に放置することにより行われた。銀層のみの構成（保護膜なし）では、試験前後の反射率分光特性を比較して、耐久試験後に大きく劣化することが分かる。反射率の減少分は、２％以上と非常に大きい。

上記のことから、本実施形態の表面鏡１０は、高温・低温・湿度・超高温・密着性の何れに対しても非常に耐久性があると分かった。つまり、本実施形態の表面鏡１０は、可視光域（例えば波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲）における反射率分光特性が高いだけでなく、耐久性に優れた（反射率の低下を防ぐことができる）ものである。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、ガラス基板１１に５層構造の反射膜(１２〜１６)が形成された表面鏡１０を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１５に示す表面鏡３０のように、５層構造の反射膜(１２〜１６)の複合酸化物層１６の上に、第３の酸化アルミニウム層１７を積層し、６層構造の反射膜(１２〜１７)とすることもできる。この場合、第３の酸化アルミニウム層１７は、中間屈折率の蒸着物質（屈折率は１.６１５）であり、膜厚が１００Åである。

第３の酸化アルミニウム層１７の成膜も、他の層と同様、イオンビームアシスト蒸着法により行われる。このため、密着性の良い反射膜(１２〜１７)を形成できる。図１５の表面鏡３０では、銀層１３の上に第２の酸化アルミニウム層１４とフッ化マグネシウム層１５と複合酸化物層１６と第３の酸化アルミニウム層１７とを順に積層したことにより、これらの層(１４,１５,１６,１７)が銀層１３の有効な保護膜として機能する。その結果、耐久性が向上し、なおかつ、反射率が向上する。

また、上記した実施形態では、ガラス基板１１の上面に５層構造の反射膜(１２〜１６)や６層構造の反射膜(１２〜１７)が形成された表面鏡１０,３０の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１６,図１７に示す表面鏡４０,５０のように、ガラス基板１１の上面と下面との双方に反射膜(１２〜１６)や反射膜(１２〜１７)を形成することもできる。この構成によれば、ガラス基板１１の両面を表面鏡として使用できる。

さらに、上記した実施形態では、第１の酸化アルミニウム層１２の膜厚が２００Å、銀層１３の膜厚が１５００Å、第２の酸化アルミニウム層１４の膜厚が４０Å、フッ化マグネシウム層１５の膜厚が６００Å、複合酸化物層１６の膜厚が５００Åである例を説明したが、本発明はこれに限定されない。
第１の酸化アルミニウム層１２の膜厚は、２００Å〜１０００Åの範囲内で任意の値に設定することができる。銀層１３の膜厚は、１０００Å〜２０００Åの範囲内で任意の値に設定することができる。第２の酸化アルミニウム層１４の膜厚は、１０Å〜２００Åの範囲内で任意の値に設定することができる。フッ化マグネシウム層１５の膜厚は、４００Å〜１０００Åの範囲内で値の任意に設定することができる。複合酸化物層１６の膜厚は、３００Å〜１０００Åの範囲内で任意の値に設定することができる。

なお、第１の酸化アルミニウム層１２の膜厚が２００Åより薄く、第２の酸化アルミニウム層１４の膜厚が１０Åより薄いと、ガラス基板１１との密着力が低下してしまう。銀層１３の膜厚が１０００Åより薄いと、反射率が低下してしまう。フッ化マグネシウム層１５の膜厚が４００Åより薄く、複合酸化物層１６の膜厚が３００Åより薄いと、所望の光学特性を得ることができない。

また、図１５の表面鏡３０において、第３の酸化アルミニウム層１７の膜厚が１００Åである例を説明したが、本発明はこれに限定されない。第３の酸化アルミニウム層１７の膜厚は、１０Å〜２００Åの範囲内で任意の値に設定することができる。なお、第３の酸化アルミニウム層１７の膜厚が２００Åより厚くなると、所望の光学特性を得ることができない。

さらに、上記した実施形態では、反射膜(１２〜１６)や反射膜(１２〜１７)の中に銀層１３を設けたが、本発明はこれに限定されない。銀層１３に代えて、銀合金層を用いる場合にも、本発明を適用できる。銀合金層の膜厚は、銀層１３と同様であり、１０００Å〜２０００Åの範囲内で任意の値に設定することができ、１５００Åが好ましい。
また、上記した実施形態では、反射膜(１２〜１６)や反射膜(１２〜１７)の中にチタンとランタンとの複合酸化物層１６を設けたが、本発明はこれに限定されない。複合酸化物層１６に代えて、チタン酸化物層またはタンタル酸化物層を用いる場合にも、本発明を適用できる。チタン酸化物層またはタンタル酸化物層の膜厚は、複合酸化物層１６と同様、３００Å〜１０００Åの範囲内で任意の値に設定することができ、５００Åが好ましい。

さらに、上記した実施形態では、イオンビームアシスト蒸着法により成膜する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、イオンプレーティング法などのイオンの効果を利用した蒸着法により成膜する場合でも、密着性の良い反射膜を形成できる。ちなみに、イオンプレーティング法では、成膜材料をイオン化した状態で基板に入射させる。
また、上記した実施形態では、ガラス基板を用いた表面鏡１０,３０,４０,５０の構成例を説明したが、ガラス基板に代えて、樹脂製の基板を用いてもよい。ただし、樹脂の物性によって最適な成膜温度を選択する必要がある。

本実施形態の表面鏡１０の構成を示す断面図である。真空蒸着装置２０の構成を示す概略図である。表面鏡１０の反射率分光特性を示す図である。比較例の反射率分光特性を示す図である。表面鏡１０の高温耐久試験前後の反射率分光特性（入射角１２°）を示す図である。表面鏡１０の高温耐久試験前後の反射率分光特性（入射角４５°）を示す図である。表面鏡１０の低温耐久試験前後の反射率分光特性（入射角１２°）を示す図である。表面鏡１０の低温耐久試験前後の反射率分光特性（入射角４５°）を示す図である。表面鏡１０の湿度耐久試験前後の反射率分光特性（入射角１２°）を示す図である。表面鏡１０の湿度耐久試験前後の反射率分光特性（入射角４５°）を示す図である。表面鏡１０の超高温耐久試験前後の反射率分光特性（入射角１２°）を示す図である。表面鏡１０の超高温耐久試験前後の反射率分光特性（入射角４５°）を示す図である。表面鏡１０の密着性耐久試験の結果を示す図である。比較例の反射率分光特性を示す図である。変形例の表面鏡３０の構成を示す断面図である。変形例の表面鏡４０の構成を示す断面図である。変形例の表面鏡５０の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０，３０，４０，５０表面鏡
１１ガラス基板
１２第１の酸化アルミニウム層
１３銀層
１４第２の酸化アルミニウム層
１５フッ化マグネシウム層
１６複合酸化物層
１７第３の酸化アルミニウム層
２０真空蒸着装置
２１真空チャンバ
２２回転機構
２３蒸発源
２４Ａｒイオン源
２５光源
２６センサ
２７ガス管
２８排気口

Claims

基板上の少なくとも一面に、第１の酸化アルミニウム層と、銀層または銀合金層と、第２の酸化アルミニウム層と、フッ化マグネシウム層と、チタン酸化物層またはタンタル酸化物層またはチタンとランタンとの複合酸化物層とが、前記基板側から順に積層された
ことを特徴とする表面鏡。
請求項１に記載の表面鏡において、
前記チタン酸化物層または前記タンタル酸化物層または前記複合酸化物層の上に、第３の酸化アルミニウム層が積層された
ことを特徴とする表面鏡。
請求項１または請求項２に記載の表面鏡において、
前記酸化アルミニウム層と、前記銀層または前記銀合金層と、前記フッ化マグネシウム層と、前記チタン酸化物層または前記タンタル酸化物層または前記複合酸化物層とは、イオンビームアシスト蒸着法またはイオンプレーティング法を用いて積層される
ことを特徴とする表面鏡。
基板上の少なくとも一面に、イオンビームアシスト蒸着法またはイオンプレーティング法を用いて、第１の酸化アルミニウム層と、銀層または銀合金層と、第２の酸化アルミニウム層と、フッ化マグネシウム層と、チタン酸化物層またはタンタル酸化物層またはチタンとランタンとの複合酸化物層とを、前記基板側から順に積層する
ことを特徴とする表面鏡の製造方法。
請求項４に記載の表面鏡の製造方法において、
前記チタン酸化物層または前記タンタル酸化物層または前記複合酸化物層の上に、前記イオンビームアシスト蒸着法または前記イオンプレーティング法を用いて、第３の酸化アルミニウム層を積層する
ことを特徴とする表面鏡の製造方法。
請求項４または請求項５に記載の表面鏡の製造方法において、
成膜温度は１００℃以下である
ことを特徴とする表面鏡の製造方法。