JP2006515827A5

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Publication number: JP2006515827A5
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Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2007-03-15

Description

透過性ジルコニウム酸化物-タンタル及び／又はタンタル酸化物被膜

本発明は、概して、タンタル、及び／又はタンタル酸化物からなる群からの少なくとも１つの添加物を有する透過性ジルコニウム酸化物被膜に関し、それによって、被膜は、改善された高温安定性を有する。

本発明は、特に、薄膜形成における透過性被膜、又は透過性ジルコニウム酸化物被膜をベースにしたフィルムに関し、それによって、ジルコニウム酸化物被膜は、タンタル及び／又はタンタル酸化物からなる群からの添加物を含む。

透過スペクトルからの特定の波長範囲に渡って選択された光成分を選択的に反射するために、プロジェクターランプなどのランプの外部又は内部表面へ被膜を適用することが知られている。そうする際に、被膜の活性原理、及びランプバルブの幾何学に依存して、全ランプバルブを覆うことができる。これは、例えば、市販されているハロゲンランプの場合である。この種のハロゲンランプにおいて、フィラメント又はワイヤーは、ガラスバルブの中心に配置され、光干渉フィルム又は透過性干渉被膜システムをバルブの外部表面へ適用する。透過性干渉被膜システムは、可視領域における光線へ透過可能である一方、赤外線は反射する。フィラメントから放射された光に含まれる赤外線は、フィラメントに戻り透過性干渉被膜システムによって反射され、フィラメントの加熱を引き起す。これは、放射された光における赤外線の割合が減少し、発光効率を増大させる。

光バルブの完全な被膜への代替案として、ランプ表面の一定の割合のみが被膜されることも可能でもある。これは、ボール反射ランプの場合であり、特に高性能ランプに使用される。高強度放電ランプ（HID）及び特に、超高性能（UHP）ランプは、それらの透過特性のため、とりわけ、プロジェクション目的に好ましい。電極チップ間に形成されるアークは、およそ0.5〜2.5mmの長さを越えないように、これらの用途に対して最も集光した可能な光源が要求される。さらに、最も高い可能な光強度が所望される。これらの特性は、UHPランプを用いて最も良く達成することができる。これらのランプは、厚壁石英ガラスバルブにおける水銀バーナーからなり、水銀バーナーの中間点が、楕円の焦点と適合して位置するように、順に、楕円形ガラス本体に固められる。楕円の内部表面は、選択性誘電性薄ミラー被膜を有する。アークによって照射される光は、干渉ミラー被膜を介して、好ましくは光バルブの半球面において領域において放射される。それゆえ、この結果は、光バルブからの光をプロジェクション装置へより効率的に使用することができ、それによって、同時にさらなる小型化の可能性を展開する。

スペクトル効果における多大な柔軟性のために、複合層干渉フィルターは、しばしば透過性被膜として使用される。この種の複合層干渉フィルターは、しばしば異なる屈折率を有する少なくとも２つの誘電性材料の積層からなる。これらフィルターの透過及び反射領域は、適用される高屈折率及び低屈折率材料の個々の被膜の膜厚によって決定される。この種のフィルターは、非常に簡単なミラー被膜として単一被膜、又は透過性伝達におけるマルチプレクサとして数百の被膜からなることができる。

このようなフィルタースタックの設計において、使用される材料の屈折率における違いは、特に重要である。一般に、屈折率におけるこの違いが大きいほど、特異的スペクトル標的機能を達成することがより容易となる。例えば、屈折率における違いが高い場合、設計における被膜の数及び全厚さは、より低くなり、生産コストにおいてプラスの効果を有する。

ランプにおける透過性被膜に対して、特に石英バルブを有するランプに対して、ランプの壁材料への熱膨張率のほぼ完全な合致のため、及び低屈折率被膜用低屈折率のため、SiO₂が通常使用される。高屈折率被膜に対して、種々の材料、例えば、Ti₂、Ta₂O_５及びNb₂O₅などを使用することができる。しかしながら、例えば、高性能ランプ用途、例えば、1000℃の温度で動作するUHPランプについて、高屈折率を有するこれらの標準材料を使用することができない。なぜなら、それらは十分な安定性を有していないからである。

透過性の観点は別として、機械性の観点も、例えば、適用温度範囲での相変態、高温での再結晶挙動などの特性も考慮しなければならない。相変態又は相転移における変化は、例えば、屈折率及び／又は被膜厚の変化を通じて個別の成分の障害を導く。

この理由のために、高性能ランプで使用されるとき、透過性特性と材料安定性と間で妥協しなければならない。高温で安定であり、透過性被膜に適切な材料の例は、ジルコニウム酸化物、すなわちZrO₂である。この材料は、λ＝550nmで

の相対的に低い屈折率を有しているが、800℃を越える温度で、被膜散乱の兆候を示す。

放射された光の幾何学的品質へ高い要求をするプロジェクション装置に使用されるとき、散乱によって特定の方向から屈折された光は、もはやプロジェクション装置の入射絞りにおいてランプ装置の主要反射体に集光されない、すなわち、フィルタースペクトル低下の可能性があるので、この散乱は、装置の効率性の損失となる。

米国特許6356020号から、第一被膜が基板上の低屈折率被膜である特定の被膜装置が知られている。高屈折率被膜の少なくとも１つは、順に３つの高屈折率単一被膜からなり、中間のものは、Ta_２O₅ZrO₂からなることができる。しかしながら、米国特許6356020号において、特定の結晶構造も特定の温度条件も被膜装置の生産について開示されていない。

本発明の目的は、高温耐性ジルコニウム酸化物被膜の透過特性を改善することである。
そうする際に、ZrO₂被膜の散乱特性及び屈折率は、これが熱安定性を害することなしに改善されるべきである。

もし少量のタンタル又はタンタル酸化物が被膜に組み込まれるなら、低散乱特性を有する高い屈折率ジルコニウム酸化物が得られることが見出された。

本発明の目的は、第一の態様において、タンタル及び／又はタンタル酸化物からなる群からの少なくとも1つの添加物を有するジルコニウム酸化物を含む透過性温度安定性被膜であり、被膜におけるTa原子の割合が、被膜における全金属原子と比較して、５〜３０％の範囲であることを特徴とする。

本発明による被膜は好ましくは非晶質である。

本発明によるこの種の被膜は、特に自動車における照明目的に適する照明媒体、例えばランプなどを被覆するのに使用することができる。

本発明による透過性被膜は、タンタル及び／又はタンタル酸化物添加物を含むジルコニウム酸化物を含有する。このTa添加物は、以下の原子比率、すなわち、0.05≦Ta/Me≦0.30
（ここで、Meは、透過性被膜における金属原子の全数を示す。）を適用して、透過性被膜における金属原子の全数と比較して、一定量で使用される。本発明による好ましい透過性被膜は、Zr及びTa以外の金属原子を有さず、その結果、以下の原子割合、すなわち、
0.05≦Ta/（Zr+Ta）≦0.30
（ここで、元素記号は、個々の金属原子の数を示す。）が適用される。

本発明によるさらに好ましい透過性被膜は、酸化型で、好ましくは、ZrO₂又はTaO₂としてジルコニウム及びタンタルを含む。したがって、それらは、被膜において、金属原子の全数に比較してTa原子の一定割合、即ち、５〜３０％の範囲、好ましくは１０〜２５％、より好ましくは、１５〜２０％を有するジルコニム酸化物及びタンタル酸化物を含む透過性被膜である。

被膜におけるジルコニウム原子の割合は、被膜における金属原子の全割合と比較して、７０〜９５％、好ましくは、７５〜９０％、より好ましくは、８０〜８５％である。

本発明によるジルコニウム比率及びタンタル比率は、個々の比率がこの被膜の全重量に関して、最大100重量％を構成するように、選択することができる。

本明細書においてZrO₂ともいうジルコニウム酸化物は、本発明の範囲内でZrOx（X=1.9〜2.1）と表すことができる。

本明細書においてTa₂O_５ともいうタンタル酸化物は、本発明の範囲内でTa_２Ox（X=4.9〜5.1）と表すことができる。

タンタル及び／又はタンタル酸化物からなる群から少なくとも１つの添加物を有するジルコニウム酸化物を含む温度安定性透過性被膜は、化学気相堆積（CVD）、特にスパッタリングによって、２０〜３００℃の堆積温度で、ジルコニウム酸化物及びタンタル及び／又はタンタル酸化物からなる少なくとも１つのタンタルターゲットから、設定可能な酸素分圧ｐで被膜されるべき基板表面上で堆積させることができる。

これは、150℃を越えて加熱すべきではない基板を被膜することができるという利点も有する。

ランプ、ガラス、特に耐熱性ガラス、プラスチック、ガスセンサー、透過性干渉フィルター、透過性フィルターシステム、特に加熱フィルター反射器、冷却ランプ反射器、レーザーミラー、反射防止システム、帯域通過フィルター、エッジフィルター、低放射率ガラスなどの本体、及び／又は、例えば、電気部品、拡散障壁、又は、光学情報技術におけるキャパシターエレメント、ランプ、又は部品などの電気器具用本体における、本発明による被膜の資本売出し又は用途は、例えば、純粋なZeO2と比較して改善された屈折率(又は誘電率)と組み合わせて非常に高い安定性を有し、結果として、有効なコスト削減設計を伴って被膜本体又は部品を提供する可能性を切り開く。これは、150℃を越えるいずれの熱処理も可能ではない製品又は基板にも有益である。

本発明による被膜は、ZrO_２と比較して向上した屈折率によって特徴付けられ、改善された熱条件及びより低い散乱を改善する。

本発明による透過性酸化被膜は、λ＝550nmの波長で、n＝2.1〜ｎ＝2.3の屈折率、好ましくはn=2.13〜ｎ＝2.28、より好ましくは、ｎ＝2.15〜ｎ＝2.25を有する。本発明によれば、より高い屈折率が最も好ましい。

本発明による被膜は、950℃で15時間オーブン内で熱処理後、好ましくは透過性を維持し、及び／又は950℃で15時間、λ＝550nmの波長でオーブン内で熱処理後、n＝2.1〜ｎ＝2.3の屈折率、好ましくはn=2.13〜ｎ＝2.28、特に好ましくは、ｎ＝2.15〜ｎ＝2.25を有する。

測定は、他に特定しないなら、23℃の周辺温度で行なわれる。

本発明による酸化被膜の拡散指数（以下で「iHaze」とも言う）は、950℃で15時間のオーブン内での調製後、400nmの被膜厚を有する膜に対して、5〜25nmのiHaze値を有し、好ましくは、8〜18nmのiHaze値、より好ましくは12〜16nmのiHaze値、最も好ましくは、＜15nmのiHaze値を有する。最適な被膜は、拡散せず、それゆえ、iHaze＝０である。それゆえ、最も好ましくは、0〜20nmのiHaze値を有する。さらに、適当なiHaze値は、≧１nm、≧10nm、及び≧15nmである。最も低い可能な0nm〜１nmのiHaze値が最も好ましいことが強調されるべきである。

本発明による透過性被膜は、そのまま適用するのではなく、基板、特に透過性基板上の他の被膜と組み合わせ適用されることが好ましい。このようにして、例えば、干渉被膜システムなど透過性被膜が得られる。この種の透過性干渉被膜システムは、本明細書において干渉被膜ともいい、接触し、互いに向かって逆向きで、お互い重ね合わさるか対向する少なくとも２つの屈折性又は他の被膜からなり、それぞれは、異なる屈折率を有する。

250〜5,000、好ましくは380〜3,000nm、更に好ましくは350〜2,500nm、更にもっと好ましくは400〜2,000nm、特に420〜1,500nmの透過性スペクトルの波長範囲内での光の反射に対して本発明による好ましい透過性干渉被膜システムは、もし必要なら交互に、基板上、好ましくは透過性基板上に配置される干渉被膜システムが、本発明による少なくとも１つの第一被膜及び第一被膜のものより低い屈折率を有する第二被膜を有するように設計される。さらに適当な反射範囲は、800〜2,500nm、820〜2,450nm、850〜2,400nm、特に好ましい範囲は、1,000〜1,900nm、1050〜1,800nmである。

第二被膜は、λ＝550nmで、n=1.32〜ｎ＝2.0、好ましくはn=1.35〜ｎ=1.80、特に好ましくは、n=1.44〜n=1.75の屈折率を有することができる。さらにｎの適当な値は、1.36；1.42；1.46；1.48及び1.50である。例として、SiO₂被膜について、屈折率はｎ＝1.45とすることができる。

したがって、本発明の更なる目的は、透過性スペクトルの特定の波長範囲内での光の反射用透過性干渉被膜システムであり、被膜は、第一被膜及び第一被膜のものより低い屈折率を有する第二被膜を有し、透過性を有する基板上に交互に配置され、第一被膜は、主として、タンタル及び／又はタンタル酸化物からなる群から選択される少なくとも１つの添加物を含むジルコニウム酸化物からなり、Ta原子の比率は、被膜における金属原子の全数に比較して、５〜３０％の範囲である。

したがって、本発明による透過性干渉被膜は、本発明による透過性被膜及び低屈折率を有する少なくともさらに一つの被膜を有する。上述の態様から類推して、本発明による被膜は、第一被膜がジルコニウム酸化物及びタンタル酸化物からなり、被膜における金属原子の全数に比較してTa原子の比率が、５〜３０％の範囲、好ましくは１０〜２５％、最も好ましくは１５〜20％である。本発明による透過性干渉被膜の更に好ましい特徴は、好ましい透過性被膜の上述の開示から推論することができる結果、いずれの余剰もここで分配される。

高屈折率を有する被膜は、そのガラス形成手段として、リン化合物及びホウ素化合物を含む群から選択される少なくとも１つの化合物を含有することができる。

二酸化珪素は、本発明の透過性干渉被膜において低屈折率被膜として使用されることが好ましい。この被膜も、そのガラス形成手段としてリン化合物及びホウ素化合物を含む群から選択される少なくとも１つの化合物を含むこともできる。

高又は低屈折率被膜の厚さは、広い制限内で変更することが可能であり、例えば、500nm〜３μmとすることができる。個々の被膜の典型的な被膜厚は、20〜500nm、しばしば、10〜200nmとすることができる。

本発明による透過性干渉被膜システムは、2つの最小限の膜からなることができるが、高及び低屈折率を有する繰り返し連続被膜から構築することもできる。ここで数百までの連続膜とすることができる。

本発明による干渉被膜システムの厚さは、広い制限内で同様に変更することができ、例えば、500nm〜３μmとすることができる。本発明によれば、干渉被膜システムの適当な典型的被膜厚は、50nm〜15μm、好ましくは、75nm〜1.5μm、しばしば100nm〜１μmである。

本発明によれば、特に適当な被膜厚は、50nm〜20μm、好ましくは75〜8μm、しばしば、100nm〜4μm、頻繁には300nm〜3μmである。

本発明のこれら及び他の側面は、後述する実施態様から明白であり、参照することにより明らかとなるであろう。

本発明の透過性干渉被膜システムは、赤外線を反射し、透過性スペクトルの可視可能な範囲における光線を通過させるために、内部及び外部表面の両方又はランプバルブの両方の表面上に形成させることができる。

さらに本発明の目的は、本発明による透過性干渉被膜システムからなるランプである。
本発明によるこの種のランプは、半透明バルブ、光発生用バルブ内に配置されたフィラメント、赤外線を反射し、可視光範囲における光線を通過させるため、バルブの内及び／又は外側表面に提供される本発明による透過性干渉被膜システムからなる。

本発明によるこの種のランプは、例えば、ハロゲンランプ、又はクラウンシルバーランプ(crown-silvered lamp)、又は好ましくは高性能ランプ（HID）、例えば、高輝度放電ランプ、特に、超高性能ランプ（UHP）、として設計することができる。本発明によるUHPランプは、特に好ましい。

タンタル及び／又はタンタル酸化物からなる群からの少なくとも１つの添加物を有する本発明によるジルコニウム酸化物における被膜は、種々の方法において基板上に形成することができる。

薄膜を生産するための適当な方法は、粗く4つのクラス、すなわち、物理気相成長（PVD）法、化学的気相成長法（CVD）、エレクトロプレーティング、及びスプレー法、に分類することができる。スプレー法は、非常に高い成長速度を有するので、被膜を厚くするのに適することが可能である。一般に、CVD及びエレクトロプレーティングは、酸化被膜の製造には十分適さない。プラズマインパルスCVD（PICVD）も適当である。

本発明に従って使用することができる化学的気相成長法は、PVDなどの物理基相成長法、反応性マグネトロンスパッタリング、イオンスパッタリング、イオン又はプラズマ励起堆積、プラズマインパルス化学的気相成長法（PICVD）、及び当業者に既知の他のスパッタ法である。

PVD法は、順に、３つの技術、すなわち、堆積法、スパッタ法、及びレーザー溶接（PLD）に分類することができる。

もちろん、スパッタ法は、酸化被膜に特に適し、したがって好ましい。

スパッタリングという語は、イオンでのカソード粉砕化を意味し、より広い意味において、粉砕した物質の基板上へのスパッタ堆積も意味する。

スパッタ法の最も簡単な実施態様において、ダイオード配列は、正に荷電したアノードと負に荷電したカソードを備える容器の内側に配置する。容器は、数mbarの圧力で単に残留ガスとなるまで、容器を脱気する。使用される残留ガスは、ターゲット又は基板との反応を防止するために、不活性ガス（一般にアルゴン）が好ましい。アノードとカソードとの間に、150〜3,000Vの電圧が適用される。電子は、アノードに向かって加速し、途中で遭遇したアルゴン原子と衝突し、それらをイオン化する。イオン化され正に荷電したアルゴン原子は、その後、カソードに向かって加速し、カソード又はこの上部に設置されたターゲットから原子を追い出す。ターゲットの中性原子は別として、二次的な電子も放出し、さらにアルゴン原子をイオン化する。それゆえ、適当な状況下、定常プラズマが2つの電極間に生じる。ターゲットから追い出された中性原子は、チャンバーを通じて公平に分配され、基板上へ薄膜を生じさせる。

中性ターゲット原子とイオン化したスパッタガス原子の運動エネルギーは、１〜300eVの間である。0.1eV近傍の蒸着技術における原子の運動エネルギーと比較して、これは非常に高い。特に、この領域において加速されたイオンの高い運動エネルギーは、蒸着法より最も小型化しより平滑化した被膜に寄与する。

この一般的なスパッタ法は、多くの観点から既に精錬されてきている。簡単なダイオード配置の代わりに、トリオード又はRFダイオードもプラズマ発生に使用することができる。マグネトロンスパッタリングを用いて、磁場の適用は、イオン化の可能性及びスパッタ速度を増大させる。

DCマグネトロンスパッタリング法を用いて、およそ１kVのダイオード電圧別として、磁場も適用される。ターゲットの末端部周囲のリングマグネット、及び中間の中心マグネットによって発生し、ターゲット表面上で数百テスラの強度を有する。

磁場は、ターゲットの近傍において発生した二次的な電子を保持する。これは、電子-原子イオン化衝突の可能性、及びそれゆえターゲットの近傍におけるプラズマ密度を増加させる。これは、従来のスパッタ法を超える２つの主要な利点、即ち、第一に、スパッタ速度が増加し、第二に、プラズマは焼き付けるのにより低い圧力を要求する、という利点を提供する。より高いスパッタ速度は、より短い生産時間を保証するために工業生産上重要である。スパッタリング用のより低い圧力は、しかしながら、薄膜用にも有利である。より低い圧力のために、より少ない外部ガス原子が存在し、それゆえ、スパッタされた被膜はより純粋である。

酸素分圧がｐ＜200mPaに設定される。本発明により適当な酸素分圧は、１０〜100mPa、特に好ましくは＜80mPaとすることができる。さらに、本発明により適当な酸素分圧は、５〜150mPa、10〜80mPa、特に好ましくは20〜60mPaとすることができる。

本発明の更なる目的は、スパッタ技術を使用して、タンタル及び／又はタンタル酸化物からなる群からの少なくとも1つの添加物を有するジルコニウム酸化物の透過性被膜を製造するための方法であり、ジルコニウム及び／又はジルコニウム酸化物におけるターゲットが、タンタル及び／又はタンタル酸化物からなるターゲットと共に同時に使用される。あるいは、被膜をジルコニウム及びタンタルからなる合金ターゲット、又はジルコニウム酸化物及びタンタル酸化物からなるセラミック複合ターゲットから生じさせることもできる。

本発明による方法は、好ましくは、残留ガスとしてアルゴンガスを用いて実施することができ、それによって、好ましい方法は、いわゆる酸化モード、すなわち、酸素の存在下において行なわれる。ここで、好ましい方法は、５〜150mPa、好ましくは10〜80mPa、特に20〜60mPaの酸素分圧で行なわれることを特徴とする。

本発明による方法の特有の利点は、低い作業温度を選択することができるということである。それゆえ、本発明による好ましい方法は、20〜300℃、好ましくは、100〜280℃、特に150〜270℃、最も好ましくは200〜250℃の基板温度で実行されることを特徴とする。ここで、基板温度も各基板にしたがって変更することもできる。それゆえ、石英ガラスに対して、250〜280℃、好ましくは約170℃の基板温度が、好都合であると説明される一方、シリコン基板は、100℃〜250℃で好ましくは被膜される。

本発明による被膜、被膜特性及び温度安定性も、例えば加熱することなしに得ることができる。また、それゆえ、特に好ましい温度範囲は、50〜150℃である。

本発明による方法を用いて、低温度でさえ、混合した酸化物は、高い透過性品質、良好な機械的、熱的安定性によって区別することができるという結果を生じる。

本発明による方法は、少ない散乱性、従来のZrO₂被膜より高い屈折率を有する被膜を提供する。加えて、被膜の温度安定性及び透過性は、未ドープZrO_２に対する約800℃と比較しておよそ950℃まで顕著に増加する。

本発明による方法は、高い透過性品質によって区別される非常に円滑な膜を提供する。
本発明による被膜の屈折率は、Ta含有量に依存して、ｎ＝2.2〜ｎ=2.3の間で、λ＝550nmである。

本発明による方法の好ましい態様は、マグネトロンスパッタ技術を用い、順に、ダブルマグネトロン法が好ましい。好ましいマグネトロン又はダブルマグネトロンスパッタ法の磁界の強度は、10〜及び200ｍTである。

マグネトロン又はダブルマグネトロン法を使用するか否かに関係なく、パルス化された方法の態様が好ましい。例えば、個々で、本発明による方法は、10〜100kHz、好ましくは20〜70ｋHzが好ましく、特に30〜50ｋHzのパルス周波数で実行する方法が好ましい。

好ましい温度安定性被膜を有する被膜を達成するために、スパッタ密度は、９〜15W/cm²であり、特に好ましくは、11〜12W/cm^２である。スパッタ密度は、１W/cm^２〜40W/cm^２とすることができる。

スパッタ密度は、使用されるターゲット領域へ標準化された誘導プロセス電力と定義される。

適用されるべき本発明による被膜の厚さを変える更なる可能性は、各Za又はTaターゲットへ適用される電力を調節することである。ここで本発明による方法は、P＝P_{ジルコニウム-ターゲット}+ P_{タンタル-ターゲット}のターゲットに適用されるべき全電力が、2,000〜10,000Ｗ、好ましくは、3,000〜6,000Ｗ、特に好ましくは、3,500〜5,000Ｗである。

混合酸化物被膜のスパッタリングは、例えば、２つの異なる金属ターゲットから、又は1若しくはそれ以上の金属合金ターゲットから、及びセラミック酸化物ターゲットから、本発明により可能である。

作業は、一般的に酸素/アルゴン雰囲気中である。

本発明は、以下の、非限定的実施態様によって説明される。

実施例
本発明によるジルコニウム酸化物及びタンタル酸化物の透過性被膜は、両極性パルスダブルマグネトロンスパッタ法を使用して、大きさ50×50mmの石英ガラス基板上に製造される。

このために、ジルコニウム又はタンタルから製造され、お互い20°で端に沿って配置された２つの金属マグネトロンは、酸化モードにおいて40ｋHz のパルス周波数で、40ｍPaの酸素分圧、及び190〜270ｍPaの全圧力で、同時に侵食した。ターゲット当たりの周期は、25μsであった。基板の後ろに配置された加熱エレメントのために、プロセス開始での基板上の温度は、270℃であった。基板の位置でマグネトロンを横切って適用される磁場の水平分力は、約30mTであった。

ジルコニウム及びタンタルの成分の割合は、両方のターゲットに適用される別々に調節可能な電力に渡って変化し、全電力P（P＝P_{ジルコニウム-ターゲット}+P_{タンタル-ターゲット}）をいつも４kWであった。

本発明によるこの方法を用いて、400nmの被膜厚さを有する透過性酸化被膜が得られた。Ta/（Zr+Ta）の比率は、0.11であり、λ=550nmでの屈折率は、n=2.26であった。

本発明による被膜の熱安定性は、λ=550nmでn=2.26の屈折率は、950℃まで堆積温度の温度範囲に渡って変化しなかったという事実によって説明される。

測定条件上の一般的情報：
T=23℃（周辺温度）
大気圧=研究所内雰囲気（常圧）

焼き戻し工程
常圧下での研究室内雰囲気における焼き戻し。炊き戻し時間：それぞれの場合に15時間。

X線回折
相成分及び粒径についての情報を得るために、X線回折測定を、シーメンスD5000回折計で行った。ここで、（θ-2θ）法において、単色光分光器無しに、ブラッグ-ブレンターノ幾何学を用いた。Niフィルターは、入射Cu-K_β線を抑制した。

Cu-Kαチューブを放射源として使用した。典型的な測定パラメータ：ステップバイステップ：２θ＝0.02°、積分時間：Δt＝１s
使用した加速電圧は、30ｍAのビーム電流に対して40ｋVであった。

相配置に対して、シーメンスにより開発され、測定ソフトウエアに組み込まれたパッケージを使用した。

ヘイズ
サンプルの散乱レベルの定量化は、「ヘイズ」ともいうパラメータの測定に基づいた。
この測定方法を用いて、透過した電磁気放射の広く分散した成分を決定し、全放射電流（T_total=T_spec+T_diffus）に対してそれを標準化するスペクトル光度計を使用する。放射におけるヘイズは、それゆえ、

として、０と１の間の値の範囲において定義される。

測定曲線は、一般に干渉効果のため、電流変調を含み、標準化のために完全に補償することができないことに着目しなければならない。しかしながら、広いスペクトル範囲に渡る測定のために、それらの効果は、大きい範囲に抑制される。

適当な数学的方法を用いて、サンプルの各々の散乱レベルは、スペクトル測定データから定量化することができる。本課題において、この目的を達成するために、式（２）にしたがって、可視スペクトル範囲（λ＝380.．．800nm）における曲線以下の領域が、積分され（「iへイズ（iHaze）」）、その結果、電流変調は安定となる。総てのサンプルの被膜厚をおよそ400±10nmに設定したので、散乱の総ての密度効果の影響は免除することができる。いずれか不均一性または不完全な表面洗浄のためにガラスの散乱寄与度は、測定精度の大きさのオーダー範囲内であるので、この評価において無視することもできる。微小な「ヘイズ」変数のスペクトル積分の結果として、生じた「iヘイズ」変数は、

（nmでの長さ）

以下の表は、種々の温度に対する本発明による純粋なZrO₂及び透過性被膜についてiへイズ値を与える（未被膜基板：iへイズ＝２nm）。

表は、本発明による被膜が顕著に改善された散乱特性を有することを示す。

測定機器：測定を非極性光を用いて、ケアリー５Eスペクトル分光計（Varian社の）で、350〜800nmのスペクトル範囲において行った。拡散伝達成分T_diffus（λ）を測定するために、積分球を提供した（測定スポットサイズ：１０×１０mm）。

垂直放射発生に対して伝達された電磁放射の直接的かつ非拡散成分は、測定球から誘導され、ビーム集積器へ濃縮される。拡散した信号成分Tdiffus(λ)は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)で被膜された球（直径110mm）において捕獲され、直接照射から保護される光ダイオードを経て測定される。これがより高ければ高いほど、サンプルは光をより強く拡散する。球体積の各点において球の内部表面上の多重反射のため、同様の波長依存放射強度が存在する。グレアのため、検出器は、サンプル又は間接的に照射された球表面からのいずれの直接的シグナルも測定しない（密閉したビーム集積器の場合）。ビーム集積器は、硫酸バリウムプレートによって覆われているなら、拡散した成分は別として、鏡面反射成分Tspec（λ）も測定シグナルにおいて含まれる。ヘイズは、式１にしたがって算出される。

偏光解析法
サンプルの屈折率及び被膜厚を決定するために、測定のため偏光解析法を用いた。この方法は、検査下でサンプル表面上に反射したとき、波の偏光状態における変化に基づく。
偏光状態における変化は、２つの複素フレネル反射率r_p及びr_sの指数ρによって説明される。これは、式

によって説明することができる（式は、偏光解析基本式としても知られる）。ここで、Ψは、垂直及び平行成分の振幅割合における変化を示し、Δは、反射の結果として2つの部分波長間の相差における変化を測定する。添え字のｓ及びｐは、入射レベルに対して垂直に及び平行に偏光した部分波長を表す。屈折率の決定は、R.M.A.Azzam、N.M.Bashara（偏光解析法及び偏光、North Holland, Amsterdam(1987)）にしたがって実行した。

もし適当な材料モデルが、被膜/基板システム用に明らかにされれば、その特性（透過性定数、被膜厚）が、複合反射率及び測定パラメーター（波長、入社角）と組み合わさり、その後、偏光状態における変化は、正確な指令が一連の重要な膜パラメータ上になされることを可能とする。サンプルの透過性定数の散乱は、標準パラメータ化ローレンツ振動器モデルを使用して説明された。電磁放射で励起したとき、これは、固体原子を有する柔軟なバンドを有する電子の振動作用を明確にする（A.Roseler, Infrared Spectroscopic Ellipsometry, Akademie-Verlag, Berlin(1991)参照）。屈折率ｎ又はｎ５５０は、λ＝550nｍの波長に関連して与えられ、±0.01内で正確である。

偏光解析用に、SENTECH instruments 社の分光学的ex-situ偏光解析器SE800が利用でき、いわゆる偏光-補償-サンプル-ステップ-スキャン-分析器（PCSSA）配置において機能する。

380〜850nmのスペクトル範囲で、55〜75°（Δ＝５°）において変化する入射角で実行される。モデルへ測定データを適合させるために、単一アルゴリズムによる数値方法を組み込んだAdvancedFitと呼ばれるSENTECH社からの市販の評価ソフトウェアパッケージを利用した。

図１は、本発明による透過性干渉被膜システムの断面側面図を示す。図1が示すように、透過性干渉被膜システム３は、主要成分がジルコニウム酸化物（ZrO₂）である高い屈折率を有する被膜１、及び主要成分がシリコン酸化物(SiO₂)である低い屈折率を有する被膜２からなる。高い屈折率を有する第一被膜１は透過性基板４の外部表面上に形成され、低屈折率を有する被膜２は、その後、この被膜上に形成される。さらに高及び低屈折率を有する被膜１、２は、その後互い違いに形成され、その結果所望の数の被膜１、２を有する重複配置が作られる。

符号の説明

１透過性被膜(第一被膜)
２第一被膜のものより低い屈折率を有する第二被膜
３透過性干渉被膜システム
４透過性基板

Claims

タンタル、及び／又はタンタル酸化物を有する群からの少なくとも１つの添加物とともにジルコニウム酸化物を含む透過性温度安定性被膜であって、被膜における全金属原子に比較して、被膜におけるTa原子の比率が、５〜３０％の範囲であることを特徴とする透過性温度安定性被膜。
被膜がジルコニウム酸化物及びタンタル酸化物をベースとするものであり、Ta原子の比率が、被膜における全金属原子数と比較して、５〜３０％、好ましくは１０〜２５％、更に好ましくは１５〜２０％であることを特徴とする請求項１記載の透過性被膜。
λ＝550nmでの被膜の屈折率が、ｎ＝２．１〜ｎ＝２．３、好ましくはｎ＝２．１３〜ｎ＝２．２８、より好ましくはｎ＝２．１５〜ｎ＝２．２５であることを特徴とする請求項１又は２項に記載の透過性被膜。
被膜が、オーブンで950℃15時間での熱処理後、透過性を維持するか、及び／又はλ＝550nmの波長で、ｎ＝2.1〜ｎ＝2.3、好ましくはｎ＝2.13〜ｎ＝2.28、より好ましくはｎ＝2.15〜ｎ＝2.25の屈折率を有することを特徴とする請求項１〜３項のいずれか1項に記載の透過性被膜。
400nmの被膜厚を有する被膜が、オーブン内で950℃で15時間の熱処理後、透過性を維持し、及び／又は、被膜について０nm〜25nm、特に５nm〜20nm、好ましくは、8nm〜18nm、更に好ましくは、12nm〜16nmのiHaze値、特に好ましくは≦15nmのiHaze値を有することを特徴とする請求項１〜４項のいずれか１項に記載の透過性被膜。
被膜が、本質的に非晶質であり、好ましくは非晶質であることを特徴とする請求項１〜５項のいずれか1項に記載の透過性被膜。
250〜5,000ｎm、好ましくは、380nm〜3,000nm、より好ましくは350nm〜2,500nm、最も好ましくは400〜2,000nmの透過性スペクトルの特定の波長範囲内での光の反射用透過性干渉被膜システムであって、被膜が、一又はいくつかの第一被膜と、該第一被膜の屈折率よりも低い屈折率をもつ一又はいくつかの第二被膜とを有し、これら第一及び第二ひまくは、基板或いは好ましくは透過性基板上に交互に配置され、前記一又はいくつかの第一被膜は、請求項１〜６のいずれか1項に記載のように形成されることを特徴とする透過性干渉被膜システム。
第２被膜について波長λ＝550ｎmで屈折率がn＝1.32〜ｎ＝2.0、好ましくは、ｎ＝1.35〜ｎ＝1.80、最も好ましくはｎ＝1.44〜ｎ＝1.75であることを特徴とする請求項７記載の透過性干渉被膜システム。
請求項１〜８のいずれか1項に記載の透過性被膜及び／又は透過性干渉被膜システムを有する高圧ガス強度放電ランプであって、前記透過性被膜及び／又は透過性干渉被膜システムがバルブの内側及び／又は外側上へ具備されることを特徴とするランプ。
本体を被覆するための請求項１〜８のいずれか1項に記載の透過性被膜の使用方法であって、本体が、ビーム形成装置、ビーム分配装置、光ファイバー部品、照明手段、特にランプ、ランプハウジング、ガスセンサ、ガラス、特に、耐熱性ガラス、プラスチック、透過性エレメント、フィルター、レンズ、ミラー、レーザーミラー、特に透過性フィルターシステム、ホットミラー、コールドミラー、反射防止システム、帯域通過フィルター、エッジフィルター、低反射率(Low-e)ガラス、及び／又は電気用途用本体、例えば、電気部品、特に拡散障壁、及び／又はキャパシタエレメントからなる群から選択されることを特徴とする使用方法。
請求項１〜８項のいずれか1項に記載のタンタル及び／又はタンタル酸化物からなる群からの少なくとも１つの添加物を有するジルコニウム酸化物からなる温度安定性透過性被膜を製造する方法であり、ジルコニウム酸化物からなる被膜が、気相堆積、特に、スパッタリングによって、20〜300℃の堆積温度で少なくとも１つのターゲットから堆積し、当該ターゲットが、定義可能な酸素分圧ｐで被膜されるべき基板表面上のジルコニウム、ジルコニウム酸化物、タンタル及び／又はタンタル酸化物を有する群から選択されることを特徴とする
温度安定性透過性被膜の製造方法。