JP2017525852A - 部分吸収性層を有する二重層系ならびに該層の製造方法および該層の製造のためのスパッタリングターゲット - Google Patents
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Abstract
Description
吸光性層系は、様々な用途のために、例えば太陽熱用途の太陽熱吸収層または液晶ディスプレイに関連する、いわゆる「ブラックマトリックス」層として使用される。
先に論じた理由から、可視スペクトル領域で高い吸収と低い反射を示すとともに、毒性物質を発生せず、かつ粒子残留物なくして簡単な希酸を使用してエッチングすることができる層構造体が所望されている。金属製の複層体または積層体は、上述の理由からこの要件を満たさない。
該層系に関して、前記課題は、冒頭に挙げた種類の層系から出発して、本発明によれば、前記被覆層が、550nmの波長で0.7未満の吸収係数κを有するとともに、30nmから55nmまでの範囲の厚さを有する部分吸光性層として形成されていることによって解決される。
n・κ=k
が当てはまり、ここで、kは消光係数であり、該消光係数は、更に複素屈折率
N=n+i・k
に取り込まれ、その消光係数を用いて減衰の寄与は該層の屈折率における虚数部によって考慮される。
上述の課題は、スパッタリングターゲットに関して、特に本発明による層系の部分吸収性層の製造のためのスパッタリングターゲットに関しては、本発明によれば、該スパッタリングターゲットが、第一の金属Me1および第二の金属Me2を含有するターゲット材料からなり、ここで該第一の金属Me1がスズ、亜鉛、インジウムまたはこれらの物質の混合物からなるグループ1から選択されるとともに、酸化物、酸窒化物、化学量論組成を下回る酸化物または化学量論組成を下回る酸窒化物の形で存在し、かつ該第二の金属Me2が、Mo、Wまたはこれらの金属を少なくとも50質量%含有する該物質の合金からなるグループ2から選択されることによって解決される。
R[%]=100×質量増分/強熱された試料の酸素の全質量
のように決定される。
R[%]=100×ΔM/化学量論的酸素量。
上述の課題は、冒頭に挙げた種類の方法から出発する層系の製造方法に関して、本発明によれば、被覆層として部分吸光性層を堆積させ、層厚を30nmから55nmまでの範囲に調整するとともに、吸光係数κを550nmの波長で0.7未満に調整することによって解決される。
以下に、本発明を特許図面および実施例に基づき詳細に説明する。
層厚測定
層厚測定は、スタイラス型のプロフィルメーター(Ambios Technology XP−200)によって行った。試料準備のために、基板の一部をカプトンテープで覆った。相応して覆われた領域にはスパッタリングはされなかった。覆いを取り外した後に、層厚を、被覆された領域と被覆されていない領域との間に生じた段で測定した。
該吸収係数は、物質における電磁線の減衰についての尺度であり、分光計(Perkin Elmer Lambda900/950)によって測定した。その場合に、透過率および反射率の測定値は、10nmのステップ幅で380nm〜780nmの波長範囲において複層を一体的に測定する。
反射率Rv,effは、向きを持った反射として測定した。拡散反射された光は、考慮に入れない(すなわち積分球なし)。測定のために、分光計Parkin Elmer Lambda35を使用した。較正は、製造元によって検定されたAl試料から既知の反射によって行われる。
組成物の色、例えば該組成物が施与されて層構造となった後の色は、国際規格EN ISO 11664−4によるCIE L*a*b*色空間の色値によって定義されている。色値測定は、Konica Minolta社製の分光光度計CM−700d(Konica Minolta Sensing Europe B.V.社製)を用いてCIE L*a*b*色空間系において実施した。同梱された黒色参照および白色参照(「ブラックホール(black hole)」および白色セラミック板)による較正の後に測定を実施した。その場合に、該分光光度計を、乾燥および焼成された層上に位置づけした。それぞれ5回の測定を実施し、引き続き算術平均値を取った。
使用された粉末の粒度を、レーザ回折によって装置CLIAS 990により測定した。試料を、蒸留水および0.1質量%のピロリン酸ナトリウム中で30秒間にわたり超音波を用いて分散させ、引き続き測定した。評価のためにFraunhofer法を用いた。その場合に、d50値を粒子の体積に対して測定した。その値は、粒子の50%がこの値より小さい粒度を特徴付けている。
ターゲットから試料を取り、正確に秤量した量を適切な酸、例えばHClおよびHF中に溶かした。その溶液を、ICP OESによって調査し、金属の含有量を測定した。次いで、こうして測定された金属含有量から、完全酸化物試料の理論上の重さを算出した。このためには、その都度の最も安定な酸化物(例えば、ZnO、Nb2O5、TiO2、MoO3、W2O3、Al2O3、Ta2O5)の化学量論的酸素の相応量(化学量論的酸素量)を、その都度の金属の重さに加えた。その際、試料の実際の重さとの差(ΔM)が、試料の酸素欠乏を表し、その酸素欠乏は、還元度Rへと換算することができる:R[%]=100×ΔM/化学量論的酸素量。
発光分光分析用のVarian社のVista−MPXとICPエキスパートソフトウェア(Varian社)を使用した。まず、金属用のそれぞれ2つの較正試料を、既知の金属含有量(例えば1000mg/l)を有する王水マトリックス(濃塩酸および濃硝酸、3:1の比率)中の標準溶液から製造する。ICP装置のパラメーターは、以下の通りであった:
出力 1.25kW
プラズマガス: 15.0l/分(アルゴン)
補助ガス: 1.50l/分(アルゴン)
スプレーガス圧: 220kPa(アルゴン)
繰り返し: 20秒
安定化時間: 45秒
観察高さ: 10mm
試料吸い込み: 45秒
すすぎ時間: 10秒
ポンプ速度: 20rpm
繰り返し: 3回。
密度は、いわゆる浮力法(buoyancy method)に従って測定する。このためには、試料を空気中と水中で秤量し、体積はノギス(精度0.2mm)で測定する。相対密度(%)は、測定された密度/理論密度×100である。理論密度は、基準品の表から得られる。
試料を、Stoe社の二軸ゴニオメーターStadi Pによって透過モードで、X線CuKα1によって10°〜105°の2θの間でステップ幅0.03°で照射し、回折図を作製した。規則性を欠いた格子間隔は、X線の拡散回折をもたらし、ハローがブロードに現れ、シャープな回折線または反射は確認できない。その試料の材料はX線非晶質である。
mは、質量であり、Vは、体積である。
理論密度は、質量/体積である。
体積%=質量n/密度n/(質量1/密度1+質量n/密度n)。
第1表に列挙された成分(体積%)に相当する粉末混合物から出発して、ホットプレスを介して、75mmの直径を有する平坦な円形のスパッタリングターゲットを製造した。そのために、純度3N5の100μm未満の平均粒度を有する粉末成分をローラー台上で混合した。金属成分(黒色化成分K2)のために、50μm未満または10μm未満の特に小さい平均粒度を有する粉末も選択的に使用した。基礎成分K1および添加成分K3を作製するために、化学量論的酸化物を使用した。それでもやはり、成分K2の金属含有量のため、1μΩ・cm未満の比導電率を有する十分に導電性のターゲットが得られた。選択的に、使用可能であれば、完全酸化物系の添加成分K3の代わりに、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化バナジウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムおよび/または酸化アルミニウムといった、数パーセントから20%までの酸素欠乏を有する少し化学量論組成を下回る酸化物を使用することもできる。その際、この酸素欠乏は、全金属含有量または還元度を計算する場合にともに考慮せねばならない。
前記スパッタリングターゲットから、アルゴンからなるスパッタリング雰囲気中でのDCスパッタリングによって125nm厚の層をガラス基板上に(試料1〜9)、または金属電極上に(試料10〜12)堆積させた。
残留ガス圧:2×10-6mbar
プロセス圧:200sccmのアルゴンで3×10-3mbar
比陰極出力:5W/cm2。
以下で、本発明による層系に関する実施例1〜4を記載する。これらの層系は、550nmの波長で0.7未満の、有利には0.4〜0.69の範囲の吸収係数κを有する部分吸収性層を特徴とする。更に、これらの層は、5%未満の、有利には2%未満の実効視感反射率Rv,effを示す。その場合に、反射測定は、ガラス基板(図1における符号(3))を通じて行った。従って、二重層系の実効視感反射率Rv,effの測定のために、ガラス表面での4%の反射を全反射から差し引かねばならない。例えば透明なシートのような別の透明媒体が、部分吸収性層と空気との間の中間層であることも好ましい。これらの媒体は、通常は1.4から2.0までの屈折率(550nmの測定波長で)を有する。
部分吸収性層S1: 40 Nb2O5、47 ZnO、13 Mo
層系: ガラス/S1(厚さ:42.5nm)/Mo(厚さ:40nm)。
部分吸収性層S2: 30 Nb2O5、54 ZnO、16 Mo
層系: ガラス/S2(45nm)/Mo(40nm)。
部分吸収性層S1: 40 Nb2O5、47 ZnO、13 Mo
層系: ガラス/S1(40nm)/Cu(100nm)。
部分吸収性層S2: 30 Nb2O5、54 ZnO、16 Mo
層系: ガラス/S2(35nm)/Cu(100nm)。
部分吸収性層S3: 34 Nb2O5、53 ZnO、13 Mo
層系: ガラス/Mo(30nm)/S3(43nm)。
部分吸収性層S3: 84 ZnO、16 Mo
層系: ガラス/Al(130nm)/S3(40nm)。
部分吸収性層S3: 84 ZnO、16 Mo
層系: ガラス/Cu(250nm)/S3(40nm)
層厚 40nm;Rv=3.7%。
部分吸収性層S3: 40 Nb2O5、35 ZnO、25 Mo
層系: ガラス/Mo(30nm)/S3(50nm)
Rv=23%。
Claims (23)
- 観測者とは反対側の金属層および該観測者側の被覆層からの二重層系であって、前記被覆層は、部分吸光性層として形成されており、該部分吸光性層は、30nmから55nmまでの範囲の厚さを有し、かつ550nmの波長で0.7未満の吸収係数κを有することを特徴とする二重層系。
- 前記吸収係数κは、0.4から0.69の間の範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の二重層系。
- 前記部分吸光性層は、2.6から2.95までの範囲の屈折率を有することを特徴とする、請求項1に記載の二重層系。
- 前記部分吸光性層は、屈折率nが1.4から2.0までの範囲にある透明基板と接触していることと、該透明基板を見る観測者に対する実効視感反射率Rv,effは、5%未満であり、有利には2%未満であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の二重層系。
- 前記部分吸光性層は、屈折率nが0.7から1.4までの範囲にある透明媒体と接触していることと、該媒体を通じて前記部分吸光性層を見る観測者に対する実効視感反射率Rv,effは、7%未満であり、有利には4%未満であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の二重層系。
- EN ISO 11664−4により測定されるCIE L*a*b*色空間における反射光の色は、−2<a*<6および−9<b*<5の範囲にあることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の二重層系。
- 前記部分吸光性層は、化学量論組成を下回る酸素含有量を有する酸化物系または酸窒化物系の層材料と任意の金属成分とからなり、前記層材料は、第一の金属Me1および第二の金属Me2を含有し、ここで、該第一の金属Me1は、該第二の金属Me2よりも高い酸素親和性を有することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の二重層系。
- 前記層材料は、第二の金属Me2を、金属相において、化学量論組成を下回る酸化物として、および/または化学量論組成を下回る酸窒化物として含有することと、前記第二の金属Me2は、Mo、Wおよびこれらの物質の混合物からなるグループ2から選択されることを特徴とする、請求項6に記載の二重層系。
- 化学量論組成を下回って存在する酸素を全体として計算上、完全酸化物相に組み込むと、金属相における第二の金属Me2につき、層材料中に10体積%から20体積%までの範囲の割合が導き出されることを特徴とする、請求項7に記載の二重層系。
- 前記層材料は、第一の金属Me1を酸化物相または酸窒化物相において含有することと、該第一の金属Me1は、亜鉛、スズ、インジウムおよびこれらの物質の混合物からなるグループ1から選択されることを特徴とする、請求項6から8までのいずれか1項に記載の二重層系。
- 前記層材料は、第三の金属Me3を含有し、該金属は、ニオブ、ハフニウム、チタン、タンタル、バナジウム、イットリウム、ジルコニウム、アルミニウムおよびこれらの物質の混合物の酸化物または酸窒化物からなるグループ3から選択される、酸化物、化学量論組成を下回る酸化物または化学量論組成を下回る酸窒化物として存在することを特徴とする、請求項6から9までのいずれか1項に記載の二重層系。
- 前記金属Me3の割合は、0体積%から50体積%までの範囲、有利には2体積%から45体積%までの範囲、特に有利には5体積%から40体積%までの範囲にあることを特徴とする、請求項10に記載の二重層系。
- 前記金属層は、Al、Ag、Cu、Mo、Ni、Tiまたはそれらの合金のグループから選択される金属を基礎とすることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載の二重層系。
- 前記部分吸収性層は、X線非晶質であることを特徴とする、請求項1から13までのいずれか1項に記載の二重層系。
- 請求項1から13までのいずれか1項に記載の層系の部分吸光性層の製造方法であって、希ガスと任意に酸素および/または窒素の形の反応性ガスとを含有するスパッタリング雰囲気中でのスパッタリングターゲットのDCスパッタリングまたはMFスパッタリングによって、吸光性被覆層を、第一の度合いの酸素欠乏を有する化学量論組成を下回る酸化物または化学量論組成を下回る酸窒化物を含むターゲット材料から構成されるスパッタリングターゲットを使用しつつ堆積させるにあたり、その堆積は、前記被覆層が、前記第一の度合いの酸素欠乏と(前記第一の度合いの酸素欠乏に対して)最大±25%だけ異なる第二の度合いの酸素欠乏を有する化学量論組成を下回る酸化物または化学量論組成を下回る酸窒化物を含む層材料から得られるようにして行われる製造方法において、被覆層として、部分吸光性層を堆積し、該部分吸光性層の層厚を、30nmから55nmまでの範囲の値に調整し、かつ該部分吸光性層の吸収係数κを、550nmの波長で0.7未満に調整することを特徴とする製造方法。
- 前記吸収係数κを、0.4から0.69までの範囲の値に調整することを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 請求項1から14までのいずれか1項に記載の層系の部分吸光性層の製造のためのスパッタリングターゲットであって、該スパッタリングターゲットが、第一の金属Me1および第二の金属Me2を含有するターゲット材料からなり、ここで、該第一の金属Me1がスズ、亜鉛、インジウムまたはこれらの物質の混合物からなるグループ1から選択されるとともに、酸化物、酸窒化物、化学量論組成を下回る酸化物または化学量論組成を下回る酸窒化物の形で存在し、かつ該第二の金属Me2が、Mo、Wまたはこれらの金属を少なくとも50質量%含有する該物質の合金からなるグループ2から選択されることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 前記ターゲット材料は、ニオブ、ハフニウム、チタン、タンタル、バナジウム、イットリウム、ジルコニウム、アルミニウムおよびこれらの物質の混合物からなるグループ3から選択される第三の金属Me3を含有し、該金属は、酸化物、化学量論組成を下回る酸化物または化学量論組成を下回る酸窒化物として存在することを特徴とする、請求項17に記載のスパッタリングターゲット。
- 前記グループ2の金属は、10体積%から20体積%の間の割合で含まれていることを特徴とする、請求項17または18に記載のスパッタリングターゲット。
- 前記グループ3の酸化物、化学量論組成を下回る酸化物または化学量論組成を下回る酸窒化物の含有量は、0体積%から50体積%までの範囲、有利には10体積%から45体積%までの範囲、特に有利には25体積%から40体積%までの範囲にあることを特徴とする、請求項18または19に記載のスパッタリングターゲット。
- 前記ターゲット材料は、理論密度の95%より高い密度および500質量ppm未満の不純物の含有量を有し、かつ酸化物系ターゲット材料において、化学量論組成を下回って存在する酸素を全体として完全酸化物相に組み込むと、金属相における第二の金属Me2の割合として計算上、10体積%から20体積%までの範囲で導き出される還元度を有することを特徴とする、請求項17から20までのいずれか1項に記載のスパッタリングターゲット。
- 100μm未満のd50値を有する粉末からの焼結生成物として存在し、ここで前記第二の金属Me2は、50μm未満の、好ましくは10μm未満のd50値を有する粉末として存在することを特徴とする、請求項17から21までのいずれか1項に記載のスパッタリングターゲット。
- 前記ターゲット材料は、各1gの5つの試料の組成がどの物質とも(該物質の最大含有量に対して)±5%未満の標準偏差しか有さないという点で均質な組成の、ターゲット材料を形成する物質を有するだけでなく、各1gの5つの試料の還元度が±5%未満の還元度の標準偏差しか有さないという点で均質な還元度を有することを特徴とする、請求項17から22までのいずれか1項に記載のスパッタリングターゲット。
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