JP2669120B2 - 二酸化ケイ素を主成分とする膜を形成する方法 - Google Patents

二酸化ケイ素を主成分とする膜を形成する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、二酸化ケイ素を主成分とする透明薄膜をス
パッタリング法で形成する方法に関するものである。
[従来の技術] 従来、低屈折率を有する透明薄膜として、二酸化ケイ
素、フッ化マグネシウムなどが知られている。これら
は、真空蒸着法や塗布法等で成膜できる。しかし、これ
ら成膜法は、大面積の基板上への成膜は困難であり、建
築用ガラスや自動車用ガラス等の大面積の成膜が必要な
ところには対応できなかった。ところで、大面積の成膜
には、直流スパッタリング法が最適であるが、低屈折率
を有する透明薄膜を提供する適当なターゲット材がな
く、大面積成膜の可能な直流スパッタリング法を用い
て、所望の薄膜を得ることはできなかった。
たとえば、二酸化ケイ素薄膜を直流スパッタリング法
で成膜するには、導電性を有するSiターゲットを酸素を
含む雰囲気で反応スパッタリングして、二酸化ケイ素薄
膜を形成する方法が考えられるが、Siターゲットはスパ
ッタリング中に表面が酸化されて導電性が低下し、スパ
ッタリングを安定的に持続させることができなかった。
また、成膜された二酸化ケイ素薄膜は、アルカリ性に対
して弱いという欠点も持っていた。
[発明の解決しようとする課題] 本発明は、従来のSiターゲットが有していた前述の欠
点を解決するものであり、大面積成膜の可能な直流スパ
ッタリング法で、二酸化ケイ素を主成分とする酸化物透
明薄膜を形成する方法の提供を目的とする。さらに、二
酸化ケイ素薄膜が有していた低耐アルカリ性を解消しよ
うとするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、Siを主成分とする非酸化物ターゲットであ
って、Zr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,Sn,La,Crのうち1種以上を
Siとの総量に対して4原子%以上の割合で含むターゲッ
トを用いて、酸素を含む雰囲気中で、直流スパッタリン
グ法によって二酸化ケイ素を主成分とする膜を形成する
方法を提供する。
本発明において、Zr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,Sn,La,Cr等の
合計含有量は、Siとの総量に対して4原子%〜35原子%
が好ましい。
Zr等の含有量が4原子%より小さいとターゲットの表
面酸化により、安定的にスパッタリングすることが困難
であり、成膜した薄膜(たとえばSi−Zr−O系)の耐ア
ルカリ性が悪い。
Zr等の含有量が35原子%より大きいと成膜した薄膜の
屈折率が高くなるので、低屈折率膜を形成したい場合に
は、好ましくない。
特に4原子%〜15原子%とすることが、成膜した薄膜
の屈折率が1.6以下と非常に低いという理由から、屈折
率が1.6以下の低屈折率膜を形成したい場合には、、望
ましい。
本発明のターゲットを用いて、Arと酸素の混合雰囲気
中で1×10-3〜1×10-2Torr程度の真空中でスパッタリ
ングすると均一な膜を製膜できる。本発明のターゲット
は、導電性があり、しかもスパッタリング中にターゲッ
トの表面酸化が少ないため、直流スパッタリング法を用
いて成膜でき、大面積にわたり均一な膜を高速で成膜で
きる。
本発明において用いるターゲットは、たとえば次のよ
うな方法で作成できる。たとえばSi−Zn系ターゲットの
場合、ケイ化ジルコニウム粉末、又は金属ケイ素、金属
ジルコニウム、ケイ化ジルコニウム、のうち2種類以上
の混合粉末を、高温高圧プレスする、又は、高圧プレス
する、又は、高圧プレスした後焼成する、ことにより、
本発明において用いるターゲットが形成される。この場
合、粉末の粒度は0.05μm〜40μmが適当である。
なお、前述のターゲットに、鉄、アルミニウム、マグ
ネシウム、カルシウム、イットリウム、マンガン、水素
を総量3重量%以下含んでいてもよく、炭素は製膜中に
CO2となって消えてしまうので、炭素を20重量%以下含
んでいてもよい。さらに、不純物程度の銅、バナジウ
ム、コバルト、ロジウム、イリジウム等を混入しても支
障ない。
表1には、各種非酸化物ターゲットを用いてArとO2
混合雰囲気中で反応性直流スパッタリングを行って成膜
した膜の性質を示す。表1には、参考のため他のターゲ
ットを用いて反応性RFスパッタリングによって成膜した
場合のいくつかの例を合わせて示す。各種ターゲットを
用いて成膜した膜は、そのターゲット中のSiに対するZr
等の構成物質の組成比は膜中でもほぼ保たれていた。
表1において、膜の耐アルカリ性については、0.1N N
aOH中に室温で240時間浸漬した結果、浸漬前に対する膜
厚の変化率が10%以内のものを○、膜が溶解してしまっ
たものを×とした。
フロート法によるソーダライムガラス板を基板として
膜厚1000Åに成膜して、評価用サンプルとした。膜厚は
成膜時にマスクによりつくった段差をタリステップ法で
測定して求めた。
耐酸性については、0.1N H2SO4水溶液中に室温で240
時間浸漬した結果、浸漬前に対する膜厚の変化率が10%
以内のものを○とした。耐水性については、1気圧下、
100℃の蒸留水中に2時間浸漬した後、膜厚の浸漬前に
対する変化率が10%以内のものを○とした。
表1に示すように、本発明の方法で成膜した酸化物膜
の屈折率は1.47〜1.74と、比較例1〜4に示すようなタ
ーゲットを用いた酸化物膜に比べ非常に小さく、実施例
3,4,6,8に示すようにSiが90原子%以上のものは、屈折
率が1.5以下であり、SiO2膜とほとんど同じ屈折率を有
していた。しかも、本発明の方法で成膜した膜は、耐ア
ルカリ性も優れていた。
さらに、比較例5で成膜したSiO2膜と実施例3で成膜
した10Zr−90SiOX膜の硬度及び内部応力を測定した。
硬度は上記膜を1000Åの膜厚において、島津製作所製
ダイナミック超微粒子硬度計(荷重1g,圧子先端角度11
5,DH115)で測ったところ相対値で比較例5のSiO2膜が4
99であったのに対し、実施例3の10Zr−90SiOX膜は614
と、非常に硬いことがわかった。また、内部応力につい
ては、比較例5のSiOX膜が1010dyn/cm2台であったのに
対し、実施例3の10Zr−90SiOX膜は109dyn/cm2以下で、
非常に内部応力が小さいことがわかった。
[作 用] 本発明において用いる非酸化物ターゲットにおいて、
ターゲット中のZr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,La,Crは、大部分
ケイ素化合物として、また、SnはSi−Sn合金として存在
し、Siに比べ酸素に対する活性が小さいため、酸化され
にくく、ターゲットの表面酸化による導電性の低下を抑
制するように働くと考えられる。
[発明の効果] 本発明の方法を用いることにより、低屈折率で耐アル
カリ性に優れた透明薄膜を大面積にわたり高速で安定的
に提供できる。高屈折率の酸化物透明薄膜との組合せに
より、薄膜の光学設計を容易にすることができる。
また、本発明より得られる低屈折率膜は、化学的安定
性を有するので、各種物品のオーバーコートとして用い
ることができる。たとえば、建築用や車両等の熱線反射
ガラス、バーコードリーダーの読取部の保護板等や、反
射防止膜、眼鏡用レンズなどの最外層に最適である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Siを主成分とする非酸化物ターゲットであ
    って、Zr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,Sn,La,Crのうち1種以上を
    Siとの総量に対して4原子%以上の割合で含むターゲッ
    トを用いて、酸素を含む雰囲気中で、直流スパッタリン
    グ法によって二酸化ケイ素を主成分とする膜を形成する
    方法。
  2. 【請求項2】前記非酸化物ターゲットが、Zr,Ti,Ta,Hf,
    Mo,W,Nb,Sn,La,Crのうち1種以上をSiとの総量に対して
    4〜35原子%の割合で含むターゲットである請求項1の
    二酸化ケイ素を主成分とする膜を形成する方法。
  3. 【請求項3】前記非酸化物ターゲットが、Zr,Ti,Ta,Hf,
    Mo,W,Nb,Sn,La,Crのうち1種以上をSiとの総量に対して
    4〜15原子%の割合で含むターゲットである請求項1の
    二酸化ケイ素を主成分とする膜を形成する方法。
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