JP4713462B2 - ルチル構造を有する透明チタン酸化物被膜の製造方法 - Google Patents
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Description
n=2.3〜n=2.75、好ましくはn=2.4〜n=2.70、より好ましくはn=2.5〜n=2.65の屈折率を有しているか、或いは
・ 800℃とした炉内で15時間アニール処理を行った後に、透明のままに維持されるか若しくはn=2.3〜n=2.75、好ましくはn=2.4〜n=2.70、より好ましくはn=2.5〜n=2.65の屈折率を有しているか、又はこれらの双方に該当しているか、或いは
・ これらを任意に組み合わせた被膜により達成される。
本発明により使用することができるチタンターゲットは、純粋なチタンから形成するのが好ましい。2種の異なる金属ターゲット、1種以上の金属合金ターゲット、及びセラミック酸化物ターゲットのいずれからも混合酸化物層をスパッタリングすることができる。一般に、スパッタリング処理は酸素/アルゴン雰囲気中で実施する。
本発明の更なる有利な例は、特許請求の範囲の従属項に記載してある。
・ n=2.4〜n=2.70であるのが好ましくn=2.5〜n=2.65であるのがより好ましいn=2.3〜n=2.75の屈折率を有するか、或いは、
・ 800℃とした炉内で15時間アニール処理を行った後に透明のままに維持されているか若しくはn=2.4〜n=2.70であるのが好ましくn=2.5〜n=2.65であるのがより好ましいn=2.3〜n=2.75の屈折率を有しているか、又はこれらの双方に該当しているか、或いは
・ これらを任意に組み合わせたものとする。
研究の結果、本発明の目的は、層の製造中の処理パラメータを適切に選択することにより達成しうることを確かめた。実施例でより詳細に説明するように、ルチル構造を有する被膜従って屈折率の高い被膜は、例えば50℃〜300℃の堆積温度で、エキタキシャル成長層の同時ターゲットイオン衝撃処理を行うことにより得ることができる。
コーティング処理中には、基板を、例えば300℃まで、特に230℃〜270℃の温度まで加熱することができる。
スパッタリングのパワー密度は、使用するターゲット領域に対して標準化された結合処理パワーとして規定される。
他の用途は、前述したようにフィルタ、レンズ、ミラー、光ファイバ部材等のような光学素子の被膜である。
多層被膜の光学的特性は特有なものである。このような多層被膜自体も既知であるが、本発明の例は、上述した方法により、表面に対し徐々に且つ比較的低い温度で被着させたルチルから構成された少なくとも1つの層を設けたものに関するものである。
これらの双方の場合について、測定装置の測定出力を、情報技術によりスパッタリング装置の制御と連結させる。
図1は、スパッタリング装置10の原理を示す線図である。高屈折率のチタン二酸化物層を、調和励起反応式二重マグネトロンスパッタリング法を用いて、f=40kHzの励起周波数で形成する。488mm×88mmの寸法を有する、チタンから形成した2つの金属マグネトロンターゲット1及び2を、端を突き合わせて見て互いに20°の角度になるよう配置し、使用するスパッタリング法により同時に溶解させる。それぞれの場合のターゲット当りの処理持続時間は25μsとする。反応性ガスとして酸素を制御しながら加えることにより、図1に示す基板3上に透明酸化フィルムが形成される。酸素分圧はPO2=8MPaにし、全圧は150MPaにする。結合処理パワーは、5〜5.5kWの範囲内にした。堆積する層厚は、約df =400nmにした。使用する石英ガラス基板の寸法は、50mm×50mmにした。図示する平坦基板の代わりに、基板としてランプ容器又は照明用のハウジングを準備して、その後これに本発明に従いコーティング処理を行うこともできる。
T=23℃(周囲温度)
気圧=実験室の空気圧(常圧)
・アニール処理
常圧の実験室の空気中でアニール処理を行う。アニール処理時間はそれぞれの場合に対して15時間とする。
・X線回折
相の組成及び粒子寸法に関する情報を得るために、Siemens 社の型番D5000の回折装置を用いてX線回折測定を行った。この場合、モノクロメータのないBragg-Brentano型の回折装置を(θ‐2θ)法で使用した。発生するCuKβ線を、Niフィルタにより抑圧した。
放射源としてCuKα線管を用いた。代表的な測定パラメータは、ステップサイズ:2θ=0.02°、積分時間:Δt=1sとした。ビーム電位は、30mAのビーム電流において40kVにした。
相の割り当てに対しては、測定用ソフトウェアに組み込まれているSiemens 社のソフトウェアを使用した。
・ヘーズ
試料の散乱レベルの定量化は、“へーズ(Haze)”と称されるパラメータの測定に基づいて行った。この測定方法では、分光光度計を用いて、透過電磁放射の拡散的散乱成分を測定し、これを全透過強度(Ttotal=Tspec+Tdiffus)に対して標準化する。従って、透過放射のへーズは、0〜1の範囲の値であり次式(1)として定義される。
測定は、Varian社の型番Cary 5E の分光光度計により350〜800nmのスペクトル範囲の非偏光を用いて行った。この目的で拡散的透過成分Tdiffus(λ)を測定するために、ウルブリヒト球(積分球)(測定領域の寸法:10×10mm)を利用することができた。
試料の屈折率及び層厚を測定するために偏光解析測定法を利用した。この方法は、試験中の試料表面上で波が反射した際にその偏光状態が変化することに基づくものである。偏光状態の変化は2つの複合フレネル反射係数rp 及びrs の商ρにより表される。これは、偏光解析の基本方程式とも称される次式(3)により示すことができる。
ここで、Ψは、垂直及び平行成分の振幅比の変化を表し、Δは、反射による2つの部分波間の位相差の変化を表すものである。添字のs及びpは、それぞれ入射面に対して垂直及び平行に偏光した部分波を示す記号である。屈折率は、R.M.A. Azzam氏、N.M. Bashara氏著“Ellipsometry and polarized light”(アムステルダムのNorth Holland社出版(1987))に記載された方法により測定した。
特定の屈折率n及びn550 は、波長λ=550nmに関するもので、±0.01の精度で与えられる。
Claims (8)
- 熱安定性の透明被膜において、
ルチル構造を具えるチタン酸化物を有し、
この被膜が、550nmの波長において、n=2.65〜n=2.75の屈折率を有しているか、及び/又は、800℃とした炉内で15時間アニール処理を行った後に、透明のままに維持されているか及び/又はn=2.65〜n=2.75の屈折率を有しており、
酸素分圧を有する雰囲気中で、スパッタリングにより、20〜300℃の堆積温度で、チタンターゲットから、イオンスパッタリングのパワー密度を9〜15W/cm2 ,特に好ましくは11〜12W/cm2 として製造されたことを特徴とする透明被膜。 - 請求項1に記載の透明被膜において、
この透明被膜が、ルチル構造を具え且つ400nmの層厚を有し、800℃とした炉内で15時間アニール処理を行った後に透明に維持されており、20nm〜70nmであるのが好ましく、30nm〜60nmであるのがより好ましく、40nm〜50nmであるのが最も好ましい0nm〜80nmのiHaze値を有することを特徴とする透明被膜。 - 請求項1又は2に記載の透明被膜において、
この透明被膜が、ほぼ非晶質であることを特徴とする透明被膜。 - 350〜2500nmとするのが好ましく、400〜2000nmとするのがより好ましく、420〜1500nmとするのが特に好ましい250〜5000nmの透過スペクトル波長範囲内の光を反射する透明干渉層であって、この透明干渉層が、1層以上の第1の層と、この1層以上の第1の層より屈折率の低い1層以上の第2の層とを有し、これらの第1及び第2の層が、透明基板とするのが好ましい基板上に交互に重ね合せて配置されている当該透明干渉層において、
前記1層以上の第1の層が、請求項1〜3のいずれか一項に記載するように設計されていることを特徴とする透明干渉層。 - 請求項4に記載の透明干渉層において、
前記1層以上の第2の層に対して、λ=550nmの波長における屈折率が、n=1.35〜n=1.80であるのが好ましく、n=1.44〜n=1.75であるのがより好ましいn=1.32〜n=2.0であることを特徴とする透明干渉層。 - ルチル構造を具えるチタン酸化物を有する熱安定性の高屈折率で透明な被膜の製造方法において、
チタン酸化物を有する被膜を、コーティングすべき基板表面上に酸素分圧を有する雰囲気中で、スパッタリングにより、20〜300℃の堆積温度で、チタンターゲットから堆積してルチル構造を得る段階を有し、この段階においてイオンスパッタリングのパワー密度を9〜15W/cm2 ,特に好ましくは11〜12W/cm2 とすることを特徴とする透明被膜の製造方法。 - 請求項6に記載の透明被膜の製造方法において、
前記酸素分圧を、10mPa以下とするのが好ましく、6〜10mPaとするのがより好ましく、8mPa以下とするのが特に好ましい100mPa以下とすることを特徴とする透明被膜の製造方法。 - 請求項6又は7に記載の透明被膜の製造方法において、
製造処理中、製造された層を、少なくとも無作為に抽出することにより、ラマン分光法及びX線分光法の双方又はいずれか一方により、構造及び層厚の再現性の観点で試験することを特徴とする透明被膜の製造方法。
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