JPH02102036A

JPH02102036A - 光学膜を被覆した物品

Info

Publication number: JPH02102036A
Application number: JP63255595A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hanada; 良幸花田; Hidemi Nakai; 日出海中井; Takashi Muromachi; 隆室町; Atsushi Kawaguchi; 淳川口
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1990-04-13
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JP2697000B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、透明基体上に薄膜を形成した物品に関し、特
に直流スパッタリング法によって、大きな透明基体上に
膜厚を均一に、被覆することが可能な、金属珪酸化物膜
を用いた光学膜を被覆した物品に関する。

〔従来の技術〕

光学膜を被覆した物品は、その機能により非常に多くの
種類があり、その膜構成は様々であるが、高屈折率膜と
低屈折率膜を交互に積層したものを用いることが多い。

例えば、透明基体表面の反射を低減する反射防止膜は、
第５図に示す高屈折率膜１　　（ＺｒＯ□など）と低屈
折率膜４　　（ＭｇＦｚなど）を透明基体３の上に積層
した４層構成のものがデイスプレィ用を始めとして広く
用いられている。また、可視光を透過し、近赤外波長域
の熱線を反射するコールドフィルターも、第６図に示す
ように高屈折率膜１　　（ＴｉＯ□など）と低屈折率膜
４　（ＳｉＯ□など）を透明基体３の上に繰り返し積層
した膜構成になっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、これらの光学膜を被覆した物品は比較的膜の被覆
面積が小さかったので、真空蒸着法によって作成するこ
とができた。例えばデイスプレィ用反射防止膜の寸法は
、最も良く用いられる１４インチおよび２０インチデイ
スプレィで、それぞれ約２４０Ｘ３１０ｍｍ、３５０Ｘ
４６０鶴である。

また、複写機用コールドフィルターで、約３００×３０
鶴である。しかし真空蒸着法においては、より面積の大
きい基板、例えば今後普及すると予想される５０インチ
（約８００Ｘ１２００龍）以上のデイスプレィや１５０
０　Ｘ　１０００　ｍｍもある乗用車の窓ガラスに対し
て、膜厚の均一性を確保することが難しいという問題が
あった。

一方、建築物の窓ガラスのように寸法がたとえば２４０
０　Ｘ　３６００　＊＊＊にもなる大面積の透明基体へ
の光学膜の被覆方法として、直流スパッタリング法が用
いられている。この方法は、大面積の基体上での膜厚均
一性が真空蒸着法に比べて本質的に良いという利点を持
っているが、次の理由で実現されていない。すなわち低
屈折率膜であるＭｇＦ、膜を直流スパッタリング法で被
覆するには、Ｍｇターゲットをフッ素を含むガス中で直
流スパッタする方法が考えられるが、フッ素を含むガス
中で作成したＭｇＦ、膜は耐磨耗性が極めて悪い事が報
告されている（Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｊ、Ｃｏ１ｅｌＩｌａ
ｎ　、　ＡＰＰＬＩＥＤＯＰＴＩＣ５，Ｖｏｌ、１３．
　Ｎｏ、４．　Ａｐｒｉｌ　１９７４　ｐｐ　９４６−
９５１）。

またＭｇＦ　！ターゲットを用いる方法は、ＭｇＦ２タ
ーゲットは導電性がなく直流スパッタリングができない
ため、高周波スパッタリング法を用いなけれならない。

しかし高周波スパッタリング法は１辺が１０００■１以
上の大きい基体に安定して行うのは困難であるため、真
空蒸着法と同様に大面積の基体への被覆には適さない。

また、ＳｉＯ□（屈折率１．４６）、Ａ／ｚＯｚ（屈折
率１．６３）　、Ｍｇ０（屈折率１．７０）などの低屈
折率膜として機能する物質をスパッタリング法で基体に
被覆することは、Ｓｉ、八ｉＭｇをそれぞれターゲット
とする減圧された酸素ガスを含む反応性スパッタリング
に於いては、ターゲット表面の酸化により長時間安定し
て被覆を実施することが困難であり、またＳｉｎｇ、Ａ
／ｚ（ｈ　、ＭｇＯ材料をターゲットとする高周波スパ
ッタリング法では、とくに被覆すべき基体の面積が大き
い場合には、ＭｇＦ２の場合と同様安定して被覆するこ
とができない。そのため、大面積の透明基体上に第５図
や第６図で示される光学膜を被覆した物品を製造するこ
とは極めて困難である。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決するために直
流スパッタリングにより大面積の基体に、膜厚を均一に
被覆可能な低屈折率材料を用いた、光学膜を被覆した物
品を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は第１図に示すような、透明基体３の上に高屈折
率物質１と低屈折率物ｆ２とを交互に積層した多層膜を
形成した物品において、低屈折率物質２としてＣｒｓ　
Ｔａｓ　Ｗ％　７１％　ＭＯのいずれかの金属の珪酸化
物を用いる。この金属珪酸化物の組成は、以下の理由に
より表１で示される範囲内であることが好ましい。表１
のＸが４．０より大きくなると、用いる金属珪化物ター
ゲットの表面の被膜形成時における酸化が進み、電気的
に絶縁体になりやすいので、安定して直流スパッタリン
グによる被覆が困難になる。また、表１の組成範囲より
Ｘの値が小さいと屈折率が高くなる。特に屈折率が１．
８を超えると高屈折率材料の屈折率２．０〜２゜４に近
くなってくるので、低屈折率膜としての機能が失われて
しまう。

第１表また高屈折率物質としては、ＴｉＯ□（屈折率２．４）
、Ｔａ２０５　（屈折率２．１　）　、Ｚｒ０ｚ（屈折
率２．１）、ＺｎＯ屈折率２．０）、５ｎＯｚ　（屈折
率２．０　）　、ＩＴＯ（屈折率２．０）などが使用可
能である。もちろんこれらの高屈折率膜は、従来から行
われているように、それぞれＴｉＸＴａｘ　Ｚｒ、　Ｚ
ｎｓ　Ｓｎ、（Ｉｎ＋Ｓｎ）金属ターゲットを用い、酸
素ガスまたは酸素ガスとアルゴンガスなどの不活性ガス
の混合ガス雰囲気中で直流スパッタリングをおこなうこ
とにより被覆することができる。ただしＩＴＯの場合は
金属ターゲットの代わりに焼結された酸化物ターゲット
でも、導電性が充分あるので直流スパッタリングのター
ゲットとして用いることができる。

これらの金属珪酸化物は、前記金属の珪化物ターゲット
を用い、酸素ガスまたは、酸素ガスとアルゴンガスなど
の不活性ガスの混合ガス雰囲気中で直流スパッタリング
をおこなうことにより成膜される。基体を金属珪化物タ
ーゲットの表面に対向する位置を通過させる、マグネト
ロンスパッタリング法で実施することが、大きな面積の
基体に膜厚を均一に被覆する上で、最も好ましい。金属
珪酸化膜の化学組成は、被膜の堆積スピードと雰囲気ガ
ス条件たとえばガス組成、ガス圧力などにより調整され
る。本発明にかかる低屈折率膜として用いる金属珪酸化
物の被膜を、金属珪化物から酸素を含む減圧された雰囲
気ガスにおいて直流の反応性スパッタリングで実施する
ことは、金属珪化物のターゲットの表面の酸化による電
気絶縁層が形成されに（く、導電性が長時間に渡って確
保されるので、従来のＡＮやＭｇなどの金属をターゲッ
トとする酸素ガスを含む減圧された雰囲気下でおこなう
直流スパッタリング法が有している欠点、すなわちター
ゲットの表面が急速に酸化され、被膜堆速度が経時的に
変化するのと同時に、グロー放電プラ゛ズマが不安定に
なってしまう欠点が克服される。さらにターゲット表面
の導電性が確保されることは、大きな面積の基体に、膜
厚を均一に被覆するうえで好ましい。この高融点金属珪
化物ターゲット、は、例えば特公昭６３−３７０７２に
記載されている方法で製造、入手することができる。ま
た、この時の雰囲気中の酸素ガスの量は、膜が充分に酸
化されて透明になるのに必要なだけ導入されなければな
らない。そのような条件下で成膜された高融点金属珪酸
化物膜の屈折率は、第１表に示すようになる。屈折率の
値はＸの値によって変化し、Ｘが小さいほど屈折率が大
きくなって高融点金属酸化物の屈折率に近づき、Ｘが大
きいほど屈折率が小さくなって二酸化珪素の屈折率に近
づく。

本発明にかかる多層膜の膜厚およびその暦数は、低屈折
率膜と高屈折率膜の目標とする波長および帯域に於ける
光の干渉効果を利用して決められる。

また透明基体としてはガラス、プラスチックスのいずれ
でも適用できる。

〔作　　用〕

本発明にかかる多層膜を形成する高融点金属珪酸化物膜
は、１．５４〜１．８０の低い屈折率を有しているので
、屈折率が２．０以上の高屈折率膜と積層されることに
より低屈折率膜として光干渉作用を呈し、光学機能を透
明基体に付与せしめる。また高融点金属珪酸化物膜を酸
素を含む減圧された雰囲気下で直流反応性スパッタリン
グで被覆するに際して、金属珪化物ターゲットは、表面
の酸化による電気絶縁層の形成を少くし、ターゲット表
面を導電性に維持させるので、長時間安定して珪酸化物
の被覆をおこなうことができる。

〔実施例〕

以下、実施例により、さらに詳細に説明する。

実施例１使用したスパッタリング装置は真空槽内に２つのプレー
ナー型マグネトロンカソードが並設された装置で、真空
槽内の一方の端にあるガラスホルダーにセットされたガ
ラス板を、２つのターゲツト面に対向する位置を通過さ
せながら、ターゲット材料をスパッタリングさせて膜を
被覆し、真空槽内の他方の端にガラス板を移動させる方
法を用いた。このスパッタリング装置の２つのカソード
のうち一方の端に近いカソードにＳｎターゲットを他方
の端に近いカソードにＭｏＳ　ｉ　Ｚターゲットをセッ
トした。真空槽内の一方の端にあるガラスホルダーに１
．１１１の厚みの洗浄したガラス板をセントし、クライ
オポンプにより真空槽の圧力を１×１０−５Ｔｏｒｒ以
下まで排気した。次に酸素ガス５０体積％アルゴンガス
５０体積％の割合で混合ガス１００ｃｃをガスパイプか
ら導入し、真空槽内の圧力を５　ｍＴｏｒｒになるよう
にクライオポンプのオリフィスバルブで調節した。

ＳｎターゲットおよびＭｏＳｉ、ターゲットに、それぞ
れ４ｋＷ／ｃｎ！の電力を直流電源から印加し、スパッ
タリングを開始した。その後ガラス板の移動速度をＳｎ
ターゲツト面に対向する位置を通過するときは３８０　
ｍｍ／ｍｊｎで、Ｍｏ５ｔタ一ゲツト面に対向する位置
を通過するときは７０　ｎ／ｍｉｎにして２層の膜を被
覆し、ガラスを他方の端に移した。放電を停止し、ガス
導入を停止し、真空槽を大気圧にしてガラス板を取出し
た。得られた２層膜付ガラスの第１層のモリブデンの珪
酸化物膜および第２層の酸化錫膜の屈折率をエリプソメ
ーターにより、光学膜厚をタリステップの測定値から計
算して求め第２表を得た。また分光反射スペクトルを測
定して第２図を得た。

また得られたモリブデン珪酸化物膜の化学組成をＸ線マ
イクロアナライザーで調べたところ、Ｍｏ５ｉｚ（ｌｒ
の組成を得た。また膜の被覆にあたってはグロー放電プ
ラズマは安定していた。

第２表実施例２実施例１と同じスバ・７タリング装置で、Ｓｎターゲッ
トの代りにＴｉターゲットをカソードにセットした。洗
浄したガラス板を真空槽内の一方の端にあるガラスホル
ダーにセットし、真空槽内をクライオポンプによりＩ　
Ｘ　１０−５Ｔｏｒｒ以下に排気し、その後ガスパイプ
から酸素ガス５０体積％アルゴンガス５０体積％の割合
で混合ガス１００ｃｃを導入し、同様に５ｍＴｏｒｒの
圧力に調節した。Ｔｉターゲットに５　Ｗ　／　ａＪ　
、　ＭｏＳ　ｉ　ｔターゲットに４Ｗ／ｃＪの電力を直
流電源から印加し、ガラス板の移動速度をＴｉターゲッ
ト表面に対向する位置を通過するときは、２０　ｌｎ／
ｗｉｎに、ＭｏＳ　ｉ、ターゲット表面に対向する位置
を通過するときは５５１ｍ／ｗｉｎにし、一方の端から
他方の端に移動させ２層の膜を被覆した。その後両ター
ゲットへの電力の印加を停止し、ガラス板を一方の端に
移動させて戻した。同様の操作をさらに３回繰返し、合
計８Ｎの膜を被膜した。その後ガラスを一方の端から他
方の端に４Ｗ／ａｄの電力を印加したＴｉターゲットの
面を通過させるときは２０　ｍｍ／ｓｉｎで、５Ｗ／ｃ
ｄの電力を印加したＭｏ５ｉｚタ一ゲツト面を通過させ
るときは１１０　ｍ／ｗｉｎにして移動させ、合計１０
層の膜の被覆を完了した。放電を停止し、ガス導入を停
止し真空槽内を大気圧に戻して、ガラスを取出した。

Ｔｉｅ、膜の屈折率はエリプリメーターで測定して２．
４０を得た。得られた１０層からなる多層膜の構成を第
３表に示す。また分光透過率曲線を測定し第３図の特性
を得た。またいずれの膜の被覆に際してもグロー放電プ
ラズマは安定していた。

第表実施例３実施例２と同じスパッタ装置において、Ｔｉターゲット
の代りにＴａターゲットをカソードにセットした。洗浄
された１、１ｆｌの厚みのガラス板を一方の端にあるガ
ラスホルダーにセントした。クライオポンプにより真空
槽内の圧力をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下まで排気し
た。次に酸素ガス５０体積％アルゴンガス５０体積％の
割合でガスパイプより混合ガス１００ｃｃを導入し、真
空槽内の圧力が５曹１Ｔｏｒｒになるようにクライオポ
ンプのオリフィスバルブで調節した。Ｔａターゲットに
５　Ｗ／ｃｄ、ＭＯＳ　ｉ　ｚターゲットに４　Ｗ　／
　ｃｄの電力を直流電源から印加し、Ｔａターゲツト面
に対向する位置およびＭｏＳ　ｉ　ｚターゲット面に対
向する位置を通過させるときのガラス板の移動速度をそ
れぞれ？　Ｏｎ＋／ｓｉｎ、５５＋ｎ＋／ｍｉｎにして
ガラス板を移動させ他方の端にガラス板を移した。両タ
ーゲットへの電力の印加を停止し、ガラス板を一方の端
に戻して２層からなる膜の被覆を完了した。同じ操作を
繰返し、さらに２Ｎの膜を被覆し合計４７ｉｌ！とした
。その後さらに５　Ｗ　／　ｃ＋ａの電力が印加された
Ｔａターゲツト面に対向する位置およびＨｏ５ｔ、ター
ゲツト面に対向する位置をそれぞれ７０　ｍｍ／ｗｉｎ
　、　１１０　ｍｍ／ｍｉｎの速度で通過させ合計６層
からなる膜の被覆を完了した。放電を停止し、ガスの導
入を停止して真空層内を大気圧に戻してガラス板を取出
した。

得られた熱線反射膜付ガラスのＴａ２０５の屈折率は２
．１５であった。

膜の構成と分光透過率曲線を第４表および第４図に示す
。また可視光線透過率（標準Ａ光源）および日射エネル
ギー透過率はそれぞれ９０．９％、７２．６％であった
。

第４表〔発明の効果〕本発明の高融点金属珪酸化物膜を低屈折率材料として用
いた、低屈折率膜と高屈折率膜の交互積層膜は、大面積
の基体上に安定して被覆できる直流スパッタリング法で
作成することができるので、大型デイスプレィ用の反射
防止膜や、建築物や自動車の窓材への熱線反射膜として
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の、金属珪酸化物膜を低屈折率膜とし高
屈折率膜と交互に積層した多層膜の構造を示す断面図、
第２図から第４図は、本発明の実施例の分光スペクトル
特性を示す図、第５図、第６図は従来の真空蒸着法で作
成された、それぞれ反射防止膜、コールドフィルターの
構造を示す断面図である。１・・・高屈折率物質膜、２・・・本発明の金属珪酸化
物を用いた低屈折率物！膜、３・・・透明基体、４・・
・従来の低屈折率物質膜特許出願人　日本板硝子株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基体上に、低屈折率膜と高屈折率膜を交互に
積層した多層膜が形成された物品において、前記低屈折
率膜はＣｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏのいずれかの金属の
珪酸化物からなることを特徴とする物品。
（２）前記金属珪酸化物の膜がＣｒＳｉ＿ｘＯ＿２＿ｘ＿＋＿１＿．＿５（２．０≦ｘ
≦４．０）、ＴａＳｉ＿ｘＯ＿２＿ｘ＿＋＿２＿．＿５
（０．８≦ｘ≦４．０）、ＷＳｉ＿ｘＯ＿２＿ｘ＿＋＿
３（０．５≦ｘ≦４．０）、ＴｉＳｉ＿ｘＯ＿２＿ｘ＿
＋＿２（１．５≦ｘ≦４．０）、およびＭｏＳｉ＿ｘＯ
＿２＿ｘ＿＋＿３（０．３≦ｘ≦４．０）、からなる群
から選ばれたことを特徴とする特許請求範囲第１項記載
の物品。
（３）前記高屈折率膜の屈折率が２．０以上である金属
酸化物であることを特徴とする特許請求範囲第１項また
は第２項記載の物品。
（４）前記金属酸化物膜がＴｉＯ＿２、Ｔａ＿２Ｏ＿５
、ＺｒＯ＿２、ＺｎＯ、ＳｎＯ＿２、ＩＴＯからなる群
から、いずれか１つが選ばれたことを特徴とする特許請
求範囲第３項記載の物品。
（５）前記高融点金属の珪酸化物の膜が、減圧された酸
素を含む雰囲気中で、前記金属の珪化物ターゲットを用
いた反応性直流スパッタリング法によって被覆されたこ
とを特徴とする特許請求範囲第１項または第２項記載の
物品。