JPH05503372A - Ｄ．ｃ．反応性スパッタリングされた反射防止被覆 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 り、　Ｃ，反応性スパッタリングされた反射防止被覆発明の背景 この発明は一般的には基板のための多層反射防止被覆に関し、かつより特定的に はスパッタリングによって透光性の基板上に堆積された多層反射防止被覆に関す る。

最も単純な反射防止被覆は透光性の材料の単層であり、それはそれが堆積される 基板のものよりも少ない屈折率を有する。そのような層の光学的厚みは約５２０ ナノメートル（ｎｍ）での波長、すなわち可視スペクトルの中間で約４分の１の 波長であり得る。可視スペクトルは約４２０ｎｍの波長から約６８０ｎｍの波長 へと延在する。単層の被覆は層の物理的厚みが４分の１の波長である波長で最小 の反射率値を発生する。他のすべての波長で、反射率は最小値よりも高いが被覆 されない基板の反射率よりは少ない。

約１．５２の屈折率を有する被覆されないガラス表面は通常の入射光の約４．３ ％を反射する。基板を約１．３８の屈折率を有するフッ化マグネシウム（ＭｇＦ 、）の層で被覆することによって、約１．３％の最小の反射率を発生する。

多層反射防止被覆は基板上に透光性の誘電材料の２つまたはそれ以上の層を堆積 することによって行なわれる。少なくとも１つの層は基板の屈折率よりも高い屈 折率を有する。層システムは通常少なくとも３つの層を含みかつ可視スペクトル においてのすべての波長で反射率を減少させるように設計される。多層反射防止 被覆は可視スペクトルを介して０．２５％よりも少ない反射率値を生じ得る。

はとんどの多層反射防止被覆は基本的な３つの層システムから得られる。このシ ステムの第１または最外層は基板のものよりも低い屈折率および約５２０　ｎｍ の波長で約４分の１の波長の光学的厚みを有する。第２のまたは中間層は基板の ものよりも高い屈折率および約５２０ｎｍの波長で約２分の１の波長の光学的厚 みを存する。第３の層、すなわち基板上に堆積された層は基板のものよりも大き な、しかし第２の層のものよりは少ない屈折率を有する。第３の層の光学的厚み はまた約５２０ｎｍの波長で約４分の１の波長である。この基本的な設計はロッ クハート（Ｌｏｃｋｈａｒｔ）およびキング（Ｋ　ｉ　ｎ　ｇ）による「３層の 反射減少被覆ｊ、Ｊ、Ｏｐｔ、Ｓｏｃ、Ａｍ、、第３７巻、６８９頁−６９４頁 （１９４７年）の論文において最初に説明された。

ロックハートおよびキングのシステムの不利は層の屈折率が最適性能を発生する ために特定の値を有さなければならないということである。第３の層の屈折率の 選択および制御は特に重要である。特定の屈折率値からの偏差は層の厚みを変化 させることによって保証され得ない。

ロックハートおよびキングのシステムの様々な修正がこれらの不利を克服するべ くなされてきた。たとえば、層システムは層に対する所望の値よりも高いおよび 低い屈折率を有する２つの材料の混合物から少なくとも１つの層を形成すること によって修正されてきた。１つまたはそれ以上のものの屈折率はまた所望の層と ほぼ同じ全体の光学的厚みを存するが所望の値よりも高くかつ低い屈折率値を有 する層を含むより薄い層の群を使用してシミュレーションされてきた。

池の修正は層のうちの１つまたはそれ以上の屈折率を厚みの関数として変形する 、すなわち、厚み方向において不均質の層の屈折率を存することを含んだ。この 試みは米国特許第３，９６０．４４１号において説明される。別の修正は基本的 な３つの層システムと基板との間に付加的な層を使用することである。この付加 的な層は約２分の１の波長の光学的厚み、すなわち、基本システムの厚みの約半 分をかつ基板のものよりも少ない屈折率を有し得る。この修正は米国特許第３． ７８Ｌ　０９０号に開示される。

上で説明された層システムは一般的には熱蒸発によって堆積される。熱蒸発にお いて、層を堆積するために必要とされる時間は全体の生産時間の相対的にほんの わずかであり得る。生産時間はチャンバを被覆するためのポンプダウン時間、熱 を処理するために基板を加熱するのに必要とされる時間および被覆の後基板を冷 却するために必要とされる時間のような要因によって決定され得る。被覆におけ る層の数、層の厚みおよび層の材料は生産時間およびそのようなコストに著しい 影響を与え得ない。

ＤＣ反応性スパッタリングは大規模な商業的被覆応用のために最もよく使用され る方法である。たとえば、この方法はガラスコータ（ｃｏａｔｅｒ）またはイン −ラインシステムにおいて実行され得、建築上のおよび自動車のつや出しのため の熱制御被覆を堆積する。ガラスコータにおいて、被覆されるべきものは一連の イン−ライン真空チャンバを通過させられ、その各々はスパッタリング源、工望 支ち、スパッタリング陰極を含む。チャンバは真空ロックによってお互いに隔離 される。

層を堆積するために必要とされる時間は層の数および材料のスパッタリング速度 によって主に決定される。多層反射防止被覆を堆積するためにガラスコータを使 用することによってそれらのコストを著しく減少させることができ、それらの応 用の範囲を広げる。

熱蒸発方法において使用される材料の多く、特定的にはフッ化物およびスルフィ ドは容易にスパッタリングされない。逆に、建築上のガラススパッタリングシス テムにおいて一般に使用される酸化亜鉛（Ｚｎ○）のような２．３の材料はもし 使用されるとすれば熱蒸発方法においてはまれである。異なる材料のスパッタリ ング速度は２０よりも多くの係数によって変化し得る。したがって、材料の選択 は堆積時間および製作コストに重要な影響を存し得る。多層チャンバでのイン− ラインスパッタリングシステムにおいて、各々のチャンバは１つの特定的な材料 を堆積するように準備され得る。そのように、堆積され得る層の数はチャンバの 数によって決定される。スパッタ堆積のために設計された被覆は、したがって可 能な限り単純なものでなければならない。また可能であれば、高いスノくツタリ ング速度を有する材料から作られるべきである。

ロックハートおよびキングのシステムに与えられた単純な改良は、イン−ライン スパッタリングに適当なものであり得、米国特許第３．４３２．２２５号に説明 され、その全体の開示は引用により援用される。このシステムは口・ツク（Ｒｏ ｃｋ）システムと呼ばれ、４つの層を含む。第１または最外層は基板のものより も低い屈折率および約５２０ｎｍの波長で約４分の１の波長の光学的厚みを有す る。

第２のまたは中間層は基板のものよりも高い屈折率および約５２０ｎｍの波長で 約２分の１ないし１０分の６の光学的厚みを有する。第３の層は５２０ｎｍの波 長で約１θ分の１の波長の光学的厚みおよび第２の層のものよりも少ない屈折率 を有する。第４の層は約１０分の１の波長をかつ第２の層および基板よりも大き な屈折率を有する。第３の層は第１の層と同じ材料であり得、かつ第４の層は第 ２の層と同じ材料であり得る。

たとえロックのシステムがロツクノ１−トおよびキングのシステムにいくぶんか 類似であり、そこではそれかほぼ同じ全体の光学的厚みを育するとしても、それ は独特の方法で機能する。特定的には、選択された組の材料に対して、ロックシ ステムの層の厚みは最適性能を与えるべく調整され得る。層のための特定的な屈 折率値は必要とされない。

しかしながら、全体の可視スペクトルを介する０、５％よりも少ない低い反射率 値を得るために、第１および第３の層の屈折率は約１．５よりも少なくかつ第２ および第４の層の屈折率は約２．２よりも大きくあるべきである。スパッタリン グに適当なロックシステムは第１および第３の層に二酸化ケイ素（Ｓ　ｉｏ、） をかつ第２および第４の層に二酸化チタン（ＴｉＯ□）を使用し得る。

ロックシステムは４つの層のみを有するので単純である。

しかしながら、二酸化チタンのような相対的に高い屈折率の材料を必要とするの で、高いスパッタリング速度を得ることか困難である。典型的には、チタンから 反応性スパッタリングされた二酸化チタンのための堆積速度はシリコンから反応 性スパッタリングされた二酸化ケイ素のもののわずか４分の１である。二酸化チ タンおよび二酸化ケイ素を使用するロックシステムのために、酸化チタンは二酸 化ケイ素の堆積よりも約４倍の長さがかかるであろう。

約２．２よりも少ない屈折率を育するある材料は相対的に高いスパッタリング速 度を有する。たとえば、二酸化ジルコニウム（Ｚｒ○、）は二酸化チタンの約２ 倍の速さで、酸化錫（ＳｎＯ２）は二酸化チタンの約１０倍の速さで、かつ酸化 亜鉛（ＺｎＯ）は二酸化チタンの約１５倍の速さで堆積され得る。酸化ジルコニ ウムは約２．１の、酸化錫は約２．０の、酸化亜鉛は約２．０の屈折率を有する 。

ロックシステムのための高いスパッタリング速度の材料を使用することにおける 問題は図１によって示される。曲線Ａは二酸化チタンおよび二酸化ケイ素の層を 組み入れるシステムのための波長の関数として反射率値を示す。層のシーケンス および厚みは表１に示される。層の厚みは波長λ。での波長の部分（ｆｒａｃｔ ｉｏｎ）として示され、それは中心の波長または設計波長として知られる。

表１ 屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λａ＝５１０ｎｍ空気　１．　０　人口媒体 Ｉ　５ｉｎｓ　１．４６　０．２１４８λ。

２　ＴｔＯ＊　２．３５　０．５２０４λ。

３　ＳｉＯｘ　１．４６　０．１０２２λ。

４　Ｔｉ１ｔ　２．３５　０．０５６７λ。

ガラス　１．５２　基板 曲線Ｂは第２の層に酸化チタンの代わりに酸化亜鉛が使用されるシステムのため の反射率値を示す。層の厚みは材料の新しい組合せでの最適な結果を得るために 僅かに修正された。層シーケンスおよび厚みは表２に示される。

表２ 屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λａ＝５１０ｎｍ空気　１．０　人口媒体 Ｉ　５ｉＯｚ　１．４６　０．２３６９λ。

２　ＺｎＯ２，０１０，３９５９λ。

３　５１０２　１．４６　０．０７７１λ。

４　ＴｔＯ＊　２．３５　０．０４４１λ。

ガラス　１，５２　基板 示されるように、表２の構造は表■の構造（曲線Ａ）よりも狭いスペクトル領域 を介して反射防止性能（曲線Ｂ）を与える。このことは約４２０　ｎｍ　（ＷＢ ）および６８０ｎｍ（ＷＲ）で可視スペクトルの両極端でのより高い反射率から 明らかである。４６０ないし６４０ｎｍのスペクトル範囲における表２の構造の 反射率（曲線Ｂ）は表１の構造（曲線Ａ）よりも２ないし３倍高い。こうして、 酸化チタンの代わりに酸化亜鉛を使用することによって発生されたより高い生産 速度は性能における大きな減少という犠牲をはらってのみ達成され得る。

イン−ライン反応性スパッタリング装置における経済的な、大量生産のための反 射防止システムを提供することはこの発明の目的である。

ロックシステムに相当する性能での反射防止被覆を提供することはこの発明の別 の目的であるが、ここで被覆の全体の光学的厚みの約４分の１のみが約２．２よ りも大きな屈折率を育する材料を含む。

最も厚い、高い屈折率の層のために約２．０の屈折率を有する材料を使用し得る 反射防止被覆を提供することはこの発明のさらなる目的である。

少なくとも最も厚い、高い屈折率の層を形成するために使用される材料か二酸化 チタンのものの約１０倍の速さのスパッタリング速度を有する反射防止被覆を提 供することはこの発明のさらに別の目的である。

僅かに５つの層を存しかつここで全体の光学的厚みが約４８０ｎｍないし５６０ ｎｍの間の波長で約１の波長と等しいかまたはそれよりも少ない反射防止被覆を 提供することはこの発明のさらに別の目的である。

発明の概要 この発明は５つの層のシステムを存する反射防止被覆を含む。層は基板から最も 離れた層から始まって連続する番号順に第１、第２、第３、第４および第５とし て示される。

第１の層は基板よりも低い屈折率および約０．２５λ。の光学的厚みを存する。

第２の層は約２．２０よりも大きな屈折率および約０．２５λ。よりも少ない光 学的厚みを存する。第３の層は第２の層よりも少ない屈折率および約０゜２５λ 。と０．５λ０との間の光学的厚みを存する。第４の層は第３の層よりも少ない 屈折率および約０，２５λ。

よりも少ない光学的厚みを有する。第５の層は基板よりも大きくかつ第４の層よ りも大きい屈折率を有する。第５の層の光学的厚みは約０．２５λ０よりも少な い。設計波長、λ。は約４ｓｏｎｍと５６０ｎｍとの間である。

システムは二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化ケイ素および二酸化 チタンのそれぞれによって作られた第１、第２、第３、第４および第５の層を含 み得る。システムは約１．５２の屈折率を有する透光性の基板上に堆積されると き０，２５％よりも少ない明所視反射率を与え得る。システムは実質的に同じ光 学的性能を有する４層システムの約２倍の速さで生産される得るが、ここで第１ 、第２、第３および第４の層はそれぞれに二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化 ケイ素および二酸化チタンからなる。

図面の簡単な説明 引用されかつ明細書の一部分を構成する添付の図面は他のものの中からこの発明 の実施例を概略的に示し、かつそれとともに上で与えられた一般的な説明および 以下の実施例の詳細な説明はこの発明の詳細な説明するのに役立つ。

図１は４層システムのための波長の関数として反射率をグラフで示す。

図２はこの発明の５層システムを概略的に示す。

図３はこの発明の５層システムおよび先行技術の４層システムのための波長の関 数として反射率をグラフて示す。

図４は第２および第３の層の屈折率シーケンスか図３のものから反転されるこの 発明の５層システムのための波長の関数として反射率をグラフで示す。

図５はこの発明の別の実施例および先行技術の４層システムの波長の関数として 反射率をグラフで示す。

−図６はこの発明に従う６層の実施例を概略的に示す。

１　図７は、この発明に従う６層システムのだめの波長の関／　数として反射率 をグラフで示す。

１）　図８はイン−ラインスパッタリングシステムを概略的にし　示す。

／　発明の詳細な説明 様々な図面全体をとおして同じ参照番号か同じ構成要素を示す図２において示さ れるように、この発明の５層システム２０は層２６．２８．３０．３２および３ ４を含む。

システムは透光性の基板２４の表面２２上に堆積され得る。

！　以下に詳細に説明されるように、システム２０は異なる材料に適用するべく １つまたはそれ以上の層を加えることに５　よって修正され得る。

層２６．２８．３０．３２および３４の厚みはそれらの光学的厚みに関して説明 される。光学的厚みは層の物理的厚みおよびその屈折率の数理槽である。光学的 厚みは波長λ。の部分として説明され、それは設計波長または中心波長として当 業者には既知である。この発明において、λ。

は約４８０ｎｍから５６０ｎｍの範囲のいずれかの波長であり得、それは可視ス ペクトルの中間にほぼ対応する。特定の設計波長の選択は被覆が効果的であるに 違いない波長の範囲に依存するであろう。

システム２０の第１または最外層はロックシステムにおける第１の層と類似の機 能を有する。百２６は基板の屈折率よりも少ない屈折率を有すべきであり、かつ それはより抜きの設計波長で約４分の１の波長の光学的厚みを存し得る。第４お よび第５の層３２および３４はそれぞれにロックシステムの第４および第５の層 と類似の機能を有する。

第４および第５の層３２および３４の個々の厚みはそれぞれに設計波長で約４分 の１の波長よりも大きくなり得ない。

それらの組合られた厚みは設計波長で約４分の１の波長になり得る。第５の層３ ４の屈折率は基板２４の屈折率よりも高くなければならず、かつ第４の層３２の 屈折率は第５の層３４のものよりも少なくなければならない。

第２および第３の層２８および３０の相対的な厚みおよび屈折率の関係はそれぞ れにこの発明において重大なものである。層２８および３０の組合された光学的 厚みは好ましくは設計波長で約２分の■の波長である。第２の層２８の屈折率は 第３の層３０の屈折率よりも大きくなくてはならない。第３の層３０の屈折率は 第４の層３２の屈折率よりも大きくなくてはならない。第２の層２８の光学的厚 みは設計波長で４分の１の波長よりも少ない。第３の層３０の光学的厚みは設計 波長で４分の１の波長よりも大きいが約２分の１の波長よりも少ない。

この発明は相対的な屈折率シーケンスおよび光学的厚みの範囲に関して説明され てきた。層の正確な厚みは使用された材料および所望の性能に依存するであろう 。

システム２０の特定的な例は以下に説明される。層２６および３２を形成する材 料は二酸化ケイ素（ＳｉＯｔ）でれ、かつそれは約２．３５の屈折率を存する。

酸化亜鉛は第３の層３０を形成するために使用された。それは約２゜０の屈折率 を有する。ガラス基板の屈折率は約Ｉ、５２であると仮定された。

システム２０のための屈折率データはインーラインスノ々近いものにするという ことであうな。層シーケンスおよび光学的厚みは表３に示される。設計波長λ。

は約５１０ｎｍであった。この実施例のだめの酸化チタンの全体の光学的厚みは 約０．１３８λ。であり、それは表２の４層システムにおける二酸化チタンの厚 みの約４分の１である。

表３ 屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λ。＝５１０ｎｍ空気　１．　０　人口媒体 ２　Ｔｉ０ｚ　２，３５　０．１１０４λ。

３　ＺｎＯ２，０１０，３６８４λ。

４　Ｓｔｏｗ　１．４６　０．１１６９λ。

５　ＴｌＯ２２，３５０，０２７８λ０ガラス　１．５２　基板 表３の実施例の計算された性能は図３の曲線Ｃによって示される。約４５０ｎｍ よりも長い波長のための反射率レベルは図１　（曲線Ａ）におけるロックシステ ムと本質的に同しである。

図３の曲線りは４層ロックシステムの計算された性能であり、ここで第２の層は 設計波長で約２．０８５の屈折率を有する。指数２．０８５は表１のこの第２お よび第３の層の機械的厚みに比例して二酸化チタンおよび酸化亜鉛の混合物の屈 折率として計算された。層システムの詳細は表４に示される。

表４ 屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λ。＝！ｌＯｎｍ空気　］、Ｑ　入口媒体 Ｉ　５ｉ０２　１．４６　０．２３４９λ。

２　Ｔｉ０ｚ／Ｚｎ０　２．　０８５　’　０．　４１２９λ０混合物 ３　５ｉＯｚ　１．４６　０．０６８２λ。

４　Ｔｉ０ｚ　２．　３５　０．　０４９２λ。

ガラス　１，５２　基板 図３の曲線ＣおよびＤの比較は５層システムがその性能において４層のロックシ ステムよりも優るということを示す。こうして、この発明の第２および第３の層 はいずれかの中間屈折率で単に単層をシミュレーションするよりも多くのことを 行なう。

この発明のシステムの第２および第３の層の屈折率の関係の重要性は以下の実施 例によって強調される。ここで、表３の実施例の第２および第３の層は最も高い 屈折率を育する層か第３の層であるように交換された。この層システムは表５に おいて詳細に示される。層の厚みはまた使用される材料に対する最適性能を得る ために僅かに修正された。

このシステムの性能は図４（曲線Ｅ）に示される。それは約０．２５％よりも少 ない明所視（ｐｈｏ　ｔ　ｏｐ　ｔ　ｉ　ｃ）反射率である上で説明された性能 の目標を満足させない。

この例は薄い酸化チタン層および厚いより低い率の層の位置決めがこの発明の重 要な特徴であるということを示す。

表５ 屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λ。＝５１０ｎｍ空気　１．０　人口媒体 Ｉ　５１０２　１．４６　０．２６＋４λ。

２　ＺｎＯ２，０１０，４７５１λ。

３　ＴｉＯ２２，３５０，０７２９λ。

４　５ｉｆ２　１．　４８　０．　１２０２λ０５　ＴｉＯ□　２．３５　０． ０５９２λ。

ガラス　１．５２　基板 この発明の５層反射防止システムは独特のシステムであり、それは先行技術のシ ステムと異なって機能する。その光学的性能はいくつかの先行技術のシステムに 匹敵するものであり得るかまたは僅かに劣るものであり得る。システムはしかし ながら、許容可能な性能が高い屈折率の材料の主要な部分が酸化錫または酸化亜 鉛のような材料である層システムで実現化され得るという利点を有する。そのよ うな材料は二酸化チタンのような材料の１０ないし１５倍の速さのスパッタリン グ速度を育し得る。この発明に従う層システムは相当する先行技術のシステムの 少なくとも約２倍の速さの速度でイン−ラインスパッタリングシステムにおいて 発生され得る。

この発明の別の実施例は酸化亜鉛よりも大きな屈折率を有する第３の層のための 材料を使用する。たとえば、二酸化ジルコニウムは約２．１の屈折率を存するか 、酸化亜鉛に対してその約５分の１の速度でのみスパッタリングされ得る。二酸 化ジルコニウムを使用するシステムの詳細は表６において与えられる。

屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λ。＝５１０ｎｍ空気　１．０　人口媒体 Ｉ　５Ｉ０２　１．４６　０．２５５１λ。

２　ＴｉＯ２２，３５０，１３８８λ０３　Ｚｒ０ｔ　２．１４　０．３６５１ λ。

４　５１０２　２．３５　０．１２２０λ。

５　ＴｌＯ２２，３５０，０３９４λ０ガラス　１．５２　基板 表６のシステムの性能は図５（曲線Ｆ）に示される。理解され得るように、その 性能は表２（図１の曲線Ａを参照されたい）のシステムのものとほぼ同一である 。しかしながら、スパッタリング速度における増加は酸化ジルコニウムの相対的 に低いスパッタリング速度のために２の係数よりも少ないであろう。

さらなる比較として、約２．２の屈折率を有する酸化タンタル（Ｔ　ａ　２０　 ｇ　）の第２の層を有する４層のロックシステムの性能もまた図５において（曲 線Ｇ）示される。酸化タンタルは二酸化チタンのものの約１．５倍のスパッタリ ング速度を有する。このシステムの詳細は表７に示される。表６の第２および第 ３の層に与えられる厚みに比例してＴ　ｉ　Ｏ２およびＺ　ｒ　Ｏｔの混合物は 約２．１９の屈折率、屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λ。＝５１０ｎｍ空気　１．　０　人口媒体 Ｉ　５ｉＯａ　１．４６　０．２４０４λ。

２　Ｔａ４０ｓ　２．２１　０．４４４Ｊλ。

３　５１０２　１．４６　０．０７０６λ。

４　ＴｉＯ２２，３５ｏ、ｏｓｔｓλ。

ガラス　１．５２　基板 面ＭＦおよびＧから理解され得るように、５層システムは４層システムよりも優 れた性能を育する。このことは、この発明か中間の屈折率の層をシミュレーショ ンするために２つの層を使用するということより以上のことを行なうということ をさらに例示する。

この発明の別の実施例は６層システムを形成するために図２の実施例の第３の層 を２つの副層に置き換えるということを含む。図６において示されるように、６ 層システム３６はシステム２ｏの層３ｏの代わりに層３０ａおよび３ｏｂを使用 する。層３０ａおよび３０ｂの組合された光学的厚みは層３０の光学的厚みより も約２０％大きなものにまでなり得る。層２８．３０ａおよび３０ｂの組合され た光学的厚みは設計波長λ。て約２分の１の波長になるであろう。大部分の例の ために、全体の光学的厚みは設計波長で約０．４５および０．５５の波長の間に なるであろう。

層３０ａおよび３０ｂを除いて、システム３６は図２のシステム２０にほぼすべ ての点に関して類似である。副層３０ａは第２の層２６のものよりも低い屈折率 を有する。

副層３０ｂは第４の層３２のものよりも高い屈折率および副層３０ａのものより も低い屈折率を存する。層３０ａおよび３０ｂならびにシステムにおける他の層 の実際の厚みは使用される材料および所望の光学的性能に依存するであろう。た とえば、高いスパッタリング速度と良好な反射防止性能との間の妥協を与えるた めにこの実施例は有用であり得る。

この発明の６層の実施例の詳細は表８に与えられる。二酸化ジルコニウム（Ｚｒ ０２）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）は層３０ａおよび３０ｂを形成するためにそれ ぞれに使用屈折率　光学的厚み 層　材料　＠５１０ｎｍ　λｏ＝５１０ｎｍ空気　１．０　人口媒体 Ｉ　Ｓｉｏｗ　１−　４６　０．２６７８λ０２　ＴｘＯｚ　２．３５　０．０ ７１８λ０３　ＺｒＣＬ　２．１４　０．１６９８λ。

４　ＺｎＯ２，０１０，２７０２λ。

５　５ｉＯｚ　１．４６　０．１２０４λ。

６　Ｔｉ１ｔ　２．３５　０．０２９８λ０ガラス　１．５２　基板 このシステムの性能は図７の曲線Ｈによって示される。

このシステムの堆積速度は表６のシステムの堆積速度よりも速いものであり得、 それは酸化ジルコニウム層の半分以上のものの酸化亜鉛との取り換えおよび二酸 化チタン層の厚みにおける減衰のためである。表８のシステムの第２、第３およ び第４の層の組合された光学的厚みは設計波長で２分の１の波長である。

６層システムは第３の層の細分化として説明され、かつ表８の詳細はそれに基づ いて計算された。それはまた第２の層が細分化されかつさらに最適化される実施 例として説明され得る。どの層が細分化されるかということに関する選択は第３ の層が第２の層よりも実質的に厚いものであるということに基づいて行なわれる 。

図６の実施例の第２、第３および第４の層のいずれかまたはすべては２つまたは それ以上の層に細分化され得る。

しかしなから、最も高い屈折率を存する層は第１の層に隣接するべきである。残 余の層が基板の方へと屈折率において減少するときに最善の結果が得られ得る。

しかしなから、６層を越える細分化は性能において些細な改良を生み出すのみで ある。

表８のものと類似の６層システムを構成することは可能であるが、ここで第３の 層は第２の層よりも低い屈折率を有する。さらに、第４の層は第２の層よりも低 いが第５の層よりも高い屈折率を有する。そのようなシステムの光学的性能は第 ３の層の屈折率が第４の層のものよりも大きな実施例よりも劣り得る。しかしな がら、妥協を価値のあるものにする増大された効率的な生産が生じ得る。

５層システムの第３の層の別個の層への細分化の結果としての６つまたはそれ以 上の層でのこの発明に従ってシステムが構成されると、副層の屈折率のシーケン スはいずれかのオーダになり得る。しかしながら、第３の層の細分化を含む層の いずれもが第２の層よりも高いかまたは最後の層の隣のものよりも低い屈折率を 有すべきではない。上で説明されたように、第３の層の細分化を形成する層の屈 折率が基板に向かって減少するときに最善の光学的結果が得られ得る。

一般的には、この発明の第２および第３の層の組合された光学的厚みまたは第２ および第３の層の細分化を形成するいずれかの層の組合された光学的厚みは可視 スペクトルを介して最も低い可能な反射率を与えるように最適化されるときに設 計波長で約２分の１の波長になるであろう。

第１の層、最後の層または最後の層の次のものの代わりに２つまたはそれ以上の より薄い層のシーケンスを使用することによって上記の実施例のいずれかを構成 することが可能であり得る。そのような置き換えは当業者には既知であり、かつ それらはときどきヘルビン（Ｈｅｒｐｉｎ）置換と呼ばれる。この技法の例は米 国特許第３．５６５．５０９号において与えられる。そのような置換の使用はこ の発明の原理から逸脱することなしに可能である。

この発明に従う層システムは図８に示される型のイン−ラインスパッタリングシ ステムにおいて堆積され得る。機械はカリフォルニア州、フェアフィールドのエ アロ・コーディング・テクノロジーから利用可能であるＤＩ層システムあり得る 。機械３９は一連の５つの被覆チャンバ４０．４２．４４．４６および４８を含 み得、それは動的（ｄｙｎ　ａｍ　ｉ　ｃ）真空ロック５０によって接続される 。ロック５０は開口またはトンネル５４を有し、基板５６がそこを通過すること を許容する。チャンバはポートまたは接続５９および開口５４を介して真空ポン プ（図示されず）によって排気される。被覆されるべき基板５６は矢印Ａによっ て示されるその端部て機械の中へと導かれる。基板がそれによって導かれるバッ ファチャンバおよび入口ロックもまた図示されない。被覆された基板は矢印Ｂに よって示される端部でチャンバから取除かれる。基板が取除かれる出口ロックは 図示されない。

１５のスパッタリング陰極６０．６２．６４．６６．６８．７０，７２．７４， ７６．７８．８０．８２．８４．８６および８８はチャンバ４０．４２．４４． ４６および４８の各々における３つの群において位置され得る。陰極は分割スク リーン９０によって分離され得る。チャンバ４０．４２．４４．４６および４８ の各々は異なるスパッタリング圧力および異なるガス混合物を有し、それは流量 調整器（図示されず）を介してチャンバへと入れられる。堆積工程の間、基板５ ６は陰極の下で連続して移動する。陰極が早く材料を堆積することかできるにつ れて基板は機械を介して所与のシステムをより早く堆積し得る。線速度と呼ばれ る基板の輸送速度は一定に保持される。陰極電力は堆積されているシステムにお いて所与の層の所望の厚みを生み出すように調整される。

上で説明された機械３９のための可能な陰極構成および電力の特定の例か以下に 与えられる。いずれかの陰極のための最大限の電力か約５０キロワツト（ｋｗ） であり得るという仮定がなされた。また１５の陰極すべてか使用されるという仮 定もなされた。二酸化ケイ素層は回転する円筒マグネトロンからスパッタリング されるものとして仮定される。二酸化チタンおよび酸化亜鉛層は平面マグネトロ ンからスパッタリングされるものとして仮定される。

表１の層システム（先行技術の層システム）のために、第４および第３の層はチ ャンバ４０においてスパッタリングされ得る。陰極６０および６２は二酸化チタ ンをスパッタリングするために使用され得かつ陰極６４は二酸化ケイ素をスパッ タリングするために使用され得る。第２の層は陰極６６．６８．７０．７２．７ ４．７６．７８．８０、および８２を使用してチャンバ４２．４４、および４６ 内てかつ陰極８４を使用してチャンバ４８内でスパッタリングされ得る。第１の 層は陰極８６および８８を使用してチャンバ４８においてスパッタリングされ得 る。二酸化チタン層のために、陰極６０および６２の各々は約２７ｋｗで動作さ れ得、かつ陰極６６．６８．７０．７２．７４．７６．７８．８０．８２および ８４の各々は約４９ｋｗで動作され得る。二酸化ケイ素層のために、陰極６４は 約３５ｋｗで動作され得かつ陰極８６および８８は約４２ｋｗて動作され得る。

層システムは１分につき約３１インチの線速度で堆積され得る。

表３の層システム（この発明の実施例）のために、第５および第４の層はチャン バ４０および４２においてスパッタリングされ得る。陰極６０および６２は二酸 化チタンをスパッタリングするために使用され得、かつ陰極６４および６６は二 酸化ケイ素をスパッタリングするために使用され得る。第３の層は陰極６８およ び７０を使用してチャンバ４２においてスパッタリングされ得る。第２の層は陰 極７２．７４．７６．７８および８０を使用してチャンバ４４および４６におい てスパッタリングされ得る。第１の層は陰極８２．８４．８６および８８を使用 してチャンバ４６および４８においてスパッタリングされ得る。二酸化チタン層 のために、陰極６０および６２の各々は約２８ｋｗで動作され得、かつ陰極７２ ．７４．７６．７８および８０の各々は約４５ｋｗで動作され得る。二酸化ケイ 素層のために、陰極６４および６６は約４３ｋｗで動作され得、かつ陰極８２． ８４．８６および８８は約４９ｋｗて動作され得る。層システムは１分につき約 ６フインチの線速度で堆積され得る。

先行技術のシステムを堆積するために消費される全体の電力が約６６５　ｋｗで あり得るということは注目に値する。

この発明に従うシステムは６２０　ｋｗのみの全体の電力消費での速さの２倍以 上の線速度（１分につき６７対３１インチ）で堆積され得る。こうして、増大さ れた生産およびかなりのエネルギ節約が可能である。

この発明は多数の実施例に関して説明されてきた。この発明は、しかしながら、 述べられかつ説明された実施例に制限されない。むしろ、この発明の範囲は添付 の請求の範囲によって規定される。

ｂか１ ＦＩＧ、　２゜ ｎ驚　ユ ＲＧ、峨 す蜆５ Ｆ／（ｉ　ε Ｆ／（ｉ　７： Ｆ／に、　８゜ 要約 ＤＣ反応性スパッタリングによるイン−ライン被覆機械における堆積のために設 計された多層反射防止被覆。被覆の全体の厚みの約半分は高いスパッタリング速 度を有する酸化亜鉛から形成され得る。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板のための反射防止被覆であって、５つの隣接する層を含み、前記層は前 記基板から最も遠い層から始まって連続する番号順に第１、第２、第３、第４お よび第５の層として示され、前記第１の層は前記基板の屈折率よりも少ない屈折 率および約０．２５λ０の光学的厚みを有し、前記第２の層は約２．２０よりも 大きな屈折率および約０．２５λ０よりも少ない光学的厚みを有し、前記第３の 層は前記第２の層よりも少ない屈折率および約０．２５λ０および０．５λ０の 間の光学的厚みを有し、前記第４の層は前記第３の層のものよりも少ない屈折率 および約０．２５λ０よりも少ない光学的厚みを有し、前記第５の層は前記基板 および前記第４の層の屈折率よりも大きな屈折率および約０．２５λ０よりも少 ない光学的厚みを有し、λ０は約４８０ｎｍと５６０ｎｍとの間である反射防止 被覆。 ２．前記第３の層が前記第２の層と接触して前記第２の層のものよりも少ない屈 折率を有する第１の副層と、前記第１の副層および前記第４の層に接触して前記 第１の副層のものよりも少なくかつ前記第４の層のものよりも大きな屈折率を有 する第２の副層とを含む、請求項１に記載の被覆。 ３．前記第３の層が前記第２の層に接触して前記第２の層のものよりも少なぐか つ前記第４の層のものよりも大きな屈折率を有する第１の副層と、前記第１の副 層および前記第４の層に接触して前記第１の副層のものよりも大きくかつ前記第 ２の層のものよりも少ない屈折率を有する第２の副層とを含む、請求項１に記載 の被覆。 ４．前記第３の層が少なくとも２つの副層を含み、その各々が前記第２の層のも のよりも少なくかつ前記第４の層のものよりも大きな屈折率を有する、請求項１ に記載の被覆。 ５．少なくとも１つの層が少なくとも２つの副層を含む、請求項１に記載の被覆 。 ６．基板のための反射防止被覆であって、６つの隣接する層を含み、前記層は前 記基板から最も離れた層から始まって連続する番号順に第１、第２、第３、第４ 、第５および第６として示され、前記第１の層は前記基板のものよりも少ない屈 折率および約０．２５λ０の光学的厚みを有し、前記第２の層は約２．２よりも 大きな屈折率を有し、前記第３の層は前記第２の層のものよりも少ない屈折率を 有し、前記第４の層は前記第３の層の屈折率よりも少ない屈折率を有し、前記第 ５の層は前記第４の層のものよりも少ない屈折率を有しかつ約０．２５λ０より も少ない光学的厚みを有し、前記第６の層は前記基板のものよりも大きくかつ前 記第５の層のものよりも大きな屈折率および約０．２５λ０よりも少ない光学的 厚みを有し、前記第２、第３および第４の層は約０．５λ０の組合された光学的 厚みを有し、λ０は約４８０と５６０ｎｍとの間である反射防止被覆。 ７．基板のための反射防止被覆であって、６つの隣接する層を含み、前記層は前 記基板から最も離れた層から始まって連続する番号順に第１、第２、第３、第４ 、第５および第６として示され、前記第１の層は前記基板のものよりも少ない屈 折率および約０．２５λ０の光学的厚みを有し、前記第２の層は約２．２よりも 大きな屈折率を有し、前記第３の層は前記第２の層のものよりも少ない屈折率を 有し、前記第４の層は前記第３の層のものよりも大きくかつ前記第２の層のもの よりも少ない屈折率を有し、前記第５の層は前記第４の層のものよりも少ない屈 折率および約０．２５λ０よりも少ない光学的厚みを有し、前記第６の層は前記 基板および前記第５の層のものよりも大きな屈折率および約０．２５λ０よりも 少ない光学的厚みを有し、前記第２、第３および第４の層は約０．５λ０の組合 された光学的厚みを有し、λ０は約４８０ｎｍと５６０ｎｍとの間である反射防 止被覆。 ８．基板のための反射防止被覆であって、４つの隣接する層を含み、前記層は前 記基板から最も離れた層から始まって連続する番号順に第１、第２、第３および 第４として示され、前記第１の層は前記基板のものよりも少ない屈折率および約 ０．２５λ０の光学的厚みを有し、前記第４の層は前記基板のものよりも大きな 屈折率および約０．２５λ０よりも少ない光学厚みを有し、前記第３の層は約０ ．２５λ０の光学的厚みおよび前記第４の層のものよりも少ない屈折率を有し、 前記第２の層は約０．５λ０の厚みを有しかつ少なくとも２つの隣接する副層を 含み、前記第１の層に接触する副層は約２．２よりも大きな屈折率を有しかつ他 のすべての副層は約２．２よりも少ないが前記第３の層の屈折率よりも大きな屈 折率を有し、λ０は約４８０ｎｍと５６０ｎｍとの間である反射防止被覆。 ９．基板のための反射防止被覆であって、５つの隣接する層を含み、前記層は前 記基板から最も離れた層から始まって連続する番号順に第１、第２、第３、第４ および第５として示され、前記第１の層は波長λ０で約１．４６の屈折率および 約０．２６６λ０の光学的厚みを有し、前記第２の層は波長λ０で約２．３５の 屈折率および約０．１１０λ０の光学的厚みを有し、前記第３の層は波長λ０で 約２．０１の屈折率および約０．３６８λ０の光学的厚みを有し、前記第４の層 は波長λ０で約１．４６の屈折率および約０．１１７λ０の光学的厚みを有し、 前記第５の層は波長λ０で約２．３５の屈折率および約０．０２８λ０の光学的 厚みを有し、λ０が約５１０ｎｍである反射防止被覆。 １０．基板のための反射防止被覆であって、６つの隣接する層を含み、前記層は 前記基板から最も離れた層から始まって連続する番号順に第１、第２、第３、第 ４、第５および第６として示され、前記第１の層は約１．４６の屈折率および約 ０．２６８λ０の光学的厚みを有し、前記第２の層は約２．３５の屈折率および 約０．０７２λ０の光学的厚みを有し、前記第３の層は約２．１４の屈折率およ び約０．１７０λ０の光学的厚みを有し、前記第４の層は約２．０１の屈折率お よび約０．２７０λ０の光学的厚みを有し、前記第５の層は約１．４６の屈折率 および約０．１２０λ０の光学的厚みを有し、前記第６の層は約２．３５の屈折 率および約０．０３０λ０の光学的厚みを有し、λ０が約５１０ｎｍである反射 防止被覆。