JPH10183334A - 酸化タングステン膜の成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い遮熱性を有し、面内における光学特性が均
一な酸化タングステン膜を安定して生産できる電波透過
型熱線遮断膜の成膜方法の提供。 【解決手段】基体上に酸化タングステン膜を成膜する方
法において、タングステンからなるターゲットを用い
て、二酸化炭素を含む雰囲気中でスパッタリングするこ
とを特徴とする酸化タングステン膜の成膜方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸化タングステン
膜、特に、電波透過型熱線遮断膜として好適な酸化タン
グステン膜の成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近赤外線の透過率が低く、太陽熱の流入
を低減する機能をもつ膜を熱線遮断膜とよぶ。このよう
な膜をコーティングした窓ガラスは、夏季における室内
の温度上昇を抑えることができるので、冷房負荷軽減の
目的で自動車や建築用窓ガラスに使われている。従来の
熱線遮断膜は、Ａｇ系やＴｉＮ系などの金属的導電性を
有する低抵抗膜を熱線遮断層として応用したものであ
り、その金属的導電性ゆえに近赤外領域の熱線を反射す
ると同時に電波をも反射する特性を有している。

【０００３】近年、自動車等のガラス窓上に直接ラジオ
等のアンテナを設置したいわゆるガラスアンテナの形態
が増加してきている。また自動車電話や携帯電話に代表
される移動体通信が急速に普及するにつれ、室内側のア
ンテナを用いて通信が可能であることが求められてきて
いる。熱線遮断膜が存在しない場合は問題がないが、冷
房負荷軽減の目的で従来の熱線遮断膜を設けるとガラス
面上の低抵抗膜面で電波が反射してしまうため、ガラス
アンテナや室内アンテナの使用は不可能であった。

【０００４】同様に、建築用窓ガラスの場合も熱線遮断
膜による電波遮蔽の問題があり、熱線遮断性と電波透過
性の両立が求められていた。電波透過性を高めるために
は膜の抵抗を高めればよいことが知られている。要求さ
れるシート抵抗値は用途に応じて異なるが、数百ＫΩ以
上であればおおむね充分な特性が得られる。そこで、膜
の高抵抗化を図ることにより電波透過性に優れる膜が開
発され、現在使用されている。この種の膜材料としてク
ロムやステンレスの窒化物や酸化物系がある。

【０００５】しかし、これらの膜系の場合、熱線遮断性
を高めるために膜を厚くすると、可視光の透過率も急激
に低下してしまうため、高可視光透過率と高遮熱性能の
両立が困難であるという欠点があった。このため、高可
視光透過率を確保するためには熱線遮断性を犠牲しなけ
ればならず、自動車用フロントガラスなどのように７０
％以上の高可視光透過率が要求される部位では充分な遮
熱性は期待できなかった。

【０００６】上述のクロムやステンレスの窒化物や酸化
物系の欠点を解決できる熱線遮断膜材料として、酸化タ
ングステンや酸化モリブデンをわずかに還元した膜が挙
げられる。これらの膜はいわゆるエレクトロクロミック
材料としてよく知られた材料であり、充分に酸化された
状態では透明であるが、電気化学的な方法で還元するこ
とにより、長波長の可視光領域から近赤外領域にかけて
吸収を生じるようになる。このような分光特性の膜は青
色に着色して見える。波長１μｍ付近に吸収のピークを
もつことから、可視光透過率を高く保ったまま、近赤外
線の透過率を低くできる。すなわち高い透明性と高遮熱
性の両立が期待される材料である。これらの膜の抵抗は
高いため電波透過性を損うことがない。

【０００７】酸化タングステンと酸化モリブデンを比較
すると、両者は同等の遮熱性能を持つ膜材料であるが、
スパッタリング法で作製する場合、酸化タングステンの
方が条件幅がやや広い。しかし、通常の反応性スパッタ
法では、大面積基板に再現性良く、色むらのない、青色
酸化タングステン膜を作製することは非常に困難であっ
た。以下にその理由を示す。

【０００８】通常、反応性スパッタリング法で酸化タン
グステン膜を作製する場合、タングステンターゲットを
酸素（Ｏ₂ ）を含んだＡｒ雰囲気中でスパッタリングす
る。酸素が少ない場合メタリックな不透明膜が得られ、
酸素が多いと透明な膜が得られる。これらの中間領域の
条件を選べば青色を示す膜（遮熱性良好な膜）が得られ
るがその条件幅は狭い。

【０００９】このため、真空ポンプの排気速度の経時変
化や、ガス供給系の経時変化に起因する極微量のＯ₂ 濃
度の変動で、酸化されすぎて透明膜になったり、酸化不
充分でメタリックな膜になったりしてしまい、再現性よ
く同じ透過率の青色膜を得ることは困難であった。ま
た、成膜中、チャンバー内でＯ₂ 濃度に分布が生じると
面内で色むらが生じ、均一な膜を得ることが困難であ
る。したがって、窓ガラスのように大面積基板の場合、
基板全面に均一な特性を得ることは実質上不可能であっ
た。さらに、Ｏ₂ だけでなく同様な酸化の効果を有する
残留ガス（おもにＨ₂ Ｏ）の影響も受けやすいため、生
産装置の残留ガス圧の経時変動にともない可視光透過率
も変化してしまうので、青色の酸化タングステン膜を再
現性良く生産することは極めて困難であった。

【００１０】以上のように酸化タングステン膜は、スパ
ッタリング法を用いた製造方法の場合、小面積または非
常に限定された成膜条件のもとで作製すれば、高熱線遮
断性が得られるが、チャンバー内のＯ₂ やＨ₂ Ｏの影響
を非常に敏感に受ける欠点があり、大面積基板上に安定
して均一な特性の膜を得ることが困難であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い遮熱性
を有し、面内における光学特性が均一な酸化タングステ
ン膜を安定して生産できる酸化タングステン膜の成膜方
法の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、基体上に酸化
タングステン膜を成膜する方法において、タングステン
からなるターゲットを用いて、二酸化炭素を含む雰囲気
中でスパッタリングすることを特徴とする酸化タングス
テン膜の成膜方法を提供する。

【００１３】表１に、青色酸化タングステン膜を得るた
めに必要な酸化性ガス濃度を示した。酸化性ガスとして
Ｏ₂ とＣＯ₂ を比較して示す。これらのガスをアルゴン
（Ａｒ）ガスに混入してスパッタリングを行った。スパ
ッタリング電力密度は２．２Ｗ／ｃｍ² 、スパッタリン
グ圧力は６．０×１０^-3Ｔｏｒｒとした。Ｏ₂ 雰囲気で
のスパッタリングの場合、Ｏ₂ １４体積％以下でメタリ
ックな吸収膜、１６体積％以上で透明膜となり、青色酸
化タングステン膜が得られる範囲は酸素ガス量が１３〜
１６体積％というわずか３％の幅の領域であり、非常に
狭いことがわかる。

【００１４】これに対してＯ₂ のかわりにＣＯ₂ 雰囲気
中でスパッタリングした場合、青色膜が得られる酸化性
ガス濃度の条件幅は３５〜６５体積％と大幅に拡がるこ
とを見出した。このようにＯ₂ の代りにＣＯ₂ を酸化性
ガスとして用いることにより条件幅が３％から３０％へ
と１０倍に拡大し、作製条件幅が広がることが確認され
た。

【００１５】実際の生産装置の場合、製造条件幅が広い
ことに加えて長時間運転した場合の生産安定性も重要と
なる。特にスパッタリング等の真空装置の場合、残留ガ
ス圧力（主として水分）の変動が膜質に及ぼす影響が大
きいため、残留ガスの変動に対して安定に成膜できるこ
とが重要となる。Ｏ₂ 雰囲気中でのスパッタリングで
は、残留ガス圧力が１桁変わると可視光透過率が約２０
％変化してしまう。これに対してＣＯ₂ スパッタリング
の場合、透過率の変化は５％程度にとどまっており、透
過率変動が約１／４に低減することがわかる。このこと
から、Ｏ₂ スパッタリングでは、残留ガスの影響を受け
やすく可視光透過率が変化しやすいのに対して、ＣＯ₂
スパッタリングにすることにより、生産安定性が大きく
改善されることがわかる。

【００１６】以上のように、酸化タングステンを成膜す
る際に、酸化性ガスとしてＯ₂ のかわりにＣＯ₂ を用い
ると、チャンバー内の酸化性ガスや残留ガスの変動の影
響を受けにくく、安定した成膜ができる。

【００１７】本発明により、炭素を含有する酸化タング
ステン膜が得られる。本発明の方法により作製した酸化
タングステン膜（ＷＯ_x 膜）を燃焼−赤外線吸収法で分
析した結果、膜中にはタングステンに対して０．０１原
子％以上の炭素（Ｃ）が含まれることが特徴であること
が確認された。

【００１８】本発明により得られる酸化タングステン膜
は、エレクトロクロミック膜や電波透過型熱線遮断膜と
して用いることができる。特に、電波透過型熱線遮断膜
として好適である。したがって、基体上に酸化タングス
テンからなる電波透過型熱線遮断膜を成膜する方法にお
いて、タングステンからなるターゲットを用いて、二酸
化炭素を含む雰囲気中でスパッタリングすることにより
電波透過型熱線遮断膜を得ることができる。

【００１９】図１および図２に、炭素を含有する酸化タ
ングステン膜を有する電波透過型熱線遮断膜付き基体の
代表例の断面図を示す。図１には２層からなる電波透過
型熱線遮断膜、図２には３層からなる電波透過型熱線遮
断膜の断面図を示す。１は基体、２は炭素を含有する酸
化タングステン膜（以下、本酸化タングステン膜とい
う）、３は保護膜である。本発明における基体１として
は、ガラス板の他、プラスチック等のフィルムや板も使
用できる。

【００２０】本酸化タングステン膜２は、先に述べたよ
うに、酸化不充分な膜であり、波長１μｍ付近の近赤外
光を吸収する膜である。本酸化タングステン膜２のシー
ト抵抗は１×１０³ Ω／□以上であることが好ましい。
シート抵抗が低くなるほど、電波透過性が不良となる傾
向にある。本酸化タングステン膜２の膜厚（幾何学的膜
厚）は、５〜３００ｎｍが好ましい。５ｎｍ未満では充
分な遮熱性能が得られず、３００ｎｍを超えると内部応
力による膜剥がれが生じやすくなるので好ましくない。

【００２１】本酸化タングステン膜を作製するときのス
パッタリングガス中のＣＯ₂ 量は、特に限定されない。
装置の種類やスパッタリング電力などの成膜条件によっ
て必要量が異なるので、それに応じて決めればよい。ま
た、酸化力調整のため、ＣＯ₂ 使用の効果が損なわれな
い範囲で、Ｏ₂ 、ＣＯ、ＣＨ₄ 等のガスを添加してもさ
しつかえない。

【００２２】保護層３としては、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｓ
ｎ、ＴｉおよびＡｌからなる群から選ばれる少なくとも
１種の金属の酸化物膜、該金属の窒化物膜を使用でき
る。保護層３により、耐候性や機械的耐久性を向上させ
ることができる。色調、可視光透過率を考慮すると、保
護層３の膜厚（幾何学的膜厚）は２〜２００ｎｍが好ま
しい。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）ＡｒとＣＯ₂ との体積比が５０：５０のス
パッタリング雰囲気で、６．０×１０^-3Ｔｏｒｒのスパ
ッタリング圧力で、タングステンをターゲットとして、
直流スパッタリング法により、ソーダライムガラス基板
上に、酸化タングステン膜を５０ｎｍ形成した。基板は
無加熱、スパッタリング電力密度は、２．２Ｗ／ｃｍ²
であった。得られた膜の、可視光透過率は７３．０％、
日射エネルギー透過率は７０．５％であり遮熱性は良好
であった。得られた膜は、色むらがなく、面内の光学特
性は均一であった。膜中のＣ濃度は、４．８原子％であ
った。

【００２４】（実施例２）直流スパッタリング法によ
り、熱線吸収グリーンガラス基板上に、実施例１と同様
にして、酸化タングステン膜を５０ｎｍ形成し、次い
で、Ｏ₂ のみを用い、６．０×１０^-3Ｔｏｒｒのスパッ
タリング圧力で、亜鉛をターゲットとして、酸化亜鉛膜
を７５ｎｍ形成した。基板は無加熱、スパッタリング電
力密度は、酸化タングステン膜の成膜時は２．２Ｗ／ｃ
ｍ² 、酸化亜鉛膜の成膜時は４．４Ｗ／ｃｍ² とした。
得られた膜の、可視光透過率は７１．６％、日射エネル
ギー透過率は５６．０％であり、遮熱性はかなり良好で
ある。得られた膜は、色むらがなく、面内の光学特性は
均一であった。膜中のＣ濃度は４．８原子％であった。

【００２５】（比較例１）ＡｒとＯ₂ との体積比が８
５：１５のスパッタリング雰囲気とした他は実施例１と
同様にして、ソーダライムガラス基板上に、酸化タング
ステン膜を５０ｎｍ形成した。基板は無加熱、スパッタ
リング電力密度は、２．２Ｗ／ｃｍ² であった。得られ
た膜は、中央部が青く周辺部は透明となってしまい、面
内の光学特性は不良であった。膜中のＣ濃度は、０．０
１原子％以下であった。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、高い遮熱性をもち、面
内における光学特性が均一な酸化タングステン膜を安定
して生産することができる。

【００２８】本発明により得られる酸化タングステン膜
は電波透過型熱線遮断膜として好適であり、自動車フロ
ントガラス等の高い可視光透過率が要求される部位にも
使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素を含有する酸化タングステン膜を有する電
波透過型熱線遮断膜付き基体の一例の断面図

【図２】炭素を含有する酸化タングステン膜を有する電
波透過型熱線遮断膜付き基体のその他の例の断面図

【符号の説明】

１：基体 ２：酸化タングステンを主成分とし炭素を含有する電波
透過型熱線遮断膜 ３：保護膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体上に酸化タングステン膜を成膜する方
   法において、タングステンからなるターゲットを用い
   て、二酸化炭素を含む雰囲気中でスパッタリングするこ
   とを特徴とする酸化タングステン膜の成膜方法。