JPS63293154A - 酸化チタン薄膜の製造方法 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は酸化チタン薄膜の製造方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は特別な装置を利用することな
しに透明で高屈折率を有する酸化チタン薄膜を製造する
方法に関するものである。

（ロ）従来の技術 誘電体簿膜材料を用いて、各種光学フィルター、ミラー
等を作製する場合、一般に低屈折率誘電体物質と、高屈
折率誘電体物質を交互積層し、各層間での多重干渉を利
用する方法がとられる。そして、この誘電体薄膜材料の
一つとして酸化チタン（ＴｉＯｚ）ｉｉｌｌｌが知られ
ている。

かかる多重干渉を利用した素子においては２種の物質の
屈折率差が大きい程高精度の光学素子が作製できる。従
って、上記Ｔｉ　０２薄膜の高屈折率化は重要な課題で
ある。

この点、通常の電子ビーム（ＥＢ）蒸着法では。

丁ｆｏ２薄膜の屈折率として、２．３１　　（波長は、
６３２．８ｎ−とし、以下の検討では、同波長を用いる
）のものが得られるが、さらに屈折率をＴｉＯ□バルク
単結晶（２，５８）に近づけるために、従来、次の様な
ことが行なわれた。

（ａｌ基板加熱法二Ｎ着時にヒータ等で、基板の温度を
上げ、基板に蒸着した物質の移動性を高めて再配置を促
し、Ｗｋ着薄膜を少しでも結晶状態に近づけ屈折率を上
げる方法である。

（ｂ＞反応性蒸着法：ＴｉＯ２を蒸着する場合、蒸着さ
れた物質は、少なからず、Ｔｉと０が分解し、Ｔ！Ｏｚ
　　の形となっており、ある程度酸素欠乏状態にあるた
め屈折率及び透明性が低い。この欠如した酸素を補うた
めに、低圧酸素雰囲気中で、電子ビーム蒸着を行い、酸
素との化合を促して、Ｔ！Ｏｚとし、屈折率を高める方
法である。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記いずれの方法においても屈折率上界
効果は充分とはいえなかった。

更にこれら＋ａ＞、＋ｂ＋を組み合わせる方法もあり、
これによって、屈折率２．４３のＴｉ０ｚ薄映を得るこ
とができるが、これ以上は期待できなかった。

また、上記＋ｂ＋の反応性蒸着法は、再現性を支配する
酸素導入層の制御が困難であり、酸素雰囲気中で蒸着を
行う為、真空計、ＥＢユニット等のフィラメントを急激
に酸化させるという実用上の欠点を有していた。

本発明は、上記従来技術のごとき作製上の欠点を有さず
、より高い屈折率を有するＴｉ０２ｉ１膜が得られる製
造方法を提供しようとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明者らは、上記市）の反応性蒸着法とは全く逆の観
点にたち、酸素欠乏状態の酸化チタン蒸着膜を積極的に
作製し、この後にこの蒸着膜を酸素雰囲気下で加熱処理
する方法について鋭意研究を行なった。その結果、驚く
べきことにかかる方法によって、前述した従来法では得
ることが困難な高い屈折率を有する透明なＴ！Ｏｚ簿摸
を作製できる事実を見出し、本発明に到達した。

かくして本発明によれば基体上に、実質的に酸素不存在
の雰囲気下で電子ビーム蒸着法によって、酸素欠乏状態
の酸化チタン蒸着膜を形成した後、この酸化チタン蒸着
膜を酸素雰囲気下で加熱処理することにより透明で高屈
折率の酸化チタン７ｉＩＪ膜を得ることを特徴とする酸
化チタン簿膜の製造方法が提供される。

本発明によれば、まず電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）
によりＭＭ欠乏状態の酸化チタン（Ｔｉ　０２−で）蒸
着膜が所定の基体上に形成される。かかる酸化チタン蒸
清膜は、実質的に酸素不存在の雰囲気下で電子ビーム蒸
着を行なう通常の方法で形成できる。ここで実質的に酸
素不存在の雰囲気下とは、蒸着雰囲気を設定する真空チ
ャンバー内への酸素ガスの導入を積極的に行なわない状
態を意味する。従って、蒸着条件を設定する真空雰囲気
中に必然的に持ち込まれる微量の酸素や。

ＴｉＯ２の分解により生じつる微るの酸素等は上記雰囲
気に含まれていてもよい。

ただし、上記ＥＢ蒸着初期にはチタンと酸素の分解が充
分に進まず、そのため酸素欠乏性の高い膜が効率良く得
られない傾向がある。そこで、蒸着させるＴｆＯ２タブ
レットへ照射する電子ビームを通常の方法のようにスィ
ーブさせずその照射面を固定して、チタンと酸素との分
解を促進しつつ蒸着を進行させるのが好ましい。ことに
かかる手法によれば、蒸着初期の酸素欠乏性の低い部分
を著しく減少することができ、ｌ！ＩＩ欠乏性が高く酸
素吸収性のより高い蒸Ｗ膜を効率良く得ることができる
。そしてかかる蒸着膜を用いることにより、屈折率のよ
り高いＶ＋　Ｏ，Ｚ簿膜を得ることかできる。

なお、蒸着対象となる基体は、蒸着膜の密着性等の点で
蒸着中に所定温度に加熱されているのが適している。

上記酸化チタン蒸看膜を酸素雰囲気下で加熱処理するこ
とにより意図するＴｉ０ｚ）１膜が得られる。この加熱
処理は通常、４００〜４５０℃程度で行なうのが適して
おり、純酸素雰囲気下あるいは酸素を含む不活性ガス雰
囲気下で行なうのが好ましい。この酸素濃度は、処理時
間、加熱温度等の諸条件に応じて適宜決定される。

（ホ）作　用 酸素欠乏状態のＴｌＯ２蒸Ｗ膜は、酸素雰囲気下での加
熱処理により、充分に酸化され透明で高屈折率のＴ！Ｏ
ｗ＠膜に変換されることとなる。

（へ）実施例 以下、本発明を実施例及び図面に基づき詳細に説明する
。

第１図は本実施例におけるＴｉＯ２薄膜作製過程のフロ
ーチャートである。

まず、Ｔｔ　０２蒸着躾は、ＥＢ蒸肴法を用い、蒸着前
真空度１，５ｘ　１０’　（Ｐａ　）　、基板温度４３
０℃で鉛ソーダ系のガラス板（基体）上に作製した。

通常、ＥＢ蒸着法の場合Ｔｉ０ｚタブレツトに照射する
電子ビームは、タブレットのエネルギーを均一にする為
ビームのスイープを行う。しかし、本実施例では、酸素
欠乏性の蒸着膜を形成するのにビームのスィーブは行わ
ず、タブレットの一点にビームを当てた。こうすること
で、エネルギーが集中し、Ｔｉ　とＯの分解を高め酸素
欠乏性の酸化チタン蒸＠膜（Ｔ　ｉ　０２−ｚ　）を効
率良く形成できると考えられる。

酸素欠乏性のＴ！０２−χ膜は、光吸収性を持つている
ため、酸素欠乏の度合いを測定するのに光吸収を観るこ
とにした。ｍ膜の４５℃入射における透過率（Ｔ）、反
射率（Ｒ）を測定し、１−（ＴｔＲ）を光吸収とここで
定義する。１−（ＴｔＲ）には、散乱その他の要因も考
えられるが、アモルファス材料の散乱は、非常に小さく
、数千式の膜厚では十分無視できる値である。

この定義を用いて、酸素欠乏の進み具合を貌たところ、
ビームをタブレットの一点に集中させても、積層膜厚に
して、初めの約３０００Ａは、Ｔｉと０の分解が十分に
進まない為、透明に近い膜が得られる。そして、その後
、急激に酸素欠乏が進むことがわかった。蒸着直後の透
明なＴｔ　０２膜（膜圧３０００Ａ　）及び、酸素欠乏
性のＴｉＯ□−χ膜（膜圧３Ｇ００人）の光吸収は、波
長６３２．８ｎｍで各々、０．５．４４％であった。従
って本実施例で酸素欠乏性の蒸着膜とは、３０００人の
空飛ばしく初期膜の形成）を行った後の躾を示すことと
する。

上記過程によって、酸素欠乏性のＴｉＯ□−エ躾を蒸着
後、チャンバー内に高純度酸素のみを大気圧まで導入し
、基板加熱用ヒータで４３０℃、９０分間の加熱処理を
行った。この試料をエリプソメータを用いて、屈折率の
測定を行ったところ２．５１を得た。また、光吸収も波
長５５０ｎＩ　Ｃ＜上の長波長帯で１％を割り、透明度
の高い膜になっていることが判った。

また、酸素導入量を、前記バックグラウンド圧１．５ｘ
１０４（Ｐａ　）が６，０ｘｌＧ’　（Ｐａ　）となる
ように制御し、加熱方法は同様に行っても、完全に透明
膜とすることができ、屈折率も同じ値を得ることができ
た。

上記屈折率２．５１は、従来法では１りられない高い値
であり、ことにＴｔＯｚ結晶の屈折率が２．５８である
ことから、非常に高い値であることが判る。なお、上記
実施例に対応する従来法で形成されるＴｉ　０２　ｉｓ
膜の屈折率を比較のため第２図に示した。図中、Ａは通
常のＥＢ蒸着法のみで形成されるＴｉ　０２　ｍ膜、Ｂ
は前述した基板加熱法（田と反応性蒸着法＋ｂ＋とを併
用した方法で形成されるＴｉ０ｚｉｉ膜を各々示し、Ｃ
は＋＋　０２結晶（バルク）の屈折率を示すものである
。

（ト）発明の効果 本発明のＴｆＯ２薄膜の製造方法を用いれば、特別の装
置を用いることなしに、従来法では得られなかった高屈
折率を有するＴｔ　Ｏｘ薄膜を得ることができる。

更に本発明による製造方法では、酸素雰囲気中での加熱
処理は、蒸着後に行うことから従来の反応性蒸着法の様
にフィラメント類の急激な酸化を促すこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製造方法の一実施例における製造工
程を示すフローチャート図、第２図は、実施例で得られ
るＴｌＯ２１＄１５１の屈折率を従来法のものと比較し
て例示するグラフ図である。 代理人　　弁理士　　野　河　信太部 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体上に、実質的に酸素不存在の雰囲気下で電子
   ビーム蒸着法によって、酸素欠乏状態の酸化チタン蒸着
   膜を形成した後、この酸化チタン蒸着膜を酸素雰囲気下
   で加熱処理することにより透明で高屈折率の酸化チタン
   薄膜を得ることを特徴とする酸化チタン薄膜の製造方法
   。