JPWO2019151431A1 - Manufacturing method of transparent substrate with film - Google Patents
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Abstract
本発明は、金属層及び誘電体層を有する膜付き透明基板であっても、光の吸収率、特に可視光の吸収率の低い膜付き透明基板を作製することが可能な膜付き透明基板の製造方法を提供することを課題とする。透明基板1上に金属層2を形成する金属層形成工程と、前記金属層2の前記透明基板1とは反対側に、前記金属層2に接して保護金属層5を形成する保護金属層形成工程と、スパッタリング法により、前記保護金属層5の前記透明基板1とは反対側に、前記保護金属層5に接して誘電体層4を形成する誘電体層形成工程とを備えることを特徴とする。The present invention is a transparent substrate with a film capable of producing a transparent substrate with a film having a low light absorption rate, particularly a low visible light absorption rate, even if it is a transparent substrate with a film having a metal layer and a dielectric layer. An object is to provide a manufacturing method. A metal layer forming step of forming a metal layer 2 on a transparent substrate 1 and a protective metal layer forming of the metal layer 2 on the opposite side of the transparent substrate 1 in contact with the metal layer 2 to form a protective metal layer 5. It is characterized by comprising a step and a dielectric layer forming step of forming the dielectric layer 4 in contact with the protective metal layer 5 on the opposite side of the protective metal layer 5 from the transparent substrate 1 by a sputtering method. To do.
Description
本発明は、カバー部材、ハーフミラー及びバンドパスフィルタ等に用いられる膜付き透明基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a transparent substrate with a film used for a cover member, a half mirror, a bandpass filter, and the like.
膜付き透明基板は、様々な分野にて広く用いられている。
例えば、特許文献1のように、金属膜と誘電体膜からなるハーフミラーを有する観察系(膜付き透明基板)がある。近年、膜付き透明基板の光学特性の高性能化に伴い、膜付き透明基板を構成する膜の膜厚をより高精度に制御することが必要となった。Transparent substrates with a film are widely used in various fields.
For example, as in
ところで、特許文献1に記載の真空蒸着法よりも膜厚をより高精度に制御できる、スパッタリング法を用いて、金属膜と誘電体膜を有する膜付き透明基板を作製する際に、金属膜の成膜後に誘電体膜を成膜したところ、金属膜が変質して光吸収率が大きく変化するという問題点がある。
By the way, when a transparent substrate with a film having a metal film and a dielectric film is produced by using a sputtering method, which can control the film thickness with higher accuracy than the vacuum vapor deposition method described in
そこで、本発明は、金属層及び誘電体層を有する膜付き透明基板であっても、光の吸収率、特に可視光の吸収率を制御した膜付き透明基板を作製することが可能な膜付き透明基板の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, according to the present invention, even if it is a transparent substrate with a film having a metal layer and a dielectric layer, it is possible to produce a transparent substrate with a film whose light absorption rate, particularly visible light absorption rate is controlled. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a transparent substrate.
上記課題を解決するために創案された本発明に係る膜付き透明基板の製造方法は、透明基板上に金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層の前記透明基板とは反対側に、前記金属層に接して保護金属層を形成する保護金属層形成工程と、スパッタリング法により、前記保護金属層の前記透明基板とは反対側に、前記保護金属層に接して誘電体層を形成する誘電体層形成工程とを備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a transparent substrate with a film according to the present invention, which was devised to solve the above problems, is such that a metal layer forming step of forming a metal layer on the transparent substrate and the metal layer on the opposite side of the transparent substrate. A dielectric layer is formed in contact with the protective metal layer on the opposite side of the protective metal layer from the transparent substrate by a protective metal layer forming step of forming the protective metal layer in contact with the metal layer and a sputtering method. It is characterized by including a dielectric layer forming step.
このような構成によれば、金属層に接して設けられた保護金属層により、金属層の変質を抑制することができる。これにより、膜付き透明基板の可視光の吸収率を効率的に制御できる。 According to such a configuration, deterioration of the metal layer can be suppressed by the protective metal layer provided in contact with the metal layer. As a result, the absorption rate of visible light of the transparent substrate with a film can be efficiently controlled.
上記の構成において、前記保護金属層の厚みは2〜15nmであることが好ましい。このような構成によれば、金属層の変質を抑制することができつつ、誘電体層の光の可視光の吸収率を低減できる。これにより、膜付き透明基板の可視光の吸収率を効率的に制御できる。 In the above configuration, the thickness of the protective metal layer is preferably 2 to 15 nm. According to such a configuration, it is possible to suppress the deterioration of the metal layer and reduce the visible light absorption rate of the light of the dielectric layer. As a result, the absorption rate of visible light of the transparent substrate with a film can be efficiently controlled.
上記の構成において、前記保護金属層が珪素またはアルミニウムから構成されることが好ましい。このような構成によれば、金属層の変質を抑制することができつつ、誘電体層の光の可視光の吸収率を低減できる。これにより、膜付き透明基板の可視光の吸収率を効率的に制御できる。 In the above configuration, it is preferable that the protective metal layer is made of silicon or aluminum. According to such a configuration, it is possible to suppress the deterioration of the metal layer and reduce the visible light absorption rate of the light of the dielectric layer. As a result, the absorption rate of visible light of the transparent substrate with a film can be efficiently controlled.
上記の構成において、前記スパッタリング法が、反応性スパッタリング法であることが好ましい。このような構成によれば、誘電体層の生産性の向上と膜厚の高精度制御の両立ができる。 In the above configuration, it is preferable that the sputtering method is a reactive sputtering method. According to such a configuration, it is possible to improve the productivity of the dielectric layer and to control the film thickness with high accuracy.
上記の構成において、前記誘電体層形成工程において、前記保護金属層を反応させ、金属酸化物、金属窒化物及び金属酸窒化物のいずれかからなる保護層を形成することが好ましい。これにより、膜付き透明基板の可視光の吸収率を効率的に制御できる。 In the above configuration, it is preferable that the protective metal layer is reacted in the dielectric layer forming step to form a protective layer made of any one of a metal oxide, a metal nitride and a metal oxynitride. As a result, the absorption rate of visible light of the transparent substrate with a film can be efficiently controlled.
上記の構成において、前記金属層が銀からなることが好ましい。これにより、膜付き透明基板の可視光の吸収率を効率的に低減できる。 In the above configuration, it is preferable that the metal layer is made of silver. As a result, the absorption rate of visible light of the transparent substrate with a film can be efficiently reduced.
上記の構成において、前記金属層がスズからなることが好ましい。これにより、膜付き透明基板の可視光の吸収率を効率的に高めることができる。 In the above configuration, it is preferable that the metal layer is made of tin. As a result, the absorption rate of visible light of the transparent substrate with a film can be efficiently increased.
上記の構成において、前記金属層形成工程の前に、透明基板の上に酸化ケイ素や酸化アルミニウムから構成される保護酸化物層を形成し、前記金属層形成工程において、前記保護酸化物層に接して前記金属層を形成することが好ましい。これにより、膜付き透明基板の可視光の吸収率を効率的に高め、可視光全域での吸収率の波長依存性を小さくすることができる。 In the above configuration, a protective oxide layer composed of silicon oxide or aluminum oxide is formed on the transparent substrate before the metal layer forming step, and is in contact with the protective oxide layer in the metal layer forming step. It is preferable to form the metal layer. As a result, the visible light absorption rate of the transparent substrate with a film can be efficiently increased, and the wavelength dependence of the visible light absorption rate in the entire visible light range can be reduced.
本発明によれば、光の吸収率、特に可視光の吸収率を制御した膜付き透明基板を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a transparent substrate with a film in which the absorption rate of light, particularly the absorption rate of visible light is controlled.
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and is based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It should be understood that the following embodiments are also modified or improved as appropriate within the scope of the present invention.
図1は、本発明の膜付き透明基板10の実施形態の一例を示す断面図である。図1に示す膜付き透明基板10は、透明基板1と、透明基板1の一方の主面に配設された金属層2と、金属層2に接して配設された保護層3と、保護層3上に配設された誘電体層4を主要な構成要素とする。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the
透明基板1は透明性を有し、膜付き透明基板10の製造や使用の際に受ける負荷に耐える機械的強度を有する基板である。透明性とは、可視光(400nm〜700nm)を平均して80%以上透過することを意味する。透明基板1は、ガラスまたは樹脂材料が適している。ガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、石英ガラス等の公知のガラスを用いることができる。また、化学強化ガラス等の強化ガラスやLAS系結晶化ガラス等の結晶化ガラスを用いることもできる。なお、ガラスとしては、アルミノシリケートガラスであることが好ましく、アルミノシリケートガラスは、質量%で、SiO2:50〜80%、Al2O3:5〜25%、B2O3:0〜15%、Na2O:1〜20%、K2O:0〜10%を含有することがより好ましい。樹脂材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びエポキシ樹脂が挙げられる。可視光の透過率が経時的に低下しにくい点において、透明基板1はガラスからなることが好ましい。The
透明基板1は、第一主面1aと第一主面1aと対向する第二主面1bを有する。透明基板1の厚さは、機械的物性等を考慮して設定すればよく、例えば、0.05mm以上、10mm以下の範囲であることが好ましい。
The
透明基板1の第一主面1a上には、金属層2が配設されている。金属層2は、材料として銀、スズ、インジウム、ニッケル、モリブデン、銅などの金属を主成分として含む層である。ここで、材料として銀、ニッケル、モリブデン、銅を主成分として含む金属層2は、可視光の吸収率の低い低光吸収金属層となり、材料としてスズ、インジウムを主成分として含む金属層2は、可視光の吸収率の高い高光吸収金属層となる。
A
低光吸収金属層中における金属の質量割合は、95質量%以上であることが好ましく、97質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることが更に好ましい。低光吸収金属層中における金属の質量割合が低すぎると、可視光の吸収率が高くなりやすい。低光吸収金属層2は、銀、ニッケル、モリブデン、銅以外にも、例えば、ユウロピウム、カルシウム、プラセオジム、サマリウム、マグネシウム、テルビウム、ガドリウム、ネオジム、ランタン、セリウム等を含んでもよい。
The mass ratio of the metal in the low light absorption metal layer is preferably 95% by mass or more, more preferably 97% by mass or more, and further preferably 99% by mass or more. If the mass ratio of the metal in the low light absorption metal layer is too low, the visible light absorption rate tends to be high. The low light absorbing
低光吸収金属層は、可視光の吸収率が非常に低い。そのため、膜付き透明基板10の可視光の吸収率を効率的に低減できる。なお、低光吸収金属層が、酸化銀等の金属酸化物を多く含むことにより、低光吸収金属層における可視光の吸収率が高くなる。そのため、低光吸収金属層は、金属酸化物を含まないことがより好ましい。
The low light absorption metal layer has a very low visible light absorption rate. Therefore, the absorption rate of visible light of the
高光吸収金属層中における金属の質量割合は、95質量%以上であることが好ましく、97質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることが更に好ましい。高光吸収金属層中における金属の質量割合が高すぎると、可視光の吸収率が高くなりやすい。 The mass ratio of the metal in the high light absorption metal layer is preferably 95% by mass or more, more preferably 97% by mass or more, and further preferably 99% by mass or more. If the mass ratio of the metal in the high light absorption metal layer is too high, the visible light absorption rate tends to be high.
高光吸収金属層は、可視光の吸収率が非常に高い。そのため、膜付き透明基板10の可視光の吸収率を効率的に高めることができる。なお、高光吸収金属層が、酸化スズや酸化インジウム等の金属酸化物を多く含むことにより、高光吸収金属層における可視光の吸収率が低下する。そのため、高光吸収金属層は、金属酸化物を含まないことがより好ましい。
The high light absorption metal layer has a very high visible light absorption rate. Therefore, the absorption rate of visible light of the
金属層2の厚みは、1〜30nmであることが好ましい。金属層2の厚みが1nm以上であれば、可視光の吸収率を低減させたり、高めたりする効果が効率的に発現する。金属層2の厚みが30nm以下であれば、金属層2による可視光の反射が抑えられる。金属層2の厚みは、5〜10nmであることがより好ましい。
The thickness of the
保護層3は、金属酸化物、金属窒化物、または金属酸窒化物により構成される。
The
金属酸化物、金属窒化物、及び金属酸窒化物を構成する金属としては、珪素またはアルミニウムが好ましい。珪素またはアルミニウムを用いることにより、プラズマ等のエネルギーが金属層2により伝わりにくくなるとともに、珪素やアルミニウムが酸化、窒化した後も珪素やアルミニウムと結合した酸素や窒素が金属層2に伝わりにくくなり、金属層2の光吸収率の増加を抑制できる。金属酸化物、金属窒化物、及び金属酸窒化物を構成する金属としては、誘電体多層膜として利用しやすい珪素が特に好ましい。
Silicon or aluminum is preferable as the metal constituting the metal oxide, the metal nitride, and the metal oxynitride. By using silicon or aluminum, energy such as plasma is less likely to be transmitted to the
また、保護層3の厚みは、1〜20nmであることが好ましい。保護層3の厚みが1nm以上であれば、プラズマ等のエネルギーが直接加わることを効率的に抑制できる。保護層3の厚みが20nm以下であれば、保護層3の形成が迅速に行える。保護層3の厚みは、2〜10nmであることがより好ましい。
The thickness of the
誘電体層4は、単層の誘電体膜または複数層の誘電体多層膜により構成される。誘電体層4は、例えば、高屈折率層と、低屈折率層が交互に積層された誘電体多層膜が挙げられる。高屈折率層としては、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化ジルコン、窒化珪素等が挙げられる。低屈折率層としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム等が挙げられる。誘電体多層膜の厚みや層数、材質に関しては、膜付き透明基板10に求められる特性に応じて設計すればよい。
The dielectric layer 4 is composed of a single-layer dielectric film or a plurality of layers of dielectric multilayer films. Examples of the dielectric layer 4 include a dielectric multilayer film in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately laminated. Examples of the high refractive index layer include titanium oxide, niobium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide, zircon oxide, silicon nitride and the like. Examples of the low refractive index layer include silicon oxide, aluminum oxide, magnesium fluoride and the like. The thickness, number of layers, and material of the dielectric multilayer film may be designed according to the characteristics required for the
また、透明基板1と金属層2の間に、誘電体層4とは別の誘電体層を設けてもよい。誘電体多層膜の厚みや層数、材質に関しては、膜付き透明基板10に求められる特性に応じて設計すればよい。
Further, a dielectric layer different from the dielectric layer 4 may be provided between the
膜付き透明基板10の用途としては、カバー部材、ハーフミラーやバンドパスフィルタ等が挙げられる。
Applications of the
以下、図2、3を用いて本実施形態に係る膜付き透明基板の製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a transparent substrate with a film according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
膜付き透明基板の製造方法は、図2に示すように金属層形成工程S11と保護金属層形成工程S12と誘電体層形成工程S13とを備える。 As shown in FIG. 2, the method for manufacturing a transparent substrate with a film includes a metal layer forming step S11, a protective metal layer forming step S12, and a dielectric layer forming step S13.
(金属層形成工程)
金属層形成工程S11においては、金属層2は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法などの物理蒸着法やメッキ法により形成することができる。1〜30nmの膜厚の金属層2を高精度に膜厚を制御して形成するためには、スパッタリング法が好ましい。(Metal layer forming process)
In the metal layer forming step S11, the
次に、スパッタリング法による金属層2の形成方法の一例を説明する。
まず、透明基板1を用意する。続いて、用意した透明基板1をスパッタリング装置にセットする。スパッタリング装置のターゲットとしては、金属または金属合金からなる金属ターゲットを用意する。金属層2として銀を用いた場合、銀合金としては、ユウロピウム、銅、カルシウム、プラセオジム、サマリウム、マグネシウム、テルビウム、ガドリウム、ネオジム、ランタン、セリウムのうち少なくとも1種以上を合計で2質量%以下含有し、残部が銀および不可避不純物からなる組成を有するものが好ましい。Next, an example of a method for forming the
First, the
次に、スパッタリング装置内に、不活性ガスを導入して、金属ターゲットをスパッタリングし、透明基板1の第一主面1a上に金属または金属合金からなる金属層2を成膜し、図3(a)に示すような金属層付き基板を得る。なお、不活性ガスとしては、アルゴンガスを用いることができる。なお、不活性ガスは、スパッタリング装置内を真空ポンプなどによって排気した後で導入することが望ましい。
Next, an inert gas is introduced into the sputtering apparatus to sputter the metal target, and a
なお、金属ターゲットとして、銀よりも酸化又は窒化されやすいスズやインジウムを用いてスパッタリングし、金属層2を成膜する場合、あらかじめ透明基板1の第一主面1a上に酸化ケイ素や酸化アルミニウムから構成される保護酸化物層を形成し、その保護酸化物層に接して金属層2を成膜することが好ましい。保護酸化物層を形成することで、金属層2の酸化や窒化をさらに抑制することができる。
When tin or indium, which is more easily oxidized or nitrided than silver, is used as the metal target to form a
(保護金属層形成工程)
保護金属層形成工程S12において、保護金属層5は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法などの物理蒸着法により形成することができる。保護金属層5の厚みは2〜15nmであることが好ましい。2〜15nmの膜厚の保護金属層5を精度よく安定して形成するためには、スパッタリング法が好ましい。(Protective metal layer forming process)
In the protective metal layer forming step S12, the
スパッタリング法による保護金属層5の形成方法の一例を説明する。
金属層付き基板をスパッタリング装置にセットする。スパッタリング装置のターゲットとしては、珪素、アルミニウム、ジルコニウム等の金属ターゲットを用意する。珪素またはアルミニウムからなる金属ターゲットを用いることが好ましく、珪素からなる珪素ターゲットを用いることが特に好ましい。珪素ターゲットの導電性を高めるために10wt%を超えない範囲でアルミニウムやホウ素などの金属をドープしてもよい。An example of a method for forming the
The substrate with the metal layer is set in the sputtering apparatus. As a target of the sputtering apparatus, a metal target such as silicon, aluminum, or zirconium is prepared. It is preferable to use a metal target made of silicon or aluminum, and it is particularly preferable to use a silicon target made of silicon. Metals such as aluminum and boron may be doped in a range not exceeding 10 wt% in order to increase the conductivity of the silicon target.
スパッタリング装置内に、不活性ガスを導入して、珪素ターゲットをスパッタリングすることにより、珪素からなる保護金属層5を成膜し、図3(b)に示すような保護金属層付き基板を得る。なお、不活性ガスとしては、アルゴンガスを用いることができる。なお、不活性ガスは、スパッタリング装置内を真空ポンプなどによって排気した後で導入することが望ましい。
By introducing an inert gas into the sputtering apparatus and sputtering the silicon target, a
(誘電体層形成工程)
誘電体層4は、スパッタリング法により形成する。スパッタリング法により、誘電体層4を精度よく安定して形成できる。また、スパッタリング法の中でも、RAS(Radical Assisted Sputtering)法等の反応性スパッタリング法は、誘電体層4の成膜速度が速く生産性に優れるため、特に好ましい。(Dielectric layer forming process)
The dielectric layer 4 is formed by a sputtering method. The dielectric layer 4 can be formed accurately and stably by the sputtering method. Further, among the sputtering methods, the reactive sputtering method such as the RAS (Radical Assisted Sputtering) method is particularly preferable because the film formation rate of the dielectric layer 4 is high and the productivity is excellent.
反応性スパッタリング法による誘電体層4の形成方法の一例を説明する。
保護金属層付き基板をスパッタリング装置にセットする。スパッタリング装置のターゲットとしては、珪素、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウムなどの金属ターゲットを用いることができる。An example of a method for forming the dielectric layer 4 by the reactive sputtering method will be described.
The substrate with the protective metal layer is set in the sputtering apparatus. As the target of the sputtering apparatus, a metal target such as silicon, aluminum, tantalum, niobium, titanium, hafnium, or zirconium can be used.
スパッタリング装置内に、不活性ガス及び活性ガスの混合ガスを導入して、所定のターゲットをスパッタリングし、保護金属層付き基板上にその所定のターゲット成分からなる層を形成するとともに、その層がプラズマ等で活性化された活性ガスと反応することによって、誘電体層4を成膜する。なお、不活性ガスとしては、アルゴンガスを用いることができる。また、活性ガスとしては、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はこれらの混合ガスを用いることができる。なお、不活性ガス及び活性ガスの混合ガスは、スパッタリング装置内を真空ポンプなどによって排気した後で導入することが望ましい。また、不活性ガスと活性ガスとの混合比(不活性ガス:活性ガス)は、特に限定されず、例えば、2:1〜8:1の範囲内とすることができる。 A mixed gas of an inert gas and an active gas is introduced into the sputtering apparatus to sputter a predetermined target to form a layer composed of the predetermined target component on a substrate with a protective metal layer, and the layer is plasma. The dielectric layer 4 is formed by reacting with an active gas activated by the above. Argon gas can be used as the inert gas. Further, as the active gas, oxygen gas, nitrogen gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof can be used. It is desirable that the mixed gas of the inert gas and the active gas is introduced after the inside of the sputtering apparatus is exhausted by a vacuum pump or the like. The mixing ratio of the inert gas and the active gas (inert gas: active gas) is not particularly limited, and can be, for example, in the range of 2: 1 to 8: 1.
ここで、誘電体層形成工程において、誘電体層となる所定のターゲット成分がプラズマ等で活性化された活性ガスと反応する際に、保護金属層5もプラズマ等で活性化された活性ガスと反応し、保護層3が形成される。このとき、保護金属層5の厚みが小さすぎると、保護金属層5による保護効果が得られず、金属層2が活性ガスと反応して金属層2が酸化または窒化される。一方、保護金属層3の厚みが大きすぎると、保護金属層5と活性ガスとの反応が不十分となり、保護層3の光吸収率が高くなる。そのため、保護金属層5の厚みは2〜15nmとすることが好ましい。
Here, in the dielectric layer forming step, when a predetermined target component to be the dielectric layer reacts with the active gas activated by plasma or the like, the
なお、保護金属層5の金属成分としてニオブ等の遷移金属を用いた場合、保護金属層5と活性ガスの反応が完了する前に、金属層2と活性ガスとの反応が起きる恐れがあるため、好ましくない。
When a transition metal such as niobium is used as the metal component of the
また、保護金属層5がない場合、金属層2が活性ガスと反応して金属層2の光吸収率が高くなることが問題となる。
Further, when the
膜付き透明基板10は、カバー部材であることが好ましい。カバー部材には、例えば、可視光における吸収率が適度に高い(例えば、平均吸収率が15〜30%である)ことと、可視光全域での吸収率の波長依存性が小さい(例えば、吸収率の最大と最小の差が10%以下である)ことが要求される。本発明の金属層2として、高光吸収金属層を用いることにより、当該要求を満たすカバー部材を得ることができる。
The
カバー部材は、透明基板1と金属層2との間に誘電体層を設けると、光学特性をより厳密に制御できるためより好ましい。
It is more preferable that the cover member is provided with a dielectric layer between the
また、膜付き透明基板10は、ハーフミラーであることが好ましい。ハーフミラーには、低い可視光吸収率が要求される。本発明の金属層2として、低光吸収金属層を用いることにより、当該要求を満たすハーフミラーを得ることができる。
Further, the
ハーフミラーは、透明基板1と金属層2との間に誘電体層を設けると、光学特性をより厳密に制御できるためより好ましい。
It is more preferable to provide a dielectric layer between the
また、膜付き透明基板10は、バンドパスフィルタであることが好ましい。銀からなる金属層2は、誘電体層4と比較して可視光の平均屈折率が0.5以下と非常に低い。そのため、誘電体層4側から入射された可視光の入射角が非常に小さい場合でも、可視光が全反射する。すなわち、入射角が略0°以外の可視光のみを透過するバンドパスフィルタとして好適である。
Further, the
次に、実施例及び比較例について説明する。
(実施例1)
まず透明基板として、厚さ1.0mmの石英ガラス基板の上に、誘電体層として厚さ24.6nmの酸化ニオブ(Nb2O5)膜、厚さ31.2nmの酸化珪素(SiO2)膜、厚さ53.3nmのNb2O5膜及び厚さ10nmのSiO2膜を、順にスパッタリング法で形成した。スパッタリング法によるそれぞれの膜の形成には、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いた。Next, Examples and Comparative Examples will be described.
(Example 1)
First, as a transparent substrate, a niobium oxide (Nb 2 O 5 ) film having a thickness of 24.6 nm and a silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of 31.2 nm as a dielectric layer are placed on a quartz glass substrate having a thickness of 1.0 mm. A film, an Nb 2 O 5 film having a thickness of 53.3 nm, and a SiO 2 film having a thickness of 10 nm were formed in this order by a sputtering method. A load-lock type reactive sputtering apparatus was used to form each film by the sputtering method.
続いて、金属層形成工程として、厚さ20nmの銀からなる金属層を、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いて形成し、金属層付き基板を得た。この際、アルゴンガスの流量400sccmとした。金属層の成膜圧力は、0.1Paとした。 Subsequently, as a metal layer forming step, a metal layer made of silver having a thickness of 20 nm was formed using a load-lock type reactive sputtering apparatus to obtain a substrate with a metal layer. At this time, the flow rate of argon gas was set to 400 sccm. The film forming pressure of the metal layer was 0.1 Pa.
次に、保護金属層形成工程として、アルゴンガスを同じ流量に保った状態で、珪素のターゲットをスパッタリングすることにより、金属層上に、珪素からなる保護金属層を厚さが5nmとなるように形成した。この際、保護金属層の成膜圧力は、0.4Paとした。 Next, as a protective metal layer forming step, the silicon target is sputtered while maintaining the same flow rate of argon gas so that the protective metal layer made of silicon has a thickness of 5 nm on the metal layer. Formed. At this time, the film forming pressure of the protective metal layer was set to 0.4 Pa.
次に、誘電体層形成工程として、スパッタリング装置内に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを導入して、ニオブのターゲットをスパッタリングし、保護金属層上に厚さ48.4nmのNb2O5膜を成膜した。この際、アルゴンガスの流量を500sccmとし、酸素ガスの流量を200sccmとした。Nb2O5膜の成膜圧力は、0.4Paとした。Next, as a dielectric layer forming step, a mixed gas of argon gas and oxygen gas is introduced into the sputtering apparatus to sputter the niobium target, and Nb 2 O 5 having a thickness of 48.4 nm is placed on the protective metal layer. A film was formed. At this time, the flow rate of argon gas was set to 500 sccm, and the flow rate of oxygen gas was set to 200 sccm. The film formation pressure of the Nb 2 O 5 film was 0.4 Pa.
次に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを同じ流量に保った状態で、珪素のターゲットをスパッタリングすることにより、Nb2O5膜上に、厚さ80.0nmのSiO2膜を成膜し、膜付き透明基板を得た。この際、SiO2膜の成膜圧力は、0.4Paとした。Next, a SiO 2 film having a thickness of 80.0 nm was formed on the Nb 2 O 5 film by sputtering the silicon target while keeping the mixed gas of argon gas and oxygen gas at the same flow rate. , A transparent substrate with a film was obtained. At this time, the film formation pressure of the SiO 2 film was set to 0.4 Pa.
誘電体層形成工程において、珪素からなる保護金属層から、SiO2からなる保護層を形成した。In the dielectric layer forming step, a protective layer made of SiO 2 was formed from a protective metal layer made of silicon.
(比較例1)
保護金属層形成工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にして膜付き透明基板を作製した。(Comparative Example 1)
A transparent substrate with a film was produced in the same manner as in Example 1 except that the protective metal layer forming step was not performed.
実施例1及び比較例1の膜構成を表1に示す。 The film configurations of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 1.
(評価)
実施例1及び比較例1で得られた膜付き透明基板について、透過率(Transmittance)及び反射率(Reflectance)を、日立ハイテク社製、商品名「U−4000」にて測定した。また、吸収率(Absorptance)を、式(1)によって計算して求めた。
吸収率(%) = 100−透過率(%)−反射率(%) ・・・(1)
それぞれの透過・反射・吸収スペクトルを図4及び5に示す。(Evaluation)
With respect to the transparent substrate with a film obtained in Example 1 and Comparative Example 1, the transmittance and reflectance were measured by Hitachi High-Tech Corporation under the trade name "U-4000". In addition, the absorption rate (Absorptance) was calculated and obtained by the formula (1).
Absorption rate (%) = 100-transmittance (%) -reflectance (%) ... (1)
The transmission, reflection, and absorption spectra of each are shown in FIGS. 4 and 5.
図4に示すように、実施例1の膜付き透明基板は、可視光の波長範囲(400nm〜700nm)において、吸収率が10%以下と低かった。一方、図5に示すように、比較例1の膜付き透明基板は、波長485nm以下の吸収率が10%以上と高かった。銀からなる金属層の一部が、酸化されたため、又は、コロイド化したためであると考えられる。 As shown in FIG. 4, the transparent substrate with a film of Example 1 had a low absorption rate of 10% or less in the wavelength range of visible light (400 nm to 700 nm). On the other hand, as shown in FIG. 5, the transparent substrate with a film of Comparative Example 1 had a high absorption rate of 10% or more at a wavelength of 485 nm or less. It is considered that a part of the metal layer made of silver is oxidized or colloidalized.
(実施例2)
まず透明基板として、厚さ1.3mmの化学強化ガラス基板(日本電気硝子株式会社製、T2X−1)の上に、誘電体層として厚さ5.3nmのNb2O5膜、厚さ57.1nmのSiO2膜、厚さ21.8nmのNb2O5膜及び厚さ19.5nmのSiO2膜を、順にスパッタリング法で形成した。スパッタリング法によるそれぞれの膜の形成には、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いた。(Example 2)
First, as a transparent substrate, an Nb 2 O 5 film having a thickness of 5.3 nm and a thickness of 57 as a dielectric layer are placed on a chemically strengthened glass substrate (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., T2X-1) having a thickness of 1.3 mm. A 1 nm SiO 2 film, a 21.8 nm thick Nb 2 O 5 film, and a 19.5 nm thick SiO 2 film were formed in this order by a sputtering method. A load-lock type reactive sputtering apparatus was used to form each film by the sputtering method.
続いて、金属層形成工程として、厚さ6nmのスズからなる金属層を、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いて形成し、金属層付き基板を得た。この際、アルゴンガスの流量500sccmとした。金属層の成膜圧力は、0.3Paとした。 Subsequently, as a metal layer forming step, a metal layer made of tin having a thickness of 6 nm was formed using a load-lock type reactive sputtering apparatus to obtain a substrate with a metal layer. At this time, the flow rate of argon gas was set to 500 sccm. The film forming pressure of the metal layer was 0.3 Pa.
次に、保護金属層形成工程として、アルゴンガスを同じ流量に保った状態で、珪素のターゲットをスパッタリングすることにより、金属層上に、珪素からなる保護金属層を厚さが2nmとなるように形成した。この際、保護金属層の成膜圧力は、0.3Paとした。 Next, as a protective metal layer forming step, the silicon target is sputtered while maintaining the same flow rate of argon gas so that the protective metal layer made of silicon has a thickness of 2 nm on the metal layer. Formed. At this time, the film forming pressure of the protective metal layer was set to 0.3 Pa.
次に、スパッタリング装置内に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを導入した後、誘電体層形成工程として、珪素のターゲットをスパッタリングし、保護金属層上に厚さ8.8nmのSiO2膜を成膜した。この際、アルゴンガスの流量を500sccmとし、酸素ガスの流量を220sccmとした。SiO2膜の成膜圧力は、0.3Paとした。Next, after introducing a mixed gas of argon gas and oxygen gas into the sputtering apparatus, a silicon target is sputtered as a dielectric layer forming step, and a SiO 2 film having a thickness of 8.8 nm is formed on the protective metal layer. A film was formed. At this time, the flow rate of argon gas was set to 500 sccm, and the flow rate of oxygen gas was set to 220 sccm. The film formation pressure of the SiO 2 film was 0.3 Pa.
次に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを同じ流量に保った状態で、ニオブのターゲットをスパッタリングすることにより、SiO2膜上に、厚さ40.4nmのNb2O5膜を成膜した。この際、Nb2O5膜の成膜圧力は、0.3Paとした。Next, an Nb 2 O 5 film having a thickness of 40.4 nm was formed on the SiO 2 film by sputtering the niobium target while keeping the mixed gas of argon gas and oxygen gas at the same flow rate. .. At this time, the film forming pressure of the Nb 2 O 5 film was set to 0.3 Pa.
次に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを同じ流量に保った状態で、珪素のターゲットをスパッタリングすることにより、Nb2O5膜上に、厚さ93.2nmのSiO2膜を成膜し、膜付き透明基板を得た。この際、SiO2膜の成膜圧力は、0.3Paとした。Next, a SiO 2 film having a thickness of 93.2 nm was formed on the Nb 2 O 5 film by sputtering the silicon target while keeping the mixed gas of argon gas and oxygen gas at the same flow rate. , A transparent substrate with a film was obtained. At this time, the film formation pressure of the SiO 2 film was set to 0.3 Pa.
誘電体層形成工程において、珪素からなる保護金属層から、SiO2からなる保護層を形成した。In the dielectric layer forming step, a protective layer made of SiO 2 was formed from a protective metal layer made of silicon.
(実施例3)
まず透明基板として、厚さ1.3mmの化学強化ガラス基板(日本電気硝子株式会社製、T2X−1)の上に、誘電体層として厚さ8.7nmのNb2O5膜、厚さ53.2nmのSiO2膜及び厚さ25.1nmのNb2O5膜を、順にスパッタリング法で形成した。スパッタリング法によるそれぞれの膜の形成には、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いた。(Example 3)
First, as a transparent substrate, an Nb 2 O 5 film having a thickness of 8.7 nm and a thickness of 53 as a dielectric layer are placed on a chemically strengthened glass substrate (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., T2X-1) having a thickness of 1.3 mm. A SiO 2 film having a thickness of .2 nm and an Nb 2 O 5 film having a thickness of 25.1 nm were formed in order by a sputtering method. A load-lock type reactive sputtering apparatus was used to form each film by the sputtering method.
続いて、金属層形成工程として、厚さ6nmのスズからなる金属層を、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いて形成し、金属層付き基板を得た。この際、アルゴンガスの流量500sccmとした。金属層の成膜圧力は、0.3Paとした。 Subsequently, as a metal layer forming step, a metal layer made of tin having a thickness of 6 nm was formed using a load-lock type reactive sputtering apparatus to obtain a substrate with a metal layer. At this time, the flow rate of argon gas was set to 500 sccm. The film forming pressure of the metal layer was 0.3 Pa.
次に、保護金属層形成工程として、アルゴンガスを同じ流量に保った状態で、珪素のターゲットをスパッタリングすることにより、金属層上に、珪素からなる保護金属層を厚さが2nmとなるように形成した。この際、保護金属層の成膜圧力は、0.3Paとした。 Next, as a protective metal layer forming step, the silicon target is sputtered while maintaining the same flow rate of argon gas so that the protective metal layer made of silicon has a thickness of 2 nm on the metal layer. Formed. At this time, the film forming pressure of the protective metal layer was set to 0.3 Pa.
次に、スパッタリング装置内に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを導入した後、誘電体層形成工程として、珪素のターゲットをスパッタリングし、保護金属層上に厚さ9nmのSiO2膜を成膜した。この際、アルゴンガスの流量を500sccmとし、酸素ガスの流量を220sccmとした。SiO2膜の成膜圧力は、0.3Paとした。Next, after introducing a mixed gas of argon gas and oxygen gas into the sputtering apparatus, a silicon target is sputtered as a dielectric layer forming step, and a SiO 2 film having a thickness of 9 nm is formed on the protective metal layer. did. At this time, the flow rate of argon gas was set to 500 sccm, and the flow rate of oxygen gas was set to 220 sccm. The film formation pressure of the SiO 2 film was 0.3 Pa.
次に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを同じ流量に保った状態で、ニオブのターゲットをスパッタリングすることにより、SiO2膜上に、厚さ43.2nmのNb2O5膜を成膜した。この際、Nb2O5膜の成膜圧力は、0.3Paとした。Next, an Nb 2 O 5 film having a thickness of 43.2 nm was formed on the SiO 2 film by sputtering the niobium target while keeping the mixed gas of argon gas and oxygen gas at the same flow rate. .. At this time, the film forming pressure of the Nb 2 O 5 film was set to 0.3 Pa.
次に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを同じ流量に保った状態で、珪素のターゲットをスパッタリングすることにより、Nb2O5膜上に、厚さ99.2nmのSiO2膜を成膜し、膜付き透明基板を得た。この際、SiO2膜の成膜圧力は、0.3Paとした。Next, a SiO 2 film having a thickness of 99.2 nm was formed on the Nb 2 O 5 film by sputtering the silicon target while keeping the mixed gas of argon gas and oxygen gas at the same flow rate. , A transparent substrate with a film was obtained. At this time, the film formation pressure of the SiO 2 film was set to 0.3 Pa.
誘電体層形成工程において、珪素からなる保護金属層から、SiO2からなる保護層を形成した。In the dielectric layer forming step, a protective layer made of SiO 2 was formed from a protective metal layer made of silicon.
(比較例2)
まず透明基板として、厚さ1.3mmの化学強化ガラス基板(日本電気硝子株式会社製、T2X−1)の上に、誘電体層として厚さ13.2nmのNb2O5膜、厚さ32.7nmのSiO2膜、厚さ107.3nmのNb2O5膜及び厚さ30.2nmのSiO2膜を、順にスパッタリング法で形成した。スパッタリング法によるそれぞれの膜の形成には、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いた。(Comparative Example 2)
First, as a transparent substrate, an Nb 2 O 5 film having a thickness of 13.2 nm and a thickness of 32 as a dielectric layer are placed on a chemically strengthened glass substrate (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., T2X-1) having a thickness of 1.3 mm. A 4.7 nm SiO 2 film, a 107.3 nm thick Nb 2 O 5 film, and a 30.2 nm thick SiO 2 film were formed in this order by a sputtering method. A load-lock type reactive sputtering apparatus was used to form each film by the sputtering method.
続いて、金属層形成工程として、厚さ6nmのスズからなる金属層を、ロードロック式反応性スパッタリング装置を用いて形成し、金属層付き基板を得た。この際、アルゴンガスの流量500sccmとした。金属層の成膜圧力は、0.3Paとした。 Subsequently, as a metal layer forming step, a metal layer made of tin having a thickness of 6 nm was formed using a load-lock type reactive sputtering apparatus to obtain a substrate with a metal layer. At this time, the flow rate of argon gas was set to 500 sccm. The film forming pressure of the metal layer was 0.3 Pa.
次に、保護金属層を形成せずに、スパッタリング装置内に、アルゴンガス及び酸素ガスの混合ガスを導入した後、誘電体層形成工程として、珪素のターゲットをスパッタリングし、金属層上に厚さ56.3nmのSiO2膜を成膜し、膜付き透明基板を得た。この際、SiO2膜の成膜圧力は、0.3Paとした。Next, after introducing a mixed gas of argon gas and oxygen gas into the sputtering apparatus without forming a protective metal layer, a silicon target is sputtered as a dielectric layer forming step to obtain a thickness on the metal layer. A 56.3 nm SiO 2 film was formed to obtain a transparent substrate with a film. At this time, the film formation pressure of the SiO 2 film was set to 0.3 Pa.
実施例2、3及び比較例2の膜構成を表2に示す。 The film configurations of Examples 2, 3 and Comparative Example 2 are shown in Table 2.
図6に示すように、実施例2の膜付き透明基板は、可視光の波長範囲(400nm〜700nm)において、平均の吸収率が23%であり、各波長での吸収率の最大と最小の差が6%であった。また、図7に示すように、実施例3の膜付き透明基板は、可視光の波長範囲(400nm〜700nm)において、平均の吸収率が15%であり、各波長での吸収率の最大と最小の差が10%であった。一方、図8に示すように、比較例2の膜付き透明基板は、可視光の波長範囲(400nm〜700nm)において、平均の吸収率が12%であり、各波長での吸収率の最大と最小の差が17%であった。スズからなる金属層の一部が酸化されたためであると考えられる。 As shown in FIG. 6, the transparent substrate with a film of Example 2 has an average absorption rate of 23% in the visible light wavelength range (400 nm to 700 nm), and the maximum and minimum absorption rates at each wavelength. The difference was 6%. Further, as shown in FIG. 7, the transparent substrate with a film of Example 3 has an average absorption rate of 15% in the visible light wavelength range (400 nm to 700 nm), which is the maximum absorption rate at each wavelength. The minimum difference was 10%. On the other hand, as shown in FIG. 8, the transparent substrate with a film of Comparative Example 2 has an average absorption rate of 12% in the visible light wavelength range (400 nm to 700 nm), which is the maximum absorption rate at each wavelength. The minimum difference was 17%. It is considered that this is because a part of the metal layer made of tin was oxidized.
1…透明基板
1a…第一主面
1b…第二主面
2…金属層
3…保護層
4…誘電体層
5…保護金属層
10…膜付き透明基板
1 ... Transparent substrate 1a ... First main surface 1b ... Second
Claims (8)
前記金属層の前記透明基板とは反対側に、前記金属層に接して保護金属層を形成する保護金属層形成工程と、
スパッタリング法により、前記保護金属層の前記透明基板とは反対側に、前記保護金属層に接して誘電体層を形成する誘電体層形成工程とを備える、
膜付き透明基板の製造方法。A metal layer forming process for forming a metal layer on a transparent substrate,
A protective metal layer forming step of forming a protective metal layer in contact with the metal layer on the opposite side of the metal layer from the transparent substrate.
A dielectric layer forming step of forming a dielectric layer in contact with the protective metal layer is provided on the side of the protective metal layer opposite to the transparent substrate by a sputtering method.
A method for manufacturing a transparent substrate with a film.
Prior to the metal layer forming step, a protective oxide layer composed of silicon oxide or aluminum oxide is formed on the transparent substrate, and in the metal layer forming step, the metal layer is brought into contact with the protective oxide layer. The method for producing a transparent substrate with a film according to claim 7, which is formed.
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