JPH02113201A

JPH02113201A - 光学多層膜を被覆した物品

Info

Publication number: JPH02113201A
Application number: JP63267611A
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: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1990-04-25

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アルミニウム珪酸
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Ｉ　　ＣＺｒ０ｔ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　　（Ｔｉ（ｈなど）と低屈折率膜４
　（Ｓｉｎｇ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膜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２４０ｘ３１０鶴、３５０Ｘ４
６０龍である。

また、複写機用コールドフィルターで、約３００Ｘ３Ｑ
ｍ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．ｗ）以上のデイスプレィや、１
５００Ｘ１０００ｕ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
０Ｘ３６００ｍｍにもなる大面積の透明基体への光学膜
の被膜方法として、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ＭｇＦｔ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被覆
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、　Ｃｏｌｅｍａｎ、八ＰＰ
ＬＩＥＤＯＰＴＩＣＳ、　Ｖｏｌ、　１３．　Ｎｏ、４
　Ａｐｒｉｌ　１９７４　ｐｐ　９４６−９５１）。

ＭｇＦ、ターゲットを用いる方法は、Ｍｇｐｚターゲッ
トの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ばならない。しか
し、高周波スパッタリング法は１辺が１０００１ｍ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は適さない。また
、５ｉｆｔ　（屈折率１．４６）、＾ＪｚＯｓ（屈折率
１．６３）　、ＭｇＯ（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、Ｓｔ、　　Ａｌ、　Ｍｇ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
リングにおいては、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、ＳｉＯ□、
　　Ａｌｔｏｓ　、　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、ＭｇＦ　ｔの場合と同様安定して
被覆することが困難である。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
率材料Ｉと低屈折率材料２とを交互に積層した光干渉作
用を利用した多層膜を被覆した物品において、低屈折率
材料２としてアルミニウムの珪酸化物を用いる。

本発明に用いられるアルミニウムの珪酸化物の膜組成は
、ＡＩ５１ｘ０２ｘ＊１．Ｓで表わされる化学式でＸが
０．０５以上で、１．０を越えない範囲、すなわちＳｉ
／Ａｌの原子比で０．０５〜１．０の範囲内にあること
が好ましく、膜中の酸素はＡＩとＳｉに対して、ほぼ化
学量論組成であることが好ましい。Ｘの値が０．０５よ
り小さくなると、アルミニウムの珪酸化物の膜の屈折率
が１．６２を越え、低屈折率材料としての価値が低下し
てしまう。Ｘが１．０より大きくなると、用いるアルミ
ニウム珪化ｔｌターゲットの表面の導電性が悪くなり安
定して直流スパッタリングによる被覆をすることができ
なくなる。Ｘが１．０のときのアルミニウムの珪酸化物
の膜の屈折率は１．５４になり、したがって本発明にか
かる低屈折率材料の膜として用いることができるアルミ
ニウムの珪酸化物の屈折率の値は１．５４〜１．６２の
範囲は１．５４になり、したがって本発明にかかる低屈
折率材料の膜として用いることができるアルミニウムの
珪酸化物の屈折率の値は１．５４〜１．６２の範囲とな
る。また、アルミニウムの珪酸化物の膜を安定して直流
スパッタリングで行うという観点からは、Ｓｉ／Ａｌの
原子比すなわちＸの値は０．０５〜０．２５の範囲であ
ることが最も好ましい。

また高屈折率物質としては、ＴｔＯ□（屈折率２．４）
、ＴａｚＯｓ　　（屈折率２．１）　、ＺｒＯ！（屈折
率２．１）、ＺｎＯ（屈折率２．０）　、Ｓｎｏｗ　（
屈折率２．０）、■Ｔ。

（屈折率２．０）などが使用可能である。もちろんこれ
らの高屈折率材料の膜は、従来から行われているように
、それぞれＴｉ、　Ｔａ５Ｚｒｓ　Ｚｎ、、Ｓｎｓ　　
（Ｉｎ＋Ｓｎ）などの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。

アルミニウムの珪酸化物は、アルミニウムの珪化物ター
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。基体をアル
ミニウム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。アルミニウム珪酸化物膜の化学組成は、被覆
時の膜の堆積スピードと雰囲気ガスの条件たとえば、ガ
ス組成、ガス圧力などにより、被覆される膜が実質的に
透明になるように設定される。

本発明にかかる低屈折率膜として用いるアルミニウムの
珪酸化物の被膜を、アルミニウムの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、アルミニウム珪化物のターゲ
ットの表面の酸化による電気絶縁層が形成されにり＜、
導電性が長時間に渡って確保されるので、従来のＡＩや
Ｍｇなとの金属をターゲットとする酸素ガスを含む減圧
された雰囲気下で直流スパッタリング法が存している欠
点、すなわちターゲットの表面が急速に酸化され、被膜
堆積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。

本発明にかかる各層の膜厚および層数は、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〕

本発明にかかる光学多層膜を形成するアルミニウムの珪
酸化物からなる層は、１．５４〜１．６２の低い屈折率
を有しているので、屈折率が２．０以上の高屈折率材料
からなる層と積層されることにより、低屈折率の層とし
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。またアルミニウムの珪酸化物膜を酸素を含む減圧さ
れた雰囲気下で直流スパッタリングで被覆するに際して
、アルミニウムの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なくし、ターゲット表面を導電
性に維持させるので、長時間安定してアルミニウムの珪
酸化物の膜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７１１　Ｓｒｏ、　ｒ組成のアルミニウムの珪
化物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１．１鶴の厚みの洗浄したガラス板
をセットし、クライオポンプにより真空槽の圧力を１．
３　Ｘ　１０−”Ｐａ以下まで排気した０次に酸素ガス
５０体積％アルゴンガス５０体積％の割合の混合ガス１
００ｃｃをガスパイプから導入し、真空槽内の圧力を０
．６７Ｐａ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ｈよびアルミニウムの珪化物ターゲ７）
に、それぞれ４ｋＷ／ａｍ”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　ｗ／ｗｉｎで、アルミニウムの珪化物ター
ゲツト面に対向する位置を通過するときは？（１１１１
／ｌｌ１ｎ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層の膜を
被覆したガラス板の第１層のアルミニウムの珪酸化物か
らなる膜および第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１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。

また得られたアルミニウムの珪酸化物膜の化学組成をＸ
ｉマイクロアナライザーで調べたところ、Ａ　Ｉ　Ｓｉ
ｎ、　ｔＯ＋、　ｑ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　　　１　　　表実施例２実施例１と同じスパッタリング装置で、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
ーにセントし、真空槽内をクライオポンプにより１．３
　Ｘ　１０−’Ｐａ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
の混合ガス１００ｃｃを導入し、同様に０．６７Ｐａの
圧力に調節した。Ｔｉターゲットに５Ｗ／Ｃ１ｌ”、ア
ルミニウムの珪化物ターゲットに４　Ｗ　／　ｃｍ　”
の電力を直流電源から印加し、ガラス板の移動速度をＴ
ｉターゲット表面に対向する位置を通過するときは２０
ｍｍ／ｍｆｎに、アルミニウムの珪化物ターゲット表面
に対向する位置を通過するときは５５１ｍ／ｍｔｎ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の電力の印加を停止し、ガラス板
を一方の端に移動させた。同様の操作をさらに３回繰返
し、合計８層の膜を被覆した。その後ガラスを一方の端
から他方の端に４Ｗ／ｃ＋ａ”の電力を印加したＴｉタ
ーゲットの前面を通過させるときは２０ｍ／ｗｉｎで、
５　Ｗ　／　ａｍ　”の電力を印加したアルミニウム珪
化物のターゲツト面を通過させるときは１１０　ｍｍ／
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ソメーターで測定して２．
４０を得た。得られたｌ０ＪＷからなる多層膜の構成を
第２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、１鰭の厚みのガラス板を一方の端にあるガラス
ホルダーにセットした。クライオポンプにより真空槽内
の圧力を１．３　Ｘ　１０−３Ｐａ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０．６７Ｐａ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５Ｗ
／ａｍ”、アルミニウムの珪化物ターゲットに４　Ｗ　
／　ａｍ　”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アルミニウムの珪化物ター
ゲツ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７０　ｍｍ／ｌｌｌ１ｎ　、　　５
５　ｆｌ／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２層の膜を被
覆し合計４層とした。その後さらに５Ｗ／ｃＩｌ”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
アルミニウム珪化物ターゲツト面に対向する位置をそれ
ぞれ７０關／ｍｉｎ、　　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、真空槽内を大気圧に
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Ｔａ、０．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３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９１．３％。

７２．９％であった。

第　　　３　　　表〔発明の効果〕本発明のアルミニウムの珪酸化物膜を低屈折率材料とし
て用いた、低屈折率からなる膜と光屈折率からなる膜の
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、アルミニウムの珪酸化物を低屈折率
の膜とし、高屈折率材料からなる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
、コールドフィルタの一例の構造を示す断面図である。１・・・高屈折率材料からなる層、２・・・本発明のア
ルミニウムの珪酸化物を用いた低屈折率材料からなる層
、３・・・透明基体、４・・・従来の低屈折率材料から
なる層。第図第図第閃

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基体上に低屈折率材料からなる層と、高屈折
率材料からなる層とを交互に積層した、２層以上からな
る光学干渉型多層膜が被覆された物品において、前記低
屈折率材料からなる層がアルミニウムの珪酸化物からな
り、前記高屈折率材料からなる層が可視域での屈折率が
２．０以上である金属酸化物からなる光学多層膜を被覆
した物品
（２）前記アルミニウムの珪酸化物からなる層の化学組
成がＳｉ／Ａｌの原子比で０．０５〜１．０であって、
ほぼ化学量論組成の酸素を含む特許請求範囲第１項記載
の物品
（３）前記金属酸化物からなる層がＴｉＯ＿２、Ｔａ＿
２Ｏ＿５、ＺｒＯ＿２、ＺｎＯ、ＳｎＯ＿２、Ｉｎ＿２
Ｏ＿３からなる群からいずれか１つ、または少なくとも
２つ以上が選ばれた混合物からなる特許請求範囲第１項
記載の物品
（４）前記金属酸化物からなる層および前記アルミニウ
ムの珪酸化物からなる層が、それぞれ前記金属のターゲ
ットおよび、アルミニウムの珪化物をターゲットとして
、減圧された酸素を含む雰囲気中での直流スパッタリン
グにより被覆された、特許請求範囲第１項乃至第３項の
いずれかの項記載の物品