JPH075310A - 耐摩耗性光学スタック - Google Patents

耐摩耗性光学スタック

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JPH075310A
JPH075310A JP5135036A JP13503693A JPH075310A JP H075310 A JPH075310 A JP H075310A JP 5135036 A JP5135036 A JP 5135036A JP 13503693 A JP13503693 A JP 13503693A JP H075310 A JPH075310 A JP H075310A
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mirror
optical
coating
silicon
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Timothy C Engel
シー エンゲル ティモシー
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Optical Coating Laboratory Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学被膜の光学性能を低下させることなしに
光学被膜の摩耗抵抗を高めるための非常に薄い保護膜を
備えた耐摩耗性光学スタックの提供。 【構成】 耐久性のスパッタを施した表面鏡が、基板の
一方の側に形成された反射性アルミニウム被膜と、アル
ミニウム上に形成された酸化珪素被膜と、酸化珪素上に
形成された酸化チタン被膜と、酸化チタン被膜上に形成
された薄い保護膜とを備えている。保護膜は、酸化珪
素、窒化珪素、及び/又はオキシ窒化珪素を析出させる
ためのスパッタ析出条件を用いて形成され、鏡の光学的
な特質を低下させることのない非常に薄い被膜を形成す
ると考えられる処理パラメーターを用いて形成される。
この非常に薄い保護膜は、非常に向上した表面耐久性を
もたらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物理的析出法により形
成された光学被膜、鏡、ガラス等の基板上に被膜層を析
出させることにより形成された鏡、特に、スパッタを施
した鏡及び高められた表面耐久性を有するスパッタを施
した表面鏡に関する。
【0002】
【関連技術の説明】従来のスパッタを施した鏡は、ガラ
ス又は他の適当な材料の基板の前部視野側に(表面鏡)、
或いは基板の背面、即ち第二の面に(背面鏡)、順次スパ
ッタ析出されたAl/SiO2/TiO2のような層を備えている。
典型的な被膜構造においては、アルミニウムは、約89%
の反射率をもたらし、SiO2及びTiO2は、この基礎反射率
を、例えば、約95〜96%の最大反射率に高める。
【0003】スタックのTiO2上部(最外)層は、摩耗抵抗
が非常に低いことが、本業界で周知である。例えば、頻
繁に用いられているガラス/Al/SiO2/TiO2構造は、譲受
人により用いられている200回のチーズクロス摩耗抵抗
基準に不合格であることが分っている。この摩耗抵抗試
験は、軍用規格MIL-M-13508C、パラグラフ4.4.5の方法
を用いており、0.9525cm(3/8インチ)の直径、1.27cm(1/
2インチ)の厚さのチーズクロスを用いて、1±0.25ポン
ドの力で、鏡を200回擦ることが含まれている。実際に
は、斯かる鏡は、20回の摩擦試験でさえも合格できない
ことがしばしばである。軟質なTiO2の耐久性が低いの
で、表面を定期的にきれいに拭く場合、或いは表面が使
用中に摩耗又は摩擦を受ける場合には、背面鏡が好まし
い。背面鏡の典型的な用途は、住居、休憩室等における
ものである。しかしながら、ゼログラフィー式コピー機
及びカメラ等の多くの用途において、歪みのない光学特
性の必要性が、TiO2成分の摩耗抵抗が低いにもかかわら
ず、表面鏡の使用を強いている。
【0004】
【発明の概要】一つの特徴において、本発明は、光学被
膜と、この被膜上に形成された非常に薄い保護膜とを備
えた耐摩耗性光学スタックに具現化される。保護膜は、
被膜の光学的性能を低下させることなしに、保護膜の厚
さにもかかわらず、被膜の摩耗抵抗を高めるよう選択さ
れる。
【0005】別の限定的でない特徴において、本発明
は、TiO2の終りから二番目の層と、従来、酸化珪素、窒
化珪素及び/又はオキシ窒化珪素から選択された材料を
形成する物理的析出法、例えば、スパッタ析出法を用い
てTiO2上に析出させた薄い保護膜とを備えた鏡に具現化
される。驚くべきことに、この保護膜は、鏡及び鏡の反
射率向上TiO2被膜により与えられた光学的性能を維持し
ながら、大幅に向上した摩耗抵抗をもたらす。
【0006】更に別の限定的でない方法の特徴におい
て、本発明は、基板上に少なくとも一つの光学被膜を形
成することと、光学被膜の光学的性能を低下させること
なしに光学被膜の摩耗抵抗を高めるため、非常に薄い保
護膜を光学被膜上に析出させることを、含む耐摩耗性光
学スタックの形成方法に具現化される。本発明の上記及
び他の特徴を、図面を参照して以下に説明する。
【0007】
【好ましい実施態様の詳細な記述】
鏡の設計及び構成の概観 本発明は、TiO2を含む鏡用保護膜(及び出来上がる鏡)に
具現化される。この保護膜は、鏡に、光学的性能(反射
率)を低下させることなく、優れた摩耗抵抗を付与す
る。その結果、随伴する優れた光学的性能特性を有する
表面鏡を、背面鏡(rear surface mirrors)の耐性を要求
されるのが一般的な用途に用いることができる。即ち、
本発明を具現化する鏡は、優れた摩耗抵抗をもたらし、
保護膜のない鏡とほぼ同じくらい歪像がない。
【0008】好ましい実施態様では、本発明の鏡は、Ti
O2反射率高揚外部被膜と非常薄い保護膜とを備えてお
り、外部被膜は、TiO2の固有の柔らかさにもかかわら
ず、鏡に優れた摩耗抵抗を付与する。実際、10,000回の
チーズクロス摩擦サイクルの摩耗抵抗が容易に得られ
る。もとは互に相容れない光学的及び物理的特性のこの
驚くべき組み合せが如何にして達成されるかは、正確に
は分っていない。しかしながら、スパッター等の物理的
析出法により析出した保護膜層の成分が、TiO2の成分と
反応して堅固で光学的に好都合な層を形成するものと論
理立てることができる。例えば、保護膜材料における窒
素SixNy(例えば、Si3N4)又はSixOyNzが、部分的に又は
全体的にTiO2をTiNxに変換する。窒素は、薄い表面領域
のTiO2を、TiNxに変換する。厚いTiNx層は、反射率を低
下させるが、材料は非常に固い。そのため、非常に薄い
層、ことによると、ほんの幾つかの単分子層の厚さの均
一な層の形成が、反射率を損うことなしに、注目された
優れた摩耗抵抗をもたらす。
【0009】好ましい実施態様では、鏡の構成は、基板
/Al/SiO2/TiO2/保護膜/空気である。TiO2は、400〜600
の厚さなのが典型的である。保護膜は、50〜200 の
厚さであり、試験結果(以下参照)が、約200 より厚い
保護膜は、反射率を低下させることがあることを示して
いる。上記のように、保護膜は、SiO2、Si3N4、又はSiO
xNyの物理的析出法を用いて形成される。「物理的析出
法」の語句は、ここでは保護膜は、SiO2、Si3N4、又はS
iOxNyであることを特定するよりもむしろ、斯かる析出
法が、TiO2との反応を生じさせ、保護膜を部分的又は全
体的にTiNxのような摩耗抵抗層に変換する可能性を強調
することを意図して用いている。
【0010】鏡の製造方法 本発明の鏡は、米国、カリフォルニア州、コンコードの
Airco Inc.から入手可能なインラインスパッタコーター
システム等の市販のインラインマルチステーションスパ
ッタシステム10により形成されるのが好ましい。図1
に模式的に示すように、このシステムは、コンベアシス
テム11、インプット及びアウトプットロードロックス
テーション12及び14、四つの中間処理ステーション
16、18、20及び22を備えている。各処理ステー
ションは、金属をスパッタ析出させるための、又は金属
をスパッタ析出させ、析出した/析出状態の金属を酸化
物、窒化物、オキシニトライド等に変換するためのスパ
ッタシステムを備えている。現在、本発明のシステム
は、コンベアに対して横断方向に(横切って)方向付けさ
れたCMAG回転円筒マグネトロン型スパッタ装置を用いて
いる。各処理チャンバーは、ほぼ、巾が35.56cm(14イン
チ)、長さが121.92cm(48インチ)、高さが30.48cm(12イ
ンチ)である。
【0011】作動においては、コンベア11は、ステー
ション16、18、20及び22を順に通ってガラス基
板を移動させるのに用いられ、これらのステーション
は、Al、SiO2、TiO2、及び保護膜を、それぞれ順に析出
させるため作動される。目下、オキシ窒化珪素を析出さ
せるため、アルミニウムステーション16及びTiO2ステ
ーション20は、一つのCMAGスパッタ装置を用いてお
り、一方、SiO2ステーション18及び保護膜ステーショ
ン22は、コンベアの進行方向に沿って間隔をおいた位
置に設置された三つのCMAG装置を組み込んでいる。
【0012】
【実施例】表1は、アルミニウム層、シリカ層、チタニ
ア層、及びオキシ窒化珪素保護膜層を、順次81.28cm(32
インチ)x127cm(50インチ)の鏡上に形成するための、目
下好適なCMAG電力、チャンバー圧、ガス及び関連する流
量、及びコンベアライン速度パラメーターを示す。電力
データは、用いるCMAGスパッタ装置の数及び各装置への
電力を示す。 表1 オキシ窒化珪素保護膜析出パラメーター 層 Al SiO2 TiO2 SiOxNy パラメーター 電力(kw) 50 20/20/20 43 15/15/15 圧力(10-3 torr) 3.5 2.5 2.5 1.7 ガス Ar O2 O2 N2O/N2 流量(sccm) 240 450 300 290/30 ライン速度(cm/min) 280 73 16 1300 図2の、それぞれ、実際の反射率及び理論上の反射率の
グラフ30及び32により示すように、できあがった鏡
の反射率は、理論値に非常に近い(むしろ理論値よりも
幾分良い)。反射率の低下は、0.5%未満である。加え
て、これらの鏡は、10,000回のチーズクロス摩耗抵抗基
準に合格している。対照的に、同じ方法を用いて保護膜
のないAl/SiO2/TiO2を形成すると、20回のチーズクロス
摩耗抵抗試験にも耐えることのできない鏡ができた。
図3及び図4は、それぞれ、100及び200 の保護膜厚の
SiOxNy保護膜付鏡構造に関する理論的薄膜分析の結果を
示す。図3においては、グラフ34は、保護膜のない鏡
の反射率を示しており、一方、グラフ36は、オキシ窒
化珪素保護膜を付した鏡に関するものである。同様に、
図4においては、グラフ38及び40は、それぞれ、保
護膜のない鏡及びオキシ窒化珪素保護膜を有する鏡に関
するものである。反射率の低下は、100の厚さの保護膜
に関しては無視できるものであり(図3)、200 の厚さ
の保護膜に関しては0.5%である(図4)。図5は、保護
膜の位相空間の効果を示す。
【0013】表2は、表面鏡のTiO2外部被膜上に窒化珪
素保護膜をスパッタ析出させるためのパラメーターを示
している。試験の結果は、ここでは特徴を記述しない
が、窒化珪素保護膜も、反射率を低下させることなし
に、優れた摩耗抵抗をもたらした。 表2 窒化珪素保護膜析出パラメーター 層 Al SiO2 TiO2 SixNy パラメーター 電力(kw) 50 15/15 43/43/43 2 圧力(10-3 torr) 3.5 2.5 2.5 2.5 ガス Ar O2 O2 N2 流量(sccm) 240 450 300 400 ライン速度(cm/min) 380 53 53 53 本発明のこれらの好ましい実施態様の上記の開示に基づ
き、当業者は、容易に別態様を導き出し、本発明と均等
で本明細書の特許請求の範囲の範囲内である変更を施す
であろう。例えば、先に論じたように、本発明は、鏡又
はスパッタした鏡に限定されることなく、光学被膜及び
物理的析出法一般にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具現化する鏡を形成するのに適したイ
ンラインスパッタシステムの模式図である。
【図2】本発明を具現化する鏡の現実の反射率及び理論
上の反射率を示す図である。
【図3】100 の保護膜厚のSiOxNy保護膜付鏡構造に関
する理論的薄膜分析の結果を示す図である。
【図4】200 の保護膜厚のSiOxNy保護膜付鏡構造に関
する理論的薄膜分析の結果を示す図である。
【図5】本発明を具現化する保護膜の位相空間における
効果を示す図である。
【符号の説明】
30…本発明の鏡の実際の反射率 32…本発明の鏡の理論上の反射率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C23C 28/04

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一つの光学被膜と、 光学被膜の光学性能を低下させることなしに光学被膜の
    摩耗抵抗を高めるため、光学被膜上に形成された非常に
    薄い保護膜とを、備えたことを特徴とする耐摩耗性光学
    スタック。
  2. 【請求項2】 光学被膜がTiO2であり、 TiO2の反射率を低下させることなしにTiO2の摩耗抵抗を
    高めるため、保護膜が、酸化珪素、窒化珪素及びオキシ
    窒化珪素のうちの少なくとも一つの物理的析出技術によ
    り形成されていることを特徴とする請求項1記載のスタ
    ック。
  3. 【請求項3】 保護膜の厚さが、50〜200 の範囲内で
    あることを特徴とする請求項2記載のスタック。
  4. 【請求項4】 基板と、基板上に形成された反射スタッ
    クとを備えた鏡であって、 スタックが、酸化チタンの最外層と、酸化珪素、窒化珪
    素及びオキシ窒化珪素のうちの少なくとも一つの析出技
    術により酸化チタン上に形成された薄い保護膜とを備え
    ていることを特徴とする鏡。
  5. 【請求項5】 薄い被膜が、酸化珪素であることを特徴
    とする請求項4記載の鏡。
  6. 【請求項6】 薄い被膜が、窒化珪素であることを特徴
    とする請求項4記載の鏡。
  7. 【請求項7】 薄い被膜が、オキシ窒化珪素であること
    を特徴とする請求項4記載の鏡。
  8. 【請求項8】 基板と、 基板の一方の側に形成された反射性アルミニウム被膜
    と、 アルミニウム上に形成された酸化珪素被膜と、 酸化珪素上に形成された酸化チタン被膜と、 酸化珪素、窒化珪素及びオキシ窒化珪素から選択され、
    酸化チタン被膜上に形成された薄い保護膜とを、備えて
    いることを特徴とする摩耗抵抗性鏡。
  9. 【請求項9】 保護膜が、酸化珪素であることを特徴と
    する請求項8記載の鏡。
  10. 【請求項10】 保護膜が、窒化珪素であることを特徴
    とする請求項8記載の鏡。
  11. 【請求項11】 保護膜が、オキシ窒化珪素であること
    を特徴とする請求項8記載の鏡。
  12. 【請求項12】 保護膜の厚さが、50〜200 の範囲内
    であることを特徴とする請求項8記載の鏡。
  13. 【請求項13】 基板上に少なくとも一つの光学被膜を
    形成することと、 光学被膜の光学的性能を低下させることなしに光学被膜
    の摩耗抵抗を高めるため、非常に薄い保護膜を光学被膜
    上に析出させることを、含む耐摩耗性光学スタックの形
    成方法。
JP5135036A 1992-06-05 1993-06-07 耐摩耗性光学スタック Pending JPH075310A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US89401892A 1992-06-05 1992-06-05
US07/894018 1992-06-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH075310A true JPH075310A (ja) 1995-01-10

Family

ID=25402486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5135036A Pending JPH075310A (ja) 1992-06-05 1993-06-07 耐摩耗性光学スタック

Country Status (4)

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EP (1) EP0573163A3 (ja)
JP (1) JPH075310A (ja)
KR (1) KR940000394A (ja)
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