(57)【要約】【課題】真空蒸着の際に、真空蒸着装置の真空度が落ち難く、且つ、スプラッシュ量が少ない酸化タンタル蒸着材およびその製造方法、並びに蒸着膜の製造方法を提供すること。【解決手段】Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成するＩ工程と、Ｉ工程で得られた焼結体を真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して酸化タンタル蒸着材を得るＩＩ工程、を有する酸化タンタル蒸着材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成し、次いで、真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して得られる酸化タンタル蒸着材。
【請求項２】
Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成するＩ工程と、
Ｉ工程で得られた焼結体を真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して酸化タンタル蒸着材を得るＩＩ工程、を有することを特徴とする酸化タンタル蒸着材の製造方法。
【請求項３】
請求項１の酸化タンタル蒸着材を用いて、真空蒸着を行い、酸化タンタル蒸着膜を得ることを特徴とする酸化タンタル蒸着膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空蒸着により基材に酸化タンタルの蒸着膜を形成させるために用いられる酸化タンタル蒸着材及びその製造方法、並びに該酸化タンタル蒸着材を真空蒸着の蒸着材として用いる酸化タンタル蒸着膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高屈折率層形成用の蒸着材としては、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）（屈折率：ｎ＝２．１）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）（屈折率：ｎ＝２．２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）（屈折率：ｎ＝２．４）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）（屈折率：ｎ＝２．１）などが用いられている。
【０００３】
中でも、蒸着材として酸化タンタルを用いて形成した蒸着膜は、屈折率が高く、硬度が高い。例えば、フィルター・ダイクロイックミラー、ブラスチックレンズ等の多層膜の高屈折物質として使用されている。通常の五酸化二タンタル蒸着材は、五酸化二タンタル粉末をプレス成形し焼結体としたペレットやターゲットが用いられる。
【０００４】
酸化タンタル蒸着膜は、通常、真空蒸着によって基材上に堆積される。この方法では、先ず、コーティングされるべき基材および蒸着材が入っている容器を、適切な真空蒸着装置内に設置し、次いで、装置内を排気し、真空にし、加熱および／または電子ビーム衝撃により、蒸着材を蒸発させ、薄膜の形状で基材表面に析出させる。
【０００５】
このような酸化タンタル蒸着膜を形成させる酸化タンタル蒸着材は、例えば、特開平４−３２５６６９号公報（特許文献１）、特開２００６−１１１９７４号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３２５６６９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００６−１１１９７４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、２の蒸着材には、（１）真空蒸着の際に脱酸素が起こり、真空蒸着装置内の真空度を落としてしまうため、真空度を安定させるための時間ロスが生じること、（２）真空蒸着の際に、スプラッシュが発生し、安定した成膜が困難であり、歩留りの低下や膜厚が不均一になる等の問題があった。
【０００８】
従って、本発明の課題は、真空蒸着の際に、真空蒸着装置の真空度が落ち難く、且つ、スプラッシュ量が少ない酸化タンタル蒸着材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる実情において、本発明者は、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、蒸着材として、Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成し、次いで、真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して得られる蒸着材を用いることにより、真空蒸着の際に、真空度が落ち難く、且つ、スプラッシュ量が少ないことを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成し、次いで、該焼結体を真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して得られる酸化タンタル蒸着材を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成するＩ工程と、Ｉ工程で得られた焼結体を真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して酸化タンタル蒸着材を得るＩＩ工程、を有することを特徴とする酸化タンタル蒸着材の製造方法を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、前記酸化タンタル蒸着材を用いて、真空蒸着を行い、酸化タンタル蒸着膜を得ることを特徴とする酸化タンタル蒸着膜の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、真空蒸着の際に、真空蒸着装置内の真空度が落ち難く、且つ、スプラッシュ量が少ない酸化タンタル蒸着材およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の酸化タンタル蒸着材は、Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成し、次いで、真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して得られるものであり、真空蒸着により、酸化タンタル蒸着膜を基材に形成させるために用いられる蒸着材である。
【００１５】
本発明の酸化タンタル蒸着材は、Ｔａ２Ｏ５相とＴａ２Ｏ相との混合相を主体とするものが好ましく、Ｔａ２Ｏ５相とＴａ２Ｏ相との混合相が特に好ましい。なお、本発明の酸化タンタル蒸着材は、本発明の効果を損なわない範囲で、他の化合物、あるいは、不純物等を含んでいてもよいが、蒸着膜の光学特性、例えば、屈折率、透過率への影響を考慮すると、本発明の酸化タンタル蒸着材は、高純度であることが望ましい。
【００１６】
本発明の酸化タンタル蒸着材としては、以下に示す本発明の酸化タンタル蒸着材の製造方法により製造されたものが、真空蒸着の際に、真空蒸着装置内の真空度が落ち難く、且つ、スプラッシュ量が少ないという効果が高まる点で好ましい。
【００１７】
本発明の酸化タンタル蒸着材の製造方法は、Ｔａ２Ｏ５を１２００℃以上で焼成するＩ工程と、Ｉ工程で得られた焼結体を真空雰囲気下で電子ビーム溶解法によって溶解して酸化タンタル蒸着材を得るＩＩ工程、を有する。
【００１８】
Ｉ工程で使用するＴａ２Ｏ５は、粉末状のＴａ２Ｏ５、あるいは粉末状のＴａ２Ｏ５を粒状やペレット状等に成形したものである。原料である粉末状のＴａ２Ｏ５は、純度が可能な限り高いものが好ましく、市販のものを適宜使用できる。Ｔａ２Ｏ５を成形体とすることで、焼成後、密度の高いＴａ２Ｏ５焼結体を得ることができる。粉末状のＴａ２Ｏ５を成形する方法としては、通常の油圧式または機械式のプレス装置、射出成形装置、押出成形装置などの公知の成形方法を用いておこなわれる。金型のかじり防止と離型性を良くするためや、該原料Ｔａ２Ｏ５同士の結合性を上げるために必要に応じて適宜なバインダー成分を添加してもかまわない。
【００１９】
Ｉ工程において、Ｔａ２Ｏ５を加熱炉に移し、焼成を行う。焼成雰囲気としては、特に制限はないが、例えば、真空中、不活性ガス雰囲気下、還元雰囲気下、大気または酸化雰囲気下で行う。この中、真空雰囲気下で焼結を行うことが、後工程の電子ビーム溶解の溶解速度を早くすることができる点で好ましい。なお、焼成は加圧状態で行ってもよい。
【００２０】
また、焼成温度は１２００℃以上である。１２００℃以上とすることで、焼成後のＴａ２Ｏ５焼結体の密度が、４．４ｇ／ｃｍ３以上となる。該Ｔａ２Ｏ５焼結体の密度は、その体積と質量を計測して求めることができる。体積は、容器内に水を入れ、この水中に該Ｔａ２Ｏ５焼結体を入れた時の水位と、水中に入れる前との水位差により計算したり、焼結体の寸法を計測することなどにより、測定することができる。Ｔａ２Ｏ５の真比重が８．７ｇ／ｃｍ３であるので、相対密度は５０％以上である。従って、次工程の電子ビーム法溶解において、溶解の１回の処理量を多くすることができる。また、該Ｔａ２Ｏ５焼結体は、電子ビーム溶解における溶解性が良好であり、溶け残りが発生しにくい。さらに、Ｔａ２Ｏ５成形体を焼成することにより、Ｔａ２Ｏ５成形体が含有する吸着ガスを除去することができ、電子ビーム溶解法の溶解処理時間を短縮でき、また電子ビームのアークが安定する。焼成されたＴａ２Ｏ５焼結体は、速やかにポリエチレンシート等で真空包装することが、焼成後、水等の吸着を防止することができる点で好ましい。
【００２１】
ＩＩ工程は、Ｉ工程で得られた焼結体に、真空雰囲気下で、電子ビームを照射して焼結体を溶解する、電子ビーム溶解法(ＥＢ溶解法)により焼成後のＴａ２Ｏ５焼結体の溶解を行う。なお、真空雰囲気とは、１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４ｔｏｒｒ）以下の真空度を言う。
【００２２】
ＩＩ工程において、電子ビーム溶解法によりＴａ２Ｏ５焼結体の溶解を行う方法としては、特に制限されず、通常、金属の溶解に用いられている電子ビーム溶解法を用いることができる。焼成後のＴａ２Ｏ５焼結体を用いることにより、電子ビーム溶解における溶融速度を早くすることができ、本発明の酸化タンタル蒸着材を短時間で製造が可能となり、酸化タンタル蒸着材の生産性を向上することができる。また、該原料Ｔａ２Ｏ５焼結体は、アーク溶解の際に、該Ｔａ２Ｏ５焼結体が飛散するのを防ぐために、粒状やペレット状等に成形されたものが好ましい。
【００２３】
ＩＩ工程においては、焼成後のＴａ２Ｏ５焼結体を、真空雰囲気下で電子ビーム溶解法により溶解した後、不活性ガス雰囲気中で炉冷することにより、酸化タンタル蒸着材を得る。
【００２４】
本発明の酸化タンタル蒸着材膜の製造方法は、蒸着材として前記本発明の製造方法により得られた酸化タンタル蒸着材を用いて、真空蒸着により酸化タンタルの蒸着を行い、基材に酸化タンタル蒸着膜を形成させる酸化タンタル蒸着膜の製造方法である。
【００２５】
本発明の酸化タンタル蒸着材膜の製造方法において、蒸着膜が形成される該基材としては、特に制限されず、通常、酸化タンタルの蒸着に用いられる基材が挙げられる。
【００２６】
本発明の酸化タンタル蒸着材膜の製造方法において、真空蒸着を行う方法としては、特に制限されず、通常、酸化タンタル蒸着膜を形成するための真空蒸着方法を用いることができ、例えば、真空雰囲気下で該蒸着材を加熱する方法、真空雰囲気下で例えば水冷銅ルツボに充填された該蒸着材に電子ビームを照射する方法、真空雰囲気下で該蒸着材を加熱しつつ該蒸着材に電子ビームを照射する方法等が挙げられる。なお、該真空蒸着を行う際の真空雰囲気とは、１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４ｔｏｒｒ）以下の真空度を言う。
【００２７】
本発明の酸化タンタル蒸着膜の製造方法において、真空蒸着を行う装置としては、特に制限されず、通常、酸化タンタルの真空蒸着に用いられる装置を用いることができる。
【００２８】
本発明の酸化タンタル蒸着膜の製造方法は、ＥＢ溶解法の前に、該Ｔａ２Ｏ５成形体の焼成を行うため、（ｉ）ＥＢ溶解装置内での溶解性がよく、短時間で溶解することができ、かつ溶け残りが発生しにくく、（ｉｉ）密度が高いため、ＥＢ溶解装置への１回あたりのチャージ量を増加することができ、経済的であり、（ｉｉｉ）蒸着時の均一性が向上し、蒸着で歩留が向上すること及び蒸着装置内での真空劣化が生じ難いことで、処理時間の短縮が図れ、（ｉｖ）スプラッシュの発生が少ないため、電子ビームガン等への損傷が少なくなり、（ｖ）比較的安定した成膜レート（速度）を保持でき、（ｖｉ）Ｔａ２Ｏが存在するため、イオン銃等を用いた酸素導入等を行うイオンアシスト法の使用を好ましく適用できる等の特徴を有する。
【００２９】
そして、本発明の酸化タンタル蒸着膜の製造方法を行うことにより、該基材に酸化タンタル蒸着膜が形成される。このようにして得られる酸化タンタル蒸着膜は、膜厚等の均一性が高く、優れた光学特性を有する蒸着膜である。
【００３０】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００３１】
（蒸着材の製造）
平均粒径１０μｍ 以下のＴａ２Ｏ５粉末(純度９９．９％以上)を、プレス成形装置を用い、直径６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱状の成形体とした。次いで、この成形体を加熱炉に入れ、真空雰囲気（真空度：１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）で１２００℃で１時間焼成した。その後、炉内の雰囲気をそのまま保持して炉冷した。その後、焼成後の該焼結体をアルミニウム蒸着されたポリエチレンシートで真空包装を行い保管した（Ｉ工程）。粉末Ｘ線回折法で測定した結果、焼結したＴａ２Ｏ５焼結体は、Ｔａ２Ｏ５(正方晶)であった。また、該Ｔａ２Ｏ５焼結体の体積と重量より、密度を測定した結果、焼成したＴａ２Ｏ５焼結体は、４．６ｇ／ｃｍ３であり、相対密度は５２％であった。
【００３２】
次いで、焼結したＴａ２Ｏ５を、銅製の水冷るつぼにセットした後、炉内真空度が１０−３Ｐａ台となるまで真空引きを行った。次いで、この焼結したＴａ２Ｏ５を電子ビーム溶解法により溶解し、蒸着材を得た。このとき、電子ビームを焼結したＴａ２Ｏ５の一方の端部より他方の端部へ徐々に照射し、溶解した（ＩＩ工程）。
【００３３】
そのときの成形体全体の溶解速度、真空劣化の有無、アーキングの状態を評価した。その結果を表１に示す。なお、成形体全体の溶解速度は、電子ビーム溶解装置にセットした試料の質量（ｋｇ）を溶解時間（時間）で割ったものであり、アーキング状態は、電子ビームを安定して連続的に照射できるか否かを評価したものである。また、得られた蒸着材を粉末Ｘ線回折法により以下の測定条件で測定した。その結果、該蒸着材は、Ｔａ２Ｏ５（正方晶）とＴａ２Ｏ（立方晶）との混合相であった。
【００３４】
＜Ｘ線回折測定条件＞
回折装置            ＲＡＤ−１Ｃ（株式会社リガク製）
Ｘ線管球            Ｃｕ
管電圧・管電流      ４０ｋＶ、３０ｍＡ
スリット            ＤＳ-ＳＳ：１度、ＲＳ：０．１５ｍｍ
モノクロメータ      グラファイト
測定間隔            ０．００２度
計数方法            定時計数法
【００３５】
（蒸着膜の製造）
次いで、該蒸着材を粉砕し、粉砕後の蒸着材を真空蒸着装置内に設置した。次いで、水冷された銅製るつぼへ粉砕した蒸着材１２ｇを投入後、真空度１．３３×１０−３Ｐａ（１０−５ｔｏｒｒ）まで減圧し、その後、電流４００ｍＡ、電圧６ｋＶの出力にて、電子銃（日本電子株式会社製）で、蒸着材に電子ビームを照射することにより、ライナ中で溶解してベースを作成し、石英ガラス基板上に真空蒸着して蒸着膜の成膜を行った。真空蒸着の際のスプラッシュの発生状態、真空状態の劣化を溶解中の圧力変動により評価した。その結果を表２に示す。
【００３６】
なお、スプラッシュの発生状態を、以下のようにして評価した。焼結体（比較例２）を「２：スプラッシュ発生多い。」とし、「５：スプラッシュ発生なし。」、「４：スプラッシュ発生少ない。」、「３：スプラッシュ発生やや多い。」、「２：スプラッシュ発生多い。」、「１：スプラッシュ発生かなり多い。」のように、相対的評価を行った。真空度の劣化は、焼結体（比較例２）を基準として、３段階「３：圧力変動小さい」「２：基準」「１：圧力変動大きい」のように、相対的評価を行った。
【実施例２】
【００３７】
（蒸着材の製造）
Ｉ工程の真空雰囲気に代えて、大気雰囲気とした以外は、実施例１と同様に行なった。なお、Ｉ工程で得られたＴａ２Ｏ５焼結体の密度を測定した結果、４．４ｇ／ｃｍ３であり、相対密度は５１％であった。また、ＩＩ工程で得られた蒸着材を粉末Ｘ線回折法で測定した結果、Ｔａ２Ｏ５(正方晶)とＴａ２Ｏ（立方晶）であった。
【００３８】
（蒸着膜の製造）
上記のようにして得られた蒸着材を用いて、実施例１と同様の方法で行った。その結果を表１及び表２に示す。
【００３９】
比較例１
（蒸着材の製造）
平均粒径１０μｍ 以下のＴａ２Ｏ５粉末(純度９９．９％以上)を、プレス成形装置を用い、直径６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱状の成形体とした。次いで、この成形体を非消耗アーク炉の銅製の水冷ハースに１００ｇ充填し、炉内をアルゴンガスで完全に置換した後、アルゴンによって大気圧より若干加圧状態で保持ししつつ、電流５５０Ａ、電圧５５Ｖ を印加して２０分間アーク溶解し、その後、炉内の雰囲気をそのまま保持して炉冷し、蒸着材を得た。粉末Ｘ線回折法で測定した結果、該蒸着材はＴａ２Ｏ５(正方晶)であった。
【００４０】
（蒸着膜の製造）
上記のようにして得られた蒸着材を用いて、実施例１と同様の方法で行った。その結果を表１及び表２に示す。
【００４１】
比較例２
（蒸着材）
市販のＴａ２Ｏ５焼結体を蒸着材とした。粉末Ｘ線回折法で測定した結果、該市販のＴａ２Ｏ５焼結体は、Ｔａ２Ｏ５（正方晶）であった。
【００４２】
（蒸着膜の製造）
市販のＴａ２Ｏ５焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で行った。その結果を表１及び表２に示す。
【００４３】
比較例３
（蒸着材の製造）
平均粒径１０μｍ以下のＴａ２Ｏ５粉末(純度９９．９％以上)に代えて、平均粒径１μｍ以下のＴａ２Ｏ５粉末(純度９９．９％以上)としたこと、１２００℃で１時間の焼成に代えて、焼成を行わなかったこと以外は、実施例１と同様に行なった。なお、得られたＴａ２Ｏ５焼結体の密度を測定した結果、２．０ｇ／ｃｍ３であり、相対密度は２３％であった。
【００４４】
（蒸着膜の製造）
上記のようにして得られた蒸着材を用いて、実施例１と同様の方法で行った。その結果を表１及び表２に示す。
【００４５】
比較例４
（蒸着材の製造）
平均粒径１０μｍ以下のＴａ２Ｏ５粉末(純度９９．９％以上)を、プレス成形装置を用い、直径６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱状成形体とした。このＴａ２Ｏ５の成形体を真空加熱炉にて、真空度１×１０−２Ｔｏｒｒ、処理温度３００℃、処理時間１時間で加熱処理（吸着ガス除去処理）を行った。その後、加熱処理された成形体をアルミニウム蒸着されたポリエチレンシートで真空包装を行い保管した。なお、吸着ガス除去処理後の成形体の密度は２．６ｇ／ｃｍ３であり、相対密度は２９％であった。次いで、実施例１と同様の方法で電子ビーム溶解を行って、蒸着材を得た。
【００４６】
（蒸着膜の製造）
上記のようにして得られた蒸着材を用いて、実施例１と同様の方法で行った。結果を表１及び表２に示す。
【００４７】
比較例５
（蒸着材の製造）
処理温度３００℃に代えて、処理温度１０００℃とした以外は、比較例４と同様に行った。なお、吸着ガス除去処理後の成形体の密度は２．８ｇ／ｃｍ３であり、相対密度は３２％であった。次いで、実施例１と同様の方法で電子ビーム溶解を行って、蒸着材を得た。
【００４８】
（蒸着膜の製造）
上記のようにして得られた蒸着材を用いて、実施例１と同様の方法で行った。結果を表１及び表２に示す。
【００４９】
【表１】
2010095755.tif 000002
【００５０】
【表２】
2010095755.tif 000003
【００５１】
スプラッシュ量の評価：「５：スプラッシュ発生なし。」、「４：スプラッシュ発生少ない。」、「３：スプラッシュ発生やや多い。」、「２：スプラッシュ発生多い。」、「１：スプラッシュ発生かなり多い。」
真空度の劣化：「３：圧力変動小さい」、「２：基準と同程度」、「１：圧力変動大きい」
【００５２】
実施例１〜２の蒸着材の製造方法により、ＥＢ溶解装置内での溶解性がよく、短時間で溶解することができる。また、実施例１〜２の蒸着材の製造方法により得られた蒸着材は、蒸着時のスプラッシュ量が少なく、また、真空度を高く保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、ＥＢ溶解装置内での溶解性がよく、短時間で溶解することができるので、工業的に有利な蒸着材を製造できる。また、真空蒸着の際に、真空蒸着装置の真空度が落ち難く、且つ、スプラッシュ量を少なくできるので、基材に酸化タンタル蒸着膜が蒸着された材料を、工業的に有利に製造できる。