(57)【要約】【課題】  照度、耐熱性及び耐久性に優れ、蒸着レート及び膜厚の制御が容易なコールドミラー製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】  酸化反応性ガスとスパッタリングガスを導入しながら、屈折率が異なる２種以上のスパッタリング材料を、別々の成膜ゾーンでスパッタリングすることにより、被加工物の表面に屈折率の異なる酸化膜を成膜してコールドミラーとすることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化反応性ガスとスパッタリングガスを導入しながら、屈折率が異なる２種以上のスパッタリング材料を、別々の成膜ゾーンでスパッタリングすることにより、被加工物の表面に屈折率の異なる酸化膜を成膜してコールドミラーとすることを特徴とするコールドミラーの製造方法。
【請求項２】
酸化反応性ガスとスパッタリングガスを導入しながら、屈折率が異なる２種以上のスパッタリング材料を、交互にスパッタリングすることにより、被加工物の表面に屈折率の異なる酸化膜を交互に成膜してコールドミラーとすることを特徴とするコールドミラーの製造方法。
【請求項３】
前記スパッタリング材料のうち、一つの材料の屈折率は２以上であり、他の何れか一つの材料の屈折率は１．５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコールドミラーの製造方法。
【請求項４】
前記各成膜ゾーンにおいて、同種のスパッタリング材料を偶数枚配設し、前記同種のスパッタリング材料間に１００Ｖ〜８００Ｖの範囲内で、且つ、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内で電圧を交番して印加することを特徴とする請求項１に記載のコールドミラーの製造方法。
【請求項５】
前記屈折率の異なる２種以上の材料間で、一つの材料に対して、スパッタリングを行う間、残りの材料に対して、前記電圧を印加しないことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のコールドミラーの製造方法。
【請求項６】
前記スパッタリング材料を切り替える際に、前記被加工物の周囲から前記酸化反応性ガスと前記スパッタリングガスとを排気することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のコールドミラーの製造方法。
【請求項７】
前記スパッタリングは、マグネトロンスパッタリングであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のコールドミラーの製造方法。
【請求項８】
被加工物をその周面に保持可能な回転ドラムを備え、前記回転ドラムに保持された被加工物に対して酸化膜を形成してコールドミラーを製造するための製造装置であって、前記回転ドラムの周方向に第１の成膜ゾーンと第２の成膜ゾーンとを配置し、前記各成膜ゾーンに同種のスパッタリング材料を偶数枚配置できるようにし、前記偶数枚配置されたスパッタリング材料間に所定の電圧範囲内で正電位と負電位を、所定の周波数で交番して印加できるように構成したことを特徴とするコールドミラーの製造装置。
【請求項９】
前記各成膜ゾーンにおいて、前記回転ドラムと前記スパッタリング材料との間にシャッターを設け、一方の前記成膜ゾーンにおいて成膜している間、前記シャッターは、他方の前記成膜ゾーンにおける前記回転ドラムと前記スパッタリング材料との間に移動可能に構成したことを特徴とする請求項８に記載のコールドミラーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性スパッタリングによる高照度、高耐熱性及び高耐久性のコールドミラーの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクター等の映像機器や医療機器に使用されるコールドミラー（例えば、特許文献１参照）は、熱を持ちすぎないようにするために、赤外領域の波長を透過させ、可視領域の波長を反射させることができるように構成される。
このコールドミラーは、被加工物の表面に、例えば、ＳｉＯ2の低屈折率の酸化膜と、Ｎｂ2Ｏ5の高屈折率の酸化膜とを交互に形成することにより得られる。前記酸化膜の形成には、真空蒸着により行われるのが一般的である。
しかしながら、真空蒸着により酸化膜を形成してコールドミラーを製造すると、照度が低く、耐熱性及び耐久性が低くなるということがわかった。また、酸化膜の形成過程において、蒸着レートの制御が困難であり、交互に形成される酸化膜の膜厚の制御が容易でないという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、照度、耐熱性及び耐久性に優れ、蒸着レート及び膜厚の制御が容易なコールドミラー製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、反応性スパッタリングにより、コールドミラーの酸化膜を形成することにより、照度、耐熱性及び耐久性において優れ、しかも、膜厚の制御が容易であるという知見に基づき、下記の通り解決手段を見いだした。
即ち、本発明のコールドミラーの製造方法は、請求項１に記載の通り、酸化反応性ガスとスパッタリングガスを導入しながら、屈折率が異なる２種以上のスパッタリング材料を、別々の成膜ゾーンでスパッタリングすることにより、被加工物の表面に屈折率の異なる酸化膜を成膜してコールドミラーとすることを特徴とする。
また、本発明のコールドミラーの製造方法は、請求項２に記載の通り、酸化反応性ガスとスパッタリングガスを導入しながら、屈折率が異なる２種以上のスパッタリング材料を、交互にスパッタリングすることにより、被加工物の表面に屈折率の異なる酸化膜を交互に成膜してコールドミラーとすることを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のコールドミラーの製造方法において、前記スパッタリング材料のうち、一つの材料の屈折率は２以上であり、他の何れか一つの材料の屈折率は１．５以下であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載のコールドミラーの製造方法において、前記各成膜ゾーンにおいて、同種のスパッタリング材料を偶数枚配設し、前記同種のスパッタリング材料間に１００Ｖ〜８００Ｖの範囲内で、且つ、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内で電圧を交番して印加することを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のコールドミラーの製造方法において、前記屈折率の異なる２種以上の材料間で、一つの材料に対して、スパッタリングを行う間、残りの材料に対して、前記電圧を印加しないことを特徴とする。
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１乃至５の何れかに記載のコールドミラーの製造方法において、前記スパッタリング材料を切り替える際に、前記被加工物の周囲から前記酸化反応性ガスと前記スパッタリングガスとを排気することを特徴とする。
また、請求項７に記載の本発明は、請求項１乃至６の何れかに記載のコールドミラーの製造方法において、前記スパッタリングは、マグネトロンスパッタリングであることを特徴とする。
また、本発明のコールドミラーの製造装置は、請求項８に記載の通り、被加工物をその周面に保持可能な回転ドラムを備え、前記回転ドラムに保持された被加工物に対して酸化膜を形成してコールドミラーを製造するための製造装置であって、前記回転ドラムの周方向に第１の成膜ゾーンと第２の成膜ゾーンとを配置し、前記各成膜ゾーンに同種のスパッタリング材料を偶数枚配置できるようにし、前記偶数枚配置されたスパッタリング材料間に所定の電圧範囲内で正電位と負電位を、所定の周波数で交番して印加できるように構成したことを特徴とする。
また、請求項９に記載の本発明は、請求項８に記載のコールドミラーの製造装置において、前記各成膜ゾーンにおいて、前記回転ドラムと前記スパッタリング材料との間にシャッターを設け、一方の前記成膜ゾーンにおいて成膜している間、前記シャッターは、他方の前記成膜ゾーンにおける前記回転ドラムと前記スパッタリング材料との間に移動可能に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の製造方法及び製造装置によれば、照度を真空蒸着に比べて３〜５％向上させることができる。また、真空蒸着に比べて酸化膜の酸化が充分に行われるので、高耐久性の製品が得られる。また、交番して電圧を印加することにより、酸化反応ガスが存在しても異常放電なしにスパッタすることができる。更に、この膜厚制御は、各材料に対してスパッタリングの時間を制御するだけでよいため極めて容易となる。
また、本発明の製造方法において、一方の材料により、スパッタリングを行う間、他方の材料に電圧を印加しないようにした場合には、スパッタリングを行わない材料の減少を防ぐことができる。また、消費電力も抑えることができる。
また、本発明の製造方法において、スパッタリング材料を切り替える際に、酸化反応性ガスとスパッタリングガスとを排気することにより、異なるガス条件のスパッタリング材料を使用する場合でも安定に成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の製造装置の一実施の形態について図１を参照して説明する。尚、本発明は、本実施の形態について制限されるものではない。
図示した製造装置は、マグネトロンスパッタリング方式を採用するもので、真空チャンバー１の内には、被加工物に成膜を行うための２つの成膜ゾーンと、真空排気時及びスパッター中に被加工物（図示せず。）を加熱するためのハロゲンヒータ（図示せず）が設けられている。
真空チャンバー１は、バルブ４を介して排気部に連通されている。この排気部には、真空チャンバー１内を粗引きするための、メカニカルブースターポンプ８及びロータリーポンプ９と、本引き（高真空化）するためのターボ分子ポンプ１５、メカニカルブースターポンプ５及びロータリーポンプ６が設けられる。また、排気部には、コンダクタンスバルブ７が設けられ、これを介して酸化反応性ガスが排気される。
【０００８】
各成膜ゾーンには、第１の成膜装置２と第２の成膜装置３が配置される。各成膜装置２、３は、スパッタリング材料１２、１３が回転ドラム１０の周面に対向して配置できるように構成される。また、図示されるものでは、各スパッタリング材料１２、１３は、同種の板材を２枚隣接することにより構成される。そして、第１の成膜装置２と第２の成膜装置３の何れもが、各２枚の材料に対して、所定の周波数で所定の電位の電圧が交互に印加できるように構成される。
【０００９】
回転ドラム１０と、第１の成膜装置２及び第２の成膜装置３との間には、回転ドラム１０の外周形状に沿うようにして形成された円弧状のシャッター１４が、一方の成膜装置による成膜の際に、他方の成膜装置と回転ドラム１０との間に移動できるように設けられている。
【００１０】
上記構成の製造装置を使用して、以下にコールドミラーの製造方法について説明する。
まず、バルブ４を閉じた状態で、メカニカルブースターポンプ８及びロータリーポンプ９により、真空チャンバー１内を２０Ｐａまで減圧する。その後、バルブ４を開けてターボ分子ポンプ１５で４×１０-3まで減圧を行う。被加工物にパーティクルが付着しないように、スパッタリングを行う成膜装置２又は３の前にシャッター１４を移動させる。そして、ハロゲンヒータにより被加工物を、その温度が２００℃〜３００℃になるまで加熱し、回転ドラム１０を所定の回転速度で回転させる。
次に、真空チャンバー１内に、スパッタリングガスと酸化反応性ガスを所定の流量で導入し、第１の成膜装置２の放電を５ｋＷから徐々に上昇させて規定の電圧に安定するまで、所定の時間シャッター１４に向かってプレスパッターを行う。その後、スパッタリング材料１２の成膜レートに基づいて成膜を行う。尚、第１の成膜装置２により成膜をしている間、シャッター１４は第２の成膜装置３の前に移動させるようにすることが好ましい。第２の成膜装置３でのプレスパッタを速やかに行うことができ、また、第２の成膜装置３に電圧が印加されていても成膜されないからである。
【００１１】
次に、シャッター１４を第１の成膜装置２の前に移動させ、同様にして、第２の成膜装置３により成膜を行う。その際、第１の成膜装置２のスパッタリング材料１２への電圧を０とすることが好ましい。成膜装置の切り替え時にスパッタリング材料への電圧の印加をしないことにより、成膜をしていない側のスパッタリング材料が減少することを防ぎ、省電力化を図ることができるからである。
上記第１の成膜装置２による成膜と、第２の成膜装置３による成膜を繰り返し、被加工物に、酸化膜を交互に形成する。
【００１２】
上記装置による成膜は、直流の電圧を使用することも可能である。
同種の材料を偶数枚用意して、これらの間に１００Ｖ〜８００Ｖの範囲で正電位と負電位を、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の電位の電圧を交番して印加することにより成膜を行うことが好ましい。アーク放電が生じにくくなり、安定した成膜を行うことができるからである。
【００１３】
以上により、コールドミラーを製造したが、その他の条件について説明する。
本発明のコールドミラーの基材となる被加工物については、石英やガラス、或いは、ＰＥＴ、ポリカーボネート、アクリル等の樹脂等を使用できるが、本発明の方法により酸化膜を形成できるものであれば特に制限するものではない。
【００１４】
また、本発明において、屈折率が異なる２種以上の材料により酸化膜を形成するものであるが、これらの材料の中でも屈折率が２以上の材料により構成された材料と、屈折率が１．５以下の材料から構成された低屈折率材料とを使用することが好ましい。その例を挙げると、前者にはＮｂやＴｉ、後者にはＳｉ等がある。尚、被加工物には、最初に低屈折率材料のＳｉＯ2等酸化膜を３０ｎｍ以上形成することが好ましい。基材との密着力が高くなり、剥離を防ぐことができるからである。
【実施例】
【００１５】
次に、上記実施の形態で説明した製造装置を使用して、コールドミラーの製造方法の一実施例について説明する。
被加工物は、ガラス製の底部開口を備える碗状の部材を使用した。第１の成膜装置２のスパッタリング材料として、Ｓｉ板を２枚使用し、第２の成膜装置３のスパッタリング材料として、Ｎｂ板を２枚使用した。
まず、被加工物を、回転ドラム１０の支持部材１１に設け、回転ドラム１０を回転速度６０ｒｐｍで回転させ、真空チャンバー１内を、２５０℃になるようにハロゲンヒータで加熱し、真空チャンバー１内の圧力が４．０×１０-3になるまで排気したところで、加熱をやめ、下記表１に示す成膜条件で、第１の成膜装置２、第２の成膜装置３を使用して、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2膜を交互に積層して、図２に示す膜構成のコールドミラーを得た。尚、図２中の層数は、被加工物側を第１層として、合計２７層積層したものであることを示している。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
上記説明した条件で、サンプルを３個作製し、得られたコールドミラーの波長と透過率の関係を図３に示す。
図３から本実施例により得られたコールドミラーは、赤外域の波長を９０％以上透過でき、可視領域の波長を９０％〜１００％反射させることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態の製造装置を説明するための上部断面図
【図２】本発明の一実施例のコールドミラーの膜厚の説明図
【図３】同実施例の波長と透過率の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００１９】
１    真空チャンバー
２    第１の成膜装置
３    第２の成膜装置
４    バルブ
５    メカニカルブースターポンプ
６    ロータリーポンプ
７    コンダクタンスバルブ
８    メカニカルブースターポンプ
９    ロータリーポンプ
１０    回転ドラム
１２    スパッタリング材料
１３    スパッタリング材料
１４    シャッター
１５    ターボ分子ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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