(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合した混合物を蒸発源とし、該蒸発源を溶融し蒸発させることで基板に光学薄膜を真空蒸着させることを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【請求項２】
五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合して焼結した混合物を蒸発源とし、該蒸発源を溶融し蒸発させることで基板に光学薄膜を真空蒸着させることを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【請求項３】
五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合して溶融した混合物を蒸発源とし、該蒸発源を蒸発させることで基板に光学薄膜を真空蒸着させることを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に真空蒸着等によって五酸化ニオブ薄膜を成膜するための光学薄膜の成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
五酸化ニオブ薄膜は高い屈折率を有し、かつ薄膜としての耐久性も良好であるため、ミラー、フィルター、反射防止膜等の光学薄膜としての需要が多い。
【０００３】
一般的に、五酸化ニオブ薄膜の成膜においては、出発材料である蒸発源となる成膜材料として五酸化ニオブの焼結体を使用し、これを真空室内において電子銃で溶融蒸発させ、基板上に薄膜として堆積する真空蒸着法が主として用いられる。
【０００４】
ところが、従来から使用されてきた五酸化ニオブの焼結体は、電子銃等によって溶融する際に、成膜材料の溶融過程で大量の放出ガスが発生し、これがおさまるまでに時間がかかる。すなわち、蒸発源の安定化のために多くの時間を必要とする。
【０００５】
従って、生産効率が悪く、しかも、蒸発源が安定した溶融状態になるまでのプリメルトの段階で発生する輻射熱が、特に、プラスティック基板等を使用する場合に、熱による変形や変質を起こしやすい。また、五酸化ニオブの焼結体は、溶解・成膜を繰り返していくうちに分解されて脱酸素化を起こすため、成膜回数が多くなると組成が変化してしまい、光学薄膜の品質が安定しない傾向がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来から使用されてきた五酸化ニオブの焼結体は、蒸着源を溶融するプリメルトの段階で大量にガスが放出されるため、時間がかかるという未解決の課題がある。これは生産性を悪くするばかりでなく、同時に大量の輻射熱を発生させ、熱に弱いプラスティック基板に成膜する場合には、基板に変形等の悪影響を及ぼすおそれがあり、さらに、成膜中においてもガス量が安定せず、従って安定した光学特性を得るのが難しい。
【０００７】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、放出ガスの発生とこれに伴なう幅射熱を抑えて、生産性が高く、しかも、組成変動がなくて再現性のよい安定した成膜を行なうことのできる光学薄膜の成膜方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の第１の光学薄膜の成膜方法は、五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合した混合物を蒸発源とし、該蒸発源を溶融し蒸発させることで基板に光学薄膜を真空蒸着させることを特徴とする。
【０００９】
第２の光学薄膜の成膜方法は、五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合して焼結した混合物を蒸発源とし、該蒸発源を溶融し蒸発させることで基板に光学薄膜を真空蒸着させることを特徴とする。
【００１０】
第３の光学薄膜の成膜方法は、五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合して溶融した混合物を蒸発源とし、該蒸発源を蒸発させることで基板に光学薄膜を真空蒸着させることを特徴とする。
【００１１】
【００１２】
【作用】
五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合した混合物を蒸発源とし、該蒸発源を溶融し蒸発させることで基板に光学薄膜を真空蒸着させることを特徴とする成膜材料を蒸発源として用いることで、プリメルト等における放出ガスの発生を抑制する。これによって、再現性が良好で安定した光学特性をもつ五酸化ニオブの光学薄膜を高収率で成膜できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明の一実施の形態によれば、粒状あるいは粉末状の五酸化ニオブと金属ニオブを用意して、両者を混合比９９．５：０．５〜４５：５５で混合し、焼結または溶融する。あるいは、五酸化ニオブを脱酸素分解することで、ニオブ１ｍｏｌに対して酸素原子０．９〜２．４８ｍｏｌで構成される組成を有する成膜材料を製作し、これを蒸発源として真空密着等の成膜方法によって光学薄膜である五酸化ニオブ薄膜を成膜する。
【００１５】
混合材料としての五酸化ニオブおよび金属ニオブは特に制限はなく、粒状、粉末状以外のものでも使用できるが、混合しやすいように適度の粒度の粉末状のものが望ましい。これらの平均粒径としては、五酸化ニオブは０．３〜１．５μｍ程度で、金属ニオブは１５０μｍ以下程度であることが好ましい。また、五酸化ニオブと金属ニオブを焼結または溶融する前に、予め混合しておくことが望ましい。混合方法としてはボールミルを用いる方法等がある。
【００１６】
五酸化ニオブと金属ニオブの配合割合は、上記のように、五酸化ニオブに対して金属ニオブを９９．５：０．５〜４５：５５の比率とするものである。この場合、金属ニオブの重量比が０．５以下であると、プリメルト時等におけるガス放出に対する効果があまり無い。また、金属ニオブの重量比が５５以上であると、成膜した光学薄膜の光吸収率が増加してしまうため好ましくない。
【００１７】
上記の割合の混合物は、直接あるいは焼結または溶融して、光学薄膜を成膜するための蒸発源とするものである。焼結する場合は、蒸着に使用しやすい形状にプレス形状したうえで焼成するとよい。顆粒状にて使用する場合には、混合物をプレス後目的の大きさに粉砕したり、あるいは、焼成後に粉砕してもよい。
【００１８】
また、焼結や溶融を行なう場合は、不活性雰囲気が望ましいため、真空中またはＮ２やＡｒ中で加熱を行なう。加熱温度は金属ニオブの配合割合によっても異なるが、８００〜１３００℃とすることが望ましい。また、加熱時間は４〜６時間程度である。蒸発源として用いるときの形状としては、顆粒状、ペレット状、板状等があげられるが、これらに限定するものではない。
【００１９】
（実施例１）
五酸化ニオブ粉末（平均粒径０．６μｍ）と、該五酸化ニオブに対して金属ニオブ粉末（平均粒径２０μｍ）を８５：１５の割合で混合し顆粒状に成形した後、真空中で約５時間１０００℃で焼結し、蒸発源とした。これを真空槽（シンクロン製ＢＭＣ８５０）の中に配置された電子銃（日本電子製ＪＥＢＧ１０２）のハースにセットし、装置内を２×１０-6Ｔｏｒｒになるまで排気した後、電子ビームによって蒸発源を溶解し蒸発させた。材料溶解時の真空槽の全圧の経時変化を図１のグラフに示す。このグラフから解るように、蒸発源からの放出ガスは少なかった。
【００２０】
通常五酸化ニオブを材料として蒸着を行なう場合には、成膜する薄膜の光吸収防止のために真空槽の残余圧１×１０-4ｔｏｒｒ以下の圧力で十分に安定させ、酸素を１×１０-4ｔｏｒｒまで導入して成膜する。本実施例においても同様に酸素を導入し、１×１０-4Ｔｏｒｒの圧力の条件下で７０℃に加熱したガラス平板に光学膜厚ｎｄ＝１２５ｎｍ堆積させた結果、屈折率は２．２７であり、通常の五酸化ニオブを蒸発した場合となんら変わりはなかった。特に、成膜材料からの放出ガスが少ないため、真空槽の残余圧が１×１０-4Ｔｏｒｒを越えることがなく、成膜条件が安定していた。
【００２１】
（実施例２）
五酸化ニオブ粉末（平均粒径０．６μｍ）と、該五酸化ニオブに対して金属ニオブ粉末（平均粒径２０μｍ）を９９：１の割合で混合し顆粒状に成形した後、実施例１と同様に真空中で約５時間１０００℃で焼結したものを蒸発源として同様な成膜を行なったところ、溶融時にガスが発生したが、少量であり、五酸化ニオブ単体を蒸発源とした場合の５４．４％の放出量であった。
【００２２】
（実施例３）
五酸化ニオブ粉末（平均粒径０．６μｍ）と、該五酸化ニオブに対して金属ニオブ粉末（平均粒径２０μｍ）を５０：５０の割合で混合し顆粒状に成形した後、実施例１と同様に真空中で約５時間１０００℃で焼結したものを蒸発源として同様な成膜を行なったところ、実施例１よりもさらに放出ガスが少なかった。
【００２３】
（実施例４）
五酸化ニオブ粉末（平均粒径０．６μｍ）をペレット状に成形し、真空アーク式溶解炉（大亜真空製ＡＣＭ−０１）にて溶融分解（脱酸素分解）し、ニオブ１ｍｏｌに対して酸素原子０．９〜２．４８で構成される組成にしたのち、粉砕したものを蒸発源として上記と同様な成膜を行なったところ、五酸化ニオブ単体の焼結材料よりもガスの放出量が少なかった。
【００２４】
（実施例５）
五酸化ニオブ粉末と、該五酸化ニオブに対して金属ニオブ粉末８５：１５の割合の混合顆粒状焼結体材料２０ｇを真空槽（シンクロン製ＢＭＣ８５０）の中に配置された電子銃（日本電子製ＪＥＢＧ１０２）のハースにセットし、装置内を１×１０-5Ｔｏｒｒになるまで排気した後、電子銃で溶解してベースを３個作成した。これらのベースを蒸発源としてそれぞれ光学膜厚１２５ｎｍ、６２５ｎｍ、５０００ｎｍになるように蒸着した後、各ベースを大気中に取り出し、１０００℃にて完全に酸化させ、各ベースの酸化の前後の重量変化を測定した結果を以下の表１に示す。この表から解るように五酸化ニオブと金属ニオブの混合顆粒状焼結体材料においては蒸発時間によって重量変化量に差はほとんどみられなかった。
【００２５】
【表１】
0004298067.tif 000002
【００２６】
（比較例１）
五酸化ニオブ単体の粉末（平均粒径０．６μｍ）を顆粒状に成形した後、実施例１と同様に真空中で約５時間１２００℃で焼結し、蒸発源として同様な成膜を行なったところ、図２のグラフで示すように、放出ガスが非常に多く、また材料の飛散も激しく、プリメルトに時間がかかった。
【００２７】
（比較例２）
五酸化ニオブ単体の顆粒状焼結体材料２０ｇに対し実施例５と同様の試験を行ないベースの酸化前後の重量変化を測定した。上記の表１に示すように、五酸化ニオブ単体では使用時間により材料の酸素含有量が大きく変化し組成変動を起こしていた。蒸発源の組成が安定するまでさらに蒸着を続けたところ非常に時間がかかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００２９】
五酸化ニオブと金属ニオブとを９９．５：０．５〜４５：５５の重量比で混合した混合物で構成される成膜材料を蒸発源として用いることで、プリメルト等における放出ガスを抑制し、成膜時間を大幅に短縮できる。また、輻射熱による基板への影響を低減し、蒸発源の組成変動を回避して、光学薄膜の品質と再現性の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１によるプリメルト時の圧力変化を示すグラフである。
【図２】  一従来例によるプリメルト時の圧力変化を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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