JPH063523A - 耐久性のある低放射率日射制御薄膜コーティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可視光線を透過すると同時に赤外線を反射
し、且つ耐久性を有する薄膜干渉フィルタを提供するこ
と。 【構成】 入射する太陽放射線の大部分を反射しつつ所
望の量の可視放射線を透過することができる赤外線反射
干渉フィルタが提供される。このフィルタは、透明な基
板と、その上に付着された誘電体層と、部分反射性金属
層と、外側保護誘電体層とからなる。さらに、各金属誘
電体層境界面の間には、接合を容易にし又化学的及び機
械的抵抗性を高める核形成層または接着層が付着され
る。干渉フィルタは耐久性があり、かつ全範囲の光学
的、電気的特徴を備えるよう調整することができる。誘
電体層は、窒化シリコンと、窒化ジルコニウム、窒化チ
タン及び／又は窒化ハフにウムとを組み合わせた複合物
膜からなってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、可視光を
透過し、赤外線を反射する干渉フィルタに関し、特に、
耐久性のある低放射率フィルタに関する。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】日射制御
のために建築物、自動車及びその他の構造物に透明パネ
ルを使用することが今日、きわめて普及している。日射
制御の目的は、光を通すと同時に太陽エネルギーの大部
分を排除することであり、それによって、必要な空調量
または冷房量を減らしエネルギーを節約することであ
る。さらに構造材料としての改質ガラスは設計者の要望
する色の順応性を与える。

【０００３】電気分解、化学的蒸着及び、プレナー（平
板）マグネトロンによるスパッタを含む物理的蒸着のよ
うな種々の技術によってガラス又はプラスチック基板を
コーティングすることを含むこれらのパネルの光学特性
を変えるるための種々の方法が用いられてきた。例え
ば、日射の反射率を高めるため、薄い金属膜がガラスま
たはプラスチックに付着されてきた。優れた可視光透過
率と、赤外域において高反射率及び低放射率を示す多層
誘電体−金属−誘電体コーティングが付着された窓は、
一層エネルギー効率がよい。誘電体層の屈折率は、窓の
可視光反射率を最小し可視光透過率を高めるためには、
２．０以上であることが好ましい。金属酸化物コーティ
ングからしばしばなこの記誘電体層は又、脆い金属膜を
更に保護する。パネルの光学特性は、基板となる材料の
組成を変えることによっても変化させることができる。
それにもかかわらず、前述の方法によって作られた干渉
フィルタパネルは、有効な省エネルギーに必要とされる
程度に日射を反射することにはほんの部分的にしか成功
していない。例えば、１９７２年８月８日発行のアプフ
ェルたち（Apfel et al.）の米国特許第３，６８２，５
２８号は、赤外線干渉フィルタについて説明している
が、その可視光透過率は僅かに約７２％であり又赤外線
透過率は約８％である。

【０００４】本発明の主な目的は、可視光を透過すると
同時に赤外線を反射し、かつ耐久性のある薄膜干渉フィ
ルタを提供することである。本発明のもう１つの目的
は、建築用パネルに有用であり、広い帯域に亘ってより
少ない可視光反射色を呈する干渉フィルタを提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の目的及び他の目的
は、基板と、この上に付着された誘電体層と、その上に
付着された金属層と誘電体層とを備えた耐久性のある薄
膜干渉フィルタを提供する本発明によって達成される。
誘電体層と金属層との各々の間には、誘電体層の金属層
への結合を促す「核形成層」または接着層が付着され
る。本発明の１つ好ましい実施例では、干渉フィルタ
は、ガラス基板と、その上に付着された５つの層すなわ
ち酸化チタン、ニッケル−クロム合金、銀、ニッケル−
クロム合金及び窒化シリコンからなる薄膜構造とを備え
る。

【０００６】干渉フィルタのもう１つの好ましい実施例
は、誘電体層の一方あるいは両方が窒化ジルコニウムと
窒化シリコンとを含有する複合材料から形成された５層
構造により構成される。窒化ジルコニウムと窒化シリコ
ンとを混合することによって、可視域での高屈折率及び
優れた透明度を有する複合物層ができることがわかっ
た。さらに、この複合物層の光学特性は、窒化ジルコニ
ウムと窒化シリコンの相対量を変えることによって調節
することできる。

【０００７】本発明の干渉フィルタの誘電体層は、回転
式円筒形マグネトロンによって反応性スパッタすること
ができる。複合物層は、２カソードターゲットあるいは
１つ以上の合金ターゲットからの共同スパッタによって
形成される。本発明プロセスの１つの特徴は、第２の誘
電体層の固有応力を低減することにより、極めて硬質
の、かつ化学的に耐性のある薄膜コーティングが作られ
ることである。第２の誘電体層として窒化シリコンをス
パッタするときには、この層の固有応力を、カソードの
磁気組立体を基板に対して鋭角をなすように向けること
によって低減することができることが確かめられた。

【０００８】本発明のその他の目的、利点及び特徴は、
添付図面を参照して以下の詳細な説明から明らかになる
だろう。

【０００９】

【実施例】本発明による薄膜干渉フィルタが、図１に示
されている。図１に示されるように、このフィルタは、
透明な基板２からなり、基板２は、２つの平行な平らな
面４、６を備え、このうち、面４は媒質に曝されてお
り、面６は被覆されている。基板２は、任意の適当な透
明な材料から形成することができる。しかしながら、こ
の基板は、優れた構造上の特性を有し、太陽エネルギー
が集中する可視光及び近赤外スペクトル域で最小の吸収
率を有する材料であることが好ましい。結晶石英、溶融
シリカ、ソーダ石灰珪酸ガラス、及びポリカーボネート
やアクリレートのようなプラスチックは全て好ましい基
板材料である。

【００１０】基板の平らな面６上に付着されているの
は、約２．０より高い、また最も好ましくは２．４から
２．７の屈折率を有する材料から好ましくはなる第１の
誘電体層８である。適当な誘電体としては、酸化チタ
ン、酸化スズ、酸化亜鉛、（選択的にはスズ酸化物をド
ープした）酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化ジルコ
ニウムがある。出典を示すことによってその内容を本明
細書の一部とする１９８４年７月３１日発行の米国特許
第４，４６２，８８３号を参照されたい。さらにもう１
つの適当な材料は窒化シリコンである。特に適当な誘電
体は、本明細書で説明するように直流円筒形マグネトロ
ンの２極ターゲットまたは単極合金ターゲットからの共
同スパッタによって作られる窒化ジルコニウムと窒化シ
リコン（本明細書ではまとめて「ＳｉＺｒＮ」と記す）
とを含有する薄い複合物膜を構成する。

【００１１】窒化ジルコニウムは、赤外スペクトルにお
いて非常に優れた光学反射率を有する導電体であるが、
この材料はスペクトルの可視光域においてはかなりの吸
収性を有するので高い透明度を必要とする設計には使用
できない。他方、窒化シリコンは、近紫外スペクトルか
ら近赤外スペクトル（３５０ｎｍ，２．０ミクロン）に
おいて高い透明度を有する。窒化ジルコニウムと窒化シ
リコンとを混合することによって、可視光スペクトルに
おいて高い屈折率（２．０以上）と優れた透明度を有す
る複合物膜ができることがわかった。この複合物膜は
又、化学的及び構造的に見て優れた耐久性を示す。さら
に２極ターゲットによる共同スパッタを採用することに
より、複合物膜の屈折率は、各カソード及び／又はこの
プロセスに使用される複数の気体に供給するエネルギー
量を変えることによって調節することができる。このよ
うにして作られた複合物膜の屈折率は、約２．００から
２．４５までの範囲にある。

【００１２】ＳｉＺｒＮの他に、窒化チタンと窒化シリ
コン（本明細書ではまとめて「ＳｉＴｉＮ」と記す）ま
たは窒化ハフニウムと窒化シリコン（本明細書ではまと
めて「ＳｉＨｆＮ」と記す）を含有する複合物膜も使用
できる。ＳｉＴｉＮ及びＳｉＨｆＮの複合物膜も又、２
極ターゲットまたは単極ターゲットからの共同スパッタ
によって作られる。最後に、窒化シリコン、窒化ジルコ
ニウム、窒化チタン及び／又は窒化ハフニウムの混合物
からなる複合物膜を、第１の誘電体層として使用でき
る。さらに以下で説明するように、複合物膜の屈折率
は、各々の膜を構成する異なる窒化物の相対量によって
変化する。

【００１３】窒化シリコンが第１の誘電体層として使用
される場合、本発明のフィルタの可視光透過率は、酸化
チタンまたは複合物膜が使用される場合の透過率よりも
わずかに低いことがわかった。第１の誘電体層の厚さは
約２００Åから５００Åであるが、より好ましくは約３
００Åから３５０Åまでの範囲である。

【００１４】図１に示すように、本発明のフィルタは、
次に、第１の誘電体層上に付着される第１の金属プレコ
ート層１０から構成される。プレコート層１０は、フィ
ルタまたは次の金属層の光学特性に及ぼされる悪影響
が、たとえあったとしても非常に少なくてすむように可
能な限り薄く保たれることが好ましい。約５Åから２０
Åの厚さのプレコート層が満足のいくものであったが、
より好ましくは、その厚さは約８Åから１６Åの間であ
る。この薄いプレコート層は多数の金属から形成するこ
とができる。約１％から８０％のニッケルと、約１％か
ら２０％のクロムとを含むニッケル−クロム合金がプレ
コート層として使用でき、合金の内容は約８０％のニッ
ケルと２０％のクロムであるのがより好ましいことがわ
かった。プレコート層として使用できる他の金属及び合
金には、ニッケル、クロム、ロジウム、プラチナ、タン
グステン、モリブデン、タンタルがある。１９８４年７
月３１日発行のハート（Hart）の米国特許第４，４６
２，８８３号を参照されたい。プレコート層は、接着層
または核形成層として、又応力低減層としての役割を果
たすと思われる。プレコート層はフィルタの光学特性に
悪影響を及ぼさないほど薄い一方で、このプレコート層
によって金属膜１２はあたかも均一な金属スラブのよう
に挙動するようになると考えられる。

【００１５】次に、部分反射性金属層１２が、第１のプ
レコート層上に付着される。この金属層は赤外線を反射
しながらも、十分可視光を透過させる。この金属層は多
くの材料から形成できるが、銀が特に好ましい。使用で
きる他の金属としては、金、銅、プラチナがある。金属
層の厚さは、約４０Åから１５０Åであるが、より好ま
しくは約９０Åから１１０Åである。

【００１６】この好ましい実施例では、次いで、金属層
上に第２の金属プレコート層１４が付着され、次いで、
最後の誘電体層１６が付着される。この第２の金属プレ
コート層は、プレコート層１０と同じ材料から同じ範囲
の厚さに形成されるのがよい。第２の誘電体層は、円筒
形マグネトロンによる反応性スパッタによって形成され
た窒化シリコンからなる。この層は約３５０Åから５０
０Åの、より好ましくは約４５０Åから４７５Åの厚さ
を有する。上記の複合物膜も又使用することができる
が、各膜の窒化シリコンの比率は、屈折率が好ましくは
約２．０４から２．１０までの範囲となるように調節さ
れる。複合物膜が使用される場合、その厚さは約３００
Åから５００Åであるべきであり、より好ましくは３５
０Åから３７５Åである。しかしながら、第２の誘電体
層として窒化シリコンが用いられるにせよ、複合材料が
用いられるにせよ、この層は、もっとも好ましくは後述
のような低い固有応力を示す。適当な複合物膜は、約８
０％−８３重量％の窒化シリコンと残りが窒化ジルコニ
ウムであるＳｉＺｒＮである。この特定の複合物膜は、
約１．８５から２．２の屈折率を有する。好ましいＳｉ
ＺｒＮ複合物膜は、約２．０８の屈折率を有する。以下
に説明するように、本発明のフィルタは優れた機械的強
度と耐蝕性を呈する。

【００１７】プレコート層及び金属層を、直流プレナー
マグネトロンを用いて付着させた。電子ビームによる蒸
発法を含む他の技術も又、用いることができたであろ
う。本発明のフィルタの誘電体層を、回転式円筒形マグ
ネトロンを用いた直流反応性スパッタによって作った。
マグネトロン反応性スパッタ技術は特に、誘電体膜を付
着させるのに役立つ。熱酸化やＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸
着）などの誘電体層を付着させるためのその他の技術が
あるけれども、これらの方法はとりわけその付着速度が
遅いという欠点がある。さらに誘電体を付着させるため
の高周波プレナーマグネトロンによるスパッタは、莫大
な電力消費と、高周波放射線による危険のために大規模
な産業上の利用は非実際的である。誘電体を基板に付着
させるのに適した円筒形マグネトロンの説明が、出典を
示すことでその内容を本明細書の一部とする１９９１年
９月１０日発行のウォルフたち（Wolfe et al ）の米国
特許第５，０４７，１３１号にある。本発明のフィルタ
をさらに保護するために、プラスチック・ラミネートを
図１のフィルタに付けることができる。出典を示すこと
でその内容を本明細書の一部とする１９９０年１０月２
３日発行のヤングたち（Young et al ）の米国特許第
４，９６５，１２１号を参照されたい。

【００１８】本発明のフィルタの製造において、第２の
誘電体層１６の固有応力を低減することによって、きわ
めて硬質で化学的に耐性のある薄膜コーティングが作ら
れることがわかった。応力は、積み重ねられた薄膜の各
層に固有の重要な変数である。応力には概して次の２つ
の状態がある。（１）膜が基板の上で膨張しようとする
ときの圧縮応力。及び（２）膜が収縮しようとするとき
の引っ張り応力。マグネトロン装置では、真空付着チャ
ンバの圧力は、応力に影響を与える重要な因子となる。
十分に低い圧力でスパッタされた原子及び反射された中
性気体原子は高エネルギーを伴いながら略垂直入射で薄
膜に当たると考えられる。なぜなら、圧力が低くなるに
つれてプラズマ（より大きな平均自由行程）内での衝突
が少なくなるからである。この機構は、「固体薄膜、４
０、３５５ （１９７７年）」（Thin Solid Films，４
０，３５５ （１９７７））でホフマン（Hoffman ）と
ソートン（Thorton ）によって報告されているように、
「アトミックピーニング」（“atomic peening”）とし
て知られており、膜内で圧縮を生じさせると考えられて
いる。

【００１９】作動圧力が高くなるにつれて、スパッタさ
れた原子は、互いにプラズマ内でより頻繁に衝突し合
う。スパッタされる材料は、低エネルギーで基板に斜め
入射する。入射原子の運動エネルギーの減少によって、
ピーニング機構が働かなくなる。垂直入射する原子束の
減少によって、「シャドーイング」（“shadowing ”）
が生じ、膜成長の核形成段階から残された空隙は、核形
成部位が斜め入射する原子を遮るために充填されない。
シャドーイングと「競合円錐成長」（“competing cone
growth ”）によって、孤立した柱状粒子構造と広範な
空隙網が生じてしまう。「応用物理学雑誌 58 ，3739
(1985)」（J. Appl. Phys.，58，3739 (1985)）のメッ
シャー（Messier ）とイェホダ（Yehoda）の論文を参照
されたい。

【００２０】スパッタされた膜の内部応力の原因がいか
なるものであれ、与えられた一連の系のパラメータ（例
えば、マグネトロンの形状、付着速度、薄膜の厚さ、気
体圧力）のため、材料の原子量によって決まる臨界圧力
で圧縮応力から引っ張り応力への突然の移行が行われ
る。（固体薄膜、４５、３８７ （１９７７年）のホフ
マンとソートンの論文；真空科学雑誌、２０、３５５
（１９８２年）のホフマンとソートンの論文；真空科学
雑誌、１７、３８０ （１９８０年）のホフマンとソー
トンの論文参照。）この臨界圧力を越えると、引っ張り
応力は徐々にゼロに向かって減少する。ある引っ張り応
力の最大値を越えたときの応力緩和が、アルゴン中でス
パッタされるクロム及びキセノン中でスパッタされるモ
リブデンに関して報告されている。真空科学雑誌、１９
８６年５／６月号のＡ４（３）版、ｐ．５６４〜５６７
に掲載のシーたち（Shih et al）の論文「反応性スパッ
タにより作られるクロム窒化物膜の特性」を参照された
い。

【００２１】回転式円筒形マグネトロンを用いて第２の
誘電体層として窒化シリコンを付着させる際、窒化シリ
コン層の固有応力はカソードの磁気組立体を鋭角に向け
ることによって低減できることがわかった。カソード２
０及び基板２１の断面図である図３に示されるように、
磁気組立体１８は３つの細長い磁性体２４、２６及び２
８を備えたＷ字形をしている。使用される耐久性磁性体
は、回転式円筒形マグネトロンに特有の不均衡装置を形
成した。明らかなように、組立体は、スパッタされる材
料が付着チャンバに入るようにスパッタされる材料を基
板２９の方に約４５度の鋭角αをなすように向けられ
る。角αは約３０度から８０度までの範囲であればよ
い。そのようにして付着された窒化シリコン層は、組立
体が基板に対して直角に向けられる場合に作られる窒化
シリコン層の固有応力の約４分の１の固有応力を有す
る。

【００２２】実験結果 ガラス基板、酸化チタンからなる第１の誘電体層、ニッ
ケル−クロム合金プレコート層、銀金属層及び窒化シリ
コンの第２の誘電体層からなる図１に示される構造を有
する低放射率干渉フィルタを、譲受人の一部門であるエ
アコ コーティング テクノロジー社（Airco Coating
Technology）製のインラインマグネトロン装置で作成し
た。TiO₂は、その他の形態も生成されると考えられるけ
れども、スパッタ法で生成される酸化チタンの主な形態
であることが知られている。従って、もし特に言及しな
い限りは、TiO₂は生成される全ての酸化チタンの形態を
代表する。このインラインマグネトロン装置は、各々が
このフィルタの５層のうち１層を付着させる直列に配列
された５つのマグネトロンから構成される。第２、第３
及び第４のマグネトロンは各々、第１のプレコート層、
金属層及び第２のプレコート層を付着させるためのプレ
ナーマグネトロンである。各々がＨＲＣ−３０００型ユ
ニットからなるこれらのプレナーマグネトロンは、エア
コ コーティング テクノロジー社よって製造された。
第１及び第５のマグネトロンは誘電体層を付着させるた
めの円筒形マグネトロンである。これらの円筒形マグネ
トロンは各々Ｃ−Ｍａｇ型３０００カソードからなり、
やはりエアコ コーティングテクノロジー社によって製
造された。

【００２３】円筒形マグネトロンのターゲットを不活性
ガスを用いて調節し、その後、所望の分圧に到達するま
でプロセスガスを加えた。この工程を、安定する時点ま
で続けた。次いで、基板を第１の円筒形マグネトロンの
被覆領域に導入し、薄膜を付着させた。使用した基板は
ソーダ石灰ガラスであった。酸化チタンからなる第１の
誘電体層を付着させるために、チタンターゲットを用い
た回転式Ｃ−ＭＡＧ型マグネトロンを使用した。別の例
として、プレナーマグネトロンを用いてもよい。不活性
ガスとしてアルゴンを、反応ガスとして酸素を使用し
た。円筒形マグネトロン中で窒化シリコンを付着させる
ときには、不活性ガスとしてアルゴンを、反応ガスとし
て窒素を使用した。ガスの分圧は窒素モードから金属モ
ードへの移行によって決定された。実験は、実行可能な
限り前記移行状況に近い状態で行われた。スパッタガス
の圧力及び流量を在来の装置によって制御した。

【００２４】純シリコンの導電率は非常に低く直流での
スパッタには適さないので、シリコンターゲットに２％
から４％までの少量のアルミニウムを含浸させるか或い
はドープした。ターゲットをプラズマ吹付けによって準
備した。スパッタ源を、所望の電圧、電流または電力を
自動的に維持する装置を有する適当な直流電源に接続し
た。単極カソードの磁気組立体を直角から約４５度の角
度に向けた。

【００２５】スパッタガスとして窒素を用いて、コーテ
ィングにアルミニウムと窒化シリコンの混合物を含有さ
せた。これらの成分は全て比較的硬く、強い障壁として
作用する非晶質膜を形成する。しかしながら、膜内のア
ルミニウムの量は所望のシリコンを基材とする複合物膜
の形成を妨げなかった。実験の過程において、膜を、Ｒ
ＢＳ（ラザフォード後方散乱）独立標本抽出のために取
り出して複合物の組成を決定した。この窒化シリコン
は、窒化物（Si₃N₄ ）の理論上の比率３対４に非常に近
いシリコンが４２％、窒素が５７％という数値を記録し
た。

【００２６】表１は、本発明のフィルタの付着工程デー
タを表す。 表１ 流速 Ａｒ 流速 Ｎ₂ 流速 Ｏ₂ 層 厚さ（Å） （ＳＣＣＭ） （ＳＣＣＭ） （ＳＣＣＭ） ＴｉＯ2 ３２７ ７１ ０ １３１ ＮｉＣｒ １２ １７０ ０ ０ Ａｇ １００ ６９ ０ ０ ＮｉＣｒ １２ １７０ ０ ０ Ｓｉ3 Ｎ4 ４６１ １２ ６０ ０ 電位（Ｖ） 電力（ｋｗ） 圧力（μ） 通過数 基板の移動速度 （インチ／分） −３７１ ４０ １．５ ８ ４７ −４４４ １ ３．０ １ １５４ −５５２ １０ １．５ １ １５４ −４４４ １ ３．０ １ １５４ −３８７ １５（ｘ２） ５．０ ２ ３１ 上記のフィルタは以下の光学的及び電気的特性を有して
いた。

【００２７】８２．４％の透過率（統合型Ｄ６５光源） ６．１％のフィルムの被覆面の反射率 １１．５％の吸収率 １０．５Ω／□の面積抵抗 ０．０９の放射率 表１の本発明のフィルタの耐久性を試験した。行った化
学的及び機械的試験の手順は表２に説明されている。本
発明のフィルタは全ての試験に合格した。

【００２８】図２の曲線１は、薄膜側からの表１に示さ
れたパラメータのもとで作成された干渉フィルタの反射
率を示す。曲線３は被覆されない側の基板面の反射率を
示し、曲線５は透過率を示す。これらの測定は走査形分
光測光器を用いて行われた。表２ 試験条件と記録手順 １． 湿度試験：湿度室にて露出：（１）摂氏９０度、
９８％ＲＨで２４時間（２）摂氏６０度、９８％ＲＨで
９６時間。 ２． 塩霧試験：２０％の塩霧、華氏９５度から９８度
で７２時間。 ３． 紫外線露出試験：４時間の圧縮サイクルで使用不
可になるまで２４時間露出または１２０時間露出。 ４． アンモニア試験：標本を室温で５時間５０％の水
酸化アンモニア溶液を含む密閉容器に垂直に置く。 ５． 食塩ドット検査：１％の食塩水を膜上に置かれた
ろ紙の小片に塗り、標本を一定の湿度環境に２４時間置
く。

【００２９】上記の試験の評価は、顕微鏡を用いての評
価及び放射率の測定の両方に基づいている。これらの評
価の詳細を以下に述べる。 Ａ． 標本は、１から１０までの等級に分けられ、２０
０倍に拡大して見られる微小な腐食の形跡が記録され
る。その数値が１０ならば影響はなく又１ならば完全に
腐食していることを示す。 Ｂ． 腐食によって起こる放射率の変化を測定する。そ
の記録法は以下に基づく。

【００３０】放射率の点数＝１０（試験前の放射率／試
験後の放射率） Ｃ． 記録数値は、１と２の平均である。６． テーバ
ー磨耗標本を、５００ｇの標準加重値及びＣＳ−１０Ｆ
型車輪を使用するテーバー磨耗試験機の上で合計５０回
回転させる。評価は４平方インチ内で５０倍に拡大され
て見られる傷の平均値に基づいてなされる。以下の式で
出される数値０は、１平方インチにつき５５個を越える
傷があることを示し、１０は傷の個数がゼロであること
を示す。 テーバーの点数＝１０−［（傷の個数）ｘ（０．１
８）］ 上記のように、本発明のフィルタのその他の実施例で
は、誘電体層のうち一方あるいは両方はＳｉＺｒＮ，Ｓ
ｉＴｉＮ，ＳｉＨｆＮのうち１つ又はそれらの混合物か
ら成る複合物膜からなってもよい。各複合物につき、窒
化シリコンの相対量は、複合物が第１の誘電体層として
使用されるか、あるいは第２の誘電体層として使用され
るかによってそのが約６０から９５重量％の範囲で変動
する。複合物膜の屈折率はそれに応じて、約２．４（窒
化シリコンが６０％の場合）から約２．０５（窒化シリ
コンが９５％の場合）の範囲で変動する。

【００３１】複合物膜を付着させる１つの方法は、一方
のターゲットがシリコンでできており、もう一方のター
ゲットがジルコニウム、チタン、ハフニウム、又はそれ
らの混合物のいずれかからなる２極ターゲットを採用し
た円筒形マグネトロンによる共同スパッタ法である。反
応ガスとして窒素を用いた２極カソードで共同スパッタ
するときには、各ターゲットの磁気組立体の角度は、均
一な組成の配分ができるように調節される。共同譲受人
の１９９１年３月１９日出願のベルカインドたち（Belk
ind et al.）による米国特許出願第６７１，３６０号、
及びベルカインドたちによる「表面加工・被覆技術雑
誌、４９ （１９９１）」の１５５〜１６０に掲載され
た「Ｃ−ＭＡＧ型回転式円筒形カソードを用いた酸化物
及び窒化物の反応共同スパッタ」（“Reactive Co-Sput
tering of Oxides and Nitrides using a C-MAG Rotata
ble Cylindrical Cathode ，” Surface and Coating T
echnology ，４９ （１９９１），１５５−１６０）を
参照されたい。

【００３２】複合物膜を付着させるもう１つの方法は、
各々が、シリコンと、ジルコニウム、チタン、ハフニウ
ム、又はそれらの混合物のいずれかとで被覆された１つ
以上の合金ターゲットを設けることである。円筒形合金
ターゲットの製造法は、導電性ケイ化物を形成するため
にシリコン及びもう１つの金属（または他の複数の金
属）をドープすることを伴う。例えば、シリコンとジル
コニウムをドープすることによって、約１６０マイクロ
オームセンチメートルの高い抵抗率を有する導電性ケイ
化物であるＺｒＳｉ₂ を形成する。この物質は、マグネ
トロンでスパッタされるのに十分な導電性を有する。こ
のケイ化物は、ＺｒＳｉ₂ の形成に十分な温度に至るま
でジルコニウムとシリコンを共に加熱すること（熱プレ
ス技術）によって合成することができる。その後、ケイ
化物を砕いて粉末にし、ステンレス鋼裏張り管に吹き付
けて均一なコーティングを形成する。

【００３３】ＺｎＳｉＮ複合物膜を、エアコ コーティ
ング テクノロジー社製のＣ−ＭＡＧ型回転マグネトロ
ン装置による共同スパッタによって形成した。各ターゲ
ットの磁気組立体の角度が、ＺｒＮ及びSi₃N₄ 分子をガ
ラス基板に集中させるために垂線に対して約４５度に調
整された２極ターゲットを使用した。ＺｒＮは、他の形
態のものも生成されるかもしれないが、スパッタ工程中
に生成される窒化ジルコニウムの主要な形態であると考
えられる。従って、特に言及しない限り、ＺｒＮはスパ
ッタされた全ての窒化ジルコニウムの形態を代表する。

【００３４】２極ターゲットでは、各ターゲットから付
着される反応性スパッタ材料の相対量を各ターゲットに
供給される電力を調節することによって部分的に調整す
ることができる。この技術を用いて、３つの異なるＺｒ
ＳｉＮ複合物膜を付着させた。第１の膜は約６０％のSi
₃N₄ と４０％のＺｒＮ（６０／４０）とからなち、第２
の膜は約７２％のSi₃N₄ と２８％のＺｒＮとからなり、
第３の膜は約８３％のSi₃N₄ と１７％のＺｒＮ（８３／
１７）とからなっていた。

【００３５】図４の曲線３０及び３２は、それぞれ、薄
膜１（６０／４０）及び薄膜３（８３／１７）の可視光
域の透過率を示す。図５の曲線４０及び４２は、それぞ
れ、膜１（６０／４０）及び薄膜３（８３／１７）の可
視光域の反射率を示す。図６の曲線５０及び５２は、そ
れぞれ、薄膜１（６０／４０）及び薄膜３（８３／１
７）の吸収率を示す。

【００３６】表３は、第１の複合物膜（６０％Si₃N₄ ，
４０％ＺｒＮ）の波長（λ）に対する屈折率（ｎ）及び
吸光係数（ｋ）の値を表しており、表４は、第２の複合
物膜（７２％Si₃N₄ ，２８％ＺｒＮ）の波長に対する光
学上の数値を表す。（光学上の数値はエリプソメータに
よって測定された。） 表３ λ ｎ ｋ ３８０ ２．６００ ０．０５００ ４００ ２．５６６ ０．０５００ ４２０ ２．５５７ ０．０４００ ４４０ ２．５４２ ０．０３５０ ４６０ ２．５２１ ０．０３００ ４８０ ２．５００ ０．０２５０ ５００ ２．４７２ ０．０２００ ５２０ ２．４６３ ０．０１５０ ５４０ ２．４４９ ０．０１５０ ５６０ ２．４３６ ０．０１５０ ５８０ ２．４２４ ０．０１００ ６００ ２．４１２ ０．０１１０ ６２０ ２．４０４ ０．００９０ ６４０ ２．３９６ ０．００８０ ６６０ ２．３８９ ０．００７０ ６８０ ２．３８２ ０．００６０ ７００ ２．３７６ ０．００６０ ７２０ ２．３７１ ０．００６０ ７４０ ２．３６６ ０．００６０ ７６０ ２．３６１ ０．００５０ ７８０ ２．３５６ ０．００４０ ８００ ２．３５３ ０．００３０ ８２０ ２．３４９ ０．００３０ ８４０ ２．３４７ ０．０００１ ８６０ ２．３４４ ０．００００ ８８０ ２．３４１ ０．００００ ９００ ２．３３８ ０．００００ ９２０ ２．３３７ ０．００００ ９４０ ２．３３５ ０．００００ ９６０ ２．３３２ ０．００００ ９８０ ２．３３２ ０．００００ １０００ ２．３２９ ０．００００ ２０００ ２．３００ ０．００００ 表４ λ ｎ ｋ ３００ ２．４９７２ ０．１７６８ ３５０ ２．３２９８ ０．０７１８ ４００ ２．２７５２ ０．０４００ ４５０ ２．２２９８ ０．０１５６ ５００ ２．２１２２ ０．００７１ ５５０ ２．１９５７ ０．０００１ ６００ ２．１８８６ ０．００２８ ６５０ ２．１８１３ ０．００５１ ７００ ２．１７７９ ０．００６０ ８００ ２．１７２４ ０．００７０ １０００ ２．１６７３ ０．００７０ ２０００ ２．１５００ ０．００７０ 明らかなように、可視光域における屈折率は、Si₃N₄ の
含有量が少ない第１の複合物膜のほうが高かった。

【００３７】本発明をその好ましい実施例に関し説明し
てきたが、本発明が前記特許請求の範囲内で保護される
べきであることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって作成される５層構造の薄膜干渉
フィルタの断面図。

【図２】薄膜干渉フィルタのスペクトル透過率及び反射
率を示すグラフ。

【図３】カソード組立体の断面図。

【図４】複合物膜の可視光域におけるスペクトル透過率
を示すグラフ。

【図５】複合物膜の可視光域におけるスペクトル反射率
を示すグラフ。

【図６】複合物膜の可視光域におけるスペクトル吸収率
を示すグラフ。

【符号の説明】

２・・・基板 ８・・・第１の誘電体層 １０・・・第１の金属プレコート層 １２・・・部分反射性金属層 １４・・・第２の金属プレコート層 １６・・・第２の誘電体層 １８・・・磁性組立体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エイブラハム アイ ベルキンド アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07060ノース プランフィールド マーテ ィンズ ウェイ 184 (72)発明者 ロナルド イー レアード アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94561 オークリー レイクスプリング プレイス 318

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略無彩可視光反射色を有する薄膜干渉フ
   ィルタであって、 透明な基板と、 約２．０から２．７の範囲の屈折率を有する略透明な第
   １の誘電体層と、 第１の金属プレコート層と、 部分反射性金属層と、 第２のプレコート層と、 略透明な第２の誘電体層と、からなることを特徴とする
   薄膜干渉フィルタ。
2. 【請求項２】 前記第１の誘電体層が酸化チタンからな
   ることを特徴とする請求項１に記載の薄膜干渉フィル
   タ。
3. 【請求項３】 前記第１の誘電体層が窒化シリコンから
   なることを特徴とする請求項１に記載の薄膜干渉フィル
   タ。
4. 【請求項４】 前記第１の誘電体層が、窒化シリコンと
   窒化ジルコニウムとからなる複合物であることを特徴と
   する請求項１に記載の薄膜干渉フィルタ。
5. 【請求項５】 前記第１の誘電体層が、窒化シリコン
   と、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化ハフニウムか
   らなる群から選択された１つ以上の他の窒化物とからな
   る複合物であり、更に、前記第１の誘電体層が、約６０
   から９５重量％の窒化シリコンを含むことを特徴とする
   請求項１に記載の薄膜干渉フィルタ。
6. 【請求項６】 前記第２の誘電体層が窒化シリコンから
   なり、前記第１の誘電体層が約２００Åから５００Åの
   範囲の厚さを有し、前記第２の誘電体層が約３５０Åか
   ら５００Åの範囲の厚さを有することを特徴とする請求
   項２に記載の薄膜干渉フィルタ。
7. 【請求項７】 前記第２の誘電体層が、窒化シリコンと
   窒化ジルコニウムとからなる複合物であり、更に、前記
   第１の誘電体層が約２００Åから５００Åの範囲の厚さ
   を有し、第２の誘電体層が約３００Åから５００Åの範
   囲の厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の薄
   膜干渉フィルタ。
8. 【請求項８】 前記第２の誘電体層が、窒化シリコン
   と、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化ハフニウムか
   らなる群から選択された１つ以上の他の窒化物とからな
   る複合物であり、更に、前記第２の誘電体層が約６０か
   ら９５重量％の窒化シリコンを含み、第１の誘電体層が
   約２００Åから５００Åの範囲の厚さを有し、第２の誘
   電体層が約３００Åから５００Åの範囲の厚さを有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜干渉フィルタ。
9. 【請求項９】 前記第２の誘電体層が窒化シリコンから
   なり、更に、第１の誘電体層が約２００Åから５００Å
   の範囲の厚さを有し、第２の誘電体層が約３５０Åから
   ５００Åの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項
   ３に記載の薄膜干渉フィルタ。
10. 【請求項１０】 前記第２の誘電体層が、窒化シリコン
    と窒化ジルコニウムとからなる複合物であり、更に、第
    １の誘電体層が約２００Åから５００Åの範囲の厚さを
    有し、第２の誘電体層が約３００Åから５００Åの範囲
    の厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の薄膜
    干渉フィルタ。
11. 【請求項１１】 前記第２の誘電体層が、窒化シリコン
    と、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化ハフミウムか
    らなる群から選択された１つ以上の他の窒化物とからな
    る複合物であり、前記第２の誘電体層が約６０から９０
    重量％の窒化シリコンを含み、更に、第１の誘電体層が
    約２００Åから５００Åの範囲の厚さを有し、第２の誘
    電体層が約３００Åから５００Åの範囲の厚さを有する
    ことを特徴とする請求項３に記載の薄膜干渉フィルタ。
12. 【請求項１２】 前記第２の誘電体層が窒化シリコンか
    らなり、更に、第１の誘電体層が約２００Åから５００
    Åの範囲の厚さを有し、第２の誘電体層が約３５０Åか
    ら５００Åの範囲の厚さを有することを特徴とする請求
    項５に記載の薄膜干渉フィルタ。
13. 【請求項１３】 前記第２の誘電体層が、窒化シリコン
    と窒化ジルコニウムとからなる複合物であり、更に、第
    １の誘電体層が約２００Åから５００Åの範囲の厚さを
    有し、第２の誘電体層が約３００Åから５００Åの範囲
    の厚さを有することを特徴とする請求項５に記載の薄膜
    干渉フィルタ。
14. 【請求項１４】 前記第２の誘電体層が、窒化シリコン
    と、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化ハフニウムか
    らなる群から選択された１つ以上の他の窒化物とからな
    る複合物であり、前記第２の誘電体層が約６０から９５
    重量％の窒化シリコンを含み、更に、第１の誘電体層が
    約２００Åから５００Åの範囲の厚さを有し、第２の誘
    電体層が約３００Åから５００Åの範囲の厚さを有する
    ことを特徴とする請求項５に記載の薄膜干渉フィルタ。
15. 【請求項１５】 一方又は両方のプレコート層が、ニッ
    ケル、クロム、タングステン、プラチナからなる群から
    選択された金属から形成され、更に、前記部分反射性金
    属層が、銀、金、銅、プラチナからなる群から選択され
    た金属から形成されることを特徴とする請求項８、請求
    項１１、請求項１４のいずれか１項に記載の薄膜干渉フ
    ィルタ。
16. 【請求項１６】 一方又は両方のプレコート層が、約８
    ０から９５重量％のニッケルと、５から２０重量％のク
    ロムとをその金属成分として含む金属膜であることを特
    徴とする請求項１５に記載の薄膜干渉フィルタ。
17. 【請求項１７】 透明な基板上に、略無彩可視光反射色
    を有する耐久性のある薄膜干渉フィルタを作る方法であ
    って、 約２．０から２．７の屈折率を有する略透明の第１の誘
    電体層を、前記基板の上に反応性スパッタする工程と、 第１のプレコート層を付着させる工程と、 部分的反射金属層を付着させる工程と、 第２の金属プレコート層を付着させる工程と、 前記金属プレコート層上に略透明の第２の保護誘電体層
    を反応性スパッタする工程と、を次々に含むことを特徴
    とする方法。
18. 【請求項１８】 前記第２の誘電体層を反応性スパッタ
    する工程が、 シリコンで被覆された回転可能なターゲットを有し、前
    記基板の垂線に対し約３０度から８０度の角度をなす磁
    気手段を有する円筒形マグネトロンを配設する工程と、 基板がターゲットに近づくにつれて前記ターゲットから
    反応性スパッタされた誘電体が基板に集束するように、
    前記基板を回転可能なターゲットの方へ移動させる工程
    と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の耐久性
    のある干渉フィルタを作る方法。