KR101043469B1

KR101043469B1 - 도전성 확산 반사막 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101043469B1
Application number: KR1020080136973A
Authority: KR
Inventors: 마사오 미즈노
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2011-06-23
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: KR20090076792A; TWI400487B; US20090176121A1; TW200941045A; JP2009163057A; US7989053B2

Abstract

본 발명의 과제는 높은 도전성을 갖는 동시에, 확산 반사가 큰 도전성 확산 반사막 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

도전성 금속으로 이루어지는 도전성 확산 반사막이며, 평균 입경 50 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 결정립이 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 거리로 이격되어 분포되는 다공질 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

도전성 확산 반사막, 금속 반사판, 금속 배선, 금속 박막, 도전성 금속

Description

도전성 확산 반사막 및 그 제조 방법{ELECTROCONDUCTIVE DIFFUSE REFLECTIVE FILM AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 도전성 확산 반사막 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 조명 기구, 전식 간판, 디스플레이 등에는 다양한 반사판이 사용되고 있다. 이 반사판에는 가시광 반사율이 높은 금속 반사판이나, 백색 반사를 나타내는 백색 반사판이 있고, 필름, 시트, 판의 형태로 이용된다.

이 중, 금속 반사판에는 가시광 반사율이 높은 은, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속 재료로 이루어지는 반사막이 사용되어, 자동차용 헤드 라이트 반사판이나, 형광등 반사판, 백열등 반사판, 망원경 반사경, 태양 전지용 반사경이나 태양광 집광판으로서 사용된다. 이들 금속 반사판은 금속막 필름이나 금속막 코팅판으로서 공급된다. 그리고, 금속막 필름이나 금속막 코팅을 형성하는 방법으로서는, 증착법, 스패터링법 등의 물리 증착법이 자주 사용된다.

또한, 금속 반사판은 높은 반사율을 갖고, 또한 높은 도전율을 갖고 있으므로, 외부로부터의 광을 반사하는 기능과, 전극으로서의 기능을 겸비한 반사 전극으로서 이용할 수 있다. 예를 들어, 일부의 반사형 액정 디스플레이에서는, 액정 분 자나 트랜지스터를 구동하기 위한 금속 배선이 반사 전극을 겸하고 있다. 동일한 반사 전극을 필요로 하는 것으로서, 태양 전지 전극 반사판, 전자 페이퍼나 일렉트로 크로믹 디스프레이 등이 있다.

그런데, 금속 반사판에서는, 표면에 입사된 가시광의 대부분이 입사각과 동등한 각도를 갖는 반사각의 방향으로 전반사되므로, 경면 반사율, 즉 정반사율이 높다. 그리고, 반사각이 정반사로부터 어긋나면 급격하게 반사율은 저하된다. 또한, 금속판은 거울로서 기능하는 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 금속 반사판의 표면에 배경이 거울상으로서 비친다. 이로 인해, 금속 반사판은 반사 전극용으로서는 문제가 발생하는 경우가 있다. 예를 들어, 반사형 디스플레이 디바이스에는 금속 반사판이 사용되지만, 이 경우, 반사판의 거울과 같은 반사로 인해, 각도에 따라서는 관찰자의 상이 화면에 비치는 경우가 있다. 또한, 반사가 강한 각도에 대해 화면의 번쩍임이 발생한다. 또한, 어느 각도에 대해서는 반사가 강하고, 또한 어느 각도에 대해서는 약하기 때문에, 반사의 불균일에 의해 화면의 불균일을 느끼는 경우도 있다. 이와 같은 반사형 디바이스에는 비침이 강한 거울과 같은 경면 반사보다도 경면 반사율을 낮게 하고 확산 반사율을 높게 한 백색 종이와 같은 반사의 쪽이, 균일하고 매끄러운 느낌을 부여하게 된다.

한편, 백색 반사판은 비침이나 번쩍임이 없는 반사판으로서, 형광등이나 백열 전등의 반사판으로서 이용되고 있다. 백색 반사판을 작성하는 방법으로서는, 수지 도포법이나 백색 안료 코팅법이나 황산바륨 등의 세라믹 분말 소결법 등이 실용화되어 있다. 이와 같은 백색 반사판은 절연체로 형성되어 있으므로, 전극으로 서는 기능하지 않아, 반사 전극으로서는 이용할 수 없다. 만약 백색 반사판이, 높은 도전성을 갖는 것이면, 영상의 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 절연성의 백색 반사판은 다양한 분야의 반사판으로서 이용되고 있다. 예를 들어, 투과형 액정 디스플레이에는 백 라이트의 반사판으로서 이용되고 있다. 통상, 투과형 액정의 배면 백 라이트에는 형광관이나 EL(일렉트로 루미네센스)판, 혹은 LED 라이트가 사용되고 있으나, 이 백 라이트의 배면에는 백 라이트의 광을 유효하게 이용하기 위한 반사판이 사용되고 있다. 이것에는 금속 경면판이 사용되지만, 백색 반사판을 사용하는 것도 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 디스플레이의 광반사판에 적합한 반사판으로서, 내부에 미세한 기포를 갖는 열가소성 수지 발포체가 제안되어 있다.

또한, 최근, 투과형 액정의 백 라이트(형광관)의 출력이 높아지는 동시에, 백 라이트 유닛의 온도가 상승한다는 문제가 발생하고 있어, 방열 대책이 필요해지고 있다. 방열 대책으로서는, 방열성을 향상시키는 것이 생각된다. 예를 들어, 특허문헌 2나 특허문헌 3에는 알루미늄판의 표면에 형성된 백색 안료 피막 상에 방열성 피막을 형성하는 것이 제안되어 있다. 또한, 다른 방열 대책으로서, 반사판의 열전도성을 향상시키는 것도 유효하다. 일반적으로 금속 재료에서는 자유 전자에 의한 열전도가 지배적이기 때문에, 도전성이 높은 재료는 열전도성도 높다. 따라서, 도전성이 높은 금속 재료를 백색 반사판으로서 이용할 수 있으면, 열전도성이 높기 때문에 방열 대책으로서도 유효하다.

금속 기재 상에 절연성의 백색 도료를 도포하는 방법에서는, 금속 기재 자체 는 금속판을 이용하고 있다고는 하지만, 표면에 절연성 재료를 도포함으로써 열전도 효과가 현저하게 저하되므로, 바람직하게는 그와 같은 코팅을 사용하지 않는 것이 요구된다. 또한, 도전성 백색 반사판은 디스플레이 분야뿐만 아니라, 조명, 전식, 태양 전지용 요철 전극 등에도 이용할 수 있다. 이와 같은 분야에 있어서도 백색 반사를 갖는 동시에 높은 도전성을 갖는 재료가 요구되고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2006-335935호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2006-258849호 공보

[특허문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2006-123463호 공보

그러나, 종래의 금속 반사판에서는, 도전성은 높지만 확산 반사가 낮다. 한편, 도장, 수지, 산화물 분말 코팅을 실시한 백색 반사판에서는, 확산 반사는 높지만 절연체이기 때문에 전극으로서 기능하지 않는다. 따라서, 백색 확산 반사와 도전성(저전기 저항률)을 양립할 수 있는 반사막 및 반사판을 얻는 것이 곤란했다.

그래서, 본 발명의 과제는 높은 도전성을 갖는 동시에, 확산 반사가 큰 도전성 확산 반사막 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

그래서, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 금속 박막을 다공질화함으로써, 높은 도전성을 갖는 확산 반사막을 얻을 수 있는 것을 발견하였다. 특히, 박막을 구성하는 결정립의 직경을 50 ㎚ 이상 1000 ㎚이하로 하고, 또한 결정립과 결정립 사이에는 10 ㎚ 이상 800 ㎚의 간극이 존재하는 다공질 구조로 함으로써, 높은 도전성을 유지한 상태로 백색의 확산 반사막으로 할 수 있는 것을 발견하였다. 그리고, 이와 같은 다공질 구조를 갖는 금속 박막을 형성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 물리 증착법에 있어서, 분위기 가스에 수소를 0.05 ％ 이상 30 ％ 이하 혼입시킴으로써, 상기 다공질 구조를 갖는 도전성 확산 반사막을 형성할 수 있는 것을 발견하였다.

즉, 청구항 1에 관한 발명의 도전성 확산 반사막은 도전성 금속으로 이루어지고, 평균 입경 50 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 결정립이 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 거리로 이격되어 분포되는 다공질 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

이 도전성 확산 반사막은 도전성 금속으로 이루어지고, 평균 입경 50 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 결정립이 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 거리로 이격되어 분포되는 다공질 구조를 가짐으로써, 높은 도전성을 갖는 동시에, 높은 확산 반사율을 나타낼 수 있다.

청구항 2에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막에 있어서, 상기 결정립이 그 결정립보다도 더욱 미세한 미세 결정이 복수 모여서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 도전성 확산 반사막에서는 결정립이 그 결정립보다도 더욱 미세한 미세 결정이 복수 모여서 형성되고 있음으로써, 양호한 확산 반사를 실현할 수 있다.

청구항 3에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막에 있어서, 막 두께가 50 ㎚ 이상 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

이 도전성 확산 반사막에서는 막 두께를 50 ㎚ 이상 20 ㎛ 이하로 함으로써, 높은 도전성을 갖는 동시에, 광을 투과하지 않고, 높은 확산 반사율을 나타낸다.

청구항 4에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막에 있어서, 상기 도전성 금속이 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 한다.

이 도전성 확산 반사막에서는 반사막을 구성하는 도전성 금속을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 함으로써, 높은 도전성을 갖는 반사막을 얻을 수 있다.

청구항 5에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막에 있어서, 전기 저항률이 2.7 μΩ㎝ 이상 100 μΩ㎝ 이하인 것을 특징으로 한다.

이 도전성 확산 반사막에서는 전기 저항률이 2.7 μΩ㎝ 이상 100 μΩ㎝ 이하이므로, 높은 도전성을 나타낸다.

청구항 6에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막에 있어서, 막면에 대해 수직인 방향에서 볼 때, 입사각 －5도로 입사하여 반사각 5도로 반사된 파장 550 ㎚의 광의 반사율(A)과, 입사각 －5도로 입사하여 반사각 45도로 반사된 파장 550 ㎚의 광의 반사율(B)과의 비율(B/A)이 0.2 이상 0.6 이하인 것을 특징으로 한다.

이 도전성 확산 반사막에서는 도전성 금속으로 이루어지고, 평균 입경 50 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 결정립이 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 거리로 이격되어 분포되는 다공질 구조를 가짐으로써, 반사율비 : B/A가 0.2 이상 0.6 이하로 되어 높은 확산 반사율을 얻을 수 있다.

청구항 7에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막에 있어서, 파장 550 ㎚의 광에 대한 확산 반사율이 30 ％ 이상 90 ％ 이하인 것을 특징으로 한다.

이 도전성 확산 반사막에서는 도전성 금속으로 이루어지고, 평균 입경 50 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하인 결정립이 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 거리로 이격되어 분포되는 다공질 구조를 가짐으로써, 파장 550 ㎚의 광에 대한 확산 반사율이 30 ％ 이상 90 ％ 이하로 되어 백색의 확산 반사막을 얻을 수 있다.

청구항 8에 관한 발명은 도전성 금속으로 이루어지고, 다공질 구조를 갖는 도전성 확산 반사막의 제조 방법이며, 수소를 0.05 ％ 이상 30 ％ 이하 함유하는 성막 가스와, 도전성 금속을 포함하는 증착 물질로 이루어지는 증착원을 사용하여, 물리 증착법에 의해 기판 상에 상기 증착 물질로 이루어지는 막을 성막하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 방법에서는, 수소를 0.05 ％ 이상 30 ％ 이하 함유하는 성막 가스와, 도전성 금속을 포함하는 증착 물질로 이루어지는 증착원을 사용하는 물리 증착법에 의해, 기판 상에 도전성 금속으로 이루어지는 상기 다공질 구조를 갖는 도전성 확산 반사막을 성막할 수 있다.

청구항 9에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막의 제조 방법에 있어서, 상기 성막 가스는 산소 및 질소를 실질적으로 포함하지 않는 희가스인 것을 특징으로 한다.

이 방법에서는, 성막 가스로서, 산소 및 질소를 실질적으로 포함하지 않는 희가스를 사용함으로써, 상기 다공질 구조를 갖는 도전성 확산 반사막을 얻을 수 있다.

청구항 10에 관한 발명은 상기 도전성 확산 반사막의 제조 방법에 있어서, 성막 가스 압력을 3 내지 100 mTorr, 투입 전력을 2 내지 20 W/㎠로 하여 스패터링법에 의해 성막하는 것을 특징으로 한다.

이 방법에서는, 성막 가스 압력을 3 내지 100 mTorr, 투입 전력을 2 내지 20 W/㎠로 하는 스패터링법에 의해, 상기 다공질 구조를 갖고, 높은 도전성과 높은 확산 반사율을 더불어 갖는 도전성 확산 반사막을 성막할 수 있다.

본 발명의 도전성 확산 반사막은 높은 도전성을 갖는 동시에, 높은 확산 반사율을 갖는 것이다. 이 확산 반사막을 갖는 반사판은 반사판 전극으로서 적절하 게 사용할 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 높은 도전성을 갖는 동시에, 높은 확산 반사율을 갖는 도전성 확산 반사막을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 도전성 확산 반사막(이하, 「본 발명의 반사막」이라고 함) 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 반사막은 도전성 금속으로 이루어지는 다공질 구조를 갖는 것이다. 도전성 금속으로서는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 은, 티타늄, 니켈, 크롬, 망간 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 도전성을 갖는 동시에, 다공질 구조를 갖고, 백색의 확산 반사막을 형성할 수 있으므로, 바람직하다. 또한, 알루미늄 합금으로서는, 내식성, 내열성의 관점에서 Si, Mg, Mn, Cu, Zn, Fe, Ni, Ti, Pb, Cr 등의 합금 성분을 포함하는 것을 들 수 있다. 알루미늄 합금이 포함하는 합금 성분은 다공질화에 의한 확산 반사 현상에는 영향을 미치지 않아, 반사막이 충분한 전기 저항률과 반사율을 확보할 수 있는 점에서, 통상 0.01 질량％ 내지 15.0 질량％ 정도가 바람직하다.

본 발명의 반사막의 다공질 구조는 평균 입경 50 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 결정립으로 형성된다. 결정립의 평균 입경이 50 ㎚ 미만에서는 표면의 요철이 지나치게 작아, 확산 반사 효과가 낮다. 반대로, 결정립의 평균 입경이 1000 ㎚를 초과하는 경우, 특정 방향으로의 금속 반사가 많아져, 불균일이 있는 금속 반사가 되어, 균일한 확산 반사를 얻을 수 없다. 바람직한 결정립의 평균 입경은 100 ㎚ 이 상 800 ㎚ 이하이다. 이 결정립은 더욱 미세한 미세 결정(1차 입자)이 복수 모여서 형성된 2차 입자의 구조를 갖고 있어도 된다. 결정립이 평균 입경 25 ㎚ 이상 75 ㎚ 이하인 미세한 미세 결정(1차 입자)이 2 내지 10개 정도 집합하여 형성된 2차 입자의 형태인 것이, 확산 반사를 양호하게 하는 관점에서 바람직하다. 이 결정립 및 미세한 미세 결정은 진구 형상으로 한정되지 않고, 진구(perfectly spherical) 형상으로부터 1방향 또는 2 이상의 방향으로 왜곡되어 있는 울퉁불퉁한 외형까지도 포함하는 대략 구 형상의 외형을 갖는 입자이고, 그 평균 입경은 중심을 통과하는 적어도 2개의 축방향에서 측정되는 외경의 평균값이다.

또한, 본 발명의 반사막의 다공질 구조는 결정립이 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 거리로 이격되어 분포되는 구조를 갖는다. 즉, 다공질 구조를 형성하는 결정립과 결정립 사이에 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 간극이 존재한다. 이에 의해, 높은 도전성과 높은 확산 반사율을 갖는 백색 확산 반사막이 얻어진다. 결정립 사이의 거리가 10 ㎚ 미만인 경우, 간극 부분에서의 확산 반사가 충분하지 않으므로, 확산 반사 효과가 발휘되지 않는다. 또한, 800 ㎚를 초과하는 경우, 다공질화가 지나치게 진행됨으로써 구조가 약해져, 확산 반사막을 유지할 수 없을 우려가 있다. 바람직한 범위는 20 ㎚ 내지 600 ㎚이다. 본 발명에 있어서, 결정립 사이의 거리라 함은, 인접하는 결정립의 최근접하는 외면 사이의 거리를 말한다.

본 발명의 반사막의 막 두께는 50 ㎚ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 막 두께가 50 ㎚ 이상 20 ㎛ 이하의 범위에서는 광의 일부가 박막을 투과하지 않아, 반사막으로서 충분히 기능하는 동시에, 막 내부에 발생하는 압축 응력에 의해 막이 기판으로부터 박리되어 버리는 경우가 없다. 일반적으로 막 두께가 얇은 영역은 확산 반사가 불충분한 경우가 있고, 막 두께가 두꺼운 경우에는 표면이 점점 지나치게 거칠어져, 확산 반사율에 불균일이 생기는 경우가 있다. 더욱 바람직하게는 100 ㎚ 이상 4 ㎛ 이하이다.

본 발명의 반사막은 반사율비(B/A)가 0.2 이상 0.6 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 충분한 확산 반사가 얻어져, 양호한 백색 반사막이 얻어지는 동시에, 국소적으로 정반사 이외의 어느 특정한 방향, 예를 들어 45도 방향으로만 강한 불균일 반사가 있는 경우가 없어, 균일한 확산 반사가 얻어진다. 여기서, 반사율비(B/A)는 막면에 대해 수직인 방향에서 볼 때, 입사각 －5도로 입사하고, 반사각 5도로 반사된 파장 550 ㎚의 광의 반사율(A)에 대해, 입사각 －5도로 입사하고, 반사각 45도로 반사된 파장 550 ㎚의 광반사율(B)의 비율을 말한다. 더욱 바람직하게는, 반사율비는 0.3 이상 0.55 이하이다.

본 발명의 반사막의 확산 반사율은 30 ％ 이상 90 ％ 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 막면에 있어서 충분히 높은 전반사율이 얻어져, 반사 전극으로서 적합한 동시에, 반사판의 용도에 충분한 반사율이 얻어진다. 여기서, 확산 반사율은 파장 550 ㎚의 광이 기판 수직 방향에서 볼 때 0도에서 입사하고, 또한 5도로부터 90도 방향으로 확산된 광의 각 각도에 있어서의 반사율을 적분한 값이다. 더욱 바람직하게는, 확산 반사율은 40 ％ 이상 90 ％ 이하이다.

또한, 본 발명의 반사막의 전기 저항률은 전극으로서 충분한 도전성을 발휘할 수 있다는 점에서, 2.7 μΩ㎝ 이상 100 μΩ㎝ 이하인 것이 바람직하다. 또 한, 전기 저항률이 100 μΩ㎝를 초과하는 경우에는, 대전 방지의 용도로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 반사막에는 필요에 따라서 SiO₂, TiO₂, MgF₂ 등으로 이루어지는 보호막을 형성할 수 있다.

본 발명의 반사막은 수소를 함유하는 성막 가스와, 도전성 금속을 포함하는 증착 물질로 이루어지는 증착원을 사용하여 물리 증착법에 의해 증착 물질로 이루어지는 막을 성막하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 제조 방법은 물리 증착법에 의해 성막하는 공정 이외에, 예를 들어 기판의 표면을 청정화하는 공정, 표면을 청정화한 기판을 예열하는 공정, 본 발명의 반사막을 성막한 기판을 후처리하는 공정, SiO₂, TiO₂, MgF₂ 등으로 이루어지는 보호막을 형성하는 공 정도 등을 포함한다.

본 발명의 반사막을 성막하는 기판은, 특별히 제한되지 않고, 본 발명의 반사막을 표면에 갖는 확산 반사판의 용도, 기능, 형태 등에 따라서 적절하게 선택된다. 예를 들어, 조명 기구, 전식 간판, 디스플레이, 자동차용 헤드 라이트 반사판이나, 형광등 반사판, 백열등 반사판, 망원경 반사경, 태양 전지용 반사경, 태양광 집광판 등의 용도로 사용되는 경우에는, 그 용도, 기능, 형태 등에 따라서 필름, 시트, 판, 또는 글래스판, 금속판 등의 형태의 절연성 또는 도전성의 기판 재료를 사용할 수 있으나, 양극 산화 알루미늄 기판과 같이 표면에 미세한 요철이 있는 기판보다도, 표면이 평활한 글래스 기판이나 통상의 금속 기판의 쪽이 적합하다. 또 한, 반사형 액정 디스플레이, 태양 전지용 요철 전극, 태양 전지 전극 반사판, 전자 페이퍼나 일렉트로 크로믹 디스프레이 등에 사용되는 반사 전극, 또한 투과형 액정 디스플레이의 백 라이트의 반사판 등에 사용되는 경우에는 반사 전극의 형상 등에 따라서 기판의 형상, 형태 등을 적절하게 선택할 수 있다.

성막 가스로서는, 산소 및 질소를 실질적으로 포함하지 않는 희가스가 사용된다. 본 발명에 있어서, 산소 및 질소를 실질적으로 포함하지 않는다고 함은, 산소의 함유량이 1 ppm 이하, 질소의 함유량이 10 ppm 이하인 것을 말한다. 사용되는 희가스로서는, Ar, He, Ne 등을 사용할 수 있다.

이 성막 가스에 있어서의 수소의 함유량은 0.05 ％ 이상 30 ％ 이하이다. 이에 의해, 상기 다공질 구조를 갖는 도전성 확산 반사판을 성막할 수 있다. 수소의 함유량이 0.05 ％보다 적은 경우, 효과가 적고, 30 ％ 보다 많은 경우에는 효과가 포화되어 성막 속도가 저하되므로 현실적이지 않다. 적합하게는 0.1 ％ 이상, 10 ％ 이하이다. 수소의 폭발 한계 이하라는 의미에서는 5 ％ 이하로 사용하는 것이 바람직하다.

물리 증착법으로서는, 진공 증착법, 스패터링법 등을 들 수 있다. 그 중에서도 스패터링법에 의해 성막하는 경우에는 성막 가스 압력을 3 내지 100 mTorr, 투입 전력을 2 내지 20 W/㎠로 하는 것이 바람직하다. 또한, 진공 증착법에 의해 성막하는 경우에는 10 mTorr 내지 10 Torr로 하는 것이 바람직하다.

물리 증착에 사용되는 증착원으로서는, 본 발명의 박막을 구성하는 도전성 금속을 포함하는 증착 물질로 이루어지는 타깃, 증착원, 증착 타깃 또는 타블릿이 사용된다. 진공 증착법 또는 스패터링법에 의해 성막하는 경우에는, 성막하는 박막의 조성에 따라서 진공 증착법에 있어서는 증착원, 증착 타깃 또는 타블릿을, 스패터링법에 있어서는 타깃을 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 확산 반사막을 성막하는 경우에는, 순알루미늄으로 이루어지는 증착원 또는 원하는 합금 성분을 포함하는 알루미늄 합금으로 이루어지는 증착원을 사용할 수 있다. 기판 상에 성막되는 본 발명의 반사막은 이 증착원과 동일한 조성으로 형성된다.

스패터링법으로서는, 마그네트론 스패터링, 이온 빔 스패터링 등의 방법을 채용할 수 있다. 특히, 대면적이고 또한 균일한 확산 반사막을 성막하기 쉽다는 점에서, 마그네트론 스패터링이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 다공질 구조를 갖는 확산 반사막이 얻어지는 이유는 이하와 같이 생각된다. 예를 들어, 알루미늄 박막, 혹은, 알루미늄 합금 박막의 표면을 제어하여 백색 확산판으로 하면, 도전성 백색 확산 반사판을 얻게 되지만, 이것은 용이하지 않다. 또한, 알루미늄 박막이 물리 증착법에 있어서 백탁되는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 스패터링법에 있어서 알루미늄막의 가열 성막을 행하면, 표면에 요철이 형성되어 표면이 백탁되는 현상이 알려져 있다. 또한, 성막 가스압을 높게 함으로써도 막이 백탁되는 것이 알려져 있다. 그러나, 이들의 방법만으로는 막면은 백탁되지만, 충분한 확산 반사를 실현할 수는 없다.

그래서, 본 발명에서는 성막 가스 중에 수소 가스를 혼합함으로써 형성되는 도전성 금속의 박막 표면을 다공질화할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명에서는 수소 가스를 0.1 ％ 내지 30 ％ 혼합한 성막 가스를 사용하여 통상의 스패터링에 의한 성막을 행함으로써, 상기 다공질 구조를 갖는 박막을 제조할 수 있다. 이는 성막 중에 도전성 금속막 중에 수소가 일시적으로 말려들어가면서 도전성 금속이 퇴적되고, 또한 성막되는 박막으로부터 수소가 방출된다. 이때, 막이 불균일하게 성장해 가기 때문에 다공질화가 실현된다고 생각된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예에 대해, 그 비교예와 비교하여 구체적으로 설명한다.

(제1 실시예)

두께 0.7 ㎜, 직경 5.08 ㎝(2인치)의 원판 형상의 글래스 기판(코닝사제, 1737)의 표면에 마그네트론 스패터링 장치를 사용하여 알루미늄으로 이루어지는 확산 반사막을 형성하였다. 이때, 스패터링 타깃에는 순도 4N의 순알루미늄 타깃을 사용하고, 도달 진공도는 1.2 × 10^-6 Torr로 하고, 성막 가스는 3 ％ H₂ － 97 ％ Ar 혼합 가스를 사용하였다. 또한, 성막 가스 압력은 5 mTorr, 투입 전력 10 W/㎠, 기판 타깃간 거리 60 ㎜의 조건으로 DC 방전을 행하였다.

이렇게 하여 얻어진 막에 대해, 촉침식 막 두께계로 측정한 바, 막 두께는 1000 ㎚였다.

또한, 도전율을 4단침법(四短針法)에 의한 도전율계로 측정한 바, 전기 저항률은 3.3 μΩ㎝였다.

다음에, 분광 반사율계를 사용하여 형성된 막의 반사율을 측정하였다.

우선, 통상의 측정법으로서, 막면에 대해 수직인 축에 대해 ―5도의 입사각으로 파장 400 ㎚ 내지 800 ㎚의 광을 입사하고, 반사각 5도 내지 90도의 범위로 반사되어 오는 광을 측정하였다. 결과를 도1에 나타낸다. 반사각이 경면 반사각인 5도에 있어서의 반사율이 가장 높고, 각도가 커짐에 따라서 반사율이 저하되지만, 여전히 높은 반사율을 나타냈다. 이에 의해, 글래스 기판과, 글래스 기판의 표면에 형성된 알루미늄 박막으로 이루어지는 확산 반사판이 얻어진 것을 알 수 있다.

도1로부터 파장 550 ㎚의 광에 대한 반사율을 추출하여, 반사각 5도에 있어서의 반사율(A)에 대한 각 반사각에 있어서의 반사율(B)의 비(반사율비)(B/A)를 계산한 결과를 도2에 나타낸다. 45도에서의 반사율비는 0.48이었다.

다음에, 적분구를 사용하여 확산 반사율을 측정하였다. 단, 여기서는, 입사광을 막면 수직 방향으로부터 입사하여 수직 방향으로부터 ±5도의 범위 내의 정반사 방향으로의 반사를 제외한 확산 반사율을 측정하였다. 결과를 도3에 나타낸다. 파장 550 ㎚의 광에 대한 확산 반사율은 72.5 ％였다.

다음에, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 막면을 관찰하였다. 2차 전자상의 관찰 결과를 도4에 나타낸다. 도4에 나타내는 바와 같이, 얻어진 막은 입경 100 ㎚ 내지 400 ㎚, 평균 입경 250 ㎚의 결정립으로 구성되어 있었다. 또한, 결정립과 결정립은, 조밀하게는 가득차 있지 않은 상태였다. 임의의 결정립과 결정립의 간극은 동일하지는 않지만, 30 ㎚ 내지 500 ㎚의 간극이 존재했다. 간극의 평균은 265 ㎚였다. 또한, 결정립은 더욱 미세한 결정립으로 형성되어 있는 것을 알 수 있었다.

(제2 실시예)

성막 가스로서 10 ％H₂ － 90 ％ Ar 혼합 가스를 사용하고, 성막 가스 압력을 3 mTorr로 한 것 이외는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 막 두께 500 ㎚의 알루미늄으로 이루어지는 확산 반사막을 형성하였다. 막 두께는 촉침식 막 두께계로 측정하였다.

다음에, 얻어진 확산 반사막에 대해 4단침법에 의한 도전율의 측정, 분광 반사율계에 의한 반사율, 반사율비(B/A)의 산출, 적분구를 사용한 확산 반사율의 측정을 행하였다. 그 결과, 전기 저항률은 3.4 μΩ㎝, 45도에서의 반사율비(B/A)는 0.50, 파장 550 ㎚의 확산 반사율은 66.6 ％였다. 또한, 반사각에 대한 반사율비(B/A)를 계산한 결과를 도5에 나타낸다. 또한, 확산 반사율의 측정 결과를 도6에 나타낸다.

또한, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 막면을 관찰하였다. 2차 전자상의 관찰 결과를 도7에 나타낸다. 입경 500 ㎚ 내지 700 ㎚의 결정립으로 이루어지고, 평균 입경은 600 ㎚였다. 결정립과 결정립 사이에는 큰 간극이 있었다. 임의의 결정립과 결정립의 간극은 100 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하이다. 평균으로서 200 ㎚의 간극이 있었다.

(제3 실시예)

성막 가스 압력을 10 mTorr, 투입 전력을 7 W/㎠로 한 것 이외는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 막 두께 200 ㎚의 알루미늄으로 이루어지는 확산 반사막을 형성하였다. 막 두께는 촉침식 막 두께계로 측정하였다.

다음에, 얻어진 확산 반사막에 대해 4단침법에 의한 도전율의 측정, 분광 반사율계에 의한 반사율, 반사율비(B/A)의 산출, 적분구를 사용한 확산 반사율의 측정을 행하였다. 그 결과, 전기 저항률은 3.6 μΩ㎝, 45도에서의 반사율비(B/A)는 0.47, 파장 550 ㎚의 확산 반사율은 60.5 ％였다.

또한, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 막면을 관찰하였다. 2차 전자상의 관찰 결과를 도8에 나타낸다. 입경 150 ㎚ 내지 200 ㎚의 돌기 형상의 결정립으로 구성되어 있었다. 결정립의 평균 입경은 175 ㎚였다. 결정립과 결정립은, 조밀하게는 가득차 있지 않고, 또한 임의의 결정립과 결정립 사이의 간극은 동일하지는 않지만, 50 ㎚ 이상 400 ㎚ 이하의 간극이 존재하고 있었다. 평균으로서 225 ㎚의 간극이 있었다. 또한, 돌기 형상의 결정립은 더욱 미세한 결정립으로 형성되어 있었다.

(제1 비교예)

성막 가스로서 100 ％ Ar 가스, 성막 가스 압력을 2 mTorr, 투입 전력을 7 W/㎠로 한 것 이외는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 막 두께 500 ㎚의 알루미늄막을 성막하였다. 막 두께는 촉침식 막 두께계로 측정하였다.

다음에, 얻어진 알루미늄막에 대해 4단침법에 의한 도전율의 측정, 분광 반사율계에 의한 반사율, 반사율비(B/A)의 산출, 적분구를 사용한 확산 반사율의 측 정을 행하였다. 그 결과, 전기 저항률은 3.0 μΩ㎝였다. 또한, 반사각에 대한 반사율비(B/A)를 계산한 결과를 도9에 나타낸다. 대부분 경면 반사만을 나타내고 있고, 입사각 －5도, 반사각 5도의 반사율은 89 ％였다. 반사각 45도의 반사율은 측정 한계 이하이고, 반사율비는 0.0001 이하로 측정 한계 이하였다. 또한, 파장 550 ㎚의 확산 반사율은 측정 한계 이하인 0.01 ％ 이하였다.

다음에, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 막면을 관찰하였다. 2차 전자상의 관찰 결과를 도10에 나타낸다. 막면은 거의 평활했다. 곳곳에 돌기가 관찰되지만, 결정립은 치밀하게 가득차 있어 간극은 관찰되지 않았다. 또한, 결정 입경은 1.1 내지 2 ㎛였다.

(제2 비교예)

성막 가스로서 100 ％ Ar 가스, 성막 가스 압력을 7 mTorr, 투입 전력을 7 W/㎠로 한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 막 두께 5000 ㎚의 알루미늄막을 성막하였다. 막 두께는 촉침식 막 두께계로 측정하였다.

다음에, 얻어진 알루미늄막에 대해 4단침법에 의한 도전율의 측정, 분광 반사율계에 의한 반사율, 반사율비(B/A)의 산출, 적분구를 사용한 확산 반사율의 측정을 행하였다. 그 결과, 전기 저항률은 3.0 μΩ㎝였다. 45도에서의 반사율비(B/A)는 0.18로, 충분하지 않았다. 또한, 반사각에 대한 반사율비(B/A)를 계산한 결과를 도11에 나타낸다. 또한, 확산 반사율의 측정 결과를 도12에 나타낸다. 또한, 파장 550 ㎚의 확산 반사율은 측정 한계 이하의 10.0 ％로, 충분하지 않았다.

다음에, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 막면을 관찰하였다. 2차 전자상의 관찰 결과를 도13에 나타낸다. 막면에 큰 것이 1 ㎛ 이상인 결정립이 성장되어 있고, 이들 결정립이 치밀하게 가득차 있었다. 결정립과 결정립 사이에 간극은 없었다.

(제4 내지 제8 실시예, 제3 내지 제4 비교예)

성막 가스의 수소량, 성막 가스 압력을 표1에 나타내는 바와 같이 한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 표1에 나타내는 막 두께의 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막을 성막하였다. 또한, 막 두께는 성막 시간과 성막 가스 압력으로 제어하였다.

얻어진 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막에 대해 4단침법에 의한 도전율의 측정, 분광 반사율계에 의한 반사율, 반사율비(B/A)의 산출, 적분구를 사용한 확산 반사율의 측정을 행하였다. 또한, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 막면을 관찰하여, 평균 결정 입경 및 결정립 사이의 평균 간극을 산출하였다. 결과를 표1에 나타낸다.

제4 실시예는 수소량을 0.1 ％로 한 경우, 제5 실시예는 수소량을 1 ％로 한 경우, 제6 실시예는 수소량을 20 ％로 한 경우의 실시예이다. 또한, 제7 실시예, 제8 실시예는 알루미늄 합금을 사용한 실시예이다. 제3 비교예는 막 두께가 40 ㎚인 경우로, 충분한 확산 반사를 얻을 수 없었다. 제4 비교예에서는 막 두께가 지나치게 두꺼워, 필요한 확산 반사판을 얻을 수 없었다.

도1은 제1 실시예에 있어서의 반사율의 측정 결과를 나타내는 도면.

도2는 제1 실시예에 있어서의 반사율비의 산출 결과를 나타내는 도면.

도3은 제1 실시예에 있어서의 확산 반사율의 측정 결과를 나타내는 도면.

도4는 제1 실시예에 있어서의 도전성 확산 반사막의 주사형 전자 현미경에 의한 2차 전자상.

도5는 제2 실시예에 있어서의 반사율비의 산출 결과를 나타내는 도면.

도6은 제2 실시예에 있어서의 확산 반사율의 측정 결과를 나타내는 도면.

도7은 제2 실시예에 있어서의 도전성 확산 반사막의 주사형 전자 현미경에 의한 2차 전자상.

도8은 제3 실시예에 있어서의 도전성 확산 반사막의 주사형 전자 현미경에 의한 2차 전자상.

도9는 제1 비교예에 있어서의 반사율비의 산출 결과를 나타내는 도면.

도10은 제1 비교예에 있어서의 알루미늄막의 주사형 전자 현미경에 의한 2차 전자상.

도11은 제2 비교예에 있어서의 반사율비의 산출 결과를 나타내는 도면.

도12는 제2 비교예에 있어서의 확산 반사율의 측정 결과를 나타내는 도면.

도13은 제2 비교예에 있어서의 알루미늄막의 주사형 전자 현미경에 의한 2차 전자상.

Claims

도전성 금속으로 이루어지는 도전성 확산 반사막이며, 평균 입경 50 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 결정립이 평균으로 10 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 거리로 이격되어 분포되는 다공질 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막.
제1항에 있어서, 상기 결정립이, 그 결정립보다도 더욱 미세한 미세 결정이 복수 모여서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막.
제1항에 있어서, 막 두께가 50 ㎚ 이상 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막.
제1항에 있어서, 상기 도전성 금속이 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막.
제1항에 있어서, 전기 저항률이 2.7 μΩ㎝ 이상 100 μΩ㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막.
제1항에 있어서, 막면에 대해 수직인 방향에서 볼 때, 입사각 －5도로 입사하여 반사각 5도로 반사된 파장 550 ㎚의 광의 반사율(A)과, 입사각 －5도로 입사 하여 반사각 45도로 반사된 파장 550 ㎚의 광의 반사율(B)과의 비율(B/A)이 0.2 이상 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막.
제1항에 있어서, 파장 550 ㎚의 광에 대한 확산 반사율이 30 ％ 이상 90 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막.
도전성 금속으로 이루어지고, 다공질 구조를 갖는 도전성 확산 반사막의 제조 방법이며,

수소를 0.05 ％ 이상 30 ％ 이하 함유하는 성막 가스와, 도전성 금속을 포함하는 증착 물질로 이루어지는 증착원을 사용하여, 물리 증착법에 의해 기판 상에 상기 증착 물질로 이루어지는 막을 성막하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 성막 가스는 산소의 함유량이 1 ppm 이하, 질소의 함유량이 10 ppm 이하인 희가스인 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막의 제조 방법.
제8항에 있어서, 성막 가스 압력을 3 내지 100 mTorr, 투입 전력을 2 내지 20 W/㎠로 하여 스패터링법에 의해 성막하는 것을 특징으로 하는 도전성 확산 반사막의 제조 방법.