電子部品、電子回路装置、および電子部品の製造方法
【課題】反射率および耐熱性に優れた電子部品を提供する。
【解決手段】電子部品１０は、基板１１と、基板１１上に形成された高反射性の金属薄膜層１２と、金属薄膜層１２上に形成されたＳｎＯ２系の保護層１３とを備える。
【解決手段】電子部品１０は、基板１１と、基板１１上に形成された高反射性の金属薄膜層１２と、金属薄膜層１２上に形成されたＳｎＯ２系の保護層１３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路や電子回路基板等の部品、薄膜回路パターンを有する各種コンピュータ、各種ディスプレイ、表示デバイス等の薄膜回路パターンを有する電子回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速に進展する高度情報化社会において、コンピュータ、通信、情報家電、各種表示デバイスなど、あらゆる電子回路に薄膜で形成された回路パターンが使用されている。この薄膜のうち、発光効率の向上や演算プロセッサの高速化・大容量化に伴う電気配線から光配線への転換の要請に対応すべく開発・改良されている光デバイス用回路（ディスプレイ、照明機器、光回路など）における反射膜では、使用波長に適した金属反射膜が用いられ、反射率の高いＡｕまたはＡｇ材料を基板上に成膜した反射膜を使用している。
【０００３】
ここで反射膜としてのＡｕやＡｇ系薄膜は、高温に晒されると、激しい表面拡散により結晶粒成長が起こり、最終的には、微細な球状となり、反射膜としての機能を果たさなくなる。そこで、この表面拡散を抑えるために、従来（例えば、特許文献１参照）では、反射膜上にＣｒやその酸化物、あるいはＳｉＯ２などを形成している。例えば、従来の電子部品の一例として、図３３に示すように、ガラス、Ｓｉ材料または化合物半導体の基板上に、１００ｎｍ程度のＡｇの反射膜を形成し、その上に５ｎｍ程度のＳｉＯ２薄膜を形成している。図３４には、この電子部品における、光の波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：λ）と反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ：Ｒ）との関係が示されている。同図に示すように、４５０℃程度の高温環境下では、反射率の低下もなく反射膜として正常に機能することが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４０１４７号公報（２００４年８月２６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記電子部品では、図３４から明らかなように、５００℃あるいは６００℃といった超高温環境下においては、反射率が著しく低下し、反射膜として機能しなくなることが分かる。デバイス作業環境では６００℃という超高温に晒されるため、このような環境に耐え得る性能が求められる。
【０００６】
近年、高性能、低消費電力、低環境負荷、および低コスト化を続ける光デバイス（ディスプレイ、照明機器、光回路など）は、大幅な微細化やコストパフォーマンスに優れた超高集積化が望まれている。このような状況において、光デバイスに重要な役割を担う反射膜については、高反射、耐久性および耐熱性を満足することが求められている。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射率および耐熱性に優れた電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子部品は、上記課題を解決するために、
基板と、該基板上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上に形成されたＳｎＯ２系の保護層とを備えることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、結晶性をもつＳｎＯ２系の保護層に用いているため、ＳｉＯ２の保護層と比較して、Ａｇの表面拡散を抑制することができる。よって、電子部品における反射率および耐熱性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の電子部品は、上記課題を解決するために、
基板と、該基板上に形成されたＳｎＯ２系の保護層と、該保護層上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上にさらに形成された前記保護層とを備えることを特徴としている。
【００１１】
上記の構成によれば、結晶性をもつＳｎＯ２系の保護層に用いているため、ＳｉＯ２の保護層と比較して、Ａｇの表面拡散を抑制することができる。また、基板と金属薄膜層との間にもＳｎＯ２系の保護層が介在するため、基板側へのＡｇの拡散をも抑制することができる。よって、電子部品における反射率および耐熱性をより向上させることができる。
【００１２】
前記電子部品では、前記金属薄膜層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕおよびそれらの合金の何れかで構成されていてもよい。
【００１３】
前記電子部品では、前記金属薄膜層の厚さが、５０ｎｍ〜５００ｎｍである構成であってもよい。
【００１４】
前記電子部品では、前記保護層は、ＳｎＯ２、あるいは、ＳｎＯ２と、タンタル、ニオブ、アンチモンまたはフッ素との組み合わせから成る材料で構成されていてもよい。
【００１５】
前記電子部品では、前記保護層の厚さが、１ｎｍ〜５０ｎｍである構成であってもよい。
【００１６】
前記電子部品では、前記基板は、ガラス材料、金属、合金、プラスチック、Ｓｉおよび化合物半導体の何れかで構成されていてもよい。
【００１７】
本発明の電子回路装置は、上記課題を解決するために、前記電子部品を備えることを特徴としている。
【００１８】
本発明の電子部品の製造方法は、上記課題を解決するために、
基板上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
を含むことを特徴としている。
【００１９】
本発明の電子部品の製造方法は、上記課題を解決するために、
基板上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
前記保護層上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上に前記保護層をさらに形成する工程と、
を含むことを特徴としている。
【００２０】
前記電子部品の製造方法では、前記金属薄膜層および保護層を形成する工程は、最大６００℃の熱を加える処理を含んでいてもよい。
【００２１】
前記電子部品の製造方法では、前記金属薄膜層および保護層を、電子ビーム蒸着法または電子ビームプラズマ蒸着法により形成してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の電子部品は、基板と、該基板上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上に形成されたＳｎＯ２系の保護層とを備える構成である。よって、反射率および耐熱性に優れた電子部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態に係る電子部品１０の概略構成を示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る電子部品２０の概略構成を示す断面図である。
【図３】各反射膜材料における、波長と反射率の関係を示すグラフである。
【図４】ガラス基板上におけるＡｇの凝集の様子を撮影した結果を示す図である。
【図５】ＣｒによりＡｇの凝集が抑制された様子を撮影した結果を示す図である。
【図６】ＥＢプラズマ蒸着装置の概要を示す図である。
【図７】熱処理に用いた高温定温乾燥器の概要を示す図である。
【図８】高温定温乾燥器における加熱・冷却工程の各設定温度への温度プロファイルを示すグラフである。
【図９】反射率測定に用いた鏡面反射率測定装置の概要を示す図である。
【図１０】反射膜・保護膜界面での原子の拡散状態を把握するために用いたXPS装置の示す図である。
【図１１】Ｇｌａｓｓ／Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ反射膜の構成を示す断面図である。
【図１２】左半分が、ガラス基板にＡｇのみを成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図であり、右半分が、ガラス基板にＣｒ／Ａｇ／Ｃｒを連続成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１３】左半分が、ガラス基板にＡｇのみを成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図であり、右半分が、ガラス基板にＣｒ／Ａｇ／Ｃｒ２Ｏ３を連続成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１４】Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｉＯ２反射膜の構成を示す断面図である。
【図１５】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が１ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１６】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が５ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１７】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が１０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１８】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が２０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１９】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が５０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２０】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が５０ｎｍの試料に８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理をかけた場合の断面を撮影した様子を示す図である。
【図２１】（ａ）〜（ｄ）は、熱処理過程で析出した結晶がＳｉＯ２保護膜中に存在している原因を説明するための図である。
【図２２】ＳｉＯ２の構造と、ＳｎＯ２の構造を示す図である。
【図２３】Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｎＯ２反射膜の構成を示す断面図である。
【図２４】Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２反射膜の構成を示す断面図である。
【図２５】図２３の構成において、ＳｎＯ２の膜厚が５ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２６】図２３の構成において、ＳｎＯ２の膜厚が１０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２７】図２３の構成において、ＳｎＯ２の膜厚が５０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２８】（ａ）は、ＳｉＯ２の膜厚と表面粗さとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、ＳｎＯ２の膜厚と表面粗さとの関係を示すグラフである。
【図２９】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３０】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３１】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｎＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３２】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｉＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３３】従来の電子部品の一例を示す断面図である。
【図３４】図３３の電子部品における、光の波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：λ）と反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ：Ｒ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。ここで、本発明に係る電子部品は、耐熱性および反射機能を有する反射部品であり、本発明に係る電子回路装置に相当する、例えば、ディスプレイ、照明デバイス、太陽電池用反射膜、ＭＥＭＳ系光デバイス全般、光回路デバイス全般などに適用されるものである。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る電子部品１０の概略構成を示す断面図である。電子部品１０は、基板１１と、基板１１上に形成された金属薄膜層１２と、金属薄膜層１２上に形成された保護層１３とを含んで構成されている。
【００２６】
基板１１は、ガラス材料、金属、合金、プラスチック、Ｓｉおよび化合物半導体の何れかで構成されている。基板１１の厚さは、２０〜１０００μｍが好ましい。
【００２７】
金属薄膜層１２は、高反射性を有し、光を反射する反射膜としての機能を有する。金属薄膜層１２は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕおよびそれらの合金の何れかで構成され、その厚さは、３０〜３００ｎｍであることが好ましく、特に５０〜１００ｎｍであることが好ましい。金属薄膜層１２の厚さが３０ｎｍ未満である場合は、光を透過し可視光領域での反射率が低下するおそれがある。また、金属薄膜層１２の厚さが３００ｎｍを超えると、金属薄膜層１２表面に凹凸が発生しやすくなり、光の散乱が生じ、可視光領域での反射率が低下するおそれがある。
【００２８】
保護層１３は、ＳｎＯ２、あるいは、ＳｎＯ２と、タンタル、ニオブ、アンチモンまたはフッ素との組み合わせから成る材料で構成されている。保護層１３の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００２９】
ここで、本発明に係る電子部品は、以下の構成であっても良い。
【００３０】
図２は、本実施の形態に係る電子部品２０の概略構成を示す断面図である。電子部品２０は、基板２１と、基板２１上に形成された第１保護層２２（保護層）と、第１保護層２２上に形成された金属薄膜層２３と、金属薄膜層２３上に形成された第２保護層２４（保護層）とを含んで構成されている。各構成部材の材料および膜厚は、電子部品１０と同一である。
【００３１】
以下、本実施の形態に係る電子部品１０，２０における、金属薄膜層１２，２３および保護層１３，２２，２４について考察する。
（１）Ａｇ系多層反射膜の理想構成と従来技術
一例としてＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用反射膜に要求される性質は、高反射率と高耐熱性である。高い反射率は勿論であるが、前面板・背面板の封着工程の際にかかる熱処理温度７２３Ｋの熱処理でも反射率を維持することが必要である。本実験では、実際の封着工程にマージンを考え、７７３Ｋ×３０ｍｉｎという高温熱処理にも耐え得る高耐熱・高反射率反射膜を目指した。
【００３２】
まず、反射膜材料の選定として、現在、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤメディア等において反射膜として使用されているＡｇ、Ａｕ、および、比較的反射率が高く低コスト材料として期待されるＣｕ、Ａｌについて、反射率の比較を理論的に行った。なお、下記式（１）、式（２）、および、光学定数として、それぞれの波長における屈折率ｎおよび消衰係数ｋを用い、本検討で対象とする可視光の波長域（４００〜８００ｎｍ）における、真空側から反射膜に垂直入射した際の反射率の計算を行った。＊ｎは、複素屈折率を示す。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【数２】
【００３５】
この結果を図３に示す。低波長域（〜５００ｎｍ）では、ＡｕおよびＣｕの反射率は著しく下がる。よって、反射膜としては黄色く見える。ＰＤＰは画像を表示するため、波長ごとに偏った反射率を示す材料は適していない。全体的な波長に対し均一な反射率を示すＡｌ、Ａｇは、その点で優れている。さらに、Ａｌ、Ａｇは、平均的に高い反射率をもつ。特にＡｇは、平均９５％以上の反射率を達成し、高反射率反射膜の材料として優位である。なお、各４つの材料の物質特性を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
次に、吸収損失に関して考察する。反射膜の膜厚が、対象としている光の波長オーダーであるとき、反射膜の両界面での反射波の干渉を考慮しなければならない。そこで、以下の式（３）、および式（４）を用い、光が真空側から反射膜に垂直入射した際における反射膜の膜厚と反射率の関係の計算を行った。なお、反射膜はガラス基板上に十分な膜厚で成膜されているものとし、ガラス基板の複素屈折率をソーダライムガラスと同じ１．５２として計算を行った。
【００３８】
【数３】
【００３９】
【数４】
【００４０】
その結果、反射膜の膜厚が増加すると共に、反射率も増加し、次第にそれぞれの反射率が一定の値に漸近していくことが分かった。また、反射膜の膜厚が１００ｎｍ程度でも十分な反射率が得られ、ほとんど膜厚に依存しないことが分かった。
【００４１】
ここで、まず従来技術の一つとして、光信号を用いた光伝送システムのスラブ導波路に着目した。現在検討されている高耐熱・高反射率Ａｇ系反射膜の研究では、６７３Ｋ×３０ｍｉｎの高耐熱性を有し、９０％を超える反射率が維持できている。その研究概要を簡単に述べる。Ａｇ系反射膜における課題の一つは、Ａｇの凝集である。Ａｇは表面拡散係数が非常に高く、表面拡散が高速に行われるため、表面積の大きい薄膜状態では、熱処理によって表面拡散が高速に進み、表面エネルギーを下げる形（球状）に凝集してしまう。それがピンホールへと発展し、やがて反射率の低下につながる（図４参照）。
【００４２】
これに対して、１〜３ｎｍのＣｒでＡｇ層を保護するＣｒ／Ａｇ／Ｃｒ薄膜の構成をとることにより、完全にＡｇの凝集が抑制され、平坦な薄膜を維持することができる（図５参照）。これは耐熱性・耐酸化性に優れたＣｒを保護層として形成することにより、高速な表面拡散が抑制されたためであると考えられる。よって、ＰｕｒｅなＡｇでもわずか２ｎｍのＣｒ保護層で耐熱性を確保することができる。
【００４３】
また、ガラス基板上にＡｇを成膜する場合に、ガラスの主成分であるＳｉＯ２は酸化物であるためにＧｌａｓｓ／Ａｇ間の接着性の低さが懸念される。そこで、Ａｇ膜形成にマグネトロンスパッタ装置とＥＢプラズマ蒸着装置の２つを用い、成膜直後と熱処理後の接着性をピーリング試験で比較した結果、ＥＢプラズマ蒸着が極めて高い接着性を示すことを確認している。
【００４４】
本願発明者らは、Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ反射膜構成を参考にして、高耐熱・高反射率反射膜の実現を目指した。さらに、より高耐熱を実現するため、最高温度９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理での試験も行い、シンプルな構成のＡｇ系多層薄膜の耐熱限界を探った。
（１）実験方法
（１−１）成膜プロセスと供試材料
試料の作成には次の装置を用いた。まず、反射膜の形成に用いたＥＢ−プラズマ蒸着装置について説明する。
【００４５】
ＥＢプラズマ蒸着装置は、ULVAC製のEBX−2000を用いた。装置の概要を図６に示す。真空（減圧）チャンバ内で成膜したい物質をるつぼに入れ、電子ビームを照射し溶融、蒸発させる。この蒸発した物質をＲＦプラズマによりイオン化し、これがＡＣバイアスを印加した基板に向かって高エネルギーで飛んでいき、衝突・接着し、これが連続して体積していくことで均一性の良い膜となる。この際、制御系機能としては、真空度、蒸発速度、イオンの加速度の制御や、膜厚の制御等が可能である。ＥＢプラズマ蒸着は、成膜に通常用いられるＥＢＰＶＤや、スパッタリング装置ほど基板を加熱することなく成膜できる。さらに、蒸発粒子がプラズマ中で加速して基板表面に衝突するため、蒸着粒子が基板表面に均一に拡散するので、従来の装置に比べて大幅に密着性が向上し、かつ平滑な膜が得られる。また、多層薄膜を連続形成できるので、界面の正常性を維持した高品質の多層膜が得られる。したがって、この装置は、１ｎｍから数ｍｍ厚の薄膜を高品質でかつ高速に形成できるという特徴をもっている。
（１−２）熱処理
熱処理には高温定温乾燥器（東洋製作所製）を用いた。装置の概要を図７に示す。なお、本装置の使用温度域は室温＋６５０Ｋである。以下、熱処理過程を説明する。
【００４６】
ＥＢプラズマ蒸着により作成した試料を、高温定温乾燥器により大気中で各設定温度まで加熱後、実際の製造工程を考慮し３０分間保持し、自然冷却した。設定温度の設定は、まず封着時に反射膜に加わる７２３Ｋ、それにマージンを考慮して７７３Ｋ、そして高温劣化メカニズム追求のための８２３Ｋにした。各設定温度への温度プロファイルを図８に示す。
（１−３）観察・分析・測定装置
熱処理前後の状態観察には、光学顕微鏡（KEYENCE製VHX−100）、FE−SEM（日立製S−4800）を使用した。断面観察は、FIB（日立製FB−2000A）による加工後、FE−SEMにより観察した。分析にはＥＤＸ分析（Energy Dispersive Spectroscopy：エネルギー分散型Ｘ線分法）を利用したEMAX（HORIBA製）を用いた。反射率測定には、鏡面反射率測定装置（入射角５°用）（島津製作所製）を用いた。装置の概要を図９に示す。また、本装置は、入射角５°でＡＬ蒸着ミラーに対する相対鏡面反射率測定を行うものである。そして、表面の形状・凹凸は、KEYENCE製AFM（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）VN−8000により測定・解析した。また、反射膜・保護膜界面での原子の拡散状態を把握するため、XPS装置（島津製作所製AXIS−165X）を用いた（図１０参照）。この装置では、XPS装置内の試料に対し、イオン銃によるイオンスパッタリングをすることができる。これを用いて、試料深さ方向への加工をステップ毎にすることにより、試料の各深さにおける段階的なXPS表面分析が可能である。その分析データの処理に関しては、VISION2(Kratos Analytical Ltd製データ処理ソフトウェア）を用いて処理をした。VISIO2では、XPS装置により得られたピーク強度を示すグラフから、該当表面の組成比を算出する機能を有している。それに加え、複数の物質から分析表面が成り立っている場合かつ、結合エネルギーが近寄っていて混在するピークを示すときは、各ピークの標準試料のデータと強度分布のモデルから分離することができ（Auto-Fit機能）、そこから、混在する物質の状態分析および定量化をすることができる。
【００４７】
本検討でのXPS装置の設定について述べる。光電子の検出に関する設定としては、Pass energy：２０，lensmode：slot-m（試料測定エリア７００μｍ×３００μｍ）である。また、Ｘ線源の設定としては、anode：Ｍｇ、current：１０ｍＡ、voltage：１２ｋＶで行った。これらは、良好な分析結果が得られるようにあらかじめ求めておいたものである。イオン銃はＡｒガスにより、current：１５ｍＡ、ＳＡＣ真空度を２．０×１０−７Ｐａで行った。
（１−４）現行技術の適用と課題
これまでの検討を参考にＰＤＰ用ガラス基板（PD−200（旭硝子社製））に、ＥＢプラズマ蒸着を用いてＣｒ／Ａｇ／Ｃｒ反射膜を形成し（図１１参照）、７２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理を行い、表面形状を観察した。その結果を図１２に示す。上段は、光学顕微鏡で撮影した様子を示し、下段は、FE−SEMで撮影した様子を示している。成膜直後の様子と各設定温度に熱処理した後の様子を並べている。倍率は光学顕微鏡の写真は１５００倍で、FE−SEMの写真は１万倍で撮影している。
【００４８】
図１２の左半分が、ガラス基板にＡｇ（膜厚１００ｎｍ）のみを成膜し熱処理したものである。熱処理前では平滑な膜表面であったが、熱処理後には膜として保たれず、球状に変化している。これは、Ａｇの表面が大気と接しており、また薄膜であるために、表面積が非常に大きく、その結果、熱により表面拡散が著しく進行し、近傍のＡｇ原子と凝集していったためであり、このように球状のＡｇが点在している。
【００４９】
図１２の右半分が、ガラス基板にＣｒ／Ａｇ／Ｃｒを連続成膜したものである。それぞれの膜厚は図１１の通りであるが、こちらも、熱処理前では平滑な膜表面であったが、熱処理後には膜として保たれず、球状に変化している。これは、Ａｇの表面を覆っているＣｒの保護膜がＡｇの表面拡散を抑制できなくなり、Ａｇの凝集が起きたためであると考えられる。そこで、Ａｇと表面のＣｒが熱処理過程で反応して化合物を作り、それによって、表面の保護膜としてのＣｒ膜厚が減少し、結果、Ａｇの表面拡散を抑えきれなくなると考えたため、Ｃｒ膜厚を３ｎｍ，５ｎｍとして同様の実験を行ったが、同様にＡｇの凝集を抑制することはできなかった。
【００５０】
次に、表面保護膜を熱的に安定な酸化物であるＣｒ２Ｏ３に変えて、さらに膜厚をＣｒ：２ｎｍからＣｒ２Ｏ３：１０ｎｍと厚くして、同様に成膜、熱処理を行った。結果は、図１３の通りである。Ｃｒ２Ｏ３：１０ｎｍとしても、Ａｇの表面拡散が著しく進行しており、凝集を抑えることはできなかった。
【００５１】
これは、Ａｇの粒成長が起点となりクラック発生後、凝集が起きている可能性が高いと考えた。そこで、Ｃｒ以外の保護膜としてＳｉＯ２保護膜を検討した。透過率・熱安定性の面で優位であり、またその粘性より、Ａｇの粒成長から受けるひずみに耐える事を期待し、Ａｇ／ＳｉＯ２膜構成を採用した。
（２）ＳｉＯ２保護層膜の検討
ガラス基板上に反射膜を成膜した試料（Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｉＯ２）の膜厚を、図１４に示すように、それぞれ、Ｇｌａｓｓ：２．８ｍｍ、Ａｇ：１００ｎｍ、ＳｉＯ２：１ｎｍ、５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍとした。また、それらの試料に対し、７２３Ｋ×３０ｍｉｎ、７７３Ｋ×３０ｍｉｎ、８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理を行い、表面観察・反射率の観点から表面拡散の抑制を評価した。なお補足として、成膜装置・成膜条件・膜厚・材料等を考慮し反射率は、標準試料（Ｇｌａｓｓ：２．８ｍｍ／Ａｇ：１００ｎｍ）での反射率を１とし相対比較している。
【００５２】
FE-SEMで観察した結果を図１５に示す。１段目は成膜直後の様子である。成膜直後はまだＡｇの結晶粒が微細であるのが分かる。しかし、７２３Ｋの熱処理の段階で既に表面拡散が始まっており、ガラス基板まで達する溝が空いている。そして、７７３Ｋにおいては完全にＡｇが球状にまとまっているのが分かる。８７３Ｋでも同様にＡｇの凝集が起きている。理由としては、膜厚が薄く強度が十分でないため、熱処理過程でＳｉＯ２が至るところで割れが生じ、Ａｇの表面拡散を抑制しきれていないと考えられる。また膜厚分布があるため、１ｎｍの薄さでは全体を均一に覆う事ができていないと考えられる。
【００５３】
次に、ＳｉＯ２膜厚５ｎｍの試料を熱処理した様子を図１６に示す。成膜直後の様子を見ると、成膜時に凝集は起きていない。また、結晶粒も微細である。７２３Ｋ、７７３Ｋ、８７３Ｋと熱処理温度が上がるにつれて、Ａｇの表面拡散の度合いが大きくなり、結晶粒の凝集が激しく起こる。
【００５４】
次に、ＳｉＯ２膜厚１０ｎｍの試料を熱処理した様子を図１７に示す。７２３Ｋにおける熱処理の表面状態を見ると、粒成長はほとんど見られず、７７３Ｋで、表面でＡｇの結晶粒の成長が見られる。表面の結晶粒が成長しているということは、表面拡散が進行していると考えられるので、ＳｉＯ２にクラックが発生し、膜として維持されていないと考えられる。８７３Ｋにおいては、あちこちで穴が開いている。
【００５５】
次に、ＳｉＯ２膜厚２０ｎｍの試料を熱処理した様子を図１８に示す。７７３Ｋまでの熱処理において、凝集による穴の発生はみられない。表面の粒成長も見られず、反射膜の膜質としては良好であると思われる。しかし、８７３Ｋにおいては、急速にＡｇの凝集が起こり、いたるところで穴の発生が見られる。
【００５６】
次に、ＳｉＯ２膜厚５０ｎｍの試料を熱処理した様子を図１９に示す。結晶粒の凝集や穴はほとんど発生しておらず、良好に見える。しかし、FE-SEMの写真を詳細に見ると、７７３Ｋ、８７３Ｋの熱処理において新たな結晶粒が見える。この理由は、ＳｉＯ２膜へのＡｇの拡散によるものと考えられ、以下にメカニズムを推定した。
【００５７】
ＳｉＯ２膜厚５０ｎｍにおいて、７７３Ｋ以上の熱処理を行った際に、表面近傍に新たな結晶が析出する現象が見られた。そこで、ＳｉＯ２膜厚５０ｎｍを８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理をかけた試料の断面をFIBとFE-SEMを用いて観察した（図２０参照）。これより、熱処理過程で析出したこの結晶がＳｉＯ２保護膜中に存在していることが確認できる。そこで、この原因を次のような、推定した。
（i）成膜直後の状態、Ａｇは粒径４０〜５０ｎｍ（図２１（ａ））。
（ii）これに８７３Ｋの高温処理を加えると、ＳｉＯ２・ガラス基板界面においてＡｇの原子が高い熱エネルギーを受け、Ａｇ＋イオンとなりＳｉＯ２中に拡散する（図２１（ｂ））。
（iii）ＳｉＯ２中へ拡散したＡｇ＋イオンが内部で還元されＡｇ原子となり集合しコロイド状の集団を作る。また界面において、Ａｇ原子の拡散により表面Ａｇ結晶のなかに、多数の空孔が生じる。その空孔が粒界を伝って、Ａｇの両界面に集合し空洞を作る（図２１（ｃ））。
（iv）ＳｉＯ２中でコロイド状Ａｇ粒子が熱膨張し、それが近傍のＳｉＯ２大きな引張応力を与え、クラックの発生、破壊につながる（図２１（ｄ））。
【００５８】
しかし、厚い５０ｎｍでは、このコロイド粒子が多数生成され、膜のクラックも起こらなかったが、Ａｇの拡散が激しく起こっていることになり、かつ析出物は光学薄膜の特性を劣化させ、耐久性にも問題があるので、総合的には、反射膜としては使用できない。
（３）ＳｎＯ２保護膜を用いた結果と考察
次に、Ａｇの保護膜、ガラス基板中への拡散抑制に着目し、それをシンプルな膜構成によって実現する方法を検討した。具体的には、ＳｉＯ２膜と同様に熱に安定な酸化物であり結晶構造を持つＳｎＯ２を保護膜に採用した。以下、ＳｉＯ２とＳｎＯ２の構造の違いより、Ａｇの拡散のし易さを検討し、その後実験によってメカニズムの検証とＡｇ系多層薄膜としての耐熱性の限界を探求した。
（３−１）構造比較
ＳｉＯ２の構造およびＳｎＯ２の構造をそれぞれ、図２２に示す。ＳｉＯ２は、ＳｉとＯとが骨格となってアモルファス構造を構成している。Ｓｉ−Ｏの間は共有結合をしているため、結合力が極めて高く方向性も高い。また、一つの格子単位で見ると、ＳｉＯ４という四面体構造をもつが、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの間に自由度があるため、均一な結晶構造をもたない。そのため、全体で見ると、結晶粒の大きさは不均一である。結晶粒を２次元的に見た際に、ＳｉＯ４−ＳｉＯ４で繋がる一つのリングを一つの結晶粒界として考えると、ガラス全体はこのリングの集まりである。理想構造としてこれらのリングが規則的に並ぶ場合には、全てのリングは六角形の形になり、規則正しく配列される。これに対し、実際のＳｉＯ２はリングを構成するＳｉＯ４の数に分布があり、４〜８個で構成されたリングが不規則な配列で並んでいる。
【００５９】
また、ＳｉＯ２内には共有結合の相手を持たない原子欠陥が多く存在し、それらはダングリング・ボンドと呼ばれる。つまり図から見ても分かるとおり、ＳｉＯ２内には多くの隙間が空いていると言える。そして、骨格原子Ｓｉと同程度の大きさをもつ原子が容易に拡散すると言われている。
【００６０】
それに対して、ＳｎＯ２は、結晶構造を持ち、その構造はルチル構造である。ルチル構造は立方格子をｃ軸方向に圧縮した正方単位格子からなり、ａ軸長は０．４７ｎｍ、ｃ軸長は０．３２ｎｍである。単位格子内には２化学式分(２ＳｎＯ２)のイオンが含まれている。正方格子の隅はＳｎイオンが占め、その体心にＳｎＯ２の八面体が位置している。底面状にある２つの酸素イオン間の距離は０．２６ｎｍで、イオン半径（六方位、０．１３ｎｍ）の和にほぼ等しいから、互いに接していると言える。この酸素イオンと体心のＳｎイオンが作るＯ−Ｓｎ−Ｏの角は７８．１°であり、Ｏ−Ｓｎの距離は０．２１ｎｍである。６配位Ｓｎ４＋のイオン半径は０．０８ｎｍであるから、Ｏ２−とＳｎ４＋が互いに接している。しかし、ＳｎＯ２は透明導電膜としても知られるように、Ｓｎ−Ｏ間で共有結合を持ちながら導電性を示す。これは、ＳｎＯ２内に酸素欠陥、錫欠陥を含むため自由に動ける電子が発生するためである。つまり、Ａｇが結晶構造をもつＳｎＯ２に拡散するためにはこれらの空格に侵入する必要がある。
【００６１】
以上の構造の違いより、Ａｇの拡散の程度を考えると、非晶質で内部に骨格原子サイズの空隙をもつＳｉＯ２膜に比べ、酸素・錫欠陥等の空孔子を持つＳｎＯ２膜の方がＡｇの拡散する速度は、はるかに遅いと推測される。よって、Ａｇの拡散抑制を期待し、ＳｎＯ２膜を保護膜として用いた高耐熱・高反射率Ａｇ反射膜の検討を行った。
（３−２）実験
次に、二つの試料の構成で高耐熱化の検討を行った。一つ目の構成は、図２３に示すように、Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｎＯ２であり、ＳｉＯ２膜と表面拡散抑制効果の比較を行うためにこの構成にした。二つ目の構成は、図２４に示すように、Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２であり、先に述べたように、ガラス基板側への拡散抑制の目的でガラス基板とＡｇの間にもＳｎＯ２膜を配置した。反射膜の成膜、熱処理、観察に用いた装置・材料は、上記（１−１）で示した条件と同じである。熱処理工程も前試験と同様、７２３Ｋ×３０ｍｉｎ、７７３Ｋ×３０ｍｉｎ、８７３Ｋ×３０ｍｉｎ、さらにＡｇ系薄膜の高耐熱化限界を探求するため、９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理工程も検討した。
（３−３）結果と考察
ＳｉＯ２膜との表面拡散抑制効果を比較したＧｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｎＯ２の試験結果を述べる。
【００６２】
まず、ＳｎＯ２膜厚５ｎｍでの耐熱試験の結果を図２５に示す。FE-SEMの真を見ると、ＳｎＯ２／Ａｇ界面においてＡｇの粒成長はしていない。そしてAFMで面の平均荒さ（Ｒａ）を測定した結果でも、表面凹凸は１０ｎｍ以下に抑えられていた。よってＡｇはＳｎＯ２／Ａｇ界面において表面拡散しておらず、凝集は抑制できたと考えられる。
【００６３】
次に、ＳｎＯ２膜厚１０ｎｍでの耐熱試験の結果を図２６に示す。FE-SEMの写真から、ＳｎＯ２／Ａｇ界面においてＡｇは粒成長をしていないと判断できる。AFMの結果も同様に、Ｒａは１０ｎｍ以下であった。よって、Ａｇの凝集を抑えられたと考えられる。
【００６４】
次に、ＳｎＯ２膜厚５０ｎｍでの耐熱試験の結果を図２７に示す。FE-SEMの写真を見ると、ＳｎＯ２／Ａｇ界面でＡｇは粒成長をしていない。
【００６５】
また、AFMの結果（図２８（ａ）（ｂ）参照）を見ると、Ａｇ粒成長による表面凹凸はＳｉＯ２に比べ明らかにＳｎＯ２が小さく、かつ５〜５０ｎｍ全てで評価した６００℃まで１０ｎｍ以下と非常に小さな凹凸に抑えられており、ＳｉＯ２に比べて劇的な差が見られることが判った。ＳｉＯ２も２０ｎｍ以上では、表面凹凸が小さくなるが、Ａｇの拡散によるコロイドの発生が起こるため、耐熱性が劣る。
【００６６】
ＳｎＯ２膜の場合、どの膜厚においても表面でのＡｇの粒成長は確認されなかったため、Ａｇ／ＳｎＯ２界面ではＡｇの表面拡散による凝集を抑えられていると考えられる。この点において、ＳｎＯ２膜の方がより薄い膜厚で耐熱性をもつため、反射膜として優位である。
【００６７】
また、ＳｉＯ２膜では、熱処理後にＡｇがコロイド状に析出しているのに対し、ＳｎＯ２膜では見られなかった。そのことからも、上述したメカニズムから、ＳｎＯ２膜がＳｉＯ２膜に比べてより薄い膜厚で表面拡散を抑制できる説明がつく。ＳｉＯ２膜では、拡散したＡｇが、集合、熱膨張しクラック発生を助長するため、より大きな応力がＳｉＯ２膜に加わる。そのため、強度を確保するために、ＳｉＯ２膜ではより厚い膜厚が必要になると言える。以上から、さらなる高温での耐熱性を考えると、ＳｎＯ２膜の方がその信頼性が高いと言える。
【００６８】
しかし、どちらの保護膜においても、８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理後にガラス基板が黄色に着色され、裏側の光が透過する現象が見られた。このことからも、ガラス基板とＡｇの間に拡散防止膜が必要なのは明らかである。そこで、次に、拡散防止膜としての、ＳｉＯ２膜とＳｎＯ２膜の抑止力、つまり両者に対するＡｇの拡散速度を比較した。構造上、ＳｎＯ２膜の方がＡｇの拡散速度が遅いと考えられるため、ＳｎＯ２膜を拡散防止膜として用いた方が、８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理後、ガラス基板の着色が薄いはずである。以下に、結果を述べる。
【００６９】
Ｇｌａｓｓ／ＳｉＯ２／Ａｇ／ＳｉＯ２の構成（図１４参照）、Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２の構成（図２３参照）の試料を８７３Ｋ×３０ｍｉｎ、９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理試験により、ガラス裏面の着色度合いより拡散速度の比較を行い、また、Ａｇ系薄膜としての耐熱性限界の究明を行った。
【００７０】
その結果、Ｇｌａｓｓ／ＳｉＯ２／Ａｇ／ＳｉＯ２の試料の８７３Ｋ×３０ｍｉｎ熱処理した場合に、Ａｇの凝集が起きていた。それに対し、同じ膜厚構成であるＧｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２では、ガラス基板裏側の着色は飛躍的に抑えられ、また光の透過もほとんど見られなかった。表面から観察した結果も、Ａｇの凝集は抑えられており、また反射率の低下も見られなかった。この試料に対し９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理試験を行った結果も、表面から観察した際、反射膜として維持され、Ａｇの凝集は抑えられていた。裏側の着色も拡散防止ＳｎＯ２膜を形成しないものや、Ｇｌａｓｓ／ＳｉＯ２／Ａｇ／ＳｉＯ２に比べて抑えられていた。
【００７１】
以上の結果を踏まえて、反射率の評価行った。図２９（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図２９（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。図３０（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図３０（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。図３１（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｎＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図３１（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。図３２（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｉＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図３２（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【００７２】
図２９および図３０の比較より、５ｎｍ反射膜の反射率は、６００℃では少し落ちてくるが、ＳｎＯ２が温度に対して圧倒的に良いことが分かる。さらに、図３１および図３２の比較より、反射膜を保護膜でサンドイッチにした構造でも、ＳｎＯ２が１０ｎｍの上層保護膜（第２保護層）で、６００℃を超え、６５０℃でも高い反射特性を示し、超耐熱性を有していることが明らかになった。
【００７３】
以上の結果より、反射膜用保護膜としては、ＳｎＯ２の膜厚が５ｎｍ以上あれば高い耐熱性を示すことが明らかになった。さらなる耐熱性向上に対しては、ＳｎＯ２：５０ｎｍ／Ａｇ：１００ｎｍ／ＳｎＯ２：１０ｎｍのサンドイッチ構成が優れていることが明らかになった。この考え方を適用できる範囲では、更なる適正な膜厚構成があることは容易推定できる。
【００７４】
高耐熱・高反射率反射膜Ａｇ系多層反射膜に着目して、理想的な背面板形状の形成と、反射膜の耐熱性劣化メカニズムの解明・それに基づく高耐熱・高反射率Ａｇ多層反射膜の形成の検討を行い、以下のことが分かった。
（１）結晶性をもつＳｎＯ２を保護膜に用いることで、Ａｇの拡散抑制できることが明らかとなった。
（２）反射膜を保護膜でサンドイッチにした構造(Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２：５０ｎｍ／Ａｇ:１００ｎｍ／ＳｎＯ２：１０ｎｍ)にすることによって、９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理にも耐え得るより高い耐熱性を有する高反射膜を実現できることが分かった。
【００７５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の電子部品は高反射率および高耐熱性を有するため、ディスプレイ、照明デバイス（平面蛍光照明、ＬＥＤ照明）、太陽電池用反射膜、ＭＥＭＳ系光デバイス全般、光回路デバイス全般などに適用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１０，２０ 電子部品
１１，２１ 基板
１２，２３ 金属薄膜層
１３ 保護層
２２ 保護層（第１保護層）
２４ 保護層（第２保護層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路や電子回路基板等の部品、薄膜回路パターンを有する各種コンピュータ、各種ディスプレイ、表示デバイス等の薄膜回路パターンを有する電子回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速に進展する高度情報化社会において、コンピュータ、通信、情報家電、各種表示デバイスなど、あらゆる電子回路に薄膜で形成された回路パターンが使用されている。この薄膜のうち、発光効率の向上や演算プロセッサの高速化・大容量化に伴う電気配線から光配線への転換の要請に対応すべく開発・改良されている光デバイス用回路（ディスプレイ、照明機器、光回路など）における反射膜では、使用波長に適した金属反射膜が用いられ、反射率の高いＡｕまたはＡｇ材料を基板上に成膜した反射膜を使用している。
【０００３】
ここで反射膜としてのＡｕやＡｇ系薄膜は、高温に晒されると、激しい表面拡散により結晶粒成長が起こり、最終的には、微細な球状となり、反射膜としての機能を果たさなくなる。そこで、この表面拡散を抑えるために、従来（例えば、特許文献１参照）では、反射膜上にＣｒやその酸化物、あるいはＳｉＯ２などを形成している。例えば、従来の電子部品の一例として、図３３に示すように、ガラス、Ｓｉ材料または化合物半導体の基板上に、１００ｎｍ程度のＡｇの反射膜を形成し、その上に５ｎｍ程度のＳｉＯ２薄膜を形成している。図３４には、この電子部品における、光の波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：λ）と反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ：Ｒ）との関係が示されている。同図に示すように、４５０℃程度の高温環境下では、反射率の低下もなく反射膜として正常に機能することが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４０１４７号公報（２００４年８月２６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記電子部品では、図３４から明らかなように、５００℃あるいは６００℃といった超高温環境下においては、反射率が著しく低下し、反射膜として機能しなくなることが分かる。デバイス作業環境では６００℃という超高温に晒されるため、このような環境に耐え得る性能が求められる。
【０００６】
近年、高性能、低消費電力、低環境負荷、および低コスト化を続ける光デバイス（ディスプレイ、照明機器、光回路など）は、大幅な微細化やコストパフォーマンスに優れた超高集積化が望まれている。このような状況において、光デバイスに重要な役割を担う反射膜については、高反射、耐久性および耐熱性を満足することが求められている。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射率および耐熱性に優れた電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子部品は、上記課題を解決するために、
基板と、該基板上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上に形成されたＳｎＯ２系の保護層とを備えることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、結晶性をもつＳｎＯ２系の保護層に用いているため、ＳｉＯ２の保護層と比較して、Ａｇの表面拡散を抑制することができる。よって、電子部品における反射率および耐熱性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の電子部品は、上記課題を解決するために、
基板と、該基板上に形成されたＳｎＯ２系の保護層と、該保護層上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上にさらに形成された前記保護層とを備えることを特徴としている。
【００１１】
上記の構成によれば、結晶性をもつＳｎＯ２系の保護層に用いているため、ＳｉＯ２の保護層と比較して、Ａｇの表面拡散を抑制することができる。また、基板と金属薄膜層との間にもＳｎＯ２系の保護層が介在するため、基板側へのＡｇの拡散をも抑制することができる。よって、電子部品における反射率および耐熱性をより向上させることができる。
【００１２】
前記電子部品では、前記金属薄膜層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕおよびそれらの合金の何れかで構成されていてもよい。
【００１３】
前記電子部品では、前記金属薄膜層の厚さが、５０ｎｍ〜５００ｎｍである構成であってもよい。
【００１４】
前記電子部品では、前記保護層は、ＳｎＯ２、あるいは、ＳｎＯ２と、タンタル、ニオブ、アンチモンまたはフッ素との組み合わせから成る材料で構成されていてもよい。
【００１５】
前記電子部品では、前記保護層の厚さが、１ｎｍ〜５０ｎｍである構成であってもよい。
【００１６】
前記電子部品では、前記基板は、ガラス材料、金属、合金、プラスチック、Ｓｉおよび化合物半導体の何れかで構成されていてもよい。
【００１７】
本発明の電子回路装置は、上記課題を解決するために、前記電子部品を備えることを特徴としている。
【００１８】
本発明の電子部品の製造方法は、上記課題を解決するために、
基板上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
を含むことを特徴としている。
【００１９】
本発明の電子部品の製造方法は、上記課題を解決するために、
基板上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
前記保護層上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上に前記保護層をさらに形成する工程と、
を含むことを特徴としている。
【００２０】
前記電子部品の製造方法では、前記金属薄膜層および保護層を形成する工程は、最大６００℃の熱を加える処理を含んでいてもよい。
【００２１】
前記電子部品の製造方法では、前記金属薄膜層および保護層を、電子ビーム蒸着法または電子ビームプラズマ蒸着法により形成してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の電子部品は、基板と、該基板上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上に形成されたＳｎＯ２系の保護層とを備える構成である。よって、反射率および耐熱性に優れた電子部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態に係る電子部品１０の概略構成を示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る電子部品２０の概略構成を示す断面図である。
【図３】各反射膜材料における、波長と反射率の関係を示すグラフである。
【図４】ガラス基板上におけるＡｇの凝集の様子を撮影した結果を示す図である。
【図５】ＣｒによりＡｇの凝集が抑制された様子を撮影した結果を示す図である。
【図６】ＥＢプラズマ蒸着装置の概要を示す図である。
【図７】熱処理に用いた高温定温乾燥器の概要を示す図である。
【図８】高温定温乾燥器における加熱・冷却工程の各設定温度への温度プロファイルを示すグラフである。
【図９】反射率測定に用いた鏡面反射率測定装置の概要を示す図である。
【図１０】反射膜・保護膜界面での原子の拡散状態を把握するために用いたXPS装置の示す図である。
【図１１】Ｇｌａｓｓ／Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ反射膜の構成を示す断面図である。
【図１２】左半分が、ガラス基板にＡｇのみを成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図であり、右半分が、ガラス基板にＣｒ／Ａｇ／Ｃｒを連続成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１３】左半分が、ガラス基板にＡｇのみを成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図であり、右半分が、ガラス基板にＣｒ／Ａｇ／Ｃｒ２Ｏ３を連続成膜し熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１４】Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｉＯ２反射膜の構成を示す断面図である。
【図１５】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が１ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１６】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が５ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１７】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が１０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１８】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が２０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図１９】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が５０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２０】図１４の構成において、ＳｉＯ２の膜厚が５０ｎｍの試料に８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理をかけた場合の断面を撮影した様子を示す図である。
【図２１】（ａ）〜（ｄ）は、熱処理過程で析出した結晶がＳｉＯ２保護膜中に存在している原因を説明するための図である。
【図２２】ＳｉＯ２の構造と、ＳｎＯ２の構造を示す図である。
【図２３】Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｎＯ２反射膜の構成を示す断面図である。
【図２４】Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２反射膜の構成を示す断面図である。
【図２５】図２３の構成において、ＳｎＯ２の膜厚が５ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２６】図２３の構成において、ＳｎＯ２の膜厚が１０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２７】図２３の構成において、ＳｎＯ２の膜厚が５０ｎｍの試料を熱処理した場合の表面形状を撮影した様子を示す図である。
【図２８】（ａ）は、ＳｉＯ２の膜厚と表面粗さとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、ＳｎＯ２の膜厚と表面粗さとの関係を示すグラフである。
【図２９】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３０】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３１】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｎＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３２】（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｉＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【図３３】従来の電子部品の一例を示す断面図である。
【図３４】図３３の電子部品における、光の波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：λ）と反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ：Ｒ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。ここで、本発明に係る電子部品は、耐熱性および反射機能を有する反射部品であり、本発明に係る電子回路装置に相当する、例えば、ディスプレイ、照明デバイス、太陽電池用反射膜、ＭＥＭＳ系光デバイス全般、光回路デバイス全般などに適用されるものである。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る電子部品１０の概略構成を示す断面図である。電子部品１０は、基板１１と、基板１１上に形成された金属薄膜層１２と、金属薄膜層１２上に形成された保護層１３とを含んで構成されている。
【００２６】
基板１１は、ガラス材料、金属、合金、プラスチック、Ｓｉおよび化合物半導体の何れかで構成されている。基板１１の厚さは、２０〜１０００μｍが好ましい。
【００２７】
金属薄膜層１２は、高反射性を有し、光を反射する反射膜としての機能を有する。金属薄膜層１２は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕおよびそれらの合金の何れかで構成され、その厚さは、３０〜３００ｎｍであることが好ましく、特に５０〜１００ｎｍであることが好ましい。金属薄膜層１２の厚さが３０ｎｍ未満である場合は、光を透過し可視光領域での反射率が低下するおそれがある。また、金属薄膜層１２の厚さが３００ｎｍを超えると、金属薄膜層１２表面に凹凸が発生しやすくなり、光の散乱が生じ、可視光領域での反射率が低下するおそれがある。
【００２８】
保護層１３は、ＳｎＯ２、あるいは、ＳｎＯ２と、タンタル、ニオブ、アンチモンまたはフッ素との組み合わせから成る材料で構成されている。保護層１３の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００２９】
ここで、本発明に係る電子部品は、以下の構成であっても良い。
【００３０】
図２は、本実施の形態に係る電子部品２０の概略構成を示す断面図である。電子部品２０は、基板２１と、基板２１上に形成された第１保護層２２（保護層）と、第１保護層２２上に形成された金属薄膜層２３と、金属薄膜層２３上に形成された第２保護層２４（保護層）とを含んで構成されている。各構成部材の材料および膜厚は、電子部品１０と同一である。
【００３１】
以下、本実施の形態に係る電子部品１０，２０における、金属薄膜層１２，２３および保護層１３，２２，２４について考察する。
（１）Ａｇ系多層反射膜の理想構成と従来技術
一例としてＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用反射膜に要求される性質は、高反射率と高耐熱性である。高い反射率は勿論であるが、前面板・背面板の封着工程の際にかかる熱処理温度７２３Ｋの熱処理でも反射率を維持することが必要である。本実験では、実際の封着工程にマージンを考え、７７３Ｋ×３０ｍｉｎという高温熱処理にも耐え得る高耐熱・高反射率反射膜を目指した。
【００３２】
まず、反射膜材料の選定として、現在、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤメディア等において反射膜として使用されているＡｇ、Ａｕ、および、比較的反射率が高く低コスト材料として期待されるＣｕ、Ａｌについて、反射率の比較を理論的に行った。なお、下記式（１）、式（２）、および、光学定数として、それぞれの波長における屈折率ｎおよび消衰係数ｋを用い、本検討で対象とする可視光の波長域（４００〜８００ｎｍ）における、真空側から反射膜に垂直入射した際の反射率の計算を行った。＊ｎは、複素屈折率を示す。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【数２】
【００３５】
この結果を図３に示す。低波長域（〜５００ｎｍ）では、ＡｕおよびＣｕの反射率は著しく下がる。よって、反射膜としては黄色く見える。ＰＤＰは画像を表示するため、波長ごとに偏った反射率を示す材料は適していない。全体的な波長に対し均一な反射率を示すＡｌ、Ａｇは、その点で優れている。さらに、Ａｌ、Ａｇは、平均的に高い反射率をもつ。特にＡｇは、平均９５％以上の反射率を達成し、高反射率反射膜の材料として優位である。なお、各４つの材料の物質特性を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
次に、吸収損失に関して考察する。反射膜の膜厚が、対象としている光の波長オーダーであるとき、反射膜の両界面での反射波の干渉を考慮しなければならない。そこで、以下の式（３）、および式（４）を用い、光が真空側から反射膜に垂直入射した際における反射膜の膜厚と反射率の関係の計算を行った。なお、反射膜はガラス基板上に十分な膜厚で成膜されているものとし、ガラス基板の複素屈折率をソーダライムガラスと同じ１．５２として計算を行った。
【００３８】
【数３】
【００３９】
【数４】
【００４０】
その結果、反射膜の膜厚が増加すると共に、反射率も増加し、次第にそれぞれの反射率が一定の値に漸近していくことが分かった。また、反射膜の膜厚が１００ｎｍ程度でも十分な反射率が得られ、ほとんど膜厚に依存しないことが分かった。
【００４１】
ここで、まず従来技術の一つとして、光信号を用いた光伝送システムのスラブ導波路に着目した。現在検討されている高耐熱・高反射率Ａｇ系反射膜の研究では、６７３Ｋ×３０ｍｉｎの高耐熱性を有し、９０％を超える反射率が維持できている。その研究概要を簡単に述べる。Ａｇ系反射膜における課題の一つは、Ａｇの凝集である。Ａｇは表面拡散係数が非常に高く、表面拡散が高速に行われるため、表面積の大きい薄膜状態では、熱処理によって表面拡散が高速に進み、表面エネルギーを下げる形（球状）に凝集してしまう。それがピンホールへと発展し、やがて反射率の低下につながる（図４参照）。
【００４２】
これに対して、１〜３ｎｍのＣｒでＡｇ層を保護するＣｒ／Ａｇ／Ｃｒ薄膜の構成をとることにより、完全にＡｇの凝集が抑制され、平坦な薄膜を維持することができる（図５参照）。これは耐熱性・耐酸化性に優れたＣｒを保護層として形成することにより、高速な表面拡散が抑制されたためであると考えられる。よって、ＰｕｒｅなＡｇでもわずか２ｎｍのＣｒ保護層で耐熱性を確保することができる。
【００４３】
また、ガラス基板上にＡｇを成膜する場合に、ガラスの主成分であるＳｉＯ２は酸化物であるためにＧｌａｓｓ／Ａｇ間の接着性の低さが懸念される。そこで、Ａｇ膜形成にマグネトロンスパッタ装置とＥＢプラズマ蒸着装置の２つを用い、成膜直後と熱処理後の接着性をピーリング試験で比較した結果、ＥＢプラズマ蒸着が極めて高い接着性を示すことを確認している。
【００４４】
本願発明者らは、Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ反射膜構成を参考にして、高耐熱・高反射率反射膜の実現を目指した。さらに、より高耐熱を実現するため、最高温度９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理での試験も行い、シンプルな構成のＡｇ系多層薄膜の耐熱限界を探った。
（１）実験方法
（１−１）成膜プロセスと供試材料
試料の作成には次の装置を用いた。まず、反射膜の形成に用いたＥＢ−プラズマ蒸着装置について説明する。
【００４５】
ＥＢプラズマ蒸着装置は、ULVAC製のEBX−2000を用いた。装置の概要を図６に示す。真空（減圧）チャンバ内で成膜したい物質をるつぼに入れ、電子ビームを照射し溶融、蒸発させる。この蒸発した物質をＲＦプラズマによりイオン化し、これがＡＣバイアスを印加した基板に向かって高エネルギーで飛んでいき、衝突・接着し、これが連続して体積していくことで均一性の良い膜となる。この際、制御系機能としては、真空度、蒸発速度、イオンの加速度の制御や、膜厚の制御等が可能である。ＥＢプラズマ蒸着は、成膜に通常用いられるＥＢＰＶＤや、スパッタリング装置ほど基板を加熱することなく成膜できる。さらに、蒸発粒子がプラズマ中で加速して基板表面に衝突するため、蒸着粒子が基板表面に均一に拡散するので、従来の装置に比べて大幅に密着性が向上し、かつ平滑な膜が得られる。また、多層薄膜を連続形成できるので、界面の正常性を維持した高品質の多層膜が得られる。したがって、この装置は、１ｎｍから数ｍｍ厚の薄膜を高品質でかつ高速に形成できるという特徴をもっている。
（１−２）熱処理
熱処理には高温定温乾燥器（東洋製作所製）を用いた。装置の概要を図７に示す。なお、本装置の使用温度域は室温＋６５０Ｋである。以下、熱処理過程を説明する。
【００４６】
ＥＢプラズマ蒸着により作成した試料を、高温定温乾燥器により大気中で各設定温度まで加熱後、実際の製造工程を考慮し３０分間保持し、自然冷却した。設定温度の設定は、まず封着時に反射膜に加わる７２３Ｋ、それにマージンを考慮して７７３Ｋ、そして高温劣化メカニズム追求のための８２３Ｋにした。各設定温度への温度プロファイルを図８に示す。
（１−３）観察・分析・測定装置
熱処理前後の状態観察には、光学顕微鏡（KEYENCE製VHX−100）、FE−SEM（日立製S−4800）を使用した。断面観察は、FIB（日立製FB−2000A）による加工後、FE−SEMにより観察した。分析にはＥＤＸ分析（Energy Dispersive Spectroscopy：エネルギー分散型Ｘ線分法）を利用したEMAX（HORIBA製）を用いた。反射率測定には、鏡面反射率測定装置（入射角５°用）（島津製作所製）を用いた。装置の概要を図９に示す。また、本装置は、入射角５°でＡＬ蒸着ミラーに対する相対鏡面反射率測定を行うものである。そして、表面の形状・凹凸は、KEYENCE製AFM（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）VN−8000により測定・解析した。また、反射膜・保護膜界面での原子の拡散状態を把握するため、XPS装置（島津製作所製AXIS−165X）を用いた（図１０参照）。この装置では、XPS装置内の試料に対し、イオン銃によるイオンスパッタリングをすることができる。これを用いて、試料深さ方向への加工をステップ毎にすることにより、試料の各深さにおける段階的なXPS表面分析が可能である。その分析データの処理に関しては、VISION2(Kratos Analytical Ltd製データ処理ソフトウェア）を用いて処理をした。VISIO2では、XPS装置により得られたピーク強度を示すグラフから、該当表面の組成比を算出する機能を有している。それに加え、複数の物質から分析表面が成り立っている場合かつ、結合エネルギーが近寄っていて混在するピークを示すときは、各ピークの標準試料のデータと強度分布のモデルから分離することができ（Auto-Fit機能）、そこから、混在する物質の状態分析および定量化をすることができる。
【００４７】
本検討でのXPS装置の設定について述べる。光電子の検出に関する設定としては、Pass energy：２０，lensmode：slot-m（試料測定エリア７００μｍ×３００μｍ）である。また、Ｘ線源の設定としては、anode：Ｍｇ、current：１０ｍＡ、voltage：１２ｋＶで行った。これらは、良好な分析結果が得られるようにあらかじめ求めておいたものである。イオン銃はＡｒガスにより、current：１５ｍＡ、ＳＡＣ真空度を２．０×１０−７Ｐａで行った。
（１−４）現行技術の適用と課題
これまでの検討を参考にＰＤＰ用ガラス基板（PD−200（旭硝子社製））に、ＥＢプラズマ蒸着を用いてＣｒ／Ａｇ／Ｃｒ反射膜を形成し（図１１参照）、７２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理を行い、表面形状を観察した。その結果を図１２に示す。上段は、光学顕微鏡で撮影した様子を示し、下段は、FE−SEMで撮影した様子を示している。成膜直後の様子と各設定温度に熱処理した後の様子を並べている。倍率は光学顕微鏡の写真は１５００倍で、FE−SEMの写真は１万倍で撮影している。
【００４８】
図１２の左半分が、ガラス基板にＡｇ（膜厚１００ｎｍ）のみを成膜し熱処理したものである。熱処理前では平滑な膜表面であったが、熱処理後には膜として保たれず、球状に変化している。これは、Ａｇの表面が大気と接しており、また薄膜であるために、表面積が非常に大きく、その結果、熱により表面拡散が著しく進行し、近傍のＡｇ原子と凝集していったためであり、このように球状のＡｇが点在している。
【００４９】
図１２の右半分が、ガラス基板にＣｒ／Ａｇ／Ｃｒを連続成膜したものである。それぞれの膜厚は図１１の通りであるが、こちらも、熱処理前では平滑な膜表面であったが、熱処理後には膜として保たれず、球状に変化している。これは、Ａｇの表面を覆っているＣｒの保護膜がＡｇの表面拡散を抑制できなくなり、Ａｇの凝集が起きたためであると考えられる。そこで、Ａｇと表面のＣｒが熱処理過程で反応して化合物を作り、それによって、表面の保護膜としてのＣｒ膜厚が減少し、結果、Ａｇの表面拡散を抑えきれなくなると考えたため、Ｃｒ膜厚を３ｎｍ，５ｎｍとして同様の実験を行ったが、同様にＡｇの凝集を抑制することはできなかった。
【００５０】
次に、表面保護膜を熱的に安定な酸化物であるＣｒ２Ｏ３に変えて、さらに膜厚をＣｒ：２ｎｍからＣｒ２Ｏ３：１０ｎｍと厚くして、同様に成膜、熱処理を行った。結果は、図１３の通りである。Ｃｒ２Ｏ３：１０ｎｍとしても、Ａｇの表面拡散が著しく進行しており、凝集を抑えることはできなかった。
【００５１】
これは、Ａｇの粒成長が起点となりクラック発生後、凝集が起きている可能性が高いと考えた。そこで、Ｃｒ以外の保護膜としてＳｉＯ２保護膜を検討した。透過率・熱安定性の面で優位であり、またその粘性より、Ａｇの粒成長から受けるひずみに耐える事を期待し、Ａｇ／ＳｉＯ２膜構成を採用した。
（２）ＳｉＯ２保護層膜の検討
ガラス基板上に反射膜を成膜した試料（Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｉＯ２）の膜厚を、図１４に示すように、それぞれ、Ｇｌａｓｓ：２．８ｍｍ、Ａｇ：１００ｎｍ、ＳｉＯ２：１ｎｍ、５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍとした。また、それらの試料に対し、７２３Ｋ×３０ｍｉｎ、７７３Ｋ×３０ｍｉｎ、８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理を行い、表面観察・反射率の観点から表面拡散の抑制を評価した。なお補足として、成膜装置・成膜条件・膜厚・材料等を考慮し反射率は、標準試料（Ｇｌａｓｓ：２．８ｍｍ／Ａｇ：１００ｎｍ）での反射率を１とし相対比較している。
【００５２】
FE-SEMで観察した結果を図１５に示す。１段目は成膜直後の様子である。成膜直後はまだＡｇの結晶粒が微細であるのが分かる。しかし、７２３Ｋの熱処理の段階で既に表面拡散が始まっており、ガラス基板まで達する溝が空いている。そして、７７３Ｋにおいては完全にＡｇが球状にまとまっているのが分かる。８７３Ｋでも同様にＡｇの凝集が起きている。理由としては、膜厚が薄く強度が十分でないため、熱処理過程でＳｉＯ２が至るところで割れが生じ、Ａｇの表面拡散を抑制しきれていないと考えられる。また膜厚分布があるため、１ｎｍの薄さでは全体を均一に覆う事ができていないと考えられる。
【００５３】
次に、ＳｉＯ２膜厚５ｎｍの試料を熱処理した様子を図１６に示す。成膜直後の様子を見ると、成膜時に凝集は起きていない。また、結晶粒も微細である。７２３Ｋ、７７３Ｋ、８７３Ｋと熱処理温度が上がるにつれて、Ａｇの表面拡散の度合いが大きくなり、結晶粒の凝集が激しく起こる。
【００５４】
次に、ＳｉＯ２膜厚１０ｎｍの試料を熱処理した様子を図１７に示す。７２３Ｋにおける熱処理の表面状態を見ると、粒成長はほとんど見られず、７７３Ｋで、表面でＡｇの結晶粒の成長が見られる。表面の結晶粒が成長しているということは、表面拡散が進行していると考えられるので、ＳｉＯ２にクラックが発生し、膜として維持されていないと考えられる。８７３Ｋにおいては、あちこちで穴が開いている。
【００５５】
次に、ＳｉＯ２膜厚２０ｎｍの試料を熱処理した様子を図１８に示す。７７３Ｋまでの熱処理において、凝集による穴の発生はみられない。表面の粒成長も見られず、反射膜の膜質としては良好であると思われる。しかし、８７３Ｋにおいては、急速にＡｇの凝集が起こり、いたるところで穴の発生が見られる。
【００５６】
次に、ＳｉＯ２膜厚５０ｎｍの試料を熱処理した様子を図１９に示す。結晶粒の凝集や穴はほとんど発生しておらず、良好に見える。しかし、FE-SEMの写真を詳細に見ると、７７３Ｋ、８７３Ｋの熱処理において新たな結晶粒が見える。この理由は、ＳｉＯ２膜へのＡｇの拡散によるものと考えられ、以下にメカニズムを推定した。
【００５７】
ＳｉＯ２膜厚５０ｎｍにおいて、７７３Ｋ以上の熱処理を行った際に、表面近傍に新たな結晶が析出する現象が見られた。そこで、ＳｉＯ２膜厚５０ｎｍを８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理をかけた試料の断面をFIBとFE-SEMを用いて観察した（図２０参照）。これより、熱処理過程で析出したこの結晶がＳｉＯ２保護膜中に存在していることが確認できる。そこで、この原因を次のような、推定した。
（i）成膜直後の状態、Ａｇは粒径４０〜５０ｎｍ（図２１（ａ））。
（ii）これに８７３Ｋの高温処理を加えると、ＳｉＯ２・ガラス基板界面においてＡｇの原子が高い熱エネルギーを受け、Ａｇ＋イオンとなりＳｉＯ２中に拡散する（図２１（ｂ））。
（iii）ＳｉＯ２中へ拡散したＡｇ＋イオンが内部で還元されＡｇ原子となり集合しコロイド状の集団を作る。また界面において、Ａｇ原子の拡散により表面Ａｇ結晶のなかに、多数の空孔が生じる。その空孔が粒界を伝って、Ａｇの両界面に集合し空洞を作る（図２１（ｃ））。
（iv）ＳｉＯ２中でコロイド状Ａｇ粒子が熱膨張し、それが近傍のＳｉＯ２大きな引張応力を与え、クラックの発生、破壊につながる（図２１（ｄ））。
【００５８】
しかし、厚い５０ｎｍでは、このコロイド粒子が多数生成され、膜のクラックも起こらなかったが、Ａｇの拡散が激しく起こっていることになり、かつ析出物は光学薄膜の特性を劣化させ、耐久性にも問題があるので、総合的には、反射膜としては使用できない。
（３）ＳｎＯ２保護膜を用いた結果と考察
次に、Ａｇの保護膜、ガラス基板中への拡散抑制に着目し、それをシンプルな膜構成によって実現する方法を検討した。具体的には、ＳｉＯ２膜と同様に熱に安定な酸化物であり結晶構造を持つＳｎＯ２を保護膜に採用した。以下、ＳｉＯ２とＳｎＯ２の構造の違いより、Ａｇの拡散のし易さを検討し、その後実験によってメカニズムの検証とＡｇ系多層薄膜としての耐熱性の限界を探求した。
（３−１）構造比較
ＳｉＯ２の構造およびＳｎＯ２の構造をそれぞれ、図２２に示す。ＳｉＯ２は、ＳｉとＯとが骨格となってアモルファス構造を構成している。Ｓｉ−Ｏの間は共有結合をしているため、結合力が極めて高く方向性も高い。また、一つの格子単位で見ると、ＳｉＯ４という四面体構造をもつが、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの間に自由度があるため、均一な結晶構造をもたない。そのため、全体で見ると、結晶粒の大きさは不均一である。結晶粒を２次元的に見た際に、ＳｉＯ４−ＳｉＯ４で繋がる一つのリングを一つの結晶粒界として考えると、ガラス全体はこのリングの集まりである。理想構造としてこれらのリングが規則的に並ぶ場合には、全てのリングは六角形の形になり、規則正しく配列される。これに対し、実際のＳｉＯ２はリングを構成するＳｉＯ４の数に分布があり、４〜８個で構成されたリングが不規則な配列で並んでいる。
【００５９】
また、ＳｉＯ２内には共有結合の相手を持たない原子欠陥が多く存在し、それらはダングリング・ボンドと呼ばれる。つまり図から見ても分かるとおり、ＳｉＯ２内には多くの隙間が空いていると言える。そして、骨格原子Ｓｉと同程度の大きさをもつ原子が容易に拡散すると言われている。
【００６０】
それに対して、ＳｎＯ２は、結晶構造を持ち、その構造はルチル構造である。ルチル構造は立方格子をｃ軸方向に圧縮した正方単位格子からなり、ａ軸長は０．４７ｎｍ、ｃ軸長は０．３２ｎｍである。単位格子内には２化学式分(２ＳｎＯ２)のイオンが含まれている。正方格子の隅はＳｎイオンが占め、その体心にＳｎＯ２の八面体が位置している。底面状にある２つの酸素イオン間の距離は０．２６ｎｍで、イオン半径（六方位、０．１３ｎｍ）の和にほぼ等しいから、互いに接していると言える。この酸素イオンと体心のＳｎイオンが作るＯ−Ｓｎ−Ｏの角は７８．１°であり、Ｏ−Ｓｎの距離は０．２１ｎｍである。６配位Ｓｎ４＋のイオン半径は０．０８ｎｍであるから、Ｏ２−とＳｎ４＋が互いに接している。しかし、ＳｎＯ２は透明導電膜としても知られるように、Ｓｎ−Ｏ間で共有結合を持ちながら導電性を示す。これは、ＳｎＯ２内に酸素欠陥、錫欠陥を含むため自由に動ける電子が発生するためである。つまり、Ａｇが結晶構造をもつＳｎＯ２に拡散するためにはこれらの空格に侵入する必要がある。
【００６１】
以上の構造の違いより、Ａｇの拡散の程度を考えると、非晶質で内部に骨格原子サイズの空隙をもつＳｉＯ２膜に比べ、酸素・錫欠陥等の空孔子を持つＳｎＯ２膜の方がＡｇの拡散する速度は、はるかに遅いと推測される。よって、Ａｇの拡散抑制を期待し、ＳｎＯ２膜を保護膜として用いた高耐熱・高反射率Ａｇ反射膜の検討を行った。
（３−２）実験
次に、二つの試料の構成で高耐熱化の検討を行った。一つ目の構成は、図２３に示すように、Ｇｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｎＯ２であり、ＳｉＯ２膜と表面拡散抑制効果の比較を行うためにこの構成にした。二つ目の構成は、図２４に示すように、Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２であり、先に述べたように、ガラス基板側への拡散抑制の目的でガラス基板とＡｇの間にもＳｎＯ２膜を配置した。反射膜の成膜、熱処理、観察に用いた装置・材料は、上記（１−１）で示した条件と同じである。熱処理工程も前試験と同様、７２３Ｋ×３０ｍｉｎ、７７３Ｋ×３０ｍｉｎ、８７３Ｋ×３０ｍｉｎ、さらにＡｇ系薄膜の高耐熱化限界を探求するため、９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理工程も検討した。
（３−３）結果と考察
ＳｉＯ２膜との表面拡散抑制効果を比較したＧｌａｓｓ／Ａｇ／ＳｎＯ２の試験結果を述べる。
【００６２】
まず、ＳｎＯ２膜厚５ｎｍでの耐熱試験の結果を図２５に示す。FE-SEMの真を見ると、ＳｎＯ２／Ａｇ界面においてＡｇの粒成長はしていない。そしてAFMで面の平均荒さ（Ｒａ）を測定した結果でも、表面凹凸は１０ｎｍ以下に抑えられていた。よってＡｇはＳｎＯ２／Ａｇ界面において表面拡散しておらず、凝集は抑制できたと考えられる。
【００６３】
次に、ＳｎＯ２膜厚１０ｎｍでの耐熱試験の結果を図２６に示す。FE-SEMの写真から、ＳｎＯ２／Ａｇ界面においてＡｇは粒成長をしていないと判断できる。AFMの結果も同様に、Ｒａは１０ｎｍ以下であった。よって、Ａｇの凝集を抑えられたと考えられる。
【００６４】
次に、ＳｎＯ２膜厚５０ｎｍでの耐熱試験の結果を図２７に示す。FE-SEMの写真を見ると、ＳｎＯ２／Ａｇ界面でＡｇは粒成長をしていない。
【００６５】
また、AFMの結果（図２８（ａ）（ｂ）参照）を見ると、Ａｇ粒成長による表面凹凸はＳｉＯ２に比べ明らかにＳｎＯ２が小さく、かつ５〜５０ｎｍ全てで評価した６００℃まで１０ｎｍ以下と非常に小さな凹凸に抑えられており、ＳｉＯ２に比べて劇的な差が見られることが判った。ＳｉＯ２も２０ｎｍ以上では、表面凹凸が小さくなるが、Ａｇの拡散によるコロイドの発生が起こるため、耐熱性が劣る。
【００６６】
ＳｎＯ２膜の場合、どの膜厚においても表面でのＡｇの粒成長は確認されなかったため、Ａｇ／ＳｎＯ２界面ではＡｇの表面拡散による凝集を抑えられていると考えられる。この点において、ＳｎＯ２膜の方がより薄い膜厚で耐熱性をもつため、反射膜として優位である。
【００６７】
また、ＳｉＯ２膜では、熱処理後にＡｇがコロイド状に析出しているのに対し、ＳｎＯ２膜では見られなかった。そのことからも、上述したメカニズムから、ＳｎＯ２膜がＳｉＯ２膜に比べてより薄い膜厚で表面拡散を抑制できる説明がつく。ＳｉＯ２膜では、拡散したＡｇが、集合、熱膨張しクラック発生を助長するため、より大きな応力がＳｉＯ２膜に加わる。そのため、強度を確保するために、ＳｉＯ２膜ではより厚い膜厚が必要になると言える。以上から、さらなる高温での耐熱性を考えると、ＳｎＯ２膜の方がその信頼性が高いと言える。
【００６８】
しかし、どちらの保護膜においても、８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理後にガラス基板が黄色に着色され、裏側の光が透過する現象が見られた。このことからも、ガラス基板とＡｇの間に拡散防止膜が必要なのは明らかである。そこで、次に、拡散防止膜としての、ＳｉＯ２膜とＳｎＯ２膜の抑止力、つまり両者に対するＡｇの拡散速度を比較した。構造上、ＳｎＯ２膜の方がＡｇの拡散速度が遅いと考えられるため、ＳｎＯ２膜を拡散防止膜として用いた方が、８７３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理後、ガラス基板の着色が薄いはずである。以下に、結果を述べる。
【００６９】
Ｇｌａｓｓ／ＳｉＯ２／Ａｇ／ＳｉＯ２の構成（図１４参照）、Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２の構成（図２３参照）の試料を８７３Ｋ×３０ｍｉｎ、９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理試験により、ガラス裏面の着色度合いより拡散速度の比較を行い、また、Ａｇ系薄膜としての耐熱性限界の究明を行った。
【００７０】
その結果、Ｇｌａｓｓ／ＳｉＯ２／Ａｇ／ＳｉＯ２の試料の８７３Ｋ×３０ｍｉｎ熱処理した場合に、Ａｇの凝集が起きていた。それに対し、同じ膜厚構成であるＧｌａｓｓ／ＳｎＯ２／Ａｇ／ＳｎＯ２では、ガラス基板裏側の着色は飛躍的に抑えられ、また光の透過もほとんど見られなかった。表面から観察した結果も、Ａｇの凝集は抑えられており、また反射率の低下も見られなかった。この試料に対し９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理試験を行った結果も、表面から観察した際、反射膜として維持され、Ａｇの凝集は抑えられていた。裏側の着色も拡散防止ＳｎＯ２膜を形成しないものや、Ｇｌａｓｓ／ＳｉＯ２／Ａｇ／ＳｉＯ２に比べて抑えられていた。
【００７１】
以上の結果を踏まえて、反射率の評価行った。図２９（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図２９（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。図３０（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（５ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図３０（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。図３１（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｎＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｎＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図３１（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。図３２（ａ）は、Ｇｌａｓｓ（２．８ｍｍ）／ＳｉＯ２（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）／ＳｉＯ２（１０ｎｍ）の構成を示す断面図であり、図３２（ｂ）は、この構成における反射率の変化を示すグラフである。
【００７２】
図２９および図３０の比較より、５ｎｍ反射膜の反射率は、６００℃では少し落ちてくるが、ＳｎＯ２が温度に対して圧倒的に良いことが分かる。さらに、図３１および図３２の比較より、反射膜を保護膜でサンドイッチにした構造でも、ＳｎＯ２が１０ｎｍの上層保護膜（第２保護層）で、６００℃を超え、６５０℃でも高い反射特性を示し、超耐熱性を有していることが明らかになった。
【００７３】
以上の結果より、反射膜用保護膜としては、ＳｎＯ２の膜厚が５ｎｍ以上あれば高い耐熱性を示すことが明らかになった。さらなる耐熱性向上に対しては、ＳｎＯ２：５０ｎｍ／Ａｇ：１００ｎｍ／ＳｎＯ２：１０ｎｍのサンドイッチ構成が優れていることが明らかになった。この考え方を適用できる範囲では、更なる適正な膜厚構成があることは容易推定できる。
【００７４】
高耐熱・高反射率反射膜Ａｇ系多層反射膜に着目して、理想的な背面板形状の形成と、反射膜の耐熱性劣化メカニズムの解明・それに基づく高耐熱・高反射率Ａｇ多層反射膜の形成の検討を行い、以下のことが分かった。
（１）結晶性をもつＳｎＯ２を保護膜に用いることで、Ａｇの拡散抑制できることが明らかとなった。
（２）反射膜を保護膜でサンドイッチにした構造(Ｇｌａｓｓ／ＳｎＯ２：５０ｎｍ／Ａｇ:１００ｎｍ／ＳｎＯ２：１０ｎｍ)にすることによって、９２３Ｋ×３０ｍｉｎの熱処理にも耐え得るより高い耐熱性を有する高反射膜を実現できることが分かった。
【００７５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の電子部品は高反射率および高耐熱性を有するため、ディスプレイ、照明デバイス（平面蛍光照明、ＬＥＤ照明）、太陽電池用反射膜、ＭＥＭＳ系光デバイス全般、光回路デバイス全般などに適用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１０，２０ 電子部品
１１，２１ 基板
１２，２３ 金属薄膜層
１３ 保護層
２２ 保護層（第１保護層）
２４ 保護層（第２保護層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上に形成されたＳｎＯ２系の保護層とを備えることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
基板と、該基板上に形成されたＳｎＯ２系の保護層と、該保護層上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上にさらに形成された前記保護層とを備えることを特徴とする電子部品。
【請求項３】
前記金属薄膜層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕおよびそれらの合金の何れかで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記金属薄膜層の厚さが、５０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の電子部品。
【請求項５】
前記保護層は、ＳｎＯ２、あるいは、ＳｎＯ２と、タンタル、ニオブ、アンチモンまたはフッ素との組み合わせから成る材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項６】
前記保護層の厚さが、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の電子部品。
【請求項７】
前記基板は、ガラス材料、金属、合金、プラスチック、Ｓｉおよび化合物半導体の何れかで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の電子部品を備えることを特徴とする電子回路装置。
【請求項９】
基板上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１０】
基板上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
前記保護層上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上に前記保護層をさらに形成する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１１】
前記金属薄膜層および保護層を形成する工程は、最大６００℃の熱を加える処理を含むこと特徴とする請求項９または１０に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１２】
前記金属薄膜層および保護層を、電子ビーム蒸着法または電子ビームプラズマ蒸着法により形成することを特徴とする請求項９または１０に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１】
基板と、該基板上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上に形成されたＳｎＯ２系の保護層とを備えることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
基板と、該基板上に形成されたＳｎＯ２系の保護層と、該保護層上に形成された高反射性の金属薄膜層と、該金属薄膜層上にさらに形成された前記保護層とを備えることを特徴とする電子部品。
【請求項３】
前記金属薄膜層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕおよびそれらの合金の何れかで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記金属薄膜層の厚さが、５０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の電子部品。
【請求項５】
前記保護層は、ＳｎＯ２、あるいは、ＳｎＯ２と、タンタル、ニオブ、アンチモンまたはフッ素との組み合わせから成る材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項６】
前記保護層の厚さが、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の電子部品。
【請求項７】
前記基板は、ガラス材料、金属、合金、プラスチック、Ｓｉおよび化合物半導体の何れかで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の電子部品を備えることを特徴とする電子回路装置。
【請求項９】
基板上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１０】
基板上にＳｎＯ２系の保護層を形成する工程と、
前記保護層上に高反射性の金属薄膜層を形成する工程と、
前記金属薄膜層上に前記保護層をさらに形成する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１１】
前記金属薄膜層および保護層を形成する工程は、最大６００℃の熱を加える処理を含むこと特徴とする請求項９または１０に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１２】
前記金属薄膜層および保護層を、電子ビーム蒸着法または電子ビームプラズマ蒸着法により形成することを特徴とする請求項９または１０に記載の電子部品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１４】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１４】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１１−１６４５５２（Ｐ２０１１−１６４５５２Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３０６６３（Ｐ２０１０−３０６６３）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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