JP2003185801A - 光学部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐湿性の向上などの、本来的な光学特性以外
の種々の機能を付加する。 【解決手段】 光学部材１は、ガラス基板２と、その上
に積層された光学薄膜３とを備える。光学薄膜３は、高
屈折率物質の層Ｈと低屈折率物質の層Ｌとが交互に積層
されることにより構成される。光学薄膜３を構成する層
のうちの最上層が、他の層に比べて密な構造を持ってい
る。光学薄膜３の各層が、ガラス基板２上に、スパッタ
法等により成膜される。最上層の成膜時と、他の層の成
膜時とで、膜厚及び膜材料以外の成膜条件のパラメータ
のうちの少なくとも１つのパラメータを変え、これらの
パラメータは、最上層が他の層に比べて密な構造を持つ
ように設定される。したがって、最上層が密な構造を持
つので、耐湿性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基体と該基体上に
積層された複数層で構成される光学薄膜とを有する光学
部材、及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、基体と該基体上に積層された
複数層で構成される光学薄膜とを有する光学部材とし
て、例えば、干渉フィルタ、プリズム、レンズなど、種
々のものが提供されている。

【０００３】従来は、このような光学部材では、その本
来的な光学特性（例えば、干渉フィルタでは、分光透過
率特性）のみが追求され、他の機能について格別の配慮
がなされていなかった。そして、光学薄膜の各層は、通
常、同一のチャンバ内においてスパッタ法等により連続
的に成膜されるが、従来の光学部材では、膜厚及び材料
以外の成膜条件のパラメータは、光学薄膜の各層につい
て同一とされていた。したがって、従来の光学部材で
は、光学薄膜の各層の疎密の程度は実質的に同一であっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光学部材に、本来的な
光学特性以外の種々の機能を付加することができれば、
その価値が一段と高まる。例えば、表面からの水分の浸
入を抑制して耐湿性の向上を図ったり、光学薄膜と基体
との密着性を高めて光学薄膜の剥離強度を高めたりする
ことができれば、光学部材の価値は一段と高まる。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、本来的な光学特性以外の機能を付加すること
ができる光学部材の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】また、本発明は、表面からの水分の浸入を
抑制して耐湿性の向上を図ることができる光学部材及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】さらに、本発明は、光学薄膜と基体との密
着性を高めて光学薄膜の剥離強度を高めることができる
光学部材及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による光学部材の製造方法は、
基体と、該基体上に積層された複数層で構成される光学
薄膜と、を有する光学部材の製造方法であって、前記複
数層のうちの少なくとも１つの層の成膜時と他の層の成
膜時とで、膜厚及び膜材料以外の成膜条件のパラメータ
のうちの少なくとも１つのパラメータを変えるものであ
る。

【０００９】本発明の第２の態様による光学部材の製造
方法は、前記第１の態様において、前記複数層はスパッ
タ法により成膜されるものである。この場合、前記複数
層を同一のチャンバー内で連続的に成膜することが好ま
しい。もっとも、前記第１の態様では、真空蒸着法等に
より前記複数層を成膜してもよい。

【００１０】本発明の第３の態様による光学部材の製造
方法は、前記第２の態様において、前記少なくとも１つ
のパラメータは、真空度、スパッタガス圧、基体温度、
スパッタ出力、基体のバイアスの正負、及び、基体とタ
ーゲットとの間の距離のうちの１つ以上を含むものであ
る。

【００１１】本発明の第４の態様による光学部材の製造
方法は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、
前記少なくとも１つの層は最上層を含み、前記少なくと
も１つのパラメータは、前記少なくとも１つの層が前記
他の層に比べて密な構造を持つように設定されるもので
ある。

【００１２】本発明の第５の態様による光学部材の製造
方法は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、
前記少なくとも１層が最下層を含み、前記少なくとも１
つのパラメータは、前記少なくとも１つの層が前記他の
層に比べて密な構造を持つように設定されるものであ
る。

【００１３】本発明の第６の態様による光学部材は、基
体と、該基体上に積層された複数層で構成される光学薄
膜と、を備え、前記複数層のうちの最上層を含む少なく
とも１つの層が、他の層に比べて密な構造を持つもので
ある。

【００１４】本発明の第７の態様による光学部材は、基
体と、該基体上に積層された複数層で構成される光学薄
膜と、を備え、前記複数層のうちの最下層を含む少なく
とも１つの層が、他の層に比べて密な構造を持つもので
ある。

【００１５】なお、本明細書において、最上層とは最も
基体と反対側の層（最表層）をいい、最下層とは最も基
体側の層をいう。一般的に、スパッタ法等により複数層
を基体に成膜する際に同一の成膜条件を設定しても、各
層の疎密の程度はばらつく場合がある。本明細書におい
て、ある層が他の層に比べて密な構造を持つとは、両層
間で、そのような疎密の程度のばらつきを越えた疎密の
差を持つことを意味する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による光学部材及び
その製造方法について、図面を参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施の形態による光学
部材１を模式的に示す概略断面図である。本実施の形態
による光学部材１は、基体としてのガラス基板２と、ガ
ラス基板２上に積層された光学薄膜３とを備え、所望の
分光透過率特性を有する干渉フィルタとして構成されて
いる。本実施の形態では、光学薄膜３は、図１に示すよ
うに、高屈折率物質の層Ｈと低屈折率物質の層Ｌとが交
互に積層されることにより構成され、その全体の層数は
例えば数十層とされる。高屈折率物質としては例えばＮ
ｂ_２Ｏ_５を用いることができ、低屈折率物質としては例
えばＳｉＯ_２を用いることができる。もっとも、本発明
では、光学薄膜を構成する層の数や、物質の種類及びそ
の数などは、何ら限定されるものではない。また、本実
施の形態では、光学部材が干渉フィルタとして構成され
ているが、本発明は、これに限定されるものではなく、
プリズムやレンズやその他の種々の光学部材に適用する
ことができる。

【００１８】本実施の形態では、光学薄膜３を構成する
層のうちの最上層が、他の層に比べて実質的に密な構造
を持っている。本実施の形態によれば、最上層が密な構
造を持っているので、水分が光学薄膜３へ浸入し難くな
り、耐湿性が向上する。

【００１９】次に、本実施の形態による光学部材１は、
例えば、ガラス基板２を用意し、例えば、公知のスパッ
タ装置を用いてスパッタ法により、ガラス基板２上に光
学薄膜３を構成する層Ｈ，Ｌを順次成膜することによっ
て、製造することができる。このとき、各層の成膜は、
同一のチャンバー内で連続的に行うことが好ましい。

【００２０】そして、各層のスパッタによる成膜の際に
は、最上層の成膜時と、他の層の成膜時とで、膜厚及び
膜材料以外の成膜条件のパラメータのうちの少なくとも
１つのパラメータを変える。このパラメータの設定は、
最上層が他の層に比べて実質的に密な構造を持つように
設定する。

【００２１】前記パラメータの例として、チャンバ内の
真空度、スパッタガス圧、基体温度、スパッタ出力、基
体のバイアスの正負、及び、基体とターゲットとの間の
距離を挙げることができる。

【００２２】例えば、スパッタガス圧が低いほど、成膜
された層は緻密な繊維構造となって密な構造となる一
方、スパッタガス圧が高いほど、多孔性の柱状構造に近
くなっていき、疎な構造となっていく。これは、スパッ
タガス圧が高くなるにつれて、スパッタ粒子の運動エネ
ルギーが低くなることと、スパッタ粒子の基板到着時の
入射角度の分散が大きくなることが原因である。また、
スパッタ時の基板温度が高いほど、スパッタ粒子の基板
遊泳が活発になるため、成膜された層は緻密になってい
く。さらに、スパッタ出力が高いと、スパッタ粒子の運
動エネルギーが高くなるため、密な膜ができ易くなる。
ただし、スパッタ出力が高過ぎると、成膜レートが速過
ぎて逆効果となる場合もある。また、基板バイアスにつ
いては、基板に負のバイアスをかけると密な膜ができ易
くなり、基板に正のバイアスをかけると疎な膜ができ易
くなる。さらに、基体とターゲットとの間の距離は短い
方が、スパッタ粒子が高エネルギーで真っ直ぐ基板に飛
んでくるため、密な膜ができ易くなる。実際のパラメー
タの設定は、これらの事項を勘案して、前述したよう
に、最上層が他の層に比べて実質的に密な構造を持つよ
うに設定すればよい。

【００２３】次に、本発明の他の実施の形態として、前
述した実施の形態による光学部材１の種々の変形例につ
いて、説明する。

【００２４】第１に、前記実施の形態において、最上層
のみならず最上層側の複数層（例えば、最上層とその直
下の層）が、他の層に比べて密な構造を持っていてもよ
い。この場合も、前記実施の形態と同様に、耐湿性が向
上する。

【００２５】第２に、前記実施の形態において、最下層
が他の層に比べて密な構造を持っていてもよい。最下層
が密な構造を持てば、最下層と基板との間の密着性が高
まり、光学薄膜の剥離強度が高まって、光学薄膜の剥離
が防止される。

【００２６】第３に、前記実施の形態において、最上層
及び最下層が他の層に比べて密な構造を持ってもよい。
この場合、耐湿性が向上するとともに、光学薄膜の剥離
が防止される。

【００２７】第４に、前記実施の形態において、中間付
近の層が他の層に比べて疎な構造を持ってもよい。この
場合、光学薄膜の内部圧縮応力を緩和することができ
る。従来のように光学薄膜の各層の成膜条件が全て同一
であれば、成膜時に光学薄膜の各層に内部応力が存在す
る場合、層を重ねるほど全体の内部圧縮応力が増幅され
る一方である。これに対し、本例のように中間付近の層
が他の層に比べて疎な構造を持っていれば、光学薄膜の
内部圧縮応力が緩和され、好ましい。

【００２８】第５に、前記実施の形態において、最上層
及び最下層が他の層に比べて密な構造を持つとともに、
中間付近の層が他の層に比べて疎な構造を持っていても
よい。この場合、耐湿性が向上するとともに、光学薄膜
の剥離が防止され、かつ、光学薄膜の内部応力を緩和す
ることができる。

【００２９】なお、これらの変形例に係る光学部材は、
基本的に前記実施の形態による光学部材１と同様に製造
することができる。ただし、他の層に比べて密な構造を
持たせる層の成膜時と、他の層の成膜時とで、膜厚及び
膜材料以外の成膜条件のパラメータのうちの少なくとも
１つのパラメータを変え、これらのパラメータの設定
は、密な構造を持たせるべき層が、他の層に比べて実質
的に密な構造を持つように、前述したパラメータに関す
る効果を勘案して、設定する。疎な構造を持たせる場合
も同様である。

【実施例】本発明の実施例１の光学部材として、前記実
施の形態による光学部材１と同様の構造を持つ光学部材
を作成した。ガラス基板２上に積層した光学薄膜３は、
高屈折率物質としてのＮｂ_２Ｏ_５の層Ｈと低屈折率物質
としてのＳｉＯ_２の層Ｌとを交互に積層した合計２１層
とした。最下層は層Ｈとした。全ての層Ｈ，Ｌの厚さ
は、それぞれ２．０μｍとした。

【００３０】実施例１では、光学薄膜３の各層を、ＲＦ
スパッタリング法で同一チャンバ内で連続的に成膜し
た。このとき、全層に渡り、スパッタリングガスはＡｒ
ガス、その流量は１００ｓｃｃｍ、成膜時の基板温度は
１５０℃、成膜出力は１０００Ｗとした。材料以外の成
膜条件は、最上層の成膜時と他の層の成膜時とで、チャ
ンバー内の真空度のみ変え、最上層の成膜時には１．５
ｍＴｏｒｒ、他の層の成膜時には３．０ｍＴｏｒｒとし
た。これにより、最上層は他の層に比べて密な構造を持
つ。

【００３１】実施例１と比較される比較例１の光学部材
として、次の点を除いて、実施例１の光学部材と同一の
構造を持つ光学部材を同一の製造方法で作製した。両者
の相違は、比較例１では、光学薄膜３の最上層の成膜時
のチャンバー内の真空度を３．０ｍＴｏｒｒとし、全層
に渡り、材料以外の成膜条件を同一にした点のみであ
る。これにより、比較例１では、最上層も他の層と同じ
疎密状態となる。

【００３２】実施例１の光学部材及び比較例１の光学部
材に、温度８５℃及び湿度９５％の環境下に２５０時間
置く耐環境試験を施した。この耐環境試験の前後で、実
施例１の光学部材及び比較例１の光学部材の分光透過率
をそれぞれ測定した。その結果を、図２及び図３に示
す。図２は実施例１の光学部材の分光透過率を示し、図
３は比較例１の分光透過率を示す。図２中の曲線Ａ及び
図３中の曲線Ｃは耐環境試験の前の分光透過率を示し、
図２中の曲線Ｂ及び図４中の曲線Ｄは耐環境試験の後の
分光透過率を示す。

【００３３】実施例１の光学部材では、図２に示すよう
に、耐環境試験の前後の透過率変化は、最大でも０．３
２％と非常に小さく、耐湿性が非常に優れていることが
わかる。一方、比較例１の光学部材では、図３に示すよ
うに、耐環境試験の前後の透過率変化は、最大で０．９
６％とかなり大きく、耐湿性が劣っていることがわか
る。なお、実施例１と比較例１との間で、光学特性に差
はなく、最上層の成膜条件を他の層に対して変化させた
ことによる光学特性への影響がないことが、確認され
た。

【００３４】また、本発明の実施例２の光学部材とし
て、前記実施の形態による光学部材１と同様の構造を持
つ光学部材を作成した。ガラス基板２上に積層した光学
薄膜３は、高屈折率物質としてのＮｂ_２Ｏ_５の層Ｈと低
屈折率物質としてのＳｉＯ_２の層Ｌとを交互に積層した
合計９５層（全体の膜厚は５０μｍ）とした。最下層は
層Ｈとした。

【００３５】実施例２では、光学薄膜３の各層を、ＲＦ
スパッタリング法で同一チャンバ内で連続的に成膜し
た。このとき、全層に渡り、スパッタリングガスはＡｒ
ガス、その流量は１００ｓｃｃｍ、成膜時の基板温度は
１５０℃、成膜出力は１０００Ｗとした。材料以外の成
膜条件は、最下層の成膜時と他の層の成膜時とで、チャ
ンバー内の真空度のみ変え、最下層の成膜時には１．５
ｍＴｏｒｒ、他の層の成膜時には３．０ｍＴｏｒｒとし
た。これにより、最下層は他の層に比べて密な構造を持
つ。

【００３６】実施例２と比較される比較例２の光学部材
として、次の点を除いて、実施例２の光学部材と同一の
構造を持つ光学部材を同一の製造方法で作製した。両者
の相違は、比較例２では、光学薄膜３の最下層の成膜時
のチャンバー内の真空度を３．０ｍＴｏｒｒとし、全層
に渡り、材料以外の成膜条件を同一にした点のみであ
る。これにより、比較例２では、最下層も他の層と同じ
疎密状態となる。

【００３７】実施例２の光学部材及び比較例２の光学部
材に対して、同じ剥離強度試験を行った。この剥離強度
試験では、光学薄膜３に、ニチバン株式会社製のセロハ
ン粘着テープ（ＪＩＳ−４６８００６、テープ幅１８ｍ
ｍ）を貼り付けた後、テープに３回強く指のひらで擦り
付け、素早く（０．５秒以内で）垂直方向に剥がした。
その結果、実施例２では、光学薄膜３はガラス基板２か
ら剥離するようなことがなく、光学薄膜３の剥離強度が
高いことが確認された。これに対し、比較例２では、光
学薄膜３がテープと共にガラス基板２から剥がれてしま
い、光学薄膜３の剥離強度が低いことが確認された。な
お、実施例２と比較例２との間で、光学特性に差はな
く、最下層の成膜条件を他の層に対して変化させたこと
による光学特性への影響がないことが、確認された。

【００３８】以上、本発明の実施の形態及びその変形例
並びに実施例について説明したが、本発明はこれらに限
定されるものではない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
本来的な光学特性以外の機能を付加することができる光
学部材の製造方法を提供することができる。

【００４０】また、本発明によれば、表面からの水分の
浸入を抑制して耐湿性の向上を図ることができる。

【００４１】さらに、本発明によれば、光学薄膜と基体
との密着性を高めて光学薄膜の剥離強度を高めることが
できる光学部材及びその製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による光学部材を模式的
に示す概略断面図である。

【図２】耐環境試験の前後での、実施例１の分光透過率
を示す図である。

【図３】耐環境試験の前後での、比較例１の分光透過率
を示す図である。

【符号の説明】

１ 光学部材 ２ ガラス基板 ３ 光学薄膜 Ｈ 高屈折率物質の層 Ｌ 低屈折率物質の層

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 GA04 GA12 GA33 GA60 2K009 BB02 CC03 DD04 DD09 EE00 4G059 AA11 AB11 AB17 AC04 AC09 GA01 GA04 4K029 BB02 BC07 CA05 CA13 EA00 EA01 EA03 EA08 EA09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体と、該基体上に積層された複数層で
   構成される光学薄膜と、を有する光学部材の製造方法で
   あって、 前記複数層のうちの少なくとも１つの層の成膜時と他の
   層の成膜時とで、膜厚及び膜材料以外の成膜条件のパラ
   メータのうちの少なくとも１つのパラメータを変えるこ
   とを特徴とする光学部材の製造方法。
2. 【請求項２】 前記複数層はスパッタ法により成膜され
   ることを特徴とする請求項１記載の光学部材の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記少なくとも１つのパラメータは、真
   空度、スパッタガス圧、基体温度、スパッタ出力、基体
   のバイアスの正負、及び、基体とターゲットとの間の距
   離のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項２記
   載の光学部材の製造方法。
4. 【請求項４】 前記少なくとも１つの層は最上層を含
   み、前記少なくとも１つのパラメータは、前記少なくと
   も１つの層が前記他の層に比べて密な構造を持つように
   設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   に記載の光学部材の製造方法。
5. 【請求項５】 前記少なくとも１層が最下層を含み、前
   記少なくとも１つのパラメータは、前記少なくとも１つ
   の層が前記他の層に比べて密な構造を持つように設定さ
   れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
   の光学部材の製造方法。
6. 【請求項６】 基体と、該基体上に積層された複数層で
   構成される光学薄膜と、を備え、 前記複数層のうちの最上層を含む少なくとも１つの層
   が、他の層に比べて密な構造を持つことを特徴とする光
   学部材。
7. 【請求項７】 基体と、該基体上に積層された複数層で
   構成される光学薄膜と、を備え、 前記複数層のうちの最下層を含む少なくとも１つの層
   が、他の層に比べて密な構造を持つことを特徴とする光
   学部材。