JP2003221663A - 成膜方法及び光学素子の形成方法 - Google Patents

成膜方法及び光学素子の形成方法

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JP2003221663A
JP2003221663A JP2002021526A JP2002021526A JP2003221663A JP 2003221663 A JP2003221663 A JP 2003221663A JP 2002021526 A JP2002021526 A JP 2002021526A JP 2002021526 A JP2002021526 A JP 2002021526A JP 2003221663 A JP2003221663 A JP 2003221663A
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film
substrate
forming
ion
lens
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JP2002021526A
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Hirotaka Fukushima
浩孝 福島
Ryuji Hiroo
竜二 枇榔
Minoru Otani
実 大谷
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜の密着性が高く、膜割れがなく、成膜速度
の速い成膜方法を提供すること。 【構成】 基板、レンズ上に複数の膜を積層させる成膜
方法において、真空蒸着法により積層された膜とプラズ
マを用いた方法により積層された膜がそれぞれ少なくと
も1層あることを特徴とする。ここで、プラズマを用い
た積層方法は、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング
法、イオンビームスパッタリング法、イオンプレーティ
ング法の何れか1種以上である。又、基板、レンズ上の
最初の1層以上はイオンビームアシスト蒸着法、スパッ
タリング法、イオンビームスパッタリング法、イオンプ
レーティング法等のプラズマを用いた方法により形成す
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、プラズマを用いた
成膜方法と真空蒸着法の複数の成膜方法による光学素子
の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで、レンズ、基板上への複数の膜
(以後、多層膜)を積層する場合、真空蒸着法や、プラ
ズマを用いたイオンアシスト蒸着法、スパッタリング
法、イオンビームスパッタリング法、イオンプレーティ
ング法の成膜方法が用いられている。
【0003】真空蒸着法は、真空中で膜材料を抵抗加
熱、電子銃加熱、高周波誘導加熱を用いて蒸発させ、レ
ンズ、基板に積層する方法である。これは、成膜面積が
大きい大口径レンズ等に一括して、しかも早い成膜レー
トで成膜できるという利点があり、又、膜材料における
組成変化が少ないため、低吸収な膜が得易い利点があ
る。
【0004】又、プラズマを用いた成膜方法として、イ
オンプレーティング法は、抵抗加熱、電子銃加熱、高周
波誘導加熱により蒸発させられた膜材料の原子や分子を
プラズマにより、イオン化し、且つ、電界を与えること
でこのイオンを基板衝突させる方法である。
【0005】又、イオンアシスト蒸着法は、抵抗加熱、
電子銃加熱、高周波誘導加熱により蒸発させられた膜材
料の原子や分子がレンズ、基板上に物理吸着する際に、
イオンガンを用いてイオンを照射することで、膜材料の
原子や分子をよりエネルギー的に活性化させる方法であ
る。
【0006】又、スパッタ法は、数百eV〜数十keV
のエネルギーの粒子をターゲット原子に核衝突させ、タ
ーゲット原子をはじき出すことで基板、レンズまでその
原子を輸送する方法である。
【0007】これらは、一般的に真空蒸着法より高い密
度の膜の形成し易い利点や、膜と基板、レンズとの密着
性が高い利点がある。
【0008】
【発明が解決しよとする課題】しかしながら、それぞれ
の成膜方法においては短所もある。
【0009】例えば、真空蒸着法においては、基板、レ
ンズを加熱しないと、膜の密度が低くなり、成膜後の大
気中における水分吸着を原因とする光学特性の経時変化
が大きくなってしまう。例えば、弗化物に至っては、2
00〜300℃程度の温度が必要である。
【0010】そして、基板、レンズを加熱した場合、そ
れらと膜の線熱膨張係数に差が大きいと、バイメタル効
果による膜の内部応力増加が起き、膜割れ、膜剥がれの
原因になる。
【0011】又、例えばプラズマを用いた成膜方法の場
合、膜の良好な化学組成が得にくいことや、不純物が混
入し易いこと等により、良好な光学特性が比較的得難
い。
【0012】よって、膜の密着性が高く、膜割れがな
く、且つ、成膜速度が早く、光学特性が良好な光学素子
の形成はなかなか困難である。
【0013】特に、弗化膜の場合、真空蒸着法にて成膜
すると、レンズ、基板を加熱する必要がある。弗化膜は
線熱膨張係数が大きいため、レンズ、基板が石英やゼロ
結晶化ガラス等の線熱膨張係数が低いものだと熱応力が
大きくなり膜割れが発生してしまう。
【0014】又、プラズマを用いた成膜方法の場合、プ
ラズマにより膜にカラーセンター等のダメージが入り易
く、又、弗素解離や不純物混入が起き易く良好な化学量
論比を得にくいため、所望の光学特性が得られないこと
が多い。又、不純物の混入は、LASER耐力の低下を
招く可能性が有り、そのLASERの波長が短いほどそ
れは高い。特に波長が200nm以下の真空紫外域で
は、不純物の混入は、LASER耐久においては死活問
題となる。
【0015】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、膜の密着性が高く、膜割れが
なく、成膜速度の速い成膜方法と該方法を用いた光学素
子の形成方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、基板、レンズ上に複数の膜を積層させる
成膜方法において、真空蒸着法により積層された膜とプ
ラズマを用いた方法により積層された膜がそれぞれ少な
くとも1層あることを特徴とする。
【0017】又、本発明に係る光学素子の形成方法は、
上記成膜方法によって形成される膜中の不純物が少ない
膜を用いることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態として、本発明
に係る弗化膜を用いた光学素子の形成方法の一実施形態
を図1を用いて説明する。
【0019】図1は本実施形態の実施する際に使用した
成膜装置の概略図である。
【0020】この光学素子形成装置は、蒸発材料を蒸発
させる手段である抵抗加熱蒸発源3、電子銃加熱蒸発源
4、イオンガン5、基板8を保持する回転式ドーム7、
基板8を加熱するシースヒーター11、基板8への水晶
振動子膜厚モニター9、蒸発材料の予備加熱時の基板8
への膜の積層を防ぐシャッター10及びこれらの各構成
要件が設置されているSUS304製真空容器1を備え
ている。
【0021】抵抗加熱蒸発源3及び電子銃加熱蒸発源4
は、複数種類の蒸発源材料を載置できるように、複数の
抵抗加熱ボード12と複数のハースライナーを所有して
いる。
【0022】真空容器1には排気口14が設けてあり、
真空容器1内を所望の圧力に設定するための排気手段が
接続される。排気手段は、真空容器1内への油逆拡散が
少ないドライポンプ、メカニカルブースターポンプ、タ
ーボ分子ポンプ、そして真空容器1内の水分排気に有効
なクライオポンプ(共に図示せず)及びメインバルブ2
から成る。
【0023】又、プラズマを生成するために用いるAr
若しくはO2 、Xeを真空容器1内に導入するガス供給
口6が接続されている。
【0024】[実施例1]次に、本発明の具体的な実施
例を述べる。
【0025】実施例1として、図1の光学素子形成装置
を用いた弗化物によるミラーの形成方法について説明す
る。
【0026】先ず、基板8として、光学研磨した石英ガ
ラスを回転式ドーム7に載置する。そして、抵抗加熱蒸
発源3が所有する複数の抵抗加熱ボード12にそれぞれ
MgF2 、GdF3 を載置する。その後、排気口14よ
りドライポンプ、メカニカルブースター、ターボ分子ポ
ンプ、クライオポンプにより真空容器1内を10-5Pa
台まで排気する。そして、シースヒーター11により、
基板を250℃まで加熱し、24時間程度保持する。こ
れは、基板8の温度安定と共に、加熱にすることで、真
空容器1内の水分排気を容易にするためである。
【0027】その後、ガス供給口6からArガスを真空
容器1内が5×10-2Paに安定するように導入する。
そして、そのArガスを用いてイオンガン5によりAr
イオンを生成し、基板に照射する。その状態で、抵抗加
熱蒸発源3及び抵抗加熱ボード12により、MgF2
加熱、蒸発させるイオンアシスト蒸着法を用いて基板8
にMgF2 を積層させる。このとき、水晶振動子膜厚モ
ニター9により基板8に積層されるMgF2 の膜厚が2
7nmになるように制御する。
【0028】次に、MgF2 と同様にGdF3 基板8上
に積層する。このときのGdF3 の膜厚は22nmに制
御する。このようなMgF2 とGdF3 の膜を基板8へ
交互に積層する。
【0029】それぞれ3層ずつ積層した後、イオンガン
5を止め、Arガスの真空容器1への導入を止める。そ
の後、真空容器1内の圧力が10-5Pa台まで低下する
と、抵抗加熱蒸発源3及び抵抗加熱ボード12により、
真空蒸着法にてMgF2 とGdF3 膜を基板8へ交互に
それぞれ14層ずつ積層する。それぞれの膜厚は、最初
にイオンアシスト蒸着法によって積層したものと同じで
ある。図2に膜構成の略図を示す。
【0030】このときの基板8には、線熱膨張係数の低
いZeroduを用いた。
【0031】実施例1で形成されたミラーは、環境温度
の変化による形状の変形が極めて小さく、真空紫外光に
対しても膜吸収が低いため、真空紫外域で高い反射率を
有するものであった。
【0032】又、大気中における水分吸着による光学特
性の経時変化は殆ど見られず、温度75℃、湿度80%
の環境耐久試験を行っても、波長シフトは僅か0.5n
mであった。
【0033】実施例1により形成されたミラーの光学特
性と、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法のみで形成さ
れたミラーの比較を図3に示す。真空蒸着法のみで形成
されたミラーは、膜割れが生じたが、実施例1により形
成されたミラーは膜割れが生じなかった。
【0034】[実施例2]実施例1における形成方法に
おいて、2種類の膜材料がそれぞれMgF2 がAlF
3 、GdF3 がLaF3 となり、膜厚がAlF3 が33
nm、LaF3 が27nmあるミラー。
【0035】実施例2で形成されたミラーは、実施例1
同様、環境温度の変化による形状の変形が極めて小さ
く、真空紫外光に対しても膜吸収が低いため、真空紫外
域で高い反射率を有するものであった。その反射率を図
4に示す。
【0036】又、大気中における水分吸着による光学特
性の経時変化は殆ど見られず、温度75℃、湿度80%
の環境耐久試験を行っても、波長シフトは僅か0.6n
mであった。又、膜割れも生じなかった。
【0037】[実施例3]実施例1における形成方法に
おいて、基板を蛍石レンズとし、膜構成で第1層がイオ
ンアシスト蒸着法によるAlF3 膜27nm、第2層が
真空蒸着法によるGdF3 膜22nm、第3層が真空蒸
着法によるMgF2 膜27nmという反射防止膜を施し
たレンズ素子。図5にその光学特性を示す。このレンズ
素子においては膜剥がれ、膜割れは見られなかった。
【0038】[実施例4]実施例1における形成方法に
おいて、膜材料がMgF2 とLaF3 を用いたミラー
と、イオンアシスト蒸着法のみで形成されたミラーのL
ASER耐久試験の比較を図6に示す。
【0039】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、基板、レンズ上に複数の膜を積層させる成膜方
法において、真空蒸着法により積層された膜とプラズマ
を用いた方法により積層された膜がそれぞれ少なくとも
1層あるものとしたため、膜の密着性が高く、膜割れが
なく、成膜速度の速い成膜方法と該方法を用いた光学素
子の形成方法を提供することができるという効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】成膜装置の概略図である。
【図2】膜構成の略図である。
【図3】ミラーの光学特性を示す図である。
【図4】光学素子の反射率を示す図である。
【図5】レンズ素子の光学特性を示す図である。
【図6】膜材料がMgF2 とLaF3 を用いたミラーと
イオンアシスト蒸着法のみで形成されたミラーのLAS
ER耐久試験の比較を示す図である。
【符号の説明】
1 真空容器 2 メインバルブ 3 抵抗加熱蒸発源 4 電子銃加熱蒸発源 5 イオンガン 7 回転式ドーム 8 基板 9 水晶振動子膜厚モニター 10 シャッター 11 シースヒーター 12 抵抗加熱ボード 14 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 5/08 G02B 1/10 Z (72)発明者 大谷 実 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 Fターム(参考) 2H042 DA01 DA12 DC02 DE07 2K009 BB02 CC06 DD03 DD04 DD07 EE00 4K029 AA09 BA42 BB02 BC07 BD00 CA01 CA05 CA09 DC37

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板、レンズ上に複数の膜を積層させる
    成膜方法において、真空蒸着法により積層された膜とプ
    ラズマを用いた方法により積層された膜がそれぞれ少な
    くとも1層あることを特徴とする成膜方法。
  2. 【請求項2】 プラズマを用いた積層方法は、イオンア
    シスト蒸着法、スパッタリング法、イオンビームスパッ
    タリング法、イオンプレーティング法の何れか1種以上
    であることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
  3. 【請求項3】 基板、レンズ上の最初の1層以上はイオ
    ンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンビ
    ームスパッタリング法、イオンプレーティング法等のプ
    ラズマを用いた方法により形成することを特徴とする請
    求項1記載の成膜方法。
  4. 【請求項4】 基板、レンズ上にNa3 AlF6 、Mg
    2 、AlF2 、LaF3 、GdF3 、NdF3 、Ca
    2 、ScF3 、ThF4 の何れかを用いた膜を形成す
    ることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
  5. 【請求項5】 基板、レンズに線熱膨張係数α=0.0
    5×10-6-1〜以下の硝材を用いることを特徴とする
    請求項1記載の成膜方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜4によって形成される膜中の
    不純物が少ない膜を用いることを特徴とする光学素子の
    形成方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105200518A (zh) * 2015-10-14 2015-12-30 西北工业大学 一种基于氧离子束辅助沉积制备硒化铅多晶薄膜的方法
EP3660182A1 (en) 2018-11-26 2020-06-03 Konica Minolta, Inc. Film forming method and film forming apparatus
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JP7440399B2 (ja) 2020-12-21 2024-02-28 グローブライド株式会社 釣具

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