JP2004258110A

JP2004258110A - 光学薄膜成膜装置及び光学素子

Info

Publication number: JP2004258110A
Application number: JP2003046006A
Authority: JP
Inventors: Takeharu Komiya; 毅治小宮; Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】従来に比して均一に成膜を行うことができる光学薄膜成膜装置を提供する。
【解決手段】スパッタイオン源３よりターゲット２に対してＡｒイオンなどのイオンを照射する。イオンの照射を受けたターゲット２では衝撃により表面近傍の部分がスパッタ粒子として飛散する。このときスパッタ粒子の分布はターゲット中心付近ほど密になっており、この分布を維持したまま大半はミラー１へと向かって行く。この例ではターゲット２とミラー１の間に設置した遮蔽板４ａにより、ミラー１の自転中心付近へ到達するスパッタ粒子の一部が遮蔽されて、ミラー１の自転中心付近の成膜速度が外周部での成膜速度に近づき制御性が向上する。さらにミラー１の直前に設けられた補正板４ｂにより曲率に応じたスパッタ粒子の遮蔽が行われ、均一な膜厚を得ることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学レンズ、ミラー等の光学素子の表面に光学薄膜（例えば、反射膜、反射防止膜等）を成膜させるための光学薄膜成膜装置、及びレンズ、ミラー等の光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学レンズ、ミラー等のような光学素子の表面には、反射膜、反射防止膜等の光学薄膜が形成されるのが普通である。一般的にこのような光学薄膜を成膜するには、光学素子を自転させ、ターゲットから発生する物質を、光学素子の成膜面付近に配設された、膜厚分布を均一に補正する補正板を介して光学素子表面に当てて堆積させる方法が用いられ、具体的にはスパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等が用いられる。
【０００３】
図５（ａ）に、従来から用いられている光学薄膜成膜装置の一例を示す。この装置は真空排気可能な密閉された成膜室内に、ターゲット１２と、スパッタイオン源１３と、補正板１４と、図示しない支持機構により自転自在に支持された光学素子（図ではミラー）１１とを配設してなる。なお光学素子１１は支持機構により矢印で示すように自転するようにされている。
【０００４】
成膜処理は、成膜室内を真空排気した状態で、ターゲット１２に対してスパッタイオン源１３よりイオンを照射して行われ、ターゲット１２より放出されるスパッタ粒子を光学素子１１の表面に付着させて薄膜を形成させる。このとき、一般に、ターゲット１２から発生するスパッタ粒子は、ターゲット１２の中心で多く発生し、又、曲率を有する光学素子では部分毎にターゲット１２からの距離が異なるために膜厚分布にむらが生じる。例えば、図に示すような凸型の曲面を有する光学素子１１の場合、その中心部がターゲット１２に近く、周辺部がターゲット１２から遠いため、中心部の成膜速度が大きくなり、中心部の膜厚が厚くなる。
【０００５】
このように成膜速度が大きくなる部分があると、その部分の膜厚が厚くなって膜厚均一性が保てなくなるばかりでなく、膜厚を時間で制御しようとする場合、成膜速度が速いために、時間制御が厳しくなり、それだけ実際の膜厚が目標の膜厚からずれるという問題が生じる。
【０００６】
これを補正するために、補正板１４が図示のように設置されている。この補正板は光学素子の形状に合わせて、自転軸からの距離ごとに遮蔽する面積を調整されている。この補正板１４は、例えば図５（ｂ）に示すような形状を有し、遮蔽板としての役割を果たす。図のハッチング部分が補正板１４の形状を示しており、この部分でスパッタ粒子が遮蔽される。この遮蔽率を光学素子１１の自転軸の中心からの半径方向の距離に応じて変えることにより、光学素子１１に到達するスパッタ粒子の数を、光学素子１１の半径方向に変えることができ、これにより、成膜速度を均一にしようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５（ｂ）に示すような補正板１４の形状を調整することにより、光学素子１１の中心付近の成膜速度を調整することは非常に困難である。例えば、図５（ｂ）に示すような形状の補正板１４を使用した場合、中心付近での遮蔽率が急激に低下し、図６（ａ）に示すような成膜速度分布が得られる。又、これを避けようとして例えば図５（ｃ）に示すような形状の補正板１４を使用した場合、中心付近での遮蔽率が急激に上昇し、図６（ｂ）に示すような成膜速度分布が得られる。
【０００８】
このように、従来の補正板１４を使用した成膜速度分布の調整方法では、光学素子１１の中心付近での成膜速度分布を調整することが困難であるという問題があり、これに起因して、全体の膜厚を所定の値に制御することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光学素子、特に表面の曲率が大きな光学素子に対しても、従来に比して均一に成膜を行うことができる光学薄膜成膜装置及び光学素子を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、密閉可能に形成された成膜室内に、光学素子を支持すると共にこの光学素子を自転運動させる光学素子支持部と、前記光学素子表面に形成させる薄膜の原料となるスパッタ粒子を発生させ、前記光学素子表面に送出するスパッタ粒子生成装置と、前記光学素子の自転中心付近に到達する前記スパッタ粒子を制限するスパッタ粒子制限機構を有することを特徴とする光学薄膜成膜装置（請求項１）である。
【００１１】
成膜装置を用いて成膜を行う場合、一般的に光学素子の自転中心にスパッタ粒子が付着する割合が高くなり、光学素子の自転中心及びその近傍の成膜速度が高くなる。この傾向は、特に、光学素子の表面が凸形状のときに、光学素子の自転中心がスパッタ粒子生成装置に近くなるので著しくなる。
【００１２】
本手段においては、光学素子の自転中心付近に到達するスパッタ粒子を制限するスパッタ粒子制限機構が設けられているので、光学素子の自転中心及びその近傍に到達するスパッタ粒子の量が少なくなり、光学素子の自転中心及びその近傍の成膜速度が高くなることが抑制される。よって、光学素子全体の成膜速度を、従来に比べて均一化することができる。
【００１３】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記光学素子における膜厚分布を均一に補正する補正板を有し、前記スパッタ粒子制限機構が、この補正板とは独立して配設されていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１４】
本手段においては、スパッタ粒子制限機構が、この補正板とは独立して配設されているので、例えば補正板を光学素子の近くに配置して、成膜速度の均一化を図り、スパッタ粒子制限機構をそれから少し離れたスパッタ粒子生成装置側に配置することにより、光学素子の自転中心及びその近傍に到達するスパッタ粒子の量の分布を、割と広い範囲にわたってなまった形で減少させながら、補正板により、光学素子の自転中心から離れた部分の成膜分布を均一にするようにすることができる。
【００１５】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記スパッタ粒子制限機構が、前記光学素子の自転中心付近に設けられたスパッタ粒子遮蔽板であることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１６】
光学素子の自転中心付近にスパッタ粒子遮蔽板を設けることにより、簡単な機構で、光学素子の自転中心及びその近傍に到達するスパッタ粒子の量の分布を、割と広い範囲にわたってなまった形で減少させることができる。
【００１７】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段であって、前記スパッタ粒子制限機構が、前記光学素子の自転中心付近に到達するスパッタ粒子の発生量を、前記光学素子の自転中心付近より外周側に到達するスパッタ粒子の発生量よりも少なくするように構成された、スパッタ粒子生成装置であることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１８】
本手段においては、スパッタ粒子生成装置自体に、光学素子の自転中心付近に到達するスパッタ粒子の発生量を、光学素子の自転中心付近より外周側に到達するスパッタ粒子の発生量よりも少なくするような特性を持たせている。よって、前記第３の手段と同様の作用効果を有する。
【００１９】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のうちいずれか１項に記載の光学薄膜成膜装置を用いて、表面に光学薄膜を形成されたことを特徴とする光学素子（請求項５）である。
【００２０】
本手段においては、光学素子の全面に亘って、従来よりも成膜速度が均一化されるような光学薄膜成膜装置を用いているので、膜厚が均一になると共に、膜厚の制御が容易である。よって、膜厚精度の良い光学素子とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である光学薄膜成膜装置の概要を示す図である。この光学薄膜成膜装置は、成膜室（図示せず）内に設けられ、図示のように光学素子（ミラー）１を支持して自転運動させる素子支持機構（図示せず）と、薄膜の原料となるターゲット２とターゲット２にイオンビームを照射しスパッタリングを行うスパッタイオン源３を配置して構成される。
【００２２】
成膜室内にはさらに、ターゲット２よりミラー１の自転中心付近に到達するスパッタ粒子の数を制限し、成膜速度を外周部より低く調整する遮蔽板４ａと光学素子の形状に応じて膜厚分布を均一化する補正板４ｂがミラー１とターゲット２の間に設けられている。
【００２３】
このような成膜装置を用いてミラー１の表面に光学薄膜を成膜するには、まず成膜室内を真空に排気し、次にスパッタイオン源３よりターゲット２に対してＡｒイオンなどのイオンを照射する。イオンの照射を受けたターゲット２では衝撃により表面近傍の部分がスパッタ粒子として飛散する。このときスパッタ粒子の分布はターゲット２中心付近ほど密になっており、この分布を維持したまま大半はミラー１へと向かって行く。この例ではターゲット２とミラー１の間に設置した遮蔽板４ａにより、ミラー１の自転中心付近へ到達するスパッタ粒子の一部が遮蔽されて、ミラー１の自転中心付近の成膜速度が外周部での成膜速度に近づき制御性が向上する。
【００２４】
さらにミラー１の直前に設けられた補正板４ｂにより曲率に応じたスパッタ粒子の遮蔽が行われ、均一な膜厚を得ることができる。もし、補正板４ｂが無いと、遮蔽板４ａによりミラー１の自転中心付近へ到達するスパッタ粒子の一部が遮蔽される結果、成膜速度分布は図２（ａ）に示すようになる。そこで、例えば、図２（ｂ）に示すような形状の補正板４ｂを設けることにより、２（ｃ）に示すような、より均一な形状の成膜速度分布を得ることができる。
【００２５】
なお、図１においては、別体として、遮蔽板４ａを補正板４ｂよりもターゲット２側に設けている。これにより、遮蔽板４ａを回り込んだスパッタ粒子が少量ミラー１の自転中心付近へ到達するので、この部分で極端に成膜速度が落ちることを防止することができる。もし、差し支えがなければ、遮蔽板４ａと補正板４ｂを同一部材としてもよい。
【００２６】
図３に、本発明の第２の実施の形態である光学薄膜成膜装置の概要を示す。この装置も図示しない成膜室内に、光学素子（ミラー）１を支持して自転運動させる素子支持機構（図示せず）と、薄膜の原料となるターゲット２と、ターゲット２にイオンビームを照射しスパッタリングを行うスパッタイオン源３を配設して構成される。この実施の形態では、飛来するスパッタ粒子の密度分布を考慮して、ミラー１の回転中心付近で最も成膜速度が遅くなるようにターゲット２の位置を最適化することで自転中心付近の成膜速度を抑制し、膜厚制御性を向上させている。さらにミラー１の直前に設けられた補正板４ｂにより光学素子の曲率に応じたスパッタ粒子の遮蔽が行われ、均一な膜厚を得ることができる。
【００２７】
もし、補正板４ｂが無いと、ミラー１の回転中心付近で最も成膜速度が遅くなるので、図４（ａ）に示すような成膜速度分布が得られる。そこで、例えば、図４（ｂ）に示すような形状の補正板４ｂを設けることにより、ミラー１の回転中心付近で、最もスパッタ粒子が遮られることがないようにして、図４（ｃ）に示すような、均一な成膜速度分布を得ることができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、いずれも、成膜方法としてイオンビームスパッタが用いられているが、これをマグネトロンスパッタなど他のイオンプロセスとしてもよい。また、真空蒸着、イオンプレーティング等の他の成膜方法を用いてもよい。
【００２９】
また補正板は単純な板状に限らず、スパッタ粒子の分布に応じてメッシュ状など穴の開いた形状としてもよく、さらに多層膜の成膜においては、可動式、取り替え式として、原料物質固有のスパッタ粒子分布に併せて移動させたり、取り替えたりするようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学素子、特に表面の曲率が大きな光学素子に対しても、従来に比して均一に成膜を行うことができる光学薄膜成膜装置及び光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である光学薄膜成膜装置の概要を示す図である。
【図２】成膜速度分布と補正板の形状の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である光学薄膜成膜装置の概要を示す図である。
【図４】成膜速度分布と補正板の形状の例を示す図である。
【図５】従来から用いられている光学薄膜成膜装置の一例を示すである。
【図６】成膜速度分布を示す図である。
【符号の説明】
１…ミラー
２…ターゲット
３…スパッタイオン源
４ａ…遮蔽板
４ｂ…補正板

Claims

密閉可能に形成された成膜室内に、光学素子を支持すると共にこの光学素子を自転運動させる光学素子支持部と、前記光学素子表面に形成させる薄膜の原料となるスパッタ粒子を発生させ、前記光学素子表面に送出するスパッタ粒子生成装置と、前記光学素子の自転中心付近に到達する前記スパッタ粒子を制限するスパッタ粒子制限機構を有することを特徴とする特徴とする光学薄膜成膜装置。
前記光学素子における膜厚分布を均一に補正する補正板を有し、前記スパッタ粒子制限機構が、この補正板とは独立して配設されていることを特徴とする請求項１に記載の光学薄膜成膜装置。
前記スパッタ粒子制限機構が、前記光学素子の自転中心付近に設けられたスパッタ粒子遮蔽板であることを特徴とする請求項２に記載の光学薄膜成膜装置。
前記スパッタ粒子制限機構が、前記光学素子の自転中心付近に到達するスパッタ粒子の発生量を、前記光学素子の自転中心付近より外周側に到達するスパッタ粒子の発生量よりも少なくするように構成された、スパッタ粒子生成装置であることを特徴とする請求項２に記載の光学薄膜成膜装置。
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の光学薄膜成膜装置を用いて、表面に光学薄膜を形成されたことを特徴とする光学素子。