JP2006030530A - Optical device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a refractive index of a silicon oxide for general use as a low-refractive index material while maintaining the performance to environment of the refractive index. <P>SOLUTION: With respect to an optical filter like an anti-reflection filter, a structure is given wherein layers (a first layer, a third layer, and a fifth layer) containing SiO<SB>2</SB>as a main component and Ta<SB>2</SB>O<SB>5</SB>(a second layer and a fourth layer) are alternately laminated, and at least one of SiO<SB>2</SB>layers is caused to contain boron, whereby the refractive index can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、少なくとも1層以上の薄膜で形成される光学デバイス、およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical device formed of at least one thin film and a manufacturing method thereof.

従来、反射防止フィルタや波長選択フィルタに代表される薄膜積層型の光学フィルタは、その量産性と装置の簡便さから、主に電子ビーム蒸着法などの真空蒸着法によって製造されている。またディスプレイパネルや窓ガラスに用いられる反射防止フィルタの一部は、塗布焼結法などにより製造されている。いずれの方法においても、反射防止フィルタの特性向上,生産性向上、あるいは品質安定に対して様々な取り組みが行われている。以下、それらの技術について説明する。   Conventionally, a thin film laminated type optical filter represented by an antireflection filter and a wavelength selection filter has been manufactured mainly by a vacuum deposition method such as an electron beam deposition method because of its mass productivity and simplicity of an apparatus. Some of the antireflection filters used for display panels and window glass are manufactured by a coating sintering method or the like. In any of these methods, various efforts are being made to improve the characteristics, improve the productivity, or stabilize the quality of the antireflection filter. Hereinafter, these techniques will be described.

従来、反射防止フィルタを形成するためには複数の材料を積層することが一般的であるが、特許文献1に記載の発明では、主成分は同一でありながら成膜プロセスにおいて屈折率を変化させるようにしている。これにより、例えば真空蒸着法では蒸発材料の切り替えを不要にし、簡便に反射防止フィルタを形成することを可能にしようとするものである。   Conventionally, in order to form an antireflection filter, it is common to laminate a plurality of materials. However, in the invention described in Patent Document 1, the refractive index is changed in the film forming process while the main components are the same. I am doing so. Thereby, for example, in the vacuum deposition method, it is not necessary to switch the evaporation material, and an antireflection filter can be easily formed.

特許文献1に記載の発明は、プラスチックフィルムの片面にハードコート層,反射防止層,防汚層が順次形成されている反射防止フィルムにおいて、反射防止層が、ハードコート層に近い方から順にSiOx(x=0.8〜1.5)層,SiOy(y=1.6〜2.0)層から形成され、かつ下記の条件を満足するものである。   The invention described in Patent Document 1 is an antireflection film in which a hard coat layer, an antireflection layer, and an antifouling layer are sequentially formed on one side of a plastic film. It is formed from (x = 0.8 to 1.5) layer and SiOy (y = 1.6 to 2.0) layer and satisfies the following conditions.

反射防止層のSiOx(x=0.8〜1.5)層が、x値が層方向に連続的に変化した不均一な層であり、かつ該x値がハードコート層に近い方が大きく、SiOy層に向かうにしたがって小さくなっていること。   The SiOx (x = 0.8 to 1.5) layer of the antireflection layer is a non-uniform layer in which the x value changes continuously in the layer direction, and the x value is closer to the hard coat layer. , It becomes smaller as it goes to the SiOy layer.

反射防止層の厚さが50〜250nmであり、かつSiOx層とSiOy層の厚さの比率が1:0.5〜8であること。   The thickness of the antireflection layer is 50 to 250 nm, and the ratio of the thickness of the SiOx layer to the SiOy layer is 1: 0.5 to 8.

さらに、特許文献1には以下のような記載がある。   Further, Patent Document 1 has the following description.

この反射防止フィルムのSiOx(x=0.8〜1.5)層、およびSiOy(y=1.6〜2.0)層の形成方法は、誘導加熱方式あるいは抵抗加熱方式の真空蒸着法を使用することができる。また、反射防止層であるSiOx(x=0.8〜1.5)層、SiOy(y=1.6〜2.0)層は真空蒸着法により形成することができるため、使用する材料は、SiOの1種類のみで足り、複数の材料を必要としない。したがって、反射防止層形成の製造工程での作業性が向上する。   The formation method of the SiOx (x = 0.8 to 1.5) layer and the SiOy (y = 1.6 to 2.0) layer of the antireflection film is an induction heating type or resistance heating type vacuum deposition method. Can be used. Moreover, since the SiOx (x = 0.8 to 1.5) layer and the SiOy (y = 1.6 to 2.0) layer which are antireflection layers can be formed by a vacuum deposition method, Only one kind of SiO is sufficient, and a plurality of materials are not required. Therefore, workability in the manufacturing process of forming the antireflection layer is improved.

特許文献1に記載の発明において、反射防止フィルムのハードコート層上に、所望の屈折率のSiOx(x=0.8〜1.5)層、およびSiOy(y=1.6〜2.0)層を形成するには、SiOを蒸着材料として使用し、真空蒸着機の真空曹内に酸素を導入し、反射防止層としての特性を安定させるために酸素の導入量を調整して、真空度を一定に保ちつつ、SiOと酸素とを反応させながら蒸着し形成する。   In the invention described in Patent Document 1, a SiOx (x = 0.8 to 1.5) layer having a desired refractive index and a SiOy (y = 1.6 to 2.0) are formed on the hard coat layer of the antireflection film. ) To form the layer, use SiO as the deposition material, introduce oxygen into the vacuum soda of the vacuum deposition machine, adjust the amount of oxygen introduced to stabilize the properties as the antireflection layer, and vacuum While keeping the degree constant, deposition is performed while reacting SiO and oxygen.

SiOx(x=0.8〜1.5)層を形成するには、x値に応じて適宜の量の酸素を導入し、蒸着材料であるSiOと反応させることにより、屈折率が1.54〜2.1のSiOx層を形成する。このときに、真空度に占める酸素分圧が高すぎると、酸素とSiOとの反応率が上がりx値が1.5より大きくなり、2に近づくために所望の屈折率が得られず好ましくない。また、真空度に占める酸素分圧が低すぎると、SiOの分解が進みすぎて、x値が0.8より小さくなるために透過光黄色度が高くなるので好ましくない。SiOx層のx値が0.8〜1.5であれば、所望の屈折率1.54〜2.1となる。したがって、x値は0.8〜1.5が好ましい。   In order to form a SiOx (x = 0.8 to 1.5) layer, an appropriate amount of oxygen is introduced in accordance with the x value, and reacted with SiO as a deposition material to have a refractive index of 1.54. A ~ 2.1 SiOx layer is formed. At this time, if the oxygen partial pressure occupying the degree of vacuum is too high, the reaction rate between oxygen and SiO is increased, the x value is larger than 1.5, and a desired refractive index cannot be obtained because it approaches 2, which is not preferable. . On the other hand, if the oxygen partial pressure in the degree of vacuum is too low, SiO decomposition proceeds too much, and the x value becomes smaller than 0.8, so that the transmitted light yellowness becomes high. If the x value of the SiOx layer is 0.8 to 1.5, the desired refractive index is 1.54 to 2.1. Therefore, the x value is preferably 0.8 to 1.5.

また、SiOy(y=1.6〜2.0)層を形成するには、y値に応じて適宜の量の酸素を導入し、蒸着材料であるSiOと反応させることにより、屈折率が1.4〜1.6のSiOy層を形成する。このときに、真空度に占める酸素分圧が高すぎると、SiOy層が緻密でなくなるとともに、SiOx層や防汚層との密着力が低下するので好ましくない。また、真空度に占める酸素分圧が低すぎると、酸素とSiOとの反応率が下がりy値が1.6より小さくなるために所望の屈折率が得られず好ましくない。SiOy層のy値が1.6〜2.0であれば、所望の屈折率1.4〜1.52となる。したがって、y値は1.6〜2.0が好ましい。   In order to form a SiOy (y = 1.6 to 2.0) layer, an appropriate amount of oxygen is introduced according to the y value and reacted with SiO as a vapor deposition material so that the refractive index is 1. A SiOy layer of .4 to 1.6 is formed. At this time, if the oxygen partial pressure occupying the degree of vacuum is too high, the SiOy layer is not dense, and the adhesion with the SiOx layer and the antifouling layer is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the oxygen partial pressure occupying the degree of vacuum is too low, the reaction rate between oxygen and SiO is lowered, and the y value is smaller than 1.6, so that a desired refractive index cannot be obtained, which is not preferable. If the y value of the SiOy layer is 1.6 to 2.0, the desired refractive index is 1.4 to 1.52. Therefore, the y value is preferably 1.6 to 2.0.

以上が特許文献1に記載の発明の概要であり、主に材料数削減によるコスト削減や生産性向上を図ったものであるといえる。   The above is the outline of the invention described in Patent Document 1, and it can be said that the cost reduction and productivity improvement are mainly achieved by reducing the number of materials.

次に特許文献2に記載の発明について説明する。特許文献2に記載の発明はスパッタリングターゲットの製造方法に関するものであり、従来例と比較して、形成される薄膜の物性は変えずに、スパッタリング方法をRFスパッタリングからDCスパッタリングに変えることを主目的にするものである。   Next, the invention described in Patent Document 2 will be described. The invention described in Patent Document 2 relates to a method for manufacturing a sputtering target, and the main purpose is to change the sputtering method from RF sputtering to DC sputtering without changing the physical properties of the formed thin film as compared with the conventional example. It is to make.

特許文献2に記載の発明は、光記録ディスク用の干渉膜をDCスパッタ法により形成する際に用いられるターゲットであって、カルコゲン化物とガラスとを含み、電気抵抗値が0.001〜0.1Ω・cmである光記録媒体の干渉膜用スパッタリングターゲットに係り、このターゲットは、光記録ディスク用の干渉膜をDCスパッタ法により形成する際に用いられるものである。   The invention described in Patent Document 2 is a target used when an interference film for an optical recording disk is formed by a DC sputtering method, includes a chalcogenide and glass, and has an electric resistance value of 0.001 to 0.00. The present invention relates to a sputtering target for an interference film of an optical recording medium of 1 Ω · cm. This target is used when an interference film for an optical recording disk is formed by a DC sputtering method.

さらに、特許文献2には以下のような記載がある。   Further, Patent Document 2 has the following description.

ターゲットの構成物質はカルコゲン化物とガラスとを主要マトリックス材として含む。カルコゲン化物としては、硫化亜鉛(ZnS),セレン化亜鉛(ZnSe),テルル化亜鉛(ZnTe),硫化鉛(PbS),セレン化鉛(PbSe),テルル化鉛(PbTe),硫化カルシウム(CaS),硫化マグネシウム(MgS)等が挙げられる。中でも、硫化亜鉛を用いることが好ましい。   The target constituents include chalcogenide and glass as the main matrix material. Examples of chalcogenides include zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), zinc telluride (ZnTe), lead sulfide (PbS), lead selenide (PbSe), lead telluride (PbTe), and calcium sulfide (CaS). And magnesium sulfide (MgS). Among these, it is preferable to use zinc sulfide.

カルコゲン化物は、1種を用いても2種以上を併用してもかまわない。ガラスとしては、酸化ケイ素(SiO),酸化ゲルマニウム(GeO),酸化スズ(SnO),酸化インジウム(In),酸化テルル(TeO)等が挙げられる。中でも、酸化ケイ素を用いることが好ましい。ガラスは1種を用いても2種以上を併用してもかまわない。カルコゲン化物,ガラスは、通常、化学量論組成で存在するが、多少、化学量論組成から偏倚していてもかまわない。 A chalcogenide may be used alone or in combination of two or more. Examples of the glass include silicon oxide (SiO 2 ), germanium oxide (GeO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), tellurium oxide (TeO 2 ), and the like. Among these, it is preferable to use silicon oxide. Glass may be used alone or in combination of two or more. Chalcogenides and glass usually exist in a stoichiometric composition, but may be somewhat deviated from the stoichiometric composition.

カルコゲン化物とガラスとの混合比は、ガラスが10〜30mol%、特に15〜25mol%であることが好ましい。ガラスの含有量が多すぎると、光記録ディスクの干渉膜としたときに、屈折率が小さくなりすぎて高C/Nが得られにくくなり、良好な特性が得られにくくなる。一方、ガラスの含有量が少なすぎると、光記録ディスクの干渉膜としたときに、記録消去の繰り返しに関する信頼性が低下してきて、良好な特性が得られにくくなる。   The mixing ratio of the chalcogenide and the glass is preferably 10 to 30 mol%, particularly preferably 15 to 25 mol% of the glass. If the glass content is too high, the refractive index becomes too small when the interference film of the optical recording disk is used, and it becomes difficult to obtain high C / N, and it is difficult to obtain good characteristics. On the other hand, if the glass content is too small, when it is used as an interference film of an optical recording disk, the reliability with respect to repeated recording and erasing is lowered, and it becomes difficult to obtain good characteristics.

そして、特許文献2に記載の発明のスパッタリングターゲットは、電気抵抗値を0.001〜0.1Ω・cm、好ましくは0.003〜0.02Ω・cmにする。従来、干渉膜材料として用いられているカルコゲン化物とガラスの混合物は絶縁体であり、RFスパッタ法でしか成膜できなかったが、このように電気抵抗値を低くすることによって、量産化に適したDCスパッタ法で成膜することが可能になる。   The sputtering target of the invention described in Patent Document 2 has an electric resistance value of 0.001 to 0.1 Ω · cm, preferably 0.003 to 0.02 Ω · cm. Conventionally, a mixture of chalcogenide and glass used as an interference film material is an insulator, and could only be formed by RF sputtering, but it is suitable for mass production by reducing the electrical resistance in this way. It is possible to form a film by the DC sputtering method.

以上が特許文献2に記載の発明の概要である。
特開2002−6107号公報 特開2000−64035号公報
The above is the outline of the invention described in Patent Document 2.
JP 2002-6107 A JP 2000-64035 A

しかしながら、前記従来の技術では課題がいくつか挙げられる。   However, there are some problems in the conventional technology.

特許文献1に記載の発明において、確かに1材料で屈折率を制御できるということは製造上非常に有利であると考えられる。しかし、より高性能な光学フィルタが求められたときに、1.4〜2.1の範囲の屈折率では対応しきれなくなる可能性がある。それにもまして、元来の二酸化珪素の化学量論比から大きくスライドさせることにより屈折率を変化させているという点から、信頼性の面で問題があると思われる。   In the invention described in Patent Document 1, it can be considered that it is very advantageous in manufacturing that the refractive index can be controlled with one material. However, when a higher-performance optical filter is required, there is a possibility that the refractive index in the range of 1.4 to 2.1 cannot be used. In addition, it seems that there is a problem in terms of reliability because the refractive index is changed by largely sliding from the original stoichiometric ratio of silicon dioxide.

化学量論比からずれていることは、薄膜中に多くの欠陥が存在することを意味する。例えば空孔欠陥への水分の侵入などにより、屈折率が経時的に変化し、それに伴って反射防止フィルタの特性も変化してしまうという問題がある。また、屈折率をプロセス中に導入する酸素ガスの流量で規定しているが、その安定性、再現性に問題があると思われる。   Deviation from the stoichiometric ratio means that there are many defects in the thin film. For example, there is a problem that the refractive index changes with time due to the intrusion of moisture into the vacancy defect and the characteristics of the antireflection filter change accordingly. Moreover, although the refractive index is defined by the flow rate of oxygen gas introduced during the process, there seems to be a problem in its stability and reproducibility.

特許文献2に記載の発明において、該発明を光学薄膜に適用しようとする際、透過率や反射率などの面で不十分である。また特許文献2に記載の発明に係る方法は、その実施形態にある光ディスクの干渉膜のような不透明膜には有効であると考えられるが、本発明に係る可視光領域における反射防止フィルタなどでは吸収膜となり、使用できるものではない。また、添加元素の割合についても、光学薄膜の機能を発現できるように規定することが肝要である。   In the invention described in Patent Document 2, when the invention is applied to an optical thin film, it is insufficient in terms of transmittance and reflectance. In addition, the method according to the invention described in Patent Document 2 is considered to be effective for an opaque film such as an interference film of an optical disk according to the embodiment. However, in the antireflection filter in the visible light region according to the present invention, It becomes an absorption film and cannot be used. In addition, it is important to define the ratio of the additive element so that the function of the optical thin film can be expressed.

本発明は、前記従来の技術に鑑み、低屈折率材料として一般的に用いられているケイ素酸化物の屈折率を、その屈折率の対環境性能を維持したまま低屈折率化を図ることができる光学デバイス、およびその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the prior art, the present invention can reduce the refractive index of silicon oxide, which is generally used as a low refractive index material, while maintaining the refractive index with respect to environmental performance. An object of the present invention is to provide an optical device that can be used, and a method for manufacturing the same.

前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、珪素の酸化物を主成分とし、かつホウ素を含有する層を少なくとも1層備えたものであり、この構成によって、主成分であるケイ素の酸化物に対して、化学量論比から大きくずれることがない微量のホウ素を添加することにより、一般的に低屈折率材料として使用される珪素の酸化物(例えば二酸化ケイ素:SiO)における屈折率を下げることができる。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided with at least one layer containing silicon oxide as a main component and containing boron. By adding a small amount of boron that does not deviate significantly from the stoichiometric ratio, the oxide of silicon generally used in low-refractive-index materials (for example, silicon dioxide: SiO 2 ) The refractive index can be lowered.

請求項2に記載の発明は、請求項1記載の光学デバイスにおいて、珪素の酸化物を主成分とする層と、タンタル,チタン,ニオブのいずれかの酸化物を主成分とする層とを交互に積層したものであり、この構成によって、低屈折率のケイ素酸化物との組み合わせで、高い反射防止特性を発現することができる。   According to a second aspect of the present invention, in the optical device according to the first aspect, the layers mainly composed of an oxide of silicon and the layers mainly composed of an oxide of tantalum, titanium, or niobium are alternately provided. With this structure, high antireflection characteristics can be exhibited in combination with a low refractive index silicon oxide.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の光学デバイスにおいて、屈折率が1.44以下である珪素の酸化物を主成分とする層を、少なくとも1層備えたものであり、この構成によって、一般的に低屈折率材料として用いられているフッ化マグネシウムを使用することなく、フィルタの設計自由度を拡大することができる。   The invention according to claim 3 is the optical device according to claim 1 or 2, comprising at least one layer mainly composed of silicon oxide having a refractive index of 1.44 or less, With this configuration, the degree of freedom in designing the filter can be expanded without using magnesium fluoride that is generally used as a low refractive index material.

請求項4に記載の発明は、請求項1,2または3記載の光学デバイスにおいて、5層の薄膜から構成され、各層の厚みが10ナノメートルから200ナノメートルであり、5層の膜厚の合計が150ナノメートルから400ナノメートルである光学デバイスであって、基板となる材料側から前記珪素の酸化物を主成分とする層と、前記タンタル,チタン,ニオブのいずれかの酸化物を主成分とする層とを交互に積層したものであり、この構成によって、屈折率が約1.5である一般的なガラス基材に対して形成する光学デバイスの構造として好適なものになる。   The invention according to claim 4 is the optical device according to claim 1, 2 or 3, comprising five layers of thin films, each layer having a thickness of 10 nanometers to 200 nanometers, An optical device having a total of 150 nanometers to 400 nanometers, mainly comprising a layer mainly composed of the silicon oxide and any one of the tantalum, titanium, and niobium oxides from the material side serving as a substrate. The layers as components are alternately laminated, and this configuration makes it suitable as a structure of an optical device formed on a general glass substrate having a refractive index of about 1.5.

請求項5に記載の発明は、請求項1〜4いずれか1項記載の光学デバイスを製造する方法であって、珪素を主成分とし、かつホウ素を含有し、抵抗率が0.1〜10Ω・cmであるターゲット材料を用い、真空チャンバ内にアルゴンガスと酸素ガスを導入し、前記ターゲット材料に直流または交流電圧を付加することによって、真空チャンバ内に配置された基板上に、珪素の酸化物を主成分とし、かつホウ素を含有する薄膜をスパッタリング法により形成することにより、ケイ素酸化物を主成分とする薄膜に対して、その化学量論比を崩さない程度微量のホウ素元素を添加することができる。   Invention of Claim 5 is a method of manufacturing the optical device according to any one of Claims 1 to 4, which is mainly composed of silicon, contains boron, and has a resistivity of 0.1 to 10Ω. Using a target material that is cm, introduce argon gas and oxygen gas into the vacuum chamber, and apply a direct current or alternating current voltage to the target material to oxidize silicon on the substrate disposed in the vacuum chamber. By forming a thin film containing an oxide as a main component and containing boron by sputtering, a small amount of boron element is added to the thin film containing a silicon oxide as a main component so as not to destroy the stoichiometric ratio. be able to.

本発明によれば、ケイ素酸化物に、その化学量論比を崩さない程度のホウ素を微量添加することにより、その屈折率を下げることができる。このことによりフッ化マグネシウムを使用しなくても反射率を低く抑えることができるフィルタの設計が可能となる。   According to the present invention, the refractive index can be lowered by adding a small amount of boron to the silicon oxide so as not to destroy the stoichiometric ratio. This makes it possible to design a filter that can keep the reflectance low without using magnesium fluoride.

また、このホウ素を含有したスパッタリングターゲットを用いて成膜することにより、ケイ素酸化物の透過率を下げることなく、簡便にホウ素を添加することができる。また、ケイ素のターゲットにホウ素を添加することにより、従来、RFスパッタリングのみが可能であったものが、DCスパッタリングをも可能にすることができる。これにより、設備コストを大幅に簡単にすることができ、結果としてコスト削減にもつながる。   Further, by forming a film using the sputtering target containing boron, boron can be easily added without lowering the transmittance of the silicon oxide. In addition, by adding boron to a silicon target, DC sputtering can be performed, although conventionally only RF sputtering was possible. As a result, the equipment cost can be greatly simplified, resulting in cost reduction.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態である反射防止フィルタを示す断面図、図2は反射防止フィルタにおける構成材料の屈折率と膜厚の具体例を示す図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an antireflection filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a specific example of the refractive index and film thickness of constituent materials in the antireflection filter.

図1において、基板1の材料としてはBK−7(住田光学ガラス製)を用いた。この基板1上に、SiO(第1層,第3層,第5層),Ta(第2層,第4層)を交互に計5層積層する構造とした。本実施形態では、SiOの少なくとも1つの層にホウ素を含有させる。 In FIG. 1, BK-7 (manufactured by Sumita Optical Glass) was used as the material of the substrate 1. A total of five layers of SiO 2 (first layer, third layer, fifth layer) and Ta 2 O 5 (second layer, fourth layer) were alternately laminated on the substrate 1. In this embodiment, boron is contained in at least one layer of SiO 2 .

図3(a)は、図2に示した構成で、かつSiOの層にホウ素は含まれていない比較例の反射防止フィルタの反射スペクトルを示す図である。この場合、図3(a)から分るように、400〜650nmの波長域における反射率の最大値は約0.6%である。 FIG. 3A is a diagram showing a reflection spectrum of the antireflection filter of the comparative example having the configuration shown in FIG. 2 and containing no boron in the SiO 2 layer. In this case, as can be seen from FIG. 3A, the maximum value of the reflectance in the wavelength region of 400 to 650 nm is about 0.6%.

これに対して、図3(b)は、図2に示した構成で、かつSiOの3つの層すべてにホウ素を含有させた本実施形態における反射防止フィルタの反射スペクトルを示す図である。なお、本例におけるSiO層の屈折率は1.45である。図3(b)により、400〜650nmの波長域における反射率の最大値が約0.3%と良化していることが分る。 On the other hand, FIG. 3B is a diagram showing a reflection spectrum of the antireflection filter in the present embodiment having the configuration shown in FIG. 2 and containing boron in all three layers of SiO 2 . Note that the refractive index of the SiO 2 layer in this example is 1.45. FIG. 3B shows that the maximum reflectance in the wavelength region of 400 to 650 nm is improved to about 0.3%.

なお、SiOの3つの層すべてをホウ素を含有した低屈折率の層とせずに、少なくとも1つの層をホウ素を含有した低屈折率SiOとすることによっても、反射率を抑える効果は得られる。 In addition, the effect of suppressing the reflectance can be obtained by not using all three layers of SiO 2 as a low-refractive index layer containing boron but by using at least one layer as a low-refractive index SiO 2 containing boron. It is done.

図4は本発明に係る反射防止フィルタの製造に用いたスパッタリング装置を模式化して示す断面図であり、1は図1にも示す基板、2はホウ素添加ケイ素のターゲット、3はDC電源、4はガス導入配管である。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a sputtering apparatus used for manufacturing an antireflection filter according to the present invention, wherein 1 is a substrate also shown in FIG. 1, 2 is a boron-doped silicon target, 3 is a DC power source, 4 Is a gas introduction pipe.

図4において、ホウ素を含有する抵抗率が10Ω・cmであるターゲット2を、真空チャンバ内(図示していない)に配置し、ターゲット2と対向する位置に基板1を設置し、ガス導入配管4から、アルゴンガスと、材料を酸化させて酸化物薄膜を作成するために酸素ガスとを、それぞれ100sccmずつ導入し(アルゴン流量:酸素流量=1:1)、DC電源3からターゲット2に電力を印加してスパッタリング成膜を行った。この方法により、屈折率1.45のホウ素を含有したSiO薄膜を形成することができた。さらにターゲットをTaとして前記と同様にスパッタリングを行うことにより、Ta薄膜を形成することができた。 In FIG. 4, a target 2 containing boron having a resistivity of 10 Ω · cm is placed in a vacuum chamber (not shown), a substrate 1 is placed at a position facing the target 2, and a gas introduction pipe 4 Then, argon gas and oxygen gas to oxidize the material to form an oxide thin film are introduced 100 sccm each (argon flow rate: oxygen flow rate = 1: 1), and power is supplied from the DC power source 3 to the target 2. The film was formed by sputtering. By this method, a SiO 2 thin film containing boron having a refractive index of 1.45 could be formed. Further, a Ta 2 O 5 thin film could be formed by performing sputtering in the same manner as described above using Ta as a target.

このように本実施形態に係る反射防止フィルタは、従来、低屈折率材料と高屈折率材料の組み合わせで形成されていた反射防止フィルタにおいて、一般的に低屈折率材料として使用される珪素の酸化物(例えば二酸化ケイ素:SiO)に、ホウ素を微量添加することにより屈折率を下げることを可能にしたものである。添加するホウ素の量としては、主成分であるケイ素の酸化物を化学量論比から大きくずれることがない程度のものとすることが肝要である。また、反射防止フィルタを構成するケイ素の酸化物を主成分とする層のすべてにホウ素を添加する必要はなく、少なくとも1層にホウ素を添加することで効果が得られる。 As described above, the antireflection filter according to the present embodiment is an oxide of silicon that is generally used as a low refractive index material in an antireflection filter that is conventionally formed of a combination of a low refractive index material and a high refractive index material. The refractive index can be lowered by adding a small amount of boron to an object (for example, silicon dioxide: SiO 2 ). It is important that the amount of boron to be added is such that the main component, silicon oxide, does not deviate significantly from the stoichiometric ratio. Further, it is not necessary to add boron to all the layers mainly composed of silicon oxide constituting the antireflection filter, and an effect can be obtained by adding boron to at least one layer.

また、高屈折率材料として、前記実施形態にて使用したタンタル以外にも、チタン,ニオブのいずれかの酸化物を用いることができ、低屈折率のケイ素酸化物との組み合わせで、高い反射防止特性を発現する。   In addition to the tantalum used in the above embodiment, any one of titanium and niobium oxide can be used as the high refractive index material, and in combination with a low refractive index silicon oxide, high antireflection Express characteristics.

また、反射防止フィルタにおいて低屈折率層であるケイ素酸化物を主成分とする層の屈折率を1.44以下とすることにより、一般的に低屈折率材料として用いられているフッ化マグネシウムを使う必要がなくなり、フィルタの設計自由度が拡大する
また、図1,図2に示すように、反射防止フィルタを5層の薄膜から構成し、その一層あたりの物理的な厚みを10ナノメートル〜200ナノメートルとし、5層の膜厚の合計が150ナノメートル〜400ナノメートルになるようにし、さらに基板となる材料側から珪素の酸化物を主成分とする層と、タンタル,チタン,ニオブのいずれかの酸化物を主成分とする層とを交互に積層することにより、屈折率が約1.5の一般的なガラス基材に対して形成する反射防止フィルタの構造として好適な構成となる。
In addition, by making the refractive index of a layer mainly composed of silicon oxide, which is a low refractive index layer in an antireflection filter, 1.44 or less, magnesium fluoride generally used as a low refractive index material can be used. 1 and 2, the anti-reflection filter is composed of five layers of thin film, and the physical thickness per layer is 10 nanometers or more. 200 nanometers, the total thickness of the five layers is 150 nanometers to 400 nanometers, and a layer mainly composed of an oxide of silicon from the material side to be the substrate, and tantalum, titanium, niobium Suitable as an antireflection filter structure formed on a general glass substrate having a refractive index of about 1.5 by alternately laminating one of oxides as a main component. Configuration and become.

本発明は、カメラの内部に用いられるレンズなどの各種光学素子の特性を向上するための反射防止フィルタ、その製造方法として適用され、特にホウ素を含有する低屈折率のケイ素酸化物は、ひとつの母材料で屈折率差を持った薄膜を作成することができ、反射防止膜に代表される光学フィルタのほかに、光導波路のコア部分とクラッド部分の形成にも応用展開することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied as an antireflection filter for improving the characteristics of various optical elements such as lenses used in a camera, and a method for producing the same. In particular, a low-refractive-index silicon oxide containing boron is A thin film having a difference in refractive index can be prepared using a base material, and can be applied to the formation of a core portion and a cladding portion of an optical waveguide in addition to an optical filter typified by an antireflection film.

本発明の実施形態である反射防止フィルタを示す断面図Sectional drawing which shows the antireflection filter which is embodiment of this invention 反射防止フィルタにおける構成材料の屈折率と膜厚の具体例を示す図The figure which shows the specific example of the refractive index and film thickness of the constituent material in an antireflection filter (a)はSiOの層にホウ素は含まれていない比較例の反射防止フィルタの反射スペクトルを示す図、(b)はSiOの3つの層にホウ素を含有した本実施形態における反射スペクトルを示す図(A) is a diagram showing the reflection spectrum of the anti-reflection filter of a comparative example not Boron is included in a layer of SiO 2, the reflection spectrum in (b) in this embodiment containing a boron three layers of SiO 2 Illustration 本発明に係る反射防止フィルタの製造に用いたスパッタリング装置を模式化して示す断面図Sectional drawing which shows typically the sputtering device used for manufacture of the antireflection filter concerning this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 ホウ素添加ケイ素ターゲット
3 DC電源
4 ガス導入配管
1 Substrate 2 Boron-doped silicon target 3 DC power supply 4 Gas introduction piping

Claims (5)

珪素の酸化物を主成分とし、かつホウ素を含有する層を少なくとも1層備えたことを特徴とする光学デバイス。   An optical device comprising at least one layer mainly composed of an oxide of silicon and containing boron. 前記珪素の酸化物を主成分とする層と、タンタル,チタン,ニオブのいずれかの酸化物を主成分とする層とを交互に積層したことを特徴とする請求項1記載の光学デバイス。   2. The optical device according to claim 1, wherein the layer mainly composed of an oxide of silicon and the layer mainly composed of an oxide of tantalum, titanium, or niobium are alternately stacked. 屈折率が1.44以下である珪素の酸化物を主成分とする層を、少なくとも1層備えたことを特徴とする請求項1または2記載の光学デバイス。   3. The optical device according to claim 1, further comprising at least one layer mainly composed of an oxide of silicon having a refractive index of 1.44 or less. 5層の薄膜から構成され、各層の厚みが10ナノメートルから200ナノメートルである光学デバイスであって、5層の膜厚の合計が150ナノメートルから400ナノメートルであり、基板となる材料側から前記珪素の酸化物を主成分とする層と、前記タンタル,チタン,ニオブのいずれかの酸化物を主成分とする層とを交互に積層したことを特徴とする請求項1,2または3記載の光学デバイス。   It is an optical device composed of five thin films, each layer having a thickness of 10 to 200 nanometers, and the total thickness of the five layers is 150 to 400 nanometers. The layers mainly composed of the oxide of silicon and the layers mainly composed of the oxide of tantalum, titanium, or niobium are alternately stacked. The optical device described. 請求項1〜4いずれか1項記載の光学デバイスを製造する方法であって、珪素を主成分とし、かつホウ素を含有し、抵抗率が0.1〜10Ω・cmであるターゲット材料を用い、真空チャンバ内にアルゴンガスと酸素ガスを導入し、前記ターゲット材料に直流または交流電圧を付加することによって、真空チャンバ内に配置された基板上に、珪素の酸化物を主成分とし、かつホウ素を含有する薄膜をスパッタリング法により形成することを特徴とする光学デバイスの製造方法。   A method for producing an optical device according to any one of claims 1 to 4, wherein a target material containing silicon as a main component and containing boron and having a resistivity of 0.1 to 10 Ω · cm is used. Argon gas and oxygen gas are introduced into the vacuum chamber, and a direct current or alternating current voltage is applied to the target material, so that a silicon oxide as a main component and boron are formed on a substrate disposed in the vacuum chamber. A method for producing an optical device, comprising forming a thin film containing the thin film by a sputtering method.
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