JP2007212948A - 反射防止膜形成方法及び、反射防止膜付き基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 、光学部品の両面に反射防止膜を形成しても密着力、耐久性を損ねることなく、良好な特性の反射防止膜を形成する方法を提供するものである。
【解決手段】 本発明に関わる反射防止膜形成方法は、基板に金属フッ化物を蒸着することで反射防止膜を形成する方法において、前記基板の表面を蒸着する基板温度が、前記基板の裏面を蒸着する基板温度より25〜60℃低いものである。また、反射防止膜付き基板は、基板に形成された赤外反射防止膜において、基板を加熱して蒸着した表面反射防止膜と、表面を蒸着した温度よりも25〜60℃低い温度で蒸着した裏面反射防止膜と、を備えるものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、反射防止膜形成方法及び、反射防止膜付き基板に関するものである。

レンズ、プリズム、ウインドウ等の各種の赤外線用光学部品には、透過部材または反射部材からなる基板（以下、単に基板という）の表面に光の反射を低減する反射防止膜を形成したものが用いられている。これらの赤外線用光学部品の反射防止膜は、低屈折率材料としてThF4やPbF2、YF3などを、高屈折率材料としてZnS、ZnSe、Geなどを用いた単層あるいは２層以上の多層膜で構成されている。従来、これらの反射防止膜は真空蒸着法を用いて作製され、蒸着時に膜の各材料に適切な温度まで基板を加熱することで基板との密着性向上や耐久性向上が図られていた。例えば、非特許文献１には基板の温度を100〜150℃にしてYF3を蒸着する製造方法が記載されている。

また、特許文献２においては、ハロゲン化銀上に蒸着した三硫化アンチモン膜上にCeF3
膜を蒸着する際、基材温度を100℃以上180℃以下とする光学薄膜の製造方法が開示されている。

35th Annual Technical Conference Proceedings （1992）1-878068-11-3 特開平５−60903号公報

上記従来の技術が示すように、YF3、CeF3などの金属フッ化物は、100〜180℃程度の低温で蒸着することが推奨されている。一般にこの様な低温条件で蒸着された薄膜は、アモルファスで膜の内部歪が大きく、熱影響を受けると結晶の再配列が起こる。この際に、膜密着性の低下が起きて膜が剥離する場合もある。

レンズ、ウインドウの光学部品は第一面と第二面の両面に反射防止膜を蒸着する必要があるが、従来の技術では第一面の蒸着と第二面の蒸着は同じ温度まで基板を加熱していたため、第一面の蒸着後に第二面の蒸着を行なうことで蒸着時の基板加熱によって第一面の反射防止膜が熱影響を受け、第一面の反射防止膜の密着力・耐久性が劣化するという問題があった。

この発明は係る問題を解決するために成されたものであり、光学部品の両面に反射防止膜を形成しても密着力、耐久性を損ねることなく、良好な特性の反射防止膜を形成する方法を提供するものである。

本発明に関わる反射防止膜形成方法は、基板に金属フッ化物を蒸着することで反射防止膜を形成する方法において、前記基板の表面を蒸着する基板温度が、前記基板の裏面を蒸着する基板温度より25〜60℃低いものである。

本発明によれば、光学部品の両面に反射防止膜を形成しても密着力、耐久性を損ねることなく、良好な特性の反射防止膜を形成する方法を提供することができる。

実施の形態１．
本発明にかかる製造方法の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１に示す真空蒸着装置の真空チャンバー１の下部には、蒸着材料５を入れる蒸着源４が備えられている。また、真空チャンバー１の上部には、基板２を保持する基板ホルダー３と、基板２を加熱する基板加熱用ヒータ６が備えられている。

基板２の表面に蒸着材料５を蒸着することで、光の反射を低減する反射防止膜を形成する。真空チャンバー１内での基板２の位置による、基板２に形成される反射防止膜の膜厚のばらつきを低減するため、基板ホルダー３は自転する。

また、真空チャンバー１には水晶振動式膜厚計７が備えられている。水晶振動式膜厚計７の水晶子に膜が付着することで水晶子の振動数が変化し、付着した膜厚を検出することが可能である。水晶振動式膜厚計７で検出された膜厚により、蒸着中の蒸着レートおよび膜厚を制御する。

真空チャンバー１は、温度調整機構を有している。温度調節機構としては、真空チャンバー１を冷却するために真空チャンバーの周囲に冷却水を流す冷却管と、基板２を加熱するための電熱ヒータが備えられている。

以下、本発明にかかるYF3等の金属フッ化物の薄膜の製造方法を説明する。まず基板の第一面（表面）の蒸着を次の様に実施する。Ge材から成る基板２を真空チャンバー１内に設けられた基板ホルダー３にセットし、8E-3Pa以下まで真空排気する。なお、真空チャンバー１の真空度は、任意に設定すればよい。

その後、基板２を基板加熱用ヒータ６で150℃まで加熱する。温度は基板ホルダー３の近傍に設置した熱電対で温度制御する。基板ホルダー３は基板ホルダー３内での膜厚分布を均一化するために5rpm以上の速度で回転させるのが好ましい。

蒸着源４に置かれた蒸着材料５を、蒸着源４に電流を流すことで加熱する抵抗加熱、もしくは電子銃８から電子ビームを蒸着材料５に照射することで加熱する電子ビーム加熱により加熱蒸発させる。加熱蒸発された蒸着材料５は、基板２に向けて飛散し、基板２上に薄膜を形成する。蒸着材料５の加熱方法は材料によって抵抗加熱と電子ビーム加熱を使い分ける。YF3の場合は抵抗加熱と電子ビーム加熱のいずれの加熱方法で蒸着しても差しつかえない。

蒸着材料５の加熱は水晶式膜厚計７で測定し、蒸着レートが一定となるように例えば電子ビームの電流を制御する。蒸着レートが異なると同じ蒸着材料でも膜の屈折率が異なるため、蒸着レートは一定にする必要がある。YF3の蒸着レートは生産性と材料の特性を考慮して1.0〜1.5nm/secが好ましい。

第一面（表面）の蒸着が完了したら、続いて第二面（裏面）の蒸着を実施する。真空チャンバー１内に大気を導入して開放し、基板２を反転させて基板ホルダー３にセットする。その後、8E-3Pa以下まで真空排気し、基板２を基板加熱用ヒータ６の温度を調整することによって一例として100℃に加熱する。

第二面（裏面）の基板加熱温度は第一面（表面）の基板加熱温度よりも低い温度にする。第二面（裏面）の加熱温度は第一面（表面）の加熱温度よりも25〜60℃低い温度であることが好ましく、本実施の形態では一例として50℃低い100℃に設定した。温度差が少なすぎると本発明の効果が少なく、温度差が大きすぎると第二面（裏面）の蒸着温度が低すぎて良好な蒸着膜が得られない。

基板ホルダー３は基板ホルダー３内での膜厚分布を均一化するために5rpm以上の速度で回転させるのが好ましい。

次に、蒸着源４に置かれた蒸着材料５を加熱蒸発させ、基板２に向けて飛散させて基板２上に薄膜を形成する。蒸着材料５の加熱方法は材料によって抵抗加熱と電子ビーム加熱を使い分ける。

本実施の形態１においては、第一面の蒸着を基板温度150℃で実施した後、第二面の蒸着温度を第一面の蒸着時の基板温度より50℃低い100℃で実施した。第一面の蒸着時の基板温度と同じか、あるいは高い温度で第二面の蒸着を行なうと、その熱影響を受けて膜の結晶構造の変化が起こり、膜の密着性の低下を誘発する。

しかし、ここでは第二面の蒸着時の基板温度を第一面の蒸着時の基板温度より低い温度で実施したので、第一面の膜の結晶構造の変化をもたらすまで至らず、その結果、蒸着時の膜の性質が維持され、密着性が変わらないという効果がある。

第一面の蒸着時の基板温度と第二面の蒸着時の基板温度の差は、蒸着が可能な範囲で大きい方が好ましく、YF3などの金属フッ化物の蒸着においては25〜60℃の温度差であることが好ましい。

実施の形態２．
この基板の第一面に屈折率の異なる材料の膜をYF3膜の下、もしくは上に反射率を制御する目的で１層、必要により２層以上蒸着することがある。この場合、多層膜の蒸着材料としては高屈折率材料のGe、中屈折率材料のZnS、ZnSe、低屈折率材料のY2O3、CeF3、Ce2O3などの中から適宜選択する。

以下、本発明にかかるYF3の薄膜を層の構成に含める多層膜の製造方法を説明する。まず基板の第一面の蒸着を次の様に実施する。GeもしくはSi材から成る基板２を真空チャンバー１内に設けられた基板ホルダー３にセットし、8E-3Pa以下まで真空排気し、基板２を150℃まで加熱する。

蒸着源４に置かれた蒸着材料５を加熱蒸発させ、基板２に向けて飛散させて基板２上に薄膜を形成する。膜の構成を図２に示す。Ge基板11に１層目からZnS9、Ge12、ZnS9、YF3 10、ZnS9の順に蒸着する。各層の膜厚は１層目のZnS9が330nm、２層目のGe12が160nm、３層目のZnS9が640nm、４層目のYF3 10が930nm、５層目のZnS9が160nmとなるように真空チャンバー１内に設置した水晶振動式膜厚計７もしくは光学モニタ膜厚計にて制御する。

蒸着材料５の加熱方法は蒸着材料５によって抵抗加熱と電子ビーム加熱を使い分ける。YF3、ZnSの場合は抵抗加熱と電子ビーム加熱のいずれの加熱方法で蒸着しても差しつかえない。Ge、Y2O3は電子ビーム加熱にて加熱する。

蒸着材料の蒸着レートは、ZnS、ZnSeは0.8〜1.2nm/sec、Y2O3とCe2O3は0.5〜 1.0nm/sec、CeF3は2.5〜3.5nm/sec、Geは0.2〜0.7nm/secが好ましい。

蒸着源４に置かれた蒸着材料５を加熱蒸発させ、図２に示すように第一面と同じ膜構成、膜厚で基板２の第二面に蒸着する。なお、第二面を蒸着するに当たっては、第一面を蒸着した温度よりも低い温度で蒸着を行う。

本実施の形態に記述した光学部品の反射防止膜の製造方法において、第一面の蒸着温度と第二面の蒸着温度を各種の条件で行なった反射防止膜の耐水性を調べた結果を図３に示す。反射防止膜の耐水性を確認するために行なった試験は、常温水7日間浸水試験である。

図３から分かるように本実施の形態に示すとおり、第一面の蒸着時の基板温度を150℃として、第二面の蒸着時の基板温度を第一面の温度より25〜60℃低い温度で実施した場合の反射防止膜は耐水性に優れている。一方、第二面の蒸着時の基板温度が第一面の蒸着時の基板温度と同じか90℃より低い場合には形成された反射防止膜の耐水性は良くなかった。この様に、第二面の蒸着時の基板温度を、第一面の蒸着時の基板温度より低い温度で実施したので、第一面の膜の結晶構造の変化をもたらすまで至らず、その結果、蒸着時の膜の性質が維持され、密着性が変わらないという効果がある。

また、図４に図３に示す実施例２の反射防止膜の透過率特性を示す。図４において、縦軸は透過率、横軸は波長である。この図に示すとおり、波長８から１２[μｍ]において透過率が９４％以上となっている。つまり、反射率は最大４％程度となっている。つまり、反射防止膜として有効に機能していることが分かる。

以上のように、本発明によれば、光学部品の両面に反射防止膜を形成しても密着力、耐久性を損ねることなく、良好な特性の反射防止膜を形成する方法を提供することができる。

この発明の実施の形態による反射防止膜の製造方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態２による反射防止膜を説明するための図である。 この発明の実施の形態による光学部品の耐水性を説明するための図である。 この発明の実施の形態２による光学部品の透過率を説明するための図である。

符号の説明

１ 真空チャンバー、２ 基板、３ 基板ホルダー、４ 蒸着源、５ 蒸着材料、６ 基板加熱用ヒータ、７ 水晶振動式膜厚計、８ 電子銃、９ ZnS、１０ YF3、１１ Ge基板、

Claims (6)

1. 基板に金属フッ化物を蒸着することで反射防止膜を形成する方法において、前記基板の表面を蒸着する基板温度が、前記基板の裏面を蒸着する基板温度より25〜60℃低い反射防止膜形成方法。
2. 前記表面を蒸着する温度が90〜125℃である請求項１に記載の反射防止膜形成方法。
3. 前記金属フッ化物がYF3または、CeF3である請求項１または請求項２に記載の反射防止膜形成方法。
4. 前記基板がGeもしくはSiである請求項１から請求項３のいずれかに記載の反射防止膜形成方法。
5. 前記基板には、前記金属フッ化物を含め複数の薄膜が積層されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の反射防止膜形成方法。
6. 基板に形成された赤外反射防止膜において、
   基板を加熱して蒸着した表面反射防止膜と、
   表面を蒸着した温度よりも25〜60℃低い温度で蒸着した裏面反射防止膜と、を備える反射防止膜付き基板。

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